DE2637108C3 - Vorrichtung zum Belüften von Abwasser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften von Abwasser mit einem Oberflächenrührer, bei der der Oberflächenrührer durch eine Abdeckung mit einer in das Abwasser getauchten Begrenzungwand gegenüber der Umgebungsluft abgeschirmt ist.

Zur Belüftung von kommunalen und industriellen Abwässern werden häufig Oberflächenrührer eingesetzt, die in ihrem Aufbau robust und deshalb sehr betriebssicher sind. Die intensive Vermischung des Abwassers mit Luft und das Herauswaschen des Luftsauerstoffs erfolgt im wesentlichen dadurch, daß das Schmutzwasser infolge der Drehbewegung des Rührers aus der Oberfläche herausgerissen und in Form von mehr oder weniger großen Tropfen durch die Luft geschleudert wird.

Der so erzeugte und sich weit ausbreitende Tropfenschwarm saugt nach dem Ejektorprinzip aus der Umgebung sehr viel Luft an, was aus mehreren Gründen zu einer starken Umweltbelästigung führen kann. Durch die große Austauschfläche zwischen Wasser und Luft wird nicht nur Sauerstoff in Lösung gebracht, sondern es werden auch geruchsintensive Klärgase gestrippt. Außerdem werden die beim Versprühen zwangsweise auftretenden Aerosole (das sind äußerst feine Flüssigkeitströpfchen) durch Wind und thermischen Auftrieb der durch das Abwasser erwärmten Luft weggetragen. Diese primär erzeugten Aerosole enthalten alle Verunreinigungen des Abwassers, wie organische Substanzen, Keime und Krankheitserreger, Klärschlamm usw., und können unter ungünstigen Bedingungen eine Bedrohung der Tier- und

Pflanzenwelt der näheren Umgebung darstellen. Weit weniger gesundheitsschädlich sind die sekundär erzeugten Aerosole, die durch das Vermischen der erwärmten und feuchten Abluft mit der Umgebungsluft entstehen. Bei größeren Kläranlagen aber kann diese Nebelbildung bei bestimmten Wetterlagen derart stark sein, daß eine Sichtbehinderung und Beeinträchtigung des Straßenverkehrs in der Umgebung auftritt

Neuerdings wird in einigen Fällen die Geruchs- und Wärmeemission durch sine Überdachung der biologischen Klärbecken stark reduziert Mit Ventilatoren wird nur so viel Luft durchgesetzt wie zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit der Oberflächenrührer notwendig ist Zur Abscheidung der erzeugten Aerosole ist eine Nachbehandlung der Abluft erforderlich. Sowohl diese zusätzlichen Einrichtungen für die Luftförderung, Luftregelung und Aerosolabscheidung als auch die Überdachung großer Flächen ist mit einem enormen finanziellen Aufwand verbunden. Darüber hiraus wird durch die Überdachung die Begehbarkeit der Anlage beeinträchtigt die für die Wartung der Motoren, Getriebe und Rührer gewährleistet sein muß. Außerdem ist die nachträgliche Überdachung einer bereits vorhandenen Kläranlage sehr problematisch, da die Beckenwände normalerweise für eine derartige Zusatzlast nicht ausgelegt sind.

Aus der Patentschrift CH-5 07 164 ist auch eine Vorrichtung zum Belüften von zu klärendem Abwasser mit einem vertikalachsigen angetriebenen Belüfterkreisel bekannt, bei der der Belüfterkreisel eine Saugseite aufweist, die unterhalb einer Druckseite angeordnet ist und bei der die Druckseite des Belüfterkreisels mit einer Abschirmung überdeckt ist, deren Umfangsrand in einem radialen Abstand von der Druckseite und unterhalb derselben angeordnet ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Luft nach Art eines Ejektors — bedingt durch die relativ enge Führung der Haubenbegrenzungswände — eingetragen und im wesentlichen nur in einmaligem Kentakt mit dem geförderten Wasser bewegt.

Oberflächenbelüfter dienen neben der Begasung der Flüssigkeit jedoch auch zum liischwebehalten des Belebtschlamms. Letztere Forderung wird bei der bekannten Vorrichtung (CH-PS 5 07 164), insbesondere wenn sie in Belebungsgräben mit horizontaler Umwälzströmung eingesetzt wird, jedoch nur unvollkommen erfüllt, da das eingetragene Drehmoment relativ gering ist.

Im Hinblick auf oben angegebene Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung von der durch die schweizerische Patentschrift 5 07 164 bekannten Art so auszubilden, daß bei Wahrung des Sauerstoffeintragsvermögens die benötigte angesaugte Luftmenge vermindert und zugleich das von der Vorrichtung in das Abwasser übertragene Drehmoment erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sprühbereich des Rührers durch eine Haube mit einem mittleren Durchmesser, der das 2- bis 6-fache, vorzugsweise das 2,5- bis 4-fache des Rührerdurchmessers beträgt, abgeschirmt ist, und daß die getauchte Begrenzungswand der Haube eine Spirale bildet, die einen Austritt aufweist, durch den der größte Teil der vom Rührer geförderten Wasserrnenge gerichtet den abgeschirmten Bereich verlassen kann.

Vorzugsweise ist die getauchte Begrenzungswand der Haube im Bereich des Austritts nur wenig getaucht und gegenüber der Vertikalen schräg geneigt. Gemäß einer

weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind innerhalb der Haube Leitschaufeln zur Beschleunigung des geförderten Wassers in Rotationsrichtung des Rührers angeordnet. Diese Leitschaufeln können zum einen an der getauchten Begrenzungswand befestigt oder auch zu einem getrennten Leitapparat zusammengefaßt sein.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich ähnliche Effekte wie bei der totalen Überdachung eines Belebungsbeckens erzielen, indem nur der unmittelbare Sprühbereich des Rührers durch eine Haube mit getauchten Begrenzungswänden von der Umgebung abgeschirmt wird. Die vom Tropfenschwarm geförderte Luft wird zum größten Teil innerhalb der Haube umgewälzt. Nur der in Form von Blasen unter den getauchten Begrenzungswänden entweichende Luftstrom wird durch eine Ansaugöffnung in der Mitte des Deckels ergänzt Da erfindungsgemäß die Abluft von der abströmenden Flüssigkeit zwangsweise gefördert wird, werden die vom Rührer unter der Haube erzeugten Aerosole im Abwasser abgeschieden. Es entfallen damit Ventilatoren und spezielle Aerosolabscheider, wie sie bei der totalen Überdachung erforderlich sind.

Je tiefer die Begrenzungswände getaucht werden, um so weniger Blasen entweichen aus dem Bereich der Haube. Die Ausnutzung des angebotenen Luftsauerstoffs beträgt unter diesen Bedingungen 2 bis 20 Vol.°/o, vorzugsweise 5 bis 10 Vol.%. Unter solchen Bedingungen kann davon ausgegangen werden, daß die jo gestrippte Menge an geruchsintensiven Gasen minimal wird.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Sauerstoffeintragsleistung nicht kleiner, obwohl ein großer Teil des Tropfenschwarms nicht unmit- j=> telbar auf die Wasseroberfläche trifft, sondern von den Begrenzungswänden vorzeitig' in seiner Wurfparabel gestört wird. Dieses überraschende Ergebnis beruht darauf, daß durch die gezielte Abströmung des geförderten Wassers an den getauchten Begrenzungs- ■»(> wänden wesentlich mehr Luftblasen in das Wasser eingetragen werden, als dies bei einem nicht abgedeckten Oberflächenrührer der Fall ist. Es ist deshalb ohne Verminderung der hohen Sauerstoffeintragsleistung möglich, relativ kleine Abdeckhauben zu verwenden, v> deren Durchmesser das 2- bis 6-fache, vorzugsweise das 2- bis 4-.fache des Rührerdurchrn^ssers beträgt. Der bauliche Aufwand ist daher wesentlich geringer als bei einer totalen Überdachung.

Das geringe Gewicht und der kleine Platzbedarf der v> Haube macht diese insbesondere für einen nachträglichen Einbau in bestehende Anlagen geeignet. Für den Fall, daß das vorhandene Bauwerk für das zusätzliche Gewicht einer Abdeckhaube dennoch nicht ausreichend dimensioniert ist, kann diese durch entsprechende ~>^r> Hohlkörper als schwimmende Einheit ausgeführt werden.

Neben der Begasung des Abwassers dienen die Oberflächenrührer dem Inschwebehalten des Belebtschlamms. Das ist besonders wichtig, da auf dem bo Beckenboden ruhender Schlamm nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt wird und sieh anaerob zersetzt. Die von den Rührern an der Oberfläche erzeugten Turbulenzen können nur bis in Tiefen von einigen Metern ein Absetzen der Mikroorganismen verhindern. Es können also nur flache Becken mit einem relativ großen Platzbedaif gebaut werden. Gerade bei den immer größer werdenden modernen Kläranlagen, die häufig in Form von Umlaufgräben gebaut werden, wirkt sich die geringe Beckentiefe nachteilig aus. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, daß durch eine entsprechende Ausbildung eier Begrenzungswände der Abdeckhaube eine gezielte Strömungsführung erzielt werden kann, die das in die Flüssigkeit übertragene Drehmoment erhöht. Durch diese Maßnahme wird ohne zusätzlichen Leistungsaufwand die Strömungsgeschwindigkeit in einem als Umlaufgraben ausgebildeten Belebungsbecken erheblich gesteigert

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen die Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert

Fig. 1 zeigt schematisch einen Oberflächenrührer 1, dessen unmittelbarer Sprühbereich durch eine Haube 2 von der Umgebungsluft abgeschirmt wird. Die vom Tropfenschwarm geförderte Luft wird zum größten Teil innerhalb der Haube 2 umgewälzt Nur tier in Form von Blasen unter den getauchten Begrenzungswänden 3 ausgetragene Luftstrom 4 wird durch tine Ansaugöffnung 5 im Deckel 6 ergänzt. Da na„: dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abluft 4 zwangmveise durch das Abwasser geleitet wird, werden die vom Rührer I erzeugten Aerosole auf dem Weg bis zur Oberfläche 7 herausgewaschen. Es entfallen damit zusätzliche Vorrichtungen wie Aerosolabscheider und Ventilatoren, wie sie bei der vollständigen Überdachung notwendig sind.

In Fig.2 ist ein Umlaufgraben, der mit zwei Oberflächenrührern 1 ausgerüstet ist, beispielhaft in der Draufsicht dargestellt. Zwischen den Oberflächenrührern 1 befinden sich zwei durch eine Wand 8 getrennte Strömungskanäle 9, in denen der Schlamm durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Schwebe gehalten werden muß. Diese Strömungsgeschwindigkeit hängt nicht nur von den Abmessungen der Kanäle 9, sondern ebenso von dem durch die Rührer 1 in die Flüssigkeit übertragenen Drehmoment ab.

Fig. 3 zeigt einen Oberflächenrührer mit spiralförmig ausgebildeter Abdeckhaube. Durch die spiralförmige Ausbildung der getauchten Begrenzungswände 3 wird eine Erhöhung des Drehmomentes ohne zusätzlicnen Leistungsaufwand erzielt. Am Austritt 10 der Spirale verläßt der größte Teil der vom Rührer 1 geförderten Wassermenge gerichtet den abgeschirmten Bereich. Die Wand wird an dieser StHIe 10 zweckmäßigerweise nur wenig getaucht und gegenüber der Vertikalen schräg geneigt, damit der austretende Wasserstrom 11 nur wenig behindert wird. Eine weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse kann dadurch erzielt werden, indem durch hydrodynamisch ausgebildete Leitschaufel!¹· 12, 13 innerhalb der Haube 2 das geförderte Wasser in der Rotationsrichtung des Rührers 1 beschleunigt wird. Dk^j Leitschaufeln 12,13 können wie in F i g. 3 sowohl an den Begrenzungswänden 3 befestigt, als auch wie in Fig.4 gezeigt zu »inem getrennten Leitapparat zusammengefaßt werden.

Beispiel 1

In einem Umlaufgraben entsprechend Fig.2 mit einer Länge von 3,12 m, einer Breite von 0,8 m und einer Wassertiefe von 0,17 m wurden Versuche mit einem Simcarkreisel, der einen Durchmesser von 0,162 m hatte, in Trinkwasser durchgeführt. Die Rührerachse war 0,36 m von der Stirnwand des Beckens entfernt. Die Länge der Trennwand betrug 2,2 m. Bei einer Eintauchtiefe des Rührers von 0,01 m (das ist der Abstand zwischen Oberkante des Rührers und dem

Wasserspiegel) und einer Drehzahl von 290/min betrug die Leistungsaufnahme des Rührers 7 W. Unter diesen Bedingungen stellt sich eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von 0,083 m/s im Umlaufgraben ein. Bei einer Temperatur des Trinkwassers von 20⁰C und bei einer Sauerstoffkonzentration von Null wurde die Sauerstoffeintragsleistung zu 26 g/h ermittelt. Das Verhalten des Oberflächenrührers beim Strippen geruchsintensiver Stoffe wurde mit einer wäßrigen Ammoniaklösung von 1 g/l untersucht. Nach einer Betriebszeit von 1 h nahm die Ammoniakkonzentration um 0,09 g/l ab.

Beispiel 2

Zum Nachweis der Wirksamkeit des erfindungsgctnaßen Verfahrens wurde die Versuchsanordnung des Beispiel 1 übernommen und nur über dem Rührer eine Abdeckhaube gemäß Fi g. 3 montiert, die spiralförmig ausgeführt war. Der mittlere Durchmesser betrug 0.3 m. Die Höhe der ßegren/.ungswand, die 0,02 m tiel getaucht war, betrug 0,06 m. Im Versuchsbetrieb blieb die Leistungsaufnahme des Rührers mit 7 W und die Sauerstoffeintragsleistung mit 26 g/h innerhalb der Meßgenauigkeit erhalten. Es wurde eine Strömungsgeschwindigkeit von 0.103 m/s gemessen. Das entspricht einer Zunahme von 24% gegenüber dem im Beispiel 1 mitgeteilten Wert. Innerhalb einer Stunde nahm die Ammoniakkon/.entration nur um 0,05 g/l ab, was nur noch 55% der ohne Abdeckhaube erhaltenen Menge entspricht.

B e i s ρ i e I 3

In einem Umlaufgraben eines biologischen Klärbekkens für industrielle Abwasser wird ein Simcar-Kreisel mit einem Durchmesser von 4060 mm betrieben. Bei einer Rührerdrehzahl von 30/min wird vom Elektromotor eine Klemmenleistung von HOkW aufgenommen. Die Sauerstoffeintragsleistung beträgt 155 kg/h, was einem spezifischen Wert von 1,1 kg/h entspricht. Aus dem Sauerstoffgehalt der Luft von 20,9 Vol.% (die

ι Frischluft wird mit 21 Vol.% in Rechnung gestellt) wird eine Abluftmenge von etwa lOOOOOmVh berechnet. Der olfraktometrisch ermittelte Geruchsschwellenwert der Abluft beträgt V₉₀. Einem Kubikmeter Abluft müssen demnach 90 m^J Frischluft zugemischt werden,

ίο damit keine geruchsintensiven Stoffe mehr wahrgenommen werden können.

Bei allen Wetterlagen konnte außerdem eine starke Bildung von Aerosolen und größeren (liissigkeilströpfehen beobachtet werden, die /um Teil von Wind

r, davongetragen werden.

Beispiel 4

Über den im Beispiel 3 beschriebenen Oberflächcnrührer wurde eine Abdeckhaube mit einem mittleren

2(i Durchmesser von 9 m gestüipt. Die spiralförmig ausgebildeten Begrenzungswände mit einer Höhe von 1,5 m sind 0,7 m tief in das Abwasser getaucht. Die Drehzahl und die Rührerleistung bleiben durch diese Maßnahme unverändert. Die durch eine 0,64 m² große

r, öffnung im Deckel der Haube angesaugte Frischluftmenge ist auf 10 000 mVh zurückgegangen. Die mittlere Sauerstoffkonzentration der in Form von Blasen aufsteigenden Abluft beträgt im Mittel 20,1 Vol.%. Hieraus, errechnet sich etwa die gleiche spezifische

iii Eintragsleistung des Beispiels 3, während der Geruchsschwellenwert nur noch Vj₀ beträgt. Das bedeutet: Die Gesamtemission geruchsintensiver Stoffe ist auf'/» des ursprünglichen Wertes zurückgegangen. Darüber hinaus konnten keine Aerosolbildung und keine Flüssig-

i-, keitströpfchen beobachtet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Belüften von Abwasser mit einem Oberflächenrührer, bei der der Oberflächenrührer durch eine Abdeckung mit einer in das Abwasser getauchten Begrenzungswand gegenüber der Umgebungsluft abgeschirmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühbereich des Rührers (1) durch eine Haube (2) mit einem mittleren Durchmesser, der das 2- bis 6-fache, vorzugsweise das 2,5- bis 4-fache des Rührerdurchmessers beträgt, abgeschirmt ist, und daß die getauchte Begrenzungswand (3) der Haube (2) eine Spirale bildet, die einen Austritt (10) aufweist, durch den der größte Teil der vom Rührer (1) geförderten Wassermenge gerichtet den abgeschirmten Bereich verlassen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getauchte Begrenzungwand (3) der Haube (2) im Bereich des Austritts (10) nur wenig getaucht und gegenüber der Vertikalen schräg geneigt ist

3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Haube (2) Leitschaufeln (12, 13) zur Beschleunigung des geförderten Wassers in Rotationsrichtung des Rührers (1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (12) an der getauchten Begrenzungswand (3) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (13) zu einem getrennten Leiiapparat zusammengefaßt sind.