DE2449623A1

DE2449623A1 - Einrichtung zum umwaelzen und/oder belueften einer fluessigkeit und verwendung der einrichtung

Info

Publication number: DE2449623A1
Application number: DE19742449623
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Kaelin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-11
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1976-01-02
Also published as: CH572759A5; JPS5113156A; FR2274567A1; US4021349A; FR2274567B3; DE2449623B2; IT1033802B; AT333675B; ATA911174A

Description

Patentanwälte ^: '

Dipl. Ing. Karl A. Brose Dipl.lng. D. Karl Brose D-8023/München-Pullach Wiener S!r.2,T.Hdin.7933071,7933072

Ka/Bz München-Pullach, IJ, Oktober

Joseph Richard Kaelin, Buochs (Schweiz)

Einrichtung zum Umwälzen und/oder Belüften einer Flüssigkeit und Verwendung der Einrichtung

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umwälzen und/oder Belüften einer Flüssigkeit, insbesondere von in einem Becken sich befindendem Abwasser mittels einem in der Flüssigkeit eintauchenden, um eine vertikale Achse drehbaren Zentrifugalrotor, der mit einer Mehrzahl von mindestens annähernd radial verlaufenden Flüssigkeitsförderkanälen versehen ist sowie eine Verwendung dieser Einrichtung.

Es ist bereits bekannt, mittels einem unter dem Flüssigkeitsspiegel eines Belebungsbeckens sich befindenden Rotor das zu belüftende Abwasser umzuwälzen. Die dabei verwendeten Rotoren sind alle so ausgebildet, dass die durch diese beförderte Flüssigkeit in horizontaler Richtung am Umfang des Rotors austritt. Dies ist strömungstechnisch gesehen jedoch sehr ungünstig, da die aus den Flüssigkeitsförderkanälen austretende Flüssigkeit zur Erzielung des gewünschten Strömungsverlaufes längs der Beckenwand nach unten oder nach oben geleitet werden muss. Wenn die aus dem Rotor austretende Flüssigkeit jedoch in horizontaler Richtung senkrecht gegen die Beckenwand zu strömt, dann ergibt sich keine genau definierte Strömung in der gewünschten Richtung. Werden jedoch an der Beckenwandung Strömungsumlenkmittel angeordnet, dann neigen diese sehr stark zum verschlammen und verursachen bei grossen Becken eine beachtliche Erhöhung der Baukosten.

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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, welche die vorangehend angeführten Nachteile nicht aufweist, und ohne Mehrkosten gegenüber den bisher bekannten Rotoren die gewünschten Strömungsverhältnisse ergibt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsförderkanäle mindestens im Bereich ihrer Austrittsmündung derart in einer vertikalen Ebene gekrümmt und/oder an den Austrittsmündungen derart mit Strömungsablenkflächen versehen sind, dass die aus den Förderkanälen austretende Flüssigkeit unter einem Winkel von mindestens 5 gegenüber einer Horizontalebene gegen die mit der Eintrittsöffnung versehene Seite des Rotors zu strömt.

Insbesondere bei Belebungsbecken von Abwasserreinigungsanlagen ist es zweckmässig, wenn der Rotor als doppelseitiges Zentrifugalpumpenrad ausgebildet ist.

Um die Lagerung der Rotorantriebswelle möglichst einfach ausbilden zu.können, ist es vorteilhaft, wenn der Rotor als Schwimmkörper ausgebildet ist.

Es ist zweckmässig, wenn mindestens ein Teil der zwischen den einzelnen Schaufeln gebildeten Förderkanäle über Verbindungsleitungen mit dem oberhalb dem Flüssigkeits-

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spiegel sich befindenden Gasvolumen, mit der Aussenatmosphäre und/oder mit einer Sauerstoffquelle verbunden ist» Um die notwendige Leistung zum Betrieb der Anlage möglichst gering zu halten ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsleitungen in Unterdruckbereiche der Förderkanäle münden.

Um zu verhindern, dass die in einem Becken sich befindende Flüssigkeit nach einer gewissen Anlaufzeit mit annähernd der gleichen Drehgeschwindigkeit rotiert wie der Rotor und dadurch dessen Förderleistung sehr stark absinkt, ist es zweckmässig, wenn vor der Ansaugöffnung des Rotors eine mit in radialer und axialer Richtung verlaufenden Strömungsleitflächen versehene Strömungsleitvorrichtung angeordnet ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung zur Eintragung von Sauerstoff oder einem Sauerstoffgemisch in das in einem Belebungsbecken-einer Abwasserreinigungsanlage sich befindende Abwasser.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung;

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Figur 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung!

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig.2f

Figur 4 einen Schnitt analog Figur 3j

Figur 5 einen weiteren Schnitt analog Figur 3;

Figur 6 eine dritte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung j

In Figur 1 ist eine Einrichtung zum Umwälzen und Belüften von in einem Belüftungsbecken 1 sich befindendem Abwasser mittels einem in der Flüssigkeit eingetauchten, um eine vertikale Achse drehbaren Zentrifugalrotor 2 dargestellt.

Unterhalb der Ansaugöffnung des Zentrifugalrotors 2 ist eine mit in radialer und axialer Richtung verlaufenden, kreuzweise aufeinander stehenden Strömungsleitflächen 3 versehene Strömungsleitvorrichtung 4 angeordnet, die bewirkt, dass das zu belüftende Abwasser, dem durch die Wirkung des Zentrifugalrotors 2 eine Drallbewegung erteilt worden ist, die so gross sein soll,dass sich kein Belebtschlamm auf der Beckensohle 5 absetzen kann, mindestens annähernd ohne Drall in die Ansaugöffnung des Rotors 2 einströmt.

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Auf diese Weise wird die Förderleistung des Oberflächenbelüftungskreisels 2 gegenüber solchen Ausführungsformen ohne Strömungsleitflächen 3 stark erhöht, da die Relativgeschwindigkeit zwischen dem in den Kreisel 2 einströmenden Wasser und der Drehbewegung des Kreisels 2, in Umfangsrichtung des letzteren betrachtet, gegenüber den bisherigen Ausführungsformen bedeutend höher ist.

Um den biologischen Abbauprozess kontinuierlich in Gang zu halten, wird über eine in den Ansaugbereich des Oberflächenbelüftungskreisels 2 sich erstreckende Rückführleitung 6 biologisch aktiver Belebtschlamm aus einem Nachklärbecken dem Belebungsbecken 1 sich befindenden Abwasser beigemischt.

Um das im Belebungsbecken 1 sich befindende Abwasser mit Sauerstoff anreichen zu können, sind Zuleitungen 8 vorgesehen, die sich am einen Ende bis in Unterdruckbereiche in den in vertikalen Ebenen gekrümmten Förderkanälen 9 des Rotors 2 und am anderen Ende bis in den oberhalb der Flüssigkeit befindenden_? durch die Zufuhrleitung 10 mit reinem Sauerstoff angereicherten Raum 11 erstrecken. Auf diese Weise wirken die bei drehendem Rotor 2 von Abwasser durchströmten Flüssigkeitskanäle 9 wie Wasserstrahlpumpen und saugen selbsttätig mit reinem Sauerstoff angereichertes Gas aus dem Raum 11 in die Flüssigkeit,

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Die Flüssigkeitsförderkanäle 9 sind im Bereich ihrer Austrittsmündung derart in einer Vertikalebene nach unten gekrümmt, dass die aus den Förderkanälen 9 austretende Flüssigkeit unter einem Winkel von beispiels-

weise IO gegenüber einer Horizontalebene nach unten abströmt.

Da auf diese Weise die aus dem Rotor 2 austretende Flüssigkeit praktisch stossfrei durch die Wandung des Belebungsbeckens 1 vertikal nach unten abgelenkt werden kann, ergeben sich im ganzen Becken 1 sehr gute Strömungsverhältnisse mit einer minimalen Antriebsleistung für den Rotor 2.

Um die Lagerung für den Rotor 2 möglichst einfach ausbilden zu können, ist der Rotor auf seiner Aussenseite im Bereich 12 ausgeschäumt, so dass im Wasser praktisch kein Gewicht auf seine Antriebswelle 13 ausübt.

Bei der in Figur 2" dargestellten Einrichtung wird ein scheibenförmiger Rotor 2 mit horizontal verlaufenden Förderkanälen 9 verwendet. Um dennoch eine vom Rotor 2 aus nach unten gerichtete Strömung zu erzielen, sind an den Austrittsmündungen der Förderkanäle 9 Strömungsablenkflächen 14 vorgesehen.

Bei dieser Ausführungsform sind die Strömungsleitflächen

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zur präziseren Führung des der Ansaugöffnung des Oberflächenbelüftungskreisels 2 zugeführten, zu belüftenden Abwassers, von einem Rohr 7 umgeben, das sich bis in den unteren Teil des Belebungsbeckens 1 erstreckt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr gute, erzwungene Wasserzirkulation über die ganze Höhe des Beckens 1.

Um eine möglichst gleichmässige Anströmung der Ansaugöffnung des Oberflachenbelüftungskreisels 2 zu erhalten, ist die radiale Erstreckung der Strömungsleitflächen 3 grosser als der Radius der Ansaugöffnung des Kreisels 2» Ferner hat es sich herausgestellt, dass die Wirkung der Strömungsleitvorrichtung 4 besser ist, wenn die Aussenkanten der Strömungsleitflächen 3 in radialer Richtung vom Rohr 7 distanziert sind.

Um die Befestigung des Rohres 7 zu erleichtern ist es vorteilhaft, wenn es so ausgebildet ist, dass sein mittleres spezifisches Gewicht etwa demjenigen des zu belüftenden Abwassers entspricht; das heisst, das Rohr 7 kann aus entsprechendem Material hergestellt oder mit Material von geringerem spezifischem Gewicht (zum Beispiel durch Umschäumen mit Schaumkunststoff ) verbunden sein.

Am unteren Ende des Rohres 7 ist ein mit feinen Austrittsöffnungen versehener Belüftungsring 15 zur Einführung von Luft, mit reinem Sauerstoff angereicherter Luft oder

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reinem Sauerstoff in den Ansaugbereich des Rotors 2 angeordnet. Der Belüftungsring 15 ist über eine Zuleitung 8 mit einer entsprechenden Zufuhrquelle (nicht dargestellt) verbunden·

In Figur 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III in . Figur 2 durch die Strömungsleitvorrichtung 4 dargestellt, aus dem der Querschnitt der Strömungsleitflächen 3 ersichtlich ist. In den Figuren 4 und 5 sind weitere beispielsweise Querschnittsformen der Strömungsleitflächen 3 dargestellt.

Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist ein Doppelkreisel 2' im Zentrum eines Belebungsbeckens 1 angeordnet.

Der Sauerstoff oder ein Sauerstoffgemisch wie z.B. Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, wird hier über Zuleitungen 8, die. in Unterdruckbereichen der beiden Kreiselhälften 2a und 2b münden, zugeführt und durch die Wirkung des Kreisels 2¹ mit dem zu belüftenden Abwasser intensiv vermischt.

Um einen Aufladeeffekt des Doppelkreisels 2* zu erzielen, sind die in radialer und axialer Richtung verlaufenden Strömungsleitflächen 3 der Strömungsleitvorrichtung 4 längs der Kreiselaxe schraubenlinienförmig verdreht, und

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zwar derart, dass die zu belüftende Flüssigkeit mit einem der Krexseldrehrichtung entgegengesetzten Drall in die beiden Ansaugöffnungen des Doppelkreisels 2¹ einströmt.

Die Verdrehung der Strömungsleitflächen 3 ist zweckmässig so, dass sie dem am einen Ende des Umhüllungsrohres 7 eintretenden, einen Drall aufweisenden Abwasser allmählich einen in die entgegengesetzte Richtung gerichteten Drall erteilen, um die Strömungswiderstände möglichst niedrig zu halten.

Ferner wird über die ebenfalls in Unterdruckbereichen des Doppelkreisels 2 mündenden Zuleitungen 6 Belebtschlamm aus einem Nachklärbecken in das zu belüftende Abwasser zugeführt.

Der Doppelkreisel 2* sowie die Führungsrohre 7 sind zweckmässig so ausgebildet, dass ihr mittleres spezifisches Gewicht etwa demjenigen des zu reinigenden Abwassers entspricht, um aufwendige Lagerungen und Abstützungen zu vermeiden·

Die Zuleitungen 8 sind mit einer Gasförderpumpe 16 verbunden, die Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch aus dem oberhalb der Flüssigkeit sich befindenden Raum 11 über die Leitung absaugt und bei Bedarf über die Leitung 18 mit einer z.B. reinen Sauerstoff liefernden Quelle verbunden werden kann.

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Der Doppelkreisel 2' ist dabei so ausgebildet, dass die Flüssigkeitsförderkanäle 9a der oberen Kreiselhälfte 2a im Bereich ihrer Austrittsmündung nach oben und die Flüssigkeitsförderkanäle 9b der unteren Kreiselhälfte 2b im Bereich ihrer Austrittsmündung nach unten gekrümmt sind, so dass die erwünschte Erzielung einer oberen bzw· unteren torusförmigen Zirkulationsströmung in der oberen bzw. unteren Hälfte des Belüftungsbeckens einwandfrei erzielbar ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE /ι.I Einrichtung zum Umwälzen und/oder Belüften einer

^-* Flüssigkeit, insbesondere von in einem Becken sich befindendem Abwasser mittels einem in der Flüssigkeit eintauchenden, um eine vertikale Achse drehbaren Zentrifugalrotor, der mit einer Mehrzahl von mindestens annähernd radial verlaufenden Flüssigkeitsförderkanälen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsförderkanäle (9) mindestens im Bereich ihrer Austrittsmündung derart in einer vertikalen Ebene gekrümmt und/oder an den Austrittsmündungen derart mit Strömungsablenkflächen (14) versehen sind, dass die aus den Förderkanälen (9) austretende Flüssigkeit unter einem Winkel von mindestens 5 gegenüber einer Horizontalebene gegen die mit der Eintrittsöffnung versehene Seite des Rotors zu strömt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor als doppelseitiges Zentrifugalpumpenrad (2·) ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) als Schwimmkörper ausgebildet ist.

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4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) derart ausgebildet ist, dass die aus den Förderkanalen (9) austretende Flüssigkeit unter einem Winkel im
Bereich von 5 bis 35 gegenüber einer Horizontalebene ausströmt.
5« Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelkranz des Rotors eine Anzahl von in vertikalen Ebenen gekrümmten Förderkanäle (9) bildet, derart, dass in
die Förderkanäle (9) eintretende Flüssigkeit in diesen Kanälen um mehr als 90 umgelenkt wird und am Umfang des Rotors austritt.
6· Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
ein Teil der zwischen den einzelnen Schaufeln
gebildeten Förderkanäle (9) über Verbindungs-, leitungen (8) mit dem oberhalb dem Flüssigkeitsspiegel sich befindenden Gasvolumen, mit der Aussenatmosphare und/oder mit einer Sauerstoffquelle verbunden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (8) in Unterdruckbereiche der Förderkanäle (9) münden.

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8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ansaugöffnung des Rotors (2) eine mit in radialer und axialer Richtung verlaufenden Strömungsleitflächen (3) versehene Strömungsleitvorrichtung (4) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtung (4) in Richtung der Kreiseldrehachse betrachtet einen rechteckförmigen, drei-, vier- oder mehrarmigen Querschnitt aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitflächen (3) längs der Rotorachse schraubenlinienförmig verdreht sind.
11» Einrichtung nach Anspruch 8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitflächen (3) von einem zentrisch· zur Kreiselaxe angeordneten Rohr (7) umgeben sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkanten der Strömungsleitflächen (3) in radialer Richtung vom Rohr (7) distanziert sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

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dass der Abstand der Aussenkanten der Strömungsleitflächen (3) vom diese umgebenden Rohr (7) im Bereich von 10 bis 50% der Hälfte der Rohrinnenabmessung liegt.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung der Strömungsleitflächen (3) mindestens annähernd dem Radius der Ansaugöffnung des Rotors (2) entspricht oder grosser ist.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ansäugöffnung des Rotors im Ansaugbereich desselben eine Zuleitung (8) zur Zufuhr von reinem Sauerstoff oder einem Sauerstoffgemisch mündet.
16. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ansaugöffnung des Rotors, im Ansaugbereich desselben, eine Zuleitung (8) zur Zufuhr von Belebtschlamm aus einem Nachklärbecken mündet.
17. Verwendung der Einrichtung nach einem oder mehreren

der vorangehenden Ansprüche zur Eintragung von Sauerstoff oder einem Sauerstoffgemisch in das in einem Belebungsbecken einer Abwasserreinigungsanlage sich befindende Abwasser.

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