Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mittels Gasen
Abwässer, welche organische Stoffe als Verunreinigungen enthalten, können bekanntlich in Belebtschlammverfahren 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 Durchführung des Belebtschlammverfahrens, 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 gegebenen- falls 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 Belüftungsart in der Abwassertechnik bekannt geworden.
Dabei 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, andererseits eine feine Verteilung der Luft durch Zerschlagung der in einer Grosse 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 eintretende 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 Kreislaufverfahren erreicht wird, wenn die Gaszerleitung durch blosses mechanisches Rühren kombiniert wird mit der Gaszerteilung durch mehrere Eintrittsöffnungen, wie sie bei der normal üblichen grob-bzw. feinblasigen Belüftung von Abwässern mittels geeigneter Verteilervorrichtungen durchgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mittels Gasen, in der die Komponenten im Kreislauf durch eine mit einem mechanischen Rührwerk versehene Misch-und Reaktionszone, eine sekundäre Reaktionszone und eine Klärzone umgewälzt werden, wobei die Zuführung der zu behandelnden Flüssigkeit in der Mischzone und die Abführung der behandelten Flüssigkeit aus der Klärzone erfolgt und das Gas unterhalb des Rührwerks eingeleitet wird. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine stationäre, unmittelbar unterhalb des Rührwerkes angeordnete Verteilungseinrichtung mit zum grobblasigen Zerteilen des eingeführten Gases bestimmten Gasaustrittsöffnungen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Rührers 3 m/sek nicht übersteigt und im Bereich zwischen 3 m/sek und 1 m/sek stufenlos nach Bedarf geregelt wird.
Da z. B. die Luft beim Austritt aus einer Vielzahl verhältnismässig kleiner Offnungen 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 zur Behandlung verwendete Gas muss zwar zum Einpressen in die Flüssigkeit durch die kleinen Off- nungen der Verteilervorrichtungen etwas stärker verdichtet werden, jedoch ist der dazu erforderliche Kraftbedarf gering. Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird in der Regel der Energieverbrauch des Rührwerkes um 20 bis 40 % vermindert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine feinblasige Belüftung, deren Vorteil in der grossen 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, nämlich die teilweise oder völlige Verstopfung der Gaszuführungen und eine ungleichmässige Belüftung, werden dabei jedoch vermieden.
Die bei der grobblasigen Belüftung gegebene Durchwirbelung der Flüssigkeit und die hohe Relativbewegung zwischen Gasblasen und Flüssigkeit wird in der erfindungsgemässen Vorrichtung durch das schnell 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 kleinem Anlagevolumen und wirtschaftlichem Energieverbrauch hohe Durchsatzleistungen erzielt werden. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung beispielsweise dargestellt.
Der Innenraum des Behälters 1 ist durch koaxiale Einbauten 2 und 3 in mehrere Zonen unterteilt. Das Teil 2 ist ein von oben in den Behälter 1 eingehäng- tes Rohr, dessen oberer Rand über den Flüssigkeits- spiegel 4 hinausragt. Das Teil 3, dessen oberer Rand ebenfalls über dem Flüssigkeitsspiegel liegt, bildet mit dem Teil 2 einen nach unten offenen Ringraum, der durch Offnungen 5 mit dem Inneren des Teils 3 in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels verbunden ist. Das untere Ende des Teils 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 oder dergleichen abgestützt sein. Innerhalb der Haube 6 ist ein Rührwerk 7 angeordnet, dessen Antrieb 8 sich z.
B. auf einem über den Behälter führenden Laufsteg befindet. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine Zuleitung 9 am Boden des Behälters zugeführt. Behandelte Flüssigkeit wird aus einer um den oberen Behälterrand angeordneten tlberlaufrinne 10 durch ein Rohr 11 entnommen. Durch die Einbauten 2,3 und 6 werden im Behälter eine Misch-und Reaktionszone 12, eine sekundäre Reaktionszone 13 und eine Klärzone 14 gebildet. Die Flüssigkeit wird aus der Mischzone 12 durch die Reaktionszone 13 und die Klärzone 14 zurück zur Mischzone 12 umgewälzt.
Am oberen Rande der Klärzone tritt behandelte Flüssigkeit in die Oberlaufrinne 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 vom Durchmesser d durch einen Verteilerring 21 unmittelbar unterhalb des Rührers und oberhalb des Eintritts der rohen Flüssigkeit zugeführt. Dieser stationäre Verteilerring ist mit Offnungen 22 versehen, aus denen das Behandlungsgas sowohl nach oben als auch nach unten austreten kann. Um ein Verstopfen dieser Offnungen durch Feststoffteilchen zu vermeiden, wird der Durchmesser der einzelnen Offnungen zweckmässigerweise auf mindestens 2 mm bemessen. Die Summe aller Offnungsquerschnittsflächen beträgt zweckmässig das 1-bis 1,5-fache der Quer schnittsfläche der Gaszuleitung 20.
Das Behandlungsgas wird vorteilhaft mit Geschwindigkeiten um 15 m/sek gemessen im Rohr 20, eingeleitet. Der Verteilerring kann kreisförmig oder polygonal ausgeführt werden oder auch die Gestalt einer Brause haben. Die eben genannten Zahlenverhältnisse gelten auch für diese Ausführungsformen.
Der Durchmesser der Verteilervorrichtung 21 wird zweckmässig kleiner als der Durchmesser des Rührwerkes gehalten.
Vorzugsweise werden die Offnung im Bodenring 19 des Rührers und der Verteilerring 21 so aufeinander abgestimmt, dass der Durchmesser der Offnung im Bodenring um 1,5 d grösser ist als der Durchmesser des Verteilerkörpers 21, und dass der Abstand des Verteilerkörpers vom Bodenring 19 ebenfalls 1, 5 d beträgt.
Bei diesen Zahlenverhältnissen wird die aus den Offnungen 22 noch grobblasig austretende Luft oder dergleichen vom Rührer wie von einer Kreiselpumpe durch die Offnung des Bodenringes angesaugt und mit der Flüssigkeit zwischen den Blättern des Rüh- rers 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 vorverteilte Luft von den Blättern des Rührers erfasst und in feine Bläschen zerschlagen wird.
Um die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung dem einzelnen Betriebsfall genau anpassen zu können, wird der Antrieb des Rührwerkes stufenlos regelbar gestaltet, zweckmässig mit einem Änderungs- verhältnis von 1 : 5, vorzugsweise einem solchen von 1 : 3, wobei die maximale Umfangsgeschwindigkeit des Rührers 3 m/sek zweckmässig nicht überschreitet.
Die Luftzufuhr wird dabei zweckmässig so bemessen, dass die eintretende Luftmenge möglichst voll- ständig der weiteren Zerteilung durch den Rührer unterliegt. 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, sind innerhalb der Mischzone radiale Stauflächen 23 aufgestellt, an welchen sich eine solche Strömung bricht und durch welche die Turbulenz innerhalb der Flüssigkeit erhöht wird.
Die beschriebene Vorrichtung erlaubt, den Reaktionsverlauf den gegebenen Verfahrensbedingungen, wie Art und Menge von Flüssigkeit und Gas, Anlagedimensionen und dergleichen, durch die Einstellung der optimalen Blasengrösse anzupassen.
Die beschriebene 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, wie beispielsweise die Enthärtung von Wässern unter gleichzeitiger Oxydation und Abscheidung von Eisen und Mangan, das Ansäuern mittels CO. oder die Behandlung von wässrigen Erzsuspensionen mittels SO. oder SOa-haltigen Gasen für Zwecke der Erzlaugerei.