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Das Stammpatent betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten, wie z. B. von Trüben mit suspendierten Feststoffen biologischer Submers- oder ehemischer Prozesse, mit einem Fluid, insbesondere Flüssigkeit und/oder Gas, wie z. B. Sauerstoff oder Schaum, bei welchem die Flüssigkeit, insbesondere in Form eines von einem Hauptstrom abgezweigten Teilstromes, durch einen Fallkanal über eine Kontaktstelle für das Fluid zu einem Behälter geführt wird, wobei durch Ansaug- öffnungen im Bereich des engsten Querschnittes des Fallkanals durch die bewegte Flüssigkeit Fluid angesaugt und in der Flüssigkeit bläschenförmig verteilt wird. Das Stammpatent ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid durch die Begrenzungswand des Fallkanals hindurchgeführt und mittels mechanischer Führungseinrichtungen, wie z. B.
Röhrchen, erst im Abstand von den Fallkanalwänden, insbesondere gegen die Mitte des Fallstromes hin, mit der Flüssigkeit kontaktiert und damit, bläschenförmig verteilt, eingebracht wird.
Bei der Anordnung von mehrstufigen Vorrichtungen zur Mischung von Flüssigkeiten mit Fluid, insbesondere beim Arbeiten mit reinem Sauerstoff, trat trotz hohen Sauerstoffeintrages ein relativ grosser Sauerstoffverbrauch auf. Darüber hinaus wurde zum Betrieb derartiger Anlagen eine Mehrzahl von Pumpen verwendet, wodurch sich sowohl der Investitionsaufwand als auch der spezifische Energiebedarf erhöhte.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die angeführten wirtschaftlichen Nachteile zu beheben, indem das Begasungssystem gemäss Patent Nr. 336517 für ein Mehrstufensystem verwendet wird. Die Vergleichmässigung der erreichten Bläschengrössen erlaubt eine wirksame Begasung der Flüssigkeit ohne dass das Fluid in den einzelnen Gasbläschen infolge unterschiedlicher Oberflächenverhältnisse in unterschiedlichem Mass von der Flüssigkeit absorbiert wird. Dies bewirkt in weiterer Folge, dass Reaktionen, welche die energieaufwendige Sorption eines Fluids in der Reaktionsflüssigkeit zur Voraussetzung haben, sowohl mit geringer Bauhöhe und daher niedrigem Investitionsaufwand, als auch mit kleinem Energiebedarf, also sehr wirtschaftlich durchführbar sind.
Darüber hinaus lässt sich durch die Wahl von grösseren Pumpen, die das ganze System bedienen, ein besserer Pumpenwirkungsgrad und damit ein günstiger Stromverbrauch erreichen. Weiters lassen sich Einsparungen, insbesondere bei teuren Fluiden, durch die beliebig steigerbare Fluidausnutzung sowie in Fällen erreichen, in denen die Reaktionsabgase einer Nachbehandlung bedürfen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Begasungssystem in einer mehrstufigen Anlage eingesetzt wird, bei welcher das abgeschiedene Fluid gesammelt und einer benachbarten Behandlungseinheit zugeführt wird. Insbesondere erfolgt die Benutzung des Begasungssystems in mehreren, stufenförmig hintereinander angeordneten Behandlungseinheiten, bei welchen das Fluid in den einzelnen Behandlungseinheiten entgegengesetzt der Richtung der Stufen mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Vorzugsweise wird die Flüssigkeit in mehreren abgetrennten, zueinander parallel angeordneten Behandlungseinheiten mit dem Fluid in Kontakt gebracht, die fluidseitig hintereinander in einem gemeinsamen mit der Flüssigkeit gefüllten Behälter geschaltet sind.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal wird in dem mehrstufigen Begasungssystem in mindestens einer Behandlungseinheit technisch reiner Sauerstoff als Fluid verwendet und wird in den nachgeschalteten Behandlungseinheiten ein Gemisch aus Sauerstoff und Abgas aus den vorgeschalteten Behandlungseinheiten verwendet. Insbesondere erfolgt die Abtrennung des ungelösten Fluids von der zu behandelnden Flüssigkeit nach Durchströmen der Behandlungseinheit in einem Fliehkraftabscheider, wie z. B. Zyklon. Vorzugsweise ist zur Vermeidung der vorzeitigen Entmischung die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsmenge, die durch die Behandlungseinheit geführt wird, grösser als die Steiggeschwindigkeit der Fluidblasen im Fallkanal.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinheiten nach Art eines sich nach unten erweiternden Fallkanals mit anschliessendem Steigkanal ausgebildet sind und dass etwa im Höhenbereich der Erweiterung des Fallkanals ein oben geschlossener Fluidraum vorgesehen ist, von dem eine Leitung zur nächsten Behandlungseinheit geführt ist.
Insbesondere ist zur Umwälzung der Flüssigkeit durch die einzelnen Behandlungseinheiten eine gemeinsame Umwälzpumpe vorgesehen, an deren Druckseite die Behandlungseinheiten, insbesondere untereinander parallel, angeschlossen und ist vorzugsweise in der Druckleitung der Umwälzpumpe, insbesondere vor der Behandlungseinheit ein Entgasungsgefäss vorgesehen, welches insbesondere unter Unterdruck steht und vorzugsweise in einem Nebenstrom angeordnet ist.
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Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen zweistufigen Apparat, Fig. 2 einen Apparat mit parallel geschalteten Behandlungseinheiten, und Fig. 3 einen dreistufigen Behandlungsapparat.
Gemäss Fig. 1 wird die zu behandelnde Flüssigkeit in den Apparat über den Zulauf--22--einge- bracht. Im Bodenraum --23-- der Behandlungseinheit --19-- erfolgt eine Absaugung der Flüssigkeit mittels der Umwälzpumpe --18--. Die Flüssigkeit wird über die Leitung --24-- mit einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit einem venturiförmigen Fallkanal --2-- der benachbarten Behandlungseinheit zugeführt, wobei im engsten Querschnitt des Fallkanals --2-- die Flüssigkeit mit einem reinen Fluid, wie z. B. Reinsauerstoff, in Kontakt gebracht wird, das über die Zuleitung --25-- zugeführt wird.
Der Kontakt mit dem Fluid erfolgt durch in den engsten Querschnitt der Strömung reichende Röhrchen
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geringere Sinkgeschwindigkeit im zylindrischen Teil des Fallkanals als die Flüssigkeit aufweisen. Die vergrösserte Kontaktzeit gewährleistet, dass möglichst viel Fluid in der Flüssigkeit gelöst wird, wobei die gleichmässige Blasengrösse des Fluids infolge der Diffusion einen gleichmässigen Fluidverbrauch in der Blase bewirkt, so dass das ausperlende Fluid gleichmässig vom Abgas verunreinigt ist und einer weiteren Stufe sinnvoll zugeführt werden kann.
Der Steigkanal --21-- endet in einem geschlossenen Fluidraum --14--, in dem das Fluid unter Überdruck gesammelt wird. Die fertig behandelte Flüssigkeit wird über die Leitung --26-- entsprechend der Menge des Zulaufes --22-- abgeführt. Das unter Druck stehende Fluid wird über die Überströmleitung - -16-- der Kammer --5-- für das Fluid in der andern Behandlungseinheit --19-- zugeführt, wobei zur Regelung des Druckunterschiedes ein Drosselorgan --27-- vorgesehen sein kann.
Die andere Behandlungseinheit --19-- arbeitet nach demselben Prinzip, wobei an Stelle des reinen Fluids ein durch Abgas verunreinigtes Fluid verwendet wird, so dass bei der Verwendung von Reinsauerstoff in einer Mehrstufenanlage mit feinblasigem Belüfter eine besonders hohe Sauerstoffausnutzung gegeben ist.
In der benachbarten Behandlungseinheit-19'-, die einen geringen Überdruck gegenüber der andern Behandlungseinheit --19-- aufweist, wird in Bodennähe die mit reinem Fluid in Berührung gebrachte Flüssigkeitsumwälzmenge über die Überlaufleitung --28-- dem Fallkanal --2-- der andern Behandlungsein- heit --19-- zugeführt. In den beiden Behandlungseinheiten --19-- sind die Fallkanäle --2-- als Tauchrohre ausgebildet, an deren Aussenseite der koaxiale Steigkanal --21-- mit dem Fluidraum --14-angeordnet ist, in dem sich das ausperlende Fluid sammelt, welches entweder über die Leitung --16-- der andern Behandlungseinheit --19-- zugeführt oder über die Ableitung --29-- entnommen wird.
Der Unterschied der Flüssigkeitsspiegel --13-- in den dargestellten Behandlungseinheiten --19-- entspricht dem. Druckunterschied des Fluids in den einzelnen Behandlungseinheiten --19 und 19'--. Im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich auch mehr als zwei Behandlungseinheiten --19-- in Gegenstromschaltung des Fluids und der Flüssigkeit Verwendung finden.
In Fig. 2 ist ein Apparat mit mehreren parallel geschalteten Behandlungseinheiten --19-- dargestellt, die in einen offenen Behälter --17-- eintauchen. Die Tauchrohre --12-- weisen innen angeordnete Fallkanäle--2--auf. Einzelne Fallkanäle sind ferner auch ohne Tauchrohre ausgebildet, wenn das verbrauchte Fluid nicht weiter verwendet wird. Das Fluid wird durch die Leitung --25-- der ersten Behandlungseinheit --19-- mit Tauchrohr --12-- zugeführt und aus dessen Fluidraum --14-- über die Leitung --16-- der benachbarten Behandlungseinheit --19-- zugeführt, wobei von einem Tauchrohr zum andern der Verunreinigungsgrad des Fluids steigt, bis schliesslich die Wiederverwendung desselben nicht mehr sinnvoll ist.
Daher sind die Fallkanäle --2'-- ohne Tauchrohr ausgebildet, so dass das aufperlende Abgas frei entweichen kann. Die beiden andern ohne Tauchrohr ausgebildeten Behandlungseinheiten - dienen zur Spülung der Flüssigkeit, indem über die Leitung --30-- Luft oder ein anderes Spülgas mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird.
Die Schaltung nach Fig. 2 eignet sich besonders für runde Abwasserbecken, deren Abwasseroberfläche durch Tauchrohre zum Teil abgedeckt wird und zwischen den Tauchrohren die Behandlungs-
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einheiten ohne Tauchrohre vorgesehen sind. Die Anzahl der Behandlungseinheiten --19-- ist beliebig, wobei auch mehrere Zuleitungen --25-- für das Fluid vorgesehen werden können.
In Fig. 3 ist eine dreistufige Behandlungseinheit dargestellt, deren einzelne Einheiten U-rohrförmig ausgebildet sind. Der Fallkanal --2-- und der Steigkanal --21-- bilden dabei die Schenkel der U-Rohre.
Die Abscheidung des nicht in der Flüssigkeit gelösten Fluides erfolgt in einem als Fliehkraftabscheider, wie z. B. Zyklon, ausgebildeten verschlossenen Fluidraum --14--, in welchen der Steigkanal --21-tangential einmündet. Der Steigkanal --21-- weist einen geringeren Strömungsquerschnitt als der Fallkanal - auf, so dass die Strömungsgeschwindigkeit etwa 4fach so gross ist, wodurch im zyklonförmigen Fluidraum --14--, in dem der Flüssigkeitsspiegel parabelförmig durch die Linie --32-- angedeutet ist, eine gute Abscheidung erreicht wird. Der Fluidraum --14-- ist ringförmig um den Düfusor --6-- des Fallkanals - angeordnet. Der Weg des Fluids ist durch die strichpunktierten Linien --25, 16 und 29-angedeutet.
Der Weg der zu behandelnden Flüssigkeit ist in der Darstellung durch die punktierte Linie angedeutet, wobei der Zulauf --22-- an der Saugseite der Umwälzpumpe --18-- erfolgt, welche die zu behandelnde Flüssigkeit in die erste Behandlungseinheit --19'-- drückt, wo sie mit dem relativ verbrauchten Fluid in Kontakt gebracht wird. Die Behandlungseinheit --19'-- ist auf grosse Verweilzeit ausgelegt, so dass im Fluidraum --14'-- praktisch reines Abgas, wie z. B. C02 anfällt, welches abgeführt wird.
Die Flüssigkeit wird tangential entnommen und der Behandlungseinheit zugeführt und von dort der Behandlungseinheit --19't'-- sowie schliesslich über die Pumpe --18-- wieder in die Behandlungs- einheit --19'-- geführt, wo die Entnahme über den Ablauf --26-- erfolgt. Zur teilweisen Entgasung der Flüssigkeit wird an Stelle bzw. parallel zur Leitung --24'-- ein geschlossener Unterdruckbehälter --20-- vorgesehen, in dem sich ein Gaspolster --31-- ausbildet, aus dem das Gas unter Unterdruck abgesaugt und über einen hydraulischen Verdichter abgeführt wird. Durch die Ausnutzung der Fallhöhe der fertig behandelten Flüssigkeit, die relativ hoch über dem Boden aus dem Ablauf --26-- entnommen wird in einem Ejektor ist die Verdichterwirkung gegeben.
Durch die vorherige Entgasung steigt die Aufnahmefähigkeit für das Fluid, so dass neben der Spülwirkung auch eine gute Fluidausnutzung gegeben ist.