DE4325161A1 - Mit einem Rührwerk versehener Behälter für feststoffhaltige Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter für feststoffhal­ tige Flüssigkeiten, insbesondere zur biologischen Ab­ wasserreinigung, welcher ein Rührwerk mit einem bodennah angeordneten, in horizontaler Richtung abströmenden, um eine senkrechte Achse drehbaren Propeller aufweist.

Behälter der vorstehenden Art werden zur Zeit als biolo­ gische Abwasserreinigungsanlagen gebaut und sind allge­ mein bekannt. In ihnen wird zur Denitrifikation Rohabwas­ ser mit Belebtschlamm in Kontakt gebracht und über eine bestimmte Zeit in Mischung gehalten. Dabei ist es erfor­ derlich, mittels Rührwerke eine Sohlströmung von 20-30 cm/s zu erzeugen, damit es nicht zu Ablagerungen auf dem Behälterboden kommt. Gleichmäßige Sohlströmungen kann man sehr gut durch ein in der Behältermitte angeordnetes Pro­ peller-Rührwerk mit vertikaler Abströmung erreichen. Al­ lerdings ist hierbei der Energieverbrauch hoch, da der gesamte Behälterinhalt umgewälzt werden muß und ein Groß­ teil der Energie für unerwünscht große Turbulenzen und zur Überwindung von Wandreibungs- und Formverlusten auf­ gewendet werden muß.

Die Wandreibungs- und Formverluste können herabgesetzt werden, wenn Rührwerke mit horizontaler Abströmung in Bo­ dennähe dicht an der Behälterwand eingesetzt werden. Sol­ che Rührwerke haben auch deshalb einen geringeren Ener­ giebedarf, weil sie nicht die gesamte Flüssigkeit im Be­ hälter umwälzen, sondern nur einen Teil des Behältervolu­ mens. Die hierbei auftretenden, großen Sohlgeschwindig­ keiten von über 50 cm/s erstrecken sich jedoch nicht über die gesamte Behälterfläche, sondern finden sich nur in einem Strömungskeil. Außerhalb dieses Strömungskeiles bilden sich schwache Gegenströmungen und bei ungünstiger Behältergeometrie auch Totzonen. Zur Vermeidung solcher Mißstände sieht man Leitwände vor, bildet die Behälter ringförmig aus oder ordnet eine Vielzahl von horizontal abströmenden Rührwerken bodennah an.

Es sind auch schon zentral im Behälter auf dem Behälter­ boden angeordnete Bodenrührwerke bekannt, welche eine bo­ dennahe Abströmung aufweisen. Hierzu hat der Propeller des Rührwerkes auf seiner Oberseite am Umfang verteilte Schaufelbleche, die die zentrifugale Flüssigkeitsbe­ schleunigung hervorrufen. Auch solche zentral angeordnete Bodenrührwerke haben jedoch einen hohen Energiebedarf, da sie ein großes Flüssigkeitsvolumen umwälzen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen mit einem Rührwerk versehenen Behälter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem Energiebedarf für das Rührwerk dauerhafte Ablagerungen im Behälter zu­ verlässig vermieden werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rührwerk mittig im Behälter angeordnet ist und einen motorischen Schwenkantrieb zum Schwenken eines den Pro­ peller tragenden Halters um die senkrechte Achse über 360° aufweist.

In einem solchen Behälter wird abweichend von der bishe­ rigen Praxis keine ständig über den gesamten Behälterbo­ den verlaufende Sohlströmung erzeugt, vielmehr bewegt sich ein Strömungskeil periodisch über die gesamte Fläche des Behälterbodens. Dadurch ist der Energiebedarf wesent­ lich geringer als bei einem Behälter, in dem das gesamte Behältervolumen oder eine über den Behälterboden stehende Schicht des Behältervolumens umgewälzt wird. Die Erfin­ dung baut auf der Erkenntnis auf, daß nachteilige Effekte durch Ablagerung von Feststoffen erst dann eintreten, wenn diese Ablagerungen sich verfestigen und nicht mehr aufgewirbelt werden können oder wenn sich die Feststoffe aufgrund einer zu langen Entmischung nachteilig verändern können. Bei Belebtschlamm in biologischen Abwasserreini­ gungsanlagen ist jedoch eine Abnahme der biologischen Ak­ tivität der im Schlamm enthaltenden Organismen nicht festzustellen, wenn diese nur kurzzeitig abgelagert wer­ den. Solche kurzzeitigen Ablagerungen werden sogar bewußt bei der Sedimentation im Nachklärbecken, bei der Eindik­ kung von Rücklaufschlamm oder bei intermittierend betrie­ benen Belebungsanlagen (SBR = sequence batch-reactor) eingeleitet.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung der Propeller um seine senkrechte Achse schwenkt, verlagert sich die von ihm er­ zeugte, keilförmige Sohlströmung gleichmäßig über den ge­ samten Behälterboden. Mit jeder vollen 360°-Schwenkung des Propellers werden alle Bereiche des Behälterinhalts intensiv durchmischt und Feststoffablagerungen aufgewir­ belt. Durch Ablenkung der Strömung an der Behälterwand in eine aufwärts gerichtete Strömungskomponente sowie durch Drall und Gegenströmung findet auch in den oberen Behäl­ terzonen eine hinreichende Durchmischung und Homogenisie­ rung des Behälterinhalts mit weiter zufließender Flüssig­ keit statt.

Die Drehgeschwindigkeit ist wählbar und richtet sich nach Art und Konzentration der Feststoffe, verfahrenstechni­ scher Aufgabenstellung und der Größe des Behälters. Die Grenzwerte für die Drehgeschwindigkeit müssen so gewählt werden, daß einerseits eine vollständige Aufwirbelung der Ablagerungen bis in die Behälterrandzonen sichergestellt ist, andererseits die zwischenzeitlichen Feststoffablage­ rungen nicht zu Prozeßstörungen führen.

Der Propeller könnte über eine vertikale Welle von einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Motor an­ getrieben werden. Besonders einfach ist der Antrieb je­ doch gestaltet, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung der Propeller zu seinem Antrieb einen Tauchmotor hat.

Für den Betrieb einer Belebtschlamm-Abwasserreinigungsan­ lage optimal ist es, wenn der Schwenkantrieb des Rührwer­ kes für eine gleichförmig umlaufende Bewegung des Propel­ lers ausgebildet ist.

Besonders einfach läßt sich der Motor des Propellers mit Strom versorgen, wenn gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Drehantrieb zur Erzeugung einer Dreh­ richtungsumkehr nach jeweils einer 360°-Schwenkung des Propellers ausgebildet ist. Ein solches Rührwerk mit re­ versierendem Betrieb des Propellers ermöglicht es, dem Motor des Propellers elektrische Energie über flexible Leitungen zuzuführen, während bei einer kontinuierlichen Umlaufbewegung mit gleichem Drehsinn für die Energiezu­ fuhr eine Schleiferbahn und Schleifer erforderlich werden.

Der Drehantrieb des Rührwerkes wird im Regelfall durch einen Motor erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die Drehung durch den Propeller selbst hervorzurufen, indem die horizontale Achse des Propellers seitlich versetzt zur senkrechten Drehachse des Rührwerkes verläuft.

Wenn die Intervalle bis zum erneuten Eintreffen des vom Propeller erzeugten Strömungskeiles in bestimmten Berei­ chen des Behälters zu groß werden, dann kann man gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung an dem Rührwerk einander gegenüberliegend zwei entgegengesetzt angeord­ nete Propeller anbringen und zwischen den beiden Propel­ lern am Rührwerk eine die axiale Anströmung nach beiden Seiten hin umlenkende Strömungsleiteinrichtung anordnen. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere bei einem Rührwerk vorteilhaft, welches mit stets wechselndem Dreh­ sinn arbeitet, weil dann die Auftreffintervalle für be­ stimmte Behälterabschnitte unterschiedlich lang sind und nahe der Endstellung, in der die Drehrichtungsumkehr er­ folgt, bei Verwendung nur eines Propellers oftmals zu lang sein können. Die erfindungsgemäße Strömungsleitein­ richtung verhindert, daß die beiden Propeller sich gegen­ seitig stören.

Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades trägt es bei, wenn der Propeller von einem Strömungsrohr umgeben ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind eine da­ von und zwei Ausführungsvarianten in der Zeichnung darge­ stellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Behälter mit einem Rührwerk nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Rührwerkes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Behälter mit einer zweiten Ausführungsform des Rührwerkes,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine gegenüber Fig. 1 geänderte Anordnung eines Propellers.

Die Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, bei dem es sich um das Klärbecken einer biologischen Abwasserreinigung han­ deln kann. Mittig im Behälter 1 ist ein Rührwerk 2 ange­ ordnet, welches beispielsweise von einer als Brücke aus­ gebildeten Plattform 3 gehalten wird und bodennah einen Propeller 4 mit horizontaler Abströmung aufweist. Dieser Propeller 4 wird von einem Tauchmotor 5 angetrieben, der auf einem Halter 6 angeordnet ist. Dieser Halter 6 ist fest mit einer Achse 7 verbunden, die von oben her senk­ recht in den Behälter 1 führt und mittels eines Schwenk­ antriebs 8 entweder umlaufend angetrieben ist oder aber durch Drehrichtungsumkehr des Schwenkantriebs 8 abwech­ selnd jeweils um 360° in die eine oder andere Richtung dreht.

Durch die Drehung der Achse 7 läuft auch der Propeller 4 entweder um oder dreht sich um 360° hin und her. Dadurch werden periodisch vom Propeller 4 Ablagerungen auf dem Boden des Behälters 1 wieder aufgewirbelt.

Die schematische Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 zeigt von dem in Fig. 1 gezeigten Behälter 1 einen Boden 9, auf dem die Achse 7 mittels eines Lagers 10 drehbar abge­ stützt ist. Dargestellt ist in Fig. 2 weiterhin der in Nähe des Bodens 9 angeordnete Halter 6, welcher den Tauchmotor 5 mit dem Propeller 4 trägt. Zu sehen ist, daß die Plattform 3 einen Schwenkmotor 11 trägt, der zum Schwenkantrieb 8 gehört und die Achse 7 beispielsweise mittels Riemenscheiben 12, 13 und einem Keilriemen 14 an­ treibt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 trägt die Achse 7 des Rührwerkes 2 einander gegenüberliegend zwei Propeller 4, 4a, welche jeweils von einem Tauchmotor 5, 5a ange­ trieben sind. Zwischen diesen Propellern 4, 4a ist eine Strömungsleiteinrichtung 15 angeordnet, die so ausgebil­ det ist, daß sie die Flüssigkeit von den Seiten her den Propellern 4, 4a zuführt und es nicht zu einer gegensei­ tigen Störung der Propeller 4, 4a kommt. In Fig. 3 ist weiterhin für jeden Propeller 4, 4a ein diesen umgebendes Strömungsrohr 17, 17a dargestellt, welches den Wirkungs­ grad des Rührwerkes 2 weiter verbessert.

Die Fig. 4 zeigt, daß der Propeller 4 eine seine Dreh­ achse bildende Achse 16 hat, welche zur Achse 7 seitlich versetzt ist. Dadurch erzeugt die Rückstoßkraft des Pro­ pellers 4 eine Drehbewegung der Achse 7 und damit eine Umlaufbewegung des Tauchmotors 5 mit dem Propeller 4, so daß der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Schwenkantrieb entfallen kann.

Bezugszeichenliste

1 Behälter
2 Rührwerk
3 Plattform
4 Propeller
5 Tauchmotor
6 Halter
7 Achse
8 Schwenkantrieb
9 Boden
10 Lager
11 Schwenkmotor
12 Riemenscheibe
13 Riemenscheibe
14 Keilriemen
15 Strömungsleiteinrichtung
16 Achse
17 Strömungsrohr

Claims (7)

1. Behälter für feststoffhaltige Flüssigkeiten, insbeson­ dere zur biologischen Abwasserreinigung, welcher ein Rührwerk mit einem bodennah angeordneten, in horizontaler Richtung abströmenden, um eine senkrechte Achse schwenk­ baren Propeller aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (2) mittig im Behälter (1) angeordnet ist und einen motorischen Schwenkantrieb (8) zum Schwenken eines den Propeller (4) tragenden Halters (6) um die senkrechte Achse (7) über 360° aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (4) zu seinem Antrieb einen Tauchmotor (5) hat.

3. Behälter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwenkantrieb (8) des Rührwerkes (2) für eine gleichförmig umlaufende Schwenkbewegung des Pro­ pellers (4) ausgebildet ist.

4. Behälter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwenkantrieb (8) des Rührwerkes (2) zur Erzeugung einer Drehrichtungsumkehr nach jeweils ei­ ner 360°-Schwenkung des Propellers (4) ausgebildet ist.

5. Behälter nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Achse (16) des Propellers (4) seitlich versetzt zur die Drehachse bildende Achse (7) des Rührwerkes (2) verläuft.

6. Behälter nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (2) einander gegenüberliegend zwei entgegengesetzt angeord­ nete Propeller (4, 4a) aufweist und daß zwischen den bei­ den Propellern (4, 4a) am Rührwerk (2) eine die axiale Anströmung nach beiden Seiten hin umlenkende Strömungs­ leiteinrichtung (15) angeordnet ist.

7. Behälter nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (4) von einem Strömungsrohr (17) umgeben ist.