CH379445A

CH379445A - Vorrichtung zum Begasen, insbesondere Belüften von Flüssigkeiten

Info

Publication number: CH379445A
Application number: CH7674259A
Authority: CH
Inventors: August Karl Dipl-Ing Thommel; Harald Dipl Ing Brumme
Original assignee: Escher Wyss Gmbh
Priority date: 1958-08-08
Filing date: 1959-08-07
Publication date: 1964-07-15
Also published as: GB912176A; DE1083771B; US3066921A

Description

Vorrichtung zum Begasen, insbesondere Belüften von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen, insbesondere Belüften von Flüssigkeiten zum Zwecke der Förderung aerober, biologischer Umsetzungen durch Mikroorganismen, mit einer rotierenden Hohlscheibe, die auf ihrem Umfang mit Gasaustritts öffnungen versehen ist und am Ende eines Gaszuführungsrohres angeordnet ist, wobei die Gasaustritts öffnungen mit dieselben überdeckenden Wirbelkammern versehen sind.

Diese bekannten Vorrichtungen sind insofern nachteilig, als bei ihnen durch den an der Zuleitung gemessen grossen Querschnitt der Gasaustrittsöffnungen die Gefahr besteht, dass bereits bei geringem Absinken der Drehzahl der Hohlscheibe Wasser in die Gaszuführung eintritt.

Dieser Mangel wird entsprechend der Erfindung dadurch beseitigt, dass die Gesamtquerschnittsfläche der Gasaustrittsöffnungen kleiner als die Querschnittsfläche des Gaszuführungsrohres ist und dass die Wirbelkammern aus einem, in Drehrichtung gesehen, vor der Gasaustrittsöffnung angeordneten Widerstandsblech, das senkrecht auf dem Scheibenumfang steht, und aus einem Abdeckblech bestehen, das über die Gasaustrittsöffnungen hinwegreicht.

Zur Erreichung einer guten Begasung der Flüssigkeit ist es nämlich vorteilhaft, wenn an den Gasaustrittsöffnungen ein Unterdruck entsteht, da dieser zur Ausdehnung der austretenden Gasblasen führt, wodurch das Gas besser in der Flüssigkeit verteilt wird.

Ein ausreichender Unterdruck an den Gasaustritts öffnungen ist jedoch nur dann zu erreichen, wenn der Staudruck vor den Gasaustrittsöffnungen ausreichend ist, was nur durch eine steile Stirn erreicht wird, da bei einer solchen ein beginnender Kavitationseffekt auftritt. Durch die offenen Seitenwände der Abdeckung kann darüberhinaus die hinter der steilen Stirn entstehende Wirbelung gut an die aus den Gasaustritts öffnungen heraustretenden Gasblasen herankommen und zerwirbelt diese in starkem Masse.

Die Wirbelkammern werden zweckmässig so ausgeführt, dass jedes Widerstandsblech im Durchmesser etwa doppelt so gross ist, wie die Gasaustrittsöffnung, und in der Höhe etwa dem Durchmesser der Gas aus lässe entspricht. An diesem Widerstandsblech ist in dessen Breite das Abdeckblech befestigt, dessen hintere Kante zweckmässig parallel zur Drehachse verläuft. Durch diese Ausführungsform wird eine gute Lösung des Luftsauerstoffs oder irgendeines anderen Gases in der Flüssigkeit erzielt. Ein mechanisches Einblasen von Luft oder Gasen mittels eines Kompressors oder Gebläses entfällt.

Es ist vorteilhaft, den Antrieb mit einem Getriebe auszurüsten, damit die Drehgeschwindigkeit der Scheibe stufenlos oder mehrstufig regelbar ist. Damit ist es möglich, wenn nötig, das angesaugte Gas zu dosieren, da bei gleicher Füllhöhe des Begasungsbottichs die Gasmengen proportional der Umfangsgeschwindigkeit der Begasungsscheibe steigen und absinken. Eine weitere Dosiermöglichkeit des Gases ist dadurch gegeben, dass die Füllhöhe des Behälters variiert wird. Bei gleicher Begasungsscheibe und gleicher Drehgeschwindigkeit verhält sich die Menge des angesaugten Gases umgekehrt proportional der Füllhöhe, d. h. bei niederer Befüllung wird viel Gas angesaugt, bei hoher Befüllung ist der Gasdurchsatz entsprechend niedriger.

Bei der Mehrzahl der Rotationsbegaser ist ein Mitrotieren der begasten Flüssigkeit unerwünscht und wird durch den Einbau von Pralleinrichtungen weitgehend verhindert. Solche Pralleinrichtungen bestehen beispielsweise aus einem oder mehreren Prallblechen, die sich von Bodennähe bis zur Befüllungshöhe des Behälters erstrecken und in der Regel an der Bottichwand angebracht sind. Derartige Pralleinrichtungen wirken im Behälter durch ihre Grösse oft störend.

Ausserdem wird durch diese Vorrichtungen der Begasungseffekt verringert, da - in Rotationsrichtung gesehen - hinter ihren grossen Flächen schwachbegaste Zonen entstehen, während sich vor ihnen die gewünschten kleinen Gasbläschen stauen und sich zu grösseren Gasblasen zusammenschliessen. Es wurde nun eine neue Form der Pralleinrichtung gefunden, welche die genannten Nachteile nicht aufweist, sondern für eine gleichmässige feine Durchgasung des Behälters sorgt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass sie auch in Behältern mit quadratischer Grundfläche Zonen schwacher Begasung ausschliesst. Somit ist es möglich, mit Rotationsbegasern, die bisher vorzugsweise in zylindrische Behälter eingebaut wurden, in Bottichen mit quadratischer Bodenfläche eine gleichmässige Begasung, insbesondere auch der Ecken, zu erzielen.

Die Pralleinrichtung besteht vorzugsweise aus vier einzelnen Prallblechen, die sich jeweils paarweise gegenüberstehen und in Behälter mit quadratischer Grundfläche in diagonaler Richtung eingebaut werden.

Zweckmässig reichen die Prallbleche in der Höhe nur um weniges über die Begasungsscheibe hinaus und erstrecken sich mit ihrem oberen Teil bis nahe zum Gaszuführungsrohr. Die Länge der oberen Kanten entspricht mit Vorteil bei zylindrischen Behältern etwa dem Viertel eines Durchmessers und bei rechteckigen Behältern dem Viertel einer Diagonalen. Eine bevorzugte Ausführung der Prallbleche besitzt Aussparungen für die Begasungsscheibe und ist an der der Behälterwand zugekehrten Seite nach unten abgeschrägt. Die Befestigung der Prallbleche wird zweckmässig am Behälterboden vorgenommen; ausserdem können sie gegeneinander versteift werden.

Bei Gärung von Mikroorganismen wird die Nährflüssigkeit intermittierend oder kontinuierlich dem Begasungsbehälter zugeführt. Desgleichen wird bei der aeroben Klärung von Abwasser das Rohabwasser sowie ein Teil des sich im Nachklärbecken absetzenden Schlammes in den Begasungsbottich gepumpt. Der Einlauf dieser Flüssigkeiten wird meist von oben vorgenommen, so dass sich die zugeführten Medien im Verlaufe einiger Zeit mit der Gesamtflüssigkeit mischen. Es wurde nun gefunden, dass es für den Verlauf biochemischer Reaktionen günstiger ist, wenn die Nährsubstrate in feinverteilter Form direkt über der Begasungseinrichtung zugeführt und somit durch die intensive Durchwirbelung mit Sauerstoff angereichert werden.

Zu diesem Zwecke weist die Vorrichtung vorzugsweise ein Ringrohr auf, das über der Begasungsscheibe an der Pralleinrichtung angeordnet ist und in das von aussen die Nährsubstrate zugeführt werden, wobei das Ringrohr an der Unterseite gleichmässig auf seinem Umfang verteilt Austrittsöffnungen für die zuzuführenden Flüssigkeiten besitzt und so ausgeführt ist, dass der Lochkreisdurchmesser der Austritts öffnungen nur um weniges grösser ist als der Durch- messer der Begasungsscheibe mit Wirbelkammern.

Das Substrat gelangt so in guter Verteilung sofort nach seinem Austritt aus dem Ringrohr in die Zone der stärksten Begasung, was sich für den Verlauf biochemischer Reaktionen als günstig erwiesen hat.

Durch die beschriebene Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung können alle Züchtungsvorgänge von Mikroorganismen sowie biochemische Synthesen und Umwandlungen, die sich aerob abspielen, intensiviert werden, so dass der Gasbedarf wesentlich ge- ringer ist als bei den bekannten Begasungsverfahren.

Es wurde z. B. gefunden, dass unter sonst gleichen Bedingungen und bei gleicher Ausbeute der Luftbedarf bei der Backhefe-Erzeugung mit der neuen Vorrichtung nur etwa 25 < )/O einer herkömmlichen Strahlrohrbelüftung und 45 O einer rotierenden Feinstbelüftung be- trägt. Für die Erzeugung von 100 kg Backhefe mit 27 So Trockensubstanzgehalt (T.

S.) aus 100kg Melasse mit 50O'o Zucker werden beispielsweise benötigt: mit Strahlrohrbelüftung 1100 m3 Luft mit Rotationsbelüftung 620 m3 Luft mit der erfindungsgemässen Vorrichtung 280 m3 Luft
Ferner gelingt es bei der aeroben Klärung hochbelasteter Fabrikabwässer im Belebtschlammverfahren mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, die Abwässer in kleineren Behältern und in kürzerer Zeit als bisher zu klären, da durch die intensive Belüftung, die mit der neuen Einrichtung erzielt wird, ein schnellerer Abbau erfolgt. Diese hohe Intensität der Sauerstoffabgabe gestattet den unmittelbaren Abbau höchstbelasteter Abwässer ohne vorherige Verdünnung.

Als Beispiel enthält die nachfolgende Tabelle unter A) die Daten einer bekannten Belebtschlammanlage und unter B) die Daten einer neuen Vorrichtung.

A) B) Mögliche Aufladung des Rohabwassers in mg BSB 5/1 (biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen pro Liter) 2000 6000 und mehr Belastung des Belüftungsbeckens bei 75obigem Abbau in kg BSB 5/m3 Behälterraum 6 kg 20 kg Belüftungszeit bei der angegebenen Belastung des Belüftungsbeckens 10 Std. 5 Std.

Aus der vorstehenden Aufstellung geht hervor, dass bei der Verwendung der neuen Vorrichtung zur Abwasserklärung der Platzbedarf sowie die Bau- und Unterhaltskosten wesentlich geringer sind als bei den bekannten Belüftungseinrichtungen für Abwasserklärung.

Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele soll der Effekt der erfindungsgemässen Vorrichtung verdeutlicht werden.

Beispiel 1
100 kg Melasse mit einem Zuckergehalt von 50?o' werden wie üblich aufbereitet und neben den bekannten Nährsalzen in kontinuierlichem gestaffeltem Zulauf einer Hefegärung zugegeben. In einem zylindrischen Gefäss von 1400 mm Durchmesser und 1900 mm Höhe, das mit der erfindungsgemässen Belüftungseinrichtung ausgerüstet ist, wird die Gärung mit 25 kg Anstellhefe durchgeführt, wobei so viel Wasser zugesetzt wird, dass die Befüllung am Ende der Gärung 2300 Liter beträgt.

Die Belüftung der Maische geschieht während der 13 Stunden dauernden Gärung mit einer Belüftungsscheibe von 330 mm Durchmesser, die 18 Luftaustritts öffnungen mit je 9 mm Durchmesser besitzt. Als Ausbeute werden min. 100 kg neugebildete Backhefe mit 27"o T. S. gewonnen, welche insgesamt max. 280 m3 Luft zu ihrem Wachstum benötigen. Diese Luftmenge wird bei einer Drehzahl von 1200 U. p. M. von der Be lüftungsscheibe angesaugt.

Beispiel 2
190 kg aufbereitete Melasse mit einem Zuckergehalt von 50 50po werden wie unter Beispiel 1 der Hefegärung zugesetzt. Die Gärung findet in dem gleichen Behälter, der unter Beispiel 1 beschrieben ist, statt; als Anstellhefe dienen wiederum 25 kg vorgezüchtete Hefe. Während die Endbefüllung ebenfalls 2300 Liter beträgt, wird die Belüftung über 13 Stunden mit einer Belüftungsscheibe von 450 mm Durchmesser mit 20 Luftaustrittsöffnungen zu je 9 mm Durchmesser durchgeführt. Es entstehen neben 120 kg Backhefe mit 27/o T.S. 16 bis 18 Liter reiner Alkohol, wofür bei einer Drehzahl der Scheibe von 770 U. p. M. insgesamt etwa 240 m3 Luft angesaugt werden.

Beispiel 3
In dem unter Beispiel 1 beschriebenen Belüftungsbottich wird eine aerobe Abwasserklärung durchgeführt, wobei das Abwasser einer Backhefefabrik abgebaut wird. Hierzu werden die intermittierend anfallenden Abwässer in einem Puffergefäss gesammelt und mit der kontinuierlich anfallenden Würze aus der Brennerei in stetem Strom durch die Kläranlage geleitet. Die Beschickung des Belüftungsbottichs wird so eingerichtet, dass innerhalb 5 Stunden der Bottichinhalt (Nutzinhalt 2,3 m3) einmal erneuert ist. Das ablaufende, geklärte Abwasser kann über ein Schlammabsetzbecken, von dem aus die Schlammrückführung vorgenommen wird, der Kanalisation zugeführt werden. Der Belüftungsbehälter ist mit einer Belüftungsscheibe ausgerüstet, die bei einem Durchmesser von 250 mm 14 Luftaustritts öffnungen mit je 9 mm Durchmesser besitzt. Die Drehgeschwindigkeit beträgt 1200 U. p.

M., die Luftansaugung etwa 16 m3/h.

Bei einer Anfangsbelastung von 5940 mg BSB 5/1 (pH = 5,2) wird z. B. bei fünfstündiger Verweildauer im Belüftungsbottich das Abwasser auf 1350 mg BSN 5/1 (pH = 7,4) abgebaut. Die Leistung kann noch gesteigert werden, wenn Impfschlamm gezüchtet wird, dessen Organismen auf das entsprechende Abwasser spezifiziert sind.

Bei diesen drei Beispielen besitzt die Hohlwelle einen Innendurchmesser von 60 mm.

Beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Belüftungsbehälter mit quadratischer Grundfläche, in dem die neue Vorrichtung eingebaut ist.

Fig. 2 zeigt den Schnitt gemäss der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Teil der Belüftungsscheibe mit Luftaustrittsöffnungen und den dazugehörigen Wirbelkammern in grösserem Massstabe.

Fig. 4 zeigt einen Teil der Belüftungsscheibe im Schnitt gemäss der Linie 44 in Fig. 3 in grösserem Massstabe.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform.

In Fig. 1 ist der oben offene Belüftungsbehälter 1 bis zur Markierung 2 befüllt. Die Luftzufuhr erfolgt durch die Hohlwelle 3, welche im oberen Lager 4 gelagert ist und durch ein geeignetes Antriebsorgan in Rotation versetzt wird (Antrieb von oben). Die mit der Hohlwelle starr verbundene Belüftungsscheibe 5 besitzt Luftaustrittsöffnungen 13 und Wirbelkammern 14. Sie ist im Fusslager 6 gelagert. Radial zur Scheibe 5 sind Prallbleche 7 angeordnet, die bei 8 mit dem Behälterboden verbunden sind. Ein unten gelochtes Ringrohr 9 ist an das Flüssigkeitzuleitungsrohr 11 angeschlossen und mit den Halterungen 10 an der Pralleinrichtung befestigt, die dadurch versteift wird.

Die Belüftungsscheibe rotiert in Richtung des Pfeiles in Fig. 2.

Die in Fig. 3 vergrössert und teilweise im Schnitt dargestellte Belüftungsscheibe 5 sitzt an der Hohlwelle 3. An der Scheibenunterseite ist der Lagerzapfen 12 für das Fusslager 6 angebracht. Über den Luftaustrittsöffnungen 13 sind die Wirbelkammern 14 angeordnet. Der Pfeil gibt die Drehrichtung der Belüftungsscheibe an.

Aus Fig. 4 ist der Aufbau der Wirbelkammern 14 über den Luftaustrittsöffnungen 13 genauer erkennbar.

Jede Wirbelkammer besteht aus einem halbzylindrischen Widerstandsblech 15 und einem Abdeckblech 16, das die Öffnungen 13 nach hinten überragt.

In Fig. 5 ist mit 1 ein geschlossener, zylindrischer Belüftungsbehälter dargestellt, in dem eine Flüssigkeit bei kontinuierlichem Zufluss und Ablauf belüftet wird, und der bis zur Markierung 2 befüllt ist. Der Antrieb der Belüftungsvorrichtung erfolgt von oben über die Hohlwelle 3, die in dem Lager 4 geführt ist. Die Belüftungsscheibe 5 ist mit einer Reihe von Wirbelkammern 6 ausgestattet. Sie rotiert unweit der Flüssigkeitsoberfläche in Pfeilrichtung. Die Luft wird durch die schnelle Rotation der Belüftungseinrichtung durch die Hohlwelle 3 von oben angesaugt. In dem Belüftungsbehälter 1 ist ein fester Zylinder 7 angeordnet, der für einen steten Flüssigkeitsumlauf sorgt. Auf Grund des geringeren spezifischen Gewichts der belüfteten Flüssigkeit in Höhe der Belüftungsscheibe steigt das Flüssigkeitsluftgemisch nach oben.

Die im Zylinder von unten nachdrängende Flüssigkeit wird aus dem
Raum ausserhalb dieses Zylinders laufend ergänzt, so dass ein Flüssigkeitskreislauf stattfindet, der sich ausserhalb des Zylinders nach unten und in diesem nach oben bewegt. Die Aufwärtsbewegung der Flüssigkeit inner halb des Zentralzylinders wird durch die kontinuierlich zulaufende zu belüftende Flüssigkeit verstärkt, die durch das Zuführungsrohr 8 in das Verteiler-Ringrohr
9 gelangt, das auf seinem Umfang nach oben gerich tete Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 10 besitzt, durch die die Flüssigkeit nach oben gedrückt wird. In dem
Masse, wie die Flüssigkeit dem Belüftungsbehälter zufliesst, läuft am Überlauf 11 behandelte Flüssigkeit ab.

Mit 12 sind zwei Prallblätter der 4teiligen Pralleinrichtung bezeichnet, die in dem festen Zylinder angebracht ist, und deren einzelne Prallblätter im Winkel von 90" angeordnet sind.

In Fig. 6 ist ein geschlossener, zylindrischer Behälter 21 dargestellt, in dem eine gleichbleibende Flüssigkeitsmenge belüftet wird, und der bis zur Markierung 22 befüllt ist. Die Belüftungsscheibe 23 ist mit beispielsweise drei Reihen von Wirbelkammern 24 ausgerüstet. Der Antrieb der in Pfeilrichtung rotierenden Belüftungsscheibe erfolgt durch den Motor 25, der direkt mit der Welle 26, die in dem Lager 27 geführt wird, mit der Belüftungsscheibe verbunden ist. Der Hohlscheibe wird Druckluft von der Bottichwand aus über das starre Luftzuführungsrohr 28 zugeführt.

Dieses Luftzuführungsrohr ist mit seiner Erweiterung 29 über den mit der Scheibe verbundenen und mitrotierenden Rohrstutzen 30 geschoben. Der Luftvordruck ist so gewählt, dass die Luft die Flüssigkeit aus dem Luftzuführungsrohr 28 und seiner Erweiterung 29 bis zur Markierung 31 verdrängt. Damit ist gewährleistet, dass eine Druckdifferenz zwischen dem statischen Flüssigkeitsdruck und dem Luftvordruck herrscht.

Mit den beschriebenen Vorrichtungen kann statt Luft auch irgendein anderes Gas, z. B. Sauerstoff, in die Flüssigkeit eingeleitet werden.

Bei allen gezeichneten Ausführungsbeispielen ist die Gesamtquerschnittsfläche der Gasaustrittsöffnungen kleiner als die Querschnittsfläche des Gaszuführungsrohres 3 bzw. 30.

Claims

PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Begasen, insbesondere Belüften von Flüssigkeiten zum Zwecke der Förderung aerober, biologischer Umsetzungen durch Mikroorganismen, mit einer rotierenden Hohlscheibe, die auf ihrem Umfang mit Gasaustrittsöffnungen versehen ist und am Ende eines Gaszuführungsrohres angeordnet ist, wobei die Gasaustrittsöffnungen mit dieselben überdeckenden Wirbelkammern versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtquerschnittsfläche der Gas aus trittsöffnungen (13) kleiner als die Querschnittsfläche des Gaszuführungsrohres (3,30) ist und dass die Wirbelkammern aus einem, in Drehrichtung gesehen, vor der Gasaustrittsöffnung angeordneten Widerstandsblech (15), das senkrecht auf dem Scheibenumfang steht, und aus einem Abdeckblech (16), das über die Gasaustritts öffnungen hinwegreicht, bestehen.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Widerstandsbleches (15) mindestens annähernd dem Durchmesser der Gasaustrittsöffnungen (13) entspricht.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Boden des Behälters (1) eine vierteilige Pralleinrichtung (7) eingebaut ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ein über der Begasungsscheibe (5) angeordnetes Ringrohr (9) für die Zufuhr der zu behandelnden Flüssigkeit in den Behälter (1), das auf der Unterseite Austrittsöffnungen besitzt und dessen Ringdurchmesser nur um weniges grösser ist als der Durchmesser der Begasungsscheibe (5).

4. Vorrichtung nach Patentanspruch, zur Begasung von Flüssigkeiten mit hohem Spiegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlscheibe (5, 23) im oberen Teil des Behälters (1) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch, zur Begasung von Flüssigkeiten mit hohem Spiegel, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlscheibe im unteren Teil des Behälters (1) angeordnet und zum Ausgleich des hydrostatischen Druckes mit Druckgas beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass um die Hohlscheibe (5) im Abstand ein fester Zylinder (7) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der zu begasenden Flüssigkeit im unteren Teil des Zylinders (7) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gaszufuhr ein starres Rohr (28) vorgesehen ist, das unten offen ist und einen rotierenden Rohrstutzen (30) an der Hohlscheibe (23) überragt und im Abstand umgibt.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Hohlscheibe (5, 23) mehrere Reihen von Wirbelkammern (6) übereinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammern der Reihen gegeneinander versetzt sind.