CN111683741A - 用于在液体中产生气泡的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在容器中的液体中产生气泡的设备(1)，所述设备包括：设置在至少一个容器中的至少一个可旋转的、气体可透过的空心轴(3)；设置在至少一个空心轴(3)上的供气盘(4)和设置在供气盘(4)之间的间隔保持器(5)，其中供气盘(4)和间隔保持器(5)以彼此气密接触的方式交替地设置在空心轴(3)上；至少一个用于使至少一种经压缩的气体进入至少一个可旋转的空心轴(3)的内部空间中的输入管路(2)，其中所述间隔保持器(5)中每个都具有至少一个用于容纳空心轴(3)的定心的开口(O)和至少两个腔室(K1，K2)，其中所述至少两个腔室(K1，K2)围绕定心的开口(O)均匀间隔开地设置，其中所述定心的开口(O)和所述至少两个腔室(K1，K2)至少部分地重叠，其中所述定心的开口(O)和所述至少两个腔室(K1，K2)至少在重叠区域彼此开放连通，使得所述经压缩的气体能够从空心轴(3)分别流入所述间隔保持器(5)的腔室(K1，K2)中的至少一个腔室中，并且能够从所述间隔保持器(5)的至少一个腔室(K1，K2)进入所述供气盘(4)中。

Description

用于在液体中产生气泡的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在液体中产生气泡的设备、一种利用这种设备在液体中产生气泡的方法、一种包括这种设备的用于净化水的设施以及一种利用这种设施净化水的方法。
背景技术
液体中的气泡对于一系列不同的应用是必需的，例如出于将气体溶解在液体中的目的。气泡在液体中的越来越令人感兴趣和重要的使用领域是在所谓的浮选法的过程中清洁水和其他液体。
浮选是用于分离固液体系或液液体系的重力分离法。在这种情况下，例如从空气中产生气泡并且将其引入到液相中，其中存在于液相中的疏水颗粒，例如有机物质或生物废产物，集聚在同样疏水性的气泡上并且由于气泡引起的浮力而上浮到表面。这些积聚物聚集在液相的表面上成为可容易地机械分离的浆层。
在此，能够集聚有出自待清洁水的疏水性颗粒的上浮的气体的比表面积越高，则浮选效果就越强地构成。相应地，期望以呈气泡群(也称为“白水”)形式构成直径为10至100μm的最小气泡。
将呈最小的气泡形式的气体引入待清洁的液体中的可行性借助于已知的DAF方法(溶气浮选法)实现。在这种情况下，在压力提高时以溶解的形式存在于液体中的气体被引入待清洁的液体中并且由于待清洁的液体中的压降使得所述气体以最小气泡的形式逸出，所述气泡的直径在微米范围内。DAF方法实现将其他微生物的微藻类、油、胶体以及其他有机和无机颗粒从高负荷的污水中很好地分离出来，然而由于借助于与高能耗相联系的饱和塔将空气引入液体中需要相对高的能耗。在高温(大于30℃)和高的盐含量(大于30,000ppm)的情况下，所述方法越来越低效或完全不再起作用。
尤其在WO 2013/167 358 A1中描述了在避免在DAF方法的过程中产生高能耗的情况下将最小的气泡引入液体中的另一可行性，其中液体引入通过将气体经由供气膜直接注入到待清洁的液体中来实现。在这种情况下，省去了否则在DAF方法中常用的循环流和饱和塔，因为气体例如能够直接从压缩空气管路或气瓶中提取。
在WO2016/180853中描述了一种用于在液体中产生气泡尤其微气泡的设备，所述设备实现借助于合适的供气盘来产生气泡。为此，经压缩的气体被引入水平支承的、可旋转的空心轴(由在内部较小的和在外部较大的空心轴构成)中，并且通过供气盘导入液体中，所述供气盘例如由带有气体通道的陶瓷膜构成。通过使用两个彼此交错的空心轴实现在较大的空心轴内均匀且对称的压力分布。由此，给盘对称地供给气体，并且在待供气的介质中实现均匀的气泡产生。然而，在这种情况下的缺点是内部的空心轴和外部的空心轴的耗费的构造以及预先必要地将供气盘设置在外部的空心轴中的气体供给开口上方，以便引起进入供气盘中的有效的气体引入。
发明内容
由此，本发明的目的在于，提供一种用于在液体中产生气泡的设备，所述设备可低成本地制造并且实现低成本的、实际可行并且耐用的大规模使用，尤其在清洁污水或者海水的领域中。
所述目的通过具有权利要求1的特征的设备实现。
相应地，提供一种用于在容器中的液体中产生气泡的设备，其中所述设备包括以下元件：
-至少一个设置在至少一个容器中的可旋转的、气体可透过的空心轴，
-设置在至少一个空心轴上的供气盘和设置在供气盘之间的间隔保持器，其中供气盘和间隔保持器以彼此气密接触的方式交替地设置在空心轴上，
-用于将至少一种经压缩的气体引入至少一个可旋转的空心轴的内部空间中的至少一个输入管路。
根据本发明，所述间隔保持器中的每个都具有用于容纳空心轴的至少一个定心的开口(O)和至少两个腔室(K1，K2)，其中所述至少两个腔室(K1，K2)均匀间隔开地围绕定心的开口(O)设置。
根据本发明，定心的开口(O)的半径和至少两个腔室(K1，K2)的半径重叠或相交，使得定心的开口(O)和至少两个腔室(K1，K2)至少在重叠区域中彼此开放地连通。换言之，重叠区域没有材料。
定心的开口和腔室的开放的连通实现经压缩的气体从空心轴分别流入间隔保持器的腔室(K1，K2)中的至少一个中。气体于是能够继续从间隔保持器的至少一个腔室(K1，K2)进入供气盘中。
因为优选在两个间隔保持器之间设置有供气盘，所以将气体从间隔保持器的至少一个填充有气体的腔室引导到两个间隔保持器之间的间隙中，其中所述间隙由供气盘填满，并且从该间隙经由供气盘中的适当的气体供给开口或气体进入开口引导到供气盘中。由此，所述盘被对称地供给气体，并且在待供气的介质或待清洁的液体中实现均匀的微气泡产生。
在一个优选的实施方式中，本设备包括至少一个水平地设置在至少一个容器中的可旋转的、气体可透过的空心轴。
供气盘能够具有对于供气盘的所描述的功能可考虑并且有用的任何几何形状。
在一个优选的实施方式中，在该至少一个空心轴上圆形的供气盘垂直于空心轴设置并且在供气盘之间设置有圆形的间隔保持器，其中供气盘和间隔保持器以彼此气密接触的方式交替地设置在空心轴上。
在另一优选的实施方式中，所述间隔保持器中的每个都具有至少一个用于容纳空心轴的定心的圆形开口(O)和至少三个圆形的腔室(K1，K2，K3)，其中所述至少三个腔室(K1，K2，K3)均匀间隔开地围绕定心的开口(O)设置。所述三个腔室的设置也能够用三叶状的三叶草的几何形状来描述。然而，通常也可行的是，间隔保持器具有多于三个的，例如四个、五个或六个腔室。这些腔室也能够以圆形区段的形式构成。
如之后仍将说明的那样，陶瓷膜的孔径例如为两微米，所述孔径引起气泡尺寸在40至60μm之间的气泡的形成。由于空心轴和支承在空心轴上的陶瓷盘的旋转，剪切力作用到从陶瓷盘中离开的气泡上，所述剪切力影响气泡和气泡群的大小。据此，起作用的剪切力的强度或大小直接影响气泡形成的效率。剪切力本身的强度又受到空心轴的旋转速度的影响，其中空心轴的旋转速度能够高达400rpm。
因此，存在于液体中的污物颗粒(例如有机物质或生物物质)积聚在以气泡群的形式在液体中形成的气泡上，并且以相应的气泡积聚物的形式浮起到液体的表面上。因此在液体表面上形成的固体层能够紧接着被机械分离。通过在输入管路和空心轴中进行(直接)注气的特别组合以及将间隔保持器和供气盘竖直地设置在水平的空心轴上，以能量的和从而低成本的方式实现最小气泡的产生，这使得所述设备的大规模工业应用变得有意义。
如上所述，每个间隔保持器具有至少一个用于容纳空心轴的、具有直径dO的定心的开口(O)和至少两个，尤其至少三个分别具有直径dK1，dK2，dK3的圆形的腔室(K1，K2，K3)。
优选地，间隔保持器的腔室的几何形状，尤其直径分别相同。在一个变型形式中，这些直径在5mm和50mm之间，优选在15mm和50mm之间，优选在20mm和35mm之间。
在一个变型形式中，腔室的直径分别相等并且等于dO。但是也可行的是，腔室的直径分别相等，但不等于dO。在后一种情况下，dO例如能够在15mm和20mm之间，并且腔室的直径能够小于10mm，例如在5mm和10mm之间。
通常，腔室的直径和dO和从而轴和腔室的直径是可变的并且分别彼此协调。
间隔保持器的厚度与使用本设备的罐的宽度和对于供气所需的供气盘的数量相关。在一个实施方式中，间隔保持器一件式地构成。然而，通常也可行并且可设想的是，间隔保持器由多个部分(例如三个部分)制造并且这些部分以气密并且力配合方式彼此连接，例如粘接或焊接。
在另一实施方式中，间隔保持器由金属或非金属材料，优选塑料形成。作为优选的材料，例如能够使用聚甲醛(POM)或聚氯乙烯(PVC)。
在一个进一步的实施方式中，至少一个具有外径dA外的间隔保持器在其圆形侧的至少一个上具有凸肩，所述凸肩具有直径dA凸肩，其中dA凸肩小于dA外。因此，凸肩的直径或半径小于间隔保持器的总直径。因此，外径dA外能够在50mm至150mm之间，优选在70mm和120mm之间，尤其优选在90mm和110mm之间，而凸肩直径dA凸肩能够在30mm和100mm之间，优选在50mm和90mm之间。在一个变型形式中，dA外例如能够为110mm而dA凸肩例如为89.9mm。通常适用的是，凸肩直径与供气盘的内径相关。
间隔保持器的至少一个凸肩用于容纳供气盘。尤其是，凸肩能够被描述为定心凸肩，供气盘被放置到所述定心凸肩上。附加地设有槽(O形环槽)以在供气盘和间隔保持器之间进行密封。通过将供气盘放置到间隔保持器的凸肩上并且经由所插入的O形环在供气盘和间隔保持器之间(在间隔保持器的外半径上)进行密封，引起间隔保持器和供气盘之间的气密接触。
在一个实施方式中，供气盘以环的形式存在，所述环的内环周的内径为dB内，而外环周的外径为dB外，其中供气盘的内径dB内(具有约为2/10mm的小公差)对应于间隔保持器的(定心)凸肩的直径dA凸肩。
在本设备的另一实施方式中，供气盘具有沿着内环周均匀分布的气体开口。因此，开口的大小能够约为2×5mm并且彼此以13mm的间距设置。然而，气体开口的尺寸和间距能够任意地选择。
经由空心轴流入间隔保持器的腔室中的气体分布在两个间隔保持器之间的由供气盘填满的(气密)间隙中并且进入供气盘的气体开口中。
供气盘的外径通常在100mm和500mm之间，优选在150mm和350mm之间。已证实陶瓷是作为用于供气盘的特别合适的材料，尤其氧化铝α-Al2O3。但是，也可以使用其他陶瓷氧化物和非氧化物，如碳化硅或氧化锆。
在本设备的另一实施方式中，至少一个供气盘由如下陶瓷材料构成，所述陶瓷材料的平均孔径在0.05μm和20μm之间，优选在0.1μm和10μm之间，尤其优选在2μm和5μm之间。2μm或3μm的孔径在此是最有利的。
经由供气盘或供气膜引入液体中的气泡的平均气泡直径能够在10μm至200μm之间，优选在20μm至100μm之间，尤其优选在30μm至80μm之间，更尤其优选在50μm之间。在供气膜或供气盘处的气泡产生尤其能够经由适合的气体体积流和压力来影响。压力越高，在此所产生的气泡就越多和越大。在此，所设定的体积流在当前情况下仅起次要作用。
此外提出，在至少一个可旋转的空心轴上设置有在2个和100个之间的，优选在10个和50个之间的，尤其优选在15个和30个之间的供气盘和间隔保持器。
在本设备的一个变型形式中，至少一个空心轴以在50rpm和400rpm之间的，优选在100rpm和300rpm之间的，尤其优选在180rpm和220rpm之间的转速旋转。所述转速与供气盘的尺寸相关。在供气盘小时(例如d＝152mm)旋转速度能够为180-200rpm，而在供气盘大时(例如d＝312mm)旋转速度能够为100-120rpm。空心轴的旋转速度和从而供气盘的旋转速度以及气体量和气体压力可在所述设备运行期间根据所期望的气泡形成，即气泡的量和大小来在线(life)更改。
在本设备的另一变型形式中，待引入的至少一种经压缩的气体选自空气、二氧化碳、氮气、臭氧、甲烷或天然气。甲烷尤其在从液体中去除油和气体时使用，例如在清洁在水力压裂时产生的液体的情况下。臭氧由于其氧化和抗菌特性又能够用于清洁出自水产养殖的水。
如上所述，经压缩的气体在不需要液体载体的情况下直接引入到至少一个输入管路中和从而接着引入到至少一个空心轴中。相应地，直接从诸如气瓶或相应的气体管路的储气罐中进行经压缩的气体的直接注入。据此，气体不像在DAF的情况中以液体载体为前提条件那样需要液体载体，使得省去了循环流和饱和塔并且也不需要压缩能量以在DAF循环流中达到高的压力水平。在没有液体载体的情况下直接注入经压缩的气体的另一优点是，实现简单且低能耗地产生微气泡。
引入到至少一个空心轴中的气体的气压在1巴和5巴(bar)之间，优选在2巴和3巴之间。为了在空心轴中达到该压力水平，将至少一种经压缩的气体以在5巴和10巴之间的压力引入到气体输入管路中。通常适用的是，所引入的气体的压力必须大于轴中压力和压力损失之和。空心轴内的压力变化曲线优选是恒定的。
在本设备的另一变型形式中，至少一个空心轴由不锈钢例如V2A或4VA的不锈钢、双工或超双工材料或塑料制造。空心轴的总直径在10mm和50mm之间。
空心轴由气体可透过的材料(例如穿孔材料)构成，使得气体能够从空心轴的内部空间进入间隔保持器的腔室中并且从那里进入供气盘中。空心轴的材料的气体可透过性能够通过设置在或分布在不同位置处的直径为1mm至5mm的孔来实现。也可以设想的是，使用嵌入到所述材料中的狭缝或(刚性的)网。
空心轴在其两端处分别具有所谓的轴端件。轴端件一方面用于气密地终止供气盘-间隔保持器组合，二方面用于使该组合张紧，三方面用于容纳空心轴的相应的轴承装置。此外提出，至少一个空心轴经由轴端件分别设置在两个具有相应的轴承的轴保持装置中。
在一种特殊的变型形式中，在一端或在一个轴端件上共同地设置至少一个用于使经压缩的气体进入到空心轴中的输入管路和至少一个用于旋转空心轴的驱动器。因此，空气输送部和空心轴驱动器一体地设置在空心轴的同一侧上或同一端处。但是也可行的是，空气输送部和驱动器设置在空心轴的不同的或相对置的端部处。在驱动侧处的密封和空气输送借助于改型的滑环密封实现。用于驱动空心轴的马达是已知的并且能够根据所述设施的尺寸多样性地选择。
驱动器和气体输送侧的轴端件与空心轴材料连接。由此产生气密的以及抗拉伸和抗扭的连接。在与驱动器相对置的一侧上存在轴螺母。外部的轴用作为拉杆。通过可移动地置于空心轴上的轴端件，在背离驱动器的一侧上，通过拧紧轴螺母，使供气盘-间隔保持器组合与位于其间的O形环张紧并且相对于介质气密性密封。
用于所述设备的驱动器的设置能够设置在浸入有并且使用所述设备的盆或容器的外部或内部。
根据本发明的设备在用于在容器中的液体中产生气泡的方法中使用，其中所述方法包括以下步骤：
-将经压缩的气体引入至少一个输入管路中，其中经压缩的气体优选在没有液体载体的情况下直接引入输入管路中；
-将经压缩的气体引入至少一个尤其水平地设置的可旋转的空心轴的内部空间中，其中所述至少一个空心轴以在50rpm和400rpm之间的，优选在100rpm和300rpm之间的，尤其优选在180rpm和220rpm之间的旋转速度旋转，和
-经由尤其竖直地设置在旋转的空心轴上的间隔保持器和供气盘将经压缩的气体引入到液体中以产生气泡。
借助于本方法可行的是，在液体中产生气泡，所述气泡的气泡大小在1μm至200μm之间，优选在20μm至100μm之间，尤其优选在30μm至89μm之间，更特别优选在45μm至50μm之间。
在一个优选的变型中，本设备用于在用于清洁液体，优选水，尤其用于清洁海水或其预清洁、含泥浆的废水和其他污染的液体的设施中产生气泡。
这种用于清洁诸如水的液体的设施包括：具有根据上文所述的用于产生气泡的设备的至少一个容器；和用于容纳至少一种掺有气泡的液体的至少一个容器(浮选池)，其中该容器具有至少一个用于分离包含在液体中的有机成分的过滤单元。
在本设置的一个变型形式中，在具有用于产生气泡的设备的容器上游能够连接至少一个絮凝单元，所述絮凝单元用于容纳待清洁的液体并且用于容纳至少一种絮凝剂以使包含在液体中的成分絮凝。
在本设施的另一变型形式中，至少一个絮凝单元、至少一个用于产生气泡的设备和具有至少一个过滤单元的至少一个容器(浮选池)彼此设置为，使得它们彼此流体连通，以至于使掺有絮凝剂的待清洁的液体从絮凝单元运送到用于产生气泡的设备中并且接着从该设备运送到具有过滤单元的容器(浮选池)中。
絮凝单元要么能够构成为与另外的容器分开的独立单元要么能够一件式地与其他容器连接。将适合的絮凝剂，例如Fe3+或Al3+盐，例如FeCl3引入到待清洁的液体例如待清洁的水中，并且可选地利用搅拌器或静态混合器与液体充分混合。在絮凝单元中掺有絮凝剂的液体紧接着优选以液体流的形式被转移到具有用于产生气泡的设备的至少一个容器中，其中液体流在该容器中被掺入经由用于产生气泡的设备所引入的气泡。
紧接着，将在此由气泡和经絮凝的有机成分构成的积聚物馈入具有至少一个过滤单元的另一容器(浮选池)中，其中气泡积聚物和经絮凝的有机成分在浮选池中上浮到液体的表面上，在该处积聚并且进行机械分离。以这种方式清除了大多数有机成分中的液体紧接着通过设置在浮选池的底表面上的过滤单元排出并且输送给其他处理步骤。相应地，在本设施的一个实施方式中，至少一个过滤单元在浮选池中设置在通过被扬起的、经絮凝的有机成分形成的层的下方。尤其优选的是，至少一个过滤单元设置在浮选池的底部上并且相应浸没地设置在浮选池的液体区域中。
过滤单元尤其具有匹配于容器(浮选池)的矩形形状。过滤单元的长度优选对应于浮选池的长度的0.5至0.8倍，尤其优选0.6倍。过滤单元的宽度优选对应于浮选池的宽度的0.6至0.9倍，尤其优选0.8倍。因此，过滤单元并非完全在浮选池的整个宽度上延伸，而是更确切地说与浮选池的长形侧壁具有小的间隔。过滤单元的高度构成为，使得其在0.1至0.9倍之间的范围中，优选在0.6至0.7倍的范围中对应于容器(浮选池)的高度。显然，对于待使用的过滤单元也可以考虑其他尺寸。
在一个优选的实施方式中，至少一个过滤单元以陶瓷的过滤膜的形式存在，尤其以陶瓷的微滤或超滤膜的形式存在。这种陶瓷的过滤膜具有高的耐化学性和长的使用寿命。此外，陶瓷的过滤膜是更透水的和更不易结垢，因为所述陶瓷的过滤膜比聚合物膜具有更高的亲水性。由于其机械稳定性也不需要预筛选。已经证明具有20nm至500nm，优选100nm至300nm，尤其优选200nm的平均孔径的膜模块是特别适合的。优选使用的过滤膜模块能够由多个板、一个或多个管或其他几何形状构成。已证实呈α-Al2O3形式的氧化铝是特别合适的陶瓷材料，但其他陶瓷氧化物或非氧化物如碳化硅或氧化锆也可以用于在过滤单元中使用。
在另一优选的实施方式中，所述设施，在此尤其是浮选池，包括用于给过滤单元通风的机构，以便以适合的方式给至少一个过滤单元通风。适合的通风机构例如能够以穿孔的软管或管道的形式存在。通风机构能够被馈送有空气，以便在过滤单元的表面上施加大的剪切力来避免膜表面上的结垢或将其最小化。用于防止或减少过滤单元结垢的其他可行性是用适合的化学物质如柠檬酸进行处理以防止无机污垢，或者是用适合的氧化剂例如盐酸钠进行处理以减少生物污垢。
相应地，所描述的设施能够在用于清洁液体，尤其用于清洁水，例如用于清洁或预清洁海水的方法中使用。这种方法在此包括以下步骤：
-可选地将待清洁的液体引入至少一个絮凝单元中并且给待清洁的液体添加至少一种絮凝剂以使包含在液体中的成分例如有机成分絮凝，
-在具有用于产生气泡的设备的至少一个设置在下游的容器中转移可选地掺入有至少一种絮凝剂的液体，并且使可选地掺入有絮凝剂的液体与引入该容器中的气泡接触，以构成气泡积聚物，尤其絮凝团块-微气泡积聚物，
-将掺入有气泡和可选的絮凝剂的液体转移到浮选池中，其中分离出浮起到浮选池的表面上的气泡积聚物，并且
-通过设置在浮选池中的至少一个过滤单元，将没有气泡积聚物的液体排出，以及
-将通过过滤单元排出的液体输送给其他处理步骤。
本方法相应地描述由利用竖直地设置在空心轴上的供气盘产生气泡、在单独的设备单元中进行微浮选和膜过滤构成的混合工艺。
附图说明
接下来参照附图的图示以实施例详细描述本发明。附图示出：
图1A示出根据一个实施方式的用于在液体中产生气泡的设备的第一示意性侧视图，
图1B示出根据一个实施方式的用于在液体中产生气泡的设备的第二示意性侧视图，
图2A示出在用于在液体中产生气泡的设备中使用的间隔保持器的第一示意性侧视图；
图2B示出在用于在液体中产生气泡的设备中使用的间隔保持器的第二示意性视图；
图2C示出在用于在液体中产生气泡的设备中使用的间隔保持器的第三示意性视图；
图3A示出具有空气输送部和驱动器的空心轴的轴端件的示意性视图。
图3B示出用于所述设备的驱动器的设置的第一变型形式的示意性视图(滑入式)；
图3C示出用于所述设备的驱动器的设置的第二变型形式的示意性视图(插入式)；
图4示出用于清洁液体的设施的示意性侧视图，所述设施包括用于产生气泡的设备。
具体实施方式
在图1A中示出根据本发明的用于产生气泡的设备的第一实施方式的一般构造。
图1A的侧视图包括设备1，所述设备具有：用于输入经压缩的气体的输入管路2；空心轴3以及在空心轴3上交替设置的供气盘4和间隔保持器5。经压缩的气体通过空心轴3导入间隔保持器5中并且进一步导入供气盘4中。
在图1A中示出的实施方式中，在空心轴上设置有多个由陶瓷材料制成的圆形的供气盘。陶瓷盘由氧化铝构成，外径为152mm并且内径为25.5mm。膜表面在0.036m2之间并且供气盘的孔径在2μm的范围内。气体从空心轴3导入到陶瓷盘4的空腔中，并且从空腔内部通过陶瓷材料的孔侵入待清洁的液体中，所述液体围绕设有供气盘的空心轴并且在其上方设置，以构成气泡大小为大约45μm到50μm的微气泡。供气盘4借助于不锈钢或塑料固定装置设置在空心轴上。供气盘之间的间隔对应于间隔保持器5的厚度。
与气体输入管路2一起，在同一轴端件上设有适合于移动空心轴的设备6。该设备能够以马达的形式设置，所述马达经由多个传动装置将相应的旋转运动传递到空心轴上。
在图1B中示出的实施方式说明空心轴3的构造以及间隔保持器5和供气盘4在空心轴3上的设置。
供气盘4和间隔保持器5以气密接触的方式交替地设置在空心轴3上。气密接触通过间隔保持器5的特定构造引起(也参见图2A-C)。气体经由输入管路2进入空心轴3中，从那里导入间隔保持器5中并且从那里导入到供气盘中。因此，给陶瓷的供气盘4供给气体，并且实现在待供气的介质中均匀地产生气泡。空心轴3能够由金属以及非金属材料制成。
在图2A至2C中更详细地示出间隔保持器。间隔保持器5中的每个都具有用于容纳空心轴的、直径为dO的定心的开口(O)和至少两个或三个直径分别为dK1，dK2，dK3的尤其圆形的腔室(K1，K2，K3)。在图2A-C中示出的实施方式的情况下，直径dK1，dK2，dK3和dO分别为35mm。但是，这些值是可变的并且与所述设备的总大小相关。
定心的开口(O)的半径和两个或三个圆形的腔室(K1，K2，K3)的半径重叠或相交，使得定心的开口(O)和两个或三个腔室(K1，K2，K3)至少在重叠区域5b中彼此开放连通。定心的开口和腔室的开放连通实现来自空心轴的经压缩的气体分别流入间隔保持器5的腔室K1，K2，K3中的至少一个中。于是，气体能够从间隔保持器5的腔室K1，K2，K3之一中继续进入供气盘4。
在图2A至图2C的实施方式中，具有外径dA外的一个间隔保持器5在其圆形的侧面上具有(定心)凸肩5a，所述凸肩具有直径dA凸肩，其中dA凸肩小于dA外。
间隔保持器的定心凸肩5a用于容纳供气盘4或与供气盘4接触。间隔保持器5和供气盘4之间的气密接触通过将供气盘4放置在间隔保持器5的凸肩5a上以及在供气盘和间隔保持器之间的密封(在间隔保持器的外半径处)引起。
供气盘4以环的形式存在，所述环的内环周的内径为dB内而外环周的外径为dB外，其中供气盘的内径dB内部对应于间隔保持器的(定心)凸肩的直径dA凸肩(参见图2C)。
沿着供气盘的内环周设置有均匀分布的气体开口4a(参见图2C)。
气体从间隔保持器的腔室K1，K2，K3导入到供气盘4中从如下状态中产生：供气盘4分别设置在两个间隔保持器5之间。气体从间隔保持器的填充气体的腔室导入两个间隔保持器之间的间隙中，其中所述间隙由供气盘填满，并且进一步从该间隙中经由供气盘中的适合的气体输送或气体进入开口导入供气盘中。
在图3A中示出轴端件，在所述轴端件中空气输送部2和驱动器6组合地存在。用于轴的旋转运动的驱动器6能够直接在轴上进行，但是也能够经由不同的机械力偏转来驱动。例如：锥齿轮传动装置，下调90°的传动装置。因此，轴的驱动器6一方面能够位于待供气的介质中，而另一方面也能够位于待供气的介质之外。驱动器6能够经由所有已知的驱动器类型(例如电地/经由水力的/经由气压)来设置。
轴3支承在至少两个位置上，能够使用不同的滚动轴承类型，例如球轴承、深沟球轴承、滚针轴承、滚子轴承、滑动轴承。
进入到旋转轴中的气体引入2必须经由至少一个密封件进行。该密封件能够定位在待供气的介质的内部以及外部。
轴端件相对于第一供气盘或第一间隔保持器的密封经由O形环来实现。O形环槽在此能够插入轴端件中。
在图3B中示出所述设备1的驱动器6(马达)的设置的第一变型(滑入式)。驱动器6在此位于浸没有并且使用设备1的盆或容器的外部。转移经由容器的壁处的旋转式穿引部进行。
图3C示出用于设备1的驱动器6(马达)的设置的第二变型形式(插入式)。在此，驱动器6位于浸没有并且使用设备1的盆或容器的内部。该实施方案变型形式允许所述设备简单集成到现有系统中，因为不必钻出穿过容器壁的孔。
图4又示出用于清洁液体尤其水的设施20的示意性视图，所述设施包括用于产生气泡的设备的上述实施方式中的至少一个。图4中的设施20的侧视图示出絮凝单元10，待清洁的水和絮凝剂被引入到所述絮凝单元中。在将待清洁的水与絮凝剂混合之后，例如利用搅拌器，能够将混合物从絮凝单元10经由分隔壁引入另一个单独的部段或容器20中，在所述单独的部段或容器中，至少一个空心轴20a设有四个根据图1的实施方式的供气盘。
在当前根据实验的方法中，使用已掺入腐殖质的污水。在这种情况下，通过腐殖质模拟污水中的有机物质的总体，所述腐殖质在自然界中也通过正常的生物腐烂产生。为了使包含在水中的腐殖质絮凝，尤其含有三价离子的含铁和铝的物质适合作为沉淀剂。在当前情况下，将FeCl3溶液用作絮凝剂。在利用静态混合器添加絮凝剂之后，在絮凝单元10中通过絮凝剂FeCl3使包含在污水中的腐殖酸絮凝。
接着，将掺有FeCl3的污水从絮凝单元10中以400-700l/小时的体积流导入包含由空心轴与四个供气盘构成的供气设备的容器20中。
经由容器20中的根据本发明的供气设备20a注入空气，其中这引起直接在所引入的、掺有絮凝剂的水中构成微气泡。供气设备的供气盘或供气板以同一方向以180rpm的转速旋转，其中产生180°的相移。所形成的微气泡与絮凝团块连接成絮凝团块-空气气泡-积聚物，其在进一步的进程中引入到设置在下游的浮选池30中。由于微气泡积聚到絮凝的有机成分上，在浮选池中相应形成的积聚物朝向浮选池30中的液体的表面浮起并且在水表面构成固体层，所述固体层被机械分离，例如利用刮刀。在该固体层下方存在的是浮选池30中的预清洁的水。如此预清洁的水在利用适合的泵的条件下通过设置在浮选池30中的过滤单元40排出，并且作为已清洁的水供进一步的处理例如进一步的脱盐工艺使用。为了防止过滤单元40的表面结垢，能够经由设有孔的软管或管道将空气直接引导到过滤单元40的表面上，由此引起机械地去除在过滤单元40的表面上的积聚物。

Claims (15)

1.一种用于在容器中的液体中产生气泡的设备(1)，所述设备包括：
-设置在至少一个容器中的至少一个可旋转的、气体可透过的空心轴(3)，
-设置在至少一个所述空心轴(3)上的供气盘(4)和设置在所述供气盘(4)之间的间隔保持器(5)，其中供气盘(4)和间隔保持器(5)以彼此气密接触的方式交替地设置在所述空心轴(3)上，
-至少一个用于使至少一种经压缩的气体进入至少一个可旋转的空心轴(3)的内部空间中的输入管路(2)，
其特征在于，
所述间隔保持器(5)中每个都具有至少一个用于容纳所述空心轴(3)的定心的开口(O)和至少两个腔室(K1，K2)，
其中所述至少两个腔室(K1，K2)围绕所述定心的开口(O)均匀间隔开地设置，
其中所述定心的开口(O)和所述至少两个腔室(K1，K2)至少部分地重叠，
其中所述定心的开口(O)和所述至少两个腔室(K1，K2)至少在重叠区域彼此开放连通，使得所述经压缩的气体能够从所述空心轴(3)分别流入所述间隔保持器(5)的腔室(K1，K2)中的至少一个腔室中，并且能够从所述间隔保持器(5)的至少一个腔室(K1，K2)进入所述供气盘(4)中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个所述空心轴(3)水平地设置在所述至少一个容器中。
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述供气盘(4)圆形地构成并且相对于所述空心轴竖直地设置在至少一个所述空心轴(3)上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔保持器(5)圆形地构成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔保持器(5)具有至少三个圆形的腔室(K1，K2，K3)，其中所述至少三个腔室(K1，K2，K3)围绕所述定心的开口(O)均匀间隔开地设置。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔保持器(5)的腔室的几何形状，尤其直径分别是相同的。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，外径为dA外的所述至少一个间隔保持器(5)在其圆形侧中的至少一个上具有凸肩(5a)，所述凸肩的直径为dA凸肩，其中dA凸肩小于dA外。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述间隔保持器(5)的至少一个凸肩(5a)用于容纳/放置所述供气盘(4)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述供气盘(4)以环的形式存在，所述环的内环周的内径为dB内，而外环周的外径为dB外，其中所述供气盘(4)的内径dB内在有公差的情况下对应于所述间隔保持器(5)的(定心)凸肩的直径dA凸肩。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述供气盘(4)具有沿着所述内环周均匀分布的气体开口。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述供气盘(4)具有陶瓷的供气盘，所述陶瓷的供气盘的平均孔径在0.05μm和20μm之间，优选在0.1μm和10μm之间，尤其优选在2μm和5μm之间。
12.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在至少一个可旋转的所述空心轴上设置有在2个和100个之间的，优选在10个和50个之间的，尤其优选在15个和30个之间的供气盘和间隔保持器。
13.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，用于使所述经压缩的气体进入所述空心轴的所述至少一个输入管路(2)和用于使所述空心轴转动的至少一个驱动器设置在一个轴端件上或者不同的轴端件上。
14.一种用于利用至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的设备在容器中的液体中产生气泡的方法，其中所述方法包括下述步骤：
-将经压缩的气体引入到至少一个输入管路(2)中，其中所述经压缩的气体直接在没有液体载体的情况下进入所述输入管路(2)中；
-将所述经压缩的气体引入至少一个水平地设置的、可旋转的空心轴(3)的内部空间中，其中至少一个所述空心轴(3)以在50rpm和400rpm之间的，优选在100rpm和300rpm之间的，尤其优选在180rpm和220rpm之间的转速旋转，并且
-所述经压缩的气体经由竖直地设置在水平的、旋转的空心轴(3)上的间隔保持器(5)和供气盘(4)进入所述液体中以产生气泡。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，在所述液体中产生的气泡具有在1μm和200μm之间的，优选在20μm和80μm之间的，尤其优选在45μm和50μm之间的气泡大小。
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