DE1958273A1

DE1958273A1 - Vertikalachsiger Oberflaechenbeluefter

Info

Publication number: DE1958273A1
Application number: DE19691958273
Authority: DE
Inventors: Paul Schramm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1969-11-20
Publication date: 1971-06-16
Also published as: DE1958273B2

Description

Vertikalachsiger Oberflächenbelüfter Die Erfindung betrifft einen vertikalachsigeit Oberflächenbelüfter für die biologische Abwasserreinigung in Klärbecken, die unter der Bezeichnung "Belüftungskreisel" allgemein bekannt sind. Meist handelt es sich dabei uin einen Wirbelkörper in Sorm einer flachen turbinenähnlichen Scheibe, an deren Unterseite sich Winkel oder Placheisen blinden und die um eine vertikale Welle drehbar ist. Meist ist die Welle von einem nach oben gerichteten, oben offenen Rohr umgeben, durch das von oben her Luft angesaugt wird.
Boi einigen Konstruktionen ist der Wirbelkörper auf der Unterseite bis auf eine mittlere Öffnung geschlossen.
Man spricht dann von einem Turbnenbelüfter.
Bei fast all diesen Formen kann man von Abwandlungen des Terbinenprinzips sprechen.
Durch Rotation des Kreisels wird die Oberfläche des Wassers in Bewegung gebracht; es werden Wellen erzeugt. Bei Umfangsgeschwindigkeiten von 3 bis 5 m/sec entstehen lebnafte Wellenbewegungen. Dabei wird im Bereich der Drchachse aus den darunter liegenden Zonen Wasser angesaugt und unter Zumischung von Luft schleierartig nach außen geschleudert.
Die Fjintau0ätief3 solcher Kreisel beträgt meistens nur einige Zentimeter. auch ist die Ökonomie, d.h. der Sauerstoffcintrag, bei den meisten bekannten Bauarten verbes-@erungsbedürftig, und zwar deshalb, weil einige Zonen besonders in den Ecken und Tiefen nicht oder nur unzurei chend mit der gevmnschten Sauerstoffmenge versorgt werden Auch die Strömungsgeschwindigkeit an der Sohle des Klärbeckens ist an einigen Stellen so gering, daß sich Schlamnablagerungen bilden können.
Mit keiner der bekannten Kreiselbauarten ist es möglich, ein höher liegendes Nachklärbecken zu beschicken, ohne eine besondere Fördereinrichtung, wie eine Pumpe, ein Schöpfrad oder eine Fördersohnecke dazwischen zu schalten. Ein höherer Wasserspiegel von 25 bis 55 cm ist aber im Nachklärbecken erwünscht, damit der Rücklaufschlamm auch bei Teilstabilisierung und hoher Schlammtrochensubstanz durch hydrostatischen Überdruck in ausreichender Menge zum Belüftungsbecken zurückgeführt wird.
Bei gleichem Wasserspiegel im Belüftungs- und Naciiklärbecken reicht aber die Sogwirkung der meisten Kreiselbauarten aber nicht aus, um den unter Umständen schon eingedickten Schlamm in das Belüftungsbecken zurückzuführen.
Durch die vorliegende Erfindung soll versucht werden, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden. Sie löst insbesondere die Aufgabe, den Sauerstoffeintrag und vornehmlich die Grenzflächenerneuerung zwischen Luft und Wasser zu intensivieren und die Umwälzung des Schlanirn-Wasser-Gemisches zu steigern. Die Strömungsvorgänge auch über der Beckensohle sollen so beeinflußt werden,daß kein Schlamm auf dem Boden liegen bleibt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wirbelkörper aus mehreren etwa radial von der zelle ausgehenden Rippen gebildet ist, die im Bereich der Wasser oberflache in schräg nach oben verlaufende Schleuderarme ütergehen.
Beim Rotieren des Belüfters entsteht eine große Anzahl von Wasserbewegungen. Zunäcnst bilden die unter dem Belüfter liegenden Wassermassen ein Rotationszentrum, das auch die Umgebung beeinflußt. Gleichzeitig werden die ansteigenden Wassermassen durch die Schleuderarme an der Oberfläche erfaßt und in Form von Strahlenbündeln im Bogen nach außen geschleudert. Um das Rotationszentrum nene bilden sich viele kleine vertikale Wirbel aus. Durch diese Wirbel, die mit großer Geschwindigkeit rotieren, wird die Grenzflächenerneuerung und das Sauerstoffeintragvermögen beachtilich gesteigert. Die Grenzflächenerneuerung und damit die Sauerstoffeintragung vollzieht sich bekanntlich in Bruchteilen einer Se-Kunde.
Diese zentrale Wirbelbewegung teilt sich: der Umgebung mit, die Strömungsfäden durchziehen das ganze Becken in Form von Bogen, Ellipsen und Spiralen, so daß Schlammablagerungen wirksam verhindert werden.
Das Ganze lvr;t sich etwa mit einer rotierenden Baumkrone vergleicllen, die bis zum Ansatz der Krone eingetaucht ist. Die Partie um den Stamm bildet einen senkrechten Rotationszylinder, der von unten nach oben strömt und sich in "rotierende Äste" verzweigt.
Die Anahl dei Schleuderane bestimmt die Anzahl der ste.
Die Zwischenräume werden durch Vaictiolfahnen und Wasserschleier bei ents@reonender Rotation des Belüfters ausgefüllt.
Hach einem Ausgestaltungsgedanken der Erfindung können die Schleuderamt aus um inre Längsachde gewundenen Flacheisem bestehen. Oder sie bestehen aus ungebogenem Flacheisen, das an den Längskanten mit entgegen der Anströmung gerichteten flachen oder gerundeten Rippen versehen ist.
Es können sich am Umfang flache und gewundene Schleuderarme einander abwechseln. Dabei dienen die gewundenen Arme hauptsächlich der Bildung von feintropfigen, stark mit Luftblasen vermischten Wasserschleiern, während die flachen Arme im wesentlichen weitreichende Strahlen erzeugen sollen, die nach einem weiteren Ausgestaltungsge danken zum Teil in einer hochliegenden Spritzwasserrinne aufgefangen werden können. Dem Zweck, diese Wassermenge verändern zu können, dient ein anderer Ausgestaltungsgedanke, nach dem die Arme bezüglich ihres Winkels zur Wasseroberfläche verstellbar sind. Vornehmlich werden aus diesem Grund die flachen Arme steiler eingestellt als die gewundenen.
Um die Aufwärtsströmung im Bereich des Belvifters zu verstärken, können die Rippen zumindest in ihrem eintauchenden Teil schraubenförmig um die Welle verlaufen.
Der Belüfter kann so hergestellt werden, daß Bintauchtiefen von 6 bis 60 cm bewältigt werden können.
Die Urndrehungszahlen des Rotors sind für die -jeweiligen Eintauchtiefen und die Flugbahnen der Wasserfahnen veränderlich. Beispielsweise liegt die Umangsgeschwindigkeit für 1,5 m Außendurchmesser bei über 5,m/sec.
Im Spritzbereich der Arme kann eine Auffangrinne angebracht werden, die verschiedenen Zwecken dient. Im ersten Fall, wird das Abwasser, das mit belebtem Schlamm vermischt ist beziehungsweise ein bestimmter Teil desselben in diese Rinne geschleudert und von dort mit natürlichem Gefälle in- ein Nachklärbecken geleitet, dessen Wasserspiegel 25 bis 60 cm über dem Wasserspiegel des Belüftungsbeckens liegt.
Der belebte Schlamm setzt sich im Nachklärbecken ab. Ein Teil wird als sogenannter Rticklaufschlamm in das BelüftungsbecKen zurickgeführt. Diese Rückführung erfolgt nur durch den hydrostatischen Überdruck des erhöhten Spiegels im Nachklärbecken ohne jede Sogeinwirkung des Belüfters, ohne Pumpen oder sonstige Fördereinrichtungen.
Die Zugabestelle des Schlammrticklaufs kann über Wasser liegen, wodurch eine einfache Kontrolle möglich ist. Stö-@rungen können vom Wörter sofort erkannt werden. Die Schlammrücklaufmenge ist leicht einstellbar. Sie kann in den Grenzen von 25 bis 150% variiert werden, Um die Menge des arbeitenden Schlammes insbesondere bei Regenwetter zu erhöhen.
Die Einspeismenge des Schlamm-Wasser-Gemischs in das Nachklärbecken ist ebenfalls variationsfähig, und 0ir einerseits durch die Verstellbarkeit der Schleuderarme, andererseits durch eine Zulaufblende im Ablauf der Auffangrinne.
Ein Schirm über dem Belüfter sorgt dafür, daß nur eine bestimmte Menge Spritzwasser in die Auffangrinne gelangt und daß die Lufteinlaßöffnungen am oberen Ende des Mantelrohres vor Wellen und Eisbildung geschützt werden, damit die Luftzufuhr z;u den Unterdruckstellen des Belüfters auch bei hohen Spritzwaserbögen gesichert bleibt. Das Spritzwasser, das senr aauerstoffretch ist, kann von der Auffangrinne durch Ausleger mit Rohrleitungen an saueratoffarme Stellen der Kläranlage herangeführt werden.
Im folgenden werden Ausführungs und Anwendungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Belüfter, Pig.2 einen Horizontalschnitt zu Fig. 1, Fig.3 einen Längsschnitt durch ein Belüftungsbocken mit nachgeschaltetem Nachklärbecken, Fig.4 eine Draufsicht zu Fig. 3, Fig.5 ein schwimmendes Belüftungsaggregat und Fig.6 eine Draufsicht zu Fig. 5, Fig.7 einen Belüfter mit anderen Schleuderarmen.
Fig. 1 zeigt einen vertikakalachsigen Rotor, dessen Welle 1 von einem Rohr2umgeben ist, das oben Lufteintrittsöffnungen 3 aufweist. Der eintauchende Teil der Welle 1 besitzt Rippen 5, an denen gewundene Schleuderarme 6 verstellbar befestigt sind.
Die Schleuderarme 6 sind hier unter einem Winkel t2 von' ca.
400 zum ruhenden Wasserspiegel angeordnet. Durch Pfeile ist der Weg der Luft zu den Unterdruckstellen angedeutet. Eine Spritzwasserrinne 7 ist oben links als kleiner Ausschnitt schematisch strichpunktiert zu sehen. Rinne und Rotor sind von Spritzscnirmen 4 umgeben, die das Wasser unter einem gewünschten Winkel nach unten lenken. Sie besitzen oben Luftansaugöffntmgen 28. Fig. 2 zeigt denselben Belüfter in Draufsicht ohne Auffangrinne und ohne Schirm.
Die Anzahl der Schleuderarme kann vergrößert oder verkleinert werden, sie richtet sicn nach dem geforderten SauerstoRE-eintrag. Zwischen den gewundenen Armen können flache Arme 8 mit in Drehrichtung weisenden, gerollten oder abgewinkelten Längsseiten eingesetzt werden, um die Spritzwassermenge zu erhöhen. Aus dieser Darstellung wird ferner deutlich, daß die Rippen 5 nicht genau radial, sondern in Drehrichtung gesehen nach hinten angestellt verlaufen.
Fig. 3 zeigt eine biologische Abwasser-Reinigungsanlage, bestehend aus einem Belüftungsbecken 11 mit BelüSter 10 und einem Nachklärbecken 12 mit höher liegendem Wasserspiegel 13 als der Spiegel des Belüftungsbeckens ii. Man erkennt die Spritzwasserrinne 7, die einen Teil des Spritzwassers mit Belebtschlamm durch eine Leitung 14 ins benachbarte Nacnklärbecken mit natürlichem Gefälle abfliessen läßt. Eine Abflußblende 15 regelt die Durchflußmenge.
Der Schlamm setzt sich ab und wird durch einen Längsräumer 19 in die Schlammtaschen 20 geschoben. Ein eil des abgeæetzten Schlammes wird durch eine Schlammiückführleitung 16 ins Belüftung sbecken 11 zurückgeführt, ohne daß eine Förderpumpe erforderlich wäre.
Der Schlammausflußstutzen 17 liegt üben, Wasser. Dadurch ist eine leichte Kontrolle möglich. Ferner ist er der mehr oder weniger fragwürdigen Sogwirkung des Belüfters entzogen. Die Abflußmenge des Schlammes ist durch einen Schieber 18 regulierbar. Durch kurzfristiges vollständiges Offnen des Schiebers werden Ablagerungen von Schlamm durch Ausschwemmen beseitigt. Neben dem :vachklärbecken 12 kann sich ein Schacht für überschußschlamm befinden.
Sämtlicne Schlammleitungen besitzen Druckwasseranschlüsse, die eine Reinigung der Seilammrohre nach Verstopfungen durch Laun oder sonstige Fremdschlämme ermoglichen. Das Druckwasser kann dem Naehklärbecken entnommen werden.
Di- Rippen des BelüIters i0 sind hier schraubenförmig um die Welle angeordnet, wodurch sowohl die Strömung in horizöntaler als auch in vertikaler Richtung intensiviert wird. Demselben Zweck dient die strichpunktiert angedeutete Verbreiterung 30 der Rippen.
Fig. 4 zeigt Belüftungsbecken 11 und Nachklärbecken: 12 als Rechteckbecken in der Draufsicht als Ergänzung zu Fig. 3. Der Belüfter ist ohne Spritzwasserschirm mit geschlossener ringförmig ausgebildeter Spritzwasserrinne 27 gezeigt. Zvaschen gewundenen Armen werden hier ebenfalls flache Arme mit gerollten Kanten gezeigt. Mit diesen kann die Fördermenge in die Rinne gesteigert werden. Die strichpunktiert dargestellten Rohrleitungen 21 ermöglichen die Weiterleitung von sauerstoffreichem Spritzwasser an sauerstoffarme Stellen, die von derUmwälzung zu wenig erfaßt werden.
Natürlich kann das Nachklärbecken auch als Rundbecken ausgebildet sein . Die Schlammtaschen sitzen dann am Rande des Beckens, damit der in die Schlammtrichter durch Rundräumer geschobene Schlamm auf kürzestem Weg durch hydrostatischen Überdruck in den Belüftungsraum geleitet werden kann. Das Beliiftungsbecken kann ebenfalls rund oder oval sein. Die Spritzwasserrinne kann auch nur halbkreisförmig ausgebildet sein. Auch der Belüfter'kann mit seinem mit Rippen besetzten Teil tiefer in das Becken ragen und so als Strömungserzeuger für starke horizontale Strömungen dienen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen einen auf Schwimmern 22 aufgebauten BelüSter 10.', Er saugt Wasser aus den tiefgelege nen Zonen an, vermischt es mit Sauerstoff und verteilt ein Teil auf die Wasseroberfläche. Ein nicht unwesentlicher Teil des mit Sauerstoff angereicherten Abwassers wird in die Auffangrinne geschleudert und gelangt von dort durch Schläuche oder Rohre 23,24 in tiefergelegene sauerstoffarme oder -freie Zonen, die vom VertikalbeSüfter direkt nicht erfaßt werden. Die Schläuche können aus Gummi oder kunststoff sein. Sie können verschiedene Länge haben, um verschiedene Tiefen zu erreichen. Die Zuflußm,engen zu den einzelnen Schläuchen können durch Regulierorgane eingestellt werden. Diese schwimmende Ausführung wird vornehmlich bei Spiegelschwankungen, Abwasserteichen sowie bei sehr tiefen Belüftungsteichen eingesetzt.
Das schwimmende Aggregat kann durch Seile 25 und Wabeltrommeln 26 Für Streckenbelüftung von Oxydationsteichen, Belüftungsteichen, Stauseen und dergleichen verwendet werden.
Wasser, das nicht bis auf das Niveau der Rinne gehoben wird, spritzt gegen die an ihrer Unterseite schürzenártig angeordnete Prallglocke 29, von der es abprallt und unter einem steilen.Winel auf der Oberfläche des Wassers auftrifft.
Durch Versuche wurde festgestellt, daß ein Auftreffwinkel von ca. 700 zar Horizontalen die besten Sauerstoffeintragwerte ergibt.
Spritzsohirm 4, Rinne 7 bzw. 27 und Prallglocke 29 können einen starren Verband bilden, der an dem Achslager des Belüfters befestigt ist, so daß keinerlei weitere Stützen erforderlich sind.
Fig. 7 stellt einen Belüfter mit Schleuderarmen dar, deren Schraubflächen 31 parallel zu ihrer Längsachse verlaufen.
Die Steigung ist also hier nur noch wenig größer als die Breite des gewundenen Slachstreifens. Diese mit nur schmalen Schlitzen versehenen Arme halten das angesaugte Wasser besser als geschlossenen Strahl zusammen, so daß er weiter nach außen gelangen kann. Trotzdem werden durch die schraublinienartigen Schlitze große Luftmengen angesaugt und mit dem Wasserstrahl intensiv vermischt.
Zur Verringerung des Strömungswiderstandes und zur Verbesserung der Vertikalströmung können auch hier die Rippen, an denen die Schleuderarme schwenkbar befestigt sind, pflugartig angestellt sein. Es genügt in manchen Fällen auch schon, wenn lediglich die inneren Enden der Schleuderarme etwas verwunden sind. Ihre äußeren Enden sind schräg nach unten gezogen und können ebenfalls von der Radialrichtung abweichen. Beide Maßnahmen dienen dem Zweck, den aus dem rohrähnlichen Schleuderarm austretenden Wasserstrahl bereits weitestgehend in den von der Prallglocke 29 vorgegebenen Winkel zu lenken, dienen also im Endeffekt ebenfalls.
zur Erhöhung des Sauerstoffeintrags.
Eine in etwa gleicnwertige Wirkung kann erzielt werden, wenn die schraubenförmig gewundenen Arme von oben und unten offenen Rohrstücten 32 umgeben sind, die längs geschlitzt und mittels Laschen und Schrauben festgeklemmtsI½d. Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung im Schnitt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Vertikalachsiger Oberflächenbelüfter für Abwasserklärbecken, sestehend aus einer antreibbaren Vertikalwelle und einem in das Wasser eintauchenden Wirbelkörper, von dem ein die Vertikalwelle konzentrisch umgebendes, oben offenes Rohr zum Ansaugen von Luft in den Wirbelkörper nach oben geführt ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wirbelkörper aus mehreren etwa radial von der Welle (ij ausgehenden Rippen (5) gebildet ist, die im Bereich der Wasser oberfläche in schräg nach oben verlauf ende Schleuderarme (6, 8) übergehen.

2. Belüfter nach Ans0pruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schleuderarme (6,8) bezüglich ihres Winkels zur Wasseroberfläche verstellbar sind.

3. Belüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeibhnet, daß die Schleuderarme (6) aus um ihre Längsachse gewundenen Flacheisen bestehen.

4. Belüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderarme (8) aus Flacheisen bestehen, die an ihren Längskanten mit entgegen der Anströmung gerichteten flachen oder gerundeten Rippen versehen sind.

5. Belüfter nach anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich chleuderarme- (6,8) aus gewundenem und flachem Streifenmaterial am Umfang einander abwechseln.

6. Belüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderarme aus flachem Streifenmaterial (8) steiler stehen als die aus gewundenen (-6).

7. Belüfter nach einem oder mehreren der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (5) zumindest in ihrem eintauchenden Teil schraubenförmig um die Welle (1) verlaufen.

8. Belüfter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Bereich der Schleuderarme (6,8) Spritzwasserrinnen (7,27) über dem Wasserspiegel vorgesehen sind, die über einstellbare Rohrleitungen (14) vornehmlich mit einem Nachklärbecken (12) verbunden-sind.

9. Belüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (27) als geschlossener Ring ausgebildet sind, der konzentrisch zur Vertikaiwelle (1) liegt.

10. Belüfter nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzelchnet, daß er auf einem schwimsenden Gerüst (22) befestigt ist, dus zu seinen Rand führeude Riunen (23) und von dort et@a vertikal nach unten gerichtete Rohre (24) zum Einleiten des Spritzwassers unter den Wasserspiegel des Belüftungsbeckens (1) aufweist.

11. Belüfter nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Wasser eintauchende Teil der Rippen (30) derart nach außen verbreitert ist, daß er eine bis zur Beckensohle reichende Kreisströmung erzeugt, die insbesondere bei einem in der Eruemung eines O-förmigen Klärbeckens angeordneten Belüfter zum Aufrechterhalten der Ringströmung dient.

42. Belüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er von einer feststehenden Prallglocke (29) konzentrisch umgeben ist, die sich nach, unten erweitert und gegebenenfalls auf der Innenseite die Spritzwasserrinne (27,7) trägt.

13. Belüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubflächen (31) der gewundenen Schleuderarme parallel zu ihrer Längsachse verlaufen und somit ein schraubenartig geschlitztes Rohr bilden.

14. Belüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenförmig gewundenen Schleuderarme (&) mindestens teilweise von einem Rohr (32) koaxial umgeben sind.

L e e r s e i t e