DE102009032567A1

DE102009032567A1 - Saturator

Info

Publication number: DE102009032567A1
Application number: DE102009032567A
Authority: DE
Original assignee: AWAS AG
Current assignee: AWAS AG
Priority date: 2009-07-11
Filing date: 2009-07-11
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Der Saturator weist einen Druckbehälter (11) auf, der einen Flüssigkeitsraum (12) und darüber einen Gasraum (13) enthält. In dem Gasraum wird ein Gasdruck erzeugt. Wasser, das durch einen Wassereinlass (16) zugeführt wird, gelangt als Wasserfilm auf eine Wasserleitstruktur (30), wobei Gas in dem Wasser gelöst wird. Die Wasserleitstruktur (30) bewirkt einen geringen Platzbedarf des Saturators und eine hohe Volumenausnutzung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Saturator zum Einbringen eines in Wasser löslichen Gases in zu behandelndes Wasser.
Bei der Wasseraufbereitung ist es bekannt, ein wasserlösliches Gas, z. B. Luft oder CO₂, in das Wasser einzubringen. Das mit Gas angereicherte Wasser wird einer Kavitationsvorrichtung zugeführt, in der es entspannt wird. Bei der Entspannung werden Gasbläschen frei, die aufsteigen und in dem Wasser vorhandene Fremdstoffe mitnehmen. In einem Flotator werden die an der Wasseroberfläche sich ansammelnden Fremdstoffe abgeschöpft. Auf diese Weise kann eine Wasseraufbereitung durchgeführt werden, beispielsweise zur Abwasserbeseitigung oder anderer Formen zum Extrahieren von Fremdstoffen aus Wasser. Derartige Wasseraufbereitungsanlagen eignen sich unter anderem als Emulsionsspaltanlagen, gegebenenfalls unter Zugabe von Flockulanten, oder für Verfahrenstechniken, in denen das sich lösende Gas Neutralisations- oder andere chemisch-physikalische Reaktionen, z. B. Entkalkung, im Wasser auslöst, oder als Kleinkläranlagen zur physikalischen Wasseraufbereitung in stationären oder mobilen Wohneinheiten, wie Wohnwagen oder Schiffen. Im Gegensatz zu biologischen Wasseraufbereitungsanlagen, wo eine lebendige stets aufrecht zu erhaltende Biologie Voraussetzung ist, haben diese physikalischen Wasseraufbereitungsanlagen den Vorteil eines geringen Volumens und geringen Gewichtes sowie der Zeit- und Energie-Einsparung und der sofortigen Verfügbarkeit.
Ein wichtiger Bestandteil einer physikalischen Wasser-/Abwasseraufbereitungsanlage ist der Saturator. Ein Saturator besteht aus einem Druckbehälter, in dem ein unterer Flüssigkeitsraum und ein oberer Gasraum gebildet wird. In dem Gasraum wird ein Gasdruck erzeugt. Gleichzeitig wird in den Gasraum Wasser/Abwasser gesprüht, welches sich infolge der beim Sprühen entstehenden großen Oberfläche mit dem Gas sättigt, das in dem Wasser in Lösung geht. Das Versprühen von Wasser setzt einen relativ großen Gasraum voraus, in dem die Wassertröpfchen hinreichend langsam absinken, um genügend viel Gas aufzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Saturator zum Einbringen eines ins Wasser sich lösenden Gases in zu. behandelndes Wasser zu schaffen, der eine erhöhte Effektivität der Gassättigung hat und ein geringes Volumen benötigt.
Der erfindungsgemäße Saturator ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum unterhalb des Wassereinlasses eine Wasserleitstruktur enthält, an der das Wasser unter Bildung eines Wasserfilms entlang rinnt.
Erfindungsgemäß wird das Wasser in dem Gasraum nicht versprüht, sondern eingewirbelt, so dass es in einem Wasserfilm an der Leitstruktur entlanggeführt.
Die Leitstruktur erzeugt für den Wasserfilm einen kurvenreichen Weg, um die Verweildauer des rinnenden Wassers in dem Gasraum zu verlängern. Das Wasser fließt unter anderem durch Adhäsion bevorzugt an der Leitstruktur entlang und diese führt das Wasser in einem dünnen Wasserfilm geordnet in den Flüssigkeitsraum, der sich unter dem Gasraum befindet. Die Wasserleitstruktur bildet für den Wasserfilm eine Wegstrecke, die wesentlich größer ist als die Höhe des Gasraumes. Dadurch wird erreicht, dass innerhalb eines relativ kleinen Volumens eine große Menge an Gas in das Wasser eingetragen wird. Der Saturator hat somit eine erhöhte Effektivität. Vorzugsweise ist die Wegstrecke mindestens doppelt so lang wie die Höhe des Gasraumes und insbesondere mindestens dreimal so lang.
Mit der Erfindung gelingt es, den Saturator bei hoher Leistungsfähigkeit kleinformatig zu gestalten. Der Saturator eignet sich insbesondere für Wasseraufbereitungsanlagen, bei denen das Wasser durch Gas von Fremdstoffen befreit werden soll, wie beispielsweise von Fäkalien, anderen Schmutz- und Inhaltsstoffen oder auch von Kalk, Metallen oder Säuren und viele andere mehr.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Wasserleitstruktur mehrere übereinander angeordnete Teller auf, die durch vertikale Stege verbunden sind. Dadurch wird eine mehretagige Struktur gebildet, wobei das Wasser sowohl an den Tellern entlang läuft als auch an den Stegen. Der Wasserfilm durchläuft einen mäanderförmigen Weg. Die Teller können sowohl als horizontale Platten ausgebildet sein, als auch kegelig. Vorzugsweise bilden die Teilerdurchtrittsöffnungen, durch die das Wasser jeweils von einer oberen Etage in eine untere Etage gelangt. Diese Durchtrittsöffnungen können am Tellerrand vorgesehen sein oder im Mittelbereich.
Eine Alternative zu der Tellerlösung ist eine Wendellösung. Hierbei hat die Wasserleitstruktur eine wendelförmige Oberfläche, an der das Wasser auf einem schraubenförmigen Weg entlangrinnt. Eine weitere Art können aufschwimmende oberflächenvergrößernde Füllkörper sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Wasseraufbereitungsanlage, die einen erfindungsgemäßen Saturator und ferner einen Flotator enthält.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Einbringen eines in Wasser löslichen Gases in zu behandelndes Wasser, entsprechend dem Patentanspruch 9.
Im Rahmen der Erfindung ist der Begriff „Wasser” breit zu verstehen. Er umfasst sauberes Wasser ebenso wie Abwasser und jegliche Form von Schmutzwasser.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Wasseraufbereitungsanlage aus Saturator, Kavitationsvorrichtung und Flotator,
2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Wasserleitstruktur und
3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III aus 1.
Gemäß 1 ist ein Saturator 10 vorgesehen, der einen Druckbehälter aufweist, welcher hier die Form eines Zylinders mit vertikaler Achse hat. Der Druckbehälter 11 weist in seinem unteren Bereich einen Flüssigkeitsraum 12 und in seinem oberen Bereich einen Gasraum 13 auf. Der Flüssigkeitsraum 12 ist beim Betrieb mit Wasser gefüllt, wobei ein bestimmter Pegel 14 eingehalten wird. Darüber befindet sich der Gasraum 13.
In der oberen Stirnwand 15 des Druckbehälters 11 befindet sich ein Wassereinlass 16 zum Zuführen von zu behandelndem Wasser. Außerdem ist in der Stirnwand 15 ein Druckgaseinlass 17 vorgesehen, durch den unter Druck stehendes Gas in den Gasraum 13 eingeleitet wird. An den Druckgaseinlass 17 ist ein Manometer 18 um ein Absperrventil 19 angeschlossen.
In dem Behälterboden befindet sich ein Wasserauslass, der mit einem Ventil verbunden ist, das zugleich eine Kavitationsvorrichtung bzw. eine Dekompressionseinrichtung 21 bildet.
An dem Druckbehälter 11 befindet sich auf mittlerer Höhe ein seitliche abgehender Anschlussstutzen 22, an dem ein Pegelsensor 23 befestigt ist, welcher eine auf Berührung mit Wasser ansprechende Sonde 24 aufweist. Wenn der Pegel 14 die Sonde 24 erreicht, wird durch den Druckgaseinlass 17 Druckluft in den Gasraum 13 eingeführt, so dass der Pegel 14 heruntergedrückt wird. Auf diese Weise wird der Pegelstand auf einem vorbestimmten konstanten Niveau gehalten. Der Gasdruck im Druckgaseinlass 17 beträgt etwa 3,5 bar. Der Druck im Wassereinlass 16 ist etwas niedriger und beträgt beispielsweise 3,0 bar.
In dem Gasraum 13 befindet sich die Wasserleitstruktur 30. Diese weist mehrere Teller 31, 32 auf, die untereinander mit vertikalen Abständen angeordnet sind. Jeder zweite Teller 31 ist von kleinerem Durchmesser und die dazwischen liegenden Teller 32 sind von größerem Durchmesser. Die Teller 32 haben jeweils eine zentrale Durchtrittsöffnung 33. Die Teller sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel planar. Sie sind durch vertikale Streben 34 untereinander und mit der Stirnwand 15 verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Streben 34 vorhanden, so dass jeder Teller an drei Punkten befestigt ist.
3 zeigt die Abstände der Tellerränder von der Wand des Druckbehälters 11. Bei dem größeren Teller 32 entsteht zur Wand des Druckbehälters ein ringförmiger Spalt mit einer Spaltbreite von etwa 4 mm. Bei dem kleineren Teller 31 entsteht eine ringförmige Durchtrittsöffnung 37 mit einer Breite von etwa 13 mm.
Das durch den Wassereinlass 16 in vollem Strahl zugeführte oder per Bogen eingewirbelte Wasser trifft auf den obersten Teller 31 der Wasserleitstruktur 30 und wird als Wasserfilm an den Tellern und Stegen der Wasserleitstruktur entlanggeführt. Der in dem Gasraum 13 herrschende Gasdruck begünstigt das Lösen des Gases im Wasser. Als Gas kommen Luft, Sauerstoff, CO₂ oder ähnliche wasserlösliche Gase in Betracht. Das Wasser nimmt in der Wasserleitstruktur 30 einen mäanderförmigen Weg ein und passiert abwechselnd eine ringförmige Öffnung um einen Teller 31 und dann eine zentrale Durchtrittsöffnung 33 eines großen Tellers 32. Von dem untersten Teller gelangt das Wasser in den Flüssigkeitsraum 12. Im Druckbehälter 11 bleibt das Gas in gelöster Form im Wasser erhalten.
An den Wasserauslass 20 schließt sich die Kavitationsvorrichtung 21 an. Diese enthält eine Blende oder eine andere Engstelle. Das Wasser entspannt sich hinter der Kavitationsvorrichtung 21, wodurch Gasbläschen frei werden. In dem Flotator 40 steigen die Gasbläschen auf, wobei sie die im Wasser enthaltenen Fremdstoffe mitnehmen. Im oberen Bereich des Flotators 40 befindet sich eine Haube 41 aus der der aufgestiegene Schlamm durch einen Schlammauslass 42 abgeführt wird. Der Wasserspiegel ist mit 43 bezeichnet.
Das von Fremdstoffen befreite Wasser verlässt den Flotator durch den Wasserauslass 44.

Claims

Saturator (10) zum Einbringen eines in Wasser löslichen Gases in zu behandelndes Wasser, mit einem Druckbehälter (11), der einen unteren Flüssigkeitsraum (12) und einen oberen Gasraum (13) aufweist, wobei der Gasraum mit einem Druckgaseinlass (17) und einem Wassereinlass (16) und der Flüssigkeitsraum (12) mit einem Wasserauslass (20) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (13) unterhalb des Wassereinlasses (16) eine Wasserleitstruktur (30) enthält, an der das Wasser unter Bildung eines Wasserfilms entlangrinnt, wobei die Wasserleitstruktur (30) einen Weg bildet, der wesentlich länger ist als die Höhe des Gasraums (13).
Saturator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserleitstruktur mehrere übereinander angeordnete Teller (31, 32) aufweist, die durch vertikale Streben (34) verbunden sind.
Saturator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teller Durchtrittsöffnungen (33, 37) bilden, durch die das Wasser jeweils von einer oberen Etage in eine untere Etage gelangt.
Saturator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (33, 37) abwechselnd am Umfang und in der Mitte benachbarter Teller angeordnet sind.
Saturator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassereinlass (16) auf einen obersten Teller gerichtet ist.
Saturator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserleitstruktur eine wendelförmige Oberfläche hat.
Saturator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassereinlass tangential an dem Druckbehälter (11) angeordnet ist.
Saturator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserleitstruktur aus Füllkörpern zur Erzielung einer großen benetzbaren Oberfläche besteht.
Saturator nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (34) um eine vertikale Mittelachse der Teller (31, 32) herum angeordnet sind.
Saturator nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Saturator (10) zusammen mit einer hinter dem Wasserauslass (20) vorgesehenen Kavitationsvorrichtung (21) und danach folgendem Flotator (40) eine Wasseraufbereitungsanlage bildet.
Verfahren zum Einbringen eines wasserlöslichen Gases in zu behandelndes Wasser mit den Schritten: – Einfüllen von Wasser in einen Druckbehälter (11) bis zu einem vorbestimmten Pegel (14), – Erzeugen eines Gasdruckes in dem Druckbehälter (11) unter Bildung eines Gasraums (13) oberhalb des Pegels (14), – Zuführen von weiterem Wasser von oben oder seitlich tangential oder radial in den Druckbehälter (11), – Entlangführen des weiteren Wassers an einer in dem Druckraum (13) angeordneten Wasserleitstruktur (30) unter Bildung eines größtmöglichen Wasserfilmes, der das Gas aufnimmt und in das unter dem Pegel (14) befindliche Wasser ableitet.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Wasseraufbereitung, wobei das mit gelöstem Gas angereicherte Wasser in einer Kavitationsvorrichtung (21) unter Bildung von Gasblasen entspannt wird und anschließend einem Flotator (40) zum Abscheiden, Trennen und Aufflotieren der mit vorhandenen bzw. sich ergebenden Fremdstoffen beladenen Gasblasen, die an die Oberfläche aufgetrieben und dort abgeräumt werden, während das gereinigte Wasser über einen tiefer gelegenen Auslauf abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, unter Zugabe eines chemischen Zusatzes oder eines weiteren Gases, das eine Flockung oder chemische und/oder physikalische Reaktion von auszusondernden Inhaltsstoffen im Flotator begünstigt.