DE2001338A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser mit Belebtschlamm - Google Patents

Description

3ZBN3XNYÄK, Tatabanya, Ungarn

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM REINIGEN VON ABWASSER BELEBTSCHLAMM '...··"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen ■ von Abwässern und die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Einrichtung, bei welcher die Rückführung des in der Klärvorrichtung sich, ablagernden Schlammes in den Reaktor (Belüftungsbecken) ohne Anwendung einer Zirkula^ionspuinpenanla'ge erfolgt, und gleichzeitig das intensive Umwälzen (Mischen) der Flüssigkeit im Reaktor, sowie eCLβ -Zuführung des für 756/9 alt. _λ:λ; .„.._

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die biologischen Prozesse erforderlichen Sauerstoffes gesichert ist.

Beim Abwasserreinigungsverfahren mit belebtem Schlamm wird bei den Reinigungsanlagen für Hauaabwässer immer, bei Industrieabwässern häufig eine mit intensiver Umwälzung arbeitende Vorrichtung als Reaktor, sowie ein dem Reaktor nachgeschalteten Absetzer eingebaut. Bei der Abwässerreinigung mit belebtem Schlamm besteht die Aufgabe dee als Reaktor betriebenen Objektes darin, das Abwasser-Schlammgemenge intensiv umzuwälzen und e3 bei den sich abspielenden biologi— ' sehen-Prozessen mit dem nötigen Sauerstoff zu versehen. Bei der Reinigung von Industrieäbwas3er hat der Reaktor die Aufgabe, eine enge Berührung der zu behandelnden Flüssigkeit mit dem Reagent herbeizuführen. In dem nach dem Reaktor eingebauten Klärbecken erfolgt dann die Trennung de3 Gemenges d.h. das Sedimentieren des in der Flüssigkeit schwebenden Schlammes.

Bei der Abwasserreinigung mit belebtem Schlamm wird der im Nachabsetzer sedimentierte Schlamm, als der zur Abwasserreinigung mit belebtem Schlamm erforderliche Bakterienträger, zum weiteren Reinigungsprozeß benötigt, deshalb mnß der Schlamm aus dem Absetzer rückzirkuliert werden (Rückführ ungsschlamm.).

Bei den bekannten und IiHichen Reinigungsverfahren für Industrieabwässer ist diese Schlammrückführung in den Reaktor dann erforderlich, wenn zeitweilig die Reagentmenge im System überwiegend i3t, da sich hiedurch ein wirtschaftlich optimaler Betrieb erzielen läßt. Eben deswegen besitzen die

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bisher angewendeten und bekannten Systeme außer dem erwähnten Reaktor und der Klärvorrichtung auch eine Rezirkulations-Pumpenanlage, deren Aufgabe ist, den obenerwähnten Rückführungsschi amm bzw. den Reagent aus dem Absetzer in den Reaktor zurückzuführen.

Dieses System soll d'.irch die Erfindung insoweit abgeändert bzw. weiter entwickelt werden, daß dabei die Resirkulations-Pumpenanlage wegfällt, indem einerseits das Zurückge- · langen des im Absetzer sedimentierten Schlammes, bzw. des Reagenten in den Reaktor ohne Errichtung einer besonderen Pumpenanlage gelöst ist,-andererseits im Reaktor eine intensive Umwälzung der Flüssigkeit, sowie, auch die für die biologischen Prozesse erforderliche Sauerstoffzufuhr gesichert ist.

Bei der Abwasserreinigung mit belebtem Schlamm sind hinsichtlich der intensiven¹Umwälzung des Abwassers und Schlämmest sowie der Sauerstoffzufuhr drei Systemen bekannt:

1. Drehbürstenverfahren mit horizontaler Welle,

2. Verfahren mit Lufteinblasen (Oberflächen- oder-Tiefen-Belüftung),

3. Belüftungsrotor mit vertikaler Achse für Oberflächenbelüftung.

Bei Ihdustrieabwä3sern werden im allgemeinen Urarühr- propeller oder Käfigrührwerke angewendet. Diese Geräte sind imstande, das Gemenge entsprechend umzuwälzen und nötigen falls auch eine entsprechende Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten.

!Zum Betrieb des ganzen Systems ist aber außerdem in allen drei Fällen auch der Einbau und Betrieb der vorher— ■■■·.. - - 3 - - -

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gehend erörterten Rezirkulations-Pumpenanlage erforderlich. Demgegenüber bietet die von una ausgearbeitete lösung gemäß der Erfindung die Möglichkeit, Jede Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten des Reaktors optimal zu sichern, und gleichzeitig nach dem Grundgedanken der Erfindung, Rückfüh,-rungsschlamm und Reagentmenge aus dem Absetzer ohne Rezirkulations-Pumpenanlage selbsttätig in den Reaktor zurückströmen zu lassen.

Zum näheren Verständnis de3 Wesen3 der Erfindung seien hier die Arbeitsweise der konventionellen Reinigungsanlagen, ^ sowie die Bestrebungen bezüglich der Eliminierung der Re-

Zirkulationspumpen kurz erörtert. Bei den konventionellen Wasserreinigungsanlagen gelangt das Abwasser über ein Rohr in den Reaktor, in welchem das Wasser-Schlammgemenge durch ein Rührwerk ständig gemischt wird, und gleichzeitig für die zur Reinigung mit belebtem Schlamm erforderliche Sauerstoffzufuhr gesorgt ist. Das gut durehmisdirte Gemenge gelangt dann über ein Rohr in das Klärbecken, wo sich das Wasser vom Schlamm scheidet, und letzterer sich auf dem Boden des Beckens niederschlägt. Der sedimentierte Schlamm wird von F einem Kratzwerk dem Schlammsumpf zugeleitet; von hier wird er von der Rezirktilierpumpe über die Rezirkulierleitung wieder in den Reaktor gespeist.

Der Bau einer Rezirkulation3leitung und einer Pumpenanlage ist natürlich mit erheblichen Kosten verbunden, und enthithlt außerdem eine Anzahl von Fehlerquellen. Deswegen wurde schon öfters versucht, diese Anlagenteile zu eliminieren. Eine dieser lösungen besteht darin, daß das

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im Reaktor befindliche Waa'aer-Schlammgemia.ch durch eine Mischvorrichtung fortlaufend umgewälzt wird. Das Umwälzen (Mischen) iat hierbei durch Lufteinblasen gelöst, zu welchem. Zweck über das an der einen Seitenwand eingebaute Luftein-■ blaaegitter ständig Luft eingeblasen wird. Das so durch-• mischte Gemenge geht über die an der Längsseite des Beckens angeordnete öffnung in daa Klärbecken ab, wo der Schlamm sich absetzt.

Diese Einrichtung soll theoretisch selbstregelnd sein, ,da der sedimentierte Schlamm durch die vorgesehenen Öffnungen wieder in den Reaktorraum zurückgleitet. Obwohl nun diese Einrichtung theoretisch gut arbeiten müßte, ist ihr Wirkungsgrad hinsiehtlieh*der Rezirkulation doch nicht befriedigend, da die Sehlammrückführung in entgegengesetzter Rieh-' tung im Verhältnis zur Wasserableitung erfolgt. Ferner haben solche Einrichtungen "den Nachteil, daß die im Reaktor auftretende pulsierende Wasaerbewegung sich auch in dae Klärbecken fortpflanzt und dort den Sedimentierungsprozeß stört, bzw. beeinträchtigt.

Aus den angeführten Gründen können solche Einrichtungen nur in Auanahmsfällen und nur dort benützt werden, wo das Ausmaß der Schlammrezirkulation nicht ausschlaggebend ist, ferner dort, wo im Vergleich zum Reaktor (Belüftungsbecken) nur ein relativ kleiner Klärraum erforderlich ist.

Verfahren und Einrichtung .gemäß vorliegender Erfindung sollen im folgenden an Hand der als Ausführungsbeispiele mit Weglassung überflüssiger Details angefertigten und beigelegten Zeichnungen erörtert werden:

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Pig. 1 zeigt den achematischen Vertikalschnitt der kompletten Einrichtung,

Pig. 2 ist die Seitenansicht in größerem Maßstab des Turbinenrades der Belüftungsvorrichtung, und Pig. 3 die dazu gehörige Draufsicht.

Das in dem Reaktor 1 (Belüftungsbecken) befindliche Wasser—Schlammgemenge wird von dem Rührwerk 2 (Belüftungseinrichtung) intensiv durchmischt, wobei auch die Sauerstoffzufuhr für die sich, abspielenden biologischen Prozesse gesitr chert ist. Das -Rührwerk 2 befindet sich an einem in der Mitte de3 Belüftungsbeckens eingebauten Rohr 3* welch letzteres in der Nähe des Beckenbodens endet. Das umwälzte Gemenge gelangt über eine Leitung 4 in Klärbehälter 5» wo 3ich der Schlamm absetzt. Der sedimentierte Schlamm wird von einem Räumgerät 6 in den Schlammsumpf 7 befördert. Aue dem Schlammsumpf 7 führt eine Rohrleitung 8 zur Bodenplatte des Reaktors 1, bzw. verbindet den Schlammsumpf 7 mit dem Reaktor 1. Das Ende der Rohrleitung 8 tritt vertikal, genau in der Rohrachse 3 in den Reaktorraum 1 ein, wobei das Rohrende 9 ein wenig in das Rohr 3 hineinragt, um dadurch eine bessere Saugwirkung zu erzielen.

Die Arbeitsweise des Systems gemäß der Erfindung und das Abwasserreinigungsverfahren mit belebtem Schlamm gemäß der Erfindung ist die folgende:

Wird im Reaktor 1 (Belüftungsbecken) das Rührwerk Betrieb gesetzt, so arbeitet es wie eine Pumpe und saugt aus dem Vertikalrohr 3 eine große Wassermenge hoch, die sich dann über die ganze Wasseroberfläche verbreitet. Diese äußerst in-

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tensive Rührbewebung bewirkt eine vollkommene Umwälzung des im Becken enthaltenen Wassers und sichert auch eine entsprechende Säuerstoffzufuhr. Gleichzeitig verhindert sie, daß sich der Schlamm absetzt.

■ Als Ersatz für die durch das Rohr 3,hochgesaugte große Flüssigkeitsinenge dringt neue Flüssigkeit durch einen regelbaren Schlitz 10 in das Rohr 3 ein«, Dieser Schiita wird einerseits durch den unteren Rand des RohresuSriiändeuerseits durch den Beckenboden gebildet. Dadurch aber kommt innerhalb der Flüssigkeit im Belüftungsbecken 1 ein Kreislauf zustande, dessen Strömungsrichtung durch die eingezeichneten Pfeile angegeben-ist. Dabei stößt die Strömung der durch den Schlitz 10 angesaugten Flüssigkeit auf einen Widerstand, der.den Schlitzabmessungen und der Flüssigkeitsmenge entspricht, und mit Zunahme der Flüssigkeitsmenge quadratisch wächst. Um die Größe des Schlitzes zu verändern, kann der untere Teil des Rohres 3 teleskopartig verkürzt oder verlängert werden.

Wird die Förderfähigkeit des Rührwerkes Z allmählich erhöht oder der Schlitz 10 verengert, so nimmt der Widerstand der durch den Schlitz einströmenden Flüssigkeit derartig zu« daß er größer wird als der Widerstand des Rohres 8, welches vom Boden des Reaktors 1 über das Klärbecken 5 zum Schlammsumpf 7 führt« Damit aber setzt auch in diesem Verbindungsrohr 3 eine Flüssigkeitsströmung ein, die nichts anderes ist, als die aus dem Schlammsumpf 7 des Klärbeckens zum Reaktor hin gerichtete Rezirkulation* Das in der Achse de3 Rohrendes 9 und des Rohres 3 angeordnete Rührwerk 2 muß also so beschaffen sein, daß es einerseits das intensive Umwälzen.

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des im Reaktor befindlichen Wasser-Schlammgemenges besorgen kann, andererseits die für die biologischen Prozesse erforderliche Sauerstoffzufuhr sichert und gleichzeitig auch eine starke axial gerichtete Saugwirkung auszuüben imstande ist.

Der Betrieb der nach dem Prinzip gemäß der Erfindung gebauten und arbeitenden Einrichtung ist einfach und öfconomisch., da dabei eine Rezirkulations-Pumpenanlage nicht nötig ist und die Einrichtung keine besondere Aufsicht erfordert.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind zweckmäßige Lösungen des Rührwerkes 2 dargestellt; Dieses Rührwerk besteht aus einem Belüftungsrohr mit Veitikalachse, welcher beim Rotieren in axialer Richtung von oben Luft, von urten aber Wasser ansaugt, während die Schaufeln des Rotors das intensive Vermischen der angesaugten Luft und Flüssigkeit vollführen; dabei wird durch das Rührwerk an der Wasseroberfläche ein Bewegen und Zerstäuben des Wassers, ferner eine kräftige Turbulenz zustande gebracht. Alle diese Wirkungen werden durch die konstruktive Ausgestaltung des Belüfters, hauptsächlich aber durch die Ausgestaltung des Turbinenrades gemäß der Erfindung ermöglicht.

Erwähnt sei* daß zum Erreichen der besagten Ziele, stabile, mit Überdruckluftzuführung arbeitende, ferner auch dynamische Belüfter mit horizontaler Welle bekannt sind, die jedoch nicht so vorteilhaft arbeiten, wie Oberflächenrotoren mit Vertikalachse (Aeratoren). Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 gehört in diese letztere Gruppe.

Der Antrieb, der sich auf der am oberen Ende der Vertikalachse anschließenden Brückenkonstruktion befindet, sichert das Rotieren der erwähnten Vorrichtungen, durch deren

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Wirkung der Waasermenge eine wirbelnde Bewegung mitgeteilt wird. Die Bewegung des Wassers ist in der Achse vom Becken'-boden nach aufwärts gerichtet und verläuft an den Seitenwänden spiralenförmig nach unten. An der Wasseroberfläche entsteht ein heftiges Aufsprudeln des Wassers, wobei diese Wasserschicht mit Sauerstoff gesättigt wird. Infolge der im Becken zustande kommenden starken Turbulenz wird der an der Oberfläche aufgenommene Sauerstoff dem ganzen Wasserinhalt des Beckens mitgeteilt. - ■ '

An der vertikalen Achse 11 sind oben drei - zweckmäßig von einander in gleichem Abstand befindliche - konzentrische Scheiben angebracht. Von diesen ist die untere Scheibe 12 und die obere Scheibe 13 in der Mitte mit den zweckmäßig gleich, großen öffnungen 14 bzw. 15 versehen, während am Umfang der mittleren Scheibe 16 zweckmäßig auf gemeinsamen Teilkreis öffnungen VJ ausgespart sind. An den konzentrischen Scheiben 12, 13 und 16 sind gekrümmte und perforierte Schaufeln 18 symmetrisch angebracht, welche radial über die konzentrischen Scheiben hinausragen, nach innen aber, zweckmäßig sich, bis zu jenem Durchmesser erstrecken, der dem Außenrand der Öffnungen 14 bz:w. 15 entspricht. Auf diese Weise teilen die Schaufeln 18 den Innenraum des Rotorkörper3 in miteinander verbundene Räume, deren Querschnitt dem Rotorinnern zu sich, verengt. Die Schatvfelenden als Erzeugende einer .!zylindrischen Fläche verlaufen parallel zur Achse Xl und haben zweckmäßig gleiche Höhen, oder eine etwas größere, als die Höhe des aus den konzentrischen Scheiben gebildeten Rotorkörpers. An den Schaufeln sind unten Anaätze 19 angebracht, welche spitz aus-

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laufen (Fig, 2) oder trapezförmig sind (Fig. l). Die waaserbewegende Wirkung der Ansätze 19 ist regelbar, da der obere Teil von Rohr 3 teleskopartig gehoben und gesenkt werden kann (Fig. l)·

Bei einer solchen Konstruktion des Rotors gemäß der Erfindung wird der Rotorkörper durch die mittlere konzentrische Scheibe 16 in zwei Teile geteilt. In dem über der Scheibe 16 gelegenen Raum 20 wird durch die beim Rotieren des Turbinenrades zustande kommenden Depression von oben in axialer Richtung luft angesaugt, während die Saugwirkung im unteren * Teil 21 unter der Scheibe 16 gleichfalls in axialer Richtung ein Ansaugen der Flüssigkeit bewirkt. Gleichzeitig erfolgt entlang des Außenumfanges der Schaufeln das intensive Vermischen der angesaugten Luft mit der hochgesaugten Flüssigkeit und 3omit die angestrebte SäuerstoffSättigung.

Das gemäß Obigem ausgeführte Turbinenrad wird nahe zur Wasseroberfläche eingebaut. Beim Rotieren wird durch das Turbinenrad bzw. dessen Schaufeln der Oberteil des Wassers, bei gleichzeitiger Zerstäubung verschoben, wobei außerdem auch ein Saugeffekt ausgeübt wird. Alldas bewirkt ein vollkom-™ menes Umwälzen der Beckenflüssigkeit, und ermöglicht gleichzeitig eine ausgiebige Sauerstoffzufuhr. Außer diesen Wirkungen erfolgt gleichzeitig über die öffnung 14 der oberen Scheibe und die Öffnung Y] der mittleren Scheibe ein Ansaugen großer Luftmengen.

Das Rührwerk kann in verschiedenen Tiefen angeordnet werden. Tn vielen Fällen ist es von Vorteil, wenn in der Ruhestellung der Wasser- bzw. Flüssigkeitsspiegel 22 sich etwas

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unter den Schaufeloberkanten befindet. Im Betrieb nimmt die Wasseroberfläche etwa jene Gestalt an, wie sie in Fig. 2 mit der Konturlinie 23 angedeutet ist. .

Die angesaugte Luft kommt infolge der heftigen Bewegung mit der umgewältzten Wassermasse in Form, von feinen Luftbläschen in Berührung und sättigt diese mit"Sauerstoff. Die auf diese Weise zugeführte Säuerstoffmenge ist sehr beträchtlich und. erhöht im Höchstmaß den Wirkungsgrad der Einrichtung.

Das Turbinenrad gemäß der Erfindung hat also dreierlei Punktionen zu versehen: das intensive Aufwirbeln und Zerstäuben des Wassers an der Oberfläche des Belüftungsbeckens 1, ferner die wirksame Sauerstoffzufuhr aus der Außenluft, und schließlich das Zustandebringen einer energischen Turbulenz mit Hilfe der axial aufwärts wirkenden Fläasigkeitsansaugung.

Aus den gelegentlich der Versuche gemessenen Daten läßt sich eindeutig feststellen, daß der Wirkungsgrad des Tubinenradtyps gemäß der Erfindung deshalb besser ist als der der bisher bekannten ähnlichen Lösungen, da das Turbinenrad nach seiner konstruktiven Ausgestaltung auCer dem.heftigen Auflirbein der Wasseroberfläche und ier Wass erzers täubung. große Luftmengen aus der Atmosphäre auf der beschriebenen Weise ansaugt, wodurch der Wirkungsgrad der Sauerstoffzufuhr 'beträchtlich e rhöht wird. Außer der Wirkungsgrad verbesserung., der Sauerstoffzufuhr wurde ferner aufgrund, der bisherigen Versuchsergebnisse festgestellt, daß in dem Belüftungsbecken die durch das Turbinenrad zustande gebrachte Turbulenz wesentlich, kräftiger i3t, als bei den bisher bekannten son3ti-

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gen Auaführungen.

Die Gewährleistung der beschriebenen Vorteile, wie: erhöhte Turbulenz und ausgiebigste Sauerstoffzufuhr ermöglicht eine sehr große Leistung des BeluftungsVerfahrens gemäß der Erfindung. Dieser Vorteil zeigt sich handgreiflich in der Dimeneionierung beim Errichten von Neuanlagen, mithin bei den Investitionen; ebenso bei schon vorhandenen, jedoch überlasteten, und deshalb eine Kapazitätserweiterung erfordernden Anlagen darin, daß dieses Ziel mit verhältnismäßig einfachen Mitteln und dem Einsparen erheblicher Investitio-

" nen erreicht werden kann.

In Anbetracht dessen, daß beim Rotieren dee Turbinenrades eine starke axial aufwärts gerichtete Flüssigkeitsansaugung bewirkt wird, führt die Anwendung dieses Rades bei solchen Anordnungen, wo das Zustandekommen einer solchen Saugwirkung' sowieso erforderlich wäre - z.B. durch ein eigenes Rezirkulations-Pnmpenhaus - zu weiteren Vorteilen, da diese Saugwirkung das Turbinenrad selbst zustandegebracht wird, somit diese Wirkung nicht durch besondere Maßnahmen und Einrichtungen gesichert werden muß.

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Claims (5)

1. PATBNTlNSPRÜCHE

   ClJ Einrichtung zur Reinigung mit belebtem Schlamm von Haushalts- und/oder Betriebsabwässern, enthaltend einen Reaktor (l), einen Klärbecken (5)» ein im Reaktor eingebauten vertikalen Rohr (3), ein in den oberen Teil dieses Rohres hineinragenden Rührwerk, sowie eine das durchmia ehrte Schlamm.-gemenge aus dem Reaktor in das Klärbecken befördernden Bohrleitung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Rohrleitung (8) besitzt, die den Schlammsumpf (7) des Klärbeckens mit dem Reaktor direkt verbindet» wobei das in den Reaktor eingeführte Rohrende (9) in der

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   Mittelachse des in der Mittellinie des Reaktors eingebauten

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   ^ vertikalen Rohres (3) mündet und etwas in dieses Rohr hineinragt, ferner dadurch, daß "..zwischen dem unteren-Band des vertikalen R-ohrea und der Sohlenplatte des Beliiftungsbeckens Schlitze (ID) von regelbarer Größe ausgebildet sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch. g e k e a nz ei ohne t , daß das vertikale Rohr (3) des Reaktors zwecks Regulierung der Schlitze an einem oder an beiden Enden teleskopartig ausgebildet ist»
   
3. 3. Verfahren zur Abwasserreinigung mit belebtem Schlamm mit der Einrichtung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem, vom Reaktor in das Klärbecken gelangenden Geraenge sich dort absetzende . und im Schlammsumpf sich sammelnde Schlamm unter dem Rührwerk in den Reaktor zurück- und dein Rührwerk zugeführt wird, wodurch ein vom Reaktor zum Klärbecken fließender, von dessen Schlammsumpf aber zum Reaktor zurückfließender Kreislauf von ■ ■-.,"' - 13 -' .·

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   veränderbarer Intensität hergestellt wird, dessen unter dem Rührwerk befindlicher Abschnitt vertikal nach oben gerichtet ist.
4. 4. Belüftungarotor mit vertikaler Welle (TurKt-v

   rad) besonders für die Reinigung von Haushalts- und Setriebsahwässern. mit belebtem Schlamm, durch Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Rotorkb'rper und ringsherum angebrachten Rotor3chaufeln, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotorkörper aus drei an der vertikalen Welle übereinander, zweckfl&ßig in gleichem Ab-

   P stand angebrachten konzentrischen Scheitoeft besteht, wobei

   die untere und obere Scheibe (12, 13) in der Kitte mit je kleiner öffnung versehen ist, der innere Rotorraum zwischen unterer und oberer Scheibe aber durch die mittlere Scheibe (l6) horizontal in zwei Teile geteilt wird, diese mittlere Scheibe mehrere Öffnnngsn (17*) besitzt, wobei radial angebrachten perforierten SohaM.feln (18), welche sich nach innen bis zu einem gegebenen Durchmesser von der geometrischen Achse de3 Rotorkörpers erstrecken, nach außen über die konzentrischen Scheiben hinausragen und den Rotorinnenraum in, mit einander kommunizierende Einzelräume von, einwärts sich verengenden Querschnitten teilen, wobei die Höhe der Schaufeln in axialer dichtung gleich der Rotorhöhe ist oder diese n.m ein wenig überschreitet, und die Schaufeln, oder die untere Scheibe unten mit Ansätzen (19) ausgebildet sind.
5. 5. Belüftungsrohr nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet , daß die Schaufeln (18) des Belüftungsrotors eine im gleichen Sinne gekrümmte Form, besitzen.

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