DE6945016U - Vertikalachsiger oberflaechenbeluefter. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vertikalachsigen Oberflächenbelüfter für die biologische Abwasserreinigung in Klärbecken, die unter der Bezeichnung "Belüftungskreisel" allgemein bekannt sind. Meist handelt es sich dabei um einen Wirbelkörper in Form einer flachen turbinenähnlichen Scheibe, an deren Unterseite sich Winkel oder Flacheisen befinden und die um eine vertikale Welle drehbar ist. Meist ist die Welle von einem nach oben gerichteten, oben offenen Rohr umgeben, durch das von oben her Luft angesaugt wird. Bei einigen Konstruktionen ist der Wirbelkörper auf der Unterseite bis auf eine mittlere Öffnung geschlossen. Man spricht dann von einem Turbinenbelüfter. Bei fast all diesen Formen kann man von Abwandlungen des Turbinenprinzips sprechen. Durch Rotation des Kreisels wird die Oberfläche des Wassers in Bewegung gebracht; es werden Wellen erzeugt. Bei Umfangsgeschwindigkeiten von 3 bis 5 m/sec entstehen lebhafte Wellenbewegungen. Dabei wird im Bereich der Drehachse aus den darunter liegenden Zonen Wasser angesaugt und unter Zumischung von Luft schleierartig nach außen geschleudert. Die Eintauchtiefe solcher Kreisel beträgt meistens nur einige Zentimeter. Auch ist die Ökonomie, d.h. der Sauerstoffeintrag, bei den meisten bekannten Bauarten verbesserungsbedürftig, und zwar deshalb, weil einige Zonen besonders in den Ecken und Tiefen nicht oder nur unzureichend mit der gewünschten Sauerstoffmenge versorgt werden. Auch die Strömungsgeschwindigkeit an der Sohle des Klärbeckens ist an einigen Stellen so gering, dass sich Schlammablagerungen bilden können. Mit keiner der bekannten Kreiselbauarten ist es möglich, ein höher liegendes Nachklärbecken zu beschicken, ohne eine besondere Fördereinrichtung, wie eine Pumpe, ein Schöpfrad oder eine Förderschnecke dazwischen zu schalten. Ein höherer Wasserspiegel von 25 bis 55 cm ist aber im Nachklärbecken erwünscht, damit der Rücklaufschlamm auch bei Teilstabilisierung und hoher Schlammtrockensubstanz durch hydrostatischen Überdruck in ausreichender Menge zum Belüftungsbecken zurückgeführt wird. Bei gleichem Wasserspiegel im Belüftungs- und Nachklärbecken reicht aber die Sogwirkung der meisten Kreiselbauarten aber nicht aus, um den unter Umständen schon eingedickten Schlamm in das Belüftungsbecken zurückzuführen. Durch die vorliegende Erfindung soll versucht werden, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden. Sie löst insbesondere die Aufgabe, den Sauerstoffeintrag und vornehmlich die Grenzflächenerneuerung zwischen Luft und Wasser zu intensivieren und die Umwälzung des Schlamm-Wasser-Gemisches zu steigern. Die Strömungsvorgänge auch über der Beckensohle sollen so beeinflusst werden, dass kein Schlamm auf dem Boden liegen bleibt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Wirbelkörper aus mehreren etwa radial von der Welle ausgehenden Rippen gebildet ist, die im Bereich der Wasseroberfläche in schräg nach oben verlaufende Schleuderarme übergehen. Beim Rotieren des Belüfters entsteht eine große Anzahl von Wasserbewegungen. Zunächst bilden die unter dem Belüfter liegenden Wassermassen ein Rotationszentrum, das auch die Umgebung beeinflusst. Gleichzeitig werden die ansteigenden Wassermassen durch die Schleuderarme an der Oberfläche erfasst und in Form von Strahlenbündeln im Bogen nach außen geschleudert. Um das Rotationszentrum herum bilden sich viele kleine vertikale Wirbel aus. Durch diese Wirbel, die mit großer Geschwindigkeit rotieren, wird die Grenzflächenerneuerung und das Sauerstoffeintragvermögen beachtlich gesteigert. Die Grenzflächenerneuerung und damit die Sauerstoffeintragung vollzieht sich bekanntlich in Bruchteilen einer Sekunde. Diese zentrale Wirbelbewegung teilt sich der Umgebung mit, die Strömungsfäden durchziehen das ganze Becken in Form von Bogen, Ellipsen und Spiralen, so dass Schlammablagerungen wirksam verhindert werden. Das Ganze lässt sich etwa mit einer rotierenden Baumkrone vergleichen, die bis zum Ansatz der Krone eingetaucht ist. Die Partie um den Stamm bildet einen senkrechten Rotationszylinder, der von unten nach oben strömt und sich in "rotierende Äste" verzweigt. Die Anzahl der Schleuderarme bestimmt die Anzahl der Äste. Die Zwischenräume werden durch Vakuolfahnen und Wasserschleier bei entsprechender Rotation des Belüfters ausgefüllt. Nach einem Ausgestaltungsgedanken der Erfindung können die Schleuderarme aus um ihre Längsachse gewundenen Flacheisen bestehen. Oder sie bestehen aus ungebogenem Flacheisen, das an den Längskanten mit entgegen der Anströmung gerichteten flachen oder gerundeten Rippen versehen ist. Es können sich am Umfang flache und gewundene Schleuderarme einander abwechseln. Dabei dienen die gewundenen Arme hauptsächlich der Bildung von feintropfigen, stark mit Luftblasen vermischten Wasserschleiern, während die flachen Arme im wesentlichen weitreichende Strahlen erzeugen sollen, die nach einem weiteren Ausgestaltungsgedanken zum Teil in einer hochliegenden Spritzwasserrinne aufgefangen werden können. Dem Zweck, diese Wassermenge verändern zu können, dient ein anderer Ausgestaltungsgedanke, nachdem die Arme bezüglich ihres Winkels zur Wasseroberfläche verstellbar sind. Vornehmlich werden aus diesem Grund die flachen Arme steiler eingestellt als die gewundenen. Um die Aufwärtsströmung im Bereich des Belüfters zu verstärken, können die Rippen zumindest in ihrem eintauchenden Teil schraubenförmig um die Welle verlaufen. Der Belüfter kann so hergestellt werden, dass Eintauchtiefen von 6 bis 60 cm bewältigt werden können. Die Umdrehungszahlen des Rotors sind für die jeweiligen Eintauchtiefen und die Flugbahnen der Wasserfahnen veränderlich. Beispielsweise liegt die Umfangsgeschwindigkeit für 1,5 m Außendurchmesser bei über 5 m/sec. Im Spritzbereich der Arme kann eine Auffangrinne angebracht werden, die verschiedenen Zwecken dient. Im ersten Fall, wird das Abwasser, das mit belebtem Schlamm vermischt ist beziehungsweise ein bestimmter Teil desselben in diese Rinne geschleudert und von dort mit natürlichem Gefälle in ein Nachklärbecken geleitet, dessen Wasserspiegel 25 bis 60 cm über dem Wasserspiegel des Belüftungsbeckens liegt. Der belebte Schlamm setzt sich im Nachklärbecken ab. Ein Teil wird als sogenannter Rücklaufschlamm in das Belüftungsbecken zurückgeführt. Diese Rückführung erfolgt nur durch den hydrostatischen Überdruck des erhöhten Spiegels im Nachklärbecken ohne jede Sogeinwirkung des Belüfters, ohne Pumpen oder sonstige Fördereinrichtungen. Die Zugabestelle des Schlammrücklaufs kann über Wasser liegen, wodurch eine einfache Kontrolle möglich ist. Störungen können vom Wärter sofort erkannt werden. Die Schlammrücklaufmenge ist leicht einstellbar. Sie kann in den Grenzen von 25 bis 150
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variiert werden, um die Menge des arbeitenden Schlammes insbesondere bei Regenwetter zu erhöhen. Die Einspeismenge des Schlamm-Wasser-Gemischs in das Nachklärbecken ist ebenfalls variationsfähig, und zwar einerseits durch die Verstellbarkeit der Schleuderarme, andererseits durch eine Zulaufblende im Ablauf der Auffangrinne. Ein Schirm über dem Belüfter sorgt dafür, dass nur eine bestimmte Menge Spritzwasser in die Auffangrinne gelangt und dass die Lufteinlassöffnungen am oberen Ende des Mörtelrohres vor Wellen und Eisbildung geschützt werden, damit die Luftzufuhr zu den Unterdruckstellen des Belüfters auch bei hohen Spritzwasserbögen gesichert bleibt. Das Spritzwasser, das sehr sauerstoffreich ist, kann von der Auffangrinne durch Ausleger mit Rohrleitungen an sauerstoffarme Stellen der Kläranlage herangeführt werden. Im folgenden werden Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Belüfter, Fig. 2 einen Horizontalschnitt zu Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Belüftungsbecken mit nachgeschaltetem Nachklärbecken, Fig. 4 eine Draufsicht zu Fig. 3, Fig. 5 ein schwimmendes Belüftungsaggregat und Fig. 6 eine Draufsicht zu Fig. 5, Fig. 7 einen Belüfter mit anderen Schleuderarmen. Fig. 1 zeigt einen vertikalachsigen Rotor, dessen Welle 1 von einem Rohr 2 umgeben ist, das oben Lufteintrittsöffnungen 3 aufweist. Der
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Teil der Welle 1 besitzt Rippen 5, an denen gewundene Schleuderarme 6 verstellbar befestigt sind. Die Schleuderarme 6 sind hier unter einem Winkel
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von ca. 40° zum ruhenden Wasserspiegel angeordnet. Durch Pfeile ist der Weg der Luft zu den Unterdruckstellen angedeutet. Eine Spritzwasserrinne 7 ist oben links als kleiner Ausschnitt schematisch strichpunktiert zu sehen. Rinne und Motor sind von
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Arme 8 mit in Drehrichtung weisenden, gerollten oder abgewinkelten Längsseiten eingesetzt werden, um die Spritzwassermenge zu erhöhen. Aus dieser Darstellung wird ferner deutlich, dass die Rippen 5 nicht genau radial, sondern in Drehrichtung gesehen nach hinten angestellt verlaufen.

Fig. 3 zeigt eine biologische Abwasser-Reinigungsanlage, bestehend aus einem Belüftungsbecken 11 mit Belüfter 10 und einem Nachklärbecken 12 mit höher liegendem Wasserspiegel 13 als der Spiegel des Belüftungsbeckens 11. Man erkennt die Spritzwasserrinne 7, die einen Teil des Spritzwassers mit Belebtschlamm durch eine Leitung 14 ins benachbarte Nachklärbecken mit natürlichem Gefälle abfließen lässt. Eine Abflussblende 15 regelt die Durchflussmenge. Der Schlamm setzt sich ab und wird durch einen Längsräumer 19 in die Schlammtaschen 20 geschoben. Ein Teil des abgesetzten Schlammes wird durch eine Schlammrückführleitung 16 ins Belüftungsbecken 11 zurückgeführt, ohne dass eine Förderpumpe erforderlich wäre. Der Schlammausflussstutzen 17 liegt über Wasser. Dadurch ist eine leichte Kontrolle möglich. Ferner ist er der mehr oder weniger fragwürdigen Sogwirkung des Belüfters entzogen. Die Abflussmenge des Schlammes ist durch einen Schieber 18 regulierbar. Durch kurzfristiges vollständiges Öffnen des Schiebers werden Ablagerungen von Schlamm durch Ausschwemmen beseitigt. Neben dem Nachklärbecken 12 kann sich ein Schacht für Überschussschlamm befinden. Sämtliche Schlammleitungen besitzen Druckwasseranschlüsse, die eine Reinigung der Schlammrohre nach Verstopfungen durch
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Druckwasser kann dem Nachklärbecken entnommen werden. Die Rippen des Belüfters 10 sind hier schraubenförmig um die Welle angeordnet, wodurch sowohl die Strömung in horizontaler als auch in vertikaler Richtung intensiviert wird. Demselben Zweck dient die strichpunktiert angedeutete Verbreiterung 30 der Rippen. Fig. 4 zeigt Belüftungsbecken 11 und Nachklärbecken 12 als Rechteckbecken in der Draufsicht als Ergänzung zu Fig. 3. Der Belüfter ist ohne Spritzwasserschirm mit geschlossener ringförmig ausgebildeter Spritzwasserrinne 27 gezeigt. Zwischen gewundenen Armen werden hier ebenfalls flache Arme mit gerollten Kanten gezeigt. Mit diesen kann die Fördermenge in die Rinne gesteigert werden. Die strichpunktiert dargestellten Rohrleitungen 21 ermöglichen die Weiterleitung von sauerstoffreichem Spritzwasser an sauerstoffarme Stellen, die von der Umwälzung zu wenig erfasst werden. Natürlich kann das Nachklärbecken auch als Rundbecken ausgebildet sein. Die Schlammtaschen sitzen dann am Rande des Beckens, damit der in die Schlammtrichter durch Rundräumer geschobene Schlamm auf kürzestem Weg durch hydrostatischen Überdruck in den Belüftungsraum geleitet werden kann. Das Belüftungsbecken kann ebenfalls rund oder oval sein. Die Spritzwasserrinne kann auch nur halbkreisförmig ausgebildet sein. Auch der Belüfter kann mit seinem mit Rippen besetzten Teil tiefer in das Becken ragen und so als Strömungserzeuger für starke horizontale Strömungen dienen. Die Figuren 5 und 6 zeigen einen auf Schwimmern 22 aufgebauten

Belüfter 10. Er saugt Wasser aus den
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Zonen an, vermischt es mit Sauerstoff und verteilt ein Teil auf die Wasseroberfläche. Ein nicht unwesentlicher Teil des mit Sauerstoff angereicherten Abwassers wird in die Auffangrinne geschleudert und gelangt von dort durch Schläuche oder Rohre 23, 24 in tiefergelegene sauerstoffarme oder -freie Zonen, die vom Vertikalbelüfter direkt nicht erfasst werden. Die Schläuche können aus Gummi oder Kunststoff sein. Sie können verschiedene Länge haben, um verschiedene Tiefen zu erreichen. Die Zuflussmengen zu den einzelnen Schläuchen können durch Regulierorgane eingestellt werden. Diese schwimmende Ausführung wird vornehmlich bei Spiegelschwankungen, Abwasserteichen sowie bei sehr tiefen Belüftungsteichen eingesetzt. Das schwimmende Aggregat kann durch Seile 25 und Kabeltrommeln 26 für Streckenbelüftung von Oxydationsteichen, Belüftungsteichen, Stauseen und dergleichen verwendet werden. Wasser, das nicht bis auf das Niveau der Rinne gehoben wird, spritzt gegen die an ihrer Unterseite schürzenartig angeordnete Prallglocke 29, von der es abprallt und unter einem steilen Winkel auf der Oberfläche des Wassers auftrifft. Durch Versuche wurde festgestellt, dass ein Auftreffwinkel von ca. 70° zur Horizontalen die besten Sauerstoffeintragwerte ergibt. Spritzschirm 4, Rinne 7 bzw. 27 und Prallglocke 29 können einen starren Verband bilden, der an dem Achslager des Belüfters befestigt ist, so dass keinerlei weitere Stützen erforderlich sind.

Fig. 7 stellt einen Belüfter mit Schleuderarmen dar, deren Schraubflächen 31 parallel zu ihrer Längsachse verlaufen. Die Steigung ist also hier nur noch wenig größer als die Breite des gewundenen Flachstreifens. Diese mit nur schmalen Schlitzen versehenen Arme halten das angesaugte Wasser besser als geschlossenen Strahl zusammen, so dass er weiter nach außen gelangen kann. Trotzdem werden durch die schraublinienartigen Schlitze große Luftmengen angesaugt und mit dem Wasserstrahl intensiv vermischt. Zur Verringerung des Strömungswiderstandes und zur Verbesserung der Vertikalströmung können auch hier die Rippen, an denen die Schleuderarme schwenkbar befestigt sind, pflugartig angestellt sein. Es genügt in manchen Fällen auch schon, wenn lediglich die inneren Enden der Schleuderarme etwas verwunden sind. Ihre äußeren Enden sind schräg nach unten gezogen und können ebenfalls von der Radialrichtung abweichen. Beide Maßnahmen dienen dem Zweck, den aus dem rohrähnlichen Schleuderarm austretenden Wasserstrahl bereits weitestgehend in den von der Prallglocke 29 vorgegebenen Winkel zu lenken, dienen also im Endeffekt ebenfalls zur Erhöhung des Sauerstoffeintrags. Eine in etwa gleichwertige Wirkung kann erzielt werden, wenn die schraubenförmig gewundenen Arme von oben und unten offenen Rohrstücken 32 umgeben sind, die längs geschlitzt und mittels Laschen und Schrauben festgeklemmt sind. Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung im Schnitt.

Claims (14)

1. Vertikalachsiger Oberflächenbelüfter für Abwasserklärbecken, bestehend aus einer antreibbaren Vertikalwelle und einem in das Wasser eintauchenden Wirbelkörper, von dem ein die Vertikalwelle konzentrisch umgebendes, oben offenes Rohr zum Ansaugen von Luft in den Wirbelkörper nach oben geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkörper aus mehreren etwa radial von der Welle (1) ausgehenden Rippen (5) gebildet ist, die im Bereich der Wasseroberfläche in schräg nach oben verlaufende Schleuderarme (6, 8) übergehen.

2. Belüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderarme (6, 8) bezüglich ihres Winkels zur Wasseroberfläche verstellbar sind.

3. Belüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderarme (6) aus um ihre Längsachse gewundenen Flacheisen bestehen.

4. Belüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderarme (6) aus Flacheisen bestehen, die an ihren Längskanten mit entgegen der Anströmung gerichteten Flächen oder gerundeten Rippen versehen sind.

5. Belüfter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich Schleuderarme (6, 8) aus gewundenem und flachem Streifenmaterial am Umfang einander abwechseln.

6. Belüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuderarme aus flachem Streifenmaterial (8) steiler stehen als die aus gewundenem (6).

7. Belüfter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (5) zumindest in ihrem eintauchenden Teil schraubenförmig um die Welle (1) verlaufen.

8. Belüfter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schleuderarme (6, 8) Spritzwasserrinnen (7, 27) über dem Wasserspiegel vorgesehen sind, die über einstellbare Rohrleitungen (14) vornehmlich mit einem Nachklärbecken (12) verbunden sind.

9. Belüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinnen (27) als geschlossener Ring ausgebildet sind, der konzentrisch zur Vertikalwelle (1) liegt.

10. Belüfter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er auf einem schwimmenden Gerüst (22) befestigt ist, das zu seinem Rand führende Rinnen (23) und von dort etwa vertikal nach unten gerichtete Rohre (24) zum Einleiten des Spritzwassers unter den Wasserspiegel des Belüftungsbeckens (1) aufweist.

11. Belüfter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Wasser eintauchende Teil der Rippen (30) derart nach außen verbreitert ist, dass er eine bis zur Beckensohle reichende Kreisströmung erzeugt, die insbesondere bei einem in der Krümmung eines O-förmigen Klärbeckens angeordneten Belüfter zum Aufrechterhalten der Ringströmung dient.

12. Belüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er von einer feststehenden Prallglocke (29) konzentrisch umgeben ist, die sich nach unten erweitert und gegebenenfalls auf der Innenseite die Spritzwasserrinne (27, 7) trägt.

13. Belüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubflächen (31) der gewundenen Schleuderarme (6) parallel zu ihrer Längsachse verlaufen und somit ein schraubenartig geschlitztes Rohr bilden.

14. Belüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schneckenförmig gewundenen Schleuderarme (6) mindestens teilweise von einem Rohr (32) koaxial umgeben sind.