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Vorrichtung und Verfahren zum Belüften von Abwasserschlamm.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Belüften
von Abwasserschlamm, insbesondere zum Durchmischen und Belüften von Abwässern aus
landwirtschaftlichen Betrieben o.ä.
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Die Abwässer eines landwirtschaftlichen Betriebes werden in der Regel
in Gruben, Tanks o.ä. gesammelt, um anschließend als Dünger auf den Feldern ausgestreut
zu werden. Solche Abwässer, z.B. Gülle, verbreiten jedoch unangenehme Gerüche und
erzeugen geruchsbelästigende Abgasprodukte. Eine Abhilfe und eine Aufbereitung des
Abwasserschlammes kann durch eine gute Durchmischung und Belüftung der Abwässer
in den Abwässerbecken erreicht werden, doch liefern hierfür die bestehenden Vorrichtungen
keine befriedigenden Ergebnisse, zumal wenn es
sich bei den Abwässern
um den stark eingedickten Abwasserschlamm aus landwirtschaftlichen Betrieben handelt.
Der Abwasserschlamm kann zwar zur Verbesserung der Viskosität mit Wasser verdünnt
werden, doch erfordert dies wieder größere Container zur Aufnahme des verdünnten
Materials.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Durchmischen und Belüften relativ stark eingedickten Abwasserschlamms zu schaffen,
um so die aerobischen Abbaubedingungen in dem Abwasserschlamm zu verbessern.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vermittels einer in einem
Rohrgehäuse rotierenden Förderschnecke Luft über eine der Atmosphäre zugänglichen
Eintrittsöffnung in das Gehäuse eingesaugt und über eine in den Schlamm eingetauchte
Austrittsöffnung wieder ausgedrückt. Dabei kann zugleich Schlamm in das Rohrgehäuse
mit eingesaugt werden, von dem ein Teil über die Austrittsöffnung wieder abgegeben
wird und der andere Teil in dem Gehäuse verbleibt und an der Innenwandung einen
Strudel bildet. Die Förderschnecke wird vorzugsweise mit Umdrehungen zwischen 250
- 2000 pro Minute rotiert.
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Bei einer zweckmäßigen Ausbildung der erfindungsgemäBen Vorrichtung
ist die Förderschnecke zweigeteilt mit gegenläufiger Schneckensteigung. Das Rohrgehäuse
besitzt in dem Bereich, in dem der eine Teil der Förderschnecke mit dem anderen
Teil zusammenstößt, eine gemeinsame Austrittsöffnung für beide Teile. In den von
der Austrittsöffnung entfernt gelegenen Enden des Rohrgehäuses sind Öffnungen als
Eintrittsöffnungen angeordnet. Durch solch eine Ausbildung der Vorrichtung kann
ein besonders gutes Durchmischen und Einbringen von Luft bzw. Sauerstoff in zähflüssige
Abwasserschlämme erreicht werden.
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Alternativ kann ebenso eine Förderschnecke mit gleichlaufender Fördersteigung
benutzt werden, die in einem Rohrgehäuse mit an gegenüberliegenden Enden vorhandenen
Eintritts- und Austrittsöffnungen angeordnet ist.
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Es ist vorteilhaft, die Fördereinrichtung in einem Schlammbecken so
anzuordnen, daß sie von einer Traverse oberhalb des Schlammbeckens getragen ist,
wobei dann die Traverse und/oder die Fördereinrichtung relativ zum Schlammbecken
bewegbar ist.
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Der Antrieb für die Bewegung der Traverse und/oder der Fördereinrichtung
kann zweckmäßigerweise durch die Reaktionskraft auf das Drehmoment des Motors zum
Rotieren der Förderschnecke und durch die Gegenkraft beim Ausstoßen des Schlammes
aus der Fördereinrichtung gegeben sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele
beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind: Fig. 1 zeigt in schematischer
Darstellung einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Erfindung Fi 3 zeigt schematisch die Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig.
2 in Kombination mit einer Quertraverse und Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung
eine Vorrichtung, die entlang einem Träger bewegbar ist.
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Gemäß Fig. 1 besteht die Vorrichtung zum Vermischen und Belüften von
Abwasserschlamm aus einer rotierbaren Welle 10, die eine spiralförmig ausgebildete
Transportschnecke 11 trägt. Die Welle 10 wird vermittels des Motors 12 angetrieben,
wobei die Drehrichtung des Motors umkehrbar ist. Die Transportschnecke 11 ist von
einem Rohrgehäuse 13 umgeben, an dessen unteren Ende ein Haltebügel 14 angeordnet
ist, der ein Lager (nicht dargestellt) zur Lagerung des unteren Endes der Welle
10 trägt.
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Die gesamte Vorrichtung ist in einem Schlammbehälter 15 angeordnet,
dessen Oberflächenspiegel mit der Bezugsziffer 16 versehen ist. An dem unteren Ende
des Rohrgehäuses 13 ist eine Öffnung 17 ausgebildet, die in Abhängigkeit von der
Drehrichtung der Welle 10 als Eintritts- oder Austrittsöffnung dient. An dem oberen
Ende des Rohrgehäuses ist eine Öffnung 18 vorgesehen, die in gleicher Weise je nach
Drehrichtung der Welle 10 als Eintritts- oder Austrittsöffnung dient.
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Oberhalb der Öffnung 18 kann eine Ablenkplatte 20 angeordnet sein,
die im wesentlichen konkav in Art einer Scheibe ausgebildet ist. Werden bei entsprechender
Drehrichtung der Welle die Abwässer nach oben über die Öffnung 18 aus dem Rohrgehäuse
13 ausgestoßen, dann dient die Platte 20 zum Ablenken der Abwässer in radialer Richtung
und leicht geneigt in Richtung des Oberflächenspiegels 16. Auf diese Weise wird
der Abwasserschlamm aufgelockert und die einzelnen Masseteile der Luft ausgesetzt,
wodurch der Sauerstoffgehalt in dem Abwasser erhöht und die aerobischen Abbaubedingungen
in dem Abwasserschlamm verbessert werden. Gleichzeitig wird eine gute Durchmischung
des Abwasserschlammes in dem Becken erreicht.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet normalerweise mit einer Drehrichtung
der Welle, bei der Luft durch die Öffnung 18 in dem oberen Ende des Rohrgehäuses
eingesaugt und über die Öffnung 17 in den Abwasserschlamm eingedrückt wird. Es handelt
sich hier um die alternative Betriebsart zu der vorbeschriebenen Betriebsweise,
bei der Abwasserschlamm gegen die Ablenkplatte 20 ausgestoßen wird.
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Die Ablenkplatte 20 kann auch mit einer größeren Krümmung ausgebildet
sein. Eine weitere Modifikation besteht darin, daß die in radialer Richtung außenliegenden
Kanten der Ablenkplatte nur einen geringen Abstand zum Oberflächenspiegel 16 des
Schlammbeckens haben. Bei dieser Anordnung wird eine noch weiter gesteigerte Belüftung
des Abwasserschlammes erreicht, da die äußeren Kanten der Platte 20 eine-Art Saugdüseneffekt
erzeugen, wodurch eine größere Menge Luft von dem Abwasserschlamm mitgerissen wird,
wenn dieser über die untere Oberfläche der Ablenkplatte 20 strömt.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum
Belüften von Abwasserschlamm zeigt eine Welle 21, die mit zwei Förderschnecken-Teilen
22 und 23 ausgerüstet ist. Die Teile 22 und 23 liegen sich auf der Welle 21 gegenüber.
Ein rohrförmiges- Gehäuse, das ebenfalls in zwei Teilbereichen 24 und 25 ausgebildet
ist, umgibt mit seinem einen Teil 24 den Förderschnecken-Teil 22 und mit seinem
Teil 25 den Förderschnecken-Teil 23.
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Die Welle 21 wird vermittels des Motors 26 angetrieben, wobei wieder
die Drehrichtung des Motors umkehrbar ist.
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Das untere Ende der Welle 21 ist in einem Lager (nicht dargestellt)
gehalten, das sich in dem Haltebügel 27 befindet, der an dem Rohrgehäuse-Teil 25
befestigt ist.
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An dem unteren Ende des Gehäuseteils 25 ist eine Öffnung 28 vorhanden.
Das obere Ende des Gehäuseteils 24 besitzt die Öffnung 29. In dem Bereich, in dem
die Gehäuseteile 24 und 25 zusammenstoßen, befindet sich die Öffnung 30. Hier befindet
sich auch die Trennscheibe 32, die auf der Welle 21 zwischen den Förderschnecken-Teilen
22 und 23 angeordnet ist. Die gesamte Vorrichtung ist so in ein Abwasserbecken 33
eingetaucht, daß sich der Oberflächenspiegel 34 etwas oberhalb der unteren Kante
der Öffnung 29 befindet.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird bei der gegebenen Drehrichtung der
Welle 21 Luft über die Öffnung 29 vermittels des Förderschnecken Teil 22 in den
Gehäuseteil 24 eingesaugt.
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Zur gleichen Zeit wird Abwasserschlamm durch die Öffnung in den Gehäuseteil
25 eingesogen. Die Luft und der Abwasserschlamm werden aus ihren entsprechenden
Gehäuseteilen durch die Öffnung 30 gemeinsam wieder ausgestoßen, wobei die Trennscheibe
32 die Luft und den Abwasserschlamm zwangsweise in radialer Richtung zu der Welle
21 ablenkt. Durch diese Arbeitsweise wird eine nach unten gerichtete Strömung in
dem Abwasserbecken erreicht, die der natürlichen Aufwärtsbewegung der in dem Abwasser
mitgeführten Luftblasen entgegenwirkt. Die vermittels der Vorrichtung erreichbare
Tiefenwirkung der Belüftung hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich
der Fördercharakteristik der Vorrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit der Förderschnecke.
Die Tiefenwirkung kann jedoch grundsätzlich dadurch verbessert werden, wenn ein
Anteil des Abwassers über die Öffnung 29 in das Rohrgehäuse gelangt.
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Die Gehäuseteile 24 und 25 sind durch geeignete konstruktive Mittel
(nicht dargestellt) miteinander verbunden, ohne daß dadurch die radiale Strömung
des Abwassers und die radiale Strömung der Luft durch die Öffnung 30 behindert wird.
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Eine alternative Betriebsweise der Vorrichtung wird dann erreicht,
wenn sich der Oberflächenspiegel des- Abwassers unterhalb der Öffnung 30 befindet
und wenn die Welle 21 so rotiert wird, daß Luft über die Öffnung 30 in den Gehäuseteil
25 eintritt und über die Öffnung 28 in den Abwasserschlamm gedrückt wird. Bei einer
Umkehrung der Drehrichtung der Welle wird bei dieser Betriebsart das Abwasser hochgepumpt
und eine gute Durchmischung des Abwasserschlammes erreicht.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 bewirkt
die Förderschnecke, sofern sie Luft ansaugt und diese in den Abwasserschlamm eindrückt,
zunächst ein Auspumpen des Abwasserschlammes aus dem Rohrgehäuse, wodurch zwischen
dem Einlaß und dem Auslaß ein Hohlraum entsteht, der sich mit Luft füllt. Danach
erzeugt die Förderschnecke an der Innenwandung des Gehäuses einen Abwasserwirbel,
der sich ausgehend von der Austrittsöffnung in Richtung des Gehäuses erstreckt.
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Das untere Ende des Abwasserwirbels ist in Höhe der Austrittsöffnung
angeordnet, so daß die Luftsäule, die das Zentrum des Wirbels ausfüllt, bis an die
Austrittsöffnung heranreicht. Aus dieser Luftsäule werden dann Luftblasen abgezweigt
und über die Austrittsöffnung in den Abwasserschlamm ausgedrückt. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 wird das Austragen der Luftblasen durch das Auspumpen des Abwassers
aus dem Gehäuseteil 23 unterstützt.
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Die genaue konstruktive Ausführung des Schneckenförderers beider Ausführungsbeispiele
kann entsprechend bereits bekannter Schneckenförderer oder Schneckengangpumpen gewählt
werden, jedoch sind die Dimensionen kleiner zu halten, da bei der Vorrichtung gemäß
der Erfindung nur eine verringerte Pumpleistung erforderlich ist. Vermittels der
erfindungsgemäßen Vorrichtungen
kann eine Belüftung von Abwasserschlamm
bis zu einer Tiefe von 7 - 8 Metern unterhalb des Oberflächenspiegels erreicht werden,
wobei nur eine relativ geringe Antriebsleistung erforderlich ist.
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In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Vorrichtung zum Belüften von Abwasserschlamm
gemäß Fig. 2 in zweckmäßiger Weise an einer Traverse 36 befestigt sein kann, die
mit jedem Ende auf dem oberen Rand des kreisrunden oder rechteckigen Abwasserbeckens
33 vermittels Räder 37 aufgestützt ist, so daß die Quertraverse 36 relativ zu dem
Abwasserbecken bewegt werden kann, wodurch sich die Position der Belüftungsvorrichtung
in dem Becken ändert.
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Darüber hinaus kann auf der Quertraverse ein Laufwagen (vergl.
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Fig. 4) angeordnet sein, der entlang der Traverse bewegbar ist und
die erfindungsgemäße Vorrichtung trägt. In ähnlicher Weise kann natürlich auch die
Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Abwasserbecken montiert sein, so daß Positionsänderungen
möglich sind. Es ist vorteilhaft, wenn zum Bewegen der Vorrichtung in dem Becken
die Reaktionskraft des Motor-Drehmomentes ausgenutzt wird.
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Alternativ zu der vorbeschriebenen Quertraverse 36 kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch an einem Zentralmast verschwenkbar befestigt sein.
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Bei dem in Fig, 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Belüften von Abwasserschlamm vermittels des Laufwagens 39 gehalten.
Der Laufwagen stützt sich vermittels der Räder 40 auf dem Träger 41 ab, der oberhalb
des Abwasserbeckens angeordnet ist. Der Antrieb des Laufwagens 39 entlang der Trägerbahn
41 erfolgt durch die Reaktionskraft, die auf die Vorrichtung durch das Ausstoßen
des Abwassers ausgeübt wird. Auf diese Weise kann durch einfache periodische Umkehr
der Drehrichtung der Förderwelle die Vorrichtung von einer Seite
zur
anderen Seite des Abwasserbeckens bewegt werden. Auf die Bewegung kann durch die
Neigung Einfluß genommen werden, die die Rotationsachse der Welle zur Vertikalen
besitzt und die für die Ausstoßrichtung des Abwasserschlamms aus der Austrittsöffnung
42 bestimmend ist.
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Die Rotationsgeschwindigkeit der Förderschneckenwelle wird zweckmäßigerweise
zwischen 250 und 2000 U/min in Abhängigkeit von der Konsistenz des Abwassers und
der Fördercharakteristik der Vorrichtung gewählt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insbesondere dann
gegeben, wenn die Vorrichtung zum Durchmischen und Belüften relativ zähflüssiger,
unverdünnter Abwässer aus landwirtschaftlichen Betrieben, Viehhaltungsbetrieben
o.ä. benutzt wird. Natürlich ist die Anwendungsmöglichkeit auch bei anderen Abwässern,
z.B. Industrieabwässern, gegeben. Grundsätzlich verbessert die erfindungsgemäße
Vorrichtung die aerobischen Aufbereitungsbedingungen innerhalb des Abwassers und
verhindert die Entstehung von anaerobischen Produkten. Sie kann auch zur Unterstützung
der aerobischen Aufbereitung von Abfallmaterialien eingesetzt werden.
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Die Arbeitsergebnisse der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind zudem
begünstigt durch die Fähigkeit der Vorrichtung, das Untermischen kleiner Luftblasen
in dem Abwasser zu fördern. Viele kleine Luftblasen vergrößern die Kontaktfläche
zwischen der Luft und dem Abwasser. Zudem verbleiben bei Benutzung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die Luftblasen relativ lange in dem Abwasser. Dies wird durch die nach
unten gerichtete Strömung des Abwassers erreicht, die die in das Abwasser eingebrachten
Luftblasen mitreißt.