AT389298B

AT389298B - Verfahren zur begasung einer fluessigkeit und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: AT389298B
Application number: AT0063683A
Authority: AT
Inventors: Alfred Dipl Ing Glasner
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1989-11-10
Also published as: ATA63683A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begasung von strömenden Flüssigkeiten in Rohren, insbesondere zum biologischen Abbau hochbelasteter Abwässer, bei dem die Flüssigkeit von einem gegebenen hydrostatischen Druckniveau durch Heben auf ein niedrigeres hydrostatisches Druckniveau entspannt und nach einer Umlenkung über ein Fallrohr begast in einem Behälter wieder rückgeführt und das ungelöste Gas abgegeben wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Flüssigkeiten in horizontalen Leitungen (DE-OS 1658 148) zu begasen. Da die Gasblasen aufsteigen, kommt es zu einer Entmischung und Grossblasenbildung. Ferner sind Heber-Begasungen bekannt, wobei dem abwärts gerichteten Wasserstrom der AT-PS 291134, 319 868 und 336 517 sowie EP 0045 939, das Gas durch Selbstansaugung oder erhöhten Druck durch Wandöffnungen der Flüssigkeit im Fallrohr übergeben wird.

Diese Verfahren haben die Nachteile, dass zuerst die Randzonen der im Rohr nach abwärts bewegten Flüssigkeit begast werden und erst später durch Querturbulenzen eine Durchmischung der Gasblasen mit dem übrigen Flüssigkeitsstrom erreicht wird, dass die Gasblasen in der Randzone der abwärts bewegten Flüssigkeit konzentriert sind und einen Auftrieb erleiden, wodurch es zu Blasenverschmelzungen kommt, und dass bei Begasungen im Fallrohr ein Teil der möglichen Begasungsstrecke verschenkt wird, da das Druckminimum der Flüssigkeit an der höchsten Stelle des Hebers und gleichzeitig ein Entgasungseffekt auftritt, der bis jetzt nicht ausgenutzt wurde.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den genannten Nachteilen zu begegnen, und eine wirksamere Begasung zu ermöglichen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei der Umlenkung durch die Aussenwand des gekrümmten Teiles des Rohres bläschenförmig in die Randzone des Flüssigkeitsstromes eingebracht wird und die an der Innenseite der Aussenwand entstehenden Gasblasen durch Fliehkraft der durch den gekrümmten Teil des Rohres strömenden, gegenüber dem Gas schwereren Flüssigkeit gegen die Innenseite der Innenwand des gekrümmten Rohres geleitet werden und dass das Gas-Flüssigkeitsgemisch anschliessend in an sich bekannter Weise im Fallrohr verdichtet und das Gas zumindest teilweise in Lösung gebracht wird.

Vorzugsweise werden die an der Innenseite der Aussenwand des gekrümmten Rohres nach innen wachsenden Gasbläschen bei geringer Blasengrösse durch turbulenten Flüssigkeitsstrom losgerissen, in den Flüssigkeitsstrom eingebracht und in diesem verteilt. Insbesondere ist die Flüssigkeitsströmung (v) im gekrümmten Teil des Rohres grösser als 0, 8 m/sec, wobei der Aussenradius (R) des gekrümmten Rohres kleiner ist als er der Gleichung R = y2 I g entspricht. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Flüssigkeit stufenweise vom Abgas entgast und mit Frischgas begast, wobei die begaste Flüssigkeit unter dem Flüssigkeitsspiegel eingeleitet wird, die aufsteigenden Gasblasen des ungelösten Gases über Umlenkeinrichtungen geführt werden, die Flüssigkeit im Behälter umwälzen sowie zum Teil in Lösung gebracht werden.

Insbesondere wird die Flüssigkeit im gekrümmten Rohr bei niedrigem hydrostatischen Druck entgast, und die Gasblasen des frischen Gases verschmelzen mit jenen des Abgases, ein Teil des verdünnten Abgases wird durch die anschliessende hydraulische Verdichtung der Flüssigkeit gelöst und der andere Teil dient zur Umwälzung der Flüssigkeit im anschliessenden Behälter zur Verbesserung des Stoffaustausches. Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Behälter zumindest ein Uförmig gekrümmtes Rohr vorgesehen ist, dessen erster Schenkel von oben in die Flüssigkeit des Behälters eintaucht, dessen zweiter Schenkel an einer Pumpe angeschlossen ist, die die zu begasende Flüssigkeit ansaugt, und das gekrümmte Rohr zwischen den beiden Schenkeln an der Aussenseite eine poröse Wand aufweist.

Insbesondere ist der Behälter in mehrere Teilbehälter mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand unterteilt und sind die einzelnen Teilbehälter mit U-förmig gekrümmten Rohren heberartig verbunden und wird der Teilbehälter mit dem höchsten Flüssigkeitsstand durch die Pumpe gespeist. Vorzugsweise ist der Behälter in mehrere Teilbehälter mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand unterteilt und sind die Teilbehälter mit einem Überlauf ausgestattet, der die unterschiedlichen Flüssigkeitsstände in den Teilbehältem regelt und der rohrförmig ausgebildet ist, wobei das gekrümmte Anschlussrohr an der Krümmungsaussenseite eine poröse Wand aufweist, durch welche das Gas, vorzugsweise durch Überdruck, in das Rohr und in die Flüssigkeit eingebracht wird.

Die Erfindung ist in zwei Figuren beispielsweise und schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine dreistufige Begasungseinrichtung und Fig. 2 eine Konstruktionsvariante hiezu. Fig. 1 offenbart einen Behälter (7), der durch Zwischenwände (16) in Teilbehälter (8,9, 10) unterteilt ist, in welchen der Flüssigkeitsstand unterschiedlich hoch ist. Die einzelnen Teilbehälter (8,9 und 9,10) sind durch U-förmig gebogene Rohre (11,12), die an der höchsten Stelle gasdurchlässige Wände (6) aufweisen, heberartig verbunden, so dass bei gefülltem Heber die Flüssigkeit aus dem Teilbehälter (10) mit dem höchsten Flüssigkeitsstand über den Heber unter Gaseinsaugung in den Teilbehälter (9) mit dem mittleren Flüssigkeitsstand und von diesem in den Teilbehälter (8) mit dem niedrigsten Flüssigkeitsstand übergeführt wird.

Diese Überführung und die damit erreichte Begasung erfolgt praktisch ohne Energieaufwand. Aus dem Teilbehälter (7) mit dem niedrigsten Flüssigkeitsstand wird über die Leitung (17) Flüssigkeit angesaugt und über die als Umwälzpumpe ausgebildete Pumpe (4) über das U-förmig gebogene Rohr (1) in den Behälter mit dem höchsten Flüssigkeitsstand gedrückt. Die Pumpe ist hiebei so ausgelegt, dass die Druckhöhe der Pumpe bis zur Höhe des gekrümmten Rohres (5) reicht. Dadurch bildet sich dort ein Unterdruck zur Ansaugung des zur Begasung notwendigen Gases durch die porösen Wände des Rohres (5) aus. Durch die Wände (6) wird das Gas in den Flüssigkeitsstrom eingebracht, wobei durch Turbulenzen im gekrümmten Teil eine Verteilung der Gasblasen über den ganzen Rohrquerschnitt erfolgt.

Dies wird durch

Fliehkraftwirkung der Flüssigkeit verstärkt, indem der Radius (R) des gekrümmten Rohres (5) kleiner ist, als es der Gleichung R = v2/g entspricht. Dadurch kommt das unterschiedliche spezifische Gewicht der Gasblasen und der Flüssigkeit zur Wirkung und die Gasblasen werden an die Innenwandung des Krümmers gedrückt. Durch den geringen hydrostatischen Druck der im U-förmig gebogenen Rohr strömenden Flüssigkeit wird das gelöste Gas bläschenförmig von besonders kleiner Konsistenz ausgetrieben. Die aus der Flüssigkeit austretenden Gasblasen sind bei Abwässeranlagen bzw. bei Gärapparaten Abbauprodukte, wie z. B. C02.

Würde man an der Stelle der Krümmung kein Frischgas zuführen, so würden sich die Abgasblasen zum Grossteil im nach abwärts gerichteten Schenkel (2) wieder lösen, so dass die umgewälzte Flüssigkeit praktisch abgasgesättigt ist. Wird aber das austretende Gas an der Krümmung durch Frischgas (Luft) verdünnt, so wird sich neben der normalen Sauerstofflösung in der Flüssigkeit auch noch verdünntes Abgas lösen. Dazu kommt noch, dass sich kleine Blasen (im Millimeterbereich) aus der Begasung besser lösen als kleinste Blasen (im Bereich von Bruchteilen von Millimetern) aus der Unterdruck-Entgasung. Die nun ungelösten Abgasblasen und auch die überschüssigen Luftblasen perlen im nächsten Behälter aus und bewirken dort eine Umwälzung der Flüssigkeit nach dem Mammut-Pumpen-Prinzip.

Diese beschriebene Begasungswirkung wird nun durch die heberartigen U-förmig gebogenen Rohre (11,12) beim Übergang in die weiteren Teilbehälter wiederholt. Auf diese Art und Weise wird die Flüssigkeit mit hohem Wirkungsgrad entgast und mit frischem Gas, welches in den meisten Fällen Sauerstoff oder Luft ist, begast, so dass der biologische Prozess mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann. Aus dem Behälter mit niedrigstem Flüssigkeitsstand wird nun die biologisch behandelte Flüssigkeit durch den Überlauf (18) entfernt, wobei nur der rezirkulierende Anteil durch die Ansaugleitung (17) der Pumpe zugeführt wird. Dieser Anteil kann durch geeignete Stufenanzahl auf Null reduziert werden. In diesem Fall saugt die Pumpe (4) nur frische zu begasende Flüssigkeit aus der strichliert eingezeichneten Leitung an.

Die Begasungsstelle bzw. die poröse Wandung (6) könnte theoretisch auch im aufsteigenden Schenkel (3) des U-förmig gebogenen Rohres angeordnet werden, doch hat dies den Nachteil, dass sich unter Umständen dann im Krümmer (5) ein Gassack bildet, der zu Schwierigkeiten bzw. einer Blasenvergrösserung führt, wodurch die Gasabsorption im Fallkanal bzw. im Schenkel (2) reduziert wird.

In Fig. 2 ist eine Konstruktionsvariante zur Fig. 1 dargestellt, wobei die heberförmigen U-förmig gekrümmten Rohre (11,12) durch rohrförmige, Überläufe (13,14) ersetzt wurden, die den Vorteil aufweisen, dass im Betrieb die umständliche Befüllung der Heber entfallen kann. Diese Überläufe (13,14) haben aber den Nachteil, dass hier das zur Begasung verwendete Gas einen geringen Überdruck aufweisen muss, da die druckemiedrigende Heberwirkung im Krümmer des Überlaufes bedeutend verringert ist. In diesem Sinn sind die Gaskammern (15) an der Aussenseite des Krümmers des Ablaufes über eine Leitung (20) mit der Gasversorgungseinrichtung verbunden.

Die beschriebene Einrichtung eignet sich besonders zur Belüftung von Abwässern, wobei die Belüftungsintensität bis auf ein oder sogar mehr Kubikmeter Luft zu einem Kubikmeter Flüssigkeit gesteigert werden kann, wodurch die biologische Abbauwirkung der Mikroorganismen bedeutend erhöht werden kann. Die Einrichtung kann aber auch zur Abgasneutralisation von Waschflüssigkeiten verwendet werden, wobei als Gas CO2-haltiges Feuerungsabgas verwendet wird, welches naturgemäss mit geringem Überdruck anfällt.

Im Rahmen der Erfindung können ferner in den einzelnen Teilbehältem nicht dargestellte blechförmige Einbauten vorgesehen werden, die das aufsteigende Gas umlenken und so die Verweilzeit der Gasblasen erhöhen und auch die Durchmischung der begasten mit der nicht begasten Flüssigkeit im Behälter verbessern.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Begasung von strömenden Flüssigkeiten in Rohren, insbesondere zum biologischen Abbau hochbelasteter Abwässer, bei dem die Flüssigkeit von einem gegebenen hydrostatischen Druckniveau durch Heben auf ein niedrigeres hydrostatisches Druckniveau entspannt und nach einer Umlenkung über ein Fallrohr begast in einen Behälter rückgeführt und das ungelöste Gas abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei der Umlenkung durch die Aussenwand des gekrümmten Teiles des Rohres bläschenförmig in die Randzone des Flüssigkeitsstromes eingebracht wird und die an der Innenseite der Aussenwand entstehenden Gasblasen durch Fliehkraft der den gekrümmten Teil des Rohres strömenden,

gegenüber dem Gas schwereren Flüssigkeit gegen die <Desc/Clms Page number 3> Innenseite der Innenwand des gekrümmten Rohres geleitet werden und dass das Gas-Flüssigkeitsgemisch anschliessend in an sich bekannter Weise im Fallrohr verdichtet und das Gas zumindest teilweise in Lösung gebracht wird. EMI3.1 Flüssigkeitsstrom losgerissen, in den Flüssigkeitsstrom eingebracht und in diesem verteilt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsströmung (v) im gekrümmten Teil des Rohres grösser als 0, 8 m/sec ist, wobei der Aussenradius (R) des gekrümmten Rohres kleiner ist, als er der Gleichung R = v"/g entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit stufenweise vom Abgas entgast und mit Frischgas begast wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die begaste Flüssigkeit unter dem Flüssigkeitsspiegel eingeleitet wird, dass die aufsteigenden Gasblasen des ungelösten Gases über Umlenkeinrichtungen geführt werden, die Flüssigkeit im Behälter umwälzen sowie zum Teil in Lösung gebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im gekrümmten Rohr bei niedrigem hydrostatischen Druck entgast wird und die Gasblasen des frischen Gases mit jenen des Abgases verschmelzen und dass ein Teil des verdünnten Abgases durch die anschliessende hydraulische Verdichtung der Flüssigkeit gelöst wird und der andere Teil zur Umwälzung der Flüssigkeit im anschliessenden Behälter zur Verbesserung des Stoffaustausches dient.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Behälter (7) zumindest ein U-förmig gekrümmtes Rohr (1) vorgesehen ist, dessen erster Schenkel (2) von oben in die Flüssigkeit des Behälters eintaucht, dessen zweiter Schenkel (3) an einer Pumpe (4) angeschlossen ist, die die zu begasende Flüssigkeit ansaugt, und das gekrümmte Rohr (5) zwischen den beiden Schenkeln (2,3) an der Aussenseite eine poröse Wand (6) aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) in mehrere Teilbehälter (8, 9, 10) mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand unterteilt ist und die einzelnen Teilbehälter mit U-förmig gekrümmten Rohren (11,12) heberartig verbunden sind und der Teilbehälter (10) mit dem höchsten Flüssigkeitsstand durch die Pumpe (4) gespeist wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) in mehrere Teilbehälter (8, 9,10) mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand unterteilt ist und die Teilbehälter (9,10) mit einem Überlauf (13,14) ausgestattet sind, der die unterschiedlichen Flüssigkeitsstände in den Teilbehältem regelt und der rohrförmig ausgebildet ist, wobei das gekrümmte Anschlussrohr an der Krümmungsaussenseite eine poröse Wand (15) aufweist, durch welche das Gas, vorzugsweise durch Überdruck, in das Rohr und in die Flüssigkeit eingebracht wird.