DE19639267C1 - Biorotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Biorotor für Abwasserentsorgung und Gewässersanierung mit einem Antrieb.

In der deutschen Patentanmeldung Nr. 195 36 930.0 ist eine Bio­ filtertrommel mit einem Antrieb für die Abwasserentsorgung und Gewässersanierung beschrieben, die im wesentlichen einen mit eine feinstrukturierte Oberfläche aufweisenden Spezialhohlkugeln gefüllten, halbgetaucht selbstschwimmfähigen und in einer gabel­ förmigen Haltevorrichtung gelagerten Trommelkörper aufweist. Der Trommelkörper wird aus einer Reihe nebeneinanderliegender, al­ ternierender Lochplatten gebildet, zwischen denen die Hohlkugeln im Bohrlochsystem der Lochplatten so angeordnet und arretiert sind, daß sie auf einer Ebene als auch mit den Hohlkugeln der benachbarten Ebenen kontaktieren. Der Trommelkörper besteht ein­ schließlich der Hohlkugeln aus Polyethylen.

Die Drehbewegung des Trommelkörpers erfolgt auftriebsgemäß durch einen Luftantrieb, indem die durch einen Motortauchverdichter erzeugte Druckluft unter den bis zur Welle getauchten Trommel­ körper gepumpt wird. Dazu ist ein mit Bohrungen unterschiedli­ chen Durchmessers versehenes Antriebs- und Belüftungsrohr im vorderen Trommeldrittel mittig und unterhalb der Wasseroberflä­ che angebracht.

Die beschriebene Biofiltertrommel weist eine Reihe von Unzuläng­ lichkeiten auf.

So erfolgt die Maximal- und Festbefüllung der Biofiltertrommel mit Hohlkugeln mit Hilfe von Lochplatten, die in zwei Varianten alternierend aufeinanderfolgen und die dazwischenliegenden, dicht gelagerten Hohlkugeln arretieren. Dabei werden die Kugel­ zwischenräume durch Lochplattensegmente so weit reduziert und verengt, daß der für hohe Wirksamkeit des Biofilterrasens auf der Kugeloberfläche erforderliche, ungehindert schnelle Wechsel von Luft und Wasser bis in die Mitte des Trommelkörpers unter­ bunden ist.

Dies ist vor allem dann der Fall, wenn bei hoher Abwasserlast oder geringen Temperaturen im Winterbetrieb eine schnellere Dreh­ bewegung der Trommel zwischen 4 und 8 Umdrehungen/min notwendig wird.

Außerdem ist die Fertigung einer Biofiltertrommel wegen der Lochplattenherstellung und der damit verbundenen, komplizierten Kugelbefüllung sehr aufwendig.

Der vorgesehene Luftantrieb des Trommelkörpers führt bei einer Drehbewegung von mehr als zwei Umdrehungen/min dazu, daß die dafür erforderliche Zufuhr größerer Luftmengen unter den Trom­ melkörper und die dadurch verursachte stärkere Verwirbelung und Turbulenz von Wasser und Luft an der Wasseroberfläche den mikro­ biellen Bewuchs der Randrohre und der Kugeln vor allem im äuße­ ren Trommelbereich unterbindet bzw. zerstört.

Aus diesem Grund ist ein alleiniger Luftantrieb nur bedingt für die Ausschöpfung der Reinigungskapazität einer Biofiltertrommel, insbesondere bei hoher Abwasserverschmutzung und/oder niederen Temperaturen, geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Biorotor für Abwasserentsor­ gung und Gewässersanierung unter Beseitigung der vorgenannten Unzulänglichkeiten zu schaffen, mit dem eine Erhöhung der wirk­ samen Oberfläche für den Biofilterrasen, eine Erhöhung des schnelleren Austausches von Wasser und Luft im Rotorkörper sowie ein wirksamerer Antrieb des Rotors realisiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Biorotor beste­ hend aus einem mit Spezialhohlkugeln festgefüllten, halbgetaucht selbstschwimmfähigen und in einer Haltevorrichtung gelagerten Rotorkörper, gelöst, bei dem der Rotorkörper aus einer Reihe nebeneinander liegender scheibenförmiger Platten sowie zwei den seitlichen Abschluß bildenden Endplatten aufgebaut ist, zwischen denen Hohlkugeln eine einlagige Schicht bilden und die durch die benachbarten Platten oder Endplatten arretiert sind und am äuße­ ren Umfang der Platten und Endplatten Randrohre vorgesehen sind, die parallel zum Zentralrohr laufen sowie durch die Platten und die Endplatten hindurchgeführt sind und die einen geringeren, lichten Abstand aufweisen als der Durchmesser der Hohlkugeln beträgt und dadurch die einlagigen Kugelschichten zwischen den Platten und den Endplatten in radialer Richtung blockieren.

Zur Kraftübertragung von Antriebswelle auf den Rotorkörper ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Endplatten auf ihrer Außen­ seite einen als Flansch ausgebildetes Verbindungsstück aufwei­ sen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß als Antrieb des Rotorkörpers ein indirekter Antrieb mittels Druck­ luft sowie ein direkter Antrieb mittels Getriebemotor vorgesehen ist. Als indirekter Antrieb ist ein sich über die gesamte Länge des Rotorkörpers erstreckender und auf der gesamten Oberfläche mit feinporigen Schlitzen versehener Antriebs- und Belüftungs­ körper unterhalb des Rotorkörpers angeordnet, der über einen Druckschlauch die durch einen Motortauchverdichter erzeugte Luft zugeführt bekommt. Als direkter Antrieb ist ein Getriebemotor unmittelbar an der Antriebswelle befestigt.

Der erfindungsgemäße Biorotor weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Oberfläche der ungelochten Platten, der Hohlku­ geln und der Randrohre wird ein deutlich größeres, rotierendes Festbett erzielt. Je m³ Biorotor ist eine um ca. 1/3 größere Oberfläche realisierbar. Damit ist das funktionell wichtigste Element, der Bewuchs und die Besiedlung dieser Oberfläche mit natürlichen, abwasserreinigenden Mikroorganismen wie Bakterien und verschiedenen anderen Einzellern, wesentlich wirksamer.

Der durch die einlagige Kugelanordnung zwischen den Platten ermöglichte freie Zutritt von Luftsauerstoff und Abwasser bis in den Zentralbereich des Rotors hinein und die vorgenannte ver­ größerte Oberfläche sind mit einer Effizienzsteigerung um ca. 30 % verbunden.

Die stufenlos regelbare, zugeführte Luftmenge bewirkt eine Dreh­ bewegung des Rotors von 0 bis 2 Umdrehungen/min ohne den Biofil­ terrasen durch Turbulenzen an der Wasseroberfläche zu schädigen. Für eine höhere Drehzahl wird der Getriebemotor zugeschaltet Der Auftriebsschub der Luft bleibt dabei stets bestehen und sorgt gleichzeitig in Kombination mit dem Getriebemotor insbe­ sondere für eine intensive Belüftung des Biofilterrasens und für den bei höherer Rotordrehzahl verstärkten Luftsauerstoffeintrag in das Abwasser.

Mit diesem erfindungsgemäßen, kombinierten Antrieb wird bei spe­ zifisch angepaßter Rotorgröße und maximal möglicher Biofilter­ leistung der gezielten Ansteuerung und Brechung von Lastspitzen und dem Abbau einer dauerhaft hohen Schmutzfracht bei relativ kurzer Verweildauer des Abwassers Rechnung getragen.

Außerdem wird durch die Drehbewegung des Rotors gleichzeitig eine horizontal und vertikal weiträumige Versorgung des Wassers mit Sauerstoff erreicht. Dies trägt in hohem Maß zur mikrobiel­ len Aktivierung des gesamten Beckens bei und unterbindet die Geruchsbelästigung. Auf den biologischen Sauerstoffbedarf bezo­ gen, werden je m³ Biorotor hohe Abbauraten erreicht. Dementspre­ chend gehen der chemische Sauerstoffbedarf eines Gewässers und dessen Stickstoff- und Phosphorbelastung erheblich zurück.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Fertigungskosten erheblich reduziert werden.

Der erfindungsgemäße Biorotor wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Platte,

Fig. 3 ein Schema der Anordnung der Hohlkugeln.

Der in Fig. 1 dargestellte Biorotor besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Rotorkörper 1, der aus einer Reihe nebenein­ anderliegender scheibenförmiger Platten 10, zwei seitlichen Endplatten 14 und zwischen den scheibenförmigen Platten 10 sowie den Endplatten 14 arretierten Hohlkugeln 13 aufgebaut ist. Die Endplatten 14 bilden den seitlichen Abschluß und dienen gleichzeitig der seitlichen Stabilität des Rotors.

In den Platten 10 und den Endplatten 14 ist zentral eine Bohrung 12 vorgesehen, die ein Zentralrohr aufnimmt durch das eine stäh­ lerne Antriebswelle 5 geführt ist. Diese Antriebswelle 5 ist mit je einem als Flansch 4 ausgebildeten Verbindungselement fest verbunden, das zentral auf der Außenseite der Endplatte 14 an­ geordnet ist.

Am äußeren Umfang der Platten 10 und der Endplatten 14 sind Bohrungen 11 vorgesehen, durch die Randrohre 2 hindurchgeführt werden, die parallel zum Zentralrohr laufen. Diese Randrohre 2 dienen sowohl der Stabilität als auch dem Antrieb und der Be­ lüftung des Rotors. Sie weisen deshalb entsprechende Bohrungen auf. Der lichte Abstand der Randrohre 2 zueinander ist geringer als der Durchmesser der Hohlkugeln 13. Fig. 2 zeigt die Anord­ nung der Bohrungen 11 und 12 einer Platte 10 für die Aufnahme der Randrohre 2 bzw. für das Zentralrohr der Antriebswelle 5.

In Fig. 3 ist ein Schema der Anordnung der Hohlkugeln 13 zwi­ schen den scheibenförmigen Platten 10 dargestellt. Die Hohlku­ geln 13 sind zwischen den Platten 10 bzw. einer Platte 10 und einer Endplatte 14 einlagig so angeordnet, daß sie untereinander und mit den Randrohren 2 kontaktieren. Damit ist ein schneller Luft-Wasser-Ausrausch um die Hohlkugeln 13 herum bis in den Zentralbereich des Rotors möglich.

Der indirekte, auftriebsbedingte Antrieb des Rotors erfolgt dadurch, daß Normalluft durch einen Motortauchverdichter über einen Druckschlauch 7 in einen unter dem Rotor mittels Halterun­ gen 6 angeordneten Antriebs- und Belüftungskörper 8 gepumpt wird, von dort im Abwasser aufströmt, in den Randrohren 2 auf­ triebsgemäß komprimiert wird und dadurch den Rotor in Bewegung setzt. Der Antriebs- und Belüftungskörper 8 ist auf der gesamten Oberfläche mit feinporigen Schlitzen 15 versehen, um das Ein­ dringen von Wasser und Verschmutzungen in den Antriebs- und Belüftungskörper 8 zu vermeiden.

Dieser indirekte Antrieb ist mit einem Direktantrieb durch einen Getriebemotor 3 ergänzt. Dazu ist der Getriebemotor 3 auf einem Ende auf die Antriebswelle 5 aufgesteckt und mit dieser fest verbunden. Die Kraftübertragung von der Antriebswelle 5 auf den Rotor erfolgt mittels des Flansches 4.

Wie bereits ausgeführt, bewirkt der indirekte Antrieb mit einer stufenlos regelbaren, zugeführten Luftmenge von 0 bis ca. 150 m³/Stunde eine Drehbewegung des Rotors von 0 bis 2 Umdrehungen/­ min. Für höhere Drehzahlen wird der Getriebemotor 3 zugeschal­ tet.

Die Halterungen 6 des Antriebs- und Belüftungskörpers 8 und der Getriebemotor 3 sind an einer gabelförmigen Haltevorrichtung 9 angebaut, die den Einbau des durch die Hohlkugeln 13 selbst­ schwimmfähigen, halbgetauchten Rotor an einem Steg oder einer Uferbefestigung problemlos macht.

Die Herstellung des Biorotors ist sehr zügig in der Weise mög­ lich, daß nach dem Einziehen des Zentralrohres und der Randrohre 2 in die Bohrungen 12 bzw. 11 einer Endplatte 14 und dem festen Verbinden der Rohre mit der Endplatte 14 im rechten Winkel, durch z. B. Verschweißen, eine einlagige Schicht Hohlkugeln 13 lückenlos auf diese Endplatte 14 gebracht wird. Danach wird die erste scheibenförmige Platte 10 mit ihren Bohrungen 12 und 11 über das Zentralrohr und die Randrohre 2 geschoben und gegen die bereits vorhandene Kugelschicht gebracht und in dieser Stellung mit den Rohren fest verbunden. Damit ist diese Kugelschicht arretiert. Die Randrohre 2 und das Zentralrohr verhindern ein seitliches Ausweichen der Hohlkugeln 13 und blockieren die Ku­ gelschicht nach außen. Es folgen wiederum eine Kugellage und eine Platte 10 und schließlich der Abschluß des Rotors durch die zweite Endplatte 14. Eine den jeweiligen Gegebenheiten anzupas­ sende Segmentanzahl und Rotorbreite ist problemlos möglich.

Der Biorotor besteht bis auf die stählerne Antriebswelle 5, die beiden seitlichen Lager sowie den Flanschen 4 vollständig aus dem umweltfreundlichen Polyethylen. Dabei weisen die scheiben­ förmigen Platten 10 eine Stärke von 2 mm und die Endplatten 14 eine Stärke von 10 mm auf.

Bezugszeichenliste

1 Rotorkörper
2 Randrohr
3 Getriebemotor
4 Flansch
5 Antriebswelle
6 Halterung
7 Druckschlauch
8 Antriebs- und Belüftungskörper
9 Haltevorrichtung
10 Platte
11 Bohrung
12 Bohrung
13 Hohlkugel
14 Endplatte
15 Schlitz.

Claims (5)

1. Biorotor für Abwasserentsorgung und Gewässersanierung mit einem Antrieb, bestehend aus einem mit Spezialhohlkugeln festgefüllten, halbgetaucht selbstschwimmfähigen und in einer Haltevorrichtung gelagerten Rotorkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (1) aus einer Reihe nebeneinander liegender scheibenförmiger Platten (10) sowie zwei den seitlichen Abschluß bildenden Endplatten (14) aufgebaut ist, zwischen denen Hohlkugeln (13) eine einlagi­ ge Schicht bilden und die durch die benachbarten Platten (10) oder Endplatten (14) arretierbar sind und am äußeren Umfang der Platten (10) und der Endplatten (14) Randrohre (2) vorgesehen sind, die durch die Platten (10) und die Endplatten (14) hindurchgeführt sind und die einen gerin­ geren, lichten Abstand aufweisen als der Durchmesser der Hohlkugeln (13) beträgt und dadurch die einlagigen Kugel­ schichten zwischen den Platten (10) und den Endplatten (14) in radialer Richtung blockieren.

2. Biorotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftübertragung von Antriebswelle (5) auf den Rotorkörper (1) die Endplatten (14) auf ihrer Außenseite einen als Flansch (4) ausgebildetes Verbindungselement aufweisen.

3. Biorotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb des Rotorkörpers (1) ein indirekter Antrieb mittels Luft sowie ein direkter Antrieb mittels Getriebemotor (3) vorgesehen ist.

4. Biorotor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als indirekter Antrieb ein sich über die gesamte Länge des Rotorkörpers (1) erstreckender und auf der gesamten Ober­ fläche mit feinporigen Schlitzen (15) versehener Antriebs- und Belüftungskörper (8) unterhalb des Rotorkörpers (1) angeordnet ist.

5. Biorotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als direkter Antrieb ein Getriebemotor (3) unmittelbar an der Antriebswelle (5) befestigt ist.