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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abwasserreinigung mit einem
Belebungsbecken, in welchem ein Oberflächenbelüfter mit vertikaler Drehachse
angeordnet ist, der an der Flüssigkeitsoberfläche schwimmend
in Abhängigkeit
von dem Flüssigkeitsspiegel
im Becken höhenveränderlich
gehalten ist.
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Die
Reinigung von Abwasser erfolgt im allgemeinen in verschiedenen Stufen.
So wird das Abwasser nach einer mechanischen Vorklärung meist
einer biologischen Reinigung unterzogen. Dabei werden organische
Substanzen unter aeroben Bedingungen mit Hilfe von Mikroorganismen
in Wasser und Kohlenstoff umgesetzt. Es bleiben aber noch beträchtliche
Mengen an Stickstoff und Phosphor in dem so gereinigten Wasser,
so dass zunehmend Wert darauf gelegt wird, außer kohlenstoffhaltigen Substanzen
in einer weitergehenden Reinigungsstufe auch Stickstoffverbindungen
aus dem Abwasser zu entfernen. Dieser Vorgang erfolgt zweistufig;
in einer ersten aeroben Stufe, die parallel mit dem Abbau organischer Substanzen
stattfinden kann, werden durch autotrophe Mikroorganismen, den Nitrifikanten,
Ammoniumverbindungen zu Nitrit und schließlich zu Nitrat oxidiert. In
einer nachgeschalteten anaeroben Behandlungsstufe wird dann mit
Hilfe von Denitrifikanten Nitrat in Stickstoff, Kohlenstoff und
Wasser umgewandelt. Infolge Mangels an gelöstem Sauerstoff dient dabei
das Nitrat als Sauerstoffquelle für den Umsetzungsprozess. Für die Eliminierung
von Stickstoff aus dem Abwasser ist also der Wechsel von aeroben und
anaeroben Verhältnissen
Voraussetzung. Während
beider Behandlungsstufen ist eine gute Durchmischung des Abwassers
erforderlich.
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Dabei
ist es bekannt, in sogenannten Belebungsbecken motorisch angetriebene
Oberflächenbelüfter anzuordnen,
die meist durch eine mit Schwimmkörpern versehene Tragvorrichtung
in der Höhe
des Flüssigkeitsspiegels
gehalten werden und die durch Anordnung von Rotorschaufeln an einem Schaufelrad
sowohl für
eine Durchmischung des Abwassers als auch für den erforderlichen Sauerstoffeintrag
sorgen. Solche Oberflächenbelüfter kennt
man als Belüfterkreisel
mit vertikaler Drehachse, aber auch als Walze mit horizontaler Drehachse.
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Ein
Belüfterkreisel
wird üblicherweise
zentral in dem Belebungsbecken angeordnet (DE-C 17 59 548). Das
bedeutet, dass die Tragvorrichtung mit den Schwimmkörpern ebenfalls
im zentralen Teil des Beckens angeordnet und dort gegen Lageänderungen, insbesondere
gegen Drehbewegungen fixiert werden muss; dies geschieht oft durch
Abspannungen, auch gegenüber
den Beckenwänden.
Dadurch wird nicht nur die Umwälzung
des Abwassers gestört,
sondern vor allem die Zugänglichkeit
für Wartungs-
und Reparaturarbeiten am Belüfterkreisel
erschwert.
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In
Abkehr von dem Prinzip der zentralen Anordnung des Belüfterkreisels
im Belebungsbecken ist es auch schon bekannt geworden, die Tragvorrichtung
winkelförmig
aus einem vertikalen Führungsteil und
einer aus diesem auskragenden Plattform an einer vertikalen Führung in
unmittelbarer Nähe
einer Beckenwand anzuordnen und an dieser zu fixieren (
EP 1 184 342 B1 ). Damit
ist zwar der Belüfterkreisel unabhängig vom
Füllungsgrad
des Beckens vom Beckenrand aus jederzeit ungehindert zugänglich,
so dass Wartungs- und Reparaturarbeiten auf einfache Weise vorgenommen
werden können;
infolge der dezentralen Anordnung besteht aber die Gefahr einer nicht
an allen Stellen gleichmäßigen Belüftung und Durchmischung
des Beckeninhalts.
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Bei
der Abwasserreinigung nach dem Belebungsverfahren kommt noch ein
weiteres Problem hinzu. Da der bei der Aufbereitung von Abwasser nach
dem Belebungsverfahren entstehende Klärschlamm aufgrund von Gesetzen
und wirtschaftlichen Zwängen
nur noch beschränkt
deponiert, verbrannt oder landwirtschaftlich verwertet werden kann,
kommt der Verringerung oder gar der Vermeidung von Klärschlamm
eine immer größere Bedeutung
zu. In diesem Zusammenhang gewinnt in den letzten Jahren der mechanische
Zellaufschluss (Desintegration) der im Klärschlamm enthaltenen Mikroorganismen
als ein Verfahren der Abfallverminderung immer mehr an Bedeutung.
Bei der Desintegration von Klärschlamm
ist beabsichtigt, die Zellwände
der Mikroorganismen zu zerstören
und die Zellinhalte freizusetzen.
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Neben
Verfahren zur mechanischen Desintegration, bei denen der Kosten-
und Energieaufwand zur Erzeugung von Kavitationsvorgängen, durch
welche die eine Aufspaltung der Zellwände der Mikroorganismen bewirkenden
Kräfte
entstehen, sehr hoch ist, ist es auch schon bekannt, den Klärschlamm
unter Druck durch eine Düse
mit sich zunächst
verengendem und dann wieder erweiterndem Querschnitt, eine sogenannte
Lavaldüse,
zu fördern. Dabei
wird durch die Verringerung des Querschnitts die Fließgeschwindigkeit
der Suspension in einem sich anschließenden Wirkraum derart erhöht, dass der
Druck unter den Dampfdruck der Trägersubstanz, also Wasser, absinkt,
während
beim Durchströmen
des sich anschließenden
wieder erweiternden Querschnitts durch Druckausgleich kollabierende
Kavitationsblasen entstehen (
DE 102 14 689 A1 ).
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In
diesem Zusammenhang wird in der älteren,
nicht vorveröffentlichten
deutschen Gebrauchsmusteranmeldung DE 20 2005 000 875.3 vorgeschlagen,
den für
die Durchströmung
einer Desintegrationseinrichtung in Form eines Strömungskanals mit
sich zunächst
verengendem und dann wieder erweiterndem Querschnitt erforderlichen
Flüssigkeitsdruck
nicht durch eine Pumpe in einer geschlossenen Rohrleitung, sondern
durch hochtourige Rotation eines radial zu einer vertikalen Drehachse
angeordneten Strömungskanals
infolge der bei der Rotation auftretenden Zentrifugalkraft als Saugdruck
zu erzeugen, indem die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Strömungskanal
und damit durch den Wirkraum hindurchgesaugt wird. Die Höhe des Saugdrucks
kann dabei sowohl durch die Abmessungen des Strömungskanals, des Wirkraumes,
als auch die Drehzahl der Rotationsbewegung beeinflusst werden. Hierzu
können
zweckmäßig mehrere
derartige Strömungskanäle an einer
umlaufenden Kreisringscheibe angeordnet sein.
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Von
besonderem Vorteil ist es, eine solche, durch Rotation im Belebungsbecken
wirksame Desintegrationseinrichtung entweder mit dem Rotor eines
dort ohnehin vorhandenen, an sich bekannten Misch- und Belüftungsaggregats
für Abwasser
zu kombinieren, wenn nicht der durch die Desintegrationseinrichtung
erzielte Belüftungs-
und Durchmischungseffekt ohnehin für eine wirksame Behandlung
des Abwassers ausreicht. Damit kann über einen Antrieb mit vergleichsweise
geringem Energieaufwand sowohl eine Durchmischung und Belüftung des
Abwassers als auch eine Desintegration erreicht werden. Vorteilhaft
ist hierbei, dass die im Wege der Desintegration aufgeschlossenen
Mikroorganismen genau in dem Bereich des Abwassers freigesetzt werden,
in dem der durch die Belüftung
erreichte Sauerstoffgehalt besonders hoch ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Möglichkeit
für eine
einfache und wirtschaftliche Halterung eines Oberflächenbelüfters mit
vertikaler Drehachse, also eines Belüfterkreisels, auch eines solchen
mit Desintegrationseinrichtung, zu schaffen, die bei möglichst
zentraler Anordnung im Belebungsbecken sowohl eine ungehinderte
einwandfreie Durchmischung und Belüftung des Abwassers erlaubt,
als auch im Bedarfsfall eine gute Zugänglichkeit des Belüfterkreisels
für Wartungs-
oder Reparaturarbeiten gewährleistet.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Abwasserreinigung
gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
vorteilhafte Ausbildung einer Haltevorrichtung für einen Oberflächenbelüfter zur
Verwendung in einer solchen Einrichtung ist Gegenstand des Schutzanspruchs
4.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die Haltevorrichtung
für den
Belüfterkreisel
aus einem in das Becken hineinragenden Trägersystem gebildet wird, das
an einem Ende an einer Wand des Beckens befestigt und an dessen
anderem Ende der Belüfterkreisel
angebracht ist, wobei die einzelnen Teile des Trägersystems derart gelenkig miteinander
verbunden sind, dass der Belüfterkreisel wechselnden
Höhen des
Flüssigkeitsspiegels
in dem Becken mit vertikaler Drehachse folgen kann.
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Besonders
vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Schwimmkörper unmittelbar an
dem Belüfterkreisel
angeordnet, insbesondere in das Rotoraggregat integriert ist, weil
dann außer
dem Rotoraggregat keine weiteren Teile in die Flüssigkeit eintauchen, Belüftung und
Durchmischung des Abwassers also nicht behindert werden. Dies gelingt
in besonders vorteilhafter Weise bei einer Desintegrationseinrichtung
gemäß der älteren Gebrauchsmusteranmeldung
20 2005 000 875.3 nämlich
dann, wenn die rotierende Kreisringscheibe, an der die radialen Strömungskanäle angeordnet
sind, unmittelbar als Schwimmkörper
ausgebildet ist und die Strömungskanäle so angeordnet
sind, dass deren Austrittsöffnungen
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegen, so dass zugleich mit der Desintegration auch eine Belüftung des
Abwassers erreicht wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung und vorteilhafte Eigenschaften ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels.
Es zeigt
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1 einen
Vertikalschnitt durch ein in erfindungsgemäßer Weise ausgebildetes Belebungsbecken
mit einem Oberflächenbelüfter in
Form eines Belüfterkreisels,
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2 eine
teilweise Draufsicht auf das Becken,
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3 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
mit dem Belüfterkreisel,
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4 eine
Draufsicht auf die Haltevorrichtung nach 3,
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5 eine
vergrößerte Darstellung
des Belüfterkreisels
mit Antriebseinheit sowie die
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6 bis 10 konstruktive
Details der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen
in Vertikalschnitt und Draufsicht ein Belebungsbecken 1,
wie es zur Behandlung von Abwasser vielfach eingesetzt wird. Das
Becken 1 wird durch Beckenwände 2, 3 und 4 und
eine Beckensohle 5 begrenzt. Wie insbesondere 2 zeigt,
befindet sich im zentralen Bereich des Beckens 1 ein Belüfterkreisel 6 zur
Belüftung
und Durchmischung des Abwassers; der Flüssigkeitsspiegel ist bei 7 angedeutet.
Der Belüfterkreisel 6 umfasst
ein zugleich als Schwimmkörper
ausgebildetes Rotoraggregat 8, an dem mit vertikaler Drehachse 9 als
Antriebseinheit 10 ein Elektromotor angeflanscht ist.
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Der
Belüfterkreisel 6 ist
am vorderen Ende 11 einer Haltevorrichtung in Form eines
Trägersystems 12 angebracht,
das an seinem rückwärtigen Ende 13 an
der Behälterwand 3 befestigt
ist. Das Trägersystem 12,
das anhand der 3 und 4, insbesondere
der 6 bis 10 weiter unten noch näher erläutert werden
wird, ist gelenkig so ausgebildet, dass es in der Seitenansicht
parallelogrammartig verformbar ist, so dass der Belüfterkreisel 6 unterschiedlichen
Flüssigkeitsspiegeln 7 bzw. 7a folgen kann,
ohne die vertikale Lage der Drehachse 9 zu verändern. Zusätzlich ist
das Trägersystem 12 an seinem
rückwärtigen Ende 13 an
der Beckenwand 3 um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert,
so dass es für
Wartungs- oder Reparaturarbeiten seitlich zur benachbarten Beckenwand 4 ausgeschwenkt werden
kann. 2 zeigt das Trägersystem 12 auch in
gegen die Beckenwand 4 ausgeschwenktem Zustand.
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In
den 3 und 4 ist das Trägersystem 12 mit dem
Belüfterkreisel 6 in
Seitenansicht bzw. in Draufsicht in größerem Maßstab dargestellt. Danach besteht
das Trägersystem 12 aus
einem Obergurt 14 und einem Untergurt 15, die
jeweils um horizontale Achsen gelenkig an Stirnrahmen 16, 17 befestigt sind.
Am motorseitigen Stirnrahmen 16 ist im unteren Bereich
die Antriebseinheit 10 angeflanscht; der wandseitige Stirnrahmen 17 ist
im entsprechenden Bereich an der Beckenwand 3 angeschraubt.
Im Hinblick auf die in diesem Bereich vor allem bei Anfahren bzw.
Ausschalten des Belüfterkreisels 6 auftretenden Beschleunigungskräfte besteht
der Untergurt 15 des Trägersystems 12 aus
zwei seitlichen Längsstäben 18,
die durch Diagonalstäbe 19 fachwerkartig
ausgesteift sind (4). Der Obergurt 14 besteht
aus lediglich einem Längsstab 20,
der mittig zu den Längsstäben 18 des
Untergurts 15 angeordnet ist.
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Die
gegenständliche
Ausbildung des Trägersystems 12 kann
anhand der 6 bis 10 im Detail
erläutert
werden. Hier zeigt 6 im Ausschnitt eine Seitenansicht
des Trägersystems 12, 7 einen
Querschnitt entlang der Linie VII-VII sowie die 8 und 9 stirnseitige
Ansichten von der Motorseite bzw. der Wandseite her. Wie bereits erwähnt, besteht
das Trägersystem 12 aus
einem Obergurt 14 und einem Untergurt 15; diese
sind entsprechend ihrer Ausbildung aus einem Längsstab 20 bzw. zwei
Längsstäben 18 ausgebildet,
die durch Diagonalen 19 ausgesteift sind. Dieser Anordnung
der Längsstäbe entsprechend
besteht der motorseitige Stirnrahmen 16 (8)
aus einem unteren Rahmenteil 16a in Form eines umgekehrten
U mit einer Kopfplatte 21 und einem mittig hierzu aufgesetzten
Ständer 16b,
der den Obergurtlängsstab 20 trägt.
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In
entsprechender Weise besteht der wandseitige Stirnrahmen 17 (9)
ebenfalls aus einem unteren U-förmigen
Rahmenteil 17a mit einer Kopfplatte 22 und einem
oberen Ständer 17b.
Allerdings ist hier die Kopfplatte 22 nicht fest mit dem
unteren Rahmenteil 17a verbunden, sondern über Scharniere 23 mit
vertikaler Achse, so dass der Stirnrahmen 17 – mit dem
gesamten Trägersystem 12 – gegenüber der
an der Beckenwand 3 befestigten Kopfplatte 22 um
die Scharniere 23 ausgeschwenkt werden kann (10).
Der Fixierung im eingeschwenkten Zustand dient ein Bolzen 24,
der in eine entsprechende Aufnahme 25 einsteckbar ist,
die mit Ösen 26 an
der Kopfplatte 22 fluchtet.
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Die
im Aufriss parallelogrammartige Beweglichkeit des Trägersystems 12,
die erforderlich ist, damit der Belüfterkreisel 6 Schwankungen
des Wasserspiegels 7 folgen kann, wird durch den Anschluss
der Längsstäbe 18, 21 von
Unter- bzw. Obergurt 15 bzw. 14 durch Gelenke 27 mit
horizontaler Schwenkachse ermöglicht.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht der Belüfterkreisel 6 aus
einem Aggregat, das zugleich eine Desintegration des Abwassers bewirkt. Eine
Ausführungsform
eines solchen Aggregats ist in 5 in Seitenansicht
dargestellt. Hier ist erkennbar, wie das kreisförmig ausgebildete Rotoraggregat 8 über eine
Antriebsspindel 28 mit dem Getriebeblock 29 eines
Elektromotors 30 verbunden ist. Hier ist auch erkennbar,
wie der gesamte Belüfterkreisel 6 im Bereich
des Getriebeblocks 29 über
die Kopfplatte 21 im unteren Bereich des Stirnrahmens 16 des
Trägersystems 12 befestigt
ist, so dass die wesentlichen Kräfte
aus der Drehbewegung durch den Untergurt 15 aufgenommen
werden, während
der Obergurt 14 mehr der gesamten Stabilisierung dient.
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Das
Rotoraggregat 8 besteht hier aus einem in die Flüssigkeit
eintauchenden Schwimmkörper 31, in
dem eine Anzahl von radialen Strömungskanälen 32 angeordnet
sind. Die Strömungskanäle 32 verlaufen
von einer im zentralen Bereich des Schwimmkörpers 31 angeordneten,
nach unten geöffneten
Ansaugkammer 33 schräg
nach außen
ansteigend und münden
oberhalb des Wasserspiegels 7.
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Wird
der aus dem kreisförmigen
Schwimmkörper 31 gebildete
Rotor 8 in Drehung um die vertikale Drehachse 9 versetzt,
dann wird durch die dabei entstehende Zentrifugalkraft die in der
Ansaugkammer 33 befindliche und die Eintrittsöffnungen
der Strömungskanäle 32 verschließende Flüssigkeit
in Richtung der Pfeile 34 nach außen geschleudert.
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In
jedem Strömungskanal
32 befindet
sich ein hier nur angedeuteter Wirkraum
35, der zwischen einer
Verengung und einer Erweiterung des Querschnitts des jeweiligen
Strömungskanals
32 liegt. Dieser
wirkt ähnlich
einer sogenannten Lavaldüse,
d. h. durch die Verengung des Querschnitts steigt die Fließgeschwindigkeit
der Suspension kontinuierlich an, während gleichzeitig mit der
Zunahme der Fließgeschwindigkeit
der statische Druck der Suspension abnimmt, bis er im engsten Querschnitt,
also im Bereich des Wirkraums
35, etwa dem Dampfdruck der Flüssigkeit
entspricht. Dadurch kommt es in der Suspension zunächst zur
Bildung von Dampfblasen. Wird die Fließgeschwindigkeit des Trägermediums der
Suspension so gesteigert, dass durch den dadurch bedingten Druckabfall
der Dampfdruck unterschritten wird, dann entstehen nicht nur Kavitationsblasen,
die sogleich wieder zusammenfallen, sondern es wird die flüssige Phase
praktisch vollständig in
Dampf verwendet, der allerdings unmittelbar nach Verlassen des Wirkraumes
34 sogleich
wieder kondensiert. Die Erfindung greift insoweit auf Lehren zurück, die
Gegenstand der älteren
Gebrauchsmusteranmeldung DE 20 2005 000 875.3 sowie Patentanmeldung
DE 103 43 748.7 sind.
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Der
besondere Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, dass praktisch
mit einem Rotoraggregat, das durch einen Schwimmkörper getragen
wird, sowohl eine Belüftung
und Durchmischung des Abwassers erreicht wird als auch eine Desintegration
in einem durch die Belüftung
besonders sauerstoffhaltigen Bereich.
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Selbstverständlich ist
das erfindungsgemäße Trägersystem
auch mit anderen bekannten Oberflächenbelüftern einsetzbar, insbesondere
dann, wenn deren Eigengewicht und dasjenige der Tragvorrichtung
in vergleichbarer Weise durch einen integrierten, insbesondere einen
rotierenden Schwimmkörper
aufgenommen wird.