DE3208025A1

DE3208025A1 - Vorrichtung zur begasung oder belueftung und/oder umwaelzung von bzw. erzeugung von stroemungen in fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3208025A1
Application number: DE3208025A
Authority: DE
Inventors: Helga Lind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-12
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-09-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung oder Belüftung und/oder Umwälzung von bzw. Erzeugung von Strömungen in Flüssigkeiten, insbesondere in Belebungsbecken zur biologischen Reinigung von Abwässern mit wenigstens einer durch wenigstens ein Antriebsaggregat antreibbaren Welle, an deren freiem, in die Flüssigkeit eintauchenden Ende wenigstens ein Propeller angeordnet ist, durch dessen Steigung in Fortsetzungsrichtung der Welle eine Strömung erzeugbar und bei gleichzeitiger Begasung das eingetragene Gas (bspw. Luft) feinblasig verteilbar ist, wobei eine oder mehrere Gas- bzw. Luftzuführungsleitungen im Bereich des Propellers enden, durch die Gas (bspv. Luft) bedarfsweise und ohne ursächlichen Zusammenhang mit dem Antrieb des Propellers unter Druck einleitbar ist, nach Patentanmeldung P 31 44 885.2.

Mit einer Vorrichtung nach dem Vorschlag der Hauptpatentanuieldung konnten bereits erhebliche Vorteile gegenüber Vorrichtungen nach dem Stand der Technik (US-PS 37 82 702, US-PS 29 28 661, DE-PS 24 61 032) erzielt werden. Diese gehen sämtlich von dem Prinzip aus, durch einen besonders konstruierten Propeller oder Impeller Strömungen in der Flüssigkeit zu erzeugen und durch den da-

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bei sich innerhalb einer den Propeller tragenden Hohlwelle einstellenden statischen Unterdruck gleichzeitig Gase oder Luft durch die Hohlwelle anzusaugen, um sie mit der Flüssigkeit zu vermischen. Messungen aus der Praxis haben gezeigt, daß solche Vorrichtungen bei der Anwendung in der biologischen Abwasserreinigung zwar die . gewünschte Strömung erzeugen, daß jedoch der Gaseintrag, insbesondere im Verhältnis zur aufgewendeten Energie, außerordentlich unbefriedigend ist, daß also zu wenig Gas bzw. Luft und damit insbesondere zu wenig Sauerstoff

j in das Belebtschlamm-Wassergemisch eingetragen wird. Desweiteren haban die bekannten Vorrichtungen den Nachteil, daß Strönmngserzeugung und Gas- bzw. Lufteintrag nicht voneinander trennbar sind und damit der wahlweise Einsatz der Vorrichtungen für die Kitrifikation, d.h. aeroben Abbau organischer Substanzen, wozu Ströir.ungserzeugung bei gleichzeitigem Luft- bzw. Sauerstoffeintrag erforderlich ist, und für die Denitrifikation, d.h. anaeroben Abbau organischer Substanzen, wozu Strömungserzeugung unter Ausschluß von Sauerstoff erforderlich ist, nicht möglich ist.

Nach dem Vorschlag der Hauptpatentanmeldung wird der Gas- bzw. Lufteintrag nicht mehr wie nach den Stand der.

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Technik durch den bei der Strömungnerzeugung gleichzeitig erzeugten Unterdruck bewirkt, sondern das Gas bzw. die Luft v/ird durch eine oder mehrere Gas- bzw. Luftzuführungsleitungen, die im Propellerbereich enden, bedarfeweise und ohne ursächlichen Zusammenhang mit dem Antrieb des oder der Propeller(s) mit Druck an den Propeller herangeführt, der neben der Strömungserzeugung ein Zerschlagen des unter Druck herangeführten Gases (Luft) in feinste Bläschen bewirkt, die dann von der erzeugten Strömung mitgerissen werden und wegen ihrer feinen Verteilung leichter in Lösung gehen. So konnte einerseits der Gas- bzw. Lufteintrag bei gleichzeitiger Verminderung der erforderlichen Energie wesentlich erhöht werden und andererseits ein außerordentlich feinblasiger und damit effektiver Gas- bzw. Lufteintrag in die Flüssigkeit erreicht werden. Da der Gas- bzw. Lufteintrag nicht mehr ursächlich im Zusammenhang steht mit der Strömungserzeugung sowie der Antrieb der Propellerwelle und der Antrieb der das Gas bzw. die Luft unter Druck heranbringenden Vorrichtung voneinander getrennt sind, ist sowohl eine Strömungserzeugung mit gleichzeitigem Gasbzw. Lufteintrag, als auch eine Strömungserzeugung ohne Gas- bzw. Lufteintrag möglich. Die Vorrichtung nach der Hauptanmeldung ist also bereits wahlweise oder ab-

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wechselnd bspw. für die aerobe Bedingungen erfordernde | Ifitrifikation und für die anaerobe Bedingungen erfordernde Denitrifikation in Kläranlagen einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Zusatzerfindung ist es, eine gegenüber der Hauptanmeldung weiter verbesserte Vorrichtung zu schaffen. Angestrebt wird insbesondere ein noch besserer Gas- bzw. Lufteintrag Kit noch größerer Tiefenwirkung. Die Vorrichtung soll an den jeweiligen Bedarfsfall durch einfache, von außen durchführbrire Umstellbetätigungen noch besser anpaßbar sein, und sie soll für den Einsatz leicht handhabbar₍bedienbar und Eionövrierbar und deshalb als Ganzes weniger sperrig sein; ihre Konstruktion soll außerdem vereinfacht und die Bauweise kompakter sein. Auch alle anderen mit der Vorrichtung nach der Hauptanmeldung erzielten Vorteile sollen dabei zumindest gewahrt werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,

- daß die Welle eine an sich bekannte Hohlwelle ist, die in an sich bekannter Weise in ihrem anderen, dem Antriebsaggregat zugev/andten Endabschnitt wenigstens eine Gas- bzw. Luftzutrittsöffnung aufweist,

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daß die Hohlwelle in einem langgestreckten, auf der Seite des Antriebsaggregats gegen die Hohlwelle abgedichteten Belüftergehäuses umläuft und aus dessen in die Flüssigkeit eintauchendem, nach vorn offenen Endabschnitt um ein Maß hinausragt,

daß auf diesem aus dem Belüftergehäuses herausragenden Ende der Hohlwelle wenigstens ein, vorzugsweise zwei, Propeller in geringem Abstand zueinander (einige cm) und in geringem Abstand zur öffnung des Belüftergehäuses montiert sind,

daß entlang der Wand des Belüftergehäuses ein sich nahezu über dessen gesamte Länge erstreckender Gas- bzw. Luftzuführungskanal vorgesehen ist, der an seinem eigen« in die Flüssigkeit eintauchenden Ende verschlossen ist, aber unmittelbar hinter der Öffnung des Belüftergehäuses durch eine Öffnung Verbindung zum Inneren des Belüftergehäuses hat und der an seinem anderen Ende mit der Ausstoßöffnung einer Gas (bspw. Luft) unter Druck abgebenden Vorrichtung verbunden ist,

und daß der Kanal an seiner Verbindungsstelle mit dieser Vorrichtung im Bereich der Gas- bzw. Luftzutrittsöffnung(en) der Hohlwelle eine Öffnung zum Inneren des Belüftergehäuses aufweist, die mittels

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eines Schiebers wahlweise zu öffnen oder zu schließen ist.

Neben den mit der Vorrichtung der Hauptanmeldung erreichten Vorteilen erlaubt es die nach der vorliegenden Erfindung weitergebildete Vorrichtung, das Gas bzw. die Luft v/ahlweise auf zwei verschiedenen liegen einzuleiten, wozu lediglich ein Schieber zu betätigen ist. Ist die Öffnung des Gas- bzw. LuftZuführungskanals zum Inneren des Belüftergehäuses im Bereich der Gas- bzv;. Luftzutrittsöffnungen der Hohlwelle durch den Schieber verschlossen, so wird das Gas bzv/. die Luft ausschließlich durch den entlang des Belüftergehäuses verlaufenden Kanal herangeführt und gelangt durch dessen öffnung hinter der Öffnung des Belüftergehäuses, unterstützt von dem durch den· oder die Propeller erzeugten Unterdruck, in den Propellerbereich und zur feinblasigen Verteilung in das Medium. Wird die oben genannte Öffnung durch den Schieber frei gegeben, so gelangt ein Hauptanteil des unter Druck eingeleiteten Gases (bspw. Luft) zunächst in das Innere des Belüftergehäuses und,unterstützt von dem durch den oder die Propeller in der Hohlwelle erzeugten Unterdruck,durch

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die Gas- bzw. Luftzutrittsöffnungen und durch die Hohlwelle in das Medium. Bei einem hauptsächlichen Gaseintrag durch die Hohlwelle kann das Gas (bspw. Luft) als eng gebündelter, v/eitreichender Strahl in das Medium austreten, der durch die von dem (den) Propeller(n) erzeugte Strömung mitgerissen wird. Die Vorrichtung erlaubt es so, bedarfsweise der intensiven Zerschlagung

_{n TT} . , , durch den oder, die_TPrpp£ller_noder dem und Verwirbelung der eingebrachten Luft/besonders weitreichenden, gebündelten Luftstrahl mit größerer Tiefenwirkung den Vorzug zu geben.

Durch die Anordnung des Gas- bzw. LuftZuführungskanals entlang des Belüftergehäuses wird de Konstruktion der Vorrichtung vereinfacht und ihre Bauweise kompakt.

Die das Gas (bspw. Luft) unter Druck abgebende Vorrichtung ist vorzugsweise ein rliederdruckverdichter (Ventilator oder Gebläse), der auf dem aus der Flüssigkeit herausragenden Ende des Belüftergehäuses montiert ist.

Da der bei der Ströniungserzeugung durch den Propelfer im Propellerbereich und in der Hohlwelle gleichzeitig erzeugte Unterdruck den Gas- oder Lufteintrag durch die Zuführungswege unterstützt, kann mit nur geringer Über-

druckleistung und damit energiesparend ein zufriedenstellender Gas- oder Lufteintrag erreicht werden. Die Anordnung des Niederdruckverdichters auf dem Belüftergehäuse fördert eine kompakte Bauweise und leichte Bedienbarkeit und Handhabbarkeit beim Einsatz der Vorrichtung.

Der Niederdruckverdichter ist dabei vorteilhafterweise durch eine auf das Belüftergehäuse aufsetzbare Schutzhaube geschützt.

Der Schieber zum Öffnen und Verschließen der Öffnung zwischen Gas- bzw. LuftZuführungskanal und Belüftergehäuse im Bereich der Gas- bzw. Luftzutritt soff nuncrer. •der Hohlwelle kann ein um einen Bolzen drehbar gelagerter Klappschieber sein, der mittels eines Hebels von außen betätigbar ist.

Vorzugsweise ist die Gesamtdurchtrittsflache der Gasbzw. Luftzutrittsöffnungen der Hohlwelle größer als die lichte Querschnittsfläche der Hohlwelle. Dadurch wird vermieden, daß sich ein unnötiger, zusätzlicher Widerstand dem Gas- oder Luftstrom neben dem Rohrleitungs-

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j . widerstand der Hohlwelle und dem Reibungswiderstand der

I Luft oder des Gases entgegensetzt.

] Die Luftzutrittsöffnungen in der Hohlwelle können als

Schlitze in Form von Langlöchern ausgebildet sein, von

j denen vorzugsweise vier am Umfang der Hohlwelle symmetrise

! angeordnet sind. Jedes Langloch ist vorzugsweise ca.

j 8 cm lang und ca. 2 cm breit. Die Hohlwelle hat einen

¹ Innendurchmesser von ca. 2¹' (Zoll).

; Das Belüftergehäuse hat vorzugsweise einen rechteckigen

: oder quadratischen Querschnitt, und der Iliederdruckver-

I dichter kann dann vorteilhaft auf der Oberseite des

! Belüftergehäuses montiert sein, während cer Gas- bzw.

; LuftZuführungskanal entlang der Wand dieser Oberseite

^ verläuft.

• Auch der Kanal hat vorzugsweise einen rechteckigen

\ Querschnitt von beispielsweise ca. 30 χ 40 mm.

Durch die rechteckige Gestaltung von Belüftergehäuse und Gas- bzw. Luftzuführungskanal werden Konstruktion und Bauweise der Vorrichtung vereinfacht.

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In einer bevorzugten Ausführungsforin der neuen Vorrichtung hat der Niederdruckverdichter (Ventilator, Gebläse) eine Leistungsaufnahme von ca. 370 V/att und eine nur geringe Überdruckleistung von ca. 112 mm V/S bei einer Förderleistung von etwa 650 m /Stunde ohne Gegendruck.

Diese gegenüber den Ventilatoren des älteren Vorschlags erhöhte Leistung erlaubt es, die Vorrichtung verhältnismäßig steil in das Medium (V/asser) eingetaucht zu halten, Und es kann dadurch mehr Tiefenbelüftung (7 bis 8 m tief) erreicht werden. Versuche und Messungen haben ergeben, daß damit bei der bevorzugten Ausiührungsforn: eine gegenüber den Vorrichtungen des Standes der Technik bis zu 20-fache Gas- oder Luftmenge bei gleichem oder sogar gerirgerem Energieaufwand in die Flüssigkeit eingetragen werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Vorrichtung kann an der Unterseite des in die Flüssigkeit eintauchenden Abschnitts des Belüftergehäuses unmittelbar hinter der Öffnung des Belüftergehäuses eine Öffnung in Form eines Ausschnittes vorgesehen sein, die sich mit Hilfe eines Gestänges und eines Schiebers v.'ahl-

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weise öffnen und schließen läßt. Durch Öffnen dieses Schiebers kann der durch den oder die Propeller erzeugte Unterdruck verstärkt werden, so daß wesentlich ..!ßhr Vorwärtsbewegung der Luft mit entsprechender Tiefenwirkung erzielt wird.

Vorzugsweise ist der Durchmesser der oder des Propeller(s) geringfügig kleiner als der Durchmesser oder die (kleinere Kantenlänge der öffnung des Belüftergehäuses; dadurch werden die Strcir.imcserzeugung und der Gas- oder Lufteintrag unterstützt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsforn der Erfindung anhand der anhängenden Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgeir.äßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit schräg von vorn auf den bei Betrieb in die Flüssigkeit ein-

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tauchenden Teil der Vorrichtung gerichteter Blickrichtung, die eine besondere Einzelheit dieser Ausführungsform erkennen läßt.

Ein Elektromotor 1 treibt eine Welle an, die als Hohlwelle 2 ausgebildet ist und innerhalb des langgestreckten Belüftergehäuses 3 konzentrisch zu dessen Mittellinie umläuft. Das Belüftergehäuse 3 der Vorrichtung hat einen vorzugsweise rechteckigen oder auch quadratischen Querschnitt und ist durch einen konischen Zwischenabschnitt 3a zu seinen: einen Endabschnitt 3b hin auf einen größeren Querschnitt erweitert. An die Öffnungen dieses erweiterten Endabschnitts 3b des Belüftergehäuses 3 ist dichtend der Elektromotor 1 (mittels Flansch und Gummidichtung) montiert. ITaIie der Verbindungsstelle von Belüftergehäuse 3 und Elektromotor 1 ist die insgesamt starre Vorrichtung vorzugsweise air. Elektromotor 1, v.'ie in der Zeichnung dargestellt, an einer Aufhängung 4 um eine quer zur Mittellienie der Vorrichtung verlaufende Achse schwenkbar gelagert. Die Aufhängung 4 ihrerseits ist mit einer starren Unterkonstruktion 5 der Vorrichtung starr verbunden. Mit dem freien Ende des anderen, den geringeren Querschnitt aufweisenden Abschnitts 3c des Belüftergehäuses 3 taucht die Vorrichtung bestimmungsgemäß unter einem bestimmten, ander der Aufhängung 4 einstellbaren Anstellwinkel in die Flüssigkeit ein. Das Be-

lüftergehäuse 3 ist an diesem in die Flüssigkeit eintauchenden Ende offen, und die durch das gesamte Belüftergehäuse 3 durchgehende Hohlwelle 2 ragt durch diese Öffnung 6 noch um ein gewisses Maß aus dem Belüftergehäuse 3 heraus. Auf diesem freien, aus dem Belüftergehäuse 3 herausragenden Ende der Hohlwelle 2 ist mindestens ein Propeller 7 in nur geringem Abstand zur Öffnung 6, in der dargestellten Ausführungsfors sind zwei Propeller 7 und 8 in geringem Abstand zueinander und in geringem Abstand zur Öffnung 6 (ir. Bereich von venigen cn; hintereinander befestigt. Der Querschnitt des Belüftergehäuses 3 ist auch in diesem seiner, engeren Abschnitt 3c deutlich größer als der der Hohlwelle 2, und der Durchines des oder der Propeller 7 und 8 ist um weniges kleiner als die (kleinere) Kantenlänge der Öffnung 6 des Belüftergehäuses 3. Die Propeller 7 und 8 sind zentrisch hohle Propeller, und sie sind vorzugsweise zueinander verschränkt montiert und weisen eine unterschiedliche, aber gleichsinnige Steigung auf. Dabei ist die Steigung des zweiten, der Öffnung 6 näherliegenden. Propellers 8 geringer als di des ersten Propellers 7. Der zweite Propeller 8 unterstützt die Wirkung des ersten Propellers 7 und verhindert Verzopfungen. Es können für den hier beschriebenen Zweck normale Schiffspropeller verwendet werden, wie sie im Handel für leichte Motorboote (Motorboote für Binnengewässer) angeboten werden.

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Entlang der Oberseite des Belüftergehäuses 3 ist ein (Luft-) Kanal 9 vorgesehen (siehe auch Fig. 2), der am äußersten, in die Flüssigkeit eintauchenden Ende des Belüftergehäuses 3 verschlossen ist, aber durch eine unmittelbar hinter der Öffnung 6 liegende Öffnung 11 in der den Kanal 9 mit begrenzenden V.'and des Belüftergehäuses 3 Verbindung Kit dem Innern des Belüftergehäuses 3 hat. Der Kanal 9 könnte eber such an cer Innenseite der oberen l'ana des Belüftergehäuses 3 verlaufen und sich direkt Ε-it in die Öffnung 6 c:fr,-:-r.. Der Kanal 9 erstreckt sich nahezu über die geser.te Länge des Belüftergehäuses 3 und ist an "seiner, hintere:: Ende direkt durch ein Verbindungsstück 9^! r.it der Ausstoieffnung eines Ventilators 10 verbuncsn, cer ir Endbreich des aus der zu begasenden Flüssigkeit herausragenden, erweiterten Endabschniits 5b· des Belüftergehäuses 3 auf dessen Oberseite r.ontiert ist. Der Ventilator 10 vird im Sinne eines Verdichters betrieben, d.h. er saugt Luft (oder Gas) von auSen ε·η, vei^dichtet, vie v.^reiter unten noch näher erläutert wire, eine in der Vorrichtung, z.B. in dem Kanal 9,stehende Luftsäule und drückt so die Luft (oder Gas) mit leichte-: Überdruck aus der Öffnung 6 des Belüftergehäuses 3 in das zu begasende Medium. Über dem Ventilator 10 tefinöet-

sich eine auf das Belüftergehäuse 3 aufsetzbare Schutzhaube 12, die an ihren Berührungskanten mit dem Belüftergehäuse 3 gegen dieses durch Gumcidichtung abgedichtet sein kann.

Wie das Belüftergehäuse 3 hot such der (Luft- oder Gaszuführungs-) Kanal 9 einschließlich des Verbindungsstücks 9' A^rorzugsv.^reise einen rechteckigen Querschnitt (siehe Fig. 2); seine Querschnittsfläche beträgt in einer praxis nah en /-.usiührungEfcrn'. etva 30 x 40 r.r..

unterhalb der ifbertragungsstelle des Kenals 9 und des Verbindungsstücks 9¹ befindet sich in der V/snd des Eelüftergehäuses 3 bzv. in der den Kanal 9 λ^τογ_; Inneren des Belüftergehäuses 3 trennenden Wand eine öffnung 13, die.F.it Hilfe eines Luft-UnstellSchiebers 14 v:ahlveise geöffnet oder verschlossen werden kann. Der Luft-Ucistellschieber 14 kann ein Klappschieber sein, der mittels eines Bolzens in der Gehäusevand drehbar gelage: ist und UEi diesen Bolzen mit Hilfe eines Hebels von außen zum Öffnen und Schließen der Öffnung 13 betätigbar, d.h. drehbar ist.

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Die Hohlwelle 2 hat bei der erv.'ähnten praxisnahen Ausführungsform einen Innendurchmesser von 2^lf (Zoll) oder ca. 50 min und weist in dem erweiterten Bereich des Belüftergehäuses 3, in dem sich auch die oben genannte Öffnung 13 befindet, mehrere Schlitze in Form von Langlöchern 15 von etwa 8 cm Länge und 2 er. Breite auf. Vorzugsweise sind im Umfang der Hohlwelle 2 vier solche Langlöcher 15 s}^rmnetrisch angeordnet.

Der Luft-Uinstellschieber 14 dient, wie weiter unten noch näher erläutert wird, dazu, den Luftstrom der durcr. den Ventilator 10 eingebrachten Luft wahlweise uir.zulenken. Bei geöffnetem Luft-Umstellschieber 14 dringt die Luft durch die Öffnung 13 in das Belüftergehrluse 3 und durch die Schlitze oder L&nglöcher 15 ins Innere der Hohlwelle 2. Die Gesantdurchtrittsfläche der Lrnglöcher 15 ist größer als der lichte Rohrcuerschniii cer Hohlwelle 2, um den Widerstand, der den: Luftstrom entgegengesetzt wird,möglichst niedrig zu halten bzw. nicht unnötig zu erhöhen. Denn je steiler die Vorrichtung in die Flüssigkeit eingetaucht wird, umso größer wird dieser Widerstand und umso mehr Kraft ist erforderlich, ur. diesen Widerstand zu überwinden. Indem die Gesantdurchtrittsfläche der Langlöcher 15 größer ger.acht wird als

die lichte Querschnittsfläche der Hohlwelle 2, wird vermieden, daß die Langlöcher 15 dem Luftstrom einen zusätzlichen V/iderstand entgegensetzen; der V.'iderstand, der dem luftstrom entgegengesetzt wird, ist zu seinen größten oder hauptsächlichen Anteil nur durch das Bohr der Hohlwelle 2 selbst bedingt, vie Eohrleiiungswiderstand \ιηά reibungswiderstand acr Luft.

In einer besonderen I.-cc'''Zr:rv.n~z:i:Tr. in, \;ie aus Fi;:. 2 zu ernennen ist, in eier Unterseite des rirc!.tC:C:!:ige:- :df; auch quadratischen Zolü; tergehüuses 5 u:::. it t el bar hinter der Öffnung 6 eine veitere Offr.u:;g in 7crr. c-ines rccr.tecirigcn Ausschnitts "β \ύτ^Ζ5θ'·.:εη, die durch einen Schiele (nicht drrgerlel::} gec-ifnct cCcr verrchlossc:. verce:: kr.nn. Es ):ann sich cnbs: u~ eine einfache Platte hr-r.deln, die vher ein Gestänge (:.-icht carresteljt) cur. Dffr.en und Schliefen ces Ausschnittes Io betätigt v:erder.. lurch öfffnen dieses Schiebers kann der für die V,'irln:ng2-..-ei£C der Vorrichtung (siehe unten) wesentliche, sich aufbauende Unterdruck im Belüftergehäuse 3 "und der liohlvcile 2 noch verstärkt und drr.it die Effektivität der Vorrichtung erhöht werden, inder. wesentlich r-.eYiT Vorwärtsbewegung Her durch den Ventilator 10 cinrebrachten Luft erzielt vir

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Der Ventilator 10 ist ein Kochleistungsradialventil&tor und hat einen eigenen Antriebsmotor. Der Elektromotor 1, der die Hohlwelle 2 antreibt, und der Antriebsmotor des Ventilators 10 werden vorzugsweise über getrennte Kabil mit Strom versorgt, sind also unabhängig voneinander betreibbar. Die Hohlwelle 2 >ε·ηη wie in der /.usfür.rur.gc- iorzi ger.äS Fig. 1 direkt durch den Elektromotor 1 angetrieben werden; selbstverständlich ist auch ein Antrieb rr.it V'cer- oder Unterseisung r.üglich, wenn eine· höhere cder niedrigere Tc-uerenzahl der Propeller 7, L gewünscht wird.

In der erwähnten praxisnahen Ausführungsicr." csr Verrichtung ist der Elektromotor 1 ein Drehsircrrrctrr "i". einer LeistungsaufnE.hne von etwa 3,5 ^V,"; in Ar.p?ssu:.r t :. die verwendeten Propeller 7, 8 k?.nn die Lei ε"!.·.;:·;£■£aufnshr.e auch uni einen gewissen Betrag über ocer unter diesen; V.'ert liegen. Der Ventilator 10 ist vorzugsweiseein liiecerdruckventilator r.it einer Lcistungsaufnahrr.e von 370 V.'att und einer nur geringen Überdruckleistung von etwa 112 mn V.'S und einer Luftfördermenge von 650 zr pro Stunde ohn& Gegendruck. Diese gegenüber der; oder den Ventilatoren der älteren Ar-relcung etvas erhöhte Leistung des Ventilators 10 gestattet es, die Vorrich-

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tung mit einem verhältnismäßig steilen Anstellwinkel in dem Medium (Wasser) eingetaucht zu halten, wodurch mehr Tiefenbelüftung (7 bis 8 π tief) erreicht v/erden kann. Der Anstellwinkel kann, wie oben bereits erwähnt, an der Aufhängung 4 verändert werden, wozu diese ein Verstell- oder Einrastsegment mit mehreren Einraststufer. oder kontinuierlicher Verstellmöglichkeit aufweist.

Alle Teile cer Vorrichtung bestehen vorzugsweise aus korrosionsbeständiger. Material.

Wirkungsweise der Vorrichtung:

Für den Einsatz ist die Vorrichtung r.it ihrer starren Unterkonstruktion 5 auf einer, oder mehreren Schvir.r.ern montiert, so daß sie auf der Oberfläche der zu begasenden und/oder umzuv.'äls enden Flüssigkeit, z.B. des Belebungsbeckens einer Kläranlage, schwimmend befestigt werden kann. Sie taucht unter einem bestiimiten, an^er Aufhängung 4 einstellbaren V'inkel mit ihrer von dem Elektromotor 1 abgewandten Ende, also mit der Öffnung und den Propellern 7 und δ, in nicht zu groi?.er Tiefe ir, die Flüssigkeit ein. Der Elektromotor 1 und die Ventilatoren 10 werden über getrennte Stromkabel angetrieben

Durch die Rotation der Propeller 7 und 8 werden eine starke, im wesentlichen nach vorn, also in Fortsetzungsrichtung der Hohlwelle 2 gerichtete Strömung und durch die dabei auftretende Sogwirkung in der Hohlwelle 2 und ir. Bereich zwischen der Öffnung 6 und dem vordersten Propeller 7 ein gewisser Unterdruck erzeugt. In diesen Bereich wird, unterstützt durch den erzeugten Unterdruck, von des Ventilator 10 aus der Atmosphäre angesaugte Luft Eit geringes Überdruck eingebracht. Und zver kai*:: dies vahlveise auf zwei '.i'egcn geschehen.

Bei geschlossener, Kieppschieler I^ dringt die vor. Ventilator 10 angesaugte Luft in den (Gas- oder Luftzuführung-) Kanal 9 ein_/ verdrängt eine dcrin etvc stehende V,'&ssersäule und tritt durch die hinter der Öffnung 6 des Belüftergehäuses 3 in der= Kanal 9 befindliche Öffnung 11 in das Innere des Belüftergehäuses 3 und dann sogleich durch die Öffnung 6 in Richtung der Propeller 7, £, unterstützt von dein durch letztere erzeugten Unterdruck, aus.

Wird der Klappschieber 14 nit Hilfe eines von außen betätigbaren Hebels geöffnet, so dringt die vom Ventilator 10 kommende Luft durch die Öffnung 13 an der Verbindungsstelle von Ventilator 10 und Kanal 9 sofort in das Innere

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des Belüftergehäuses 3 ein und verdrängt eine darinetwa stehende Wassersäule. Sie dringt ferner durch die im Bereich der Öffnung 13 in der Hohlwelle 2 vorgesehenen Schlitze oder Langlöcher 15 in das Innere der Hohlwelle 2. Die Hohlwelle 2 wird durch den von den Propellern 7, 8 erzeugten Unterdruck leergesaugt, und die mit leichte;·! überdruck durch den Ventilator 10 eingebrachte Luft kann, unterstützt durch den Unterdrück, durch die an ihrer:, freien Ende cffene Hohlwelle 2 als eng gebündelter, weitreichender Strahl in das l-'ediurr. austreten, der durch die von den Propellern 7, c erzeugte Streuung rd!gerissen wird.

Aui?er eure:: die Hohlwelle 2 tritt ein gewisser Anteil der von cen Ventilr-tor 10 eingebrachten Luft auch bei geöffneten Klappschieber 14 durch den Kanal 9 und durch das Eelüftergehäuse 3 an der Öffnung 6 in der. Frorellerbereich. Eine motorseitige Abdichtung des Eelüftergehäuses 3 gegen die Kohlwelle 2 verhindert, caS die bei geöffneter. Klappeschieber 14 eingeleitete LuIt₁ statt durch die Öffnung 6 und die Hohlwelle 2 in das Kediur. einzutreten, auf den Weg des geringsten Widerstandes wieder in die Atmosphäre entweicht.

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ν V V i.

Die in den Unterdruck- bzw. Propellerbereich eingebrachte Luft wird durch die sich hochtourig drehenden
Propeller 7 und 8 sehr fein zerschlagen und unter Überwindung des Gegendrucks der Wassersäule durch die er- ^; zeugte Strömung in die Flüssigkeit mitgerissen und durch j starke Turbulenz innig mit der Flüssigkeit vermischt, ? so daß der Lufteintrag im wesentlichen außerordentlich ■ feinblasig (ca. 1 min Durchmesser der Luftblasen) unc
dair.it für die Begasung der Flüssigkeit f.-u^erc^centlic·:. | effektiv erfolgt und eine hohe "Rate ar, Lccur.^: vor. 0~s j in der Flüssigkeit erzeugt wird. !

Die durch die Propeller 7, 8 erzeugte Streuung reich". i im Kor.Tialfall 1 bis 5 it. tief, unc die durch zie ce-.:ir";:"-C- j

Verwirbelung der Luftblcsen ist euierorce^llich intensiv ■ und·weitreichend. Uegen der unterstützenden Wirkung ies ' im Propellerbereich erzeugten Unterdrücke genügt eine ' j

geringe Kraft, d.h. ein geringer Überdruck, um die Lufi i einzubringen und eventuell die vor Inbetriebnahme der
Vorrichtung in dem Gas- bzw. Liutsuführungskänal 9 unc;
dem Belüftergehäuse 3 stehende Flüssigkeit zu verdrängen,
so daß, wie bereits gesagt, der Ventilator 10 ein Kiederdruckventilator sein kann. Wenn der Ventilator 10, wie
oben beispielhaft angegeben, bei einer Leistungsaufnahme.

von 370 V/att eine Luftförderleistung von 650 m /Stunde ohne Gegendruck auf v/eist, so ist es möglich, die Vorrichtung verhältnismäßig steil in das Medium eingetaucht zu halten und dadurch mehr Tiefendelüftung (7 bis 8 ei tief) zu erreichen. Mit der neuen Vorrichtung konnte ein gegenüber dem Stand der Technik 20-fs.cher Lufteintrag bei geringerer Leistungsaufnahme erreicht werden.

Die Besonderheit der Vorrichtung, de.? die Luft va'nlveise entweder ausschließlich durch den Kanal 9 in den Propellerbereich der Vorrichtung oder zud größeren Teil durch die Hohlwelle 2 in das Medium eingebracht werden kann, erlaubt es, bedfcrfsweise der intensiven Zerschlagung und Verv.'irbelung der eingebrachten Luft durch die Propeller 7, 8 oder den besonders weitreichenden, gebündelten Luftstrahl nit größerer Tiefenwirkung Qen Vorzug zu geben.

Gemäß einer besonderen Ausführungsforn der Vorrichtung (vgl. Fig. 2) ist an der Unterseite des Belüftergehäuse£ 3 unmittelbar hinter der Öffnung 6 eine Öffnung in Form eines Ausschnittes 16 vorgesehen, die sich mit Eilfe eil Gestänges durch eine Platte öffnen und schließen läßt. Wenn diese Flattc den Ausschnitt 16 freigibt, verstärkt

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sich die durch die Propeller 7, 8 erzeugte Strömung, die dann auch entsprechend mehr Luft mitreißt, so daß auf diese V/eise der den Lufteintrag unterstützende Unterdruck verstärkt werden kann und so wesentlich mehr Vorwärtsbewegung des Luftstroms erzielt wird, was ebenfalls die Tiefenwirkung begünstigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders ^! zur Anwendung bei großen Wasserflächen in kreisrunder, oder ovalen Belebungsbecken und kreisrund oder ονεΐ verlaufenden Oxydationsgräben von Kläranisgen und bsi I Teichanlagen, in denen eine umlaufende Streuung erze-rl jj werden kann.

So wurde in einem Oxydationsgraben von 99 it. Uiriang eir.er Kläranlage, in dein bisher das Belebtschlar.r.-O'asserger.iEc:: durch zwei Eürstenwalzen von jeweils 6 kl; Leistungsaufnahme rund gepumpt wurde, beim versuchweisen Einsatz eines Prototyps der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Lufteintragungssteile nach einer Betriebszeit von 1/2 Stunde ein Sauerstoffgehalt von 6 mg Oo/Liter gemessen, und das, darauf sei ausdrücklich hingewiesen, ohne zusätzliche Pumpvorrichtung zur Bewegung des Belebtschlr:.--Wassergeisisches; denn die erfindungsgemäße Vorrichtung .

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treibt einerseits das V/asser bzw. das Belebtschlccir.-Wasserge:.ⁿ,isch rund und deckt andererseits den Sauerstoffbedarf der Verunreinigungen (aerob) abbauenden Kikroorganic:r;en, und dies bei eine::: geringeren Energieaufwand.

Die eriindungsgemäfe Vorrichtung eignet sich aber auch für die Flu5bell'ftung (also ohne rundlaufende Strcr.ung), ϊ'.',ν die "achbelüftung, u.a. die thernophile Behandlung des Überschu^schlcrrr.'.er: rrjs Kläranlagen, und für die Be-

allger.ein. Selbstverständlich können bei Bedarf in einer, j lebungsbecken, in einem Oxydationsgraben oder in einen Fl". lauf mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen vergesehen wen

Die '.virlrungsweise der erfindungsgemäßen.Vorrichtung wurde oben in Verbindung nit der "Reinigung von Abwässern für den Fall der I-Iitrifikation, d.h. der Oxydation vor. Anr.oniuniverbindungen, durch Mikroorganismen beschrieben. Bei der Abwasserreinigung ist aber neben der Kitriiikatio. auch die Denitrifikation, d.h. der anaerobe Abbau des bei der ITitrifikation entstehenden Nitrats durch eine andere Art von Mikroorganismen, von Bedeutung, die einsetzt, wenn das weitgehend gereinigte Abwasser dann sauerstoff-

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frei gehalten wird und V/asserstoffdonatoren in Fora · von unbehandeltem Abwasser zur Verfügung stehen. ;

j Da bei der hier beschriebenen Vorrichtung der Elektro- · motor 1 für aen Antrieb der Propeller 7 und δ und der ; Ventilator 10 -für den Gas- bzw. Lufteintrag über getrennte ^; Stromkreisläufe antreibbar sind und der Gas- bzv:. Lufieintrag nicht wie beim Stand der Technik ursächlich rit der Strör.ungserzeugung zusf.r.T.enhür.gt, bietet die erfii.::ur:_;;3·, genä£e Vorrichtung oen Verondercri Vc-rteiü, "z'r.'.~ \ weise und wechselnd für die Ilitrifikction und die- Lsr.itri- ; fikation einsetzbcr zu sein. Für die 1,'itrifikaticn ·.:iz_"·.-·η = der Elektromotor 1 und der Ventilator 10 gleichzeitig angetrieben und damit gleichseitig rät der CtrcT.vnr :ücr Umwälzung in der Flüssigkeit oder den"; relel-tsch-I'::~- V,^Tasserger:isch der Sauerstoff eintrug erreicht, ur. dief-':r die Kitrifikation erforderliche aerobe Becinrur.g zu schaffen. Für die Denitrifikation wird nur der Elektromotor 1 angetrieben; damit wird "eine Strcr.ung- ohne Lufteintrag erzeugt, so daß sich in der Flüssigkeit bzw. ccr Belebtschlaimn-lfassergemisch der dafür erforderliche anaerobe Zustand einstellt. Der Antrieb des Ventilr-torir 10 kann den Erfordernissen entsprechend über eine Ze-i:-

schaltuhr oder einen Impulsgeber gesteuert erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vmräe anhand der Zeichnung in der Ausführung nit zwei auf der Hohlwelle 2 hintereinander angeordneten Propellern 7 und 8 beschrieben. Grundsätzlich genügt für die Erzeugung der Strömung auch ein unmittelbar vor der Öffnung 6 des Belüftergehäuses 3 auf der Eohlvelle 2 angeordneter Propeller 7. Durch den zurr, ersten Propeller 7 verschränkten zwei!en Propeller c ir.it gleichsinniger, el er vorzugsweise geringerer Steigung werden jedoch die cer. Gas- oder Lufteintrag unterstützende Saugleistung erhöht und die Stror.ungserzeugung verstärkt. Außercen werden durch den zv-eiten Propeller 5 Verzollungen verbinder! oder weggeschleudert und damit der Gefahr einer Blcckierung des Kotors 1 entgegengevirkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vurce in Vorstehencen beispielhaft für den Einsatz in Kläranlagen zur biologischen "Reinigung von Abwässern beschrieben; ihre Anv.^rendung ist jedoch nicht auf dieses Gebiet beschränkt Sie kann auch zur Belüftung stehender oder fließender Gewässer und darüber hinaus überall dort Anwendung

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OKIQiMAL

finden, wo in flüssigen Medien oder Mischungen von
Flüssigkeiten mit Feststoffen eine Strömung bzw. Umwälzung erzeugt v/erden soll oder wo gasförmige Medien wie luft, Sauerstoff, andere Gase oder deren Gemische möglichst feinblasig in flüssige Medien (oder Mischungen von Flüssigkeiten mit Feststoffen) eingebracht werden sollen, insbesondere auch sur Herbeiführung cherischer "Reaktionen.

Claims

_*■? e- w ν ν f- Helga Lind, 7140 Ludwigsburg, Eckenerstraße 12 Vorrichtung zur Begasung oder Belüftung und/oder Umwälzung von bzw. Erzeugung von Strömungen in Flüssigkeiten Zusatz zur Patentanmeldung P 31 44 885.2 Pg t e ηt anspr ί I ch e

1. Vorrichtung zur Begasung oder Belüftung und/oder Umwälzung von bzw. Erzeugung von Strönun^en in Flüssigkeiten, insbesondere in Belebungsbecken zur biologischen Reinigung von Abwässern, ir.it wenigstens einer durch wenigstens ein Antriebsaggregat antreibbaren Welle, an deren freiem, in die Flüssigkeit eintauchenden Ende wenigstens ein Propeller engeordnet ist, durch dessen Steigung in Fortsetzungsrichtung der Welle eine Strömung erzeugbar und bei gleichzeitiger Begasung das eingetragene Gas (beispielsweise Luft) feinblasig verteilbar ist, wobei eine oder mehrere Gas- bzw. Luftzuführungsleitungen im Bereich des Propellers enden,

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durch die Gas (bspw. Luft) bedarfsweise und ohne ursächlichen Zusammenhang mit dem Antrieb des Propellers unter Druck einleitbar ist, nach Patentanmeldung P 31 44 885.2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Welle eine an sich bekannte Hohlwelle (2) ist, die in an sich bekannter V/eise in ihrem anderen, dem Antriebsaggregat (1) zugewandter: Endabschnitt wenigstens eine Gas- bzv. Luftzutritts öffnung (15) aufweist,

- daß diese Kohlwelle (I) in einem langgestreckten, auf der Seite des Antriebsaggregats (1) gegen die Hohlwelle (2) abgedichteten Eelüitergehäuse (3) umläuft und aus dessen in die Flüssigkeit eintauchendem, nach vorn offenen Endabschnitt (3c) um ein Haß hinausragt,

- daß auf diesem aus dem Belüftergehäuse (3) herausragenden Ende der Hohlwelle (2) wenigstens ein, vo: sugsweise zwei, Propeller (7, 8) in geringem Abstand zueinander (einige cm) und in geringer: Abs ta zur Öffnung des Belüftergehäuses (3) montiert sind

5f=--T» VV V β» V

- daß entlang der Wand des Belüftergehäuses (3) ein sich nahezu über dessen gesamte Länge erstreckender Gas- bzw. LuftZuführungskanal (9) vorgesehen ist, der an seinem eigenen, in die Flüssigkeit eintauchenden Ende verschlossen ist, aber unmittelbar hinter der Öffnung (6) des Belüftergehäuses (3) durch eine Öffnung (11) Verbindung zum Inneren des Belüftergehäuses (3) hat, und der an seinem anderen Ende mit der Ausstoßöffnung einer Gas (bspv. Luft) unter Druck abgebenden Vorrichtung (10) verbunden ist,

- und daß der Kanal (9) an seiner Verbindungsstelle mit dieser Vorrichtung (10) im Bereich der Gas-

j " bzw. Luftzutrittsöffnung(en) (15) der Hohlwelle (2) eine Öffnung (13) zum Inneren des Belüftergehäuses (3) aufweist, die mittels eines Schiebers

(14) v/ahlweise zu öffnen oder zu schließen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Hohlwelle (2) und der Antrieb der das Gas (bspw. Luft) unter Druck abgebenden

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Vorrichtung (16) voneinander getrennt und unabhängig voneinander betätigbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas (bspw. Luft) unter Druck abgebende Vorrichtung ein Eiederdruckverdichter (Ventilator, Gebläse) (10) ist, der auf dein aus der Flüssigkeit herausragenden Ende des Belüftergehäuses (3) montiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckverdichter (10) durch eine auf das Belüftergehäuse (3) aufsetzbare Schutzhaube (12) geschützt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber ein um einen Bolzen drehbar gelagerter Klappschieber (14) ist, der mittel eines Hebels von außen betätigbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdurchtrittsilache der Gas- bzw. Luftzutrittsöffnungen (15) in der Hohl-

welle (2) größer ist als die lichte Querschnittsfläche der Hohlwelle (2).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzutrittsöffnungen in der Hohlwelle (2)'die Form von Langlöchern (15) haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aci Umfang der Hohlwelle (2) vier Langlöcher (15) symmetrisch angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Langlöcher (15) ca. 8 cm lang und ca. 2 cm breit iat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (2) einen Innendurchmesser von ca. 2^M (Zoll) hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftergehäuse O) einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

BAD ORlGWAL

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daß der Niederdruckverdichter (10) (Gebläse, Ventilate auf der Oberseite des Belüftergehäuses (3) montiert i und der Kanal (9) entlang der Wand dieser Oberseite verläuft. ' :

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Kanal (9) einen rechteckigen Querschnitt hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (9) einen Querschnitt von ca. 30 χ 40 s hat.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der !Tiederdruckverdichter (10) eine Leistungsaufnahme von ca. 370 Watt und eine nur geringe Überdruckleistung von r 112 mm WS bei einer Förderleistung von etwa 650 m"7. Stunde ohne Gegendruck hat.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des in die Flüssigkeit eintauchenden Abschnitt

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(3c) des Belüftergehäuses (3) unmittelbar hinter der Öffnung (6) eine Öffnung in Form eines Ausschnittes (16) vorgesehen ist, die sich mit Hilfe eines Gestänges und eines Schiebers wahlweise öffnen und schließen läßt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der oder des Propeller(s) (7, 8) geringfügig kleiner als der Durchmesser oder die (kleinere) Kantenlänge der öffnung (6) des Belüftergehäuses (3) ist.