DE4330207A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere in der Abwassertechnik bei der aeroben biologischen Reinigung von Abwasser in Belebungsanlagen eingesetzt, um Abwasser-Schlamm-Gemisch in einem Belebungsbecken mit Sauerstoff zu versorgen und um eine intensive Durchmischung des Abwassers und des Belebtschlammes zu erreichen.
Es ist bekannt, mechanische Belüfter einzusetzen, die einen Rotor mit Rotorflügeln umfassen und Luft in die Flüssigkeit einschlagen. Dabei wird Luft in den Rotor eingesaugt und durch Scherkräfte in kleine Blasen geschlagen, die in der Flüssigkeit aufsteigen und dabei Sauerstoff an die Flüssigkeit abgeben. Die Scherkräfte werden durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Rotorflügeln oder Rotorschrauben und der diese umgebenden Flüssigkeit erzeugt. Je tiefer die Luftblasen in die Flüssigkeit eingebracht werden und je kleiner die Luftblasen sind, desto besser ist der Sauerstoffübergang in die Flüssigkeit.
Nachteilig bei den Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist, daß die Eintragstiefe der Luftblasen nur gering ist, wenn nicht sehr große Rotoren mit entsprechend starken Motoren eingesetzt werden.
Bei kleineren Aggregaten nach dem Stand der Technik wird die Luft in nur geringe Tiefe unterhalb der Oberfläche eingeschlagen. Die durch den Rotor erzeugte Strömung in der Flüssigkeit ist zu gering oder diffundiert zu schnell, um die Blasen noch wesentlich weiter nach unten zu drücken. Außerdem stört die auftretende Kurzschlußströmung, die darin besteht, daß Flüssigkeit, in die bereits Luft eingeschlagen worden ist und deren Sauerstoffkonzentration deshalb relativ hoch ist, auf kurzem Weg in den Einwirkbereich des Rotors zurückströmt und somit erneut mit Luft versorgt wird, wohingegen andere, entfernter und insbesondere tiefer liegende Zonen nur ungenügend belüftet werden.
Bei Becken, die tiefer sind als drei Meter, werden die unteren Zonen mit den kleineren Aggregaten nach dem Stand der Technik nicht nur ungenügend mit Sauerstoff versorgt, sondern auch ungenügend durchmischt, so daß es dort zu beeinträchtigenden Schlammablagerung kommen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um mit Hilfe von kleinen Rotoren und entsprechend kleinen diese antreibenden Motoren in Becken mit einer Flüssigkeitstiefe von bis zu mehr als 6 m effizient Sauerstoff einzubringen und zugleich die Flüssigkeit im Becken derart zu durchmischen, daß störende Schlammablagerungen am Beckenboden vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit aus dem Becken von oben in einen um den Rotor herum angeordneten Stator einströmt, daß die Flüssigkeit mittels des Rotors durch den Stator nach unten gesogen wird, daß Luft durch in einem ringförmigen Spalt zwischen Rotorflügeln und dem Stator wirksame Scherkräfte und Zentrifugalkräfte in den Spalt eingesaugt, dort zu Blasen zerteilt und in die Flüssigkeit eingebracht wird und daß die Luftblasen enthaltende Flüssigkeit aus dem Stator in das Becken ausströmt.
Erfindungsgemäß erfüllt die Rotor-Stator-Anordnung mehrere Aufgaben. Zum einen bewirkt sie eine im Stator nach unten gerichtete Strömung der Flüssigkeit und ein schnelles Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Stator nach unten hin zum Beckenboden, wo die Strömung umgelenkt wird und sich über dem Boden ausbreitet, so daß sie am Boden liegenden Schlamm aufwirbelt. Zum anderen werden in dem Spalt zwischen Rotor und Stator hohe Geschwindigkeitsgradienten und damit verbunden hohe Scherkräfte und Zentrifugalkräfte in der Flüssigkeit erzeugt. Dieses wiederum führen dazu, daß Luft aus der Umgebung eingesaugt und in Form feiner Blasen in die Flüssigkeit eingeschlagen wird. Die Luftblasen werden von der Strömung der Flüssigkeit in die Tiefe des Beckens mitgenommen.
Vorzugsweise sind zwei Möglichkeiten vorgesehen, wie die Luft in den Spalt zwischen Rotor und Stator geführt werden kann. So kann die in den Stator einströmende Flüssigkeit in einer Kammer des Stators derart in Rotation versetzt werden, daß sich in ihr eine Trompe ausbildet, die bis zu den Rotorflügeln hinabreicht und durch die Luft einströmt. Schnell aus der Kammer durch eine Öffnung im Boden ausströmende Flüssigkeit gelangt von selbst in Rotation und bildet eine Trompe aus. Die Ausbildung der Trompe wird vorzugsweise noch dadurch unterstützt, daß die Flüssigkeit bereits beim Einströmen aus dem Becken in die Kammer des Stators mittels Leitblechen in eine Rotation versetzt wird, die gleichsinnig ist zu der Drehrichtung des Rotors, der sich in der Bodenöffnung der Kammer dreht.
Auch besteht die Möglichkeit darin, eine Hohlwelle zum Antrieb des Rotors zu verwenden, die mit Durchbrechungen versehen ist, die vom Inneren der Hohlwelle nach außen bis zwischen die Rotorflügel reichen, so daß Luft aus der Umgebung durch die Hohlwelle und die Durchbrechungen hindurch bis zwischen die Rotorflügel gelangt.
Eine Kombination beider Vorschläge ist gleichfalls möglich.
Die Umfangsgeschwindigkeit der Rotorflügel sollte zwischen 5 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 10 und 25 m/s und der Geschwindigkeitsgradient im Spalt soll zwischen 5.000 und 50.000 s-1 vorzugsweise zwischen 10.000 und 25.000 s-1 betragen. Je höher die Umfangsgeschwindigkeit ist, desto stärker ist der im Spalt erzeugte Unterdruck und desto tiefer kann der Spalt unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche im Becken liegen. Je größer die Scherkräfte sind, desto feiner sind die erzeugten Blasen und desto größer ist deren spezifische Phasengrenzfläche, durch die der Sauerstoff in die Flüssigkeit übergeht.
Vorzugweise soll die Geschwindigkeit der vertikal nach unten gerichteten Strömung der aus dem Stator austretenden Flüssigkeit zwischen 1 und 5 m/s betragen. Durch eine hohe Geschwindigkeit wird erreicht, daß die Luftblasen bis tief in das Becken gedrückt werden und daß am Beckenboden in einem weiten Bereich um eine Rotor-Stator-Einheit herum Schlammablagerungen vermieden oder wieder aufgewirbelt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rotor-Stator-Einheit horizontal im Becken verfahrbar, so daß sukzessive auch großflächige Becken belüftet und durchmischt werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß um den Rotor herum ein Stator in Form eines Behälters angeordnet ist, der einen oberen Einlauf für aus dem Becken einlaufende Flüssigkeit und ein unteres offenes Ende zum Ausströmen der Flüssigkeit zurück in das Becken aufweist, daß zwischen den Rotorflügeln und einem rohrförmigen Abschnitt des Stators ein scherwirksamer ringförmiger Spalt ausgebildet ist und daß zumindest ein Teil des Rotors propellerartig zum Treiben der Flüssigkeit ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist der Statorf oberhalb des ringförmigen Spaltes eine Kammer auf, in der die Flüssigkeit eine Trompe ausbildet, die bis zu den Rotorflügeln hinabreicht. Die Tiefe der Trompe in der Kammer und die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit unten aus der Kammer strömt, sind voneinander abhängig. Weil die potentielle Energie der Flüssigkeit vollständig in kinetische Energie umgewandelt werden soll, muß die Strömungsgeschwindigkeit am Ausfluß der Kammer beispielsweise etwa 3 m/s betragen, wenn die Trompe 0,5 m tief ausgebildet sein soll.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor eine Hohlwelle mit Bereich der Rotorflügel angeordneten Durchbrechungen auf, durch die Luft aus der Umgebung in den Spalt zwischen den Rotorflügeln und dem Stator gelangen kann. Zwischen den Rotorflügeln im Bereich der Welle bilden sich bei ausreichend starken Zentrifugalkräften Unterdruckgebiete, in die Luft aus der Umgebung eingesaugt wird. Alternativ kann auch Druckluft in die Welle geführt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß auch dann Luft zugeführt wird, wenn sich keine ausreichend tiefe Trompe ausbildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stator ein oben offener Behälter mit einer oben umlaufenden Überlaufkante, die in der Flüssigkeit eingetaucht ist, so daß Flüssigkeit aus dem Becken über die Kante in den Stator einläuft. Vorzugsweise ist die obere Kante relativ zum Stator höhenverstellbar und/oder der Stator als ganzes ist höhenverstellbar, um zum einen die Menge der über die Kante einlaufenden Flüssigkeit verändern und um zum anderen Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels im Becken ausgleichen zu können.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im oberen Einlauf des Stators Leitbleche angeordnet, die die einströmende Flüssigkeit in eine zur Drehrichtung des Rotors gleichsinnige Rotation versetzen, um die Ausbildung der Trompe zu verstärken. Dabei wird die potentielle Energie der im Einlauf herabfließenden Flüssigkeit in kinetische Rotationsenergie umgewandelt.
Vorzugsweise ist der Stator ein rotationssymmetrischer Behälter und koaxial zum Rotor angeordnet, wobei sein oben offenes Ende einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1,5 m aufweist. Unterhalb des oberen Endes ist der Stator vorzugsweise nach unten konsuförmig verjüngt bis zu einem Durchmesser zwischen 0,2 und 0,8 m, wobei der Neigungswinkel des Konus zwischen 30° und 60° beträgt. Innen an dem konusförmigen Abschnitt sind die Leitbleche angebracht, die vorzugsweise gekrümmt und außen in etwa radial und nach innen zunehmend radial relativ zur Rotorachse angeordnet sind. Der Konus kann unten entweder unmittelbar in den rohrförmigen, um die Rotorflügel herum angeordneten Statorabschnitt übergehen oder mittelbar über die Kammer, die einen Durchmesser und eine Höhe zwischen 0,2 und 0,8 m und einen konischen Bodenabschnitt mit einem Neigungswinkel zwischen 30° und 60° aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in dem um die Rotorflügel herum angeordneten rohrförmigen Abschnitt des Stators strömungsbrechende Bleche mit vertikalen oder vertikal gewendelte innere Kanten angebracht und weisen die Rotorflügel ebenfalls vertikale oder vertikal gewendelte äußere Kanten auf, wobei der jeweilige Abstand von den inneren und den äußeren Kanten zu der Rotorachse über der Höhe gleichbleibend ist und wobei der ringförmige, scherwirksame Spalt zwischen den Rotationszylinderflächen der äußeren und inneren Kanten gelegen ist. Der Spalt hat eine Weite, die gleich der Differenz der Abstände der inneren und äußeren Kanten ist. Der Rotor und der Stator können relativ zueinander vertikal verschoben werden, ohne daß dadurch die Weite des Spaltes verändert wird.
Sowohl die Rotorflügel als auch die strömungsbrechenden Bleche können ebene senkrecht angeordnete Platten sein. Alternativ können sie schräg um die Rotorachse herum bzw. in dem zylindrischen Statorabschnitt in Form einer Wendel angeordnet sein, wobei die Rotorflügel dann zugleich als eine Schraube wirken, die die Flüssigkeit nach unten drückt. Durch Drehung der Rotorflügel wird eine Rotation der Flüssigkeit erzeugt, die strömungsbrechende Bleche dienen zur leerseitigen Ausbildung von Wirbeln und damit zum intensiven Einmischen der Luft in die Flüssigkeit. Zudem stellen die Zwischenräume zwischen den strömungsbrechenden Blechen einerseits und zwischen den Rotorschaufeln andererseits Kanäle dar, in denen die Flüssigkeit von oben nach unten strömen kann.
Der ringförmige Spalt soll eine möglichst geringe Weite haben, so daß der Geschwindigkeitsgradient und damit die Scherkräfte im Spalt bei mäßiger Umfangsgeschwindigkeit der Rotorflügel möglichst groß werden. Andererseits kann die Spaltweite wegen der Toleranzen nicht geringer sein als etwa 0,5 mm. Bei einer relativ hohen Drehzahl des Rotors von 3000 min-1 und einem Abstand von 0,15 m zwischen den äußeren Kanten der Rotorflügel und der Drehachse darf die Spaltweite maximal 10 mm betragen, wenn der Geschwindigkeitsgradient größer sein soll als 5.000 s-1.
Vorzugsweise ist die Spaltweite zwischen 1 und 5 mm, wenn der Abstand der äußeren Kanten von der Rotorachse zwischen 0,05 und 0,15 m beträgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Rotor 2, 3, 4, 5, 6, 8 oder 12 Rotorflügel jeweils mit gleichen Winkeln dazwischen angeordnet, so daß die Winkel dementsprechend 180°, 120°, 90°, 60°, 45° oder 30° betragen. Das hat Vorteile bei der Fertigung.
Die Anzahl der strömungsbrechende Bleche, deren horizontale Breite vorzugsweise zwischen 10 und 50 mm beträgt, ist vorzugsweise gleich groß oder beträgt ein ganzzahliges Vielfaches davon, so daß sich die zwischen dem Rotor und dem Stator wirkenden Kräfte möglichst neutralisieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Rotorwelle unterhalb der Rotorflügel ein Propeller angeordnet, der die Flüssigkeit im Stator nach unten saugt. Damit wird es möglich, die Rotorflügel als einfache, ebene vertikale Platten auszuführen. Diese erzeugen lediglich Scherkräfte ion der Flüssigkeit, wohingegen der Propeller die Flüssigkeit nach unten zieht bzw. treibt. Der Propeller ist vorzugsweise innerhalb des rohrförmigen Abschnittes des Stators angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das untere offene Ende des Stators als ein Rohr oder als eine Düse mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,3 m ausgebildet und in einem Abstand zwischen 0,5 und 2,0 m oberhalb des Beckenbodens angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, daß die Luftblasen bis nahe an den Beckenboden gelangen und daß dieser von Schlammablagerungen freigehalten wird.
Wenn Becken mit einer großen Fläche belüftet und durchmischt werden sollen, so ist es vorteilhaft, wenn eine oder mehrere Rotor-Stator-Einheiten an einer über dem Becken verfahrbaren Brücke angeordnet sind, um die Anzahl der insgesamt für das Becken erforderlichen Einheiten zu vermindern. Die Brücke ist insbesondere mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 5 m/min verfahrbar. Wenn an einer Brücke mehrere Einheiten angeordnet sind, so vorzugsweise relativ zur Fahrtrichtung nebeneinander.
Die Rotor-Stator-Einheit ist vorzugsweise aus der Flüssigkeit ausschwenkbar, so daß Wartungsarbeiten an ihr leicht ausführbar sind.
Die Rotor-Stator-Einheit kann auch schwimmfähig ausgebildet sein, was den Vorteil hat, daß ihre Wirkung weitestgehend unbeeinflußt bleibt von Veränderungen des Flüssigkeitsstandes im Becken. Außerdem kann dadurch der Bau einer Brücke gespart werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen - für sich und/oder in Kombination -, sondern sind auch der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung zu entnehmen.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken.
Ein Rotor (10) umfaßt eine Welle (12), Rotorflügel (14) und einen Propeller (16). Die Rotorflügel (14) bestehen aus mindestens zwei rechteckigen Platten, die vertikal verlaufen und senkrecht von der Welle (12) abragen. Die Propeller (16) ist unterhalb der Rotorflügel (14) angeordnet, um Flüssigkeit nach unten zu ziehen.
Der Rotor (10) ist von einem Stator (18) umgeben. Der Stator (18) ist ein rotationssymmetrischer Behälter, der koaxial zur Rotorachse (20) angeordnet ist. Er umfaßt einen oberen Einlauf (22) und ein unteren Auslauf (24). Der obere Einlauf (22) besteht aus einer konusförmigen Erweiterung (26) und aus einer höhenverstellbaren Einlaufkante (28), über die Flüssigkeit aus einem Becken (30) einlaufen kann.
Im Inneren der konusförmigen Erweiterung (26) sind Leitbleche (32) angebracht, die derart gekrümmt sind, daß sie radial aus dem Becken (30) über die Kante (28) in den Stator (18) einströmende und innen an der konusförmigen Erweiterung (26) herabfließende Flüssigkeit in eine um die Achse (20) kreisende Bewegung versetzen.
An die konuförmige Erweiterung (26) des oberen offenen Endes (22) des Stators (18) schließt sich nach unten eine Kammer (34) mit einem zylinderförmigen Wandabschnitt (36) und einem konusförmigen Bodenabschnitt (38) an. In diese Kammer (34) strömt die Flüssigkeit ein und bildet in ihr eine Trompe (40) aus, was zum einen durch die durch die Leitbleche (32) erzeugte Rotation der Flüssigkeit und zum anderen durch die Rotation der Rotorflügel (14) unterstützt wird.
Die Trompe (40) reicht hinab bis in den Bereich der Rotorflügel (14), so daß Umgebungsluft bis zu den Rotorflügeln (14) strömen kann.
Die Rotorflügel (14) sind von einem rohrförmigen Abschnitt (42) des Stators (18) umgeben, in dem strömungsbrechende Bleche (44) vertikal verlaufen und senkrecht von der Innenwandung des rohrförmigen Abschnitts (42) abragen und vorzugsweise die Form von rechteckigen Platten haben. Die Anzahl der Bleche (44) ist gleich der Anzahl der Rotorflügel (14) oder ein Vielfaches von dieser.
Die Bleche (44) weisen eine Länge auf, die gleich oder in etwa gleich der der Rotorflügel (14) sind. Auch sind die Bleche (44) und die Rotorflügel (14) auf gleicher Höhe angeordnet, wie die Figur verdeutlicht.
Zwischen den strömungsbrechenden Blechen (44) und den Rotorflügeln (14) ist ein ringförmiger Spalt (46) ausgebildet. In diesem Spalt (46) unterliegt die Flüssigkeit einer starken Scherbeanspruchung, wenn äußere vertikale Kanten (48) der Rotorflügel (14) mit hoher Geschwindigkeit und geringer Entfernung an inneren Kanten (50) der strömungsbrechenden Bleche (44) vorbeibewegt werden. In den Bereich der Rotorflügel (14) eingesaugte Luft wird in dem Spalt (46) und/oder in Wirbelgebieten zwischen den Rotorflügeln (14) und zwischen den Blechen (44) in Blasen (52) zerteilt in die Flüssigkeit eingemischt.
Ein Gemisch aus Flüssigkeit und Luftblasen (52) wird durch den Propeller (16) in einem vertikalen Rohrabschnitt (54) des Stators (18) nach unten gesaugt bzw. zu dem unteren offenen Ende (24) des Stators (18) getrieben. Dort tritt das Gemisch mit hoher Geschwindigkeit aus dem Stator (18) vertikal nach unten aus und gelangt tief in das Becken (30).
Die Welle (12) des Rotors (10) ist als Hohlwelle ausgeführt und mit Durchbrechungen (56) im Bereich der Rotorflügel (14) versehen, durch die Luft aus der Umgebung bis zwischen die Rotorflügel (14) eingesaugt oder eingepreßt werden kann.
Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist in der Figur durch Pfeile angedeutet.
In der Figur ist weder eine Befestigung des Rotors (10) noch eine Befestigung des Stators (18) dargestellt. Beide können an einer über das Becken (30) führenden Brücke befestigt sein, wobei die Brücke verfahrbar sein kann. Alternativ kann eine Rotor-Stator-Einheit (10, 18) auch in dem Becken (30) schwimmen.

Claims (28)

1. Verfahren zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken (30), insbesondere von Abwasser-Schlamm-Gemisch bei einer aeroben biologischen Reinigung von Abwasser in einem Belebungsbecken, mittels eines sich um eine vertikale Achse (20) drehenden Rotors (10) mit Rotorflügeln (14), dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit aus dem Becken (30) von oben in einen um den Rotor (10) herum angeordneten Stator (18) einströmt, daß die Flüssigkeit mittels des Rotors (10) durch den Stator (18) nach unten gesogen wird, daß Luft durch in einem ringförmigen Spalt (46) zwischen Rotorflügeln (14) und dem Stator (18) wirksame Scherkräfte und Zentrifugalkräfte in den Spalt (46) eingesaugt, dort zu Blasen (52) zerteilt und in die Flüssigkeit eingebracht wird und daß die Lufblasen (52) enthaltende Flüssigkeit aus dem Stator (18) in das Becken (30) ausströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Stator einströmende Flüssigkeit innerhalb einer Kammer (34) des Stators (18) zur Bildung einer Luft der Flüssigkeit beimischenden Trompe (40) bis zu den Rotorflügeln (14) hin in Rotation versetzt wird.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Luft durch eine Hohlwelle (12) des Rotors (10) und durch Durchbrechungen (56) in der Hohlwelle (12), die zwischen den Rotorflügeln (14) angeordnet sind, zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel (14) eine Umfangsgeschwindigkeit zwischen 5 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 10 und 25 m/s haben und daß sich in Spalt ein Geschwindigkeitsgradien zwischen 5.000 und 50.000 s-1, vorzugsweise zwischen 10.000 und 25.000 s-1 ausbildet.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit zwischen 1 und 5 m/s vertikal nach unten aus dem Stator (18) in das Becken (30) ausströmt.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit beim Einströmen von dem Becken (30) in den Stator (18) mittels Leitbleche (32) in Rotation versetzt wird, die gleichsinnig zur Rotation des Rotors (10) ist.
7. Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken (30), insbesondere von Abwasser-Schlamm-Gemisch bei einer aeroben biologischen Reinigung von Abwasser in einem Belebungsbecken, mittels eines sich um eine vertikale Achse (20) drehenden Rotors (10) mit Rotorflügeln (14), dadurch gekennzeichnet, daß um den Rotor (10) herum ein Stator (18) in Form eines Behälters angeordnet ist, der einen oberen Einlauf (22) für aus dem Becken (30) einlaufende Flüssigkeit und ein unteres offenes Ende (24) zum Ausströmen der Flüssigkeit zurück in das Becken (30) aufweist, daß zwischen den Rotorflügeln (14) und einem rohrförmigen Abschnitt (42) des Stators (18) ein schwerwirksamer ringförmiger Spalt (46) ausgebildet ist und daß zumindest ein Teil (16) des Rotors (10) propellerartig zum Treiben der Flüssigkeit ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (18) eine Kammer (34) oberhalb des ringförmigen Spaltes (46) umfaßt, in dem die Flüssigkeit eine bis zu den Rotorflügeln (14) hinabreichende Trompe (40) ausbildet.
9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (10) eine Hohlwelle (12) mit im Bereich der Rotorflügel (14) angeordneten Durchbrechungen (56) für den Austritt von Luft aufweist.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Einlauf (22) eine umlaufende höhenverstellbare Überlaufkante (28) aufweist.
11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (18) insgesamt höhenverstellbar ist.
12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberen Einlauf (22) des Stators (18) Leitbleche (32) angeordnet sind, die die oben einströmende Flüssigkeit in eine zur Drehrichtung des Rotors (10) gleichsinnige Rotation versetzen.
13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (18) rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zur Achse (20) des Rotors (10) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Einlauf (22) einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1,5 m hat.
15. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Einlauf (22) einen konusförmigen Abschnitt (26) umfaßt, der sich nach unten mit einem Neigungswinkel zwischen 30° und 60° auf einen Durchmesser zwischen 0,4 und 0,8 m verjüngt.
16. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (32) von außen nach innen gekrümmt und daß sie außen ungefähr radial und nach innen zunehmend tangential relativ zu der Rotorachse (20) ausgerichtet sind.
17. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (34) einen Durchmesser zwischen 0,4 und 0,8 m und eine Höhe zwischen 0,2 und 0,8 m hat und einen konischen Bodenabschnitt (38) aufweist, der nach unten auf einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,3 m verjüngt ist und einen Neigungswinkel zwischen 30° und 60° hat.
18. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Abschnitt (42) des Stators (18) strömungsbrechende Bleche (44) mit vertikalen oder vertikal gewendelten inneren Kanten (50) angebracht sind, daß die Bleche die Rotorflügel (14) umgeben, die vertikale oder vertikal gewandelte äußere Kanten (48) aufweisen, daß der Abstand jeweils der innere Kanten (50) und der äußeren Kanten (48) von der Rotorachse (20) über der Höhe gleichbleibend ist und daß die Weite des Spaltes (46) als Differenz der jeweiligen Abstände definiert ist.
19. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Spalt (46) eine Weite zwichen 0,5 und 5 mm aufweist.
20. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der äußeren Kanten (48) der Rotorflügel (14) von der Rotorachse (20) zwischen 50 und 150 mm beträgt.
21. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsbrechenden Bleche (44) eine horizontale Breite zwischen 10 und 50 mm aufweisen.
22. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (12) des Rotors (10) unterhalb der Rotorflügel (14) ein die Flüssigkeit nach unten treibender Propeller (16) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere offene Ende (24) des Stators (18) als ein Rohr (54) oder als eine Düse mit einem Durchmesser zwischen 0,05 und 0,3 m ausgebildet ist und daß das untere offene Ende (24) in einem Abstand zwischen 0,5 und 2,0 m über den Beckenboden angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Rotor-Stator-Einheit (10, 18) an einer über dem Becken (30) verfahrbaren Brücke befestigt ist.
25. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Stator-Einheit (10, 18) um eine horizontal verlaufende Achse aus der Flüssigkeit herausschwenkbar ist.
26. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 5 m/min, vorzugsweise zwischen 1 und 2 m/min verfahrbar ist.
27. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Stator-Einheit schwimmfähig ausgebildet ist.
28. Vorrichtung zum Belüften und Durchmischen von Flüssigkeit in einem Becken (30), insbesondere von Abwasser-Schlamm-Gemisch bei einer aeroben biologischen Reinigung von Abwasser in einem Belebungsbecken, mittels eines sich um eine vertikale Achse (20) drehenden Rotors (10) mit Rotorflügeln (14), dadurch gekennzeichnet, daß um den Rotor (10) herum ein Stator (18) in Form eines Behälters angeordnet ist, der einen oberen Einlauf (22) für aus dem Becken (30) einlaufende Flüssigkeit und ein unteres offenes Ende (24) zum Ausströmen der Flüssigkeit zurück in das Becken (30) aufweist, daß zwischen den Rotorflügeln (14) und einem rohrförmigen Abschnitt (42) des Stators (18) zur Bildung eines scherwirksamen Ringspaltes (46) vertikal verlaufende stegförmige Vorsprünge (44) von der Innenwandung des rohrförmigen Abschnitts ausgehen.
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