DE2649756A1

DE2649756A1 - Verfahren zur eintragung von sauerstoffhaltigem gas oder reinem sauerstoff in abwasser und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2649756A1
Application number: DE19762649756
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Kaelin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1978-02-23
Also published as: CH604860A5

Description

Verfahren zur Eintragung von sauerstoffhaltigem Gas
oder reinem Sauerstoff in Abwasser und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eintragung von sauerstoffhaltigem Gas oder reinem Sauerstoff in das in einem Belüftungsbecken sich befindende Abwasser sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, mit Hilfe von Oberflächenbelüftungskreiseln sauerstoffhaltiges Gas, wie z.B.
Luft, in biologisch zu reinigendes Abwasser einzutragen. Dieses Verfahren weist jedoch die Nachteile auf, dass zum Antrieb des Oberflächenbelüftungskreisels ein teures, leistungsverzehrendes Reduktionsgetriebe notwendig ist, dass im Winter die Gefahr einer Vereisung der aus dem Wasser herausragenden Kreiseloberfläche und damit die Gefahr der Bildung einer Kreiselunwucht besteht, dass unter gewissen atmosphärischen Bedingungen infolge der aus den Kreiselaustrittsöffnungen über die Wa,sseroberfläche geschleuderten Flüssigkeit ein für die Umgebung lästig wirkender Sprühnebel gebildet wird, und oft störende Wasser- und Getriebegeräusche entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Einrichtungldie diese vorangehend angeführten Nachteile nicht aufweisen.
DieseAufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man das mit Sauerstoff anzureichernde Abwasser mittels-einer Flüssigkeitsfördervorrichtung aus dem Belüftungsbecken ansaugt, beschleunigt, den derart beschleunigten Flüssigkeitsstrom mittels mehreren Düsen in mehrere Teilströme aufteilt, mittels diesen Teilströmen das sauerstoffhaltige Gas bzw. den reinen Sauerstoff nach dem Prinzip einer Wasserstrahlluftpumpe ansaugt, den Teilströmen beimischt, und im Diffusor mindestens einer anschliessenden Fangdüse komprimiert, und das derart mit Sauerstoff angereicherte Abwasser mit einer solchen Geschwindigkeit über den Beckenboden strömen lässt, dass auf dem letzteren keine Ablagerung von Belebtschlamm auftritt.
Durch die erfindngsgemässe Aufteilung des zu belüftenden Flüssigkeitsstromes in mehrere Flüssigkeitsteilströme, die Erzeugung eines Unterdruckbereiches durch.die letzteren, die Beimischung des einzutragenden sauerstoffhaltigen Gases., wie zum Beispiel Luft oder reinen Sauerstoffes, in diesem Unterdruckbereich in das zu belüftende Abwasser und die nachfolgende Komprimierung des in das Abwasser eingetragenen Gases ergibt sich ein sehr hoher.Sauerstoffeintrag pro Kilowatt Antriebsleistung sowie ein sehr feinblasiger Gaseintrag.
Es ist zweckmässig, wenn man das zu belüftende Abwasser unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche absaugt und nach der Eintragung von Sauerstoff unmittelbar oberhalb dem Beckenboden des Belüftungsbeckens wieder ausströmenslässt, wobei es vorteilhaft ist, wenn man das im Belüftungsbecken sich befindende Abwasser durch geeignete Massnahmen um eine Vertikalaxe herum in Rotation versetzt, so dass die in das Abwasser eingetragenen Gasblasen längs einem Weg bewegt werden, dessen Länge ein Vielfaches der Beckenhöhe beträgt, so dass der im Abwasser vorhandenen Biologie eine sehr lange Zeit zur Ausnützung des in den einzelnen Gasblasen vorhandenen Sauerstoffes zur Verfügung steht.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Flüssigkeitsfördervorrichtung zur Ansaugung und Beschleunigung des zu belüftenden Abwassers, mehrere dieser Flüssigsfördervorrichtung nachgeschaltete Düsen zur Aufteilung des durch die Flüssigkeitsfördervorrichtung beschleunigten Abwassers in mehrere Teilströme, wobei diese Düsen in mindestens eine mit mindestens einer Zuleitung zur Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases bzw. des reinen Sauerstoffes verbundene Ansaugkammer zur Ansaugung des zugeleiteten Gases nach dem Prinzip der Wasserstrahl luftpumpe und zur Beimischung desselben zu den Teilströmen münden, und mindestens eine auf der Austrittsseite der Ansaugkammer angeordnete, mit einem Diffusor versehene Fangdüse zur Verringerung der Ausströmgeschwindigkeit des mit Sauerstoff angereicherten Abwassers und zur Komprimierung der nun in letzterem enthaltenen Gasblasen aufweist.
Für verschiedene Anwendungsfälle ist es zweckmässig, wenn diese Einrichtung schwimmend ausgebildet und die Abwasseransaugöffnung derart angeordnet ist, dass sie sich im Betrieb der Einrichtung unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche befindet.
Zur möglichst einfachen und verlust freien Zusammenfassung der einzelnen aus den Düsen austretenden Flüssigkeitsteilströme. ist es vorteilhaft, wenn die LängsaShsmper Düsen in Strömungsrichtung gesehen aufeinander zu geneigt verlaufen, und es ist dabei zweckmässig, wenn die Fangdüse an ihrem Eintritt derart ausgebildet ist, dass die aus den einzelnen Düsen austretenden Flüssigkeatsteilströme gemeinsam und stossfrei durch die nachgeschaltete Fangdüse aufgenommen werden.
ein ein nicht mit irgendwelhen Einbauten versehenes Belüftungsbecken zu erzielen, ist es auch möglich, die erfindungsgemässel Einrichtung. ausserhalb dem Belüftungsbecken ianzuordnen, wobei es vorteilhaft ist, wenn der Diffusor der Fangdüse über mindestens eine in Bodenna#he des Belüftungsbeckens mindestens annähernd tangential in das letztere einmündende Leitung mit dem letzteren in Verbindung steht, derart, dass im Betrieb im Belüftungsbecken eine um eine Vertikalaxe rotierende Zirkulationsströmung erzeugt wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung; Fig. 2 einen Schnitt Rings der Linie II-II in Figur 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 1; Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung; und Fig. 5 eine Seitenansicht einet-drittenbeispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung.
Wie aus den Figuren 1,2 und 3 ersichtlich, weist die innerhalb dem Belüftungsbecken 1 mit Hilfe des Schwimmers 2 schwimmend angeordnete Belüftungs- und Umwälzeinrichtung 3 eine Axialpumpe 4 zur Ansaugung des zu belüftenden Abwassers von unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche 5 und zur Beschleunigung desselben nach unten gegen mehrere diesen Flüssigkeitsstrom in Flüssigkeitsteilströme auf teilende Düsen 6 auf. Die Axialpumpe 4 ist über die Antriebswelle 7 direkt mit dem Antriebsmotor 8 zusammengekuppelt, da das Profil der Schaufeln der Axialpumpe 4 auf die gleiche Drehzahl wie diejenige des Antriebsmotors ausgelegt ist, so dass ein teures, Energie verzehrendes und Lärm erzeugendes Zwischengetriebe vermieden werden kann.
Die Düsen 6 münden in eine mit drei Zuleitungen 9 zur Zufuhr von Luft verbundene Ansaugkammer 10 zur Ansaugung der Luft durch die mit der Aussenatmosphäre verbundenen Zuleitungen 9 nach dem Prinzip der Wasserstrahl luftpumpe und zur Beimischung der angesaugten Luft in Blasenform zu den aus den Düsen 6 herausspritzenden Abwasserteilströmen in dem in der Ansaugkammer 10 herrschenden Unterdruckbereich.
Die derart mit Luft angereicherten Abwasserteilströme werden zur Verringerung ihrer Strömungsgeschwindigkeit und zur Komprimierung der nun in ihnen enthaltenen Luftblasen auf der Austrittsseite der Ansaugkammer 10 in eine mit einem Diffusor 11 versehene Fangdüse 12 geleitet. Dazu verlaufen die Längsachenl3 der Düsen 6 in Strömungsrichtung gesehen aufeinander zu geneigt, und die Fangdüse 12 ist an ihrem Eintritt derart ausgebildet, dass die aus den einzelnen Düsen 6 austretenden Abwasserteilströme gemeinsam und zur Vermeidung von Stoffverlusten stossfrei durch die nachgeschaltete Fangaüse 12 aufgenommen werden, das heisst die Abwasserteilströme verlaufen tangential an die Innenseite der Fangdüse 12.
Zur Regulierung der in das Abwasser einzutragenden Luftmenge ist es möglich, in den Zuleitungen 9 Durchströmregulierorgane vorzusehen. Eine andere Lösung besteht zum Beispiel darin, dass man eine mit verstellbaren Schaufeln versehene Axialpumpe 4 anordnet.
Um auch bei starker Spritzwasserbildung in der Ansaugkammer 10 eine einwandfreie Einleitung der Abwasserteilströme in die Fangdüse 12 sicherzustellen, sind innerhalb der Ansaugkammer 10 zur gemeinsamen Führung der Abwasserteilströme in die die letzteren aufnehmende Fangdüse 12 mehrere ineinandermündende, trichterförmige und zum Durchlass der angesaugten Luft voneinander distanzierte Strömungsleitbleche 14 angeordnet.
Unterhalb dem Austritt des Diffusors 11 ist ein mit Strömungsleitrippen 15 versehener Strömungsleitkegel 16 auf dem Beckenboden angeordnet, so dass das aus dem Diffusor 11 austretende, mit feinen Luftblasen durchmischte Abwasser durch diese Strömungsleltrippen 15 in eine um die vertikale Beckenmittelaxe verlaufende Rotation versetzt wird, so dass der gesamte Beckeninhalt ebenfalls eine Rotationsbewegung um diese Vertikalaxe ausführt. Auf diese Weise werden die in das Abwasser eingetragenen Luftblasen nach dem Austritt aus dem Diffusor 11 längs einem eine sehr kleine Steigung aufweisenden schraubenlinienförmigen Strömungsweg bewegt, so dass eine sehr lange Zeit zur Verfügung steht, während welcher der in den feinen Luftblasen enthaltene Sauerstoff durch das Abwasser aufgenommen werden kann.
Durch den Eintrag der Luftblasen unter den in der Ansaugkammer 10 herrschenden Unterdruckbedingungen in das zu belüftende Abwasser und die anschliessende Komprimierung der in das Abwasser eingetragenen Luftblasen entstehen ganz feine Luftblasen, wie es zur Bildung einer möglichst grossen Oberfläche aller Luftblasen erwünscht ist.
Die in der Ansaugkammer 10 in die Abwasserteilströme eingetragene Luftmenge wird zweckmässig so reguliert, dass der gesamte in den Luftblasen enthaltene Sauerstoff auf dem Weg der Luftblasen von der Ansaugkammer 10 nach unten gegen den Beckenboden zu und dann nach oben gegen die Wasseroberfläche zu vom Abwasser aufgenommen wird, so dass die zur Eintragung der Luft in das zu belüftende Abwasser benötigte Antriebsleistung möglichst gering gehalten werden kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, der Ansaugkammer 10 über die Zuleitungen 9 reinen Sauerstoff oder mit reinem Sauerstoff angereicherte Luft zuzuführen.
Um eine noch intensivere Vermischung des zu belüftenden Abwassers mit dem einzutragenden Gas zu erzielen ist es, wie aus Figur 4 ersichtlich, auch möglich, der Ansaugkammer 10 nach der Fangdüse 12 einen zweiten Satz von den durch die letztere'zusammengefassten Abwasserstrom erneut in Teilströme aufteilenden Düsen 17, eine zweite Ansaugkammer 18, wie eine zweite mit einem Diffusor 19 verbundene Fangdüse 20 nachzuschalten. Dabei ist es zweckmässig, wenn der zweite Satz von Düsen 17 gegenüber dem ersten Satz von Düsen 6 leicht verdreht ist, so dass die Düsen 6 und 17 in der Längsrichtung der Belüftungseinrichtung gesehen sich nicht in Deckung befinden und dadurch die Aufteilung des durchströmenden Abwasserstromes im zweiten Satz von Düsen 17 nicht gleich wie im ersten Satz von Düsen 6 erfolgt, so dass nach dem zweiten Satz von Düsen 17 kein Abwasserteilstrom die gleichen Wasserteilchen in der gleichen Querschnittsverteilung aufweist, wie ein aus den ersten Düsen 6 austretender Abwasserteilstrom. Zu diesem Zwecke kann es vorteilhaft sein, wenn die Anzahl der ersten Düsen 6 von der Anzahl der zweiten Düsen 17 abweicht.
Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist es auch möglich, die erfindungsgemässe Belüftungs- und Umwälzeinrichtung 3 ausserhalb dem Belüftungsbecken 1 anzuordnen, so.dass das letztere ohne jegliche Einbauten ausgebildet werden kann.
Um eine unerwünschte Ablagerung von Belebtschlamm auf dem Beckenboden des Belüftungsbeckens 1 zu verhindern und anderseits eine möglichst geringe Aufstieggeschwindigkeit der durch die Belüftungs- und Umwälzeinrichtung 3 in das Belüftungsbecken 1 eingetragenen Luftblasen zu erzielen, mündet, die Abwasser ansaugleitung 22 der Belüftungs- und Umwälzeinrichtung 3 derart tangential in das Innere des Belüftungsbecken 1, dass das in letzterem sich befindende Abwasser in eine um die vertikale Beckenachse rotierende Zirkulation versetzt wird.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Eintragung von sauerstoffhaltigem Gas oder reinem Sauerstoff in das in einem Belüftungsbecken sich befindende Abwasser, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit Sauerstoff anzureichernde Abwasser mittels einer Flüssigkeitsfördervorrichtung aus dem Belüftungsbecken ansaugt, beschleunigt, den derart beschleunigten Flüssigkeitsstrom mittels mehreren Düsen in mehrere Teilströme aufteilt, mittels diesen Teilströmen das sauerstoffhaltige Gas bzw. den reinen Sauerstoff nach dem Prinzip einer Wasserstrahl luftpumpe ansaugt, den Teilströmen beimischt, und im Diffusor mindestens einer anschliessenden Fangdüse komprimiert, und das derart mit Sauerstoff angereicherte Abwasser mit einer solchen Geschwindigkeit über den Beckenboden strömen lässt, dass auf dem letzteren keine Ablagerung von Belebtschlamm auftritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man jeden einzelnen Teilstrom in eine mit einem Diffusor versehene Fangdüse leitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die aus dem Diffusor der Fangdüse austretende Flüssigkeit vor dem Austritt in das Belüftungsbecken zur weiteren Anreicherung mit Sauerstoff einer weiteren, analog ausgebildeten Belüftungseinrichtung zuleitet.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu belüftende Abwasser unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche absaugt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gaseintrag durch Regulieren der den Teilströmen zugeleiteten Gasmenge steuert.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Flüssigkeitsfördervorrichtung (4) zur Ansaugung und Beschleunigung des zu belüftenden Abwassers, mehrere dieser Flüssigkeitsfördervorrichtung (4) nachgeschaltete Düsen (6) zur Aufteilung des durch die Flüssigkeitsfördervorrichtung beschleunigten Abwassers in mehrere Teilströme, wobei diese Düsen (6) in mindestens eine mit mindestens einer Zuleitung (9) zur Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases bzw. des reinen Sauerstoffes verbundene Ansaugkammer (10) zur Ansaugung des zugeleiteten Gases nach dem Prinzip der Wasserstrahlluftpumpe und zur Beimischung desselben zu den Teilströmen münden, und mindestens eine auf der Austrittsseite der Ansaugkammer (10) angeordnete, mit einem Diffusor (11) versehene Fangdüse (12) zur Verriiigerung der Ausströmgeschwindigkeit des mit Sauerstoff angereicherten Abwassers und zur Komprimierung der nun in letzterem enthaltenen Gasblasen aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie schwimmend ausgebildet und die Abwasseransaugöffnung derart angeordnet ist, dass sie sich im Betrieb der Einrichtung unmittelbar unterhalb der Wasseroberfläche befindet.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachs.eri,ll3) der Düsen (6) in Strömungsrichtung gesehen - aufeinander zu geneigt verlaufen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fangdüse (12) an ihrem Eintritt derart ausgebildet ist, dass die aus den einzelnen Düsen (6) austretenden Flüssigkeitsteilströme gemeinsam und stossfrei durch die nachgeschaltete Fangdüse (12) aufgenommen werden.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düse eine mit einem Diffusor versehene Fangdüse zugeordnet ist und jeder Diffusor einzeln, direkt oder indirekt, mit dem Innern des Belüftungsbeckens (1) in Verbindung steht.
11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsfördervorrichtung als eine vorzugsweise direkt mit dem Antriebsmotor (8) zusammengekuppelte Axialpumpe (4) ausgebildet ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der Axialpumpe (4) zur Regulierung der Fördermenge verstellbar ausgebildet sind.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausserhalb des Belüftungsbeckens (1) angeordnet ist.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ansaugkammer (10) zur gemeinsamen Führung der Abwasserteilströme in die die letzteren aufnehmende Fangdüse (12) mehrere ineinandermündende, trichterförmige und voneinander distanzierte Strömungsleitbleche (14) angeordnet sind.
15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Reguliermittel zur Regulierung der in die Ansaugkammer (10) strömenden Gasmenge vorgesehen sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (11) der Fangdüse (12) über mindestens eine in Bodennähe des Belüftungsbeckens (1) mindestens annähernd tangential in das letztere einmündende Leitung mit dem letzteren in Verbindung steht, derart, dass im Betrieb im Belüftungsbecken (1) eine um eine Vertikalaxe rotierende Zirkulationsströmung erzeugt wird.
17. Einrichtung nach Anspruch 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Diffusoren der einzelnen Fangdüsen über je eine in Bodennähe des Belüftungsbeckens (1) mindestens annähernd tangential in das letztere einmündende Leitung mit dem letzteren in Verbindung steht, derart, dass im Betrieb im Belüftungsbecken (1) eine um eine Vertikalachse rotierende Zirkulationsströmung erzeugt wird.