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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mündet im Rohr unterhalb des seitlichen Wasserzulaufansatzes etwa tangential eine
Düse, durch die weitere Luft undloder flüssige Zusatzstoffe zur chemischen Wasseraufbereitung
in das Rohr injizierbar sind und die an eine außen neben dem Rohr durch die Behälteröffnung
geführte, durch ein Ventil steuerbare Versorgungsleitung angeschlossen ist, die
mit einem Druckluftkessel undloder mit einem Vorratsbehälter für die flüssigen Zusatzstoffe
in Verbindung steht Statt dessen oder außerdem besteht
im Rahmen
der Erfindung auch die Möglichkeit, die flüssigen Zusatzstoffe durch die am oberen
Ende des Rohres vorgesehene Ansaugöffnung in das im Rohr abwärts strömende Wasser
einzuführen.
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Die Wasserschraube erteilt dem Wasser im Rohr eine so hohe Geschwindigkeit,
daß es die durch die obere Ansaugöffnung mitgerissene Luft und eventuelle Zusatzstoffe
mitführt und schon im Rohr innig mit der Luft und den Zusatzstoffen verwirbelt wird.
Die Aufnahme von Luft und Zusatzstoffen, sowie die Verwirbelung, kann mit Hilfe
der Düse noch verstärkt werden. Das somit schon im Rohr durch intensive Verwirbelung
hergestellte Gemisch aus Wasser, Luft und gegebenenfalls Zusatzstoffen wird an der
unteren Mündung des Rohres als Strahl ausgestoßen, der, - da das Rohr dicht, etwa
40 cm, über der Behältersohle endet, - an der Behältersohle aufwärts umgelenkt wird,
wodurch eine weitere heftige Verwirbelung entsteht Diesen vertikalen Wirbelkomponenten
sind horizontale Wirbelkomponenten überlagert, die aus der horizontalen Wirbelbewegung
des Wassers im Rohr und von den dem Wasser durch die Drehbewegung der Wasserschraube
erteilten Drehimpulsen herrühren.
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Die vertikale Wirbelbewegung findet im wesentlichen im unteren Fünftel
des Aufbereitungsbehälters statt, darüber überwiegt im wesentlichen die horizontale
Wirbelbewegung. Die im Aufbereitungsbehälter ablaufenden vertikalen und horizontalen
Wirbelbewegungen tragen zur weiteren Vermischung des Wassers, der Luft und eventuell
zugegebener Zusatzstoffe bei so daß Entmischungen nicht auftreten können und insbesondere
auch die dem Wasser zugeführte Luft nicht nennenswert entweichen kann, sondern nur
noch in ganz kleinen Blasen ausgeschieden wird. Diese intensive Vermischung des
Wassers mit der Luft und den Zusatzstoffen erfordert nur sehr geringen Leistungsaufwand
für den die Wasserschraube antreibenden Motor.
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Im Ergebnis besteht der durch die Erfindung erreichte Fortschritt
im wesentlichen darin, daß bei geringem Leistungsaufwand für den die Wasserschraube
antreibenden Motor die Kombination des eiförmigen Aufbereitungsbehälters mit dem
nahe über der Behiltersohle mündenden Rohr und der darin angeordneten, das im Rohr
abwärts strömende Wasser sehr stark beschleunigenden Wasserschraube eine so intensive
Vermischung und Verwirbelung des aufzubereitenden Wassers mit der Luft und den eventuell
zugegebenen chemischen Zusatzstoffen bewirkt, daß die Aufenthaltsdauer des Gemisches
im eiförmigen Aufbereitungsbehalter vergleichsweise kurz und dadurch der Aufbereitungsbehälter
entsprechend klein gewählt werden kann Daher kann der eiförmige Aufbereitungsbehälter
fabrikmäßig vorgefertigt und ohne Schwierigkeiten mittels Bahn- und/oder Straßentransport
an den Einsatzort gebracht werden, wo er schnell und einfach mit üblicherweise an
jeder Baustelle zur Verfügung stehenden Mitteln aufgestellt und montiert werden
kann. Die Wartung der Einzelteile ist leicht durchzuführen, da das Rohr einschließlich
der Wasserschraube ohne weiteres durch die Behälteröffnung entnommen, kontrolliert
und erforderlichenfalls repariert werden kann.
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Im einzelnen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung in eine Zulaufkammer mündet und daß die Zulauföffnun
und die Ablauföffnungen bezüglich ihres untersten Offnungsniveaus Dbereinstimmen.
Die Zulaufkammer und die Ablaufkammer sind zweckmäßig
im Anschluß an die Umfassungswand
auf dem Aufbereitungsbehälter angeordnet und je mit einem Anschluß für einen Zulaufkanal
bzw. Ablaufkanal versehen. Weiter empfiehlt es sich, daß der Behälter aus zwei Teilen
besteht, die quer zu seiner langen Achse in der Ebene seines größten horizontalen
Querschnitts aneinandergefügt sind, wobei der untere Behälterteil einen Standfuß
und der obere Behälterteil außer der Umfassungswand auch die Zulaufkammer und die
Ablaufkammer aufweist Beide Behälterteile können aus Stahlbeton bestehen. Die Wasserschraube
ist vorzugsweise über eine im Rohr liegende Welle an den über dem Aufbereitungsbehälter
angeordneten Antriebsmotor angeschlossen Antriebsmotor, Welle und Wasserschraube
können dann in einfacher Weise zusammen mit dem Rohr nach oben vom Behälter abgenommen
werden.
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Weiter ist es zweckmäßig, wenn sich die Ablauföffnungen zumindest
in ihrem unteren Teil spitz zum unteren Ende hin verengen. Durch das Maß dieser
Verengung kann die Änderung der Niveauhöhe des Wassers in der Ablaufkammer in Abhängigkeit
von der Änderung der Durchlaufmenge beeinflußt werden. Da die Niveauhöhe des Wassers
in der Ablaufkammer bis auf nur geringe Differenzen mit der des Wassers in der Zulaufkammer
übereinstimmt, ist zweckmäßig in der Zulaufkammer ein Schwimmer angeordnet, der
den Antriebsmotor für die Wasserschraube steuert Je nach Menge des zulaufenden Wassers
kann dann die Motordrehzahl und damit die Fördermenge der Wasserschraube geregelt
werden, um unabhängig vom Wasserzulauf die erforderliche hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Wassers im Rohr aufrechtzuerhalten.
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Die Wasserschraube kann als Flügelschraube (Propeller) ausgebildet
sein. Im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist aber eine Ausbildung der Wasserschraube
als Spiralschraube (archimedische Schraube), da eine derartige Schraube auch bei
größerer Drehgeschwindigkeit kaum Kavitationserscheinungen zeigt, die zur Folge
haben könnten, daß die vom Wasser aufgenommene Luft wieder frei wird.
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Im übrigen können in der Zulaufkammer und in der Ablaufkammer pH-Fühler
zur Steuerung der Zugabe der Zusatzstoffe angeordnet sein. Im Ergebnis ist es daher
möglich, die gesamte Vorrichtung vollautomatisch durch selbsttätige Regelung der
Wasserschraubendrehzahl, der Luftzugabe und der Zugabe von chemischen Zusatzstoffen
in Abhängigkeit von Wasseranfall und pH-Wert des Wassers zu betreiben.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht
auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verwirbelung und Aufbereitung von Wasser,
F i g. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1, Fig.3
einen Schnitt in Richtung 111-111 durch den oberen Teil der Vorrichtung nach F i
g. 1, F i g. 4 eine perspektivische Darstellung der in der Vorrichtung verwendeten
Wasserschraube.
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In der Zeichnung ist der Aufbereitungsbehälter mit 1 bezeichnet Er
besitzt im wesentlichen eiförmige Gestalt und ist so angeordnet, daß er mit seiner
großen Behälterachse 2 senkrecht steht In seinem Scheitel besitzt der Behälter 1
eine im Vergleich zu seinem größten horizontalen Querschnitt 3 kleine Behälteröff
nung 4 mit einer außen auf dem Behälter 1 aufgesetzten
Umfassungswand
5, die Ablauföffnungen 6 aufweist, welche in eine Ablaufkammer 7 münden. Durch die
Behilteröffnung 4 ist zentral längs der großen Behälterachse 2 ein Rohr 8 in den
Aufbereitungsbehälter 1 eingeführt, das unter Freilassung eines großen Teils der
Behälteröffnung 4 mit einem seitlichen Wasserzulaufansatz 9 an eine Zulauföffnung
10 in der Umfassungswand 5 angeschlossen ist Das Rohr 8 besitzt am oberen Ende eine
Ansaugöffnung 11 für Luft, durch die aber auch in im einzelnen nicht dargestellter
Weise Zusatzstoffe zur chemischen Wasseraufbereitung eingeführt werden können Im
Bereich seines nahe über der Behältersohle 12 mündenden unteren Endes enthält das
Rohr 8 eine Wasser und Luft von oben durch das Rohr ansaugende, von einem nicht
dargestellten Motor antreibbare Wasserschraube 13, die dem Wasser im Rohr 8 eine
so große abwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit erteilt, daß die im Wasser
eingeschlossene Luft vom abwärtsströmenden Wasser mitgeführt wird und nicht entgegen
der Wasserströmung aufsteigen kann Diese hohe Wassergeschwindigkeit führt bereits
im Rohr 8 zu einer innigen Verwirbelung des Wassers, der Luft und gegebenenfalls
zugeführter Zusatzstoffe. Die Aufnahme von Luft und solchen Zusatzstoffen und ihre
Verwirbelung mit dem Wasser kann noch dadurch weiter verbessert werden, daß im Rohr
8 unterhalb des seitlichen Wasserzulaufansatzes 9 eine etwa tangential mündende
Düse 14 vorgesehen wird. Durch diese Düse 14 hindurch können weitere Luft und/oder
flüssige Zusatzstoffe zur chemischen Wasseraufbereitung in das Rohr 8 injiziert
werden. Außerhalb des Rohres 8 ist die Düse 14 an eine neben dem Rohr 8 durch die
Beh älteröffnung 4 geführte Versorgungsleitung 15 angeschlossen, deren Durchsatz
mit Hilfe eines nicht dargestellten Ventils gesteuert werden kann und die mit einem
Druckluftkessel und/oder einem Vorratsbehälter für die flüssigen Zusatzstoffe in
Verbindung stehen kann, die der Einfachheit wegen ebenfalls nicht dargestellt sind.
Der am unteren Ende aus dem Rohr 8 ausgestoßene, mit Luft und gegebenenfalls Zusatzstoffen
beladene Wasserstrahl wird an der Sohle 12 des Behälters 1 nach oben umgelenkt und
verwirbelt, wie die Pfeile 16 in Fig.2 andeuten. Dieser vertikalen Verwirbelung
ist eine horizontale Wirbelbewegung überlagert, die in der Zeichnung nicht angedeutet
ist und im oberen Behälterbereich überwiegt Tatsächlich beschränkt sich der Bereich
der vertikalen Verwirbelung im Aufbereitungsbehälter 1 auf etwa das untere BehilterfünfteL
Die Zulauföffnung 10 mündet in eine Zulaufkammer 17. Die Zulauföffnung 10 und die
Ablauföffnungen 6 stimmen bezüglich ihres untersten Offnungsniveaus 18 überein,
so daß die Niveauhöhe des Wassers in der Zulaufkammer 17 im wesentlichen mit der
des Wassers in der Ablaufkammer 7 übereinstimmt, wobei das Wasserniveau in der Ablaufkammer
7 allerdings infolge des von der Wasserschraube 13 erzeugten statischen Druckunterschiedes
geringfügig höher als der Wasserstand in der Zulaufkammer 17 sein kann Die Zulaufkammer
17 und die Ablaufkammer 7 sind im Anschluß an die Umfassungswand 5 auf dem Aufbereitungsbehälter
1 angeordnet und je mit einem Anschluß für einen Zulaulkanal 19 bzw. Ablaufkanal
20 versehen Diese Zulauf- und Ablaufkanäle sind in der Zeichnung nur teilweise angedeutet
Sie können an Auflagern 21 des Aufbereitungsbehälters 1 abgestützt werden, wodurch
spätere Versetzungen zwischen den Zulauf- und Ablaufkanälen einerseits und dem Aufbereitungsbehäl-
ter
andererseits vermieden werden. Der Aufbereitungsbehälter 1 selbst besteht im Ausführungsbeispiel
aus zwei Teilen 1 a, 1 b, die quer zu seiner langen Achse in der Ebene seines größten
horizontalen Querschnitts 3 bei 22 aneinandergefügt sind. Der untere Behälter 1a
besitzt einen Standfuß 23, der obere Behälterteil Ib trägt außer der Umfassungswand
5 auch die Zulaufkammer 17 und die Ablaufkammer 7 sowie die Auflager 21 für die
Zulauf- und Ablaufkanäle 19 Beide Behälterteile 14 1 b sind fabrikseitig vorgefertigt
und bestehen aus hochfestem Stahlbeton.
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Die in F i g. 2 nur schematisch angedeutete Wasser schraube 13 kann
über eine im Rohr 8 liegende, in den F i g. 1 und 2 nicht gezeichnete Welle 24 an
den über dem Aufbereitungsbehälter 1 angeordneten, in der Zeichnung allerdings der
besseren Übersichtlichkeit wegen ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotor angeschlossen
sein.
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Der Motor kann dann mit der Welle 24 und der Wasserschraube 13 leicht
aus dem Rohr 8 entnommen werden. Die Wasserschraube 13 selbst ist im Ausführungsbeispiel
entsprechend Fig.4 als Spiralschraube, auch archimedische Schraube genannt, ausgebildet,
die in dem durch den Pfeil 25 angedeuteten Drehsinn umläuft Wie die F i g. 3 zeigt,
sind die Ablauföffnungen 6 so gestaltet, daß sie sich zumindest in ihrem unteren
Teil spitz zum unteren Ende hin verengen. In der Zulaufkammer 17 kann ein in der
Zeichnung ebenfalls nicht dargestellter Schwimmer angeordnet sein, der den Antriebsmotor
für die Wasserschraube 13 steuert Im übrigen können in der Zulaufkammer 17 und in
der Ablaufkammer 7 ebenfalls nicht dargestellte pH-Fühler zur Steuerung der Zugabe
der Zusatzstoffe angeordnet sein Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der
eiförmige Aufbereitungsbehälter 1 eine Höhe von insgesamt etwa 4 Meter, einschließlich
der Umfassungswand 5. Sein Inhalt beträgt etwa 13000 Liter. Das Rohr 8 hat einen
Durchmesser von 150 mm Der Wasserdurchsatz kann zwischen 5 Liter/Sekunde und 20
Liter/Sekunde schwanken. Bei 5 Liter/Sekunde Wasserzufluß beträgt die Strömungsgeschwindigkeit
im Rohr etwa 0,3 Meter/Sekunde, bei 20 Liter/Sekunde etwas über 1 Meter/Sekunde.
Bei 5 Liter/Sekunde Wasserzufluß beträgt die gesamte Wasseraufenthaltsdauer im Behälter
1, also vom Eintritt in den Wasserzulaufansatz 9 des Rohres 8 bis zum Austritt in
die Ablaufkammer 7 etwa 45 Minuten, bei 20 Liter/Sekunden etwa 11 Minuten. Die genannten
Strömungsgeschwindigkeiten im Rohr 8 genügen, um die vom Wasser aufgenommene und
mit dem Wasser verwirbelte Luft am Aufsteigen entgegengesetzt zum Wasserstrom zu
hindern. Besitzt die Wasserschraube 13 eine Steigung von etwa 8 cm, so können die
vorgenannten Wasserzuflüsse mit Drehzahlen zwischen 250 bis 750 Umdrehungen/Minute
beherrscht werden. Der Antriebsmotor für die Wasserschraube erfordert dann eine
Leistung von etwa 0,25 bis 0,5kW.
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Sollen größere Zulaufmengen an Abwasser aufbereitet werden, so können
mehrere der beschriebenen Vorrichtungen aber je einen eigenen Zulaufkanal 19 an
einen in der Zeichnung bei 30 angedeuteten Hauptkanal angeschlossen werden Der Wasserzulauf
vom Hauptkanal 30 her in den Zulaufkanal 19 wird durch einen Schütz 31 reguliert
Steigt das im Hauptkanal 30 zulaufende Wasser über die vom Schütz 31 freigegebene
Höhe an, fließt das Wasser sowohl durch den ersten
Schütz 31 in
den Zulaufkanal 19 der ersten Vorrichtung, als auch durch den nachfolgenden zweiten
oder weitere Schütze, die jeweils höher als der vorhergehende Schütz liegen. Da
die Vorrichtung mit Hilfe der in ihren Zulaufkammern 17 angeordneten, nicht dargestellten
Schwimmer automatisch gesteuert und geregelt werden können, bewirkt das durch den
zweiten bzw. die weiteren Schütze fließende Wasser die selbsttätige
Inbetriebnahme
der weiteren Vorrichtungen in Abhängigkeit von der tatsächlichen Größe des Wasserzuflusses.
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Der Effekt der Wasseraufbereitung kann dadurch gesteigert werden,
daß der Aufbereitungsbehälter in das umgebende Gelände eingebettet wird, so daß
das zu behandelnde Wasser beim Durchlaufen des Aufberei tungsbehälters eine Abkühlung
erfährt