DE2559237A1

DE2559237A1 - Einrichtung zur begasung von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2559237A1
Application number: DE19752559237
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dr Ing Poepel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DE2646795A1

Description

Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit mit einem völlig in die Flüssigkeit untergetauchten, förderwirksamen, in einer Horizontalebene umlaufenden Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas oder Luft und auf der gegenfiberliegenden Seite Flüssigkeit aus der Tiefe ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, wobei in dem Flüssigkeitskörper, etwa in der Tiefe des Rotors, eine radiale, nach aussen gerichtete, allmählich immer mehr verlangsamende Strömung (Radialströmung) erzeugt wird.
Eine solche Einrichtung ist beispielsweise durch die DT-PS 1782485 bekarnt.
Derartige Einrichtungen sollen Gas oder Luft in möglichst kleinblasiger Form in die Flüssigkeit von Teichen, Talsperren, Stauhaltungen von Flüssen oder natürlichen Seen eintragen und gleichzeitig innerhalb eines möglichst großen Bereiches um die Einrichtung herurm die Flüssigkeit umwälzen, um stets neue Flüssigkeitsmassen mit den einzutragenden Gas. oder Luftbläschen in Kontakt zu bringen. Wegen der Vereinigung der Funktionen Begasen und Umwälzen werden derartige Einrichtungen auch als Umwälzbegaser bzw. Umwälzbelüfter bezeichnet.
So müssen z. B. langsam fliessende oder stehende Oberflächengewässer rnit Luftsauerstoff angereichert werden, wenn ihre biologische Selbstreinigungskraft nicht mehr ausreicht, den übergroßen Schmutzeintrag abzubauen und sich in diesen polysaprobe, anaerob verlaufende Vorgänge entwickeln wollen.
Der vom Gewässer an der Oberfläche aufgenommene Sauerstoff, den die aeroben Kleinlebewesen für die Durchführung ihres aeroben Stoffwechsels benötigen muss durch die Umwälzbelüftung ergänzt werden.
Eine andere Art der Anwendung von Umwälzbelüftern ist, die in großen Behältern oder Becken zu speichernden Abwasserschlämme aus Kläranlagen oder Flüssigmiste aus Massentierhaltungen zu belüften. Diese gehen nämlich sehr schnell in eine iibelriechende, umweltbelästigende, saure Gärung über, wenn ihnen nicht dauernldurch Umwätzbelüfter eine ausreichende Menge von Sauerstoff zugeführt wird.
Bei Anwendung der bekannten Umwälzbelüfter wird aber die mit Luftblasen angereicherte Rotorau strittsstromung aufgrund des Bias enauftriebes sehr schnell nach oben in oberflächennahe Zonen abgedrängt. Durch den Umsvolzbelüfter wird also eine oberflächennahe, radial nach aussen sich verdünnende und verlangsamende Schiebeströmung erzeugt und aus ebenfalls relativ nahe dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Schichten Umwälzflüssigkeit wieder in den Rotorbereich angesaugt. Wichtig ist aber die Erzielung einer den ganzen Becken-, Behälter- oder Speicherraum erfassende Belüftung, um den gesamten Becken-, Behälter oder Staurauminhalt mit der erforderlichen Sauerstoffmenge zu versorgen und dadurch in den sohlnahen Zonen die Entstehung von einem anaeroben Stoffwechsel oder saurer Gärung mit all den daraus sich ergebenden nachteiligen Folgen zu verhindern.
Durch die Anwendung größerer Eintauchtiefen könnte wohl die Tiefenwirkung etwas verbessert werden. Wenn jedoch der Rotor die Luft in größere Flüssigkeitstiefen ansaugen soll, muss die Rotoraustrittsströmung und damit zwangshäufig auch die Leistungsaufnahme des Motors vergrössert werden. Dies wirkt sich ungünstig auf die Betriebskosten für die Sauerstoffanreicherung aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, wie der von einem Umwälzbeiüfter wirksam erfassbare Belüftungsraum vergrössert werden kann.
Diese Aufgabe wird - aufbauend auf einem Umwälzbelüfter der eingangs genannten Art - erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Anpassung an die Form der Becken, Behälter oder Stauräume um den Rotor herum in einem Abstand: in dem die Radialströmung noch spürbar ist, und in der Tiefe der Radialströmung. quer oder in einem stumpfen Winkel zur Radlalströmung verlaufende Prall- oder Umlenkwände angebracht sind, die die Radialströmung in die Tiefe umlenken, Aufgrund der erfindungsgemäßen Strömungsablenkung der mit Gasblasen angereicherten Rotoraustrittsströmung in die Tiefe werden vor allem den tiefen Schichten belüftetes Wasser oder Substrate zugeführt und es werden aus Kontinuitätsgründen sauerstoffarme Sohlschichten zwangsläufig nach oben in den Ansaugebereich des Umwälzbelüfters verdrängt. Auf diese Weise werden trotz relativ geringer Eintauchtiefe des Umwälzbel4fters und der damit verbundenen geringen Antriebsielstung auch die tiefen Sohlschichten mitbelüftet. Eine stabile Temperaturschichtung in stagnierenden oder quasistagnierenden Gewässern wird damit durchbrochen.
Um auch größere Teich-, See- oder Beckenflächen mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung in den Belüftungsprozess einbeziehen zu können, wird die Umlenkwend in einem einseitig offenen Bogen vorzugsweise in Parabel-oder Polygonform um den Rotor herum angeordnet. Die von diesem erzeugte Radialströmung wird dann in der durch die Öffnung bestimmten Richtung aus dem von der Umlenkwand direkt oder durch Reflexion an den Seiten- und Rückwänden in dem zu belüftenden Raum mit großer Fläche herausgedrängt. In diesem entwickelt sich in der durch die Öffnung bestimmten Richtung eine Längesströmung, die infolge der Bündelung der insgesamt vom Rotor geförderten Flüssigkeit anfänglich viel schneller ist als die Radialströmung und sich wie diese, aber auch infolge ihrer fächerartigen Ausbreitung allmählich wieder verlangsamt. Aus Kontinuitätsgründen wird auch in diesem Falle ein Teil der vorwärts gestoßenen Flüssigkeitsmengen von dem Rotor wieder ange sogen.
Die aus der Bogenöffnung je Zieteinheit austretende Masse erzeugt einen Rückstoß, der in eine langsame Kreisbewegung des Umwälzbelüfters mit Umlenkwand um einen gewählten Festpunkt umgesetzt werden kann. Die um einen Festpunkt langsam kreisenden Umwälzbelüfter werden vorteilhaft für die Belüftung von Belüftungsräumen mit angenäherter Kreisform eingesetzt.
Bei langgestreckten Belüftungsräumen mit großer Breite werden zweckmäßig mehrere Umwälzbelüfter mit Umlenkwanden so eingesetzt, dass diese mäanderförmig durchilossen werden.
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispiels nachfolgend noch näher erläutert; dabei zeigen Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Beluftungs einrichtung mit schrägen Umlenkflächen auf einer Wasserfläche schwimmend, Fig. 2 eine ähnliche Einrichtung wie die nach Fig. 1, jedoch mit 7 vertikalen Umlenkflächen im Aufriß, Fig.3 eine Ansich aus der Luft auf eine Einrichtung nach Fig.2, Fig.4 eine Mehrfachanordnung von Belüftungfseinrichtungen auf einer offenen Seefläche, die um ein Zentrum kreisen können.
Die Belüftungseinrichtung 1 wird an Trägern 2 befestigt, die auf einem der Form der Umlenkwand 3 angepassten Ponton 4 aus Kunststoffrohren auflagern.
Die Belüftungseinrichtung 1 besteht aus einem Tauchrohr 5 mit einer konzentrisch darin angeordneten Welle 6, einem Antriebsmotor 7 und einem Rotor 8.
Das Tauchrohr endigt mit geringem Spalt stumpf am Rotor. Das dem Motor zugekehrte Ende des Rohres 5 endigt frei in der Atmosphäre. Der Rotor weist oberhalb und unterhalb einer Radscheibe Schaufeln auf, deren obere Luft fördern und deren untere Flüssigkeit. Durch den kreisenden Rotor wird aus der Umgebung Flüssigkeit axial angesaugt (Pfeil 9), sehr stark radial beschleunigt und es strömt dann radial in Richtung der Pfeile 10 aus dem Rotor aus. Durch eine Injektorwirkung und durch die Förderwirkung der luftseitigen Rotorschaufeln werden an dem Spalt zwischen Tauchrohrende und Rotor Luft angesaugt und - wegen der relativ großen Eintauchtiefe - feinblasig im Wasser verteilt. Die aufperlende Luft drängt die Radialströmung etwas nach oben ab. Es kommt jedoch unterhalb der Wasseroberfläche 11 zu einer radialen, sich nach aussen verdünnenden und verlangsamenden Schiebeströmung 12.
Zum Ablenken dieser horizontalen Schiebeströmung in die Tiefe sind in einem Abstand A von dem Rotor, in dem diese Schiebeströmung noch spürbar ist, Prall- und Ablenkilächen 3 vorgesehen. Diese sind an dem aus Kunststoffr rohren hergestellten Ponton 4 befestigt. Die Flächen 3 weisen einen stumpfen Winkel zur Horizontalen auf. Aufgrund der kinetischen Energie der Fliissigkeits massen kommt eine abgelenkte Tiefenströmung (Pfeil 13) zustande, die ihrerseits in den sohlnahen Zonen in eine Horizontalströmung (Pfeil 14) umgelenkt wird. Durch die Bodenströrnung wird sauerstoffarme Flüssigkeit aus der Tiefe nach oben abgedrängt und kann in den Ansaugebereich des Rotors gelangen.
Dank der erfindungsgemäßen Umlenkilächen 3 wird also der Einflußbereich der Belüftungseinrichtung in die Tiefe erstreckt.
Die Umlenkilächen können als ein geschlossener, die Belüftungseinrichtung 1 etwa konzentrisch' umgebender Ring oder aber als einseitig offener Bogen bzw. Polygon ausgebildet sein. Fig. 3 zeigt einen der Parabelform angenäherten Bogen der Umlenkwand 3, die in die sein Falle senkrecht an einem aus Kunststoffrohren hergestellten Ponton befestigt ist (Fig. 2). Durch die Öffnung des Bogens nach einer Richtung (Öffnungssehne 16) wird die Schiebeströmung in diesem Falle über die Öffnungssehne 16 hinweg aus dem von der Umlenkwand gebildeten Raum herausgedrängt. Die austretende Schiebeströmung (Pfeil 12a) schiebt den ganzen Behälterinhalt in der weiteren Umgebung der Belüftungs einrichtung an und bringt so auch andere, nicht im Bereich des Bogens der Umlenkwand liegende Flüssigkeitsmassen in dessen Einflußbereich. Bei etwa runden, kleineren Teichen kann eine solche Belüftungseinrichtung mit bogenförmig angeordneten Umlenkwänden feststehend exzentrsich zur Teichmitte angeordnet werden, derart, dass die Bogensehne 16 durch die Teichmitte verläuft. Die Wassermassen des Teiches werden dann durch die Schiebeströmung 12a zu einer langsamen, kreisenden Strömung veranlasst.
Bei größeren Seeflächen kann jeweils einer kreisförmigen Teilfläche 18 je eine Belüftungseinrichtung zugeordnet werden. Diese ist dann ebenfalls exzentrsich zur Teilfläche von einem in der Mitte befindlichen Festpunkt 17 mittels Schubstangen 19 oder dergleichen gefesselt, derart, dass die Öffnungssehne 16 etwa zum Mittelpunkt weist. Die Einrichtung ist so angebunden, dass die Umlenkwand mit Belüftungseinrichtung als Ganzes beweglich sind, und zwar um den Mittelpunkt 17 kreisend. Durch die über die Öffnungssehne hinweg aus dem Bogen ausströmende Schiebeströmung 12a wird ein Rückstoß ausgeübt, der die gesamte Belüftungseinrichtung langsam im Kreis in Pfeilrichtung 20 anschiebt.

Claims

Patentansprüche 1.; Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit mit einem völlig in die Flüssigkeit untergetauchten, förderwirksamen, in einer Horizontalebene umlaufenden Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Luft bzw. Gas und auf der gegenüberliegenden Seite Flüssigkeit axial aus der Tiefe ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, wobei in der Flüssigkeit, etwa in der Tiefe des Rotors, eine radiale, nach aussen gerichtete, sich nach aussen verlangsamende Strömung (Radialströmung) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass um den Rotor (8) herum in einem Abstand (A)> in dem die Radialströmung (13) noch spürbar ist, und in der Tiefe (T) der Radialströmung (13) quer oder in einem stumpfen Winkel zur Radialströmung (13) verlaufend eine Prall-oder Umlenkwand (3) angebracht ist, die die Radialströmung (13) in die Tiefe umlenkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkwand (3) in einem offenen, etwa polygon oder parabelförmigen Bogen um den Rotor (8) herum angeordnet ist und dass die Belüftungseinrichtung (1) innerhalb einer etwa runden von der Belüftungseinrichtung zu bestreichenden Fläche (18) exzentrsich angebunden ist, derart, dass die Sehne (16) über die Öffnung des Bogens hinweg etwa zum Mittelpunkt (17) der zu bestreichenden Fläche (18) weist.
3. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie kreisbeweglich an einem etwa in der Mitte der zu bestreichenden Fläche (18) angeordneten Festpunkt (17) angebunden ist.