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Vorrichtung und Verfahren zur Durchfahrung von Umsetzungen zwischen Gasen und Flüssigkeiten
Abwässer, welche organische Stoffe als Verunreinigungen enthalten, können bekanntlich imBelebt- schlammverfahren durch Einwirkung aerober Mikroorganismen gereinigt werden. Für den optimalen Verlauf dieser biologischen Reaktion ist eine ausreichende Belüftung erforderlich.
Sie erfolgt allgemein in der Weise, dass in dem zu reinigenden Wasser, in welchem der Mikrobenschlamm aufgerührt wird, Luft in geeigneter Weise verteilt wird ; beispielsweise durch mechanische Vorrichtungen, wie rotierende Paddel oder Bürsten,
In einem neueren Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere zur Durch- führung des Belebtschlammveifahrens, wird in einem im Inneren unterteilten Behälter eine Suspension von in der Flüssigkeit enthaltenen, während der Behandlung sich bildenden und zugesetzten Feststoffen im Kreislauf durch eine Misch- und Reaktionszone, eine sekundäre Reaktionszone und eine Klärzone umgewälzt, wobei sich ein Teil des behandelten Wassers in der Klärzone von der im Kreislauf geführten Suspension abtrennt, während Rohwasser,
Luft und gegebenenfalls zusätzliche Reagenzien in die Misch- und Reaktionszone eingeleitet und überschüssige Feststoffe aus dem unteren Bereich der Klärzone entnommen werden. Mit diesem Verfahren ist auch eine neuartige Belüftnngsart in der Abwassertechnik bekannt geworden. Dpbei wird die Luft zusammen mit dem Abwasser am Boden der im unteren Teil der Vorrichtung gelegenen Misch- und Reaktionszone aus einer Zuführung eingeleitet. Der schnellaufende Rührer erfasst sowohl das Rohwasser als auch die Luft und bewirkt einerseits die Vermischung des Rohwassers mit der im Kreislauf umgewälzten Suspension, anderseits eine feine Verteilung der Luft durch Zerschlagung der in einer Grösse von etwa 5 cm Durchmesser eintretenden Luftblasen.
Man verwendet also hier praktisch ausschliesslich ein mechanisches Mittel zur Zerteilung der Luft im Wasser.
Die Anwendung des soeben beschriebenen Suspensionskreislaufes hat das Verfahren zur Reinigung von Abwässern nach dem Belebtschlammverfahren gegenüber den Verfahren, welche die Belüftung und die Abtrennung des Schlammes vom Klarwasser in getrennten Räumen durchführen, wesentlich vereinfacht und intensiviert. Da die Luft jedoch mit dem Abwasser an nur einer Stelle in den Misch-und Reaktionsraum eintritt, braucht der Rührer eine sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit, um die in grossen Blasen auftretende Luft in hinreichend feine Bläschen zerteilen zu können. Dadurch wird der Kraftbedarf des Rührers sehr hoch und verursacht erhebliche Betriebskosten, welche den Vorteil geringerer Anlagekosten teilweise wieder aufheben.
Es wurde nun gefunden, dass eine wirtschaftlichere und sehr gleichmässige und betriebssichere Belüftung im Suspensionskreislaufverfahren erreicht wird, wenn die Gaszerteilung durch blosses mechanisches Rühren mit der Gaszerteilung durch mehrere Eintrittsöffnungen kombiniert wird, wie sie bei der normal üblichen grob-bzw. feinblasigen Belüftung vonAbwässem mittels geeigneterVerteilervorrichtungendurch- geführt wird.
Erfindungsgemäss wird unterhalb des Rührers eine Gasverteilervorrichtung, z. B. ein Verteilerring, eine Brause od. dgl. in der Weise angeordnet, dass die daraus in die Flüssigkeit eintretende Luft oder ein wesentlichem Teil derselben mit einer durchschnittlichen Blasengrösse von etwa 1 cm Durchmesser zwischen die Flügel des Rührers gelangt und dort zerkleinert und mit der zu behandelnden Suspension innig gemischt wird.
Da die Luft beim Austritt aus einer Vielzahl verhältnismässig kleiner Öffnungen zwar noch grobblasig, aber doch mit einem höheren Verteilungsgrad als bei den bekannten Verfahren in die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt, wird der Kraftbedarf des Rührwerkes wesentlich vermindert. Die Luft oder das
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zur Behandlung verwendete Gas muss zwar zum Einpressen in die Flüssigkeit durch die kleinen Öffnungen der Verteilervorrichtungen etwas stärker verdichtet werden, jedoch ist der dazu erforderliche Kraftbedarf gering. Durch die erfindungsgemässe Voncerteilung des Behandlungsgases wird in der Regel der Energieverbrauch des Rührwerkes um 20-400/0 vermindert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine feinblasige Belüftung, deren Vorteil in der gro- ssen Grenzfläche zwischen Gasphase und flüssiger Phase und der sich daraus ergebenden guten Gasdiffusion in der Flüssigkeit besteht. Die Nachteile der Zuführung der Behandlungsgase in feinster Verteilung, näm-
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dabei jedoch vermieden.
Die bei der grobblasigen Belüftung gegebene Durchwirbelung der Flüssigkeit und die hohe Relativbe-
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umlaufende Rührwerk hervorgerufen.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung werden also die Vorteile der grobblasigen und der feinblasigen Belüftung vereinigt, ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, so dass bei kleinemAnlagevolumen und wirtschaftlichem Energieverbrauch hohe Durchsatzleistungen erzielt werden. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Der Innenraum des Behälters 1 ist durch konzentrische Einbauten 2 und 3 in mehrere Zonen unterteilt. Der Teil 2 ist ein von oben in den Behälter 1 eingehängte Rohr, dessen oberer Rand über den Flüssigkeitsspiegel 4 hinausragt. Der Teil 3, dessen oberer Rand ebenfalls über dem Flüssigkeitsspiegel liegt, bildet mit dem Teil 2 einen nach unten offenen Ringraum, der durch Öffnungen 5 mit dem Inneren des Teiles 3 in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels verbunden ist. Das untere Ende des Teiles 3 ist zu einer Haube 6 konisch erweitert. Der untere Rand der Haube liegt in der Nähe des Behälterbodens und kann auf diesem mittels nicht dargestellter Pfosten, Träger od. dgl. abgestützt sein. Innerhalb der Haube 6 ist ein Rührwerk 7 angeordnet, dessen Antrieb 8 sich z.
B. auf einem über den Behälter führenden Laufsteg be-
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Behandelte Flüssigkeit wird aus einer um den oberen Behälterrand angeordneten Überlaufrinne 10 durch ein Rohr 11 entnommen. Durch die Einbauten 2,3 und 5 werden im Behälter eine Misch- und Reaktionszone 12, eine sekundäre Reaktionszone 13 und eine Klärzone 14 gebildet. Der Suspensionskreislauf wird aus der Mischzone 12 durch die Reaktionszone 13 und die Klärzone 14 zurück zur Mischzone 12 umgewälzt.
Am oberen Rande der Klärzone tritt die behandelte Flüssigkeit in die Überlaufrinne 10 über, während der im Betrieb sich bildende Feststoffüberschuss aus einer Tasche 15 im Behälterboden durch ein Rohr 16 abgezogen wird.
Das Rührwerk besteht aus einer Deckplatte 17, den Blättern 18 und dem Bodenring 19. Das Behandlungsgas, vorzugsweise Luft, wird mittels eines Rohres 20 durch einen Verteilerring 21 unterhalb des Rührers und oberhalb des Eintritts der rohen Flüssigkeit zugeführt. Dieser Verteilerring ist mit Öffnungen 22 versehen, aus denen das Behandlungsgas sowohl nach oben als auch nach unten austreten kann. Um ein Verstopfen dieser Öffnungen durch Feststoffteilchen zu vermeiden, wird der Durchmesser der einzelnen Öffnungen zweckmässigerweise auf mindestens 2 mm bemessen. Die Summe alleröffnungsquerschnitte beträgt zweckmässig das 1-bis 1, 5-fache des Querschnittes der Gaszuleitung 20.
Das Behandlungsgas wird vorteilhaft mit Geschwindigkeiten um 15 m/sec., gemessen im Rohr 20, eingeleitet. Der Verteilerring kann kreisförmig oder polygon ausgeführt werden oder auch die Gestalt einer Brause haben. Die eben genannten Zahlenverhälmisse gelten auch für diese Ausführungsformen.
Der Durchmesser der Verteilervorrichtung wird zweckmässig kleiner als der Durchmesser. des Rohrwerkes gehalten. Vorzugsweise werden die Öffnungen im Bodenring 19 des Rührers und der Verteilerring 21 so aufeinander abgestimmt, dass der Durchmesser der Öffnung im Bodenring um 1, 5d, den Durchmesser der Gaszuleitung 20, grösser ist als der Durchmesser des Verteilerkörpers, und dass der Abstand des Verteilerkörpers vom Bodenring 19 ebenfalls 1, 5d beträgt.
Bei diesenZahlenverhältnissenwird die aus den Öffnungen 22 noch grobblasig auftretende Luft od. dgl. vom Rührer wie von einer Kreiselpumpe durch die Öffnung des Bodenringes angesaugt und mit der Flüssigkeit zwischen den Blättern des Rührers hindurch radial nach aussen geschleudert und zu kleinen Bläschen zerschlagen.
Diese Zahlenverhältnisse können für den einzelnen Betriebsfall innerhalb gewisser Grenzen geändert werden und es ist auch möglich, andere Rührerformen und Gasverteilerformen zu kombinieren, um die wesentliche Wirkung zu erreichen, dass die'bereits verteilte Luft von den Blättern des Rührers erfasst und in feine Bläschen zerschlagen wird.
Um die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung dem einzelnen Betriebsfall genau anpassen
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zu können, wird der Antrieb des Rührwerkes stufenlos regelbar gestaltet, zweckmässig mit einem mande- rungsverhi1ltnis von 1 : 5, vorzugsweise einem solchen von 1 : 3, wobei die maximale Umfangsgeschwindigkeit des Rührers 3 m/sec. zweckmässig nicht überschreitet.
Die Luftzufuhr wird dabei zweckmässig so bemessen, dass die eintretende Luftmenge möglichst vollständig der weiteren Zerteilung durch den Rührer unterliegt. Grundsätzlich kann die Luft bereits in sehr fein verteilter Form unter den Rührer geleitet werden. Er wird dann bezüglich einer weiteren Zerteilung der Gasblasen entlastet, bleibt aber bezüglich der Durchwirbelung der Flüssigkeit und der Herstellung einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen den Gasbläschen und der flüssigen Phase in voller Wirksamkeit.
Um zu vermeiden, dass durch die schnellen Umdrehungen des Rührwerkes in der Mischzone eine horizontale Rotationsströmung entsteht, welche die Relativgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und Gasbläschen verringern würde, können innerhalb der Mischzone radiale Stauflächen 23 aufgestellt werden, an welchen sich eine solche Strömung bricht und die Turbulenz innerhalb der Flüssigkeit erhöht wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient vorzugsweise zur Belüftung von Belebtschlammprozessen zur Abwasserreinigung. Sie kann jedoch mit Vorteil in andern Verfahren verwendet werden, inwelchen Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten ausgeführt werden und erlaubt, den Reaktionslauf den gegebenen Verfahrensbedingungen, wie Art und Menge von Flüssigkeit und Gas, Anlagedimensionen u. dgl. durch die Einstellung der optimalen Blasengrösse anzupassen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich nicht allein zur chemischen oder biologischen Behandlung von Abwässern, sondern allgemein zur Ausführung von Prozessen, in denen eine innige Durchmischung und Berührung von Gasen und Flüssigkeiten herbeigeführt werden soll. Das ist beispielsweise die Enthärtung von Wässern unter gleichzeitiger Oxydation und Abscheidung von Eisen und Mangan, das Ansäuren mittels C02 oder die Behandlung von wässerigen Erzsuspensionen mittels S02 oder Sol-haltigen Gasen für Zwecke der Erzlaugerei.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Durchführung von Umsetzungen zwischen Gasen und Flüssigkeiten unter Umwälzung einer Suspension von der in der Flüssigkeit enthaltenen und sich während der Behandlung bildenden oder zugefügten Feststoffen im Kreislauf durch eine mit einem mechanischen Rührwerk versehene Mischund Reaktionszone, eine sekundäre Reaktionszone und eine Klärzone, unter Zuführung der in das Verfahren eintretenden Stoffe in der Mischzone und Abführung der behandelten und geklärten Flüssigkeit aus der Klärzone, wobei die in das Verfahren eintretenden Gase unterhalb des Rührwerks eingeleitet werden, gekennzeichnet durch eine stationäre, mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen versehene Luftverteilungseinrichtung zum grobblasigen Zerteilen des eingeführten Gases,
die nahe unterhalb des die Gasblasen fein zerteilenden Rührwerks angeordnet ist.