DE3006935C2 - Vorrichtung zum Einleiten von Luft in Abwasser - Google Patents

Description

den Ringkanal einmündet und am Umfang des Gehäuses zahlreiche horizontale Einspritzkanäle im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, die mit dem Ringkanal verbunden sind.

Dadurch, daß die LufteinlaBeinricbtung in der Saugleitung angeordnet ist. wird die vom Abwasser mitgerissene Luft durch die Schaufeln der Pumpe einer starken Scherwirkung mit hoher Frequenz unterworfen, wodurch sie in eine Vielzahl kleiner Luftblasen umgeformt wird. Da der in der Lufteinlaßeinrichtung angeordnete Ventilkörper von dem in der Druckleitung herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, kann eine dem Förderdruck der Pumpe entsprechende optimale Luftbeimengung erzielt werden. Durch die besondere Ausbildung des Injektors wird erreicht, daß das mit einer Vielzahl kleiner Luftbläschen vermengte Abwasser in Form von radial gerichteten horizontalen Düsenstrahlen ausströmt, so daß es eine Vermischung und Verwirbelung der gesamten in dem Aufbeieitungsbekken enthaltenen Flüssigkeit bewirkt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich das Verhältnis zwischen dem vom Abwasser absorbierten Sauerstoff und dem eingeblasenen Sauerstoff verbessern und daher die Leistungsfähigkeit einer Abwasseraufbereitungsanlage steigern.

In der GB-PS 14 95 089 ist zwar bereits eine Vorrichtung zum Umwälzen einer Flüssigkeit in einem Transportfahrzeug beschrieben, die einen ähnlich ausgebildeten Injektor wie der Anmeldungsgegenstand besitzt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird aber Druckluft unmittelbar in den Injektor eingeblasen, wobei die zusammen mit der Flüssigkeit aus dem Injektor austretenden Luftblasen verhältnismäßig groß sind und sofort zur Oberfläche der in dem Transportfahrzeug enthaltenen Flüssigkeit aufsteigen, um zu deren Umwälzung beizutragen.

Aus der US-PS 20 17 867 ist auch bereits eine Vorrichtung zum Einleiten von Luft in eine Flüssigkeit bekannt, bei der eine Lufteinlaßeinrichtung in der Saugleitung angeordnet ist. Die mit Luft vermischte Flüssigkeit, nämlich öl, wird dabei in den Brennraum eines Ofens eingespritzt. Irgendwelche vom Förderdruck der Pumpe gesteuerte Ventile sind hierbei nicht vorgesehen.

Ferner ist in der DE-OS 15 57 122 eine Vorrichtung zum Zumischen einer Flüssigkeit zu einem Flüssigkeitsstrom beschrieben, die in der Druckleitung angeordnet ist und nach dem Prinzip einer Venturidüse arbeitet. In der Leitung für die zuzumischcnde Flüssigkeit ist ein federbelastet Ventilkörper beweglich angeordnet, der von dem in der Druckleitung vor der Venturidüse herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird. Durch diese Maßnahme soll eine Vermischung der beiden Flüssigkeiten zuverlässig verhindert werden, so lange sich in der Druckleitung kein vorbestimmter Druck aufgebaut hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Einleiten von Luft in Abwasser,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch ein in F i g. 1 gezeigtes Lufteinlaßventil,

F i g. 3 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch einen in F i g. 1 gezeigten Injektor und

Fig.4 eine Aufsicht auf den in Fig. 3 gezeigten Injektor.

In Fi g. 1 ist eine Vorrichtung zum Einleiten von Luft in Abwasser gezeigt, die in einer Anlage zur biochemischen Aufbereitung von Abwasser verwendet wird. Zur einfacheren zeichnerischen Darstellung ist ein Becken I in verkleinertem Maßstab dargestellt wobei aber davon auszugehen ist, daß das Becken ein gewünschtes Fas sungsvermögen hat. das entsprechend den bekannten Bemessungsgrundsätzen ausgelegt ist. Wenngleich dies nicht gezeigt ist, so ist davon auszugehen, daß das Bekken 1 mit einer Eintrittsöffnung für das Abwasser und einer Eintriltsöffnung für aktivierten Schlamm versehen

to ist Das Innere des Beckens ist mit Abwasser gefüllt, das aktivierten Schlamm enthält, wobei dieses Abwasser nachfolgend einfach als »Abwasser« bezeichnet wird

Das in dem Becken 1 enthaltene Abwasser 2 wird mit Hilfe einer Pumpe 3 umgewälzt, die außerhalb des Bek ken? 1 angeordnet und über eine Saugleitung 4 und eine Druckleitung 5 mit diesem verbunden ist Die Saugleitung 4 hat ein Eintrittsende 6, das mit einem Sieb 9 versehen ist, das seinerseits mit einem Injektor 8 einstückig verbunden ist, der am Austrittsende 7 der Druckleitung S ausgebildet ist. Das Sieb 9 besteht aus einem gelochten Zylinder und ist am Boden des Beckens 1 angeordnet. Der Injektor 8 ist auf der Oberseite des Siebes 9 angeordnet und umfaßt ein Gehäuse 11, das einen Ringkanal 10 begrenzt, wie dies aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich ist. Das Gehäuse 11 ist auf einer Bodenplatte 12 angeordnet, die an der Oberseite des Siebes 9 befestigt ist. Zur Verbindung des Austrittsendes 7 der Druckleitung 5 mit dem Ringkanal 10 des Injektors 8 ist das Gehäuse 11 mit einem Anschlußstutzen 13 versehen, mit dem die Druckleitung 5 verschraubt ist. Eine Endwand 14 des Ringkanals 10 ist neben dem Anschlußstutzen 13 angeordnet. In der Außenwand des Gehäuses 11 sind zahlreiche Einspritzkanäle 15 angeordnet, die mit dem Ringkanal 10 in Verbindung stehen. Bei dem ge zeigten Ausführungsbeispiei erstreckt sich jeder Ein spritzkanal 15 horizontal im Übergangsbereich zwischen dem Gehäuse 11 und der Bodenplatte 12, und die Einspritzwinkel sind gleich. Die Einspritzwinkel können aber auch so gewählt werden, daß die durch benachbar te Einspritzkanäle eingespritzten Flüssigkeitsströme aufeinandertreffen. Das Eintrittsende 6 der Saugleitung 4 steht mit dem gelochten zylindrischen Sieb 9 über eine öffnung 16 in Verbindung, die in der kreisrunden Bodenplatte 12 des Injektors 8 mittig angeordnet ist. Die

öffnung 16 ist von einer zylindrischen Wand 17 umgeben, von der sich zahlreiche Rippen 18 radial erstrecken, die zwischen sich Ansaugöffnungen 19 begrenzen.

Gemäß F i g. 1 ist ein Lufteinlaßventil 21 in der Saugleitung 4 angeordnet, um Luft in das von der Pumpe 3

so umgewälzte Abwasser 2 einzuleiten. Das Lufteinlaßventil 21 umfaßt eine Druckmeßleitung 22, die mit der Druckleitung 5 verbunden ist, um die an der Saugseite angesaugte Luftmenge entsprechend dem Förderdruck der Pumpe 3 zu regeln.

In F i g. 2 ist das Lufteinlaßveritil 21 in seinen Einzelheiten gezeigt. Das Lufteinlaßventil 21 umfaßt ein Gehäuse 23, das eine zylindrische Kammer 24 begrenzt, in die ein Ventilkörper 25 eingesetzt ist. Ein Ende des Ventilkörpers liegt einem Ventilsitz 27 gegenüber, der in einer in dem Gehäuse 23 ausgebildeten Luftleitung 26 angeordnet ist, wodurch die Luftströmung durch die Luftlc'tung 26 gesteuert wird. Die Luftleitung26 hat ein Eintrittsende 28, das über ein Luftabsperrventil 29 in die Atmosphäre mündet, während ihre Austrittsöffnung 30 mit der Saugleitung 4 in Verbindung steht. Das Luftabsperrventil 29 ist mit einem Handrad 31 versehen, mit dem sich die Querschnittsfläche der Luftleitung 26 einstellen läßt. Ein Ende der 7vlinrlri<;r"h<»n V amm«>r IA MoU

iO

mit einer Druckflüssigkeitsleitung 32 in Verbindung, die über die Druckmeßleitung 22 mit der Druckleitung 5 verbunden ist. Ein Anschlußstutzen 33 dient zur Befestigung der Druckmeßleitung 22 am Ventilgehäuse 23. Eine Feder 34 belastet den Ventilkörper 25 derart, daß dieser die Luftleitung 26 normalerweise versperrt. Das Ventilgehäuse 23 ist mit einem Deckel 35 versehen, in den eine Einstellschraube 37 eingeschraubt ist, die ein Federwiderlager 36 trägt. Ein Ende der Feder 34 greift in eine axiale Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 25 ein, während ihr anderes Ende am Fcderwiderlagcr 36 anliegt. Der Ventilkörper 25 hat einen Schulterbereich 39, der in der zylindrischen Kammer 24 ungeordnet ist und mit dem Förderdruck der Pumpe 3 beaufschlagt wird, der über die Druckflüssigkeitslcitung 32 in die zylindrische Kammer 24 übertrager, wird, so daß <1st Veniükorper 25 gegen die Kraft der Feder 34 entsprechend dem Förderdruck angehoben wird. Infolgedessen bestimmt der Ventilkörper 25 die wirksame Qucrschnittsflächc der Luftleitung 26, die dem Förderdruck der Pumpe 3 entspricht. Es ist ersichtlich, daß die durch den Ventilkörper 25 bewirkte Ventilöffnung mit der Einstellschraube 37 eingestellt werden kann, welche die Vorspannung der Feder 34 bestimmt.

Wenn die Luftleitung 26 des Lufteinlaßventils 21 geöffnet ist, dann strömt Luft durch diese in die Saugleitung 4. Wenn die Pumpe 3 in Betrieb ist, dann wird an der Austrittsöffnung 30 der Luftleitung 26 ein Unterdruck erzeugt, und die Luft kann demzufolge aus der Atmosphäre durch das Eintrittsende 28 der Luftleitung 26 angesaugt werden, ohne daß irgendein Gebläse erforderlich ist Die zusammen mit dem Abwasser in die Saugleitung 4 angesaugte Luft wird innerhalb der Pumpe 3 mit dem Abwasser stark vermischt und verwirbelt, wodurch eine große Menge kleiner Luftblasen in dem y, Abwasser erzeugt wird. Das solche Luftblasen enthaltende Abwassser wird durch die Druckleitung 5 dem in dem Becken 1 angeordneten Injektor 8 zugeführt, der es zwangsweise ausstößt. Durch dieses Ausstoßen wird eine Vermischung und Verwirbelung des gesamten im 4» Becken 1 enthaltenen Abwassers 2 erreicht. Da sich die Einspritzkanäle 15 des Injektors 8 in horizontaler Richtung erstrecken, wird die Verweildauer der Luftblasen im Becken 1 vergrößert.

Die Pumpe 3 ist über eine Kupplung 41 mit einem *■> Elektromotor 42 verbunden. Wie dies allgemein bekannt ist, wird der Wirkungsgrad einer Kreiselpumpe beträchtlich verringert, wenn in dem geförderten Wasser Luft enthalten ist, weil sich die Luft am Laufrad ausdehnt und die Einlaßöffnungen der Schaufeln blök- 5» kiert, wodurch eine Situation ähnlich einer Kavitation entsteht. Es ist aber auch bekannt, daß bestimmte Kreiselpumpen mit einer verbesserten Ausbildung der Schaufeln ohne praktische Schwierigkeiten zum Fördern einer Flüssigkeit benutzt werden können, die eine große Luftmenge enthält. Die Einzelheiten einer solchen Kreiselpumpe sind in der DE-OS 28 35 762 beschrieben.

Da bei der gezeigten Belüftungsvorrichtung das Abwasser und die Luft in der Pumpe 3 vermischt und ver- μ wirbelt werden, wird die Luft durch die Pumpcnschaufeln einer starken Scherwirkung mit hoher Frequenz unterworfen, wodurch sie in kleine Luftblasen umgeformt wird. Das die Luftblasen enthaltende Abwasser wird nach dem Austritt aus der Pumpe 3 im Inneren der Druckleitung 5 und dem Injektor 8 weiter vermischt und verwirbelL Wenn das Abwasser in Form von Düsenstrahlen aus den einzelnen Einsnrilzkanälcn 15 des Injektors 8 ausströmt, dann bewirkt es eine Vermischung und Verwirbelung der gesamten in dem Becken 1 enthaltenen Flüssigkeit. Bei einem derartigen Belüftungsverfahren nimmt der Partialdruck des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs zu, so daß die Vortriebskraft, die den in der Luft enthaltenen Sauerstoff in die Flüssigkeit ausstößt, zunimmt, mit der Folge, daß die Sauerstoffabsorption im Verhältnis zu der eingeleiteten Sauerstoffmenge oder der Wirkungsgrad der Sauerstoffabsorption wesentlich verbessert wird. Demzufolge kann die erforderliche Belüftungsdauer verringert werden, oder es kann ein raumsparendes Belüftungsbecken mit einer großen Volumenleistung konstruiert werden.

Wenngleich die Erfindung anhand eines Ausführungsbcispicls erläutert wurde, das zur Belüftung einer Abwasseraufbereiiurigsaniage gemäß dem aktivierten Schlammverfahrcn dient, so ist davon auszugehen, daß die crfindungsgemäße Vorrichtung ebensogut als Belüftungsvorrichtung bei einer aerob belüfteten Ablagerung bzw. Lagune verwendet werden kann. Es ist auch erkennbar, daß die Erfindung auch zum Erzeugen von Luftblasen bei einem Festkörpcr-Flotationssystem verwendet werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Einleiten von Luft in Abwasser, das in einem Aufbereitungsbecken enthalten ist, mit einer mit einem Antriebsmotor verbundenen Pumpe, einer Umwälzleitung, die eine Saugleitung zum Zuführen des in dem Aufbereitungsbecken enthaltenen Abwassers zu der Pumpe und eine Druckleitung zum Zurückleiten des Abwassers von der Pumpe in das Aufbereitungsbecken umfaßt, einer in der Umwälzleitung angeordneten Lufteinlaßeinrichtung, die ein Gehäuse mit einer die Umwälzleitung mit der Atmosphäre verbindenden Luftleitung aufweist, und einem in dem Becken angeordneten und mit dem Austrittsende der Druckleitung verbundenen Injektor, dadurch gekennzeichnet, eaß die Liifteinlatteinrichtung (21) in der Saugleitung (4) angeordnet und Ober eine Leitung (22) mit der Druckleitung (5) verbunden ist, daß in dem Gehäuse (23) ein den Querschnitt der Luftleitung (26) begrenzender Ventilkörper (25) beweglich angeordnet ist, der durch die Kraft einer einstellbaren Feder (34) in Schließrichtung und durch den Ober die Leitung (32) übertragenen Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, und daß der Injektor (8) ein unter der Wasseroberfläche angeordnetes Gehäuse (II) aufweist, das einen Ringkanal (10) begrenzt, wobei das Austrittsende (7) der Druckleitung (5) in den Ringkanal (10) einmündet und am Umfang des Gehäuses (II) zahlreiche horizontale Einsprit/.kanälc (15) im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, die mit dem Ringkanal (10) verbunden sind.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Luft in Abwasser, das in einem Aufbereitiingsbckken enthalten ist, mit einer mit einem Antriebsmotor verbundenen Pumpe, einer Umwälzleitung, die eine Saugleitung zum Zuführen des in dem Aufbereitungsbecken enthaltenen Abwassers zu der Pumpe und eine Druckleitung zum Zurückleiicn des Abwassers von der Pumpe in das Aufbereitungsbecken umfaßt, einer in der Umwälzleitung angeordneten Lufteinlaßeinrichtung, die ein Gehäuse mit einer die Umwälzleitung mit der Atmosphäre verbindenden Luftleitung aufweist, und einem in dem Becken angeordneten und mit dem Austrittsende der Druckleitung verbundenen Injektor.

   In einer Abwasseraufbereitungsanlage nach dem aktivierten Schlammverfahren wird in Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff eine fortwährende Arbeitsweise einer Kultur aus einer Kolonie von gemischten Mikroorganismen bewirkt, wobei im Abwasser enthaltene organische Substanzen als Kulturmedium benutzt werden. Nachdem die Substanzen mit einem biochemischen Prozeß oxidiert und getrennt sind, wird gereinigtes Wasser durch Sedimentation von einer Masse aus Mikroorganismen oder einem aktivierten Schlamm abgetrennt, der das Medium und die gemischten Mikroorganismen enthält. Das aerob belüftete Ablagcrungsverfahren beruht auf einem ahnlichen Prinzip, es erfolgt aber keine Rückführung des aktivierten Schlammes, wie sie bei dem aktivierten Schlammverfahren stattfindet. Die Belüftung bildet einen sehr wichtigen Faktor bei der biochemischen Behandlung von Abwasser, um eine Lösung des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs im Abwas ser /.u bewirken, oder um im Abwasser enthaltene unnötige Gase oder flüchtige Materialien abzuleiten oder zu lösen. Die Belüftung erfolgt üblicherweise in Verbindung mit einer Vermischung oder Verwirbelung des Abwassers. Die Einleitung von Sauerstoff ermöglicht es, daß die biochemischen Reaktionen, wie z. B. die Oxidation organischer Substanzen, das Wachstum der Mikroorganismen oder die Selbstoxidation durch den aktivierten Schlamm ablaufen können, während die Vermischung und Verwirbelung eine zufriedenstellende Su spension des aktivierten Schlamms ermöglicht, um eine wirkungsvolle Berührung zwischen dem absorbierten Sauerstoff und dem Schlamm zu erzielen. Der Belüftungsvorgang erfolgt in einem Becken, in welches das Abwasser eingeleitet wird und in welches der aktivierte Schlamm zurückgeleitet wird. Beim Ablagerungsverfahren erfolgt die Belüftung in einer Lagune, in der das Abwasser für einen verhältnismäßig langen Zeitraum verweilt.

   Ferner ist ein FJotationsverfahren zur physikalischen Behandlung des Abwassers bekannt, bei dem kleine Luftblasen zwangsweise auf den in einer Flüssigkeit enthaltenen festen Teilchen abgelagert werden, damit diese zusammen mit den Luftblasen zur Oberfläche der Flüssigkcit aufschwimmen. Ein solches Verfahren wird vor zugsweise zur Aufbereitung von industriellen Abwässern verwendet, die anorganische oder giftige Materialien enthalten.

   Bei einer in der DE-OS 15 57 228 beschriebenen Vorrichtung der eingangs genannten Bauart ist die Luftein- laßcinrichtung in der Druckleitung angeordnet, und der Injektor ist im Abstand über der Oberfläche des in dem Aufbercitungsbeckcn enthaltenen Abwassers angeordnet. Der nach unten aus der Austrittsöffnung des Injektors austretende Wasserstrahl soll mit einem derart starken Impuls in das Abwasser eingetragen werden, daß die Gasblasen im Kern des Tauchstrahls den Boden des Beckens erreichen. Dieses Ziel ist, wenn überhaupt, nur dann erreichbar, wenn eine sehr starke Pumpe verwendet wird. Außerdem dürfte mit dem einen nach un ten gerichteten Tauchstrahl eine Vermischung und Verwirbelung des gesamten im Becken enthaltenen Abwassers nicht erreichbar sein. Im Hinblick auf die Aufbereitung des Abwassers ist aber anzustreben, daß das gc-Vt samtc in dem Becken enthaltene Abwasser verwirbelt und mit dem aus dem Injektor ausgestoßenen und mit Luftbläschen angereicherten Abwasser vermischt wird. Außerdem hat sich gezeigt, daß es für die Leistungsfähigkeit einer Abwasseraufbcrcitungsanlage günstig ist, wenn die eingeleiteten Luftbläschen möglichst klein sind.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß das aus dem Injektor austretende Abwasser eine möglichst große Anzahl kleiner Luftbläschen enthält und eine Vermischung und Verwirbelung der gesamten in dem Becken enthaltenen Flüssigkeit bewirkt.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lufteinlaßeinrichtung in der Saugleitung angcw) ordnet und über eine Leitung mit der Druckleitung verbunden ist, daß in dem Gehäuse ein den Querschnitt der Luftleitung begrenzender Ventilkörper beweglich angeordnet ist, der durch die Kraft einer einstellbaren l'eder in Schließrichtung und durch den über die Leitung überb5 tragenen Druck in öffnungsrichtung beaufschlagt ist, und daB der Injektor ein unter der Wasseroberfläche angeordnetes Gehäuse aufweist, das einen Ringkanal bcgrcn/.t, wobei das Austrittsende der Druckleitune in