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DE2618369A1 - Verfahren und belueftungsvorrichtung zum eintragen von luftsauerstoff in wasser - Google Patents

Verfahren und belueftungsvorrichtung zum eintragen von luftsauerstoff in wasser

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Publication number
DE2618369A1
DE2618369A1 DE19762618369 DE2618369A DE2618369A1 DE 2618369 A1 DE2618369 A1 DE 2618369A1 DE 19762618369 DE19762618369 DE 19762618369 DE 2618369 A DE2618369 A DE 2618369A DE 2618369 A1 DE2618369 A1 DE 2618369A1
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DE
Germany
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air outlet
outlet surface
water
air
ventilation device
Prior art date
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Pending
Application number
DE19762618369
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English (en)
Inventor
Theodor Wilcke
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Description

  • "Verfahren und Belüftungsvorrichtung zum Ein-
  • tragen von Luftsauerstoff in Wasser" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine BelUftungsvorrichtung zum Eintragen von Luftsauerstoff in Wasser, z. B. Abwässer oder offene Gewässer, insbesondere zur Versorgung von Belebtschlamm im Wege biologischer Abwasserreinigung, wozu einer feinporigen Luftaustrittsfläche zur Erzeugung feiner Luftblasen in einem BelUftungsbecken Druckluft zugeführt wird.
  • Eine spezielle Form der biologischen Abwasserreinigung ist das Belebtschlammverfahren. Dabei werden die Vorgänge der biologischen Selbstreinigung eines natürlichen Gewässers auf engstem Raum abgekürzt. Durch künstliche Belüftung in Belüftungsbecken ballen sich zunächst kolloidal gelöste Stoffe um teils organische, teils anorganische Schwebestoffe zu Flocken zusammen. Diese bilden einen guten Nährboden für Mikroorganismen.
  • Die Belüftung hat vornehmlich die Aufgabe, dem Abwasser im Belüftungsbecken Sauerstoff in ausreichender Menge fr die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen zuzuführen. Daneben soll sie den belebten Schlamm in der Schwebe halten und für seine gute Durchmischung mit dem Abwasser sorgen. Das aus dem Belüftungsbecken zusammen mit dem belebten Schlamm abfließende Wasser wird in einem Nachklärbecken von dem Belebtschlamm getrennt und fließt dann als biologisch gereinigtes Wasser einem Vorfluter zu. Ein Teil des Belebtschlammes wird als Rücklaufschlamm wieder dem Belüftungsbecken zugeführt, wo er den biologischen Abbau der fäulnisfähigen organischen Substanzen des Abwassers vollzieht.
  • Bei den zur Zeit gebräuchlichen Verfahren des Sauerstoffeintrages in das zu behandelnde Abwasser im Zuge seiner Belüftung diffundieren weniger als 10 % Luftsauerstoff in das Wasser, während über 90 % unausgenutzt wieder entweichen. Dieser unbefriedigende Wirkungsgrad ist im wesentlichen dadurch bedingt, daß es nicht gelingt, die eingegebene Luft in hinreichend kleine Blasen zu zerlegen. Das gilt selbst für feinblasige Druckluftbelüftung mittels gelochter Rohre oder Belüftungskerzen aus porösem Filtermaterial. Jede feine Pore des Filtermaterials und damit der Luftaustrittsfläche ist zunächst von einer dünnen Wasserhaut überzogen. Die aus einer Pore austretende Luft wölbt diese Wasserhaut auf, nachströmende Luft weitet die Wölbung zu einer Kugelform bzw. einem Bläschen, welches jedoch erst bei entsprechender Größe durch seinen Auftrieb von der Pore bzw.
  • seiner Entstehungsstelle abgelöst wird. Insoweit läßt sich der Luftblasendurchmesser bisher nicht unbeschränkt vermindern, vielmehr hat die unter Wasser austretende Luftblase einen viel größeren Durchmesser als die betreffende Pore. - Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Belüftungsvorrichtung anzugeben, mit welcher der Wirkungsgrad hinsichtlich des Eintragens von Sauerstoff in Abwässer durch hinreichend kleine Luftblasenbildung beachtlich verbessert wird.
  • Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß die Luftaustrittsfläche von Wasser mit vorgegebener Geschwindigkeit an- bzw. umströmt und/oder zur Erzeugung einer Wasserströmung auf der Luftaustrittsfläche mit vorgegebener Geschwindigkeit im Abwasser bewegt wird. Vorzugsweise wird die Luftaustrittsfläche tangential vom Wasser an- bzw.
  • umströmt. Erfindungsgemäß kann die Luftaustrittsfläche aber auch durch das Abwasser gezogen bzw. verfahren Und/oder in Rotationsbewegung versetzt werden, um eben eine Relativbewegung zwischen Abwasser und Luftaustrittsfläche von vorgegebener Geschwindigkeit zu erreichen. Denn dadurch werden die auf der feinporigen Luftaustrittsfläche entstehenden Luftblasen schon früher, also vor Erreichen ihrer normalen Größe von den Poren abgelöst. Es entsteht ein sehr feinblasiges Luft/Wasser-Gemisch, welches bei gleichem Luftanteil eine sehr viel größere Kontaktfläche als bei herkömmlich erzeugten Luftblasen aufweist und daher einen erheblich besseren Sauerstoffeintrag gewährleistet.
  • Die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffes aus den Luftblasen in das Abwasser ist der dargebotenen Kontaktfläche direkt proportional. Tatsächlich verweilt jede Luftblase in dem Abwasser für eine bestimmte Zeit, bevor sie an der Oberfläche zerplatzt. Während dieser Zeit ist die Luftblase mit dem Abwasser in Kontakt und es vollzieht sich ein dauernder Übergang des Sauerstoffs in das Abwasser. Dieser Sauerstoffübergang wird durch Molekulardiffusion an der Grenzschicht zwischen Luft und Wasser bewirkt. Bei gleichem Luftanteil ist durch Verminderung der Blasengröße die Summe aller Blasenoberflächen um ein Mehrfaches größer. Dieselbe Luftmenge aufgeteilt auf Luftblasen von Bruchteilen ihres üblichen Durchmessers ergibt eine mehrfach größere Oberfläche. Daraus wird. unmittelbar deutlich, daß eine bessere Ausnutzung der dargebotenen Luftmengen den Aufwand für den erforderlichen Sauerstoffeintrag bei der Behandlung von Abwässern ganz erheblich reduzieren kann, wenn man nach Lehre der Erfindung verfährt. Tatsächlich wird nur noch ein Bruchteil der bisher geförderten Luftmenge benötigt, um den gleichen Kläreffekt zu erzielen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Belüftungsvorrichtung, die zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens besonders geeignet ist und sich durch funktionsgerechte und kompakte Bauweise auszeichnet. Diese Belüftungsvorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Belüfter mit feinporiger Luftaustrittsfläche und einer Druckluftzuleitung mit ggf. Gebläse, wobei der Belüfter in einem Belüftungsbecken angeordnet ist.
  • Diese Belüftungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Luftaustrittsfläche zur Erzeugung eines sie beaufschlagenden Wasserstromes eine Wasserstrahl- oder leitvorrichtung zugeordnet und/oder die Luftaustrittsfläche als Bewegungskörper ausgebildet ist. Dadurch läßt sich eine Relativbewegung zwischen der Luftaustrittsfläche und im Abwasser von solcher Größe erzeugen, daß der oben bereits erläuterte Effekt eintritt, nämlich das frühzeitige Ablösen der Luftblasen von den Poren der Luftaustrittsfläche, woraus besonders kleine Luftblasenbildung resultiert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Wasserstrahlvorrichtung eine oder mehrere gegen die Luftaustrittsfläche tangential angestellte Strahldüsen, z. B. Schlitzdüsen auf. In diesem Fall wird die Lutaustrittsfläche also unmittelbar angestrahlt. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wasserleitvorrichtung aus einem die Luftaustrittsfläche mit vorgegebenem Zwischenraum umgebenden Strömungskanal, z. B.
  • Leitrohr, für Abwasser besteht. In diesem Fall wird also das Abwasser in den Zwischenraum zwischen Strömungskanal und Luftaustrittsfläche an letzterer entlang geführt. Besondere Bedeutung kommt ferner einem Vorschlag der Erfindung zu, wonach die Luftaustrittsfläche als Rotationskörper, z. B. Hohlzylinder mit feinporiger Oberfläche ausgebildet ist. Bei einem Rotationskörper läßt sich eine besonder große Relativbewegung zwischen Abwasser und Luftaustrittsfläche erzeugen, dadurch besonders kleine Luftblasenbildung. In diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung, daß der Hohlzylinder in dem Belüftungsbecken mit seinem geschlossenen Obenende an einer Antriebswelle aufgehängt und in das offene Untenende die Druckluftzuleitung eingeführt ist. Selbständige Bedeutung kommt jedoch einer Ausführungsform der Erfindung zu, wonach der Hohlzylinder mit geschlossenem Untenende und geschlossenem Obenende an eine für die Druckluftzuführung als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeschlossen ist. In diesem Fall ist erfindungsgemäß im Ubergangsbereich von Antriebswelle und Hohlzylinder eine Flügelpumpe angeordnet und sind die Flügelpumpe und der Hohlzylinder geringfügig unterhalb des Abwasserspiegels von einem bis in den Bereich des Beckenbodens geführten Leitrohr umgeben. Die aus den Poren des Hohlzylindermantels in das Abwasser austretenden Luftblasen werden durch die Reibung des Wassers bereits abgelöst, bevor sie ihre normale Größe erreicht haben. Feinblasige Luftverteilung ist die Folge. Die mitt dem Hohlzylinder verbundene Flügelpumpe erzeugt in dem Leitrohr eine nach unten gerichtete Strömung, die nur etwas größer als die Steiggeschwindigkeit der Luftblasen sein muß. Hierdurch werden die feinen Luftblasen zunächst bis in die Nähe des Beckenbodens geführt und steigen erst dann außerhalb des Leitrohres bis an die Oberfläche des Belüftungsbeckens wieder auf. Die Kontaktdauer einer Luftblase mit dem umgebenden Abwasser wird auf diese einfache Weise gegenüber der Kontaktdauer beim Aufsteigen einer Luftolase von lediglich dem Beckenboden bis zur Wasseroberfläche annähernd verdoppelt. Gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen, dazu gehören z. B. Kreiselpumpen, welche Luft und Wasser ansaugen und im Kreisel vermischen sowie Geräte, die nach dem Injektionsprinzip arbeiten, zeichnet sich die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung durch einen erheblich besseren Wirkungsgrad aus und erzeugt insbesondere sehr kleine Luftblasen einheitlicher Größe bei ganz geringem Kostenaufwand. Die auf zubringende Energie für die Eintragung des Sauerstoffs in das Abwasser ist extrem niedrig.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Verfahren und eine Belüftungsvorrichtung verwirklicht werden, die sich durch optimalen Wirkungsgrad hinsichtlich des Eintragens von Sauerstoff in Abwässer, insbesondere zur Versorgung von Belebtschlamm im Wege biologischer Abwasserreinigung, auszeichnen, und zwar weil einerseits nach Lehre der Erfindung nunmehr Luftblasen von extrem geringem Durchmesser und dadurch erhöhter Luft/Wasser-Kontakt bei gleicher Luftmenge erreicht werden, andererseits unter Berücksichtigung eines minimalen Energieaufwandes. Darüber hinaus läßt sich nach bevorzugter Ausführungsform die Kontaktdauer erheblich erhöhen. Dabei muß Einfachheit und Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zu seiner Durchführung beanspruchten Belüftungsvorrichtung überraschen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung mit zugeordneter Wasserstrahlvorrichtung, Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 mit zugeordneter Wasserleitvorrichtung und Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 1 in der Ausführungsform mit rotierendem Hohlzylinder und zugeordneter Wasserleitvorrichtung.
  • In den Figuren ist eine Belüftungsvorrichtung zum Eintragen von Sauerstoff in Abwässer, insbesondere zur Versorgung von Belebtschlamm im Wege biologischer Abwasserreinigung, dargestellt. Diese Belüftungsvorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Belüfter 1 mit feinporiger Luftaustrittsfläche 2 und einer Druckluftzuleitung 3 mit ggf. Gebläse, wobei der Belüfter 1 in einem Belüftungsbecken 4 angeordnet ist und dort zur Erzeugung feiner Luftblasen 5 dient. Der Luftaustrittsfläche 2 ist zur Erzeugung eines sie beaufschlagenden Wasserstroms eine Wasserstrahl- oder Leitvorrichtung 6 bzw. 7 zugeordnet. Die Luftaustrittsfläche 2 kann aber auch als Bewegungskörper 8 ausgebildet sein. - Die Wasserstrahlvorrichtung 6 weist eine oder mehrere gegen die Luftaustrittsfläche 2 tangential angestellte Strahldüsen 9, z. B. Schlitzdüsen, auf. -Die Wasserleitvorrichtung 7 besteht aus einem die Luftaustrittsfläche 2 mit vorgegebenem Zwischenraum umgebenden Strömungskanal, z. B. Leitrohr, für Abwasser. - Die Luftaustrittsfläche ist jedoch in der Ausführungsform als Bewegungskörper bevorzugt als Rotationskörper, z. B. Hohlzylinder 8 mit feinporiger Oberfläche ausgebildet. In diesem Fall kann der Hohlzylinder 8 in dem Belüftungsbecken 4 mit seinem geschlossenen Obenende an einer Antriebswelle aufgehängt und in das offene Untenende die Druckluftzuleitung eingeführt sein, was nicht gezeigt ist.
  • Vielmehr ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Hohlzylinder 8 mit geschlossenem Untenende 10 und Obenende an eine für die Druckluftzuführung als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 11 ausgeschlossen. Im Übergangsbereich von Antriebswelle 11 und Hohlzylinder 8 ist eine Flügelpumpe 12 angeordnet. Die Flügelpumpe 12 und der Hohlzylinder 8 sind geringfügig unterhalb des Abwasserspiegels von einem bis in den Bereich des Beckenbodens geführten Leitrohr 7 als Wasserleitvorrichtung umgeben, so daß die erzeugten Luftblasen 5 von der Flügelpumpe 11 zunächst nur durch das Leitrohr 7 hindurch bis in den Bereich des Beckenbodens gedrückt werden und dann außerhalb des Leitrohres bis an die Wasseroberfläche aufsteigen und dort zerplatzen. Auf diese Weise wird eine besonders lange Kontaktdauer erreicht, wie sie für das Diffundieren des Sauerstoffes aus der Luft in das Wasser optimal ist. Von der Antriebswelle 11 zweigt unter Zwischenschaltung einer Sopfbuchse ein Druckluftzuleitungsstutzen 13 ab, an den z. 3. ein Gebläse angeschlossen sein kann. Auf die Antriebswelle 11 ist ein Antriebsmotor 14 aufgesetzt, so daß eine im ganzen verhältnismäßig einfache und funktionsgerecht aufgebaute Belüftungsvorrichtung entsteht.
  • L e e r s e i t e

Claims (10)

  1. Patentansprilohe Verfahren zum Eintragen von Luftsauerstoff in Wasser, insbesondere zur Versorgung von Belebtschlamm im Wege biologischer Abwasserreinigung, wozu einer feinporigen Luftaustrittsfläche zur Erzeugung Seiner Luftblasen in einem Belüftungsbecken Druckluft zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Luftaustrittsfläohe von Wasser mit vorgegebener Geschwindigkeit an- bzw. umströmt und/oder zur Erzeugung einer Wasserströmung auf der Luftaustrittsfläche mit vorgegebener Geschwindigkeit im Abwasser bewegt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsfla'#che tangential vom Wasser an- bzw. umströmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsfläche durch das Abwasser gezogen bzw.
    verfahren und/oder in Rotationsbewegung versetzt wird.
  4. 4. Belüftungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der AnsprUche 1 bis 4, bestehend aus einem Belüfter mit feinporiger Luftaustrittsfläche und einer Druckluftzuleitung mit ggf. Gebläse, wobei der BelUfter in einem Belüftungsbecken angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftaustrittsfläche (2) zur Erzeugung eines sie beaufschlagenden Wasserstroms eine Wasserstrahl- oder Leitvorrichtung (6 bzw, 7) zugeordnet und/oder die Luftaustrittsfläche (2) als Bewegungskörper (8) ausgebildet ist.
  5. 5. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstrahlvorrichtung (6) eine oder mehrere gegen die Luftaustrittsfläche (2) tangential angestellte Strahldüsen (9), z. B. Schlitzdüsen, aufweist.
  6. 6. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzechnet, daß die Wasserleitvorrichtung (7) aus einem die Luftaustrittsfläche (2) mit vorgegebenem Zwischenraum umgebenden Strömungskanal, z. B. Leitrohr, besteht.
  7. 7. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsfläche (2) als Rotationskörper, z.
    B. Hohlzylinder (8) mit feinporiger Oberfläche, ausgebildet ist.
  8. 8. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzechnet, daß der Hohlzylinder (8) in dem Belüftungsbecken (4) mit seinem geschlossenen Obenende an einer Antriebswelle aufgehängt und in das offene Untenende die Druckluftzuleitung eingeführt ist.
  9. 9. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (8) mit geschlossenem Untenende (10) und Obenende an eine für die Druckluftzuführung als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle (11) angeschlossen ist.
  10. 10. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich von Antriebswelle (11) und Hohlzylinder (8) eine Flügelpumpe (12) angeordnet und die Flügelpumpe (12) und der Hohlzylinder (8) geringfügig unterhalb des Abwasserspiegels von einem in den Bereich des Beckenbodens geführten Leitrohr (7) umgeben sind.
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DE19762618369 Pending DE2618369A1 (de) 1976-04-27 1976-04-27 Verfahren und belueftungsvorrichtung zum eintragen von luftsauerstoff in wasser

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DE (1) DE2618369A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2421671A1 (fr) * 1978-04-05 1979-11-02 Alsthom Atlantique Generateur de bulles a balayage
EP0136394A3 (de) * 1983-10-06 1986-05-07 Yokosuka Boat Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Lösung von Gas in einer Flüssigkeit

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