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B e s c h r e i b u n g Oxydationsgraben Die Erfindung betrifft einen
Oxydationsgraben Itlit einem oder mehr Belüftungsrotoren mit senkrechter Achse Der
Graben ist zur Durchführung der Schmutzwasser- beziehungsweise Abwasserreinigungsverfahrenstechnik
Ringlich und in der Mitte geteilt und mit Zugührungen für das rohe Schmutzwasser
und den im Kreislauf zurückgeführten Schlamm sowie einem Überlauf versehen.
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Das Verfahren zur Schmutzwasserreinigung mit Belebtschlamm ist seit
mehr als 50 Jahrenbekannt und wurde im Laufe der Jahre beseutend weiterentwickelt.
Das Aufdecken der die Wirksamkeit der Verfahrenstechnik stark beeinflussenden hydr&ulischen
Bedingungen begann jedoch wesentlich später und auch heute noch harren zahlreiche
Fragen ihrer Klärung.
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Unter den Verfahren zur Schmutzwasserreinigung mit Belebtschlamm
ist eines der neuesten das mit von Pasveer enL;-wickelten Oxydationsgraäben arbeitende
Verfahren. Mit der raschen Verbreitung desselben nahmen auch die mit ihm verbundene
Schwierigkeiten betreffenden Erfahrungen zu. Ein bedeutender Teil der in Bezug auf
die Oxydarionsgräben zu lösenden Probleme hängt mit hydraulischen beziehungsweise
hydrodynamischen Fragen zusammen.
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Der Wert der zum Umwälzen erforderlichen Nutzleistung ist sowohl
im Falle von Gräben mit beliebigem Querschnitt als auch von solchen mit dem hydraulisch
gunstigsten Querschnitt als Funktion der Kenndaten des Oxydationsgrabens zu bestimmen.
Der zur Bestimmung dieser leistung benötigte hydraulische Widerstan(1sfaktor ist
Funktion teils des Reibungsfaktors und teils des Formwiderstandsfaktors. Bei der
Bestimmung des Wertes der erforderlichen Nutzleistung in konkreten Fällen ergab
sich, daß zum Umlauf nur ein sehr geringer Bruchteil der Gesamtleistung verwertet
wird.
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Bei der herkömmlichen DurJ)-fi'ihrung des Verfahrens zur ßchmutzwasserreiniguii
mit Belebtschlamm laufen die vier wichtigen Arbeitsgänge der Reinigungsverfahrenstechnik,
näm lich das Vorklären, das Belüften, das Nachklären und das Fäulen, in verschiedenen
getrennten Vorrichtungen ab. Der Oxydationsgraben vereinigt von den obigen vier
Arbeitsgängen
drei, gegebenenfalls auch alle vier. Auf jeden Fall
dient derselbe künstlich geschaffene Gegenstand als Vorklärer, Belüfter und Fäuler
und nur zum Nachklären des Schlammes ist eine eigene Vorrichtung vorgesehen. Im
Falle eines absatzweisen Betriebes kann auch die letztere fortfallen und der Nachktärer
mit dem Oxydationsgraben vereinigt werden. Diese Ausführungsform wurde in der Abteilung
für Wasser-, Boden- und Lufthygiene des niederländischen Gesundheitsforschungsinstitutes
(TNO) von Pasveer in 1954 entwickelt. Diese Lösung wurde anfänglich zur Reinigung
der Schmutzwässer von kleinen Einheiten, wie Siedlungen und Gewerbe anlagen, verwendet,
wegen ihrer Tdirts chaftlichkeit kam sie jedoch bei immer größeren Einheiten zur
Anwendung.
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Die mit den Oxydationsgräben ge4onnenen Erfshrungen sind z.n zahlreichen
Fachartikeln beschrieben Alle diese Berichte beschreiben neben den zahlreichen Vorteilen
des Oxydationsgrabens auch Schwierigkeiten, deren bedeutender Teil mit hydraulischen
beziehungsweise hydrodynamischen Frage zusammenhängt.
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Die an die Oxydationsgräben gestellten verfahrenstechnischen Anforderungen
beziehen sich auf das einbringen des Sauerstoffes und danach muJ das Verhältnis
von OC/BSB5 (Sauerstoffzufuhr/bioligischer Sauerstoffbedarf während 5 Tage) 2 bis
2,5 betragen. Im Falle der Gewährteistung desselben wird nicht nur das in den Oxydarionsgraben
eingeführte Schmutzwasser gereinigt, sondern alich der mit dem Schmutzwasser eingeführte
frische Schlamm, und auch der während des Reinigungsvorganges entsteliende Belebtschlamm
wird so weitgehend oxydiert, daß der Überschußachlamm auf den Schlammtrockenbeeten
ohne Auf treten von unangenehmen Gerüchen unmittelbar zum Trocknen gebracht werden
kann.
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Eine zweitrangige verfahrenstechnische Anfo-rderung ist eine Hindestur'älzgeschwindigkeit
von 30 cm/Sekunde im Graben und die Verhinderung des Absetzens der Schwebstoffe.
Diese doppelte verfahrenstechnische Anforderung wird durch ein und dieselbe Vorrichtung
befriedigt. Im Falle der herkömmlichen Lösung wird irgendein Drehorgan mit waagerechter
Achse (brei spielsweise eine Bürste nach Kessener beziehungsweise ein Mammutrotor),
welches neben der Gewährleistung des Einbringens des Sauerstoffes auch. die zum
Umwälzen erforderliche kinetische Energie auf die im Graben befindliche Flüssigkeit
überträgt, verwendet Diese heute schon als herkömmlich anzusehende Einrichtung ist
derart, daß der Graben selbst länglich und in der Mitte geteilt ist, das heißt aus
zwei miteinander parallelen geraden Grabenabschnitten, die an ihrenbeiden Enden
durch halbkreisförmige Grabenabschnitte miteinander verbunden sind, besteht. Diese
Einrichtung wird im folgenden als 1:pferderennbahnförmiger Graben' bezeichnet.
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Das oben genannte Belüftungsdrehorgan beziehungsweise der oben genannte
Belüftungsrotor mit waagerechter Achse ist im einen geraden Grabenabschnitt des
pferderennbahnförmigen Grabens angeordnet.
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Im Falle von Belüftungsbecken sind die Rotoren verschiedener Art
und Ausführung mit senkrechter Achse den Einrichtungen mit waagerechter Achse ebenbürtig.
Nach der vergleichenden Bewertung von Professor Emde ist das Sauerstoffeiilbringvermögen
von Einrichtungen mit waagerechter und senkrechter Achse, bezogen auf die Energieeinheit,
wie folgt: Bei Rotoren mit waagerechter Achse: 1,2 bis 1,8 kp O2/kWh Bei Rotoren
mit senkrechter Achse: 1,2 bis 2,0 kp O2/kWh Da das Einbringen des Sauerstoffes
auch durch die Ausführung beziehungsweise Gestaltung und die Betriebsbedingungen
wesentlich beeinflußt wird, ist die bei der oberen Grenze
vorliegende
Abwieihung von 10% auch nicht mehr entscheidend und zeigt oluiehin, daß die Rotoren
mit senkrechter Achse vorteiliiaftcr sind.
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Mit Recht taucht daher der Gedanke auf, Rotoren mit senkrechter Achse
in Oxydarionsfräben zu verwenden. Beispiel hierfür ist die CARROUSEL genannte Ausführung,
bei welcher am einen Ende des PFerderenngahnförmigen Gravens ein Rotor mit senkrechter
Achse angeordnet ist, und zwar in der Mittellinie der Längstrennwand.
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Bei den oben erörterten bekannten Lösungen besteht der Nachteil,
daß die Bewegung der im Graben befindlichen Wassermasse unter verhältnismäßig ungünstigen
hydraulischen Bedingungen erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Behebung dieses Nachteiles durch Anwendung
des Rotors mit senkrechter Achse zur Belüftung des Oxydationsgrabens in der Weise,
daß zur Bewegung der Wasswemall im Graben außer dem Impuls der aus dem Rad austretenden
Wasserstahlen auch die Pumpwirkung des BE-lüftungsrotors beansprucht wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Oxydationsgraben, der länglich,
in der Mitte gateilt und pferderennbahnförmig ist, mit einem oder mehr Belühtungsrotoren
mit senkrechter Achse, mit Zufürungen für das rohe Schmutzwasser und den im Kreislauf
zurückgeführten Schlamm sowie mit einem Überlauf, welcher Oxydarionsgrabe dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Rotor beziehungsweise jeder Rotor in der Querruchtung
gerechnet im mittleren Bereich eines an der einen Seite einer den Oxydationsgraben
der Länge nach teilweise teilenden 'i'rennwand befingllichen Grabenavschmittes angeordnet
ist und daß unter dem beziehungsweise jedem in der Umgebung der Wasseroberfläche
des
letztgenannten Grabenabschnittes befindlichen Rotor ein Saugrohr beziehungsweise
je ein Saugrohr, dessen Eintrittsquerschnitt sich im Bereich des Bodens eines an
der anderen Seite der Trennwand befindlichen Grabenabschnittes befindet, angeordnet
ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an beiden
Enden der Trennwand eine, zweckmäßigerweise halbkreisfc"rnige, Lenkwand angeordnet
und an den Enden dieser Lenkwände befinden sich linsaugteile.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
an. das beziehungsweise jedes unter dem Rotor beziehungsweise dem betreffende Rotor
befindliche Saugrohr ein Zuführurigsrohr fiir das rohe Schmutzwasser und/oder ein
Zuführnngsrohr für den im Kreislauf zurückgeführten Schlamm angeschlossen.
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Der Rotor kann im mittleren Bereich der Trennwand angeordnet sein,
er kann sich aber auch am einen Ende der Trennwand befinden, wenn im Vergleich zum
erstgenannten Fall eine solche Abweichung besteht, daß der Rotor nur etwa die halbe
Wassermenge pumpen muß, um die das Absetzen verhindern de Bodengeschwindigkeit sicherzustellen.
Demgegenüber ist der notwendige Wasseroberflächenunterschied etwa das 2-fache desjenigen,
welcher im ersteren Fall notwendig ist, entsprechend der etwa 2-fachen Länge des
Graben Je nach der Größenordnung der Kenndaten kann als andere Möglichkeit auch
an beiden Enden des Grabens nd ein Rotor angeordnet sein.
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Der Rotor beziehunhsweise jeder Rotor kann auf Brückenkonstruktionen,
erforderlichenfalls aber auch auf Schwimmvorrichtungen angeordnet sein.
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Im letzteren Falle soll das Saugrohr beziehunsweise jedes Sa-t-rolub
eine der veränderlichen Wasseroberfläche folgende, vorteilhafterweise teleskopartige,
Ausführung haben.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnwlg
von zwei oder mehr erfindungsgemäßen Oxydationsgräben in Parallel- und/oder Reihenschaltung
vorgesehen.
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Die Erfindung wird an Hand der folgenden beispielhaften Darlegungen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei sind: Figur 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Oxydationsgrabens, Figur 2 ein Schnitt längs der Linie A--A der Figur 1 und Figur
3 eine Draufsicht einer welteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Oxydationsgrabens
In der Ausführungsforn der Figuren 1 und 2 ist ein Rotor 1 in der Gegend der Mitte
eines an einer Seite einer Trennwand 2 befindlichen Grabenabachnittes 3 angeordnet.
Wie es in Figur 2 dargestellt ist, ist an den in der Umgebung der Wasseroberfläche
des Grabei-abschnittes 3 angeordneten Rotor 1 mit senkrechter Achse ein Saugrohr
4, dessen Eintrittsquerschnitt sich am hoden eines sich an der entgegengeetzten
Seite der Trennwand 2 befindlichen Grabenabschnittes 5 befindet, angeschlossen.
Durch das Saugrohr 4 saugt die während des Drehens
des Rotors 1
entstehende Pumpwirkung die Flüssigkeit unter der-Trennwand 2 aus dem Grabenabschnitt
5 herüber und während sie die Flüssigkeit unter gleichzeitigen Eintretenlassen von
Luft in der Umgebung der Wasseroberfläche ausbreitet, setzt sie durch den zustande
gebrachten Druckunterschied neben der Trennwand 2 in beiden Richtungen eine Flüssigkeitsströmung
in Gang. Die Flüssigkeit wendet an beiden Enden der Trennwand 2 längs eines Bogens
von 180° um und gelangt an der anderen Seite der Trennwand 2 zum Eintrittsquerschnitt
des Saugrohres 4. Der Rotor 1 mit senkrechter Achse bringt also die Umwälzung im
wesentlichen durch die Pumpwirkung zustande, und zwar durch seine erfindungsgemäße
besondere Ausführung und Anordnung in der Umgebung der Wasseroberfläche und befriedigt
gleichzeitig auch die mit dem Einbringen des Sauerstoffes verbundenen Anforderungen.
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Im Rahmen der Erfindung sind auch andere hydraulische beziehungsweise
hydrodynamische Elemente anwendbar. So kann am Ende der Trennwand 2 eine Lenkwand
6 angeordnet sein und die Rohrleitungen von an dessen Ende ausgebildeten Ansaugöffnungen
7 sowie ein Zuführungsrohr 8 für das Schmutzwasser und ein Zuführungsrohr 9 für
den im Kreislauf zurückgeführten Schlamm können in der in Figur 2 dargestellten
Weise an das Saugrohr 4 angeschlossen sein. Der dort ausgebildete Unterdruck stellt
auch das Ansaugen und das Rückführen des Schlammes im Kreislauf sicher.
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Das Einführen des rohen Sclimutzwassers in das Saugrohr 4 schafft
wiederum die Bedingungen für das schnelle und möglichst vollständige Vermischen.
Eine Leitung 10 führt das Überlauf- beziehungsweise Schlabberwasser in den Nachklärer
ab.
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In der figur 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsforn für Fälle
von großen Raumbedarf dargestellt.
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Patentansprücile