-
VORRICHTUNG ZUM UMWÄLßEN DER FLÜSSICKDIT IN BELEBUNSS@@CKEN
-
MIT EINER UMLAUFEKDEN HAUPISTRÖMUNG.
-
In Belebungsbecken von Kläranlagen wird Sauerstoff für die Biomasse
hauptsächlich in Form von Luft eingetragen. Die Flüssigkeit muß dabei einer gewissen
Mindestströmung unterworfen sein, damit die Biomasse sich nicht absetzt. In den
meisten Fällen wird die Vorrichtung, welche die Belüftung der Flüssigkeit besorgt,
gleie;hzeitig zual U::.wälzen der Flüssigkeit benutzt. Dieses Verfahren ist vor
allem bei Hochlastanlagen vorteilhaft, bei welchen die Gnergiedichten f:ar den Sauerstoffeintrag
und für die Flüssigkeitsumwälzung annähernd gleich groß sind.
-
Bei Schwachlastanlagen dagegen ist dia für die Strömungsumwälzung
benötigte Energiedichte wesentlich größer als die für die Belüftuiig benötigte Energiedichte.
Dies gilt auch, obwohl die absolute Größe der Energiedichte in Schwachlastanlagen
verhältnismäßig klein ist.
-
Bekannte Vertreter derartiger Schwachlastanlagen sind @eist in Form
von Gräben oder Rundbecken bekannt. Hierbei wird entweder über eine an der Oberfläche
der Flüssigkeit angeordnete Belüftungsbürste Luft eingetragen und die Strömung umgewälzt
oder aber durch Druckluft in Sohlennähe Luft eingetragen uad die Strömung im Belebungsbecken
durch Propeller hervorgerufen.
-
In einer anderen Ausführung wird die Druckiuftbelüftung über die Beckensohle/mit
hinweg relativ großer Geschwindigkeit bewegt und dadurch wird ebenfalls eine gleichmäßige
Belüftung des gesamten Beckenvolumens erreicht und Schlammablagerungen vermieden.
-
Diese Vorrichtungen sind in mancher Hinsicht nachteilig.
-
Die Strömungsenergie wird nur über mittelbare Elemente du die Flüssigkeit
üb-rtrgen. Zu.n Beispiel sind die runden Propellerquerschnitte nicht identisch mit
dem Strömungsquerschnitt, so daß die vom Propeller nicht direkt erfaßte Flüssigkeit
über die Vermischungseffekte des Propellerstrahl erfaßt werden zur Ähnlich- ist
es auch bei der rand einer horizontalen Belüftungsbürste an der Flüssigkeitsoberfläche.
-
Als nachteilig muß auch die geringe Anpassungsfähigkeit derartiger
Systeme angesehen werden. Die Betriebszustände derartiger Anlagen schwanken im Laufe
von Tages- oder Jahreszeiten sehr stark, so daß eine Anpassung an verschiedene Betriebs
zustände wünschenswert wäre. Die Sohlgeschwindigkeit bei den genannten Anlagen darf
wegen der gefürchteten Schla@mablagerung jedoch nicht unter die Schleppgeschwindigkeit
sinken, so daß aus dieser Forderung eine bestimmte Mindestgeschwindigkeit, die ihrem
Werte nach recht groß ist, erforderlich ist. Andererseits kann bei höheren Belastungswerten
die Geschwindigkeit nicht unbedingt angehoben werden, da sonst mit weiteren Energieverlusten
gerechnet werden muß. Als nachteilig kann daher auch der in vielen Anlagen übliche
Aussetzbetrieb betrachtet werden, durch den die Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände
hervorgerufen werden soll.
-
Ebenfalls nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist die unterschiedliche
Belastung der mechanischen Elemente bei dem Start und während des Betriebs. Wenn
die Hauptströmung erst ei.lmal umläuft, braucht zu ihrer Aufrechterhaltung nur noch
eine geringe Energie zugeführt zu werden. Dein gegenüber sind Si die @ peschleunigun£senergier&
in der Startphase sehr groß. In dr 1 müssen deshalb derartige Vorrichtungen mit
einer nur i:r el;
Start benötigten sehr großen Reserve ausgelegt
und al;»Oebildet werden. Während der Hauptbetriebseit arbeitet dann die mechanische
Vorrichtung in einen Bereich schr schlechten Wirkungsgrades. Der Erfindung lag daher
die Aufgabe zugrunde, die Energieverluste der bekannten Systeme zu verringert und
das System anpassungsfähig an unterschiedliche BetrL.bszustände zu machen.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß fläclligc Elemente quer zur
Hauptströmung mit mechnischem Antrieb mit der Ceschwindigkeit der Hauptströmung
umlaufen.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungen des Erfindungsgedankens sind in
den Merkmalen der Unteransprüche genannt.
-
Nach der Erfindung wird die umlauf ende Hauptströmung durch die flächigen
Elemente selbst erzeugt. Mit einer solciien Maßnahme können auch solche Becken für
derartige Anlagen verwendet werden, deren geometrische Form ihre Verwendung für
solche Anlagen bisher ausgeschlossen hat. Außerdem können auch Becken formen mit
diesen Vorrichtungen ausgestattet werden, die in den Figuren dieser Erfindung nicht
gezeigt, aber ebenfalls gemeint sind. Außerdem können durch die Verwendung von sehr
kleinen Geschwindigkeiten der Hauptströmung nunmehr völlig neue Vbrfahrensparameter
in den Becken erreicht und aufrechterhalten werden, die mit den bisher bekannten
Elementen ausgeschlossen waren.
-
Die Erfindung ist in der Abbildung schematisch erläutert. Es zeigen
im einzelnen: Fig. 1 und Fig. 3 den Längsschnitt, Fig. 2 die Draufsicht auf einen
Beckenausschnitt, Fig. 4 ein Rundbecken mit mehreren Beckeneinheiten, Fig. 5 den
Querschnitt und Fig. o und Fig. 7 den Längsschnitt und Fig. 8 die Draufsicht auf
ein Becken in Gratenform.
-
In Fig. 1 ist das Belebungsbecken 1 dargestellt, in welchem die Flüssigkeit
2 mit der aufgeprägten Hauptströmung 4 umläuft.
-
Über dem Becken ist ein umlaufender Träger 8 vorgeselen, an der über
ein Gelenk 7 und ein Holm 6 ein flächiges Element 5 angebracht ist. Bei Bewegung
dieser Vorrichtung in der Richtung der gewünschten Hauptströmung 4 wird sich nach
einiger Zeit eine annähernd gleiche Geschwindigkeit der Hauptwrömung 4 und des Umlaufträgers
8 der Vorrichtung einstellen.
-
Das flächige Element 5 ist annähernd von der gleichen Größe wie der
Strömujngsquerschnitt der Flüssigkeit 2. Bei dieser Konfiguration soll kein grober
Abstand zwischen de;n flächigen Element 5 und der Beckenwand und der Beckensohle
3 bestehen.
-
Bei Betriebsbeginn wird natürlich die Flüssigkeit 2 stehen oder sich
nur langsam bewegen. Wenn der Träger 3 beginnt u:azulaufen, wird das flächige Ele.nent
5 zunächst in der gestrichelt gezeichneten Weise ausschwenken. Eiit der Pendelbewegung
10 kann das flächige Element 5 langsam und ohne Überlastung des Antriebs in die
Endstellung gelangen. die lan aus Fig. 2 erkennen kann, gelten die genannten Verhältnisse
für beliebige Beckenformen. Das Becken mit der gewünschten Hauptströmung kann entweder
ein Längsbeeken sein, es kann auch, wie gestrichelt dargestellt, ein ringförmiges
Becken sein, es kann aber auch bei Fortfall der inneren Wand ein nor....les Rundbecken
ohne innere Einbauten sein, wenn jeweils die Größe der flächigen Elemente den gesamten
S trünungsquers chnitt erfaßt.
-
In Fig. 3 ist die Vorrichtung nach Fig gezeigt, bei welcher der umlaufende
Träger durch einen Schwimmkörper 11 ersetzt ist, welcher über Zugmittel 12 in der
gewünschten Weise durch einen Antrieb angetrieben wird. Dieser Antrieb kann entweder
Bestandteil eines Fahrwerkes sein, welches hier nicht dargestellt ist, oder kann
in der Weise nach Fig. 4, Fig. 5 und Fig 6 beirkt werden. Bei der Verwendung eines
Schwimmkörpers 11 kann vortoilhafterweise
die gelenkige Aufhängung
des flächigen L'1j :-nt 15 entfallen, da der Schwimmkörper 11 selbst gewisse Schwenkbewegungen
auslüren kann. Wenn das flachige Element 15 nicht schwer genug ist, um bei seiner
Fortb.egung eine senkrechte Lage einzunehmen, kann durch Anordnung eines Gewichtes
13 die gewünschte Stellung hervorgerufen werden.
-
In Fig. 4 ist ein Decken mit n'eiirercn Beckenteilen dargestellt,
dem Belebungsbecken 1 und dem anderen Beckenteil 14. In Belebungsbecken 1 wird die
gewünschte Hauptströmung wiWler durch flächige Elemente 20 hervorgerufen, die in
diesem Fall vorteilhaft an einem zentralen Drehturrn 17 angehängt sein können. Der
Drehturm 17 ist auf dem Mittelbauwerk 16 über ein geeignetes Drehelement gelagert
und wird über einen mechanischen Antrieb 19 angetrieben. Am Drehturm 17 sind Träger
18, und an diesen sind wiederum Zugmittel 23 angebracht. Die Zugmittel 23 sind entweder
Holme oder elastische Zugmittel, an welchen die flächigen Elemente 20 befestigt
sind. Die flächigen Elemente 20 können als Einzelstück oder in mehreren Exemplaren
an jeweils einem umlaufenden Träger 18 vorgesehen sein.
-
In einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann das flächige
Element aus Einzelteilen bestehen, die entweder einzeln oder zusammçn eingesetzt
werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von flächigen Elementen an der
Beckeninnenseite 21 und/oder an der Beckensohle 22. Durch derartige Teilelemente
wird gerade bei einer Hauptströmung in Kreisring- oder Schlaufenform die größte
Wandreibung aufgehoben.
-
Das in Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellte Becken ist bekannt unter dem
Oberbegriff Becken in Grabenform oder Rechteckbecken mit mittlerer Trennwand. Hierbei
läuft die Hauptströmung 4 in der einen Beckenhälfte hin und in der anderen Beckenhälfte
als Rücklaufströmung
zurück. An den Stirnseiten der Becken ist
die Mittelwand unterbrochen, so daß dort Beckenteile der @tremungsumlenkung 27 und
37 vorhanden sind. Ähnliche Vermltnisse gelen auch in Becken mit Wänden als Erdwälle
und derg In Fig. 5 hängen die flächig en Elemente 29 an mitteln 33 an einem umlaufenden
Seil. Dieses Seil wird an beden Umlenkungsstellen über an sich bekannte Seilscheiben
32 umgelenkt und getragen. Bei Bedarf können weitere an sich be-und/oder Umlenkstellen
kannte Stützen/für das jeil eingefügt sein. In bekannter Weise wird auf der Längs
trennwand 26 auf einer Konsole 30 der mechanische Antrieb 31 angeordnet, welcher
die Seilscheiben 32 antreibt. Die Anordnung der Seilscheiben 32 kann aui unter der
Wasseroberfläche erfolgen, so daß auch das Seil toter Wasser zu liegen kommt.
-
Die vom Seil bewegten flächigen Elemente 6.' erzeugen die gewünschte
umlaufende Hauptströmung 4. Diese Hauptströmung 4 wird auch dann erreicht, wenn
die flächigen Elemente 29 nur auf einen Teil der Strömungsstrecke eingreifen. Zu
diesem Zwecke können vorteilhaft Führungsschienen 36 angeordnet werden, auf denen
die flächigen Elemente 29 aus der Flüssigkeit herausgeführt werden und in einer
Lage 35 oberhalb der Flüssigkeit zurückgeführt werden. An geeigneter Stelle werden
die flächigen Zlemente zurück in ihre Normaleingriffslage 29 gebracht. Das Becken
besteht dann insgesamt aus einem Teil 34 mit Eingriff der flächigen Elemente 29
und einem Teil 28 ohne Eingriff der flächigen Elemente.
-
Die auf der Eingriffsstrecke 34 erzeugte Hauptströmung 4 ist jedoch
in ihrer Natur als Kolbenströmung so beschaffen, daß sie auch bis in das Beckenteil
28 wirkt.
-
Vorteilhaft ist es auch, die Antriebsstation 31 nicht an den Stellen
der Strömungsumlenkung 27 vorzuschen, sondcr.' auf der Längsstrecken der fleckenteile
die flächigen Elemente 29 für eine kurze Strecke einwirken zu lassen und wieder
hc:auszuführen und in das andere Beckenteil hinüberzuführen.
-
In Fig. 7 und Fig. 8 ist eine Anordnung von flächigen Elementen 45
in der Weise dargestellt, daß auf einer Brücke 4 an einem mechnischen Antrieb 41
ein Tragwerk 42 die Flächigen Elemente 45 trägt und in der gewüaschten Weise bewegt.
Dabei wird durch die flächigen Elemente 45 die im Beckenteil 38 zuströmende Flüssigkeit
erfaßt und im Beckenteil 37 mechanisch ungelenXt und schließlich im Beckenteil 39
wieder in der gewünschten Hauptströmung 4 freigegeben. Die Längstrennwand 46 geht
dabei bis an den Wirkungsbereich der flächigen Elemente 45 heran. Die flächigen
Elemente 45 können radial angestellt sein oder auch schräg zur Hauptströmung 44.
Dadurch wird die Ablösung der kreisförmigen Strömung im Beckenteil 37 in die geradlinige
Strömung 4 des Beckenteiles 39 begünstigt.
-
Es ist besonders vorteilhaft, den sntriebsmotor in Art eines Drehfeldmagneten
auszutatten. Die Motorkennlinie eines Drehfeldmagneten ist dreieckförmig. Bei dieser
Kennlinie gibt es keinen bestimmten Betriebspunkt, sondern der Betriebspunkt stellt
sich selbsttätig nach der vorhandenen Belastung ein.
-
Im Anfahrzustand geht der Motor aus dem Stand bei größtem ur Verfügung
stehenden Anfahrmoment kontinuierlich mit wachsender Drehzahl in Bereiche mit kleinerem
Drehmoment über. Mit einen: solchen Antrieb ist daher besonders den Erfordernissen
bei Start der Vorrichtung entsprochen. Bei Start der Vorrichtung
muß
die Flüssigkeit beschleunigt werden bis zu ihrer Nanngeschwindigkeit und hierhei
steht dem Antrieb die größte Leistungsreserve zur VErfügung.
-
Vorteilhaft für den Einsatz, vor allen bei Schwachlastanlagen, ist
die Tatsache, daß mit dem Erfindungsgegenstand verfahrenstechnisch ganz neue Bereiche
abgedeckt werden könlleil. Während bei den bekannten Anlagen die Schleppgeschwindigkeit
der Feststoffe in der Flüssigkeit ein bestimmender Parameter ist, kann mit der Vorrichtung
nach der Erfindung auch ein wesentlich kleinerer Wert der Geschwindigkeit gewählt
werden, Durch die Vorrichtung nach der Erfindung wird die Hauptströmang nahezu als
Kolbenströmung anzusprechen sein. Schlammablagerungen, soweit sie bei einer Geschwindigkeit
der Hauptströmung unterhalb der Schleppgeschwindigkeit der Feststoffe auf trten,
werden mit Sicherheit durch die Vorrichtung mitgeführt und an den Orten der Belüftung
aufgewirbelt. Damit nehmen sie wieder an dem biologischen Prozess in vollem Umfang
teil, Es ist daher vorteilhaft, die Belüftungselemente in mehreren Beckenabschnitten
anzuordnen. D a d u r c h kann die Biomasse gleich mässig in Schwebe gehalten werden,
auch wenn die Gescllwindigkeit der Hauptströmung kleiner ist als die Schleppgeschwindigkeit
der Feststoffe.