DE2724533C3 - Vorrichtung zum Einbringen von festen, flüssigen oder gasförmigen Behandlungsstoffen zur Verbesserung - biologischen Reinigen - verschmutzten Wassers, mittels eines im Wasser angeordneten, antreibbaren Axialrades oder Propellers - Google Patents

Vorrichtung zum Einbringen von festen, flüssigen oder gasförmigen Behandlungsstoffen zur Verbesserung - biologischen Reinigen - verschmutzten Wassers, mittels eines im Wasser angeordneten, antreibbaren Axialrades oder Propellers

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DE2724533C3
DE2724533C3 DE2724533A DE2724533A DE2724533C3 DE 2724533 C3 DE2724533 C3 DE 2724533C3 DE 2724533 A DE2724533 A DE 2724533A DE 2724533 A DE2724533 A DE 2724533A DE 2724533 C3 DE2724533 C3 DE 2724533C3
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Description

Behandlungsstoff bei einer Umdrehung des Propellers mindestens zweimal durch Flügel abgetrennt und je auf der ganzen Abschnittslänge getroffen wird.
Vorteilhaft sind außerdem die abströmenden Schaufel- bzw, Flügelkanten so gestaltet, daß die dort ϊ bekannterweise auftretenden Wirbelzöpfe relativ stark sind und den BehandlungbStoff weiter zerteilen und besonders gut \n der Wasserströmung verteilen.
Als weitere Möglichkeit kann erfindungsgemäß mit Rippen zwischen antreibender Motorwelle und Propellernabe ein Hohlraum geschaffen sein, mit Austrittsöffnungen enthaltenden Nabenverlängerungen, vor oder nach der Nabe von Axialrad bzw. Propeller.
Da diese Austrittsöffnungen mit umlaufen, tritt der Behandlungsstoff mit hoher Relativgeschwindigkeit gegen den Wasserstrom in diesen ein und wird durch Abscheren zerteilt und eingemischt. Der aus Austrittsöffnungen vor dem Arbeitsbereich des Propellers austretende und eingemischte Behandlungsstoff wird vorn Propeller nochmals zerstreut sowie verwirbelt. Bei Austritt aus Öffnungen der Propellernabe, im Arbeitsbereich des Propellers, wird dies der Fall sein oder auch nicht.
Für jeden Behandlungsstoff kann erfindungsgemäß die seiner Eigenart am besten entsprechende Zuführung gewählt werden. Ebenso können mehrere Behandlungsstoffe je nach der besseren Gesamtwirkung, gleichzeitig in der gleichen Arbeitszone oder in hintereinanderliegenden Arbeiiszonen eingeführt werden.
Die Zuführung des oder der Behandlungsstoffe kann erfindungsgemäß mit einem, mit einem Zuführstutzen versehenen, gegen den Motor abgedichteten Trichter gebildet sein, der Teile der Propellernabe, eine Austrittsöffnung bildend, mit Spiel umfaßt.
Mit Abstand zur Drehachse können noch eine oder mehrere zum Propeller gerichtete Austrittsöffnungen gebildet sein für einen gemeinsamen Zuführstutzen oder mehrere getrennte für gleichzeitige Zuführung mehrerer Behänd'jngsstoffe.
Wird Gas als Behandlungsstoff benutzt, so verdrängt es vor der Abdichtung der antreibenden Welle befindliches Wasser und schützt damit die Abdichtung vor Wasser und Schmutz.
Erfindungsgemäß kann das Axialrad bzw. der Propeller auch von einem Hohlkörper umfaßt sein. Dieser Hohlkörper kann größer sein als der von den Schaufeln umschriebene Raum, er kann auch al? Düse ausgebildet sein.
Die Welle des das Axialrad bzw. den Propeller antreibenden Motors kann mit der Welle eines Luftverdkhters sowie anderen, evtl. dosierenden Zuführeinrichtungen für gasförmigen, flüssigen oder festen Behandiungsstoff verbunden sein, wobei auch der Luftverdichter für den Betrieb unter Wasser ausgebildet sein kann. Für die Behandlung von Wasser in einem geschlossenen Behälter können Motor und Luftverdichter außerhalb des Behälters angeordnet sein. Hierfür genügt eine Abdichtung gegen Wasser an der Propellerwelle.
Durch Züsammenflanschen eines Unterwasserluft-Verdichters mit einem Unterwassermotor mit Propeller^ welle am zweiten Abtrieb wird mit dieser Vorrichtung ein bewegliches Kofripäktgefät für Lüfteihtfag gebildet, das nur Von einen! Stromkabei abhängt und überall leicht einsatzbar ist, mit Notstromerzeuger auch an jedem Ort
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung dem Propeller eines Wasserfahrzeuges zugeordnet sein, auch so, daß der Propeller des Wasserfahrzeugts benutzt wird. Hiermit ist der Eintrag von Luft und anderen Behandlungsmitteln während der Fahrt möglich.
Erfindungsgemäß sind auch Kombinationen von mehreren Axialrädern bzw. Propellern auf einer Achse oder parallelen Weüen ausführbar, sowie Kombinationen verschiedener Merkmale.
Bekannt wichtig ist das gute Aufteilen der Behandlungsstoffe. Der Einfluß der Teilchenkleinheit ist beim Behandlungsstoff Luft im Wasser sichtbar und läßt sich durch Rechnung veranschaulichen. Hierzu als Beispiel eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit 3 Flügel-Propeller von 160 mm Durchmesser, einem Motor von 3000 U/min und einem Gebläse von 60 m3 Luft je Stunde.
Sollen mit dieser Vorrichtung Luftblasen
von 4 3 2 1 mm Durchmesser
mit 33,4 14 4,1 0.52 mmJ Inhalt
mit 50.5 28,4 !2,6 3,1 π·.'.-'Oberfläche
erzeugt werden,
so müssen die 16,7 mmJ Gebläseluft je Sekunde
in 0.5 1.19 4,08 32,1 · lO^Luftkugeln/Se*.
aufget ;lt werden, die insgesamt
ca. 25,3 33,8 51,5 100 ■ 10b mm2 Oberfläche
zum umgebenden Wasser haben. Der Auftrieb der Luftblasen entspricht dem verdrängten Wasser bzw. dem Inhalt der Luftkugeln in Milligramm.
Viele Luftblasen mit einem Durchmesser ab etwa 1,5 mm oder kleiner lassen das Wasser milchig aussehen. Wegen ihrem sehr geringen Auftrieb schweben sie lange im Wasser und geben an ihrer insgesamt großen Oberfläche den Luftsauerstoff sehr gut in das in der Regel fast sauerstofffreie, zumindest sauerstoffarme Wasser ab.
Die Schwierigkeit ist das mechanische Er/eugen kleiner Blasen. Angenommen die Gebläseluft tritt erfindungsgemäß hinter dem Propeller an einer mit 50 U Drehungen je Sekunde umlaufenden Nabenverlängerung von 60 mm Außendurchmesser durch 600 Austrittsöffnungen von 2 mm Durchmesser als Luftfäden aus, dann haben die Austrittsöffnungen zum langsamer rotierenden Wasserstrom eine Reiativgeschwindigkeit von ca. 9 m/s. Wird weiter angenommen, daß die Luftfäden nach ca. 6 Winkelgrad abreißen, so entstehen je Umdrehung und Austrittsöffnung 60 Blasen und insgesamt 1,8 · 10*" Luftblasen je Sekunde, die — nach Versuchen — von der axialen Wasserströmung sofort mitgerissen werden,
Wird die Luft erfindungsgemäß vor dem Propeller zugeführt, zum Beispiel mit einem Rohr im Abstand von JO mm zur Achsmitte, so fließt sie mit dem vom Propeller angesaugten Wasser in großen Blasen i.i die dort mit 15 m/s umlaufenden Propellerflügel, wird von diesen 3 Flügeln zerschlagen, sowie an jedem Flügel von den Wirbeln und Wirbelzöpfen an Nabe und Flügelkanten verwirbelt us J, nach Vergleichsversuchen in noch feinere Blasen als durch die Austrittsöffnungen der Nabenverlängerung aufgeteilt,
Bei Beobachtung der Luftblasen mit S|roböskop und unterschiedlich starker Luftzufuhr vor dem Propeller würde die gleiche Verwirbelung mit Wirbel an der Nabe, Urn die Flugblätter, an den Blattkanten, von jeder Blattspitze sowie in Wirbelzöpfen wie bei einer freifahrenden Turbine festgestellt. Siehe Lexikon der Technik, Lueger, Kraftmaschinen Band 2 »Turbine freifähfende«.
Durch Rechnung und Versuch ist so die feinste Aufteilung von Behandlungsstofferi durch mechanische Mittel beweisbar. Dabei ist wichtig, daß die erzeugtön Teilchen bzw. Blasen oder Bläschen ganz Von Wasser umhüllt und gut mit Wasser voneinander getrennt gehalten werden. Dies erfordert eine größere Menge Wasser als zugeführte Luft; Mit einem entsprechend ausgewählten Axialrad oder Propeller, das Unmittelbar im zu behandelnden Wasser arbeitet, läßt sich eine große Wassermasse leicht und energiegünstig ansaugen und weitertreiben.
Für eine Luftmenge von 60 mVh und einen Propellerdurchmesser von 160 mm erzeugt bereits ein Propeller von ca. 15 kg Schub einen langen Wasserstrahl von mehr als 160 mm Durchmesser mit milchigem Aussehen bzw. feinsten Luftblasen. Die dafür erforderliche Leistung ist gering. Ab Eintritt von Luft in den Propeller sinkt die Motorleistung ab, im Beispiel um ca. iü"/b. Bei gleicher zulässiger Leistungsaufnahme für den Motor, wie bei Betrieb mit Wasser, kann für Betrieb mit Wasser und Luft ein größerer Propeller benutzt und damit ein im Durchmesser größerer Wasser-Luftblasen-Strahl erzeugt werden, vielfach größer als mit einer Ejektordüsc möglich.
Die eingebrachte Luft hat durch das Aufteilen in feine, kaum aufschwimmende Blasen, die im Wasser lange mitschweben, eine lange Aufenthaltszeit. Dies nach Versuchen selbst bei geringen Einbringtiefen wie 50 cm. Dazu werden die kleinen Blasen mit der ingesamt großen Oberfläche in der turbulenten Strömung ständig bewegt. Entsprechend hoch ist der Eintrag an Luftsauerstoff.
Ein gleich gutes Einbringen gilt für andere Behandlungsstoffe.
Ein weiterer besonderer Vorteil ist es. daß der als allseits offenes, langes Transportrohr zur Verteilung des oder der Behandlungsstoffe dienende lange Wasserstrahl gleichzeitig die Schmutzfracht der zu behandelnden Wassermasse in Bewegung setzt, in Bewegung hält und mit dem Behandlungsstoff vermengt. Durch Einsatz
A b b, 8 einen Querschnitt durch die Nabenverlängc^ rung nach A bb. 7.
A b b, I und 2: Dem frei im zu behandelnden Wasser I arbeitenden Propeller 2 mit zylinderförmigem Arbeits- > raum 3 wird der Behandlungsstoff 4 mit dem achsversetzten Rohr bei 5 zugeführt Der Bchandliings* stoff 4 wird vom angesäugten Wasser 6 erfaßt, dadurch bereits etwas aufgefeilt — Luft züffi Beispiel in große Blasen 7 — den Pröpelierflügeih 8 zugeführt Und dort irt
in feinere Teile — Gas in Blasen — zerschlagen, an den Propellerflügeln 8 verwirbell und dabei weiter /erteilt und in den Wasserst rom 9 als sehr feine Blasen eingemischt.
Am Propellerflügel 8 ist mit dem Doppclpfeil 33 das
Ij Flügelteil hervorgehoben, das von dem dort als Strang von Luftblasen 7 zufließenden Behandlungsstoff 4 einen Abschnitt abtrennt, zerschlägt und mit Wasser als feinere blasen zur Hugeikanle J4 weilerschicbt. An dieser Flügelkante 34 kann mit einer Verdickung od. dgl.
ein besonders starker Wasser-Wirbelzopf erzeugt werden, der den mit dem Wasser an der Flügclkanle 34 abströmenden Behandlungssloff 4 besonders gut zerteilt und verteilt.
A b b. 3 und 4: Ein frei im zu behandelnden Wasser 10 liegender Propeller 11 wird von einem Untcrwassermotor 12 mit einer im Außenlager 13 geführten und mit Dichtriiig 14 geschützten Welle 15 angelrieben. Am Unterwassermotor 12 isl ein gegen diesen abgedichteter Trichter 16 angebaut, mit Zuführstutzen 17 für den Behandlungsstoff 4. mit Abdeckung 18 und Austrittsöffnung 19 zu einer vorderen Nabenverlängerung 20 der Propellernabe 21. Der am ZuführsHiizen 17 eintretende Behandlungsstoff 4 kann an der Austrittsöffnung 19 in einem Ringspalt austreten sowie in einen, zwischen Welle 15 und vorderer Nabenverlängerung 20, Propellernabe 21 und hinterer Nabenverlängerung 22 durch Rippen 23 gebildeten Hohlraum 24 eintreten. Von diesem, nach hinten bei 25 wahlweise geschlossenen, teils oder ganz offenem Hohlraum 24 kann der Behandlungsstoff 4 vor dem Propeller 11 durch
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kann auch eine große Wassermasse in Bewegung gehalten werden. Entstandene Schlammablagerungen können durch Umsetzen der Vorrichtung abgetragen oder durch Verfahren derselben verhindert werden.
Die Vorrichtung ist damit besonders für den Einsatz in Flachbecken, vorhandenen Erdklärbecken, Teichen. Uferzonen von Seen geeignet. Die Erstellung tiefer Becken kann sich erübrigen. Ein langer Wasserstrahl mit darin schwebenden Luftbläschen ist billiger als eine Anlage mit tiefen Becken oder hohen Behältern.
Die Abbildungen 1 bis 8 zeigen als beispielhafte Ausführung:
Abb. 1 einen Propeller mit einer zuführenden Austrittsöffnung von Behandlungsstoffen vor dem Propeller,
Abb. 2 hierfür die Lage der Austrittsöffnung im Querschnitt des Arbeits- oder Zylinderraumes,
A b b. 3 einen Propeller mit einem Zuführtrichter und mit Austrittsöffnungen an Nabenverlängerungen,
A b b. 4 hierzu einen Querschnitt durch die Nabenverlängerung nach A b b. 3,
Abb. 5 eine Nabenverlängerung mit gezackten Flügeln.
A b b. 6 einen Querschnitt durch die Nabenverlängerung nach A b b. 5,
Abb. 7 eine Nabenverlängerung mit gewundenen Flügeln,
Austrittsöffnungen 25, 27 austreten. Als weiterer Austritt, entsprechend Rohr 5 der Abb. I, ist an Trichter 16 ein Austrittsstutzen 28 dargestellt.
Alle Austrittsöffnungen 5,28,19,25,26,27 führen den Behandlungsstoff 4 in den vom Propeller 2,11 aus dem zu behandelnden Wasser 1, 10 gebildeten Saugwasserstrom 6, 29 und/oder Druckwasserstrom 9, 31 ein. jedoch mit folgenden Unterschieden:
so Bei 5 und 28 erfolgt der Austritt aus ruhenden öffnungen, bei 19 aus einer halbseitig drehenden Öffnung in und mit Wasser gegen die kreisenden, zerhackenden Propellerflügel 8, 11. Bei 25 erfolgt Austritt in axial darüberfließendes Wasser, bei 26 und 27 aus umlaufenden Öffnungen mit Scherwirkung gegen relativ ruhendes Wasser in den als Transportrohr dienenden Wasserstrom 9,31.
Die tatsächliche Ausführung kann sich auf eine oder mehrere gleichartige Austrittsöffnungen beschränken oder eine Kombination von mehreren verschiedenen — auch für gleichzeitigen Eintrag mehrerer Behandlungsstoffe — sein.
Abb.5 und 6 sowie 7 und 8 zeigen zwei der sehr vielen ausführbaren Varianten der Nabenverlängerun-
€5 gen 20 und 22 sowie Austrittsöffnungen 26 und 27.
Bei A b b. 5 und 6 ist die hintere Nabenverlängerung als eine größere Zahl radialer Flügel 30 mit Abschlußkappe 35 ausgeführt Der Behandlungsstoff 4, hier
7 8
bevorzugt Gas, strömt zwischen den Flügeln 30 von Bei Abb.7 und 8 ist eine Nabchvcrlängeruhg iuit
innen nach außen-wird dabei auf Unifärigsgeschwindig- mehreren schaufciartigcn Flügeln 32 dargcstclludicdcri
keil gebracht ufidv über die Zacken 36 der Flügel 30 Behandluhgsstoff 4 durch Verwirbelung eintragen lincl.
abströmend, in Fäden aufgeteilt und, in gewollt kleine falls spiralig aüsgcführi. ähnlich einem Axialrad das
Blasen Zerreißend, in den Wasserström 31 eingemischt ν Wasser auch axial beschleunigen1;
und in und mit diesem verteilt;
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Einbringen von Testen, flüssigen oder gasförmigen Behandlungsstoffen zur Verbesserung verschmutzten Wassers, mittels eines frei im Wasser angeordneten, von einem Motor über eine Welle angetriebenen Axialrades oder Propellers mit horizontaler Drehachse, gekennzeichnet durch die Anordnung einer oder mehrerer Austrittsöffnungen (5, 19, 25, 26, 27, 28) zum Zuführen von einem oder mehreren Behandlungsstoffen (4) innerhalb eines zur Drehachse des Axialrades oder Propellers (2, 11) koaxialen zylinderförmigen, durch das Axialrad oder den Propeller gebildeten Arbeitsraumes (3), dessen Durchmesser gleich oder kleiner als der Durchmesser des Axialrades oder des Propellers (2,11) ist
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, da3 auf der Motorwelle (15) die Nabe (21) des Asialradcs oder Propellers (1!) über Rippen (23) derart gelagert ist, daß zwischen der vorderen Verlängerung (20) der Nabe (21) und der Motorwelle (15) ein Hohlraum (24) gebildet ist und daß hinter den Schaufeln des Axialrades oder Propellers (11) eine mit ihm umlaufende. Aiistrittsöffnungen (27) aufweisende Nabenverlängerung (22) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vorderen Verlängerung (20) der Prc ->eilernabe (21) und der Motorwelle (15) ein Hohlraum (24) gebildet ist und daß die vordere Nabenverlängerung (20) vor den Schaufeln des Axialrades bzw. Propeller«. (11) mit ihm umlaufende Austrittsöffnungen (26) aufweise
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß /wischen Motor (12) und Propeller (11) ein mit einem Zuführstutzen (17) versehener, gegen den Motor (12) abgedichteter. Trichter (16Ί angeordnet ist. der einen Teil der vorderen Nabenverlängerung (20). die Austrittsöffnung (19) bildend überdeckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der gegen den Motor (12) abgedichtete Trichter (16) im Abstand /ur Drehachse eine oder mehrere zum Axialrad oder Propeller (11) hin gerichtete Austrittsöffnungen (28) aufweist.
b. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln oder Flügel des Propellers oder des Axialrades (11) hinsichtlich Form und Anzahl so gestaltet sind, daß der oder die mil dem angesaugien Wasser anströmenden Behandlungsstoffe von den Schaufeln bzw. Flügeln in kleine Teile bzw. Blasen zerschlagen werden.
7 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (15) des das Axialrad oder den Propeller (11) antreibenden Motors (12) mil der Welle eines Luftverdichters, oder anderen, eventuell dosierenden Zufülireinrichiurigen Von gasförmigen, flüssigen öder festen Behandlungsstpffen Verbiinderiiistj .wobei;auch der Luflverdichfcr für den Betrieb Unter Wässer ausgebildet seih kann-
8. Verwehdüng der Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7 bei Propellern von Wasserfall^ zeugen*
Für das Verbessern verschmutzten Wassers gibt es, neben verschiedenen anderen, auch Verfahren, bei denen in Abwasser von Kläranlagen, wie Belebungsbekken und Klärteichen oder in Wasser von Gewässern, . wie Kanäle, Teiche, Seen, Luft als Behandlungsmittel mit einem Wasserstrahl eingebracht wird. Beispiele dieser bekannten Verfahren sind:
Ejektorbelüftung DE-PS 8 22 528
Wasser-Luft-Strahl DE-PS 11 53 725
Hi Strahlbelüfter
DE-OS 21 66 595/24 50 375/24 58 449
Strahldüse mit Impulsaustauscher
DE-AS 24 00 416
Bayer Turmbiologie.
π Bei diesen bekannten Verfahren wird Druckwasser durch eine Düse gedrückt und mit der dadurch erzeugten Wasserströmung nach dem Prinzip der Venturidüse von außen Luft eingesaugt oder beigemischt.
Frforderüch sind eine Düse mi! Verstopfungsgefahr sowie Druckwasser mit hohem Leistungs- sowie Bauaufwand für die Pumpanlage. Das Ergebnis ist ein relativ dünner Wasser-Luft-Strahl. Die Aufteilung der Luft in Blasen ist nur indirekt über die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstrahles beeinflußbar. Weitere Behandlungsstoffe als Luft können kaum gleichzeitig mit eingebracht werden.
Bei der DEPS 9 08 968 bewirkt ein Zentrifugalrad eine scheibenförmige Wasserströmung gegen eine
JO Behälterwand, wobei Luft eingesaugt w ird. Ein gerichteter Wasserstrahl entsteht nicht. Beim Robot Oxyder läuft ein Propeller in einer Venturidüse, wobei Luft in die Außenzone des erzeugten Wasserstrahles eingesaugt wird.
Auch bei der Turbinenbelüftung wird das Wasser in einem Rohr geführt. Nachteilig ist der Bauaufwand für Düse oder Rohr, außerdem müssen beide Ausführungen wegen des geringen Abstandes der Propellerspitzen zur Rohrwandung gegen Fremdkörper geschützt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es. als Verbesserung eine möglichst unempfindliche Vorrichtung ohne Düse oder Rohr zu schaffen, die einen im Durchmesser großen Wasserstrahl erzeugt sowie einen oder mehrere Behandlungsstof ι ■· zuführt, in gewünscht kleine Teilchen oder Blasen zerlegt sowie einmischt und mit dem als Transportmittel dienenden Wasserstrahl in der zu verbessernden Wassermasse mit einer langen Strömung, vorzugsweise einer Umlaufströmung.gut verteilt. Erfindungsgemäß wird dazu ein im Wasser angeordnetes. antreibbares Axialrad oder Propeller benutzt mit einer oder mehreren Austrittsöffnungen zum Zuführen für einen oder mehrere Behandlungsstoffe innerhalb eines zur Drehachse des Axialrades oder Propellers koaxialen zylinderförmigen. durch das Axialrad oder den Propeller gebildeten Arbeitsraums, dessen Durch* messer gleich oder kleiner als der Durchmesser des Axialrades oder des Propellers ist.
Die Zuführung kann mittels eines in den zylinderförmigen Arbeitsraum frei eingeführten Rohres geschaffen sein, Wobei der Behandlungssloff bei Zuführung vor dem Arbeitsraum des: Axialrädes bzw* Propellers diesem zufließt, von diesem zerteilt und in Wirbeln eingemischt wird. Bei Zuführung nach dem Arbeitsraum des Propellers wird er vom turbulenten Wasserstrom erfaßt und eingemischt,
Erfindüngsgemäß kann das Axialrad oder der Propeller so gestaltet sein, daß mit dem angesaugten Wasser zum Beispiel ifi einem Sträng anströmender
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