DE2216767A1 - Verfahren zur eintragung von sauerstoff in eine zu klaerende fluessigkeit und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur eintragung von sauerstoff in eine zu klaerende fluessigkeit und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Patentanwälte
Dipl. Ing. Hans Westphal
Dipl. Ing. Klaus Westphal
Dr.rer.nat. Otto Buchner
773 Villingan/Schwarzwald
Karlsruher Straße 13
Joseph Richard Kaelin, 6374 Buochs (Schweiz)
Verfahren' zur Eintragung von Sauerstoff in eine zu klärende Flüssigkeit und Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens
Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zur Eintragung von Sauerstoff in die in einem Belebungsbecken einer Kläranlage sich befindenden Flüssigkeit sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ο
Es ist bereits bekannt, die in einem Belebungsbecken einer Kläranlage sich befindende Flüssigkeit mit Hilf©
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eines Belüftungskreisel zu belüften. Bei der Verwendung von besonders tiefen Belebungsbecken kann bei Anwendung dieses Verfahrens die im unteren Teil des Belebungsbeckens sich befindende Flüssigkeit nur ungenügend mit Sauerstoff versehen v/erden und es können üchlaramablagerungen auftreten·
tis ist auch bereits bekannt, bei tiefen Belebungsbecken eine unterhalb dem Flüssigkeitsspiegel einmündende Druckbelüftung vorzusehen. Da die Luftblasen bei den bekannten Anordnungen auf ziemlich geradlinigem .Vege vertikal nach oben durch die Flüssigkeit hindurch aufsteigen, genügt die Verweilzeit der Luftblasen in der zu belüftenden Flüssigkeit nicht, um ihren ganzen Sauerstoff an die letzteren abgeben zu können. Ferner entstehen bei intermittierendem Betrieb Schwierigkeiten, da mit der Druckbelüftung allein der in der Stillstandspause sich absetzende Schlamm nicht mehr nach oben befördert werden kann, was zur Folge hat, dass die Luftdüsen mit der Zeit verstopfen und die p;anzo Druckbelüftung ztir Reinigung aus dem Becken herausgenommen werden muss.
Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Einrichtungen dieser Art ist, dass bei der Verwendung von tiefen Belebungsbecken die im unteren Teil der letzteren eich befindende Flüssigkeit nur ungenügend oder gar nicht umgewülzt wird.
Zweck der vov.i ier.endtüL ...rf indun^: ist dir Schaffung eines Verfahrens das die vorangehend auf;,<:- cuhrteri ijauhfceiie nicht aufweist.
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Da?» erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens eine im unteren: und eine im oberen Teil des Belebungsbeckens zirkulierende, mindestens annähernd torusförmige Flüssigkeitsströmung erzeugt, deren gemeinsame Symmetrie axe mindestens annähernd vertikal verläuft, und ,jeder der torusförmigero Zirkulationsströraungen an ,je mindestens einer Stelle Sauerstoff oder ein Sauerstoff gemisch zumischte.
Es ist zweckmässig, wenn man die obere mindestens annähernd torusförmige Flüssigkeitsströmung mittels einem aus der Flüssigkeit herausragenden Kreisel erzeugt* welcher gleichzeitig als Oberflächenbelüfter dient, und dass man der unteren bzw. den unteren torusförmigen Flüssigkeitsströmungen über eine Zuleitung Sauerstoff oder ein Sauerntoffgemisch zuführt.
Zur Erzielung einen besseren Strömungsverlaufes ist es vorteilhaft, wenn man die mindestens annähernd torusförmigen Zirkulntionsströmungen mittels im Belebungsbecken angeordneten StrÖmungsumlenkmitteln in die gewünschte Richtung umlenkt.
Um eine glriehm; Issige Vermischung der frisch hinzugeführten zu reinigenden Flüssigkeit mit der bereits In Belebunrstoeckfin sich befindenden Flüssigkeit au
erzielen ist es zwcckmässig, wenn man die zu reinigende Flüssigkeit auf dor Höhe der Trennungsebene zwischen zwei mindestens annähernd torusförmigen Zirkulationsströmungen in das Belebungsbecken einleitet.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie imi Belobungsbecken angeordnete Umwälzmittel zur Erzeugung mindestens einer im unteren und einer im oberen Teil des Belebungsbeckens zirkulierenden mindestens annähernd torusfürraiger; Flüssigkeitsströmung und Zuführmittel zur Zufuhr von Sauerstoff oder eines Sauerstoffgemisches in die einzelnen torusförmigen FlÜBSigkeitsströmungen» aufweist.
Es ist zweckmässig, wenn sie zur Erzeugung der oberen mindestens annähernd torusförmigen Flüssigkeitsströmung und zur Eintragung von Sauerstoff in dieselbe einen Belüftungskreisel aufweist, welcher derart im Belebungebecken angeordnet ist, dass wahrend dem Betrieb der Einrichtung die Austrittsöffnungen des DelUftungskreisele { sich oberhalb dem Flüssigkeitsspiegel befinden.
Es int vorteilhaft, wenn im unteren Teil des Belebungsbeckens eine Flüsßigkeitsfördervorrichtung zur Erzeugung
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der unteren torusförraige Zirkulationsströmung angeordnet ist.
Bs ist zweckmässig, wenn die im unteren Teil des Belebungs beckens angeordnete Flüssigkeitsfördervorrichtung mit verstellbaren Schaufeln zur Veränderung der Fördermenge versehen ist.
Es ist ausserdem vorteilhaft, wenn der Belüftungskreisel über eine vertikal verlaufende Welle mit einer im unteren Teil des Belebungsbeckens angeordneten Flüssigkeitsfördervorrichtung zur Erzeugung der unteren torusförmigen Flüssigkeitsströmung verbunden ist, und wenn die vertikal verlaufende Welle an ihrem unteren Ende mit einer zweiten, vorzugsweise mengenveränderlichen Flüssigkeitsfördervorrichtung zur Beförderung von aus einem Nachklärbecken herrührendem Belebtschlamm in die im unteren Teil des Belebungsbeckens zu erzeugende Zirkulationsströmung, verbunden ist. Dabei ist es zweckmässig, wenn auf der Welle auf der Höhe der Trennungsebene zwischen zwei zu erzeugenden Zirkulationsströmungen ein derart ausgebildeter rotafcionssymmefcrischer Strömungsumlenkteil angeordnet ist, dass die obere Zirkulationsströmung durch diesen gegen die Welle zu nach oben und die untere Zirkulations-
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strömung durch diesen gegen die Welle zu nach unten umgelenkt wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine erste beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung;
Figur 2 einen Schnitt durch eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung; und
Figur 3 einen Schnitt durch eine dritte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung.
In Figur 1 ist ein Schnitt durch ein Belebungsbecken 1 einer Kläranlage dargestellt, in dem Umwälzmittel 4 und 6 zur Erzeugung einer im unteren und einer im oberen Teil des Belebungsbeckens 1 zirkulierenden,mindestens annähernd torusförmigen Flüssigkeitsströmung und Zufuhrmittel zur Zufuhr von reinem Sauerstoff oder eines Sauerstoffgemisches wie zum Beispiel Luft in die einzelnen Zirkulationsströmungen angeordnet sind.
Zur Erzeugung der oberen Zirkulationsströmung und zur Eintragung von Sauerstoff oder sauerstoffha1 tiger Luft in dieselbe ist ein Beiüftungskreisel 4 vorgesehen, welcher der- · art im Belebungsbecken angeordnet ii;t, dass während dem
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Betrieb der Einrichtung die Auütrittsöffnungen des Belüftungskreisels 4 sich oberhalb dem Flüssigkeitsspiegel befinden und auf diese Weise möglichst viele Flüksigkeitsteilchen mit der oberhalb dem Plüssigkeitsspiegel sich befindenden Luft oder Sauerstoff in Berührung" kommen.
Belüftungskreisel k ist über eine vertikal verlaufende Welle lj mit einer im unteren Teil des Belebungsbeckens angeordneten Flüssigkeitsfördervorrichtung 6 zur Erzeugung der unteren Zirkulationsströmung verbunden.
Die Flüssißkeitsfördervorrichtung 6 besteht aus an der Welle 5 verstellbar angeordneten Schaufeln 7» die von einem zylinderförniigen Ringteil 8 tamgeben sind, so dass die Flüssigkeit in axialer Richtung von oben nach unten längs der Welle 5 befördert wird. Die Zuleitung 9 dient zur Zufuhr von reinem Sauerstoff odor einem Sauerstoffgemisch wie zum Beispiel Luft in den Wirkungsbereich der Flüssigkeit ^fördervorrichtung 6.
Die vertikal verlaufende Welle 5 ist an ihrem unteren Ende mit einer in eine Zuleitung 10 hineinragenden, verstellbare Schaufeln aufweisenden Förderschraube 11 verbunden, welche zur Beförderung von aus einem Nachklärbecken herrührendem Belebtschlamm in die im unteren T<; 11 des Belebungsbeckens 1 zu erzeugende Zirkulations-
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strömung dient. Da die Schaufeln der Förderschraube 11 zum Beispiel über einen Servomotor verstellbar sind, kann die gewünschte Menge des Rücklaufschlammes genau eingestellt werden. Am unteren Ende der Welle 5 ist ferner noch ein Umlenkteil 12 befestigt, welcher die Zuleitung 10 umgibt und den aus der letzteren austretenden Belebtschlamm um l80 umlenkt und in die untere Zirkulationsströmung einleitet. Die Aussenseite des Umlenkteiles 12 ist strömungsgünstig ausgebildet, um der aus der Flüssigkeitsfördervorrichtung 6 austretenden Flüssigkeit einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegenzusetzen.
Auf der Welle 5 ist auf der Höhe der zwischen den beiden Zirkulati.onsströmungen sich befindenden gedachten Trennungsebene ein derart ausgebildeter rotationssymmetrischer Strömungsumlenkteil 13 angeordnet, dass die obere Zirkulationsströmung durch diesen Umlenkteil 13 gegen die Welle 5 zu nach oben und die untere Zirkulationsströmung durch diesen gegen die Welle 5 zu nach unten umgelenkt wird. Selbstverständlich können auch noch zusätzliche Strömungsumlenkteile im Innern des Belebungsbeckens 1 angeordnet werden.
Der zentralsymmetrisch angeordnete Belüftungskreisel 4 verursacht eine geringe Drehung der im Belebungsbecken 1
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sich befindenden Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25-50 cm/see. und bewirkt zusammen mit den beiden Zirkulationsstromungen ein verzögertes Aufsteigen der über die Zuleitung 9 in äie untere Zirkulationsströmung eingeleiteten Luft sowie eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit am Boden des Belebungsbeckens 1. Anstelle von Luft kann selbstverständlich auch reiner Sauerstoff verwendet werden, wodurch der Sauerstoffeintrag pro Zeiteinheit vergrössert werden kann.
Da auf diese Weise die einzelnen Luft- bzw. Sauerstoffblasen langer als bisher in der Flüssigkeit verweilen, da sie nicht fast senkrecht nach oben aufsteigen, erfolgt eine grössere Eintragung von Sauerstoff in die Flüssigkeit als bisher.
Wenn reiner Sauerstoff verwendet wird, kann das Belebungsbecken 1 oben abgeschlossen sein, so dass eventuell aus der Flüssigkeitsoberfläche in den Raum 14 austretender Sauerstoff mittels dem Kreisel 4 wieder in die Flüssigkeit eingetragen wird.
Um den Unterhalt der Einrichtung möglichst einfach zu gestalten, ist das mit dem Belüftungskreisel 4 verbundene Antriebsaggregat 15 zusammen mit der vertikal nach unten verlaufenden Welle 5 und den daran befestigten
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Schaufeln der Flüssigkeitsfördervorrichtungen 6 und 11 als eine Einheit nach oben demontierbar ausgebildet, so dass diese Einheit ohne Entleerung des Belebungsbeckens 1 herausgenommen oder ausgewechselt werden kann.
Um eine möglichst gleichmässige Verteilung der frisch zugeführten zu reinigenden Flüssigkeit mit der bereits im Belebungsbecken 1 sich befindenden Flüssigkeit zu erzielen, mündet die Zuleitung 16 zur Zufuhr der zu reinigenden Flüssigkeit in das Belebungsbecken 1 auf der Höhe der Trennungsebene zwischen den beiden zu erzeugenden Zirkulationsströmungen in das Belebungsbecken 1.
Die in Figur 2 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Einrichtung im Prinzip nur dadurch, dass die Flüssigkeitsfördervorrichtungen 6 und 11 unabhängig vom Belüftungskreisel 4 über einen Tauchmotor 17 angetrieben werden. Dadurch wird die relativ ziemlich lange Welle 5 der in Figur 1 dargestellten Einrichtung überflüssig.
In Figur j5 ist eine Einrichtung dargestellt, bei welcher drei übereinander angeordnete, mindestens annähernd torusförmige Zirkulationsströmungen erzeugt werden. Als zweite Flüssigkeitsfördervorrichtung wird hier ein doppelseitiges Zentrlfugalpumpenrad 18 verwendet, vor
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dessen Ansaugöffnungen je eine Sauerstoff- bzw. Luftzuleitung 19 und je eine Schlammrücklaufzuleitung 20 angeordnet ist. r.
Die Anordnung der Umwälzmittel kann je nach Erfordernis in der Beckenaxe als auch aussermittig erfolgen.
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Claims (1)

  1. ■HATiSIITAKoPHULOIlJj.'
    1,) Verfahren zur Eintragung von Sauerstoff in die in einem Helribuugabecken einer Kläranlage sich befindenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, d<?sn man mindestens eine im unteren und eine im oberen Teil des Belebungsbeckens zirkulierende, mindestens annähernd torusförroige Flüssigkeitsströmung erzeugt, deren Gemeinsame Symmetrieaxe • mindestens annähernd vertikal verlauft, und jeder der torueförmigen Zirkulationsströmungen an je mindestens einer Stelle Sauerstoff oder ein Sauerstoff gemisch zumiöcht·
    2« Verfphrci: noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dap ρ man die obere mindestens annähernd torusfö'rmige Fiv-piskeitsströmung mittels einem aus der Flüssigkeit herausragenden Kreisel erzeugt, welcher gleichzeitig als Oberflächenbelüfter dient, und dass man der unteren bzw. den unteren torusförmigen Flüssigkeitßströmungen über eine Zuleitung Sauerstoff oder ein Sauerstoffgemisch zuführt.-
    3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die mindestens annähernd torusförmigen Zirkulationsströmungen mittels im Belebungsbecken angeordneten Strömungsumlenkmitteln in die gewünschte Richtung umlenkt.
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    4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass-man von einem Nachklärbecken herrührenden Belebtschlamm in die untere Zirkulationsströmung einführt.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu reinigende Flüssigkeit auf der Höhe der Trennungsebene zwischen zwei mindestens annähernd torusförmigen Zirkulationsströmungen in das Belebungsbecken einleitet.
    6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I7 dedurch gekennzeichnet, dass sie im Belebungsbecken (1) angeordnete Umwälzmittel (4,6) zur Erzeugung mindestens einer im unteren und einer im oberen Teil dos Belebungsbeckens (1) zirkulierenden, mindestens annähernd torusförmigen Flüssigkeitsströmung und Zuführmittel (9) zur Zufuhr von Sauerstoff oder eines Sauerstoffgemisches in die einzelnen torusförmigen Flüssigkeitsströmungen, aufweist.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Erzeugung der oberen, mindestens annähernd torusförmigen Flüssigkeitsstrümungen und zur Eintragung von Sauerstoff in dieselbe einen Belüftungskreisel (4) aufweist, welcher derart im Belebungsbecken
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    (!) angeordnet ίε; fc, do. ε α wahrend dein Betrieb der Einrichtung die Aurrbribtsöffmmgen des iJolüftungokreisels (4) sich oberhalb dem Flüssigkeitsspiegel befinden.
    8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dp.sr. im unteren Teil dos; Belebungsbecken (1) eine FlUsnigkeitsfördervorrichtung (6) zur. Erzeugung der unteren borusförr.iigen Zirkulationsströmung angeordnet ip,t.
    9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 0, dadurch gekennzeichnet, dass der iieliif bungskreisel (4) über eine vertikal verlaufende ,'/eile (5) mit einer im unteren Teil den Belebungsbeckens (1) angeordneten Flüsnig-Iceit3fördervorrichtiuic (f>) zur Erzeugung der unteren torusförmigen l'lüGEjigkeitsGtrömiuig verbunden ist.
    10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im unteren Teil des Belebungsbeckens (1) angeordnete Plüsoigkeitsfürdorvorrichtung (6) mit verstellbaren Schaufeln (7) zur Veränderung dor Fördermenge versehen ist.
    11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dnss die vertikal verlaufende ,Velle (5) an ihrem unteren Ende mit einer zweiten, vorzugsweise mongenveriinderlichen Flüssigkeitsfürdervorrichtung (11) zur Beförderung von aus einem liachklürbooken herrührendem
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    Belebtschlamm in die im unteren Toil des Belebungs~ beckons (i) au erzeiigenäeviSirkulationsströmung, verbunden int..
    12. Einrichtung nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, dass auf der '.Velle (5) auf der Höhe der Trennungse'bene zwischen zwei zu erzeugenden "Zirkulationsströinungen ein derart ausgebildeter rotationssymmetrischer Strömungsuralenkteil (11) angeordnet ist, dass die obere Zirkulationsströmung durch diesen gegen die 7/elle (5) zu nach o'üen und die untere Zirkulations=· strömung durch diesen gegen die Welle (5) su nach unten umgelenkt wird,
    13. Einrichtung nach Anspruch Q, dadurch gekennzeichnet? dasG mindestens eine Zuleitung sur Zufuhr von Sauerstoff oder eines öauerstoffgemiaches in den Wirkungsbereich der im unteren Seil des Belebungsbeckens (1) angeordneten ^lünsigkeitsfördervorri^htimg mündete
    IA. Einricht\mg nach einem oder mehreren der Ansprüche β bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Belcbungobeckens (1) Ströriiungsumlenkmittel (13) zur Erzeugung von mindestens annähernd torusförmigen Zirkulo-tionorjtrönungen angeordnet sind3
    15. Einrichtimg n?ch einem oder mehreren der Ansprüche 6
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    Mn IAt dadurch gekennzeichnet, dass mindestenc eine Zuleitung (10) zur Beförderung von auo einem IJachklürbcjekcn herrührendem Belebtschlamm in die im unteren Teil des Belebungsbeckens -(1) zu erzeugende Zirkulationsatrömung vorgesehen ist·
    16· Einrichtung nach Anbruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Belüftungskreisel (4) verbundene Antriebsaggregat (15) zusammen mit der vertikal noch unten verlaufenden Welle (5) und den daran befestigten Schaufeln der im unteren Teil des Belebungsbeckens (1) angeordneten Flüssigkeitsfördervorriclitung (6,11) als eine Einheit nach oben demontierbar ausgebildet ist·
    17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (16) zur Zufuhr der zu reinigenden Flüssigkeit in da3 Belebungsbecken (1) ouf der Hohe der Tronnungsebene zwischen zwei zu erzeugenden, mindestens annähernd torusfürmigen Zirlculntionsströmungen in das Belebungsbecken einmündet.
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