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Dokumentenidentifikation DE4012632A1 24.10.1991
Titel Vorrichtung zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten
Anmelder Schüßler, Karl-Heinz, 6460 Gelnhausen, DE
Erfinder Schüßler, Karl-Heinz, 6460 Gelnhausen, DE
Vertreter Keil, R., Dipl.-Phys. Dr.phil.nat.; Schaafhausen, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 20.04.1990
DE-Aktenzeichen 4012632
Offenlegungstag 24.10.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.10.1991
IPC-Hauptklasse C02F 3/20
IPC-Nebenklasse C02F 3/22   B01F 3/04   B01F 7/18   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, mit welcher das Gas der Flüssigkeit über eine oder mehrere unterhalb wenigstens einer Einrichtung zum Zerteilen der Gasblasen angeordneten Gaszufuhröffnungen zugeführt wird, wobei die Gasblasenzerteilungseinrichtung mittels einer Antriebswelle in einer Ebene rotierbare Zerteilerarme aufweist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Gasblasenzerteilungseinrichtung unterhalb der Zerteilerarme einen Verteilerteller aufweist, daß die Zerteilerarme den Verteilerteller radial überragen, und daß die Gaszufuhröffnungen unterhalb des Verteilertellers ausgeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, mit welcher das Gas der Flüssigkeit über eine oder mehrere unterhalb wenigstens einer Einrichtung zum Zerteilen der Gasblasen angeordneten Gaszufuhröffnungen zugeführt wird, wobei die Gasblasenzerteilungseinrichtung mittels einer Antriebswelle in einer Ebene rotierbare Zerteilerarme aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP-OS 00 17 989 bekannt. Bei dieser Begasungsvorrichtung wird das Gas dadurch eine vertikale Welle in die Flüssigkeit eingeleitet, daß das Gas am unteren Ende der Welle austritt. An der Welle sind in zwei Ebenen übereinander mit der Welle rotierbare, leicht gekrümmte Arme angebracht. Es hat sich gezeigt, daß bei der bekannten Vorrichtung die Wirkung der rotierenden Arme hinsichtlich des gewünschten Zerteilungsgrades zu wünschen übrig läßt.

Aus der DE-OS 30 31 476 ist eine Vorrichtung zur Belüftung von Abwasser bekannt, bei welcher das Wasser durch eine Pumpe von einer Ansaugleitung über eine Druckleitung in den unteren Bereich eines Druckbehälters gefördert wird. Eine Druckluftleitung führt in den unteren Bereich des Druckbehälters und endet in einem Luftverteiler knapp unterhalb eines propellerartigen Wirblers, wodurch jedoch ohne wesentliche Zerteilung der zugeführten Luftblasen Wasser und Luft lediglich zu einem dispersen Gemenge vermischt werden. Ein Begasen mittels sehr feiner Gasblasen kann hierdurch nicht erreicht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß aufgrund langer Aufenthaltsdauer und hohen Zerteilungsgrades des in die Flüssigkeit eingebrachten Gases der Wirkungsgrad der Begasung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Gasblasenzerteilungseinrichtung unterhalb der Zerteilerarme einen Verteilerteller aufweist, daß die Zerteilerarme den Verteilerteller außen radial überragen, und daß die Gaszufuhröffnungen unterhalb des Verteilertellers angeordnet sind.

Hierdurch wird auf baulich einfache Weise erreicht, daß die in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen mittels des Verteilertellers zunächst horizontal umgelenkt und in der Flüssigkeit verteilt werden, bevor sie in den Wirkungsbereich der Zerteilerarme gelangen. Von den Zerteilerarmen werden die Gasblasen dann in wendelförmige Umlaufbahnen versetzt und wirksam in sehr feine Gasblasen zerteilt, da diese aufgrund der Umlenkung durch den Verteilerteller eine hohe Verweildauer in der Flüssigkeit erhalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann von besonderer Wirksamkeit, wenn das Gas dem Boden oder in der Nähe des Bodens des die zu begasende Flüssigkeit aufnehmenden Beckens zugeführt wird, so daß für die Zerteilung der Gasblasen praktisch der gesamte Weg ihres Aufsteigens vom Beckenboden bis zum Flüssigkeitsspiegel zur Verfügung steht.

Der Einfachheit halber kann der Verteilerteller mit den Zerteilerarmen rotierbar sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat sich als besonders wirksam erwiesen, wenn die Zerteilerarme den Außenrand des Verteilertellers um eine Länge überragen, welche zwischen etwa 30% und 400% des Durchmessers des Verteilertellers liegt. Dabei kann der maximale Rotationsdurchmesser der Zerteilerarme bis zu 3 m betragen.

Von besonderem Vorteil ist es ferner, wenn die Zerteilerarme unterschiedliche wirksame Länge haben. Hierbei können sich in einer Ebene Zerteilerarme mit geringerer und größerer Länge im Winkel zueinander versetzt zweckmäßigerweise abwechseln.

Die Wirksamkeit der Gasblasenzerkleinerungseinrichtung kann dann noch weiter erhöht werden, wenn die Zerteilerarme in mehreren Ebenen übereinander angeordnet sind.

Die Zerteilerarme können aus Stahl, Kunststoff oder ähnlichen Materialien bestehen und rund, rohrförmig, mehreckig u. dgl. sein. Zweckmäßigerweise bestehen sie jedoch aus Flachstäben, welche handelsüblich sind und eine besonders gute Zerteilungseigenschaft haben, wenn sie mit ihrer Breitseite parallel zur Drehebene angeordnet sind.

Die Zerteilungswirkung wird dann noch weiter erhöht, wenn sich die Zerteilerarme in Drehrichtung keilförmig verjüngen, so daß ihre Vorlaufkante eine Art Schneide bildet.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß sich die Zerteilerarme zu ihrem äußeren Ende hin verjüngen.

Die Zerteilerarme können auch aus einem flexiblen Material, wie Gummi oder Kunststoff, bestehen und an ihrem äußeren Ende eine Verdickung aufweisen. Die Arme strecken sich bei dieser Ausführungsform erst, wenn die Antriebswelle in Drehung versetzt und der Widerstand der Flüssigkeit überwunden ist, wonach die Zerteilerarme unter der Wirkung der Zentrifugalkraft, welche insbesondere auf die Verdickungen wirkt, nach außen geschleudert werden.

Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, die Antriebswelle relativ zur Vertikalen um einen Winkel von bis zu etwa 45° schwenkbar anzuordnen. Durch die Möglichkeit des Verschwenkens der Antriebswelle und dadurch Schrägstellen der Drehebenen der Zerteilerarme kann in dem Flüssigkeitsbecken eine gewisse gerichtete Strömung erzielt werden, was unter bestimmten Bedingungen von Vorteil ist.

Wenn einem Satz von in einer Ebene rotierbaren Zerteilerarmen ein weiterer Verteilerteller oberhalb des betreffenden Satzes von Zerteilerarmen zugeordnet ist, kann eine Lufttrichterbildung oberhalb der Gasblasenzerteilungsvorrichtung bei deren Betrieb vermieden werden.

Hierbei erhält man eine besonders stabile Konstrukion, wenn die Zerteilerarme zwischen zwei Verteilertellern gehalten sind.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, mehrere Verteilerteller in verschiedenen Ebenen übereinander mit den zugehörigen Zerteilerarmen anzuordnen, so daß die aufsteigenden Blasen immer wieder einem Zerteilungsvorgang unterworfen werden.

In diesem Zusammenhang ist es für die weitere Verbesserung der Funktion der erfindungsgemäßen Gasblasenzerteilungseinrichtung von Vorteil, wenn die Gaszufuhröffnungen entgegen der Drehrichtung der Zerteilerarme gerichtet sind. Hierdurch wird die Verweildauer der Blasen und ihre Häufigkeit, mit welcher sie einer Zerteilung unterworfen werden, noch weiter erhöht. Neben den Gaszuführungsöffnungen unterhalb des Verteilertellers können auch zusätzliche Gaszuführungsöffnungen unterhalb der verteilertellerfreien Abschnitte der Zerteilerarme angeordnet sein.

Bei einer besonders wirtschaftlichen Ausgestaltung der Erfindung sind das Antriebsaggregat für die Antriebswelle, die Antriebswelle, die Verteilerteller und die Zerteilerarme als selbständig handhabbare Baueinheit ausgebildet, so daß diese an der gewünschten Stelle in dem Flüssigkeitsbecken angeordnet und dort ggf. am Boden des Beckens befestigt werden kann. Das Antriebsaggregat braucht aber nicht am Boden, d. h. innerhalb der zu begasenden Flüssigkeit angeordnet zu werden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Antriebsaggregat oberhalb des Flüssigkeitsspiegels anzuordnen, wobei die Antriebswelle mit Verteilerteller und Zerkleinerarmen von oben, z. B. frei, in die Flüssigkeit hineinragt. Die Antriebswelle kann aber auch im Boden des die zu begasende Flüssigkeit aufnehmenden Beckens gelagert sein.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Draufsicht einer die Erfindung aufweisende Begasungsvorrichtung,

Fig. 1a die Vorrichtung von Fig. 1 aus der Richtung Ia gesehen,

Fig. 1b die Vorrichtung aus Fig. 1 aus Richtung Ib gesehen,

Fig. 2 bis 6 weitere Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung, wobei, soweit kürzere und längere Zerteilerarme dargestellt sind, diese vorzugsweise im Winkel von z. B. 90° zueinander versetzt angeordnet sein können, wie dies bei der Ausführungsform in Fig. 1 der Fall ist, und

Fig. 7a und 7b eine besondere Ausgestaltung eines Zerteilerarms im Schnitt (Fig. 7a) entsprechend der Schnittlinie VIIa-VIIa in Fig. 7b und in Draufsicht (weggebrochen) (Fig. 7b).

Die Vorrichtung zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten gemäß der in den Fig. 1 bis 1b dargestellten Ausführungsform besteht im wesentlichen aus einer Gasblasenzerteilungseinrichtung 1 und einer Gaszufuhreinrichtung mit Gaszufuhröffnungen 2. Die Gasblasenzerteilungseinrichtung 1 weist mittels einer von einem Antriebsaggregat 7 angetriebenen Antriebswelle 3 jeweils in einer Ebene rotierbare Zerteilerarme 4 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wechseln sich Zerteilerarme 4 kürzerer und größerer Länge ab, wobei die Zerteilerarme 4 kürzerer und größerer Länge in geringem Abstand übereinander angeordnet und in jeweils ihrer horizontalen Ebene rotierbar sind. Die Zerteilerarme 4 kürzerer Länge befinden sich dabei unmittelbar auf einem horizontalen kreisrunden Verteilerteller 5, welcher mit der Antriebswelle 3 rotiert. Die Zerteilerarme 4 größerer Länge sind im Abstand darüber angeordnet, wobei eine Abstützung an dem Verteilerteller 5 erfolgt. Das Antriebsaggregat 7 ist, wie aus den Fig. 1a und 1b ersichtlich, mittels einer Sockelplatte 11 am Boden des die zu begasende Flüssigkeit aufnehmenden Beckens befestigt. Die Zerteilerarme 4 überragen den Außenrand des Verteilertellers 5 um eine Länge L, welche zwischen etwa 30% und 400% des Durchmessers D des Verteilertellers 5 entspricht. Wie aus Fig. 1b ersichtlich, befinden sich die Gaszufuhröffnungen 2 im Bereich unterhalb des Verteilertellers 5, so daß die aufsteigenden Gasblasen zunächst horizontal nach außen umgelenkt werden, bevor sie in den Einflußbereich der Zerteilerarme 4 gelangen. Auch im Bereich der den Verteilerteller 5 überragenden Abschnitte der Zerteilerarme 4 sind zusätzliche Gaszufuhröffnungen 6 vorgesehen. Die Gaszufuhröffnungen 2 und 6 befinden sich in dem dargestellten Fall in einem Rohrabschnitt einer Gaszufuhrleitung einer Gasversorgungseinrichtung.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 befindet sich zusätzlich zu dem Verteilerteller 5 unterhalb der unteren Zerteilerarme 4 ein weiterer Verteilerteller 5&min; oberhalb der oberen Zerteilerarme 4.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Zerteilerarme 4 an ihren äußeren Enden mit Verdickungen 10 versehen sind. Wenn die Zerteilerarme 4 aus flexiblem Material, wie Gummi oder Kunststoff, bestehen, werden, wie sich aus Fig. 4 ergibt, die Zerteilerarme 4 erst bei Inbetriebnahme aufgrund der auf die Verdickungen 10 wirkenden Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert, so daß sie in einer horizontalen Ebene umlaufen.

Fig. 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Antriebsaggregat 7 und damit die Antriebswelle 3 und die gesamte Gasblasenzerteilungseinrichtung 1 um eine horizontale Achse 12 schwenkbar angeordnet ist. Hierdurch kann der Rotationsebene der Zerteilerarme 4 eine Neigung zur Horizontalen gegeben werden, um die zu begasende Flüssigkeit in dem Becken in eine gewisse Strömung zu versetzen. Die Winkellage kann durch Spannschlösser 13 gesichert werden.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 befinden sich in einer Vielzahl von Ebenen übereinander Zerteilungsarme 4, welche auf dem unteren Verteilerteller 5 abgestützt sind. Hierbei ist es auch möglich zusätzlich zu dem einzigen dargestellten Verteilerteller 5 weitere Verteilerteller 5&min; zwischen den einzelnen Rotationsebenen und auch oberhalb der obersten Zerteilerarme 4 vorzusehen.

Die Fig. 7a und 7b veranschaulichen eine besondere Ausgestaltung der Zerteilerarme 4 aus Flachmaterial mit sich keilförmig in Drehrichtung verjüngendem Profilquerschnitt, um eine besonders günstige Zerteilung zu erreichen.

Es versteht sich, daß die Antriebswelle 3 und damit auch die Zerteilerarme 4 mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit angetrieben werden können und in Anpassung an die besonderen Verhältnises der Gaszufuhr und/oder der zu begasenden Flüssigkeit.

Bezugszeichenliste:

1 Gasblasenzerteilungseinrichtung

2 Gaszuführungsöffnungen

3 Antriebswelle

4 Zerteilerarme

5 Verteilerteller

5&min; Verteilerteller

6 zusätzliche Gaszuführungsöffnungen

7 Antriebsaggregat

8 Boden

9 Flüssigkeitsspiegel

10 Verdickung

11 Sockelplatte

12 Achse

13 Spannschlösser


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, bei welcher das Gas der Flüssigkeit über eine oder mehrere unterhalb wenigstens einer Einrichtung (1) zum Zerteilen der Gasblasen angeordneten Gaszufuhröffnungen (2) zugeführt wird, wobei die Gasblasenzerteilungseinrichung (1) mittels einer Antriebswelle (3) in einer Ebene rotierbare Zerteilerarme (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasenzerteilungseinrichtung (1) unterhalb der Zerteilerarme (4) einen Verteilerteller (5) aufweist, daß die Zerteilerarme (4) den Verteilerteller (5) außen radial überragen, und daß wenigstens ein Teil der Gaszufuhröffnungen (2) unterhalb des Verteilertellers (5) angeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerteller (5) mit den Zerteilerarmen (4) rotierbar ist.
  3. 3. Vorrichung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) den Außenrand des Verteilertellers (5) um eine Länge (L) überragen, welche zwischen etwa 30% und 400% des Durchmessers (D) des Verteilertellers (5) entspricht.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) unterschiedliche wirksame Länge haben.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) in mehreren Ebenen übereinander angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) aus Flachstäben bestehen.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zerteilerarme (4) in Drehrichtung keilförmig verjüngen.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zerteilerarme (4) zu ihrem äußeren Ende hin verjüngen.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) aus einem flexiblen Material, wie Gummi oder Kunststoff, bestehen und an ihrem äußeren Ende eine Verdickung (10) aufweisen.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) relativ zur Vertikalen um einen Winkel von bis zu etwa 45° schwenkbar ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einem Satz von in einer Ebene rotierbaren Zerteilerarmen (4) ein weiterer Verteilerteller (5&min;) oberhalb des betreffenden Satzes von Zerteilerarmen (4) zugeordnet ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilerarme (4) zwischen zwei Verteilertellern (5, 5&min;) gehalten sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verteilerteller (5, 5&min;) in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet sind.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhröffnungen (1) entgegen der Drehrichtung der Zerteilerarme (4) gerichtet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Gaszufuhröffnungen (6) unterhalb der verteilertellerfreien Abschnitte der Zerteilerarme (4) angeordnet sind.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (7) für die Antriebswelle (3), die Verteilerteller (5, 5&min;) und die Zerteilerarme (4) als selbständig handhabbare Baueinheit ausgebildet sind.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat (7) am Boden (8) des die zu begasende Flüssigkeit aufnehmenden Beckens oder oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (9) anordenbar ist.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse (3) im Boden (8) des die zu begasende Flüssigkeit aufnehmenden Beckens lagerbar ist.






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