Gasdurchlässiges Wandelement
Die Erfindung betrifft ein gasdurchlässiges Wandelement, insbesondere zur Einleitung von Gasen in Flüssigkeiten sowie eine Verwendung dieses Wandelementes in einer rotierenden B egasungsvorrichtung.
Für zahlreiche chemische Verfahren und insbesondere bei der Abwasserbelüftung ist es erforderlich, Gas in eine Flüssigkeit eindiffundieren zu lassen. Der mögliche Gaseintrag ist dabei um so grösser, je grösser die Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit ist. Es wird deshalb angestrebt, das Gas in Form von möglichst kleinen Blasen in die Flüssigkeit einzuleiten. Hierfür ist es beispielsweise bekannt, das Gas durch Rohre oder Kästen aus einem porösen Wandmaterial mit Hilfe eines Belüfters in die Flüssigkeit einzubringen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere die feinporigen Gasaustrittsöffnungen dieser Begasungseinheiten durch in der Flüssigkeit befindliche feste Stoffteilchen verstopfen können, so dass es erforderlich wurde, einen Kompromiss zu schliessen zwischen der erreichbaren Blasengrösse und der zu erreichenden Betriebszeit, nach der der Druckverlust in der gasdurchlässigen Wand einen zu hohen Wert erreichte. Beispielsweise ist es bei der Belüftung von häuslichen Abwässern mit einer Schlammkonzentration von 4-6 kg Trockensubstanz/m3, die somit nicht einer Vorklärung unterzogen wurden, erforderlich, Belüftungseinheiten zu verwenden, deren Luftaustrittsöffnungen einen Durchmesser von mehr als 12 mm haben. Da derartige Abwässer jedoch auch einen besonders hohen Sauerstoffeintrag erfordern, sind derartige grobblasig arbeitende Begasungseinheiten in ihrer Leistung wenig zufriedenstellend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gasdurchlässiges Wandelement zu finden, das einen feinblasigen Gaseintrag in eine Flüssigkeit ermöglicht, ohne dass seine Gaseintrittsöffnungen verstopfen können. Allgemein soll das Wandelement auf einfache Weise herzustellende ventilartige Durchtrittsöffnungen haben, so dass es auch für zahlreiche andere Aufgaben vorteilhaft eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemässe Wandelement ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem unter dem Gasdruck flexiblen Material besteht und mit durch das Wandelement hindurchgeführten und zu seiner Oberfläche schräg verlaufenden Schlitzen versehen ist, so dass sich die beiden Begrenzungsflächen jedes Schlitzes unter dem Druck des Gases voneinander abheben und bei sinkendem Gasdruck wieder aufeinanderlegen.
Die erfindungsgemässe Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass das gasdurchlässige Wandelement die Gasverteilungswand von jeweils einer an einer Hohlwelle angeschlossenen umlaufenden Begasungseinheit bildet, wobei mindestens ein Teil der Schlitze jedes Wandlemenetes in Richtung oder schräg zu einer Tangente der Umlaufbahn der betreffenden Begasungseinheit verläuft.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Die Fig. la und lb perspektivische Darstellungen eines Ausschnittes aus einem Wandelement mit quer durch einen Schlitz geführten Schnitt, mit geöffnetem und geschlossenem Schlitz,
Fig. 2 die perspektivische Darstellung einer Begasungseinheit, in der das gasdurchlässige Wandelement verwendet ist,
Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines weiteren Beispiels einer Begasungseinheit, die Fig. 4a und 4b einen Schnitt durch den Schlitz eines Wandelementes und einen entlang der Schlitzebene geführten Teilschnitt durch ein Wandelement und die Fig. 5a und Sb eine rotierende Begasungsvorrichtung im Schnitt und in der Aufsicht mit die Wand von Schlauchstücken bildenden gasdurchlässigen Wandelementen.
Das Wandelement 1 besteht beispielsweise aus einer Folie aus Polyvinylchlorid, Polyamid, Polytetrafluoräthylen oder Polyäthylen und kann eine Ebene oder auch eine gekrümmte Oberfläche haben. Es ist mit zahlreichen, beispielsweise parallel zueinander verlaufenden einzelnen Schlitzen 2 versehen, die quer durch die Folie hindurchgeführt sind und schräg zur Oberfläche des Wandelementes verlaufen. Jeder Schlitz hat somit zwei Begrenzungsflächen 3 und 4, die in seiner geschlossenen Position, die in Fig. lb dargestellt ist, dichtend aufeinanderliegen. Erhält eine Seite des Wandelementes einen Überdruck, so hebt sich die zur Druckseite abgelegene Begrenzungsfläche 3 von der ihr gegenüberliegen den Begrenzungsfläche 4 ab und gibt eine spaltförmige Öffnung frei, wie in der Fig. la abgebildet ist.
Diese Funktionsweise der Schlitze 2 verhindert wirksam ein Eindringen von Feststoffteilchen und der Bakterienwuchs wird durch die ventilierende oder auch kiemenartige Bewegung des Schlitzbereiches stark eingeschränkt. Vorteilhaft ist hierfür auch die Verwendung eines Kunststoffmaterials, dessen Oberfläche gute Gleiteigenschaften hat.
Die Schlitze können, wie in den Fig. la und lb dargestellt ist, geradlinig geführt sein, in ihrer Längsrichtung gewellt sein oder auch sigeblattähnliche Zacken aufweisen. Weiterhin kann auch die Länge eines Schlitzes von der Eintrittsseite des Gases der Wand zur gegenüberliegenden Wandseite sich ver grössern so dass die gemeinsamen Seitenlinien 5 und 6 der Begrenzungsflächen 3 und 4 des Schlitzes 2 in der vorgesehenen Strömungsrichtung des Gases durch das Wandelement 1 divergieren. Diese Form des Schlitzes ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Dabei ist die Fig. 4b ein Schnitt nach der Linie IVb-IVb in der Fig. 4a.
In den Fig. 2, 3 und 5 sind verschiedene Anwendungsbeispiele für das mit schrägen Schlitzen versehene gasdurchlässige Wandelement dargestellt. Im Beispiel nach Fig. 3 bildet es die Gasverteilungswand 7 einer kastenförmig ausgebildeten Begasungseinheit. Diese Gasverteilungswand 7 ist als Folienmatte in einem Flanschrahmen 8 eingespannt und, um ein Aufblähen der Wand 7 zu vermeiden, befindet sich über der Folie 7 ein Giter 9, an dem die Folie 7 sich unter dem Druck des Gases anlegt. Entsprechend der zur Verfügung stehenden Druckhöhe des Gases kann der Filterkasten mehr oder weniger tief unter der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet werden. und über eine nicht dargestellte Gasanschlussleitung wird beispielsweise Luft in die Begasungseinheit geleitet und auf einer der Gasverteilungswand entsprechenden Fläche verteilt.
Dabei treten feine Luftblasen über der Länge jedes Schlitzes 2 aus, so dass es verständlich ist, dass eine möglichst lange obere Schnittkante 10, wie in Fig. 4b dargestellt, von besonderem Vorteil ist. Bei einer feststehenden Begasungseinheit, die in einer nichtzirkulierenden Flüssigkeit angeordnet ist, steigen die einzelnen Gasblasen nahezu vertikal an die Oberfläche der Flüssigkeit, so dass sie auf einem der Tiefe des Kastens unter dem Flüssigkeitsspiegel entsprechenden Weg mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.
Um die Länge des Weges der in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen zu vergrössern, werden vorteilhaft rotierende Begasungsvorrichtungen verwendet, die eine Zirkulation der Flüssigkeit und damit ein schraubenlinienförmiges Aufsteigen der Gasblasen ermöglichen. Fig. 2 zeigt eine Begasungseinheit einer rotierenden Begasungsvorrichtung, von der mehrere strahlenförmig an einer gemeinsamen Hohlwelle angeordnet sind. Von dieser nicht dargestellten, vertikal verlaufenden Hohlwelle tritt das Gas durch den Stutzen 11 in die betreffende Begasungseinheit ein, die als schmaler liingli- cher Kasten ausgebildet ist. Die Gasverteilungswand 12 befindet sich an einer Seite der Begasungseinheit und ist, wie in Fig. 2 dargestellt, beispielsweise vertikal gerichtet, so dass das Gas durch die Schlitze 2 entweder schräg nach oben oder schräg nach unten austritt.
Die Rotation jeder Begasungseinheit entsteht durch die horizontal gerichtete Komponente der austretenden Gasblasen. Wie bereits zur Fig. 3 beschrieben wurde. ist auch die Begasungseinheit nach Fig. 2 mit einem Giter 13 versehen, durch das ein Aufblähen oder Auswölben der Gasverteilungswand 12 verhindert wird.
Im Beispiel nach Fig. 5 bilden die gasdurchlässigen Wandelemente bogenförmige Schlauchstücke 14, die kreisförmig um eine Hohlwelle 15 verlaufen und an strahlenförmig an die Hohlwelle angeschlossene Rohre 16 angeschlossen sind.
Hierzu hat jedes Rohr in einer senkrecht zur Hohlwelle 15 verlaufenden Ebene mehrere Schlauchanschlussstutzen 17, auf die die Enden der Schlauchstücke 14 aufgeschoben sind.
Um eine Drehung der Begasungsvorrichtung durch das austretende Gas zu erreichen, sind die nicht dargestellten Schlitze 2 in den Schlauchstücken 14 derart gerichtet, dass eine Komponente des austretenden Gases in tangentialer Richtung zu der Hohlwelle 15 verläuft. Bei Inbetriebsetzung der Vorrichtung nach Fig. 5 strömt das Gas über die Hohlwelle 15 in die strahlenförmig nach aussen verlaufenden Rohre 16 ein und von diesen in die Schlauchstücke 14, um durch deren schräge Schlitze auszutreten. Dabei setzt sie sich langsam in Umdrehung, um anschliessend auch die Flüssigkeit in rotierende Bewegung zu versetzen. Dabei erhalten die aufsteigenden Gasblasen in zunehmendem Masse einen schraubenlinienförmigen Weg, so dass ihre Aufenthaltszeit in der Flüssigkeit stark vergrössert wird und eine entsprechend grössere Gasaufnahme durch die Flüssigkeit erfolgt.
Gas-permeable wall element
The invention relates to a gas-permeable wall element, in particular for introducing gases into liquids, and to the use of this wall element in a rotating gassing device.
For many chemical processes, and especially for wastewater aeration, it is necessary to allow gas to diffuse into a liquid. The possible gas entry is greater, the greater the interface between the gas and the liquid. The aim is therefore to introduce the gas into the liquid in the form of the smallest possible bubbles. For this purpose it is known, for example, to introduce the gas into the liquid through pipes or boxes made of a porous wall material with the aid of an aerator.
However, it has been shown that especially the fine-pored gas outlet openings of these gassing units can become clogged by solid particles in the liquid, so that it became necessary to make a compromise between the achievable bubble size and the achievable operating time after which the pressure loss in the gas-permeable Wall reached too high a value. For example, when ventilating domestic wastewater with a sludge concentration of 4-6 kg dry matter / m3, which has not been subjected to primary treatment, it is necessary to use ventilation units with air outlet openings of more than 12 mm in diameter. However, since such wastewater also requires a particularly high introduction of oxygen, such coarse-bubble gassing units are not very satisfactory in terms of their performance.
The present invention is based on the object of finding a gas-permeable wall element which enables gas to be introduced into a liquid in fine bubbles without its gas inlet openings being able to clog. In general, the wall element should have valve-like passage openings that can be produced in a simple manner, so that it can also be used advantageously for numerous other tasks. The wall element according to the invention is characterized in that it consists of a material that is flexible under the gas pressure and is provided with slots that run through the wall element and run obliquely to its surface, so that the two boundary surfaces of each slot stand out from one another under the pressure of the gas and at stack on top of each other again with falling gas pressure.
The use according to the invention is characterized in that the gas-permeable wall element forms the gas distribution wall of a circumferential gassing unit connected to a hollow shaft, at least some of the slots of each wall element running in the direction or at an angle to a tangent of the orbit of the respective gassing unit.
The invention is described in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
FIGS. 1 a and 1 b are perspective representations of a section of a wall element with a section made transversely through a slot, with an open and closed slot,
2 shows the perspective view of a gas supply unit in which the gas-permeable wall element is used,
3 shows the perspective view of a further example of a gas supply unit, FIGS. 4a and 4b show a section through the slot of a wall element and a partial section through a wall element guided along the slot plane and FIGS. 5a and 5b show a rotating gas supply device in section and in FIG Top view with the gas-permeable wall elements forming the wall of tube pieces
The wall element 1 consists for example of a film made of polyvinyl chloride, polyamide, polytetrafluoroethylene or polyethylene and can have a plane or a curved surface. It is provided with numerous individual slots 2, for example running parallel to one another, which are passed transversely through the film and run obliquely to the surface of the wall element. Each slot thus has two delimitation surfaces 3 and 4 which, in its closed position, which is shown in FIG. 1b, lie on top of one another in a sealing manner. If one side of the wall element receives an overpressure, the delimitation surface 3 remote from the pressure side is lifted from the delimitation surface 4 opposite it and releases a gap-shaped opening, as shown in FIG.
This mode of operation of the slots 2 effectively prevents the penetration of solid particles and the growth of bacteria is greatly restricted by the ventilating or also gill-like movement of the slot area. It is also advantageous to use a plastic material whose surface has good sliding properties.
The slots can, as shown in FIGS. 1 a and 1 b, be guided in a straight line, be corrugated in their longitudinal direction or have sig-leaf-like prongs. Furthermore, the length of a slot from the inlet side of the gas of the wall to the opposite wall side can increase so that the common side lines 5 and 6 of the boundary surfaces 3 and 4 of the slot 2 diverge in the intended flow direction of the gas through the wall element 1. This shape of the slot is shown in FIGS. 4a and 4b. FIG. 4b is a section along the line IVb-IVb in FIG. 4a.
In FIGS. 2, 3 and 5, various application examples for the gas-permeable wall element provided with inclined slots are shown. In the example according to FIG. 3, it forms the gas distribution wall 7 of a box-shaped gassing unit. This gas distribution wall 7 is clamped as a foil mat in a flange frame 8 and, in order to prevent the wall 7 from swelling, there is a grid 9 above the foil 7 on which the foil 7 rests under the pressure of the gas. Depending on the available pressure head of the gas, the filter box can be arranged more or less deep below the surface of the liquid. and air, for example, is fed into the gas supply unit via a gas connection line (not shown) and distributed on an area corresponding to the gas distribution wall.
Fine air bubbles emerge over the length of each slot 2, so that it is understandable that an upper cut edge 10 as long as possible, as shown in FIG. 4b, is of particular advantage. In the case of a stationary gassing unit which is arranged in a non-circulating liquid, the individual gas bubbles rise almost vertically to the surface of the liquid, so that they are in contact with the liquid on a path corresponding to the depth of the box below the liquid level.
In order to increase the length of the path of the gas bubbles rising in the liquid, rotating gassing devices are advantageously used which allow the liquid to circulate and thus allow the gas bubbles to rise in a helical manner. Fig. 2 shows a gassing unit of a rotating gassing device, several of which are arranged radially on a common hollow shaft. From this vertically extending hollow shaft, which is not shown, the gas enters the relevant gassing unit through the nozzle 11, which is designed as a narrow, longitudinal box. The gas distribution wall 12 is located on one side of the gassing unit and, as shown in FIG. 2, is directed, for example, vertically, so that the gas exits through the slots 2 either obliquely upwards or obliquely downwards.
The rotation of each gassing unit results from the horizontally directed components of the emerging gas bubbles. As already described for FIG. 3. the gassing unit according to FIG. 2 is also provided with a grille 13, by means of which the gas distribution wall 12 is prevented from swelling or bulging.
In the example according to FIG. 5, the gas-permeable wall elements form arcuate hose pieces 14 which run in a circle around a hollow shaft 15 and are connected to tubes 16 which are radially connected to the hollow shaft.
For this purpose, each pipe has a plurality of hose connection pieces 17 in a plane running perpendicular to the hollow shaft 15, onto which the ends of the hose pieces 14 are pushed.
In order to achieve a rotation of the gassing device by the escaping gas, the slots 2 (not shown) in the hose pieces 14 are directed such that a component of the escaping gas runs in a tangential direction to the hollow shaft 15. When the device according to FIG. 5 is put into operation, the gas flows through the hollow shaft 15 into the tubes 16, which radiate outwards, and from these into the hose pieces 14, in order to exit through their inclined slots. In doing so, it slowly starts to rotate in order to then also set the liquid in rotating motion. The rising gas bubbles are increasingly given a helical path, so that their residence time in the liquid is greatly increased and a correspondingly greater gas uptake by the liquid takes place.