DE19841825C2 - Rotationskörpervorrichtung zur aeroben Behandlung von Abwasser und flüssigen organischen Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aeroben Behandlung von Abwasser und flüssi­ gen organischen Abfällen, bei der mittels einer rotierenden Vorrichtung Luft in Abwasser zwecks aerober biologischer Reinigung desselben eingetragen wird.

Bei der aeroben biologischen Reinigung von Abwässern erfolgt der Abbau von Schadstof­ fen durch Mikroorganismen. Hierbei werden in den Kläranlagen Mirkoorganismen als Be­ lebtschlamm oder biologischer Rasen, der sich an allen vom Abwasser benetzten Oberflä­ chen der Kläranlage bildet, genutzt.

Die Entwicklung der Mikroorganismen wird dabei durch Zuführung von Sauerstoff geför­ dert.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bestehend aus einem Behälter, in welchem das zu klären­ de Abwasser eingegeben wird und eine um eine waagerechte Achse rotierende Vorrich­ tung, die in das im Behälter befindliche Abwasser soweit eintaucht, daß die Achse der Vor­ richtung unter der Wasseroberfläche liegt und somit durch die Drehbewegung mittels der Vorrichtung Luft in das Wasser eingebracht wird.

Diese Vorrichtung wird mittels bekannter Antriebe in eine Drehbewegung versetzt und be­ steht aus in geringen Abstand axial nebeneinander angeordneten, durch Scheiben gebil­ dete Kammern.

Beim Betrieb der Vorrichtung bildet sich nach relativ kurzer Zeit auf den Seiten der umlau­ fenden Kammern und an den Gehäusewänden des Behälters der biologische Rasen, der aus Mikroorganismen besteht, der die im Wasser enthaltenen Schadstoffe umsetzt.

Die rotierenden Vorrichtungen bestehen hierbei aus mittels spiralförmig geformten Blechen gebildeten Schaufelrädern oder zwischen zwei Scheiben rotierenden spiralförmig ausgebildeten Flügeln bzw. Flügel­ rädern.

Die hiermit erzielten Ergebnisse sind jedoch uneffektiv.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die aus durch zwei Scheiben gebildete Kammern bestehen.

Durch die DE 29 52 691 ist eine solche Vorrichtung bekannt geworden, bei der radial Kammern angeordnet sind, die aus zwei Scheiben bestehen, die formschlüs­ sig mit der Achse verbunden sind, wobei eine der Scheiben mit spiralförmig angeordneten Auswölbungen versehen ist und die andere Scheibe beim Auflegen auf die erstere diese spiralförmigen Vertiefungen abdeckt, die jedoch auch als gegensinnig gestaltete Scheibe ausgebildet sein kann, so daß sich bei beiden Varianten durch radial hintereinander ange­ ordneten Scheiben jeweils entsprechend der Drehbewegung der Achse große Eintrittsöff­ nungen gegenüber kleineren Austrittsöffnungen ergeben und somit Luft in das Wasser ein­ getragen wird, welche durch die unterschiedlichen Ein- und Austrittsöffnungen verdichtet und in Richtung auf die Austrittsöffnung beschleunigt und hierdurch Sauerstoff an die Flüssigkeit abgegeben wird. Vorrichtungen dieser Art sind jedoch nicht ausreichend wirk­ sam.

Im weiteren sind Vorrichtungen bekannt geworden (DE OS 31 40 372), die eine ebenfalls waagerecht antreibbare Welle in einem Becken und mit einer Mehrzahl von in Umfangs­ richtung und axial hintereinander angeordneten, mit der Welle umlaufenden Kammern bestehen, wobei jede Kammer von im wesentlichen radial verlaufenden Scheiben und von eingeprägten Stegen zwischen den Scheiben begrenzt ist, wobei jede Scheibe auf ihren beiden Seiten Stege aufweist, wobei jeder Steg in einem Teilabschnitt im wesentlichen ra­ dial nach außen und in seinem äußeren Bereich im wesentlichen in Drehrichtung verläuft und wobei im zusammengebauten Zustand die einander zugewandten Stege benachbarter Scheiben aneinander anliegen.

Bei dieser Vorrichtung bilden die Scheiben mit dem Bewuchskörper mit dem Flansch, der in der Eintauchstellung im äußeren Bereich nach unten gerichtet ist, eine Kammer, welche Luft unter die Wasseroberfläche befördert und dabei für eine Belüftung des Abwassers sorgt.

Dieser Vorrichtung haftet der Nachteil an, daß Herstellung und Montage der Scheiben schwierig und umständlich und ein hoher Materialbedarf erforderlich ist. Zur exakten Ausrichtung benachbarter Scheiben müssen dieselben mit Buchsen auf zuge­ hörigen Abstandskörpern geführt sein und die miteinander fluchtenden Buchsen benach­ barter Scheiben in Dichtberührung aneinander gebracht werden, was einen erhöhten Mon­ tageaufwand erfordert.

Durch DE 34 11 865 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der zur Bildung von umlau­ fenden Kammern radial verlaufende Scheiben mit Stegen zur Begrenzung der Kammern verwendet werden, wobei zur Bildung eines Steges auf der dem Steg abgewandten Seite der Scheibe eine Vertiefung in der Scheibe angebracht ist und die Stege auf der einen Sei­ te einer Scheibe gegenüber den Stegen auf der anderen Seite dieser Scheibe um einen bestimmten Drehwinkel α angeordnet sind.

Bei dieser Vorrichtung besteht eine Scheibe somit aus auf beiden Seiten der Scheiben an­ geordneten Stegen, die flächig über das entsprechende Scheibenniveau hinausstehen. Die einzelnen Stege werden durch von der den Stegen abgewandten Seite jeder Scheibe in die Scheibe eingebrachte Vertiefung gebildet. Jede Scheibenseite weist damit sowohl Po­ sitiv- als auch Negativabdrücke der Stege auf.

Die Scheibe selbst besteht aus einer glatten dünnen Kunststoffplatte, die durch entspre­ chende Kunststoffpreßform zur Stegbildung verformt ist.

Durch die aufeinanderliegenden Stege benachbarter Scheiben werden so wieder Kam­ mern gebildet, in denen das Wasser zwangsgeführt und Luft aufgenommen und in der Kammer in Richtung Achse geführt wird. Sie wird bei dieser Ausführung durch die Stege in eine Hohlwelle geleitet und zwangsgeführt an vorbestimmten Öffnungen ausgelassen.

Bei der Anwendung derartiger Vorrichtungen ist zwar kein zusätzlicher Aufwand bei der La­ gerhaltung der jeweiligen Scheiben erforderlich, aber bei der Montage sind nebeneinander­ liegende Scheiben zueinander um einen Drehwinkel versetzt zu positionieren. Zum ande­ ren weist die Vorrichtung eine Hohlwelle auf, durch welche das zugeführte Wasser abgelei­ tet wird, deren Herstellung außerordentlich kostenerhöhend ist. Insbesonders bei der de­ zentralen Abwasserbehandlung kleiner Abwassermengen, z. B. im häuslichen Bereich, er­ schweren die hohen Kosten die Anwendung der bisherigen Lösungen.

Alle bekannten Vorrichtungen weisen Kammern zum Eintrag von Luft und Wasser auf, so daß insbesondere aufwendige technische Maßnahmen zum Austrag des Wassers aus der Kammer erforderlich sind. Der Austrag des Wassers ist notwendig, da sonst Teile dessel­ ben in der Kammer verbleiben und unerwünschte und unkontrollierbare biologische Ef­ fekte bewirken.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur aeroben Behandlung von Abwasser und flüssigen organischen Abfällen zu schaffen, die eine hohe funktionelle Effektivität bei geringstem Material- und Montageaufwand aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die auf einer angetriebenen Welle rotierende Vorrichtung, die aus axial nebeneinander angeordneten Scheiben besteht, zwischen den Scheiben halbkreisförmig gebogene Schaufeln zentrisch zur Achsmitte der Scheibe angeordnet, aufweist.

Zur Optimierung des Lufteintrages werden vorzugsweise mindestens zwei halbkreisförmig gebogene Schaufeln verwendet, die sowohl paarweise zentrisch zueinander als auch zentrisch zur Achsmitte der Scheiben auf jeweils unterschiedlichen Radien derselben an­ geordnet sind.

Die auf dem äußeren Radius der Scheiben angeordnete Schaufel weist einen größeren Biegeradius und einen größeren Zentriwinkel auf, als die auf dem inneren Radius angeord­ nete Schaufel. Damit liegt die auf dem inneren Radius angeordnete Schaufel im Inneren der größeren Schaufel mit gleichbleibendem radialen Abstand zu derselben, um Verwirbe­ lungen zu vermeiden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die äußere Schaufel, an dem der Außenseite der Scheibe zugewandten Ende geradlinig verlängert, um einen maximalen Lufteintrag durch frühzeitiges Eintauchen in das Wasser zu ermöglichen.

Desweiteren besitzt die auf dem äußeren Radius angeordnete Schaufel an ihrem der Scheibenmitte zugewandten Seite am Ende ihrer Biegung eine Verlängerung mit einem gegensinnig gebogenen Schaufelende mit größerem Radius, um den Luftaustritt zu verzö­ gern.

Zur Verzögerung des Luftaustrittes ist das der Scheibenmitte zugewandten Ende der in­ nenliegenden, kleineren Schaufel radial über den Halbkreis hinaus um einen Winkel β (maximal 40°) verlängert.

Die zwischen den Scheiben angeordneten Schaufeln sind durch Kleben, Schweißen, Warmverformen, Schrauben oder Stifte an den Scheiben befestigt.

Die Oberfläche der Schaufeln ist durch Längs- und/oder Querrillen vergrößert.

Für eine andere Anordnung der Schaufeln durch formschlüssige Aufnahme derselben weisen die Scheiben in Abständen zentrisch zur Achsmitte radial angeordnet, adäquat der jeweiligen Form der Schaufeln Vertiefungen auf, in welche die Schaufeln so zwischen zwei Scheiben eingelegt sind. Die Vertiefungen der Scheiben sind dabei auf zwei gegenü­ berliegenden, die Schaufeln aufnehmenden Scheiben, jeweils spiegelbildlich anzuordnen. Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung wird ein Rotationskörper, bestehend aus zwei spie­ gelbildlich gestalteten Scheiben mit darin formschlüssig angeordneten Schaufeln gebildet und bei Anordnung mehrerer solcher Rotationkörper hintereinander ist zwischen densel­ ben ein Distanzstück auf der Welle einzufügen.

Zwecks Vermeidung von jeweils zwei, wie vorhergehend beschrieben unterschiedlichen Scheiben zur Bildung eines solchen Rotationskörpers sind auf jeder Seite einer Scheibe Vertiefungen angebracht, die jeweils zu den Vertiefungen auf der anderen Seite wechsel­ weise um einen Winkel α/2 versetzt angeordnet sind, der dem Winkel eines Vollkreises divi­ diert durch die Anzahl der auf der Scheibe angeordneten Vertiefungen entspricht. Die Form der Vertiefungen jeder Seite einer Scheibe entspricht dabei der Form der einzusetzenden Schaufeln und ist spiegelbildlich den Vertiefungen der gegenüberliegenden Seite der be­ nachbarten Scheibe.

Durch die um den Drehwinkel versetzte Anordnung der Vertiefung auf der anderen Seite, ist es möglich, einheitliche gestaltete Scheiben zur Bildung eines längeren Rotationskör­ pers, der aus mehreren gleichen Scheiben mit zwischenliegenden Schaufeln besteht, zu verwenden.

Eine optimale Lösung der Erfindung ergibt sich bei Verwendung lediglich einer Scheibe auch, wenn in den Scheiben den Schaufelformen adäquate Schlitze angeordnet sind, in welche die Schaufeln eingesteckt werden. Die Schlitze der Scheiben können hierbei, so­ fern nicht nebeneinander liegende Schaufelkörper miteinander verbunden werden, auch um einen Drehwinkel wie bei der vorhergehenden Ausführung beschrieben, versetzt ange­ ordnet sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein kompakter Rotationskörper, bestehend aus mehreren hintereinander auf der Welle in Abständen angeordneten, entsprechend den Schaufelformen geschlitzten Scheiben, gebildet werden, wenn der Länge des Rotations­ körpers entsprechende Stangen, die in ihrem Querschnitt die jeweilige Schaufelform auf­ weisen, in die entsprechend der Schaufeln geformten Schlitze der Scheiben eingesteckt sind und so mehrere Scheiben auf diese Stangen aufgesteckt einen Rotationskörper bil­ den.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Rotationskörper mit darin angeordneten Schaufeln

Fig. 1a denselben in Schnittdarstellung, wobei mehrere Rotationskörper auf einer Welle angeordnet sind

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Schaufeln 3 und 4

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Schaufeln jeweils um ei­ nen Drehwinkel versetzt auf den beiden Seiten der Schaufeln im Schnitt darge­ stellt sind

Fig. 3a und 3b zeigen weitere Ansichten diese Ausführungsbeispieles

Fig. 4 zeigt einen kompakten Rotationskörper

In einem nicht dargestellen Behandlungsbehälter, in welchen das Abwasser eingeleitet wird, ist auf einer ebenfalls nicht dargestellen, im Behälter waagerecht angeordneten und in bekannter Art und Weise angetriebenen Welle eine rotierende Vorrichtung angeordnet, die aus axial nebeneinander angeordneten, schaufelradähnlichen Rotationskörpern 1 be­ steht.

Die Rotationskörper sind dabei von zwei Scheiben 2 gebildet, zwischen welche jeweils halbkreisförmig gebogene Schaufeln 3 und 4 paarweise zentrisch zur Achse und in jeweils gleichem Abstand zueinander als auch zur Achsmitte der Scheiben angeordnet sind. Die Schaufeln 3 und 4 befinden sich damit auf unterschiedlichen Radien der Scheibe.

Sie weisen unterschiedliche Biegeradien auf, die Schaufel 4 einen kleineren als die Schau­ fel 3. Die Schaufel 4 besitzt zweckmäßigerweise auch einen kleineren Zentriwinkel und ist zentrisch zur Schaufel 3 mit Abstand in bzw. unter derselben angeordnet.

Die Schaufel 3 ist an dem der Außenseite der Scheibe 2 zugewandtem Ende geradlinig verlängert und ermöglicht so einen maximalen Lufteintrag durch frühes Eintauchen in das Wasser.

Im weiteren besitzt die Schaufel 3 an ihrer anderen, der Scheibenmitte zugewandten Sei­ te am Ende ihrer Biegung eine Verlängerung mit einem gegensinnig gebogenen Schaufe­ lende mit größerem Radius. Hierdurch wird bei der Drehung der Rotationskörper der Aus­ tritt der Luft verzögert. Eine weitere Verzögerung des Luftaustrittes ist auch durch die in­ nenliegende Schaufel bewirkt, indem das der Scheibenmitte zugewandte Ende der Schau­ fel radial um einen Winkel β (maximal 40°) verlängert ist.

Die Scheiben 2 besitzen entsprechend den für die Schaufeln 3 und 4 erforderlichen vorge­ geben Abständen zueinander und zur Achsmitte der Scheiben und entsprechend ihrer Ma­ terialstärke, Vertiefungen für die Aufnahme der Schaufeln 3 und 4, die so in diesen Vertie­ fungen der Scheibe seitlich formschlüssig gehalten sind und gleichzeitig eine Abdichtung an diesen Schaufelseiten bewirken.

Jeweils zwei spiegelbildlich geformte Schaufeln bilden dabei einen Rotationskörper. Bei Anordnung mehrerer solcher Rotationskörper auf einer Welle sind zwischen dieselben je­ weils Distanzstücke eingefügt.

Zwecks einheitlicher Gestaltung der Scheiben sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in jeder Seite der Scheibe 9 Vertiefungen angeordnet, und zwar in jeweils einem Winkel von 40° angeordnet, 9 Vertiefungen auf der anderen Seite um einen Winkel von 20° ver­ setzt, ebenfall im Winkel von 40° zueinander angeordnet sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung weisen alle Scheiben eine einheitliche Form auf und durch Aneinanderreihen auf der Welle kann ein beliebig langer Rotationskörper ge­ staltet werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich eine optimale Lösung da­ durch erzielen, daß in den Scheiben den Schaufelformen adäquate Schlitze angeordnet sind, in welche die Schaufeln eingesteckt werden und beispielsweise stirnseitig durch Stifte mit einander verbunden sind.

Ein kompakter Rotationskörper, Fig. 4 mit mehreren hintereinander auf der Welle in Ab­ stand angeordneten Scheiben läßt sich bei Verwendung von Profilstangen, die im Quer­ schnitt die Form der Schaufel aufweisen und deren Länge der jeweils gewünschten Länge des herzustellenden Rotationskörpers entspricht, herstellen, in dem die die jeweiligen die Schaufelform aufweisenden Stangen in die adäquat geformten Schlitze der Scheiben ein­ gesteckt sind und so mehrere Scheiben aufgesteckt auf die Stangen einen kompakten Ro­ tationskörper bilden.

Die Schaufeln 3 und 4 sind z. B. Kunststoffspritzteile, in deren Oberfläche zwecks Vergrö­ ßerung derselben Längs- und/oder Querrillen angeordnet sind, so daß sich eine pyrami­ denförmige und damit Oberflächenvergrößerung für den Bewuchs ergibt. Mit einer solchen Oberflächengestaltung wird gleichzeitig die Stabilität der Schaufelkörper erhöht.

Dadurch, daß die Unterkante der Schaufel 3 mit ihrer Verlängerung als erste in die Was­ seroberfläche eintaucht und die Unterkante der Schaufel 4 zeitlich versetzt als zweite, er­ folgt mit diesen zwei nacheinader erfolgenden Eintauchvorgängen ein maximaler Luftein­ trag.

Der Luftaustritt aus der Schaufel erfolgt aufgrund der seitlichen Begrenzung der Scheiben erst nach Erreichen einer Stellung von 30° vor dem Tiefpunkt der Drehbewegung der Schaufel 3, während der Luftaustritt aus der Schaufel 4 erst nach Erreichen des Tiefpunk­ tes erfolgt. Damit wird ein maximaler Lufteintrag erzielt, die Luft zeitlich maximal im Abwas­ ser gehalten, was durch eine geringe Rotation des Drehkörpers von etwa einer Umdrehung pro Minute noch verstärkt wird.

Die Luft steigt erst ab Erreichen der vorgenannten Stellungen über die Kanten der Schau­ feln perlend in Form winziger Luftbläschen aus dem Wasser auf und zwar über ein längeren Zeitraum, was durch den schrittweisen Luftaustritt entsprechend der Drehbewegung des Rotationskörpers bewirkt wird.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schaufeln und Anordnung dersel­ ben in einem Rotationskörper ist ein maximaler Luft- und Sauerstoffeintrag, eine hohe Effi­ zienz der Vorrichtung und eine okönomische Herstellung durch Einsatz von wenigen Bau­ teilen bei einfacher Montage möglich.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Schaufelenden sägezahnförmig gestaltet und es werden die Scheiben mit kleinen Löchern versehen, durch welche die Luft in kleine Perlen aufgelöst wird.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur aeroben Behandlung von Abwasser und flüssigen organischen Abfällen, bestehend aus einem Behälter und einem auf einer angetriebene Welle angeordneten rotierenden Vorrichtung, die aus axial nebeneinander angeordneten Scheiben besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zwi­ schen den Scheiben (2) halbkreisförmig gebogene Schaufeln (3, 4) zentrisch zur Achsmitte der Schei­ be angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei halbkreisförmig gebogene Schaufeln (3, 4) sowohl paarweise zentrisch zueinander als auch zentrisch zur Achsmitte der Scheiben auf jeweils unterschiedlichen Radien derselben angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem äußeren Radius an­ geordneten Schaufeln (3) einen größeren Biegeradius als die auf dem inneren Radius angeordneten Schaufeln (4) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem äußeren Radius an­ geordneten Schaufeln (3) einen größeren Zentriwinkel als die auf dem inneren Radius angeordneten Schaufeln (4) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem äußeren Radius an­ geordnete Schaufel (3) an dem der Außenseite der Scheibe zugewandten Ende geradlinig verlängert ist.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem äußeren Radius an­ geordnete Schaufel (3) an ihrem, der Scheibenmitte zugewandten Seite, am Ende ihrer Biegung einer Verlängerung mit einem gegensinnig gebogenen Schaufelende mit einem größeren Radius aufweist.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der auf dem inneren Radius angeordneten, dem der Scheibenmitte zugewandte Ende der Schaufel (4) radial um einen Winkel β über den Halbkreis hinausgehend verlängert ist.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln durch Kleben, Ver­ schrauben, Verstiften, Schweißen, Warmverformen zwischen den Scheiben befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Scheiben zentrisch zur Achsmitte derselben radial angeordnete, spiegelbildliche Vertiefungen aufweisen und die Schau­ feln formschlüssig in diese Vertiefungen eingelegt sind und einen Rotationskörper bilden, wovon meh­ rere mittels Distanzstücken auf einer Welle hintereinander gereiht sind.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe auf jeder ihrer Sei­ ten Vertiefungen aufweist, die jeweils im Verhältnis zu den Vertiefungen auf der anderen Seite um ei­ nen durch die Anzahl der auf der Scheibe angeordneten Vertiefungen in einem Winkel dividiorbar, versetzt angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben den Schaufelfor­ men adäquate Schlitze aufweisen, in welche die Schaufeln eingesteckt sind.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Schlitze der Scheiben eingesteckten Schaufelenden jeweils durch Stifte miteinander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzten Scheiben auf der Schaufelform adäquat geformte Stangen, die der jeweils gewünschten Länge des Rotations­ körpers entsprechen, aufgesteckt sind.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Schaufeln mit Längs- und/oder Querrillen versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelenden sägezahnförmig ge­ staltet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben mit kleinen Löchern verse­ hen sind, durch welche die Luft in kleine Perlen aufgelöst wird.