DE2724471C2 - Vorrichtung zur Verwirbelung und Aufbereitung von Wasser - Google Patents

Description

to Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vei wirbelung und Aufbereitung von Wasser.

Derartige Vorrichtungen dienen zur Wasseraufbereitung durch Verwirbelung des Wassers mit Luft und flüssigen Zusatzstoffen, um das Wasser zu belüften und/oder mit Hilfe der flüssigen Zusatzstoffe eine chemische Aufbereitung zu erreichen, beispielsweise saure oder alkalische Abwasser zu neutralisieren.

Abwasserkläranlagen, die diese Zwecke erfüllen, sind an sich bekannt Sie stellen in ihren Abmessungen beachtliche Bauwerke dar, deren Errichtung erheblichen Aufwand erfordert Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit so kleinen Abmessungen zu schaffen, daß die Vorrichtung fabrikmäßig vorgefertigt in ihren Teilen leicht transportiert und am Einsatzort einfach und schnell aufgestellt und montiert werden kann, trotz ihrer kleinen Abmessungen aber eine intensive Belüftung urd Aufbereitung des Abwassers bei einer Leistung von etwa 5 bis 20 Liter/Sekunde ermöglicht Bei höheren Aufbereitungsleistungen besteht dann ohne weiteres die Möglichkeit, mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen nebeneinander zu betreiben.

Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung zur Verwir-

belung und Aufbereitung von Wasser ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Aufbereitungsbehälter von im wesentlichen eiförmiger Gestalt der bei Anordnung mit senkrecht stehender großer Behälterachse in seinem Scheitel eine im Vergleich zum größten horizontalen Behälterquerschnitt k'eine Behälteröffnung mit einer außen auf den Behälter aufgesetzten Umfassungswand aufweist die in einer Ablaufkammer mündende Ablauföffnungen besitzt und durch ein zentral längs der großen Behälterachse durch die

•»5 Behälteröffnung in den Aufbereitungsbehälter eingeführtes Rohr, das unter Freilassung eines größeren Teils der Behälteröffnung mit einem seitlichen Wasserzulaufansatz an eine Zulauföffnung in der Umfassungswand angeschlossen ist am oberen Ende eine Ansaugöffnung

so für Luft besitzt und im Bereich seines nahe über der Behältersohle mündenden unteren Endes eine Wasser und Luft durch das Rohr ansaugende, von einem Motor antreibbare Wasserschraube enthält die dem Wasser im Rohr eine so große Strömungsgeschwindigkeit erteilt, daß die im Wasser eingeschlossene Luft vom abwärts strömenden Wasser mitgeführt wird und nicht entgegen der Wasserströmung aufsteigen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mündet im Rohr unterhalb des seitlichen Wasserzulaufansatzes etwa tangential eine Düse, durch die weitere Luft und/oder 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 und/oder 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.

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 WirbeSkomponenten 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.

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.

Im Ergebnis besteht der durch die Erfindung erreichte Fortschritt im wesentlichen darin, daß bei geringem Leistungsaufwand für den die Wasserschraube antreibenden Mo'or die Kombination des eiförmigen Aufbereitungsbehälters mit dem nahe über der Behältersohle 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 mi.' der Luft und den event iell zugegebenen chemischen Zusatzstoffen bewirkt, daß die Aufenthaltsdauer des Gemisches im eiförmigen Aufbereitungsbehälter vergleichsweise kurz und dadurch der Aufbereitungsbehälter entsprecher/i 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 i.n 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.

Im einzelnen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung in eine Zulaufkammer mündet und daß die Zulauföffnung und die Ablauföffnungen bezüglich ihres untersten Öffnungsniveaus übereinstimmen. Die Zulaufkammer and die Abtaufkammer 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

ίο Abiaufkammer 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 Wasser-

is schraube können dann in einfacher Weise zusammen mit dem Rohr nach oben vom Behälter abgenommen werden.

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 Abiaufkammer in Abhängigkeit von der Änderung der Durchlaufmenge beeinfluß, 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 Zulaufka.'iimer 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. 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.

Im übrigen können in der Zulaufkammer und in der Abiaufkammer pH-Fühler zur Steuerung der Zugabe der Zusatzstoffe angeordnet sein. Im Ergebnis ist es daher möglich, die gesamte Vorrichtung vol'automatisch durch selbsttätige Regelung der Wasserschraubendrehzahl, der Luftzugabe und der Zugabe von chemischen Zusatzstoffen in Abhängigkeit von Wasseranfall und pH-Wert des Wassers zu betreiben.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert ¹Ss zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verwirbelung und Aufbereitung von W-USt.,

F i g. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch die Vorrichtung nach F ι g. 1,

Fig.3 einen Schnitt in Richtung HI-III durch den oberen Teil der Vorrichtung nach F i g. 1,
F i g. 4 eine perspektivische Darstellung der in der Vorrichtung verwendeten Wasserschraube.

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 Behälteröffnung 4 mit einer außen auf dem Behälter 1 aufgesetzten

Umfassungswand 5, die Ablauföffnungen 6 aufweist, welche in eine Ablaufkammer 7 münden. Durch die Behalteröffnung 4 ist zentral längs der großen Behalterachse 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 IO 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 Behälteröffnung 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 F i g. 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 Behälterfünftel.

Die Zulauföffnung 10 mündet in eine Zulaufkammer 17. Die Zulauföffnung 10 und die Ablauföffnungen 6 stimmen bezüglich ihres untersten Öffnungsniveaus 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 Zulaufkanal 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 Aufbereitungsbehälter andererseits vermieden werden. Der Aufbereitungsbehälter 1 selbst besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen la, \b, die quer zu seiner langen Achse in der Ebene seines größten horizontalen Querschnitts 3 bei 22 aneinandergefügt sind. Der untere Behälter la besitzt einen Standfuß 23, der obere Behälterteil 1 b trägt außer der Umfassungswand S auch die Zulaufkammer 17 und die Ablaufkammer 7 sowie die Auflager 21 für die Zulauf- und Ablaufkanäle 19,20. Beide Behälterteile la,

to Xb sind fabrikseitig vorgefertigt und bestehen aus hochfestem Stahlbeton.

Die in F i g. 2 nur schematisch angedeutete Wasserschraube 13 kann über eine im Rohr 8 liegende, in den F i g. 1 und 2 nicht gezeichnete Welle 24 an den über

is dem Aufbereitungsbehälter 1 angeordneten, in der

Zeichnung allerdings der besseren Übersichtlichkeit

wegen ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotor angeschlossen sein.

Der Motor kann dann mit der Welle 24 und der

Wasserschraube Ϊ3 ieiciii aus ueiii Ruin S κίιϋΊϋπ'ιίϊιέΓι 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 Zulaufk.tfimer 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 13 000 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 03 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 Aufs.eigen entgegengesetzt zum Wasserstrom zu hindern. Besitzt die Wasserschraube 13 eine Steigung von etwa 8 cm, se 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 0,5 kW.

Sollen größere Zulaufmengen an Abwasser aufbereitet werden, so können mehrere der beschriebener Vorrichtungen über je einen eigenen Zulaufkanal 19 ar einen in der Zeichnung bei 30 angedeuteten Hauptkana] angeschlossen werden. Der Wasserzulauf vom Hauptkanal 30 her in den Zulaufkanal 19 wird durch einer Schütz 31 reguliert Steigt das im Hauptkanal 3€ zulaufende Wasser über die vom Schütz 31 freigegebene Höhe an, fließt das Wasser sowohl durch den erster

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.

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 Aufbereitungsbehälters eine Abkühlung erfährt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

909 617/462

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verwirbelung und Aufbereitung von Wasser, gekennzeichnet durch einen Aufbereitungsbehälter (1) von im wesentlichen eiförmiger Gestalt, der bei Anordnung mit senkrecht stehender großer Behälterachse (2) in seinem Scheitel eine im Vergleich zum größten horizontalen Behälterquerschnitt (3) kleine Behälteröffnung (4) mit einer außen auf den Behälter (1) aufgesetzten Umfassungswand (5) aufweist, die in eine Ablaufkammer (7) mündende Ablauföffnungen (6) besitzt, und durch ein zentral längs der großen Behälterachse (2) durch die Behälteröffnung (4) in den Aufbereitungsbehälter (1) eingeführtes Rohr (8), das unter Freilassung eines größeren Teils der Behälteröffnung (4) mit einem seitlichen Wasserzulaufansatz

(9) an eine Zulauföffnung (10) in der Umfassungswand (5) angeschlossen ist, am oberen Ende eine Ansaugöffm.->.g (11) für Luft besitzt und im Bereich •eines nahe über der Behältersohle (12) mündenden unteren Endes eine Wasser und Luft durch das Rohr (8) ansaugende, von einem Motor antreibbare Wasserschraube (13) enthält

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauföffnung (10) in eine Zulaufkammer (17) mündet und die Zulauföffnung

(10) und die Ablauföffnungen (6) bezüglich ihres untersten Öffnungsniveaus (18) übereinstimmen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufkammer (17) Und die Ablaufkammer (7) im Anschluß an die Umfassungswand (5) au, dem A jfbereitungsbehälter (1) angeordnet und mit jt einem Anschluß für einen Zulaufkanal (19) bzw. Ablaufk. ial (20) versehen Sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) aus twei Teilen (1 a 1 b) besteht, die quer zu seiner langen Achse (2) in der Ebene seines größten horizontalen Querschnitts (3) aneinander gefügt sind, wobei der untere Behälterteil (la,) einen Standfuß (23) und der obere Behälterteil (\b) außer der Umfassungswand (5) auch die Zulaufkammer (17) und die Ablaufkammer (7) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behälterteile (la, \b) aus Stahlbeton bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserschraube (13) über eine im Rohr (8) liegende Welle (24) an den Ober dem Aufbereitungsbehälter (1) angeordneten Antriebsmotor angeschlossen ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (8) unterhalb d'is seitlichen Wasserzulaufansatzes (9) etwa tangential eine Düse (14) mündet, die an eine außen neben dem Rohr (8) durch die Behälteröffnung (4) geführte durch ein Ventil steuerbare Versorgungsleitung (IS) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ablauföffnungen (6) zumindest in ihrem unteren Teil spitz zum unteren Ende hin verengen.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufkammer (17) ein Schwimmer angeordnet ist, der den

Antriebsmotor für die Wasserschraube (13) steuert,

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserschraube (13) als Spiralschraube (archimedische Schraube) ausgebildet ist