AT390944B

AT390944B - Verfahren und einrichtung zur behandlung einer stroemenden fluessigkeitssaeule mit einem gas

Info

Publication number: AT390944B
Application number: AT0076485A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Dipl Ing Dr Susani
Original assignee: Waagner Biro Ag
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1985-03-15
Publication date: 1990-07-25
Also published as: ATA76485A

Description

Nr. 390 944

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer strömenden Flüssigkeitssäule mit einem Gas wie z. B. Abwasser mit Luft oder Sauerstoff in einem vertikalen in einem Becken oder Gefäß angeordnetem Venturirohr, in welchem die Flüssigkeit durch ein im engsten Querschnitt des Venturirohres angeordnetes Pumpenlaufrad umgewälzt wird, wobei die durch die Pumpe verursachte Wirbelströmung die Gasblasen von den Begasungsöffnungen unterhalb der Pumpe abreißt, über den Querschnitt verteilt sowie durch den Diffusor drückt und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitssäule vermindert sowie die Verweilzeit der Gasblasen in der Flüssigkeit unter Lösung eines Teiles des Gases bei sich erhöhendem statischem Druck verlängert wird, worauf die Flüssigkeit in den Bereich niedrigeren hydrostatischen Druckes gebracht wird und das zum Teil verbrauchte Gas abgeschieden wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, umgewälzte Flüssigkeiten zu begasen (DE-OS 21 20 875, AT-PS 336.518, DE-OS 30 08 791, US-PS 4,290.885, EP-OS 26.493, SU-PS 1018-920-A, SU-PS 1000-418-A, SU-PS 986-869-A). Diese Verfahren haben den Nachteil, daß praktisch an Gas gesättigte Flüssigkeit umgewälzt wird, so daß die Frischgaszufuhr durch die Lösungsfähigkeit begrenzt wird.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den Energieverbrauch von Begasungseinrichtungen zu reduzieren, indem die Aufnahmefähigkeit für Frischgas erhöht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Flüssigkeitssäule vor ihrem Eintritt in das Venturirohr und ihrer Begasung durch einen Unterdruckraum geführt und in diesem entgast wird. Gemäß einem weiteren Merkmal wird die bewegte Flüssigkeitssäule an der Begasungsstelle mit gegenüber dem statischen Druck erhöhtem Druck und mit geregelter Menge an die durch die Pumpe verwirbelte Flüssigkeit herangebrachtem Gas versetzt. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines Einlauftrichters für die Flüssigkeit diesen umschließend ein unten offenes unter den Flüssigkeitsspiegel reichendes Gefäß vorgesehen ist, welches an seiner Oberseite eine Vakuumpumpe trägt, welche das aus der Flüssigkeit ausgasende Gas aus dem Gefäß absaugt und abführt, wobei der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß höher als im Becken steht.

Das erfindungsgemäße Begasungsvefahren kann in der chemischen Verfahrenstechnik überall dort eingesetzt werden, wo auf möglichst wirtschaftliche Weise ein Gas oder eine Gaskomponente in einer Flüssigkeit gelöst werden soll. Insbesondere ist das Begasungsverfahren für den Sauerstoffeintrag in biologische Abwasserreinigungsanlagen gedacht, wobei durch die Unterdruckentgasung die Lösungsfähigkeit für Frischgas erhöht wird.

Die Erfindung ist in der angeschlossenen Figur beispielsweise und schematisch dargestellt. Oberhalb eines Beckens (1) oder eines Behälters ist eine Decke (15) oder eine Tragkonstruktion vorgesehen, auf der ein Geräteträger (16) nach oben ausbaubar angeordnet ist. Auf dem Geräteträger (16) ist ein Motor (17) vorgesehen, der mit seiner verlängerten Welle (18) in den Flüssigkeitsspiegel (2) eingreift. Diese Welle (18) verläuft in einem Rohr, welches an ein Druckausgleichsystem angeschlossen ist, so daß im oberen Teil des Rohres der atmosphärische Druck herrscht und der untere Teil des Rohres mit der Flüssigkeit im Becken (1) über eine oder mehrere Ausgleichsbohrungen (25) in Verbindung steht

Am unteren Ende der Welle (18) unterhalb der Ausgleichsbohrungen (25) ist ein Pumpenlaufrad (7) vorgesehen, welches in die engste Stelle eines Venturirohres (4) reicht. Das Venturirohr (4) weist einen Einlauftrichter (5) und einen Diffusor (3) auf, durch welchen die Flüssigkeit von oben nach unten in ein Fallrohr (24) gepumpt wird und am unteren Ende durch einen Austrittsdiffusor (19) radial im Becken (1) oder Behälter verteilt wird. Die von oben nach unten bewegte Flüssigkeitsmenge erhält im Bereich des Pumpenlaufrades (7) eine Geschwindigkeit und Turbulenz aufgedrückt, die dazu verwendet wird, die durch die Begasungsöffnungen (6) eintretende Gasmenge feinblasig zu zerteilen und über den Rohrquerschnitt zu verteilen, so daß im Diffusor (3) ein homogenes Flüssigkeits-Gasgemisch strömt, dessen Geschwindigkeit abnimmt, wodurch der statische Druck und die Verweilzeit der Gasblasen in der Flüssigkeit zunimmt. Im nachfolgenden Fallrohr (24) erhöht sich der statische Druck mit zunehmender Tiefe, wobei naturgemäß die Lösungsfähigkeit der Flüssigkeit gegenüber dem Gas zunimmt. Im Venturirohr (4) kann nach dem Pumpenlaufrad (7) ein zweiter Leitapparat (26) und ein nachgeschalteter Düseneinsatz (27) vorgesehen sein, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpen erhöht und die Verwirbelung der Flüssigkeit bei den Begasungsöffnungen (6) optimiert werden kann. Nach dem Verlassen des Austrittsdiffusors (19) strömt die mit Gasen beladene Flüssigkeit in das Becken (1) oder in den Behälter, durchmischt sich mit der Flüssigkeit, wobei die ungelösten Gasblasen einen Auftrieb bewirken. Bei biologischen Prozessen wird als Begasungsmittel meistens Luft oder Reinsauerstoff verwendet, wodurch die mikrobiologischen Funktionen der Kleinstlebewesen verbessert werden wobei der Sauerstoff durch die Lebensfunktionen in CO2 umgewandelt wird. Hiebei ist es nun wichtig, daß die Flüssigkeit, bevor sie wieder in den Einlauftrichter (5) strömt, entgast wird, so daß die Gasaufnahme der Flüssigkeit im Venturirohr erhöht wird. Die Entgasung kann auf zweierlei Arten erfolgen, indem entweder eine große Ausgasungsoberfläche zur Verfügung gestellt wird, oder indem der Druck der auf der Flüssigkeit lastet, verringert wird. Zu diesem Zweck ist um den Einlauftrichter des Venturirohres (4) ein unten offenes Gefäß (11) vorgesehen, dessen Boden durch den Geräteträger (16) gebildet wird. Zur Erzielung des Unterdruckes ist am Geräteträger (16) eine Vakuumpumpe (12) angeordnet, welche die ausgasende Gasmenge aus dem Gefäß saugt, wodurch ein ständiger Unterdrück unterhalb des Geräteträgers (16) erreicht wird. Die Vakuumpumpe (12) wird in einfacher Weise durch einen Nährungsfühler (20) gesteuert, der bei Berührung mit dem Flüssigkeitsspiegel (2') im Gefäß (11) die -2-

Claims

Nr. 390 944 Vakuumpumpe abschaltet. Die Niveauregelung des Flüssigkeitsspiegels (2') kann auch über den Unterdrück unterhalb des Geräteträgers feststellen. Zur Zuführung der für die Begasung notwendigen Gasmenge ist ein Dosiergebläse (10) vorgesehen, welches das angesaugte Gas auf den an der Begasungsstelle notwendigen Druck erhöht und gleichzeitig die zugeführte 5 Gasmenge dosiert. Die Gasmenge wird über die Gaskonzentration der im Becken lagernden Flüssigkeit gesteuert, wofür eine Sonde (21) vorgesehen ist. Durch diese automatische Steuerung wird die Gaszuführung zur Begasungsstelle an den Gasbedarf zur Aufrechterhaltung der gewünschten Gaskonzentration angepaßt. Eine Verringerung des Gasbedarfs bewirkt auch eine Belastungsänderung des Motors (17) für die Pumpe (7), weil die Pumpe eine geringere Gewichtsdifferenz zwischen der im Diffusor und Fallrohr strömenden Flüssigkeit und der 10 im Becken befindlichen Flüssigkeit fördern muß. Oberhalb des Pumpenlaufrades ist ein Leitrad (8) vorgesehen, welches einerseits zur Erhöhung des Pumpenwirkungsgrades und andererseits zur Abstützung der fliegenden Lagerung des Pumpenrades (7) dient. Damit die durch den Einlauftrichter (5) angesaugte Flüssigkeitsmenge möglichst nahe an den Flüssigkeitsspiegel (2') herangeführt wird, ist ein Ringschieber (22) vorgesehen, der durch einen Schwimmer 15 (23) gehalten ist und der auf dem Flüssigkeitsspiegel (2') schwimmt. Die Gasmenge, die vom Gebläse (10) zu den Begasungsöffnungen (6) strömt, wird durch eine Gasleitung (9) geführt, die gleichzeitig ein Teil der aus zylindrischen Rohren bestehenden Halterung des Einlauftrichters (5) ist. Zur Durchführung von Revisionen ist der komplette Pumpeneinsatz bestehend aus dem Motor (17), dem Verbindungsrohr mit der innenliegenden Welle (18), dem Leitrad (8) samt Lagerung der Welle und unterem Teil 20 des Einlauftrichters, dem Pumpenlaufrad (7), dem Düseneinsatz (27) mit Leitrad (26) und Nabenkörper (28), aus dem Geräteträger (16) nach oben ausbaubar angeordnet. Die Flüssigkeit im Becken oder Behälter muß dabei bei Revisionsarbeiten nicht abgelassen werden und bei Anordnung mehrerer Begasungseinheiten ist ein kontinuierlicher Betrieb möglich. Gegebenenfalls kann auch der ganze Geräteträger (16) mit dem auf dem Diffusor (3) aufsitzenden Teil des Venturirohres nach oben entfernt, gereinigt und in kürzester Zeit wieder 25 eingebaut werden. Die Erfindung hat ihre Anwendungsgebiete im Bereich der biologischen Prozesse z. B. bei der Abwasserreinigung sowohl bei aeroben als auch bei anaeroben Verfahren. Sie kann aber auch bei chemischen Verfahren, z. B. der Rauchgasneutralisation von basischen Waschflüssigkeiten, verwendet werden. 30 PATENTANSPRÜCHE 1, Verfahren zur Behandlung einer strömenden Flüssigkeitssäule mit einem Gas wie z. B. Abwasser mit Luft oder Sauerstoff in einem vertikalen in einem Becken oder Gefäß angeordneten Venturirohr, in welchem die Flüssigkeit durch ein im engsten Querschnitt des Venturirohres angeordnetes Pumpenlauffad umgewälzt wird, wobei die durch die Pumpe verursachte Wirbelströmung die Gasblasen von den Begasungsöffnungen unterhalb der Pumpe abreißt, über den Querschnitt verteilt sowie durch den Diffusor drückt und damit die Strömungsgeschwindigkeit der 45 Flüssigkeitssäule vermindert sowie die Verweilzeit der Gasblasen in der Flüssigkeit unter Lösung eines Teiles des Gases bei sich erhöhendem statischem Druck verlängert wird, worauf die Flüssigkeit in den Bereich niedrigeren hydrostatischen Druckes gebracht wird und das zum Teil verbrauchte Gas abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Flüssigkeitssäule vor ihrem Eintritt in das Venturirohr und ihrer Begasung durch einen Unterdruckraum geführt und in diesem entgast wird. 50
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Flüssigkeitssäule an der Begasungsstelle mit gegenüber dem statischen Druck erhöhtem Druck und mit geregelter Menge an die durch die Pumpe verwirbelte Flüssigkeit herangebrachtem Gas versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Gasmenge entsprechend der in der Flüssigkeit festgestellten Gaskonzentration geregelt wird, wobei durch die der umgewälzten Flüssigkeit zugeführte Gasmenge die Leistungsaufnahme der Pumpe entsprechend dem Gasbedarf der Flüssigkeit geregelt wird.
^ 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in einem Becken oder Gefäß unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein oder mehrere auf dem Diffusor stehende Venturirohre vorgesehen sind, an deren engster Stelle unterhalb des Einlauftrichters und oberhalb der Begasungsöffnungen ein -3- Nr. 390 944 Pumpenlaufrad angeordnet ist, wobei die Begasungsöffnungen über eine Gasleitung an der Gasquelle, insbesondere an der Druckseite eines Dosiergebläses angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines Einlauftrichters (5) für die Flüssigkeit diesen umschließend ein unten offenes unter den Flüssigkeitsspiegel (2) reichendes Gefäß (11) vorgesehen ist, welches an seiner Oberseite eine Vakuumpumpe (12) trägt, welche das aus der Flüssigkeit ausgasende Gas aus dem Gefäß absaugt und abführt, wobei der Flüssigkeitsspiegel im Gefäß (11) höher als im Becken (1) steht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Gefäß der Pumpeneinsatz bestehend aus dem Pumpenlaufrad (7), dem Leitrad (8) und zumindest einem Teil des Einlauftrichters (5) sowie der Antriebswelle (18) und dem Motor (17) nach oben ausbaubar angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (18) des Pumpenlaufrades (7) in einem Rohr mit Druckausgleichsbohrungen (25) gelagert ist, welches bis in den engsten Querschnitt des Venturirohres (4) geführt ist und das Leitrad (8) trägt
7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gefäß (11) ein vom Flüssigkeitsspiegel (2') im Gefäß gesteuerter Schwimmer (23) vorgesehen ist, der eine ringförmige den Einlauftrichter (5) umschließende Wandung (22) trägt, an deren Oberkante die aufsteigende Flüssigkeit in den Einlauftrichter (5) gesaugt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Pumpenlaufrad (7) ein zweites Leitrad (26) vorgesehen ist, welches mit dem Düsensatz (27) des Venturirohres (4) verbunden ist und vorzugsweise an der Innenseite einen stillstehenden Näbenkörper (28) trägt. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-