Einrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten durch Belüftung und Umwälzung in einem Becken.
Bei der Reinigung von Flüssigkeiten, beispiels weise bei der Eisenfreimachung von Wasser oder bei der Klärung von Abwässern, spielt die Belüftung und Umwälzung der Flüssigkeit bzw. des zu klärenden Wassers eine ausschlaggebende Rolle. Bei den be kannten Einrichtungen sind für Belüftung und Um wälzung meist eigene maschinelle Einrichtungen er forderlich, welche für die Belüftung Gebläse- oder Zerstäubungsanlagen, für die Umwälzung Rührwerke usf. aufweisen.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Wasser durch Düsen in feinverteilten Strahlen unter die Ober fläche des in einem Becken befindlichen, zu reinigen den Wassers einzuschiessen. Diese feinverteilten Was serstrahlen reissen bei ihrem Weg durch die Luft beträchtliche Luftmengen unter die Wasseroberfläche mit, wodurch eine Belüftung des Beckeninhaltes er folgt. Durch entsprechende Formgebung des Beckens kann unter Ausnützung der Energie der feinen Was serstrahlen ausserdem eine Umwälzung des Becken inhaltes in beschränktem Ausmass erzielt werden.
Nachteilig ist jedoch hiebei, dass die mitgerissene Luft nicht bis auf den Beckengrund gelangt, sondern ver- hältnismässig rasch wieder zur Oberfläche aufsteigt, so dass die Kontaktzeit zwischen der eingeschossenen Luft und dem Wasser verhältnismässig kurz ist. Die Kontaktzeit spielt jedoch bei der Wasserreinigung eine ausschlaggebende Rolle. Ferner ist es sehr wich tig, dass der Beckeninhalt möglichst gleichmässig belüftet wird. Die Belüftung ist um so wirksamer, je länger die Berührungszeit zwischen den Luftblasen und dem zu reinigenden Wasser ist.
Es konnten daher mit der bekannten Einrichtung einerseits wegen der unvollkommenen Belüftung und anderseits wegen der unvollkommenen Umwälzung des Wassers keine be friedigenden Resultate, erzielt werden.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu be seitigen und die Erfindung besteht darin, dass eine Flüssigkeitsstrahlpumpe vorgesehen ist, deren Strahl düse oberhalb und deren Fangdüse unterhalb des Niveaus der zu reinigenden Flüssigkeit angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Belüftungseinrichtung als Flüssigkeitsstrahlpumpe und durch die erwähnte Anordnung von Strahldüse und Fangdüse wird eine geregelte Belüftung und Umwälzung zur Reinigung der Flüssigkeit ermöglicht, welche so gelenkt werden kann, dass alle Bereiche des Beckens von der Um wälzung und Belüftung erfasst werden, so dass die reinigende Wirkung sich auf den ganzen Beckeninhalt erstreckt.
Durch die Energie der aus der Strahldüse strömenden Flüssigkeit wird eine für die Belüftung hinreichende Luftmenge mitgerissen und die Anord nung der Fangdüse unterhalb des Niveaus der Flüssig keit bewirkt ein Einsaugen der Flüssigkeit aus dem oberen Bereich des Beckens in diese Fangdüse und eine Förderung derselben nach unten, wobei auch durch diese in die Fangdüse eingesogene Flüssigkeit weitere Luftmengen mitgerissen werden. Es ist hiebei zweckmässig, an die Fangdüse bis in den unteren Bereich des Beckens führende Leitflächen anzuschlies- sen, welche z. B. in Form eines Mischrohres und eines Diffusors ausgebildet sein können.
Auf diese Weise wird die durch die Fangdüse unter der Wirkung der Flüssigkeitsstrahlpumpe eingesaugte und mit Luft vermengte Flüssigkeit bis in den unteren Bereich des Beckens geführt, so dass auch dieser Bereich mit Sicherheit belüftet und umgewälzt wird. Hiebei ist es leicht möglich, auch das aufsteigende Luft-, Wasser gemisch so zu lenken, dass ein maximaler Belüftungs- bzw. Umwälzungseffekt erreicht wird.
Zweckmässig ist es hiebei, an die Leitflächen bzw. an den Diffusor einen Leitapparat anzuschliessen, dessen Austritts öffnung oder Austrittsöffnungen im Abstand vom Diffusor, zwischen Diffusor und Deckenwandung münden und die Flüssigkeit vorzugsweise etwa in die Mitte des Abstandes zwischen Diffusor und Decken wandung leiten.
Hiebei leitet das aus den Austritts öffnungen des Leitapparates austretende Wasser-, Luftgemisch eine Umwälzströmung der Flüssigkeit im Becken ein, welche etwa in der Mitte zwischen dem Diffusor od. dgl. und der Beckenwandung aufwärts gerichtet ist. Diese eingeleitete Umwälzströmung wird noch durch die nach aufwärts steigenden Luftblasen begünstigt. Es bilden sich auf diese Weise zwei Flüs sigkeitswalzen aus, von welchen die eine zwischen dem Diffusor und der Zone, in welcher die Luftblasen aufsteigen, liegt, während sich die zweite zwischen dieser Zone und der Beckenwandung befindet.
Durch diese doppelte Umwälzbewegung gelangen alle Teile des Beckeninhaltes in Kontakt mit den aufsteigenden Luftblasen und werden daher gründlich belüftet. Da auch das durch Mischrohr, den Diffusor und den Leitapparat strömende Wasser innig mit Luft gemischt ist, wird eine besondere lange Kontaktzeit zwischen Luft und Wasser erzielt.
Zweckmässig ist die Anordnung so getroffen, dass Strahldüse und Fangdüse mittig zum Becken angeord net sind, wobei die Austrittsöffnung oder -öffnungen aus dem Leitapparat ringförmig um die Strahlachse herum münden. Dadurch bildet sich die aufwärtsge richtete Strömung in einer die Strahlachse umgebenden Ringzone aus, in welcher die Luftblasen aufwärts perlen.
Im inneren Ringraum zwischen Diffusor und dieser belüfteten Ringzone, sowie im äusseren Ring raum zwischen dieser belüfteten Ringzone und der Beckenwandung bilden unter der Wirkung der nach aufwärts gerichteten Strömung die erwähnten Flüssig keitswalzen aus, wobei alle Teile des Beckeninhaltes innerhalb einer verhältnismässig kurzen Zeit der belüfteten Ringzone zugeführt werden, so dass bei energischer Umwälzung der Flüssigkeit eine innige Belüftung des gesamten Beckeninhaltes gewährleistet ist.
Am Boden des Beckens kann eine Schlammgrube mit einem Schlammablass angeordnet sein, zu welcher der Boden schräg, zweckmässig trichterförmig ver läuft. Durch den Leitapparat wird die Strömung der durch die Flüssigkeitsstrahlpumpe angesaugten Flüs sigkeit aus der Strahlachse umgelenkt, wobei in der Strahlachse unterhalb des Leitapparates die Flüssig keit in Ruhe ist bzw. am wenigsten in Bewegung steht. Es ist daher zweckmässig, diese Schlammgrube etwa in der Strahlachse, d. h. in der ruhigsten Zone des Beckens anzuordnen.
Bei Einrichtungen, in welchen die Flüssigkeit durch Umwälzung und Belüftung gereinigt wird, wird üblicherweise die gereinigte Flüssigkeit über einen Überlauf an der Deckenwandung abgeführt, wobei die > Überlaufkante das Niveau im Becken stets auf gleicher Höhe hält. Da nun die gereinigte Flüssigkeit an der Beckenwandung, d. h. im Bereich der äusseren Flüs sigkeitswalze, abgeführt wird, ist es zweckmässig, die Zufuhr der zu reinigenden Rohflüssigkeit im Raum zwischen den Leitflächen des Diffusors und der Zone der nach oben gerichteten Strömung, d. h. also im Bereich der der Strahlachse benachbarten Flüssig keitswalze anzuordnen.
Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit erst nach Massgabe ihrer fortschreiten den Reinigung dem Überlauf zugeführt wird, welcher wieder in ein Absetzbecken führen kann, aus welchem die für den Betrieb der Flüssigkeitsstrahlpumpe erfor derliche Flüssigkeit in vorgereinigtem Zustand ent nommen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb der Einrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten ist da durch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsstrahlpum- pe vorgereinigte Flüssigkeit ansaugt und mit einem Druck von etwa 10 m WS fördert. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Zuführungsdruck der Treibflüssigkeit ausreicht, um eine einwandfreie Umwälzung und Belüftung im Becken sicherzustellen. Die Flüssig keitsstrahlpumpe kann hiebei z. B. aus einem hinter dem Überlauf angeordneten Klär- oder Absetzbecken ansaugen.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Ein richtung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläu tert, welches die Reinigung von Wasser zeigt. Die Zeichnung stellt einen Vertikalschnitt durch ein Bek- ken dar.
Das zu reinigende Wasser befindet sich in einem Becken 1, in welchem das Niveau 2 durch eine über laufkante 3 konstant gehalten wird. Das Becken ist in der Draufsicht kreisrund ausgebildet. In der Mitte des Beckens ist eine von einer Strahldüse 4 und einer Fangdüse 5 gebildete Wasserstrahlpumpe senkrecht angeordnet. Die Strahldüse 4 befindet sich oberhalb des Wasserniveaus 2 und die Fangdüse 5 befindet sich unterhalb des Niveaus 2. An die Fangdüse 5 ist ein Mischrohr 6 und ein Diffusor 7 angeschlossen, wobei Mischrohr und Diffusor Leitflächen bilden, welche bis den unteren Bereich des Beckens 1 führen.
An den Diffusor 7 ist ein Leitapparat 8 mit einer ringförmigen Ausströmöffnung 9 angeschlossen.
Das durch die Strahldüse 4 zugeführte Wasser tritt in die Fangdüse 5 ein. Durch das in die Fangdüse 5 eingespritze Wasser wird eine Injektorwirkung aus geübt, durch welche Wasser aus dem Becken 1 von oben in die Fangdüse eingesaugt wird. Durch den aus der Strahldüse 4 austretenden Wasserstrahl und durch das aus dem Becken 1 in die Fangdüse mitgerissene Wasser, und zwar insbesondere durch den aus der Düse 4 austretenden Strahl wird Luft mitgerissen, so dass nun durch das Mischrohr 6 und den Diffusor 7 ein Wasser-Luftgemisch unter der Wirkung des aus der Strahldüse 4 austretenden Strahles nach unten strömt.
Im Leitapparat 8 wird diese Strömung umge lenkt, und das Wasser-Luftgemisch tritt aus der ring förmigen Austrittsöffnung 9 des Leitapparates im unteren Bereich des Beckens aus. Hinter der Austrittsöffnung 9 scheidet sich die Luft aus dem Wasser-Luftgemisch in Form von fein verteilten Luftblasen aus und perlt in einer die Form eines parabolischen Mantels aufweisenden Ringzone 10 aufwärts, welche sich zwischen dem Mischrohr 6 und dem Diffusor 7 einerseits und der Beckenwan dung 11 andererseits erstreckt.
Durch diese Ringzone 10 wird nun der Wasser raum im Becken 1 in zwei Ringräume geteilt, und zwar in einen inneren Ringraum 12 und in einen äus- seren Ringraum 13, in welchen sich gesonderte Strö mungen ausbilden. Im Bereich der Ringzone 10 wird sich sowohl im inneren Ringraum 12, als auch im äusseren Ringraum 13 eine aufwärts gerichtete Strö mung ausbilden, zu welcher im inneren Ringraum im Bereich des Mischrohres 6 und des Diffusors 7 eine Gegenströmung nach unten und im äusseren Ringraum 13, im Bereich der Beckenwandung 11 gleichfalls eine abwärtsgerichtete Gegenströmung entsteht.
Auf diese Weise werden sich sowohl im inneren als auch im äusseren Ringraum Wasserwalzen in der durch die Pfeile angedeuteten Weise ausbilden, wobei jeder Teil des Beckeninhaltes im Verlauf der Umwälzung mit der innig belüfteten Ringzone 10 in Berührung ge langt.
Auf diese Weise werden nun alle Teile des Becken inhaltes energisch umgewälzt und intensiv belüftet. Während bei einem Belüftungsverfahren, bei welchem mittels Gebläsen von der Sohle her Luft in das Reinigungsbecken eingeblasen wird, die Luftblasen nur kurzfristig in Kontakt mit dem Wasser gelangen, ergibt sich bei der erfindungsgemässen Anordnung eine wesentlich längere Kontaktzeit zwischen Wasser und Luft, welche bei einer Tiefe des Beckens von un gefähr 4 m etwa 25 sec. beträgt. Die Kontaktzeit ist aber für den reinigenden Effekt der Belüftung aus schlaggebend.
Die schwereren Schlammteilchen sinken nun im Becken 1 ab. Die Sohle 14 des Beckens 11 ist trichter förmig gestaltet und weist in der Mitte eine Schlamm grube 15 mit einem durch ein Ventil 16 verschlossenen Schlammablass 17 auf. Diese Schlammgrube 15 ist zentrisch unterhalb des Leitapparates 8 angeordnet und daher durch den Leitapparat gegen die Umwälz- strömung abgeschirmt, so dass das Absetzen des Schlammes in dieser beruhigten Zone begünstigt wird.
Das auf diese Weise belüftete und bereits von den schwereren Schlammteilchen befreite Wasser fliesst über den Überlauf 3 in ein nachgeschaltetes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Absetzbecken, in wel chem sich die infolge der Belüftung ausgeflockten Schlammteilchen absetzen. Da über diesen Überlauf 3, d. h. also aus dem Ringraum 13, das bereits vor gereinigte und belüftete Wasser abfliessen soll, muss das zu reinigende Rohwasser an einer Stelle zugesetzt werden, von welcher ausgehend es noch der Belüftung und Vorreinigung unterworfen wird, bevor es zum Überlauf 3 gelangt.
Die Zufuhr des Rohwassers ist daher im inneren Ringraum 12 im Bereich des Misch rohres 6 bzw. des Diffusors 7 oder in der Nähe der Fangdüse 5 vorgesehen. Das Triebwasser, welches der Strahldüse 4 zugeführt wird, wird dem hinter dem Überlauf 3 angeordneten Absetzbecken entnommen, so dass als Triebwasser bereits vorgereinigtes Wasser zur Verfügung steht. Dieses vorgereinigte Triebwasser wird nun der Strahldüse 4 beispielsweise mit einem Druck von etwa 10 m WS zugeführt.
Device for cleaning liquids and methods of operating this device The invention relates to a device for cleaning liquids by aeration and circulation in a basin.
When cleaning liquids, for example when removing iron from water or when treating wastewater, ventilation and circulation of the liquid or the water to be clarified play a crucial role. In the known facilities for ventilation and circulation are usually their own mechanical facilities he required, which have blower or atomization systems for ventilation, agitators, etc. for the circulation.
It has also already been proposed to inject water through nozzles in finely divided jets under the upper surface of the water in a basin to clean it. These finely distributed water jets drag considerable amounts of air under the water surface on their way through the air, thereby venting the pool contents. By appropriately shaping the basin, using the energy of the fine water jets, the basin contents can also be circulated to a limited extent.
However, the disadvantage here is that the entrained air does not reach the bottom of the pool, but rises again relatively quickly to the surface, so that the contact time between the air that is injected and the water is relatively short. However, the contact time plays a crucial role in water purification. It is also very important that the pool contents are ventilated as evenly as possible. The longer the contact time between the air bubbles and the water to be cleaned, the more effective the ventilation.
It was therefore not possible to achieve satisfactory results with the known device on the one hand because of the imperfect ventilation and on the other hand because of the imperfect circulation of the water.
The invention aims to eliminate these disadvantages and the invention consists in providing a liquid jet pump whose jet nozzle is arranged above and the collecting nozzle below the level of the liquid to be cleaned. The design of the ventilation device as a liquid jet pump and the aforementioned arrangement of jet nozzle and collecting nozzle enable regulated ventilation and circulation for cleaning the liquid, which can be directed so that all areas of the pool are covered by the circulation and ventilation so that the cleaning effect extends to the entire contents of the pool.
The energy of the liquid flowing out of the jet nozzle entrains a sufficient amount of air for ventilation and the arrangement of the collecting nozzle below the level of the liquid causes the liquid to be sucked from the upper area of the basin into this collecting nozzle and conveying it downwards, further amounts of air are also entrained by this liquid sucked into the collecting nozzle. It is advisable here to connect guide surfaces leading to the catching nozzle into the lower area of the basin, which e.g. B. can be designed in the form of a mixing tube and a diffuser.
In this way, the liquid sucked in by the collecting nozzle under the action of the liquid jet pump and mixed with air is guided into the lower area of the basin, so that this area is also reliably ventilated and circulated. In doing so, it is easily possible to direct the rising air and water mixture in such a way that a maximum ventilation or circulation effect is achieved.
It is useful here to connect a diffuser to the guide surfaces or to the diffuser, the outlet opening or openings of which open at a distance from the diffuser, between the diffuser and the ceiling wall and preferably guide the liquid approximately in the middle of the distance between the diffuser and the ceiling wall.
In this case, the water and air mixture emerging from the outlet openings of the diffuser initiates a circulating flow of the liquid in the basin, which is directed upwards approximately in the middle between the diffuser or the like and the basin wall. This circulating flow that has been introduced is further promoted by the air bubbles rising upwards. In this way, two liquid rollers are formed, one of which is between the diffuser and the zone in which the air bubbles rise, while the second is located between this zone and the pool wall.
As a result of this double circulating movement, all parts of the basin contents come into contact with the rising air bubbles and are therefore thoroughly ventilated. Since the water flowing through the mixing tube, the diffuser and the diffuser is intimately mixed with air, a particularly long contact time between air and water is achieved.
The arrangement is expediently such that the jet nozzle and catching nozzle are arranged in the middle of the basin, the outlet opening or openings from the diffuser opening in a ring around the jet axis. As a result, the upwardly directed flow is formed in an annular zone surrounding the jet axis in which the air bubbles bubble upwards.
In the inner annular space between the diffuser and this ventilated annular zone, as well as in the outer annular space between this ventilated annular zone and the basin wall, the above-mentioned liquid rolls form under the effect of the upwardly directed flow, with all parts of the basin contents within a relatively short time of the ventilated annular zone be supplied, so that with vigorous circulation of the liquid, an intimate ventilation of the entire tank content is guaranteed.
At the bottom of the basin, a sludge pit with a sludge drain can be arranged, to which the bottom is inclined, expediently funnel-shaped ver. The flow of the liquid sucked in by the liquid jet pump is diverted from the jet axis by the diffuser, the liquid being at rest or least in motion in the jet axis below the diffuser. It is therefore appropriate to place this sludge pit approximately in the jet axis, i.e. H. to be placed in the quietest area of the pool.
In facilities in which the liquid is cleaned by circulation and ventilation, the cleaned liquid is usually discharged via an overflow on the ceiling wall, with the> overflow edge always keeping the level in the basin at the same height. Since now the cleaned liquid on the pool wall, i. H. in the area of the outer liq sigkeitswalze is discharged, it is expedient to feed the raw liquid to be cleaned in the space between the guide surfaces of the diffuser and the zone of the upward flow, d. H. thus to be arranged in the area of the liquid roller adjacent to the jet axis.
This ensures that the liquid is only fed to the overflow as the cleaning progresses, which can lead back into a settling basin, from which the liquid required for operating the liquid jet pump is taken in a pre-cleaned state.
The method according to the invention for operating the device for cleaning liquids is characterized in that the liquid jet pump sucks in pre-cleaned liquid and conveys it at a pressure of about 10 m water. It has been shown that such a supply pressure of the propellant liquid is sufficient to ensure proper circulation and ventilation in the pool. The liquid jet pump can hiebei z. B. from a arranged behind the overflow sludge or sedimentation tank.
In the drawing, a device according to the invention is tert erläu on the basis of an exemplary embodiment, which shows the purification of water. The drawing shows a vertical section through a pool.
The water to be cleaned is located in a basin 1, in which the level 2 is kept constant by an overflow edge 3. The basin is circular in plan view. In the middle of the basin, a water jet pump formed by a jet nozzle 4 and a collecting nozzle 5 is arranged vertically. The jet nozzle 4 is located above the water level 2 and the collecting nozzle 5 is located below the level 2. A mixing tube 6 and a diffuser 7 are connected to the collecting nozzle 5, the mixing tube and diffuser forming guide surfaces which lead to the lower area of the basin 1 .
A diffuser 8 with an annular outflow opening 9 is connected to the diffuser 7.
The water supplied through the jet nozzle 4 enters the collecting nozzle 5. The water injected into the collecting nozzle 5 exerts an injector effect, through which water is sucked from the basin 1 into the collecting nozzle from above. Air is entrained by the water jet emerging from the jet nozzle 4 and by the water entrained into the collecting nozzle from the basin 1, in particular by the jet emerging from the nozzle 4, so that a water stream is now passed through the mixing tube 6 and the diffuser 7. Air mixture flows downward under the action of the jet emerging from the jet nozzle 4.
In the diffuser 8, this flow is reversed, and the water-air mixture emerges from the ring-shaped outlet opening 9 of the diffuser in the lower part of the basin. Behind the outlet opening 9, the air separates from the water-air mixture in the form of finely divided air bubbles and bubbles upwards in an annular zone 10 having the shape of a parabolic jacket, which is located between the mixing tube 6 and the diffuser 7 on the one hand and the basin wall 11 on the other hand extends.
Through this annular zone 10, the water space in the basin 1 is now divided into two annular spaces, namely into an inner annular space 12 and into an outer annular space 13 in which separate currents are formed. In the area of the annular zone 10, an upward flow will form both in the inner annular space 12 and in the outer annular space 13, to which in the inner annular space in the area of the mixing tube 6 and the diffuser 7 there is a downward counterflow and in the outer annular space 13, In the area of the basin wall 11 there is also a downward countercurrent.
In this way, water rollers will form in the inner as well as in the outer annulus in the manner indicated by the arrows, with each part of the basin contents in the course of the circulation with the intimately ventilated annular zone 10 in contact.
In this way, all parts of the basin contents are now energetically circulated and intensively ventilated. While in an aeration process in which air is blown into the cleaning basin from the sole by means of fans, the air bubbles only come into contact with the water for a short time, the arrangement according to the invention results in a significantly longer contact time between water and air, which at a depth of the pool of about 4 m is about 25 seconds. The contact time is crucial for the cleaning effect of the ventilation.
The heavier sludge particles now sink in basin 1. The sole 14 of the basin 11 is funnel-shaped and has a sludge pit 15 in the middle with a sludge outlet 17 closed by a valve 16. This sludge pit 15 is arranged centrally below the diffuser 8 and is therefore shielded from the circulating flow by the diffuser, so that the sedimentation of the sludge in this calmed zone is promoted.
The water aerated in this way and already freed from the heavier sludge particles flows via the overflow 3 into a downstream sedimentation basin, not shown in the drawing, in which the sludge particles flocculated as a result of the aeration settle. Since over this overflow 3, d. H. The raw water to be cleaned must be added at a point from which it is subjected to aeration and pre-cleaning before it reaches the overflow 3 from the annular space 13, which is to flow away before the cleaned and aerated water.
The feed of the raw water is therefore provided in the inner annular space 12 in the area of the mixing tube 6 or the diffuser 7 or in the vicinity of the collecting nozzle 5. The drive water which is fed to the jet nozzle 4 is taken from the settling basin arranged behind the overflow 3 so that pre-cleaned water is available as drive water. This pre-cleaned driving water is now fed to the jet nozzle 4, for example at a pressure of about 10 m water column.