Kreiselbelüfter zum Sauerstoffeintrag in Flüssigkeiten
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kreiselbelüfter zum Sauerstoffeintrag in Flüssigkeiten, insbesondere in Wasser und Abwasser.
Für die Belüftung von Wasser und Abwasser und für die Sauerstoffversorgung des belebten Schlammes bei der biologischen Abwasserreinigung nach dem Belebtschlammverfahren sind verschiedene Systeme von mechanischen Oberflächenbelüftern bekannt. Die Hauptaufgabe der mechanischen Oberflächenbelüfter besteht im Sauerstoffeintrag, der durch mechanische Einwirkung an der Wasseroberfläche und durch turbulente Durchmischung der eingeschlagenen Luftblasen mit dem Wasser bewirkt wird. Gleichzeitig werden durch die mechanischen Oberflächenbelüfter jedoch auch turbulente Umwälzströmungen erzeugt, durch die das Wasser mit gelösten und festen Inhaltstoffen vermischt und die Ablagerung sedimentierbarer Stoffe verhindert werden.
Ein häufig eingesetzter Typ der mechanischen Oberflächenbelüfter ist der Kreiselbelüfter, von dem verschiedene Konstruktionsarten bekannt sind. Die vorgenannten Effekte des Sauerstoffeintrages und der Wasserumwälzung werden bei den bekannten Typen entweder durch die Rotationsbewegung am Kreisel befestigter Rührblätter oder durch die Spritz- und Strahlwirkung des durch die Schaufel oder Leitkanäle des Kreisels geförderten Wassers bewirkt.
Bei allen Kreiselbelüftern wird aus wirtschaftlichen Gründen angestrebt, bei geringem Energieaufwand einen hohen Sauerstoffeintrag und hohe Umwälzleistungen zu erreichen. Neuere Entwicklungen von Kreiselbelüftern entsprechen daher oft bekannten Bauformen hydraulisch günstiger Laufräder von Kreiselpumpen mit niedrigen Drehzahlen.
Beim Betrieb eines Kreiselbelüfters bildet sich durch dessen Rotationsbewegung unter dem Kreiselbelüfter ein senkrechter Wasserwirbel, aus dem das Wasser durch die Rührblätter, Schaufeln oder Leitkanäle des Kreiselbelüfters aufgenommen, umgelenkt und vorwiegend radial verstrahlt wird. Auch wenn durch Leitkreuze oder Leittafeln unter dem Kreiselbelüfter die Wirbelbewegung des Wassers gebremst wird, entstehen bei der Aufnahme und Umlenkung des Wassers erhebliche Turbulenzverluste, die sich für eine optimale Wasserförderung bei den bekannten Kreiselbelüftern ungünstig auswirken. Eine hohe Wasserförderleistung ist aber neben der Erzielung kräftiger Strahleffekte die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Sauerstoffeintrag.
Bekannte Kreiselbelüfter, bei denen versucht wird, diese Voraussetzungen durch hydraulisch günstige Bauformen zu erreichen, sind jedoch in ihrer Konstruktion aufwendig und teuer.
Der neue Kreiselbelüfter ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass derselbe aus zwei, drei oder mehr an Verteilerarmen aufgehängten Strahlerzeugern besteht, wobei die Strahlerzeuger aus mehreren parallelen Durchflusskammern zusammengesetzt sind.
Die Strahlerzeuger können aus zwei übereinanderliegenden Platten bestehen, bei denen durch Einbau mehrerer senkrechter Leittafeln eine Anzahl von rechteckigen Durchflusskammern geschaffen werden.
Die Durchflusskammern der einzelnen Strahlerzeuger können aber auch aus rechteckigen, runden, ovalen oder vieleckigen Durchflussprofilen bestehen oder zusammengebaut werden. Dabei können innerhalb eines Kreiselbelüfters unter Umständen auch Durchflusskammern mit unterschiedlichen Durchflussprofilen zur Anwendung gelangen. Die vorgefertigten Durchflussprofile, aus denen die Durchflusskammern zusammengebaut werden, können auch Metall oder Kunststoff sein. Es kann sich dabei beispielsweise um Rohstücke mit entsprechendem Profil handeln.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kreisel des Kreiselbelüfters in Ansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kreisel nach Fig. 1 und
Fig. 3 den Kreiselbelüfter schematisch in Ansicht.
Zwei, drei oder mehr dieser Strahlerzeuger werden, wie die Fig. 1 zeigt, zu einem Kreisel zusammengesetzt, wobei die einzelnen Strahlerzeuger sowohl um ihre vertikale wie auch um ihre horizontale Achse leicht geneigt an den Verteilerarmen 5 befestigt werden können. Die verstrahlte Wassermenge wird dabei im wesentlichen durch die Grösse der durchflossenen Querschnittsöffnungen der Strahlerzeuger sowie die Rotationsgeschwindigkeit des Kreiselbelüfters bestimmt. Daher kann durch Veränderung der Eintauchtiefe sowie der Drehzahl die verstrahlte Wassermenge und somit der durch die Strahlwirkung bedingte Sauerstoffeintrag gesteuert werden. Es ist deshalb zweckmässig, wenn die Antriebsachse 6, durch die der Kreiselbelüfter mit dem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist, höhenverstellbar ausgebildet wird.
Die vertikalen Leittafeln 3 des Strahlerzeugers können auch leicht zur Drehrichtung des Kreisels geneigt eingebaut werden, wie das in der Fig. 2 in der Draufsicht dargestellt ist. Dadurch entstehen beim Durchfluss des Wassers durch die einzelnen Durchflusskammern Unterdruckbereiche, in denen Luft in den Durchflussstrahl eingesaugt wird. Die Pfeile in Fig. 2 markieren die Drehbewegung des Kreiselbelüfters und lassen die Neigung der Leittafeln 3 klar erkennen.
Fig. 3 zeigt die Anordnung des Kreiselbelüfters innerhalb eines Beckens 7. Die eingezeichneten Pfeile markieren dabei die Strömungen innerhalb des Beckens.
Sie zeigen, dass bei Rotation des Kreiselbelüfters das Wasser aus dem Wirbel unter dem Kreiselbelüfter vorwiegend horizontal in die Eintrittsöffnungen der einzelnen Durchflusskammern der Strahlerzeuger einfliesst, dort beschleunigt und durch die Austrittsöffnungen flach verstrahlt wird. Hierbei ergibt sich im Becken eine Wasserumwälzung, wie sie von anderen Kreiselbelüftern bekannt ist.
Der beschriebene neue Kreiselbelüfter hat den Vorteil dass das Wasser ohne erhebliche Umlenkung und Förderung und damit mit geringem Energieaufwand durch die Strahlerzeuger aus dem Wirbel unter dem Kreisel aufgenommen und beschleunigt und infolge der parallel angeordneten Durchflusskammern der Strahlerzeuger in mehreren gestaffelten Strahlen flach verspritzt werden kann. Der konstruktive Vorteil dieses Kreiselbelüfters besteht darin, dass die einzelnen Strahlerzeuger mit unterschiedlicher Kammerzahl und Abmessung einfach zu fertigen sind und in erforderlicher Anzahl leicht an die Verteilerarme 5 des Kreisels montiert werden können.
Ein weiterer betrieblicher Vorteil ergibt sich, wenn einzelne Strahlerzeuger 1 mit Hilfe von Gelenken 8 so an den Verteilerarmen 5 befestigt werden, dass sie teilweise oder ganz über den Wasserspiegel geklappt werden können, wodurch die Leistung des Kreiselbelüfters weiter variiert werden kann.
Centrifugal aerator for introducing oxygen into liquids
The present invention relates to a centrifugal aerator for introducing oxygen into liquids, in particular into water and waste water.
Various systems of mechanical surface aerators are known for the aeration of water and wastewater and for the supply of oxygen to the activated sludge in biological wastewater treatment using the activated sludge process. The main task of mechanical surface aerators is the introduction of oxygen, which is brought about by mechanical action on the water surface and by turbulent mixing of the blown air bubbles with the water. At the same time, however, the mechanical surface aerators also generate turbulent circulating currents, which mix the water with dissolved and solid substances and prevent the deposition of sedimentable substances.
A frequently used type of mechanical surface aerator is the centrifugal aerator, of which various types of construction are known. The aforementioned effects of the introduction of oxygen and the water circulation are brought about in the known types either by the rotational movement of the agitator blades attached to the top or by the spray and jet effect of the water conveyed through the blade or guide channels of the top.
With all centrifugal aerators, for economic reasons, the aim is to achieve a high oxygen input and high circulation rates with little energy consumption. Newer developments of centrifugal aerators therefore often correspond to known designs of hydraulically favorable impellers of centrifugal pumps with low speeds.
When a centrifugal aerator is in operation, its rotational movement forms a vertical water vortex under the centrifugal aerator, from which the water is picked up by the agitator blades, blades or guide channels of the centrifugal aerator, deflected and mainly radiated radially. Even if the vortex movement of the water is slowed down by guide crosses or guide boards under the centrifugal aerator, considerable turbulence losses occur when the water is absorbed and deflected, which has an unfavorable effect on the known centrifugal aerators for optimal water pumping. However, in addition to achieving powerful jet effects, a high water delivery rate is the prerequisite for economical oxygen input.
Known centrifugal aerators, in which it is attempted to achieve these requirements by means of hydraulically favorable designs, are, however, complex and expensive in their construction.
The new centrifugal aerator is characterized according to the invention in that it consists of two, three or more jet generators suspended on distributor arms, the jet generators being composed of several parallel flow-through chambers.
The jet generators can consist of two plates lying one above the other, in which a number of rectangular flow chambers are created by installing several vertical guide panels.
The flow chambers of the individual jet generators can, however, also consist of rectangular, round, oval or polygonal flow profiles or be assembled. Here, under certain circumstances, flow chambers with different flow profiles can also be used within a centrifugal aerator. The prefabricated flow profiles from which the flow chambers are assembled can also be metal or plastic. It can, for example, be blanks with a corresponding profile.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. Show it:
1 shows a top view of the centrifugal aerator,
Fig. 2 is a plan view of the gyro according to Fig. 1 and
3 the centrifugal aerator schematically in view.
Two, three or more of these jet generators are, as FIG. 1 shows, put together to form a gyroscope, the individual jet generators being able to be attached to the distributor arms 5 at a slight incline both about their vertical and about their horizontal axis. The amount of irradiated water is essentially determined by the size of the cross-sectional openings of the jet generator through which it flows and the speed of rotation of the centrifugal aerator. Therefore, by changing the immersion depth and the speed, the amount of irradiated water and thus the oxygen input caused by the jet effect can be controlled. It is therefore useful if the drive shaft 6, through which the centrifugal aerator is connected to the drive motor, not shown, is designed to be height-adjustable.
The vertical guide boards 3 of the jet generator can also be installed at a slight incline to the direction of rotation of the gyro, as is shown in FIG. 2 in a top view. This creates negative pressure areas when the water flows through the individual flow chambers, in which air is sucked into the flow jet. The arrows in FIG. 2 mark the rotary movement of the centrifugal fan and clearly show the inclination of the guide boards 3.
3 shows the arrangement of the centrifugal aerator within a basin 7. The arrows shown mark the currents within the basin.
They show that when the centrifugal aerator rotates, the water from the vortex below the centrifugal aerator flows mainly horizontally into the inlet openings of the individual flow chambers of the jet generator, where it is accelerated and radiated flat through the outlet openings. This results in a water circulation in the pool, as is known from other centrifugal aerators.
The new centrifugal aerator described has the advantage that the water can be picked up and accelerated from the vortex under the centrifugal fan without significant deflection and conveyance and thus with little energy expenditure by the jet generator and, due to the parallel flow chambers of the jet generator, can be sprayed flat in several staggered jets. The structural advantage of this centrifugal aerator is that the individual jet generators with different numbers of chambers and dimensions are easy to manufacture and the required number can easily be mounted on the distributor arms 5 of the centrifugal.
Another operational advantage arises when individual jet generators 1 are attached to the distributor arms 5 with the aid of joints 8 so that they can be partially or completely folded over the water level, whereby the performance of the centrifugal aerator can be varied further.