DE19914204C2 - Tauchtropfkörper-Vorrichtung und Verfahren zum biologischen Reinigen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum biologischen Reinigen von Flüssigkeiten mit vertikal und koaxial ange­ ordneten sowie drehfest miteinander verbundenen Tauchtropf­ spiralen, welche um eine gemeinsame Achse rotierbar in ei­ nem die Flüssigkeit aufnehmenden Becken in der Weise ange­ ordnet sind, daß sich ein Segment der Tauchtropfspiralen zur Flüssigkeitszuführung unterhalb des Flüssigkeitsspie­ gels und ein anderes Segment zur Luftzuführung oberhalb des Flüssigkeitspegels befindet, wobei die Windungen der Tauch­ tropfspiralen um die Achse herum unter Bildung von Spiral­ kammern verlaufen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum biologi­ schen Reinigen von Flüssigkeiten, bei welchem Tauchtropf­ körper in der zu reinigenden Flüssigkeit in der Weise ro­ tieren, daß ein Segment eines jeden Tauchtropfkörpers durch die Flüssigkeit bewegt wird, und bei welchem die Flüssig­ keit anschließend von dem sich außerhalb der Flüssigkeit bewegenden Bereich der Tauchtropfkörper abtropft.

Eine derartige Vorrichtung und ein solches Verfahren sind aus der DE 34 09 111 A1 bekannt. Zur Belüftung von Wasser und zur biologischen Klärung von Abwasser sind als Tauch­ tropfkörper auf einer horizontalen Hohlwelle beabstandet Kreisscheiben vorhanden. Zwischen den Scheiben sind Spira­ len angeordnet, so daß sich in den Scheibenzwischenräumen spiralenförmige Durchgänge bilden, welche sich vom Scheibenrand zum Zentrum der Scheibe hin unter Bildung von Spi­ ralkammern verjüngen. Oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche nehmen die von den Spiralen gebildeten Öffnungen bei einer Rotation Luft und unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche Flüssigkeit auf. Die Luft wird durch Öffnungen in die Hohl­ welle gepreßt und von dort über eine tiefer liegende Lei­ tung in das Abwasser eingeleitet. Durch das Eindringen der Luft kommt es zu einem erhöhten Sauerstoffeintrag, so daß die Bewuchsintensität des für die Klärung von Abwasser benötigten biologischen Rasens vergrössert wird. Ferner bewirken die spiralförmigen Vorrichtungen ein Umwälzen der Flüssigkeit. Mit dem Umwälzen der Flüssigkeit wird unter anderem das Ziel verfolgt, daß ein möglichst großer Anteil der Flüssigkeit mit dem biologischen Rasen in Kontakt tritt.

Andere Möglichkeiten zur Bereitstellung von Besiedlungs­ flächen und gleichzeitiger Umwälzeinrichtungen sind bei­ spielsweise in der DE 35 25 513 C2 beschrieben. Hier ist ein Gitterrahmen mit einzelnen Radialsegmenten vorgesehen, die sternförmig mit einer Aufnahmescheibe verbunden sind. Innerhalb des Gitterrahmens werden Besiedlungskörper zur Bildung von Besiedlungsflächen für Mikroorganismen gehal­ ten.

So wurde auch schon in DE 29 52 691 A1 eine Vorrichtung zur Belüftung und Durchmischung des Wassers im Zwischenraum der Scheiben eines Rotationstauchkörpers vorgeschlagen, indem spiralförmige Stege zwischen den Scheiben angeordnet sind, die einen sich spitz verjüngenden Trichter abbilden, aus dem das je Umdrehung aufgenommene Luft-Wassergemisch be­ schleunigt und komprimiert sowohl unterhalb als auch ober­ halb des Wasserspiegels im jeweiligen Scheibenzwischen­ raum austritt.

Eine weitere Möglichkeit der Belüftung und Durchmischung von Wasser ist in der EP 0 249 433 A1 vorgeschlagen, wobei in den Zwischenräumen eng angeordneter koaxialer Kreisschei­ ben eine Vielzahl spiralförmig angeklebter Stege vorgesehen ist und die inneren Scheibenbereiche in Wellennähe bis zu Auslaufseite durchgängige Durchflußöffnungen und die zulauf­ seitige Stirnscheibe an der Peripherie Einlauföffnungen aufweisen. Die Scheiben sind an der gekrümmten Außenkontur der Trommel mit tabs (flächigen Klammern) befestigt, wobei die tabs an den hintereinanderfolgenden Scheiben gestaffelt angeordnet sind, um im Freiraum zwischen Trommel und Tank einen Staueffekt auf den Fließweg in der Trommel zu bewir­ ken und damit einer Kurzschlußströmung zwischen Tankein- und -auslauf zu begegnen.

Die DE 36 90 150 T1 betrifft eine weitere Vorrichtung zum Reinigen von Abwässern durch ein biologisches Oxidations­ verfahren. Hier sind Sektorteile vorgesehen, welche teil­ weise in das zu behandelnde Wasser eintauchen und während der Rotation alternierend ein Substrat der Biomasse in die Flüssigkeit senken und das Substrat aufwärts in die Luft bewegen, um so die Aktivität der Biomasse zu fördern. Eine Besonderheit dieser Vorrichtung besteht darin, daß ein Granulatmaterial als Substrat für die Biomasse verwendet wird, welches gleichzeitig als hydraulisches Lager für den gesamten Aufbau des "Biorotors" dient.

Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren kann es sich als problematisch erweisen, möglichst die gesamte Menge der zu reinigende Flüssigkeit mit den im Hinblick auf die Reinigung aktiven Bewuchsträgern in den Tauchtropfkörpern in Berührung zu bringen, ohne daß wesentliche verstopfende Versottungen auftreten, welche die Reinigungsleistung min­ dern und wiederkehrende Reinigungsarbeiten erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbe­ sondere sicherzustellen, daß auf Grundlage einer wirt­ schaftlich arbeitenden Apparatur das vorgegebene Reini­ gungsziel mit verringertem Wartungsaufwand an der biolo­ gischen Reinigungseinheit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensmäßig mit den Merkmalen des An­ spruchs 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, daß benachbarte Spiralkammern paarweise gegen­ sinnig angeordnet sind und zwischen zwei Spiralkammern eines Paares in deren Zentrumsbereich eine Durchgangsöff­ nung für Flüssigkeit und Luft vorhanden ist, wobei bei einer Rotation der Spiralkammern Flüssigkeit und Luft von einer Spiralkammer zur anderen Spiralkammer gefördert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Flüssigkeit mittels einer rotierenden ersten Tauch­ tropfspirale in eine drehfest verbundene, mit gleicher Geschwindigkeit rotierende zweite Tauchtropfspirale geför­ dert wird, die zur ersten Tauchtropfspirale in der Art kom­ plementär ist, daß sie die gleichen Fluidmengen aufnimmt.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß durch die gegensinnige Anordnung der Spiralkammern eines Paares von der einen Spiralkammer eine Saugwirkung und von der anderen Spiralkammer eine Schubwirkung erzeugt wird.

Die Flüssigkeit und die Luft werden daher gezielt und zwangsweise durch beide Spiralkammern gefördert. Dabei wird eine gleichmäßige Anströmung insbesondere der innenliegen­ den Oberflächen erreicht, so daß insgesamt ein besonders intensiver Kontakt mit dem wirksamen Bewuchs im Tauch­ tropfkörper erzwungen wird. Durch die gegenläufige Förder­ richtung entsteht je nach Drehrichtung im Umfangsbereich eines Paares von Tauchtropfspiralen ein Gegenstrom- oder ein Gleichstromeffekt. Diese sind um so stärker, je größer die eingesogenen und wieder abgegebenen Fluidmengen im Verhältnis zur Menge des das Becken insgesamt durchsetzen­ den Fluids ist.

Bei Gegenstrom werden statistisch die Umwälzung der Flüs­ sigkeit und die Beaufschlagung der wirksamen Oberflächen erhöht. Außerdem wird insbesondere bei Gleichstrom eine gleichmäßige Austragung abgehender biologischer Rasenstücke und anderer suspendierter Bewuchsträger oder Schlammpar­ tikel erreicht. Damit wird eine Ansammlung in den Spiral­ kammern und ihre Verstopfung vermindert, ohne daß eine zusätzliche Spülausrüstung erforderlich ist.

Grundsätzlich sind archimedische Spiralen sehr gut geeig­ net. Es kann sich jedoch als zweckmäßig erweisen, hyper­ bolische oder logarithmische Spiralen zu verwenden.

Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Spiralkammer-Paaren in Achsrichtung hintereinander angeordnet. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit mäanderförmig durch die Spiralkammern geleitet, und es lassen sich gleichmäßig hohe Flächenbe­ schickungen erzielen.

Für die Herstellung und Wartung ist es besonders vorteil­ haft, daß die paarweise benachbarten Kammern aus drei Tauchtropfscheiben gebildet sind, und die mittlere Tauch­ tropfscheibe mit der Durchgangsöffnung versehen ist. Insge­ samt wechseln sich also Tauchtropfscheiben mit und ohne zentrale Durchgangsöffnung ab.

Die gemeinsame, die Spiralkammer-Paare trennende Tauchtropf­ scheibe kann bei Verwirklichung dieses Prinzips auch als Doppelscheibe ausgestaltet sein.

Vorzugsweise werden die Tauchtropfscheiben von einer ge­ meinsamen Welleneinrichtung getragen. Damit ist eine syn­ chrone Drehung durch eine einzige Antriebseinrichtung möglich.

Es kann alternativ auch nützlich sein, wenn die Spiralkam­ mern paarweise oder in Gruppen von Paaren antreibbar sind. Damit können die Drehgeschwindigkeiten an den fortlaufenden Reinigungsgrad der Flüssigkeit angepaßt werden. Außerdem kann das Gegenstrom-/Gleichstromprinzip optimiert werden, indem die Fördermengen stromabwärts verändert werden.

Grundsätzlich kann die zentrale Durchtrittsöffnung für den Flüssigkeitsübertritt aus mehreren Einzelöffnungen beste­ hen, die beispielsweise in einem Ring um den Scheibenmit­ telpunkt herum angeordnet sind. Wenn jedoch eine mittige Durchtrittsöffnung ohne Kontakt mit der Antriebswelle vor­ gesehen ist, weist die Welleneinrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform mehrere um die Antriebswelle ange­ ordnete stabförmige Traganker zum Verbinden und Tragen der Tauchtropfscheiben auf.

Es ist unter Umständen nützlich, wenn die Welleneinrichtung eine zentral angeordnete Hohlwelle aufweist, so daß Flüs­ sigkeit aus einem auslaßnahen Bereich in einen einlaßnahen Bereich des Beckens zurückströmen kann. Man kann auf diese Weise die von den gegensinnigen Spiralkammern erzeugten Druck- und Strömungsverhältnisse ausnützen, um die Wasser­ rückführung innerhalb des Beckens noch weiter zu erhöhen oder im anderen Drehsinn beim Ausspülen den Strömungsweg zum Auslauf zu verkürzen.

Grundsätzlich wird eine gute Reinigungswirkung dadurch er­ reicht, daß die Spiralkammern mit Bewuchsträgern in dichter Packung gefüllt sind. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn der gesamte zylindrische Zwischenraum zwischen den Tauchtropfscheiben mit Bewuchskörpern gefüllt ist. Damit ist im zur Verfügung stehenden Raum eine maximale Anzahl von Bewuchsträgern untergebracht, was die Wahrscheinlich­ keit eines Kontaktes zwischen Flüssigkeit und der gesamten organisch aktiven Biomasse maximiert.

Vorzugsweise sind die Zwischenräume zwischen den Tauch­ tropfscheiben in ihrem Umfangsbereich in der Art eines Käfigs geschlossen, beispielsweise mit einem Gitter oder einem gelochten Streifen, so daß die Bewuchsträger im In­ neren der Spiralkammern unbeweglich gehalten werden und trotzdem Luft und Flüssigkeit durch das freie Porenvolumen ein- bzw. austreten können. Auf diese Weise wird stets die gewollte Packungsdichte der Bewuchsträger aufrechterhalten, ohne daß die Bewuchsträger aneinander ständig scheuern, verschleißen und zudem der wirksame Bewuchs zerstört wird.

Zur Wartung ist es zweckmäßig, daß hierbei eine schließbare Öffnung vorhanden ist, über welche Bewuchsträger entnommen bzw. in die Spiralkammern eingefüllt werden können. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Spiralkammern bei Versot­ tung o. ä. wie eine Scheuer- und Waschtrommel betrieben wer­ den sollen und die dichte Packung der Bewuchsträger durch Entnahme einer bestimmten kleinen Menge zeitweilig in eine lose Packung aufgelöst wird.

Vorzugsweise besteht der Käfig aus Maschendraht oder ge­ lochten Blech- oder Kunststoffstreifen. Das hat den Vorteil, daß kostengünstige Meterware verwendet werden kann.

Eine besonders rationeller und wirtschaftlicher Einschluß wird dadurch erreicht, daß die Bewuchsträger schalenartig im Umfangsbereich miteinander verklebt oder verschmolzen sind. Hierdurch ergibt sich zusätzlich oder alternativ zu einer sonstigen verschließenden Einrichtung ein Abschluß im Umfangsbereich, welcher das ohnehin vorhandene Material ausnutzt.

Es kann vorteilhaft sein, wenn eine Bewuchsträger-Befüllung mit in Fließrichtung veränderter Packungsdichte erfolgt.

Vorzugsweise bestehen die Bewuchsträger aus Kunststoff. Den Bewuchsträgern können somit optimale Eigenschaften im Hin­ blick auf Grüße, Form und sonstige Beschaffenheitsmerkmale, wie etwa das freie Porenvolumen vermittelt werden. Ferner läßt sich Kunststoff in zuverlässiger Weise verkleben oder verschmelzen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Drehrichtung der Spi­ ralkammern umkehrbar ist. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Durchführung eines Spülgangs nützlich.

Zur optimalen Ausnutzung der Bewuchskörper ist die Drehge­ schwindigkeit in Abhängigkeit von der eintretenden Flüssig­ keitsmenge und dem Verschmutzungsgrad regelbar. Dies hat ferner den Vorteil, daß durch eine Reduzierung der Drehge­ schwindigkeit bei geringem Flüssigkeitszulauf Energie ein­ gespart werden kann.

Da die Energieaufnahme von der drehzahlabhängigen Spiral- Flüssigkeitsmenge, dem Gewicht des Bewuchses und gegebenen­ falls einer Schlammansammlung in den Spiralkammern abhängt, läßt sie Rückschlüsse auf ein Reinigungserfordernis zu. Damit kann auf diese Weise eine übermäßige und unerwünschte Beladung der Spiralkammern mit Schlamm u. ä. oder eine Ver­ stopfung erkannt und selbsttätig ein Spülgang eingeleitet werden.

Der Betrieb ist dadurch besonders störungsarm, indem bei einer vorgegebenen maximalen Energieaufnahme eine Selbst­ reinigung der Vorrichtung erfolgt. Da der Widerstand, gegen welchen die drehenden Spiralkammern arbeiten, nicht nur von der Flüssigkeitsmenge, sondern auch von dem Maß der Vermin­ derung des freien Porenvolumens abhängt, ist ein Grenzwert für die Energieaufnahme einerseits eine zuverlässige Mög­ lichkeit, den richtigen Zeitpunkt für eine Reinigung zu ermitteln; andererseits wird so ein übermäßiger Energiever­ brauch vermieden.

Vorteilhafterweise haben die Tauchtropfkammern eines Paares gleiche Größe. Da die Schluckmengen somit auf der fördern­ den und der aufnehmenden Seite gleich groß sind, wird eine optimale Ausnutzung von Material und Energie erreicht.

Bevorzugt sind aufeinanderfolgende Paare von Tauchtropfspi­ ralen gegeneinander winkelversetzt, so daß insgesamt eine über den Umfang gleichmässige Gewichtsverteilung vorliegt. Dies vermeidet Unwuchten und spart Antriebsenergie.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwie­ sen, daß der Winkelversatz etwa 60° beträgt. Wenn die Anlage beispielsweise sechs Paare aufeinanderfolgender Spi­ ralkammern aufweist, was eine nützliche Größe für zahlrei­ che Anwendungen darstellt, ist bei einer jeweiligen Ver­ drehung um 60° eine gleichmäßige Gewichtsverteilung sichergestellt.

Vorteilhafterweise sind die Umlaufwinkel der die Spiral­ kammern bildenden Spiralen auch kleiner als 360° mög­ lich. Eine derartige Spirale erweist sich hinsichtlich Materialverbrauch, Montage, Wartung und Betrieb vorteil­ haft.

Dabei ist es besonders nützlich, wenn die schließbaren Öffnungen des Käfigs jeweils im spiralfreien Sektor liegen. Man erhält dadurch einen direkten, geradlinigen Zugriffsweg in den gesamten Innenbereich der betreffenden Spiralkammer bis zur Welle, beispielsweise um die Spiralkammer gründlich zu befüllen, zu leeren, zu reinigen oder um einen Füllkör­ perwechsel vorzunehmen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind auf den Tauch­ tropfscheiben geschlitzte Befestigungsköpfe angeordnet, und die Spiralbahnen sind durch stirnseitiges Einstecken in die Schlitze befestigt. Dies ist eine besonders einfach hand­ habbare und gleichzeitig zuverlässige Befestigungsmöglich­ keit.

Die Tauchtropfscheiben weisen vorzugsweise eine Dicke bis etwa 10 mm bei einem Durchmesser von etwa 2 m auf. Mit die­ sen Maßen liegt ein guter Kompromiß zwischen Stabilität und Eigenmasse vor.

Es ist üblich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Abdeckung versehen ist. Wenn in einer Kläranlage, etwa im eingangsseitigen Vorklärbeckenbereich, kontaminier­ te Gase auftreten, können sie unter die Abdeckung geleitet werden, wo sie mit den Spiralkammern in die Flüssigkeit eingebracht werden, so daß auch eine Waschung und Reinigung der Gase erfolgt.

Die Vorrichtung arbeitet bereits in vorteilhafter Weise, wenn die mittlere Drehzahl während des Klärbetriebs etwa 1 min^-1 beträgt. Mit dieser Drehzahl arbeitet die Anlage energiesparend und wirtschaftlich, auch im Hinblick auf die mechanische Belastung der verschiedenen Komponenten. Anlagen des Standes der Technik arbeiten vielfach mit einer höheren Drehzahl.

Hei der Reinigung der Vorrichtung beträgt die mittlere Drehzahl bis etwa 3 min^-1. Bei dieser Drehgeschwindig­ keit stellt sich der zeitweilige Scheuertrommel-Wasch- Effekt in bereits ausreichender Weise ein.

Vorzugsweise setzt die Vorrichtung während ihrer Reinigung den Betrieb fort. Dies erhöht die Effizienz des Verfahrens, da ein wesentlicher Stillstand der Anlage und somit eine spürbare Unterbrechung des Klärbetriebes nicht erforderlich ist.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Drehrichtung des Rotors umgekehrt wird. In diesem Fall wird die innere Ge­ genstromrichtung des Arbeitsbetriebes durch eine Gleich­ stromrichtung ersetzt, welche den Abtransport der gelösten Anlagerungen fördert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung von paarweise über eine Durchtrittsöffnung verbundenen gegensinnigen Spiral­ kammern ein definierter Wasser- und Luftaustausch im Rotor­ inneren erzeugt werden kann, der es ermöglicht, daß ohne Kurzschlußströmung im Becken die gesamte zu klärende Flüssigkeit mit den reinigenden Bewuchsträgern definiert steuerbar in Berührung kommt. Somit werden Hintereinander­ schaltungen mehrerer Rotoren anteilig reduziert, und übli­ che Regelmechanismen sind einsetzbar, aufgrund derer Ener­ gie eingespart werden kann. Ferner ist eine Reinigung der Vorrichtung auf einfache Art und Weise während des Betriebs der Anlage möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Vertikal-Längsschnitt einer Vorrichtung zum biologischen Reinigen einer Flüssigkeit;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Spiralkammer gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 ein Strömungsschema der Vorrichtung gemäß gemäß Fig. 1. in einer Draufsicht.

Gemäß Fig. 1 befindet sich eine zu reinigende Flüssigkeit 10 mit einem Flüssigkeitsspiegel 11 in einem Becken 12. Eine horizontale Antriebswelle 13, die knapp unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 11 verläuft, trägt Trommelscheiben 15, 15' mit vertikal und koaxial angeordneten Tauchtropfspira­ len 14, 14'. Die Flüssigkeit wird über einen Einlaß 8 gemäß Pfeil 30 zugeführt und verläßt das Becken 12 über einen Außlaß 9 gemäß Pfeil 37.

Der untere Sehnenabschnitt des so gebildeten Rotors mit Füllkörpern 21 befindet sich in der Flüssigkeit 10 und oberhalb des Wasserspiegels 11 in Luft. Wenn die Tauch­ tropfspiralen 14, 14' über die Welle 13 in Rotation ver­ setzt werden, gelangen ständig neue Bereiche mit sich ver­ ändernden inneren und äußeren Flächenanteilen der Tauch­ tropfspiralen 14, 14' in die Flüssigkeit 10, während andere Bereiche aus der Flüssigkeit 10 heraus bewegt werden, wobei insbesondere die Flüssigkeit in radialer Richtung mitgenom­ men wird und während der Weiterbewegung in die komplemen­ täre Nachbarspiralkammer 17 bzw. 17' geschoben wird. Glei­ ches vollzieht sich oberhalb des Wasserspiegels 11 mit dem Fluid Luft. Auf den Oberflächen der Tauchtropfspiralen 14, 14' und der Füllkörper 21 befinden sich Mikroorganismen, die in Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft die Flüssig­ keit 10 reinigen. Die Tauchtropfspiralen 14, 14' werden je­ weils aus zwei voneinander beabstandeten Tauchtropfscheiben 15, 15' gebildet, zwischen welchen ein Spiralkörper 16, 16' (Fig. 2) angeordnet ist, dessen Windung um die Welle 13 herum verläuft. In Fig. 1 sind die Spiralkörper nicht wie­ dergegeben, um die Darstellung übersichtlicher zu halten.

Gemäß Fig. 2 werden auf diese Weise Spiralkammern 17, 17' erzeugt. Wie Fig. 1 und 2 ferner zeigen, sind nebeneinan­ derliegende Tauchtropfspiralen 14, 14' paarweise zusammen­ gefaßt, wobei die zugehörigen Spiralkörper 16, 16' gegen­ sinnig und im übrigen spiegelbildlich verlaufen, wobei die Spiegelachse durch den Spiralenmittelpunkt verläuft. Man erhält auf diese Weise komplementäre Spiralkammern 17, 17' mit jeweils gleicher Schluckmenge.

Die einzelnen Paare von Tauchtropfspiralen 14, 14' haben ferner jeweils eine gemeinsame mittlere Tauchtropfscheibe 15', die um die Welle 13 herum eine mittige, kreisrunde Durchtrittsöffnung 18 zur Verbindung der beiden Spiralkammern 17, 17' aufweist. Diese mittlere Tauchtropfscheibe 15' wird von stabförmigen Tragankern 19 gehalten, welche paral­ lel zur Welle 13 verlaufen und an den übrigen Tauchtropf­ scheiben 15 befestigt sind.

Die Räume zwischen den Tauchtropfscheiben 15, 15' und damit die Spiralkammern 17, 17' sind grundsätzlich in dichter Packung mit Bewuchsträgern 21 gefüllt, auf welchen die Mikroorganismen vorwiegend angesiedelt sind. Um die Figuren übersichtlich zu halten, sind die Bewuchsträger 21 ledig­ lich in einer einzigen, links liegenden Spiralkammer 17 dargestellt. Die Spiralkammern 17, 17' sind in ihrem Außen­ umfang mit einem Geflecht aus Metall oder Kunststoff ver­ schlossen, so daß ein Käfig 20 gebildet wird, in welchem die Bewuchsträger 21 möglichst in sich unbeweglich gehalten werden.

Das gesamte Becken ist in dem hier vorliegenden Beispiel mit einer Abdeckung 22, einem Lufteintritt 25 und einem Luftaustritt 26 versehen. Auch ist es möglich, kontaminier­ te Luft an der Stelle 25 einzuleiten und gleichzeitig mit der Flüssigkeitsreinigung mäanderartig gezielt durch den Tauchtropfkörper oberhalb des Wasserspiegels 11 zu drücken und nicht nur den Sauerstoffeintrag zu bewirken, sondern zu­ gleich auch teilweise eine Abluftreinigung zu erzielen.

Gemäß Fig. 2 bestehen die Spiralkörper 16, 16' aus entspre­ chend gewundenen Metall- oder Kunststoffbahnen, wobei der Umlaufwinkel ϕ im vorliegenden Beispiel etwa 350° ist. Die Bahnen sind stirnseitig in geschlitzten Befesti­ gungsköpfen 23 gehalten, welche auf den Tauchtropfscheiben 15, 15' befestigt sind.

Im Käfig 20 sind verschließbare Öffnungen 24 zum Entnehmen und Befüllen der Bewuchskörper 21 sowie zum Reinigen der Spiralkammern 17, 17' vorhanden. Sie befinden sich in dem­ jenigen Bereich, welcher - in radialer Projektion - zwi­ schen dem Anfangs- und Endpunkt des betreffenden Spiral­ körpers 16, 16' liegt, so daß über die Öffnung 24 ein direkter und geradliniger Zugang bis zum Zentrum der be­ treffenden Spiralkammer 17, 17' möglich ist.

Die Spiralkammern 17, 17' sind paarweise gegeneinander so winkelversetzt, daß der aus allen Tauchtropfspiralen 14, 14' gebildete Rotor in jeder Winkelstellung Gleichgewicht aufweist und auf diese Weise Unwuchten beim Rotieren ver­ mindert werden.

Für die folgende Beschreibung von zwei typischen Betriebs­ weisen wird angenommen, daß die jeweils stromaufwärts lie­ genden Tauchtropfspiralen 14 eines Paaras einen Spiralkörper 16 mit einer von außen nach innen gesehenen Wendel im Uhr­ zeigersinn aufweisen und die jeweils folgenden Tauchtropf­ spiralen 14' eines Paares Spiralkörper 16' mit einer Wende­ lung entgegen dem Uhrzeigersinn. Im Arbeitsbetrieb werden alle Tauchtropfspiralen 14, 14' im Uhrzeigersinn bewegt, so daß diejenigen Spiralkammern 17', welche die Wendelungen entgegen dem Uhrzeigersinn aufweisen, mit ihrer Öffnung frontal in die Flüssigkeit 10 eintauchen und diese Spiral­ kammern 17' Flüssigkeit aufnehmen. Bei weiterer Drehung wird die aufgenommene Flüssigkeit im Inneren der Spirale so weit angehoben, daß der Flüssigkeitsspiegel 11' Flüssigkeit durch die Durchtrittsöffnung 18 in die davorliegende Nach­ bar-Spiralkammer 17 fördert, welche die Wendelung im Uhr­ zeigersinn aufweist. Gleichzeitig werden die oberhalb des Wasserspiegels 11, 11' befindlichen Bewuchsträger mit Sauerstoff eintragender Luft ebenso zwangsweise belüftet.

Aufgrund der spiegelbildlichen Anordnung der zweiten Tauch­ tropfspirale 14 eines Paares, welche die Wendelung entgegen dem Uhrzeigersinn aufweist, erhält man in jeder Winkelstel­ lung komplementäre Spiralkammern 17, 17'. Das bedeutet, daß in gleicher Weise, wie sich das wirksame Volumen der einen Spiralkammer 17' bei der Rotation verringert, sich das wirk­ same Volumen der komplementären Spiralkammer 17 erweitert. Während auf diese Weise mit der einen Tauchtropfspirale 14' eine Art Pumpdruck auf die Flüssigkeit erzeugt wird, ent­ steht in der komplementären Tauchtropfspirale 14 synchron eine Art Saug-Unterdruck, so daß insgesamt der Flüssig­ keitsaustausch von der einen Spiralkammer 17' in die andere Spiralkammer 17 im Sinne einer Pumpe erfolgt.

Gleichzeitig entsteht im Umfangsbereich 32 (Fig. 3) der einen Tauchtropfspiralen 14 eine Verdrängerwirkung und im Umfangsbereich 34 (Fig. 3) der anderen Tauchtropfspiralen 14' eine Sogwirkung.

Die Durchtrittsöffnung 18 ist im Verhältnis zum Innenvolu­ men der Spiralkammern 17, 17' so bemessen, daß sie auch bei maximalem Wasserspiegel 11' nicht vollständig geflutet wird. Auf diese Weise kann auch die verdrängte Luft entwei­ chen, und es wird verhindert, daß sich ein unnötiger Gegen­ druck aufbaut.

Zur Durchführung eines Spülganges wird die Drehrichtung der Tauchtropfspiralen 14, 14' umgekehrt, so daß sich auch die Pump-/Saugwirkung und die Fließrichtung der Flüssigkeit im Rotorinneren umkehren.

Anhand der Fig. 3 wird die Fließrichtung der zu reinigenden Flüssigkeit im Arbeitsbetrieb weiter veranschaulicht. Die Flüssigkeit tritt gemäß Pfeil 30 an der Stirnseite der Tauchtropfspiralen 14, 14' in das Becken 12 ein und wird gemäß Pfeil 31 von der stromaufwärts zuerst angeordneten Tauchtropfspirale 14' aufgenommen. Dabei entsteht im Um­ fangsbereich 32 der ersten Tauchtropfspirale 14' ein etwas verminderter Flüssigkeitsdruck.

Die Flüssigkeit wird dann gemäß Pfeil 33 in die komplemen­ täre Tauchtropfspirale 14 gefördert und in ihrem Umfangsbe­ reich 34 unter Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes abgegeben. Aufgrund dieser Strömungsverhältnisse wird in der Art eines Gegenstromprinzips gemäß Pfeilen 33 bis 35 ein Teil der Flüssigkeit in den Wirkbereich der flußaufwärts liegenden Tauchtropfspiralen 14 zurückgeführt. Ein weiterer Teil der Flüssigkeit gelangt gemäß Pfeil 36 in die ebenfalls flußab­ wärts nächste der Tauchtropfspiralen 14, wenn die drehzahl­ abhängigen Schluckmengen 31 die Zulaufmenge 30, die gleich der Ablaufmenge 37 ist, etwas übersteigen. Es wird daraus ersichtlich, daß sich durch diese wiederholte teilweise Rückführung der Flüssigkeit grundsätzlich ein mehrmaliger mäanderförmiger Durchlauf der Flüssigkeit durch die einzel­ nen Tauchtropfspiralen und damit einhergehend ein intensi­ ver Kontakt mit den Mikroorganismen auf den Bewuchsträgern ergibt. Statistisch gesehen, kann durch die sichere Durch­ mischung in den Bereichen 34 und 32 kein unbehandelter Flüssigkeitsanteil 38 den Rotor in einer Kurzschlußströmung zwischen den Stellen 30 und 37 passieren.

Die gleichen Srömungsverhältnisse mit statistisch mehrmali­ gem Durchtritt durch die Tauchtropfspiralen liegen auch beim Eintragen des Luftsauerstoffs in den Rotorteil ober­ halb des Wasserspiegels 11, 11' und damit auch beim Waschen kontaminierter Luft vor.

Claims (26)

1. Vorrichtung zum biologischen Reinigen einer Flüssig­ keit (10), mit vertikal und koaxial angeordneten sowie drehfest miteinander verbundenen Tauchtropfspiralen (14, 14'), welche um eine gemeinsame Achse rotierbar in einem die Flüssigkeit (10) aufnehmenden Becken (12) in der Weise angeordnet sind, daß sich ein Segment der Tauchtropfspiralen (14, 14') zur Flüssigkeitszuführung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (11) und ein ande­ res Segment zur Luftzuführung oberhalb des Flüssig­ keitspegels (11) befindet, wobei die Windungen der Tauchtropfspiralen (14, 14') um die Achse herum unter Bildung von Spiralkammern (17, 17') verlaufen, dadurch gekennzeichnet,
daß benachbarte Spiralkammern (17, 17') paarweise gegensinnig angeordnet sind,
daß zwischen zwei Spiralkammern (17, 17') eines Paares in deren Zentrumsbereich eine Durchgangsöffnung (18) zumindest für Flüssigkeit und Luft vorhanden ist, so
daß bei einer Rotation der Spiralkammern (17, 17') Flüssigkeit und Luft von einer Spiralkammer (17) zur anderen Spiralkammer (17') gefördert wird,
daß die Tauchtropfspiralen (14, 14') jeweils aus zwei Tauchtropfscheiben (15, 15') und einem dazwischen an­ geordneten Spiralkörper (16, 16') gebildet sind,
daß die Durchgangsöffnung (18) zentrisch in einer der Tauchtropfscheiben (15') ausgebildet ist, und
daß das innere Ende des Spiralkörpers (16, 16') außer­ halb der Durchgangsöffnung (18) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralkammern (17, 17') paarweise gegensinnig angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufwinkel (ϕ) einer Spiralkammer (17, 17') etwas kleiner als 360° ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise benachbarten Spiralkammern (17, 17') aus drei Tauchtropfscheiben (15, 15') gebildet sind, und die mittlere Tauchtropfscheibe (15') mit der Durch­ gangsöffnung (18) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (18) größer bemessen ist, als zum Durchfluß der maximalen Schluckmenge der Spiralkammern (17, 17') erforderlich ist, so daß auch ein Luftübertritt zwischen den Spiralkammern (17, 17') erfolgen kann.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralkammern (17, 17') mit Bewuchsträgern (21) gefüllt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der zentrischen Durchgangsöffnung (18) versehene Tauchtropfscheibe (15') über achsparallele Traganker (19) gehalten ist, die an den übrigen Tauch­ tropfscheiben (15) befestigt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schluckmengen der Spiralkammern (17, 17') ei­ nes Paares gleich groß sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von gegensinnig angeordneten Spiral­ kammern (17, 17') in Achsrichtung nebeneinander ange­ ordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralkammern (17, 17') paarweise mit einem Winkelversatz von etwa 60° angeordnet sind, daß in jeder Winkelstellung der gesamten Vorrichtung Gleichgewicht vorliegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralkörper (16, 16') aus einer gewundenen Metall- oder Kunststoffbahn gebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- oder Kunststoffbahnen stirnseitig in geschlitzten Befestigungsköpfen (23) gehalten sind, die auf den Tauchtropfscheiben (15, 15') befestigt und an den Spiralenden als Festpunkte ausgebildet sind.

13. Verfahren zum biologischen Reinigen einer Flüssigkeit, bei welchem Tauchtropfkörper in der zu reinigenden Flüssigkeit (10) in der Weise rotieren, daß ein Segment eines jeden Tauchtropfkörpers zur Flüssigkeits­ zuführung durch die Flüssigkeit (10) und zur Luft­ zuführung durch Luft bewegt wird, und bei welchem mit­ genommene Flüssigkeit (10) anschließend von dem sich außerhalb der Flüssigkeit bewegenden Bereich der Tauchtropfkörper abtropft, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (10) mittels einer vertikal rotie­ renden ersten Tauchtropfspirale (14; 14') in eine drehfest verbundene, mit gleicher Geschwindigkeit rotierende zweite Tauchtropfspirale (14'; 14) geför­ dert wird, die zur ersten Tauchtropfspirale komple­ mentär ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei
die Flüssigkeit (10) in einen randseitigen Aufnah­ mebereich (34) der ersten Tauchtropfspirale (14) geleitet wird,
die Flüssigkeit durch Rotation der zweiten Tauch­ tropfspirale (14') nach innen in ihr Zentrum geför­ dert wird und
die Flüssigkeit (10) zumindest teilweise durch mindestens eine Öffnung (18) im zentralen Bereich der ersten Tauchtropfspirale (14) hindurchgedrückt wird, und
die Flüssigkeit (10) von der ersten Tauchtropfspi­ rale (14) radial nach außen in einen Abgabebereich (34) gefördert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (10) nach dem Austritt aus dem Abgabebereich (34) zumindest teilweise in einen Auf­ nahmebebereich (32) einer nachfolgenden Tauchtropf­ spirale (14') eintritt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine leichte Druckdifferenz zwischen den Aufnahme- und Abgabebereichen (32, 34) erzeugt wird,
wobei der Druck in einem Abgabebereich (34) größer ist als in einem unmittelbar danach stromabwärts liegenden Aufnahmebereich (32), so daß die Flüssigkeit (10) nach dem Austritt aus dem Abgabebereich (34) teilweise wieder in den nachfolgenden Aufnahmebereich (32) mit der Strömung (31) eintritt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit und die Flüssigkeitszufuhr so aufeinander abgestimmt werden, daß die Öffnung(en) (18) nicht vollständig geflutet ist/sind.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszufuhr geregelt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in Abhängigkeit von der Energieauf­ nahme des Antriebs erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen, maximalen Energieaufnahme ein Spülvorgang eingeleitet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindestens einem Zeitpunkt während des Durch­ tritts der Flüssigkeit durch die Öffnung(en) (18) ein Druck- und/oder Strömungsgleichgewicht im Bereich der Öffnung(en) (18) vorliegt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (10) zumindest teilweise durch eine die Tauchtropfspirale(n) (14, 14') tragende Hohlwelle (13) von einem auslaßnahen Bereich zu einem einlaß­ nahen Bereich rückgeführt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bereich der Tauchtropfspiralen (14) kontami­ nierte Luft zugeführt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigen ein Betrieb in der Art einer Wasch- oder Scheuertrommel bei erhöhter Drehzahl durchgeführt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb nach Art einer Wasch- oder Scheuer­ trommel sowohl unter Beibehaltung der Gegenstrom-Be­ triebsrichtung des Rotors als auch mit umgekehrter Drehrichtung des Rotors durchgeführt wird.

26. Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb nach Art einer Wasch- oder Scheuer­ trommel ein Teil der Bewuchsträger (21) entnommen wird.