DE2943335C2 - - Google Patents

Description

Aus der deutschen Auslegeschrift 17 59 861, entsprechend der holländischen Patentschrift 1 31 423, ist eine Vor­ richtung zum Belüften einer Flüssigkeit bekannt, insbe­ sondere für die biologische Reinigung von Abwässern. Diese Vorrichtung umfaßt ein Becken, in dem eine Trenn­ wand so angebracht ist, daß sich für die Flüssigkeit ein ge­ schlossener Umwälzpfad ergibt. An einem Ende der Trenn­ wand ist ein Oberflächen-Belüfter angebracht, dessen senk­ rechte Achse im wesentlichen in der Ebene der Trennwand liegt. Während der Drehung dieses Belüfters wird die Flüssigkeitsoberfläche aufgewühlt, so daß Luft in die Flüssigkeit eingeführt und mit ihr vermischt wird. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit in Bewegung versetzt, so daß sie durch den geschlossenen Umwälzpfad fließt. Die eingeführte Luft wird bei der biologischen Reinigung zur Aufrechterhaltung der Aktivität von aktivem Schlamm verwendet, während der Flüssigkeitsstrom absetzbare Substanzen am Absetzen hindert. Die Menge der eingeführten Luft kann durch Variierung der Eintauchtiefe oder der Dreh­ geschwindigkeit des Belüfters gesteuert werden.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt darin, daß die Antriebswirkung auf die Flüssigkeit in der Umwälzrich­ tung von der Eintauchtiefe oder Drehgeschwindigkeit des Belüfters abhängt, was ungünstig ist, da bei einer geringen Belastung weniger Luftzufuhr erforderlich ist, da dann auch die Umwälzgeschwindigkeit abnimmt und zu niedrig werden kann, um den Schlamm in Suspension zu halten.

Ein anderer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist der ziemlich ungünstige Antriebseffekt des Oberflächenbelüfters, da der Antrieb hauptsächlich in der Nähe der Oberfläche er­ folgt und außerdem das zufließende Wasser von dem vom Be­ lüfter zurückgeworfenen Wasser abgebremst werden kann. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß das spritzende Wasser die Umgebung des Belüfters verschmutzt und der vom Belüfter verursachte Lärm eine Belästigung darstellen kann. Maßnahmen zur Beseitigung dieser Einwände sind sehr kostspielig. Ein letzter Nachteil solcher Oberflächenbelüfter ist der, daß sie im Verhältnis zur Lufteinspeisung und Antriebswirkung ziemlich viel Energie verbrauchen.

Zweck der Erfindung ist die Erstellung einer Vorrichtung, die diese Nachteile nicht aufweist. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine rotierende Antriebsvorrichtung in Form eines Schaufelrades mit einer senkrechten Drehachse verwendet wird; das Rad ist mit Schaufeln ausgerüstet, die sich wenigstens über einen Teil der Flüssigkeitshöhe erstrecken; die Drehachse liegt im wesentlichen in der Ebene einer den Umwälzpfad begrenzenden Wand; die Belüftungsvorrichtung wird durch Lufteinlaß­ öffnungen oder Düsen gebildet, die sich in die von der Schaufel bewegte Flüssigkeit öffnen. Ein solches Schaufel­ rad kann relativ langsam gedreht werden, um eine wirksame Flüssigkeitsverdrängung mit der normalerweise erforderlichen langsamen Geschwindigkeit zu erzielen; die Wirksamkeit ist groß, und wegen der geringen Geschwindigkeit spritzt die Flüssigkeit nicht umher. Verschmutzung der Umgebung und besonders der über dem Flüssigkeitsspiegel liegenden An­ triebsvorrichtung wird daher vermieden. Da die Antriebs­ vorrichtung über dem Flüssigkeitsspiegel angebracht werden kann, sind keine Dichtungen erforderlich, und die Wartung ist einfach. Diese Antriebsvorrichtung kann außerdem auf einer relativ leichten Brücke angebracht werden. Das Schaufel­ rad kann, wenn nötig, von einem Lager im Boden getragen werden. Da die Flüssigkeit ebenfalls in Bodennähe bewegt wird, kann man so auch ein tieferes Becken verwenden.

Die Erfindung wird jetzt anhand einer Zeichnung erklärt. In dieser ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise aufgebrochen, einer Verkörperung dieser Vorrichtung,

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung eines Teils einer Ver­ körperung der Vorrichtung,

Fig. 3 eine vereinfachte Aufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1 in verkleinertem Maßstab mit einem abgeänderten Becken,

Fig. 4A-C sind Querschnitte entsprechend der Linie IV-IV von Fig. 1 mit verschieden geformten Schaufelrädern, und

Fig. 5 ist eine Aufsicht entsprechend Fig. 1 mit einem mehr­ fachen Umwälzpfad.

In Fig. 1 wird ein längliches Becken 1 gezeigt mit geraden Seitenwänden 2 und gebogenen Endwänden 3, in dessen longi­ tudinaler mittlerer Ebene eine Trennwand 4 angebracht ist, die sich über einen Teil der Beckenlänge erstreckt, so daß man einen geschlossenen Umwälzpfad 5 erhält. In einer der Wände 3 ist eine Öffnung 6 für die Flüssigkeitszufuhr. In einer der Seitenwände 2 in der Nähe dieser Endwand 3 ist ein Überlauf 7, der eine Auslaßkammer 8 mit einer Auslaß­ öffnung 9 verbindet. Es ist beabsichtigt, daß die bei 6 eingebrachte Flüssigkeit in Pfeilrichtung durch den Umwälz­ pfad 5 und nach wenigstens einem Umlauf über den Überlauf 7 abfließt. Die Flüssigkeit bleibt dann für eine Mindest­ umwälzzeit in Pfad 5; diese Zeit wird vom Abstand zwischen Öffnungen 6 und 7 und von der Umwälzgeschwindigkeit be­ stimmt.

Um eine biologische Reinigung durch Mikroorganismen (Aktiv­ schlamm) zu erzielen, wird Sauerstoff oder ganz allgemein Luft in die Flüssigkeit gebracht, z. B. mittels Bodengitter 10 nach DE 28 42 651 A1 (NL'A 77 11 017) oder mittels gleichwertiger Düsen, wobei Gasblasen 11 in gleichmäßigem Strom über die ganze Breite und Höhe der Flüssigkeit aufsteigen, so daß diese Blasen 11, auch schon wegen der Vorwärtsbewegung der Flüssigkeit, länger und inniger mit ihr in Berührung kommen und der Sauerstoff wirksam in der Flüssigkeit gelöst wird. Man kann natürlich auch reinen Sauerstoff zuführen, wobei dann wenigstens ein Teil des Beckens abgedeckt sein muß, damit der reine Sauerstoff beim Verlassen der Flüssigkeit nicht verlorengeht.

Zum Umwälzen der Flüssigkeit wird ein Schaufelrad 12 mit einer senkrechten Welle 13 verwendet, die in der Ebene von Trennwand 4 liegt, wobei ihre Schaufeln 14 in einem kleinen Abstand 15 von der Endkante der Wand 4 entfernt bleiben. Über dem Flüssigkeitsspiegel ist eine Antriebs­ vorrichtung 16 angebracht, die aus einem E-Motor und einem Untersetzungsgetriebe besteht, mittels derer die Schaufel 14 mit der erforderlichen Geschwindigkeit für die Um­ wälzung der Flüssigkeit in der angegebenen Richtung ange­ trieben werden und mit der die erforderliche Geschwindigkeit im Umwälzpfad 5 erzeugt wird.

Die Drehgeschwindigkeit ist relativ niedrig, so daß die Flüssigkeit nicht spritzt. Das nicht gezeigte Antriebsge­ rät 16 kann relativ leicht sein; insbesondere kann das Schaufelrad 12 zusätzlich in einem Lager 17 am Boden ge­ lagert sein. Der Abstand 15 muß so gering wie möglich sein, um den Kreisstrom um das Schaufelrad herum so klein wie möglich zu halten.

Die in Fig. 1 gezeigten Schaufeln 14 erstrecken sich über die ganze Höhe der Flüssigkeit, so daß die Flüssigkeit gleichmäßig über die ganze Höhe in Bewegung gesetzt und mit dem Strom von Luftblasen 11 entsprechend gleichmäßig in Berührung gebracht wird; auch der in Schwebe gehaltene Schlamm wird gleichmäßig mitgeführt.

Ist Becken 1 lang, kann die Verwendung von mehr als einem Schaufelrad zur Erhaltung eines gleichmäßigen Stroms vor­ teilhaft sein. Ein zweites Schaufelrad kann zum Beispiel am anderen Ende von Wand 4 angebracht werden; auch kann nach Fig. 2 Wand 4 zwischen ihren Enden unterbrochen und dort ein Schaufelrad eingebaut werden, das auf beide Seiten von Umwälzpfad 5 die gleiche Wirkung ausübt. Auf diese Weise ist es möglich, die Seitenwände 2 zu unterbrechen und damit eine geeignete Aussparung zu schaffen, in die ein Schaufelrad eingebaut werden kann; in diesem Falle muß Welle 13 im wesentlichen in der Ebene der Wand liegen.

Um eine allmähliche Ablenkung des Stromes zu bekommen, kann es günstig sein, wie in Fig. 1 gezeigt, eine gebogene, ins­ besondere halbzylindrische Leitwand 18 einzubauen. Es kann auch vorteilhaft sein, auch am anderen Ende eine solche Leit­ wand einzubauen. Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Aufsicht eines Beckens von Fig. 1, jedoch mit geraden Endwänden 3′ und zu­ gleich mit solchen Leitwänden 18. Es können auch zwei oder mehr Leitwände 18 verwendet werden. Dann ist es nicht er­ forderlich, wie gezeigt, die Leitwand 18 koaxial mit den Schaufelrädern einzubauen. Wird eine koaxiale Leitwand 18 verwendet, die in geringem Abstand von den Schaufelenden angebracht ist, kann damit in einigen Fällen die Funktion des Schaufelrades 12 verbessert werden.

Fig. 4 zeigt eine andere Verkörperung der Schaufeln 14 eines derartigen Schaufelrades 12. Bei A reichen die Schaufeln nur über einen Teil der Höhe vom Boden des Beckens 1 weg, so daß nur der Unterteil der Flüssigkeit bewegt wird. In der Nähe der Lufteinlaßstelle erzielt man eine größere Flüssig­ keitsströmungsgeschwindigkeit als die mittlere Strömungs­ geschwindigkeit, so daß die Berührung zwischen Luft und Flüssigkeit und daher der Luftzuführungseffekt verbessert wird. Trennwand 4 reicht über die Schaufel 14 hinaus bis zur Welle 13, so daß überall ein enger Spalt 15 vorhanden ist.

Bei B werden trapezförmige Schaufeln 14 verwendet und die Funktion entspricht im wesentlichen der von A; jetzt wird aber auch der obere Teil der Flüssigkeit bewegt, wenn auch weniger, so daß eine allmählich nach oben abnehmende Be­ wegung erzielt wird. Die Endkante der Wand 4 ist jedoch abgeschrägt, es kann auch ein stufenförmiges Schaufelrad verwendet werden, womit eine ähnliche Verteilung des Be­ wegungseffektes erzielt wird.

Das bei C gezeigte Schaufelrad 12 hat mehr oder weniger schraubenförmige Schaufeln 14, mittels derer bei der Drehung die oberen Flüssigkeitsschichten nach unten oder nach oben bewegt werden, so daß die Mischung verbessert wird. Diese Schaufeln können auch auf ein Ende zu konvergieren oder aus­ einanderlaufen. Die Endkante von Wand 4 muß natürlich der Form der zylindrischen oder konischen, vom Schaufelrad 12 erzeugten Oberfläche angepaßt werden.

Die in Fig. 1 und 4A und B gezeigten Schaufeln 14 liegen in einer axialen Ebene. Sie können aber auch im wesentlichen tangential zu Welle 13 angeordnet werden. Anstatt flacher Schaufeln 14 können auch gebogene verwendet werden.

Fig. 5 zeigt einen aus mehreren Umläufen bestehenden Um­ wälzpfad 5, der durch Anordnung einer zusätzlichen U- förmigen Trennwand 4′ erreicht wird, wobei eine Endwand 3 aus zwei gebogenen Wandteilen entsteht. Zwei Schaufelräder 12 sind in der Nähe dieser Wand 3′′ angeordnet, und falls notwendig, kann am anderen Ende der Zwischenwand 4 ein drittes Schaufelrad 12′ eingebaut werden, wie mit ge­ strichelten Linien gezeigt; außerdem werden zwei Belüftungs­ gitter 10 gezeigt, es versteht sich von selbst, daß mehr oder weniger Gitter verwendet werden können. Außerdem kann die Anzahl der Wendungen im Umwälzpfad beliebig ver­ größert werden.

Die Luftzufuhr kann, außer über die gezeigten Bodengitter 10 oder gleichwertige Einspritzdüsen, auch in der Nähe der Schaufelräder 12 erfolgen, zum Beispiel mittels darunter angeordneter Bodengitter 10 oder Düsen oder über in der Welle 13 und/oder den Schaufeln 14 selbst ange­ brachten Lufteinspritzdüsen.

Außerdem können die oben beschriebenen Schaufelräder 12 vor­ teilhaft bei Belüftung durch Oberflächenbelüfter verwendet werden. Dann kann die Bewegung der Flüssigkeit auch stattfinden, wenn die Oberflächenbelüfter ganz oder teil­ weise abgestellt sind, zum Beispiel während einer Zeit geringer oder gar keiner Zufuhr, so daß das Absetzen des aktiven Schlamms verhindert wird.

Die Verwendung von Schaufelrädern 12 nach der Erfindung, die unabhängig von der Luftzufuhrvorrichtung betrieben werden kann, hat noch einen anderen besonderen Vorteil, nämlich daß eine Belüftungsvorrichtung eingebaut werden kann, die für den tatsächlichen Bedarf zu groß ist, aber einen künftigen größeren Bedarf berücksichtigt, da die Luftzufuhr unabhängig von der gewünschten Umwälzge­ schwindigkeit verstellt werden kann.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß es günstig sein kann, Schaufelräder 12 zu verwenden, die einen geringen Abstand vom Boden des Beckens 1 haben; dann wird die benachbarte Trennwand 4 bis unter das Schaufelrad 12 gezogen, so daß sich unter dem Schaufelrad 12 kein Flüssigkeitswirbel bilden kann.

Bei mehr oder weniger tangential zur Welle 13 reichenden Schaufeln 14 kann es vorteilhaft sein, die Welle 13 seit­ lich zu verschieben, so daß die Schaufel 14 nächst der Trennwand 4 im wesentlichen in deren Ebene liegt.

Im allgemeinen ist der Außendurchmesser des Schaufelrades 12 nicht größer als die Breite von Strömungspfad 5, und es ist nicht immer erforderlich, eine Leitwand 18 zu verwenden, selbst nicht bei einer nichtzylindrischen Endwand 3.

Es können auch anders geformte Becken verwendet werden, zum Beispiel bananen- oder birnenförmige Becken. Im letzteren Fall spielt der mehr oder weniger spitze Teil der birnenförmigen Innenwand die Rolle von Trennwand 4, bei der ein Schaufelrad 12 eingebaut ist.

Im Betrieb wird die Drehgeschwindigkeit des Schaufelrades 12 so gewählt, daß im Strömungspfad eine lineare Flüssig­ keitsgeschwindigkeit von höchstens etwa 0,5 m/s einge­ halten wird; diese Geschwindigkeit darf aber nicht so niedrig sein, daß der aktive Schlamm nicht mehr genügend in Schwebe gehalten wird; die Geschwindigkeit muß daher im allgemeinen über 0,2 m/s liegen. Wird die Drehge­ schwindigkeit des Schaufelrades 12 erhöht, steigt auch wegen der Reibungsverluste die erforderliche Kraft steil an. Aber die Luftabsorption steigt nicht in gleichem Maße an, so daß höhere Geschwindigkeiten vermieden werden sollten. Aus dem gleichen Grunde darf die Schaufel 14 nicht größer sein, als für die gewünschte Flüssigkeits­ verdrängung erforderlich ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Beschreibung und die gezeigten Verkörperungen; sie gilt für alle Fälle, in denen ein Flüssigkeitsumlauf aufrechterhalten werden soll.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Belüften einer Flüssigkeit, beispiels­ weise von Abwässern, die biologisch gereinigt werden sollen, bestehend aus einem länglichen Becken mit einer Zuführung für die zu behandelnde Flüssigkeit und einem Auslauf für die behandelte Flüssigkeit, wobei in diesem Becken eine Trennwand eingebaut ist, die im wesentlichen parallel zu den Längsseiten des Beckens bis zu einer gewissen Entfernung von dessen Ende verläuft, so daß ein geschlossener Umwälzpfad entsteht, wobei ferner eine drehbare Antriebsvor­ richtung eingebaut und so angetrieben ist, daß die Flüssigkeit durch den geschlossenen Strompfad um­ wälzbar ist, wobei zudem eine Vorrichtung zum Ein­ führen von Luft oder Sauerstoff in die Flüssigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebsvorrichtung aus wenigstens einem Schaufelrad (12) mit einer im wesentlichen senkrechten Dreh­ achse (13) besteht, dessen Schaufeln (14) sich wenigstens über einen Teil der Höhe des Beckens (1) erstrecken, wobei die Drehachse (13) im wesent­ lichen in der Ebene einer den Umwälzpfad (5) be­ grenzenden Wand liegt und die Belüftungsvorrichtung aus Lufteinlässen oder Düsen besteht, die in Umlauf­ richtung hinter den Schaufeln (14) in den Umwälz­ pfad (5) münden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (13) im wesentlichen in der Ebene der Trennwand (4) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaufeln (14) nach oben hin ver­ minderte Querschnittsfläche aufweisen (Fig. 4a, b).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (14) des Schaufel­ rades (12) schraubenförmig geformt sind, so daß bei Drehung des Schaufelrades eine Durchmischung der Flüssigkeitsschichten bewirkt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (14) gegenüber der lotrecht gerichteten axialen Ebene gebogen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die neben den Schaufeln (14) lie­ gende Trennwand (4) bis nahe an die Fläche heranreicht, die von den Endkanten der Schaufeln (14) aufgespannt ist (Fig. 4b) bzw. daß die Trennwand (4) bis nahe an die Welle (13) des Schaufelrades (12) heranreicht (Fig. 4a), wobei jeweils ein Spalt (15) zwischen der Trennwand (4) der Randkante der Schaufel (14) und der Welle (13) bestehen bleibt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwand (4) zu beiden Seiten des Schaufelrades (12) verläuft (Fig. 2).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine gebogene Leitwand (18) über mindestens ein Ende der Trennwand (4) hinausreicht und außerhalb der Zirkumferenz des evtl. dort ange­ ordneten Schaufelrades (12) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (18) in geringem Abstand von den Endkanten der Schaufeln (14) liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (14) mindestens etwa tangential zur Welle (13) des Schaufelrades (12) verlaufen, wobei die Schaufelradachse (13) gegenüber der benachbarten Trennwand (4) so verschoben ist, daß eine Schaufel (14), wenn sie dem Ende dieser Wand (4) am nächsten liegt, im wesentlichen in der Ebene dieser Wand (4) liegt.