DE3126832C2 - Belebungsbecken für Kläranlagen mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß - Google Patents

Abstract

Belebungsbecken für Kläranlagen od.dgl. mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß und mit getrennten Vorrichtungen zur Belüftung und Umwälzung, wobei eine torusförmige Walzenströmung im Becken durch umlaufende flächige Elemente und die Belüftung in an sich bekannter Weise durch Belüftungselemente erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Belebungsbecken für Kläranlagen mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Bei nicdrigbelastclcn Belebungsbecken ist es bereits bekannt, die beiden Maßnahmen der Umwälzung und der Belüftung der Flüssigkeit zu (rennen. In einem Belebungsbecken nach dem deutschen Gebrauchsmuster 80 07 295 wird durch flächige Elemente eine annähernde Kolbenströmung erzeugt und die Belüftung wird durch feststehende Belüftungsgitter vorgenommen, die mit Druckluft beaufschlagt werden und die Luft in Form von BSasenschwärmen in die Flüssigkeit abgeben, wodurch sich eine Aufstiegsströmung (Mammutpumpeneffekt) ausbildet Die Aufstiegsströmung ist bezügL.-h der für die Umwälzung der Flüssigkeit förderlichen St römungen in Quer- bzw. Radialrichtung des Beckens von Nachteil.

Als Aufgabe wurde daher der Erfindung zugrunde gelegt, in einem gattungsgemäßen Belebungsbecken rf?s rotierende Abwasser-Belebtschlammgemisch nut möglichst geringem Energieaufwand umzuwälzen.

Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß die flächigen Elemente so angeordnet und ausgebildet sind, daß eine torusförmige, walzenartige Sekundärströmung entsteht, die an der Außenwand des Beckens nach unten und auf der Beckensohle nach innen gerichtet ist.

Der Vorteil der Erfindungslehre besieht darin, daß eine torusförmige Walzenströmung den geringsimöglichen Energiebedarf für eine Strömung überhaupt aufweist. Die Strömungsform als solche stellt sich bekannt-Hch in jedem ungestörten, längsdurchflossenen. gekrümmten und oben ts?fenen Strömungsquerschniti ein. Durch die Wandreibung wird dabei der Längsströmung eine Querströmung überlagert, die an der Außenwand nach unten und auf der Beckensohle nach innen führt. Bei einem runden Becken bildet sich diese Strömung torusförmig walzenartig aus.

Die umlaufenden flächigen Elemente zur Erzeugung dieser Strömung müssen den Eigenheiten dieser lorusförmigen Walzenströmung angepaßt werden und die Anordnung der Belüftungselemcnte in der gleichen Weise.

Die Erfindung ist in der Abbildung beispielsweise beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt und

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Belebungsbecken.

Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Abbildung teilweise mehrere Elemente genannt, die emv* euer einzeln oder gemeinsam oder in unterschiedlichsten Kombinationen miteinander eingesetzt werden können.

Das Belebungsbecken 10 wird durch die Sohle 11 und die Wand 12 gebildet. Der Beckeninhalt wird durch Zuläufe 14 und 15 gespeist und durch einen oder mehrere Abläufe 16 beispielsweise in der Nähe der Beckenmitte 13 entleert. Die im Becken enthaltene Flüssigkeit bildet einen freien Flüssigkeitsspiegel 17.

Dem Flüssigkeitsinhalt wird durch umlaufende flächige Elemente eine torusförmige Walzenströmung aufgezwungen, die sich aus einer Hauptströmung 21 und einer Sekundärströmung 22 zusammensetzt. Die Hauptströmung 21 stellt sich in der Draufsicht als kreisförmig dar. während die Sekundärströmung 22 als Walzcnströniiing bezeichnet werden kann. Wenn man in erster Näherung die Geschwindigkeit der Walzenströmung als gleichförmig ansieht, wird aus Kontinuitätsgründen der innere Beckenabschnitt mit der nach oben gerichteten Strömung 27 einen größeren Radiusteil aufweisen als der äußere Beckenabschnitt mit der nach unten gerichteten Strömung 25. Die neutrale Stromlinie 28 wird daher im äußeren Bereich des halben Beckenquerschniites liegen

M Die umlaufenden flächigen Elemente 31 — 35 sind ;in einer umlaufenden Brücke 36 angclenkt. die in der Bek· kenmittc 13 in einem Königszapfen gelagert ist und mit Fahrwerken 39 auf der Beckenwand 12 läuft. Die Briik-

ke 36 wird durch einen Antrieb 37 in Fahrtrichtung 38 bewegt.

In vorteilhafter Ausführung können die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 auf Teilbereiche des Strömungsquerschnittes 23 beschränkt sein und dort annähernd quer zur örtlichen Strömungsrichtung angeordnet sein. In diesem Falle können die flächigen Elemente mit unterschiedlicher Anstellung zum Radius angeordnet werden, uno zwar z. B. in äußeren Beckenbereich so, daß ein Teilschild 32 mit nach außen fördernder Wirkung, ein Teilschild 33 mit nach unten fördernder Wirkung und ein Teilschüd 34 mit nach innen fördernder Wirkung angeordnet sind. Ebenso kann das Bodenschild mit nach innen fördernder Wirkung ausgebildet werden. Die erwünschte Förderwirkung der Elemente tritt sowohl bei einem als auch bei der Kombination von mehreren Elementen ein. Durch die Verwendung eines Teilschildes 31 mit annähernd radialer Ausrichtung kann die torusförmige Walzenströmung 22 ebenfalls erzeugt werden. Seine Größe und räumliche Anordnung richtet sich nach den geometrischen Größen der Anlage sowie der Größe der gewünschten Umwälzgeschwindigkeit und der hydraulischen Parameter der Flüssigkeit.

Die Anordnung der umlaufenden flächigen Elemente 31—35 in der Nähe der Beckenwand 12 ist aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft: der Hauptwiderstand der Strömung ist durch die Wandreibung gegeben, weshalb an dieser Stelle die Krafteinleitung zweckmäßig ist. Außerdem ist es für den inneren Kraftfluß in der umlaufenden Brücke 36 vorteilhaft, wenn die Orte der Einleitung der Kräfte (Antriebskräfte und hydraulischer Widerstand) möglichst eng benachbart sind.

Wenn die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 sich über zwei oder mehrere Strömungsquerschnitte 24—27 erstrecken, ist es vorteilhaft, entsprechende Abschnitte, z. B. 32 und 34. annähernd quer zur örtlichen Strömungsrichtung zu unterteilen. Dies kann durch Wölbung. Abkantungen oder flächenmäßige Trennung der einzelnen Teilabschnitte der flächigen Elemente erfolgen.

Da in derartigen Belebungsbecken Schlammablagerungen vermieden werden sollen, muß in lierkömmlicheii Becken die Strömungsgeschwindigkeit örtlich immer größer sein, als es der Absetzgeschwindigkeil der Schlämme entspricht. Bei dem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre kann ein umlaufendes flächiges Element 35 in Sohlnähe in Form eines Bodenschlammriiumschildcs vorgesehen werden und sich bis unter die Beliiftungsvorrichiung 41, 45 erstrecken. Sollten in einem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, als der Absetzgeschwindigkeit der Schlämme entsprich:, so wurden sich die Schlämme zunächst auf der Sohle 11 absetzen, dort durch das Bodenräumschild erfaßt und wenigstens unter die Belüftungsvorrichtung 41, 45 gefördert werden und durch die dort nach oben gerichtete Strömung 27 wieder in Suspension gebracht werden.

In Abhängigkeit von der Beckengecmetrie können die umlaufenden flächigen Elemente 31—35 zum Teil mil geringer Fläche ausgebildet werden, Eine extrem kleine Bauweise kann vor allem für die Elemente 33 und 15 ;in der Beckenwand 12 und der Sohle 11 z.B. im Bereich von 1 —15 cm gewählt werden, da hiermit die Wandroibung bereits ausreichend beeinflußt werden k .in η.

Gegenüber der Geschwindigkeit der Hauptströmung 21 ist die Geschwindigkeit der Sekundärströmung 22 gering, so daß die Aufstiegsgeschwindigkeit der einzelnen Blasen bzw. ihre Verweilzeit und ihr Gasübergang durch die Sekundärströmung 22 nicht wesentlich beeinflußt wird.

Die torusförmige. walzenartige Sekundärströmung 22 kann vorteilhaft durch die Belüftungsvorrichtung 41, 45 unterstützt werden, wenn diese im Teilbereich 27 des Strömungsquerschnittes 23 mit aufwärtsgerichteter Strömung angeordnet ist. Dadurch wird ein Teilbetrag der Antriebsenergie für die Umwälzung statt durch die

to umlaufenden flächigen Elemente 31 —35 nunmehr durch und über die Strömungsenergie geleitel, die bei jeder Belüftungsvorrichtung 41, 45 umgesetzt wird, sei es durch den genannten Mammutpumpeneffekt der Druckluftbelüftung, sei es durch die Saug- und Druckströmung des Oberflächenbelüfters 45.

Eine Druckluftbelüftung kann mit Belüftungssträngen 41 an sich bekannter Bauart gebildet werden, die. sich annähernd radial von innen nach außen erstrecken. Bei konstantem Abstand 43 der einzelnen Belöftungselemente 42 an den Belüftungsstränf/ri 41 und bei glei-. eher Begasungsdiehie würden aus voiumctrischcn. Gründen die inneren Beckenabschnitte stärker belüftet werden als die weiter außen liegenden, sowohl auf den Volumenstrom der Hauptströmung 21, als auf den VoIumenstrom der Sekundärströmung 22 bezogen. Es ist daher besonders vorteilhaft, den Abstand 43 oder die Anzahl der einzelnen Belüftungselemente 42 von innen nach außen annähernd mit einer Funktion '/_r abnehmen zu lassen.

Bei einer Anordnung einer Druckluftbelüftung im Teilbereich 27 des Strömungsquerschniites 23 mit aufwärtsgerichteter Strömung ist es besonders vorteilhaft, daß eine gemeinsame Druckleitung 44 etwa zur Beckenmitte 13 führt, woran die einzelnen Belüftungsstränge 41 angeschlossen sind. De? Aufwand für die Luftzufuhrleitung wird dadurch wesentlich verringert gegenüber herkömmlichen Systemen, bei denen eine ringförmige Druckleitung um das Becken herumführt u.id in einzelnen Abschnitten mit Versorgungsleitungen zu den einzelnen Belüftungssträngen ausgebildet wird.

Ais Belüftungsvorrichtung können ein oder mehrere Oberflächenbelüfter 45 zusätzlich oder an Stelle einer Druckluftbelüftung verwendet werden. Dieser oder diese Oberflächenbelüfter 45 werden vorteilhafterweisc ebenfalls in der Nähe der Beckenmitte 13 angeordnet und können beispielsweise mit der umlaufenden Brücke 36 umlaufend angeordnet werden. Der Oberflächenbelüfter 45 kann auch in der Beckenmitte 13 an einem Dreibein o. dgl. hängend angeordnet sein, wobei das

so Dreibein o. dgl. weit genug über den Flüssigkeitsspiegel 17 hinausragt und zusätzlich als Zentrallager der umlaufenden Brücke 36 dient. Auch bei diesen Anordnungen wird ^ie vorteilhfate torusförmige Walzenströmung mit der von dem Oberflächenbelüfter erzeugten Strömung überlagert, so daß (,ich insgesamt ein niedriger Energieaufwand ergibt.

Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen wird bei der erfindungsgemäßen torusförmigen Wal/enströmung eine gleichmäßige Durchmischung des Beckeninhaltes erreicht und es treten im einzelnen definierte Zonen der Durchströmungsfolge auf. Dies kann vorteilhafterweise für schwach belastete Anlagen dazu bcnut/t werden, bestimmte Beckenbereiche zur Denitrifizicrung vorzusehen, da die Belüftung an genau definierten

b5 Strömungsabschnitten vorgenommen wird und an anderen wiederum nicht. Die wirkliche örtliche Strömung setzt sich vektoriell aus den Komponenten der Haupt-Strömung 21 und Sekundärströmung 22 zusammen und

hat einen spiralförmigen Verlauf durch das Becken. Sie verläuft annähernd kolbenförmig und zwar in der Nähe der Beckensohle 11 spiralförmig nach innen, in der Bekkcnmitic 13 spiralförmig nach oben und in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels 17 spiralförmig nach außen und dort spiralförmig wieder nach unten. Die Gesamtlaufzeil eines derartig gedachten Strömungspfropfens ist ein Vielfaches größer als die Umlaufzeit der Hauptströmung 21. Im wesentlichen wird daher im inneren Bekkenbcreich eine Sauerstoffsättigung, im äußeren Bereich eine Sauerstoffzehrung vorhanden sein. Der Anteil der Beckenabschnitte mit Sauerstoffüberschuß und -Unterschuß kann mit den üblichen verfahrenstechnischen Parametern gesteuert werden, so daß in einem denkbaren Grenzfall im ganzen Becken ein Sauerstoff-Überschuß vorhanden ist oder nach Wunsch ein größerer oder kleiner Teil des Beckens zur Denitrifizierung ;·;»··οί!!/ί werden k^nn. Hierbei ksnn es vorteilhaft sein, die Zuläufe 14, 15 an anderer als der gezeigten Stelle vorzusehen, insbesondere im anoxischen Beckenbereich.

Vorteilhaft bei einem Belebungsbecken nach der Erfindungslehre ist die Möglichkeit, bestehende Anlagen umzurüsten und zu ertüchtigen. In vielen Fällen können die bestehenden Anlagenteile weiterverwendet oder umgerüstet werden. Bei Anlagen mit reiner Druckluftbelüftung kann auch nachträglich eine umlaufende Brücke mit den entsprechenden umlaufenden flächigen Elementen vorgesehen werden.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Belebungsbecken für Kläranlagen mit rundem oder annähernd quadratischem Grundriß, das eine Vorrichtung zur Belüftung und davon getrennt angeordnete, eine rotierende Primärströmung erzeugende, umlaufende flächige Elemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Elemente (31—35) so angeordnet und ausgebildet sind, daß eine torusförmige. walzenartige Sekundärströmung (22) entsteht, die an der "Außenwand (12) des Beckens nach unten und auf der Beckensohle

(11) nach innen gerichtet ist.

2. Belebungsbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden flächigen Elemente (31—35) in Teilbereichen des Strömungsquerschnitts (23) annähernd quer zur örtlichen SirömungsrichtiiTg angeordnet sind.

3. Belebungsbecken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden flächigen Elemente (31—35) in der Nähe der Beckenwand

(12) und/oder der Beckensohle (11) angeordnet sind.

4. Belebungsbecken nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden flächigen Elemente (31 —35), die sich über zwei oder mehr Teilbereiche (24—27) des Strömungsquerschnitts (23) mit unterschiedlicher Strömungsrichtung erstrecken, in entsprechende Abschnitte (z. B. 32 und 34) annähern« quer zur örtlichen Strömungsrichtung unterteilt sind.

5. Belebungsbecken iiach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die umlaufenden flächigen Elemente (35) in Sohlnä.ie wenigstens teilweise unter die Belüftungsvorrichtung (41, 45) erstrecken.

6. Belebungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden flächigen Elemente (31—35) wenigstens teilweise mil I — 15 cm Höhe ausgebildet sind.

7. Belebungsbecken nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsvorrichiung (41,45) in dem Teilbereich (27) des Strömungsquerschnitts (23) mit aufwärtsgerichteter Strömung angeordnet ist.

8. Belebungsbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsvorrichtung durch eine Druckluftbelüftung mit an sich bekannten Belüftungssträngen (41) gebildet ist und sich annähernd radial von innen nach außen erstreckt.

9. Belebungsbecken nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (43) der einzelnen Belüfiungselemente (42) von innen nach außen annähernd mit einer Funktion '/,-abnimmt.

10. Belebungsbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsvorrichtung durch einen oder mehrere Oberflächenbelüfter (45) gebildet ist.