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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere zur Belüftung von Flüssigkeiten
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oben kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz ausbildet. Diese Turbulenz trägt nicht nur dazu bei, das vom Generator ausgeblasene Gas mit einer grossen Menge von Flüssigkeit zu vermischen, sondern sie erzeugt auch einen bestimmten Umwälzeffekt, wodurch ein grosser Teil der Flüssigkeit an die Oberfläche gelangt und dort mit atmosphärischer Luft in Berührung kommt.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die schneckenförmig gewundene Trennwand den Innenraum des Rohres in zwei voneinander getrennte Kanäle unterteilt, wobei die Trennwand einen S-förmigen Querschnitt aufweist und dass für jeden der schneckenförmig gewundenen Kanäle ein Blasengenerator vorgesehen ist.
Ausserdem ist es vorteilhaft, dass das Rohr und die Trennwand aus in der zu behandelnden Flüssigkeit schwimmendem Material bestehen und das Rohr damit selbsttätig eine im wesentlichen senkrechte Lage zur Flüssigkeitsoberfläche einnimmt. Diese Rohre können selbstverständlich in beliebiger Anzahl und Anordnung in der zu behandelnden Flüssigkeit vorgesehen werden. Die Rohre selbst können mit Befestigungseinrichtungen die ein Verschwenken der Rohre gestatten an parallel oder in Serie geschalteten Versorgungsleitungen befestigt sein, die auf dem Grund oder Boden des jeweiligen Flüssigkeitsbehälters abgesenkt worden sind. Die Befestigungseinrichtungen gestatten den Rohren bei einer Berührung mit Booten u. dgl. ein Ausweichen und verhindern damit weitgehende mechanische Beschädigungen. Auch wird eine Beseitigung von Verstopfungen dadurch auf einfache Weise ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten lässt sich auf den verschiedensten Gebieten anwenden. Beispielsweise kann das Verfahren bei der biologischen Aufbereitung von flüssigen Abfallprodukten oder Abwässern Verwendung finden, bei der gelöste organische Verunreinigungen durch Bakterien abgebaut werden sollen. Ebenso kann das Verfahren zur Umschichtung von Flüssigkeiten angewandt werden, wobei beispielsweise durch das Umwälzen von wärmeren Wassermengen von unten nach oben eine Eisbildung an der Wasseroberfläche verhindert werden kann. Auch ist es möglich die Wellenbildung in Schiffahrtskanälen oder in der Nähe von Werften oder Dockanlagen zu verringern. Weiterhin ist es möglich, beispielsweise Fischen und Seetieren in Tanks oder Behältern durch das erfindungsgemässe Verfahren Sauerstoff in genügender Menge zuzuführen.
Ganz allgemein kann das Verfahren überall dort Anwendung finden, wo entweder ein inniger Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit oder eine Bewegung der zu behandelnden Flüssigkeit erwünscht oder notwendig ist.
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Fig. l zeigt eine Gesamtansicht einer aus drei Rohreinheiten--13--bestehenden Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ; Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Rohres ; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt in der Ebene 3-3 der Fig. 2 und Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer verschwenkbaren Befestigungseinrichtung.
In Fig. l ist die erfindungsgemässe Einrichtung zur Bewegung und Lüftung in einer Flüssigkeit --10--, beispielsweise einem Fluss, einer Bucht, einem See, einem natürlichen oder künstlichen Behälter u. dgl. versenkt dargestellt. Der Wasserspiegel ist in dieser Darstellung mit der Bezugszahl --11-- versehen, während der Boden des Beckens mit der Bezugszahl --12-- gekennzeichnet ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Bewegung und Belüftung muss dabei mindestens aus einer Rohreinheit--13--bestehen, die in der zu behandelnden Flüssigkeit senkrecht zum Wasserspiegel --11-- angeordnet ist und mit einem Blasengenerator--23--zusammenarbeitet. Dieser Generator - ist jeweils unter einer Rohreinheit --13-- auf einer Versorgungsleitung-14-angebracht, die durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Pumpe oder ein Gebläse mit Luft gespeist wird, die Anzahl der Rohreinheiten-13-richtet sich nach der Menge der zu behandelnden Flüssigkeit. Die auf dem Boden--12--ruhende Versorgungsleitung--14-kann dort durch entsprechende Mittel, wie z. B. Ankerblöcke--15--, in bestimmten Abständen befestigt werden.
Weist das Becken eine grosse Tiefe auf, so kann die Versorgungsleitung auch in entsprechender Höhe über dem Boden --12-- angeordnet werden.
In den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau einer Rohreinheit --13-- dargestellt. Die Einheit besteht aus einem Rohr--16--, das an beiden Enden offen ist, also eine Einlassöffnung--17-und eine Auslassöffnung--18--aufweist. Im Innenraum des Rohres --16-- ist eine sich über die ganze Länge des Rohres erstreckende schneckenförmig gewundene Trennwand --19-- befestigt, die wie aus Fig. 3 zu ersehen ist den Rohrinnenraum in zwei schneckenförmig gewundene Kanäle --20 und 20'-unterteilt. Vorzugsweise ist der Querschnitt dieser Trennwand --19--, wie in Fig. 3 dargestellt S-förmig, um der hindurchströmenden Flüssigkeit, wie später noch beschrieben werden wird, eine
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bestimmte Bewegung zu erteilen.
Jede Rohreinheit --13-- ist mit der Versorgungsleitung --14-- durch zwei Laschen-21-
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--16-- verbundener Bolzen--22--hineinragt. Da die Bolzen--22--an dem Rohr --16-diametral gegenüberliegend befestigt sind, kann die Rohreinheit wie in Fig. 4 mit gestrichelten Linien - 13a und 13b-- dargestellt, um die Achse der Bolzen-22-nach zwei Seiten verschwenkt werden. Da nun aber das Rohr--16--und die schneckenförmig gewundene Trennwand --19-- aus in der zu behandelnden Flüssigkeit schwimmendem Material, wie beispielsweise Kunststoff hergestellt sind, wird die Rohreinheit --13-- zwangsläufig selbsttätig eine im wesentlichen senkrechte Lage der Flüssigkeitsoberfläche --11-- einnehmen.
Sollte nun eine Rohreinheit--13--durch Vorbeifahren von Booten, schwimmende Abfälle oder andere Hindernisse irgendwelcher Art berührt werden, so kann die Einheit --13-- frei um die Bolzen --22-- in eine Lage schwingen, die eine mögliche Beschädigung des Rohres vermeidet. Die zur Wasseroberfläche--11--senkrechte Lage des Rohres --16-- wird nicht nur durch den eigenen Auftrieb sondern auch durch das durch das Rohrinnere strömende Wasser-Luftgemisch erzeugt. Unter jeder Rohreinheit --13-- ist die Versorgungsleitung
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der Düsen --23-- versorgt dabei den Kanal-20-während die zweite Düse den Kanal --20'-versorgt.
Die Einlassöffnung--17--ist mit Ausnahme des schmalen Bereiches der Laschen --21-- von allen Seiten her gut zugängig, so dass durch den aus den Düsen-23-austretenden Luftstrom Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles--24--in die Einlassöffnung--17--des Rohres--16-- hineingezogen wird. Das Gemisch aus Blasen und Flüssigkeit strömt dann weiter durch die gewundenen
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mit einer bestimmten Rotationsbewegung in den freien Flüssigkeitsraum auszutreten.
Bei diesem Vorgang werden die Luftblasen durch die Flüssigkeit komprimiert und zerteilt, wobei die aufwärtsströmende Luft von der Flüssigkeit derart absorbiert wird, dass eine gute Belüftung der Flüssigkeit erhalten wird. Würden jedoch die von der schneckenförmig gewundenen Trennwand --19-- gebildeten gewundenen Kanäle --20,20'-- nicht vorgesehen, so würde die mit Luftbläschen beladene Flüssigkeit sehr schnell durch das Rohr hindurch zur Oberfläche der Flüssigkeit wandern und in die Atmosphäre ausströmen, ohne eine wirklich optimale Durchlüftung der Flüssigkeit bewirkt zu haben.
Dagegen erzeugen die von der schneckenförmig gewundenen Trennwand--19--gebildeten Kanäle --20, 20'-- eine derartige Bewegung und Turbulenz in der mit Luftbläschen beladenen Flüssigkeit, dass die Kompression und Zerteilung der Luftblasen und somit die daraus resultierende Belüftung der Flüssigkeit erheblich wirkungsvoller ist. Ausserdem zwingen die schneckenförmig gewundenen Kanäle--20, 20'-- die mit Luftbläschen beladene Flüssigkeit zum Durchströmen einer längeren Strecke, als dies bei einem Rohr mit geradem Durchgang der Fall sein würde. Daraus ergibt sich, dass die Kompression und die Zerteilung der Luftblasen eher, also am Anfang des Rohres stattfindet und damit durch die grössere Ausströmzeit und den längeren Blasenweg einer wirkungsvolleren Belüftung Vorschub leistet.
Die Rohreinheiten--13--können derart angeordnet werden, dass ihre Auslassöffnungen --18-- etwa mit der Wasseroberfläche--11--abschliessen. Vorzugsweise werden diese Rohre mit ihren Auslassöffnungen --18-- in einem bestimmten Abstand unter dem Wasserspiegel--11-derart angeordnet, dass dieser Abstand ungefähr der halben Länge des Rohres--13--entspricht. Ausser dem im vorangegangenen bereits beschriebenen Zweck dienen die mit einer schneckenförmig
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kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz erzeugt. Diese Massnahme vergrössert den Belüftungseffekt nicht nur durch die Erfassung eines grösseren Wasservolumens, sondern bringt auch durch die erzeugte Turbulenz ein grösseres Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit mit der Aussenluft über dem Wasserspiegel in Verbindung.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung von Zirkulation und Belüftung verhindert den Stillstand in Flüssen, Seen, Wasserbecken u. dgl. mit nur wenig
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oder gar keiner natürlichen Bewegung. Ebenso kann dieses Verfahren in Wasserbehältern oder Wassertanks angewendet werden, die mit einer ausreichenden Sauerstoffversorgung für Fische ausgestattet sein müssen. Auch kann es zur Durchführung von chemischen oder physikalischen Verfahren benutzt werden, bei denen ein wirkungsvoller Gas-Flüssigkeit-Kontakt wünschenswert oder gar notwendig ist.
Im besonderen kann dieses Verfahren und die Vorrichtung bei der biologischen Aufbereitung von flüssigen Abfallprodukten oder Abwässern Verwendung finden, bei der gelöste organische Verunreinigungen durch Bakterien abgebaut werden sollen. Die Mikroorganismen sind in der Lage die organischen Stoffe aufzubrauchen, wozu zur Assimilierung Sauerstoff benötigt wird. Die Mikroorganismen können ihre Funktion wirksam ausüben und zum Erhalt optimaler Abbaugeschwindigkeiten beitragen, wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist und wenn die Mikroorganismen durch turbulentes Mischen mit den fraglichen Stoffen in enge Berührung gebracht werden.
Vorrichtungen der bekannten Art verwenden für die Belüftung und Vermischung entweder Turbinen-Oberflächen-Belüfter, die mit Ausnahme der unmittelbar obersten Schicht nahe des Flüssigkeitsspiegels keine wirksame Behandlung garantieren, oder am Boden des Flüssigkeitsbehälters angebrachte Blasengeneratoren, die letztlich nur frei und schnell zur Oberfläche aufsteigende Luftblasen erzeugen, wodurch sich eine wirkungsvolle optimale Absorbtion und Belüftung gar nicht erst ausbilden kann.
Die Erfindung dagegen gewährleistet einen hochwirksamen innigen Kontakt der Luftblasen mit der durch die schneckenförmig gewundenen Kanäle des gesamten Rohres hindurchströmenden Flüssigkeit. Verstärkt wird dieser Effekt durch die Wirksamkeit der in dem Bereich zwischen der Auslassöffnung des Rohres und dem Wasserspiegel sich ausbildenden wirbelartigen Turbulenz, so dass damit eine optimale Belüftung und Zirkulation der gesamten Flüssigkeit gewährleistet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung, insbesondere zur Belüftung von Flüssigkeiten, dadurch ge- kennzeichnet, dass in die zu behandelnde Flüssigkeit (10) ein an beiden Enden offenes Rohr (16) im wesentlichen senkrecht versenkt wird und dass Gas in das untere Ende (17) des Rohres (16) derart eingeblasen wird, dass ein aus Gasblasen und Flüssigkeit bestehender Strom von unten nach oben durch das Rohr (16) fliesst, ferner dass der mit Gasblasen beladene Flüssigkeitsstrom innerhalb des Rohres (16) schneckenförmig gewundenen Kanälen (20, 20') folgt, wobei eine derartige Turbulenz erzeugt wird, dass die Gasblasen zerteilt und von der Flüssigkeit absorbiert werden können und sich beim Austritt aus der Auslassöffnung (18) des Rohres (16) zwischen dieser Auslassöffnung und dem Wasserspiegel (11)
eine sich nach oben kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz ausbildet.