DE102010023631B4 - Static mixer and mixing method - Google Patents

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Abstract

Statischer Mischer (1) zum Zumischen eines Additivs in eine strömende Flüssigkeit, insbesondere zum Zumischen eines Fällmittels in Abwasser, mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper (2), der ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist und mit einer Zufuhreinrichtung (6, 7) für das Additiv, die ggf. über eine Leitung (5) mit einer Vorrats- und/oder Dosiereinrichtung (4) verbunden ist, wobei die Zufuhreinrichtung (6, 7) eine Lanze (6) aufweist, die mit einem Ende in das Innere des rohrförmigen Grundkörpers (2) ragt, wobei der rohrförmige Grundkörper (2) an seinem stromaufwärtigen Ende einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz (3) aufweist, dessen Querschnittsfläche sich in Strömungsrichtung zu dem rohrförmigen Grundkörper (2) hin verringert, wobei die Zufuhreinrichtung (6, 7) und wenigstens ein statisches Mischelement (8) zur Erzeugung von Turbulenzen in der durch den Grundkörper (2) strömenden Flüssigkeit auf der Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers (2) außerhalb des trichterförmigen Ansatzes (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) eine Einbaulänge von 3 bis 5 Rohrdurchmessern aufweist und dass die Lanze (6) gegenüber dem rohrförmigen Grundkörper (2) verschiebbar ist.Static mixer (1) for admixing an additive in a flowing liquid, in particular for admixing a precipitant in wastewater, having a substantially tubular base body (2) having an upstream end and a downstream end and having a feed device (6, 7) for the additive, which is optionally connected via a line (5) with a storage and / or metering device (4), wherein the supply means (6, 7) has a lance (6) having one end in the interior of the tubular body (2) protrudes, wherein the tubular base body (2) at its upstream end has a substantially funnel-shaped projection (3) whose cross-sectional area decreases in the flow direction to the tubular base body (2), wherein the supply means (6, 7 ) and at least one static mixing element (8) for generating turbulence in the liquid flowing through the base body (2) on the inside of the raw R-shaped base body (2) outside the funnel-shaped projection (3) are provided, characterized in that the static mixer (1) has a fitting length of 3 to 5 pipe diameters and that the lance (6) relative to the tubular base body (2) is displaceable.

Description

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer zum Zumischen eines Additivs in eine strömende Flüssigkeit, insbesondere zum Zumischen eines Fällmittels in Abwasser. Ein solcher Mischer hat bspw. einen im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper, der ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, über eine Zufuhreinrichtung, die ggf. über eine Leitung mit einer Vorrats- und Dosiereinrichtung verbunden ist, das Additiv in den Grundkörper eingebracht werden kann. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Mischen eines Additivs in ein strömendes, flüssiges Medium mittels eines statischen Mischers.The invention relates to a static mixer for admixing an additive in a flowing liquid, in particular for admixing a precipitant in wastewater. Such a mixer has, for example, a substantially tubular body having an upstream end and a downstream end, via a supply device, which is optionally connected via a line with a supply and metering device, the additive can be introduced into the body. The invention further relates to a method for mixing an additive into a flowing, liquid medium by means of a static mixer.

Mischer der eingangs genannten Art sind an sich bekannt. So beschreibt die DE 29 43 870 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Abwässern, insbesondere zur Phosphatfällung und zur Nachreinigung von Abwässern in Becken oder Teichen. Dabei erfolgt die Zugabe eines Fällungsmittels im Bereich eines Belüfters, um durch die dort erzeugten Strömungen und Turbulenzen die Vermischung von Fällungsmittel und Abwasser zu verbessern. So wird das Abwasser durch den Eintrag von Luft oder Sauerstoff aktiv in eine Umlaufströmung versetzt, um es anschließend mit dem Fällungsmittel zu vermischen.Mixers of the type mentioned are known per se. That's how it describes DE 29 43 870 A1 a method and a device for treating waste water, in particular for phosphate precipitation and for the subsequent purification of waste water in basins or ponds. The addition of a precipitant takes place in the area of an aerator in order to improve the mixing of precipitant and wastewater by the currents and turbulences generated there. Thus, the wastewater is actively added by the entry of air or oxygen in a circulating flow, to then mix it with the precipitant.

Weiterhin ist es aus der DE 1 190 437 , der DE 199 15 808 B4 und der DE 143 757 bekannt, mechanisch und/oder elektrisch betriebene Rührer, Rührwerke oder Pumpen einzusetzen, um das zuzumischende Additiv besser einzumischen. In der DE 199 15 808 B4 ist einer Mischpumpe ein Rohr mit einem Trichter vorgeschaltet, in welchem eine Vorvermischung des in den Trichter eingebrachten Wassers mit einer ebenfalls innerhalb des Trichters zugeführten chemischen Substanz erfolgen soll.Furthermore, it is from the DE 1 190 437 , of the DE 199 15 808 B4 and the DE 143 757 known to use mechanically and / or electrically operated stirrers, stirrers or pumps to better mix in the additive to be mixed. In the DE 199 15 808 B4 is a mixing pump connected upstream of a pipe with a funnel in which a pre-mixing of the water introduced into the funnel with a likewise supplied within the funnel chemical substance is to take place.

Allen diesen Mischern liegt das Prinzip zugrunde, dass zur Verbesserung der Vermischung von Additiven und Abwässern zusätzliche Bauelemente (z.B. Rührer, Rührwerke) vorgesehen sind und Fremdenergie für das Rühren oder zur Erzeugung von Strömungen zugeführt werden muss. Dies erhöht sowohl die Kosten für die Anlage wie auch für deren Betrieb.All these mixers are based on the principle that additional components (for example stirrers, stirrers) are provided to improve the mixing of additives and wastewaters and that external energy must be supplied for stirring or for generating currents. This increases both the cost of the plant as well as their operation.

Dokument US 2010/0032354 A1 offenbart ein System zur Sterilisierung des Ballastwassers eines Schiffes mit einem Inline-Mischer. Der Inline-Mischer ist ein Rohr, der aus einem Hauptrohrteil und einem Nebenrohrteil mit einem kleineren Durchmesser besteht. Ein Schaufelsitz ist im Hauptrohrteil eingesetzt. Im Zentrum des Schaufelsitzes sind eine Durchgangsöffnung und ein sich verjüngender Abschnitt vorgesehen. In der Durchgangsöffnung wiederum sind Leitschaufeln befestigt, die für einen Wirbelfluss sorgen. Zudem sind muschelförmige Vorsprünge an der Innenseite des Nebenrohrteils befestigt. Ein Ende eines Gas-Flüssigkeitseinspritzrohrs öffnet sich hin zu dem Nebenrohrteil und bringt Ozon oder Wasserstoffperoxid ein. Der Wirbelfluss kollidiert mit den muschelförmigen Vorsprüngen, das Ballastwasser wird in superfeine Partikel zerschmettert und mit dem Ozon oder Wasserstoffperoxid vermischt.document US 2010/0032354 A1 discloses a system for sterilizing the ballast water of a ship with an in-line mixer. The in-line mixer is a tube consisting of a main tube part and a smaller diameter side tube part. A paddle seat is inserted in the main pipe part. In the center of the blade seat, a through hole and a tapered portion are provided. In the passage opening in turn vanes are attached, which provide a vortex flow. In addition, shell-shaped projections are attached to the inside of the secondary pipe part. One end of a gas-liquid injection pipe opens toward the secondary pipe part and introduces ozone or hydrogen peroxide. The vortex flow collides with the shell-shaped protrusions, the ballast water is shattered into superfine particles and mixed with the ozone or hydrogen peroxide.

Dokument US 6,730,214 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur beschleunigten Lösung von Gas in einer Flüssigkeit mit einem Injektor. Ein Körper des Injektors hat axial in der Mitte einen runden Durchgang von einem Einlass- bis zu einem Auslassende. Einem Einlassbereich folgen stromabwärts ein konvergierender Bereich, ein zylindrischer Halsbereich und ein sich aufweitender Bereich. Ein Kanal mit einem Versorgungsanschluss geht in eine ringförmige Nut über, durch die Behandlungsgas in den Halsbereich eingebracht wird. In dem konvergierenden Bereich sind Verwirbelungsschaufeln geformt, die einen leichten, ringförmigen Drall in einer Randschicht einer Strömung erzeugen. In dem sich aufweitenden Bereich sind Begradigungsschaufeln geformt, welche einen Anteil dieses Dralls wieder entfernen.document US 6,730,214 B2 describes a device for accelerated solution of gas in a liquid with an injector. A body of the injector has axially in the middle a round passage from an inlet to an outlet end. An inlet area is followed downstream by a converging area, a cylindrical neck area and a widening area. A channel with a supply port merges into an annular groove through which treatment gas is introduced into the neck region. In the converging region, swirl vanes are formed which create a slight, annular swirl in an edge layer of a flow. In the widening region straightening blades are formed, which remove a portion of this twist again.

Dokument WO 2010/031067 A2 zeigt eine Düse mit einem Venturi-Bauteil, welches eine Venturi-Düse und einen Venturi-Diffusor aufweist. Ein erstes Ende der Venturi-Düse dient dazu, dass Wasser von einer Wassereinlassöffnung zu einer Verengung in dem Venturi-Diffusor strömt. Ein zweites Ende der Venturi-Düse ist derart gestaltet, dass es in ein erstes Ende des Venturi-Diffusors passt und sich daran anfügt, sodass dazwischen Ozon-Einlässe verlaufen. Dazu weist die Venturi-Düse a ihrer Außenseite Nuten zwischen ihrem ersten Ende und zweiten Ende auf. Stromabwärts des Venturi-Bauteils ist eine Mischvorrichtung mit einem Helix-Mischer angeordnet.document WO 2010/031067 A2 shows a nozzle with a Venturi component, which has a Venturi nozzle and a Venturi diffuser. A first end of the venturi nozzle serves to flow water from a water inlet port to a throat in the venturi diffuser. A second end of the venturi nozzle is configured to mate with and adhere to a first end of the venturi diffuser so that ozone inlets pass therebetween. For this purpose, the Venturi nozzle a on its outer side grooves between its first end and second end. Downstream of the venturi component is a mixing device with a helical mixer.

Ein Belebungsbecken einer Kleinkläranlage mit einer Abwasserumwälzleitung und einer Schlammrückführleitung ist in Dokument DE 10 2006 060 588 A1 offenbart. Über eine Umwälzpumpe und die Abwasserumwälzleitung wird ein in dem Belebungsbecken befindliches Abwasser umgewälzt. Ein Strahlenpumpeneffekt wird zur dosierten Einführung von Flüssigkeit aus einem Behälter eingesetzt. Auf diese Weise wird eine besonders gute Vermischung der zuzusetzenden Substanz mit dem Abwasser sichergestellt.An aeration tank of a small sewage treatment plant with a sewage recycle line and a sludge return line is in document DE 10 2006 060 588 A1 disclosed. Via a circulation pump and the waste water circulation line, a wastewater located in the aeration tank is circulated. A radiation pumping effect is used for metered introduction of liquid from a container. In this way, a particularly good mixing of the substance to be added with the wastewater is ensured.

Druckschrift US 2005 / 0 263 914 A1 offenbart eine Belüftungsvorrichtung mit einem zylindrischen Durchgangsrohr, in dessen unteren Teil ein Raumabschnitt sowie eine Flüssigkeits-Eintrittsabschnitt vorgesehen sind und in dessen oberen Teil ein statischer Mischer angeordnet ist. Ein zylindrisches Gaszuführrohr ragt mit einem Auslass-abschnitt in den Raumabschnitt. Ein unterer Abschnitt des zylindrischen Durchgangsrohrs ist konisch geformt und verjüngt sich nach oben hin.pamphlet US 2005/0 263 914 A1 discloses a ventilation device with a cylindrical passage tube, in the lower part of a space portion and a liquid inlet portion are provided and in the upper part of a static mixer is arranged. A cylindrical one Gas supply pipe protrudes with an outlet section in the space section. A lower portion of the cylindrical passage tube is conically shaped and tapers upwardly.

Die Druckschrift US 3 852 384 A zeigt eine Belüftungsanordnung mit einer automatischen Längeneinstellung. Eine rohrförmige Säule besteht aus einem unteren Abschnitt und einem oberen Abschnitt, wobei letzterer einen größeren Durchmesser aufweist und wobei sich beide Abschnitte in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsstand in einem Bassin automatisch aus- und ineinanderschieben.The publication US 3 852 384 A shows a ventilation arrangement with an automatic length adjustment. A tubular column consists of a lower portion and an upper portion, the latter having a larger diameter and wherein both sections automatically slide out and in depending on a liquid level in a basin.

Ein Jaucherührer des Dokuments GB 2 249 969 A umfasst eine rohrförmige Säule, die auf einem Ständer ruht und Öffnungen in ihrer Seitenwand aufweist, durch welche die Jauche aus einem Tank in die Säule gelangt. Eine Luftleitung öffnet sich in einen Fuß der Säule. Durch diese Luftleitung wird ein Innenraum der Säule mit Luft versorgt. Im Innenraum der Säule erstreckt sich ein spiralförmiges Leitblech.A manure smoker of the document GB 2 249 969 A comprises a tubular column resting on a pedestal and having openings in its side wall through which the slurry passes from a tank into the column. An air duct opens into one foot of the column. Through this air line, an interior of the column is supplied with air. In the interior of the column, a spiral baffle extends.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen statischen Mischer bereitzustellen, der eine schnelle und intensive Durchmischung von Additiven und einer strömenden Flüssigkeit bei gleichzeitig ökonomischer Betriebsweise ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a static mixer which enables a rapid and intensive mixing of additives and a flowing liquid while at the same time operating economically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem statischen Mischer der eingangs genannten Art, bei welchem der rohrförmige Grundkörper an seinem stromaufwärtigen Ende einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz aufweist, dessen Querschnittsfläche sich in Strömungsrichtung zu dem rohrförmigen Grundkörper hin verringert, dadurch gelöst, dass die Zufuhreinrichtung und wenigstens ein statisches Mischelement zur Erzeugung von Turbulenzen in der durch den Grundkörper strömenden Flüssigkeit im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers außerhalb des trichterförmigen Ansatzes vorgesehen sind.This object is achieved in a static mixer of the type mentioned, in which the tubular base body at its upstream end has a substantially funnel-shaped approach, the cross-sectional area decreases in the flow direction to the tubular base body, achieved in that the supply means and at least one static mixing element for generating turbulence in the liquid flowing through the base body are provided in the interior of the tubular base body outside the funnel-shaped projection.

Es hat sich herausgestellt, dass die strömende Flüssigkeit durch die Anordnung der vorliegenden Erfindung in dem trichterförmigen Ansatz nicht nur deutlich beschleunigt wird, sondern sich in dem anschließenden rohrförmigen Grundkörper durch das Vorhandensein des wenigstens einen statischen Mischelements auch intensiv mit dem Additiv durchmischt. Hierdurch wird eine rasche und gleichmäßige Verteilung des zuzumischenden Additivs erreicht, was zu einer deutlichen Verringerung des Additivverbrauchs, bspw. um bis zu 30 % führt. It has been found that the flowing liquid is not only significantly accelerated by the arrangement of the present invention in the funnel-shaped approach, but also intensively mixed with the additive in the subsequent tubular body by the presence of the at least one static mixing element. As a result, a rapid and uniform distribution of the additive to be admixed is achieved, which leads to a significant reduction of the additive consumption, for example by up to 30%.

Durch das Anordnen der Zufuhreinrichtung für das Additiv an der im Wesentlichen engsten Stelle des statischen Mischers kann der so genannte Venturi-Effekt für die Zufuhr des Additivs ausgenutzt werden. Beim Venturi-Effekt sinkt mit steigender Strömungsgeschwindigkeit der Druck in der Zufuhreinrichtung, so dass das Additiv aus einem Vorratsbehälter eingesogen werden kann, ohne dass zusätzliche Fremdenergie in Form von Pumpleistung erforderlich ist.By arranging the additive supply means at the substantially narrowest point of the static mixer, the so-called Venturi effect can be utilized for the supply of the additive. With the venturi effect, the pressure in the feed device decreases as the flow velocity increases, so that the additive can be drawn in from a storage container without the need for additional external energy in the form of pumping power.

Der erfindungsgemäße statische Mischer zeichnet sich auch durch eine relativ kurze Einbaulänge von 3 bis 5 Rohrdurchmessern aus. Der trichterförmige Ansatz ist dabei insbesondere kegelstumpfförmig. Je nach Anforderung kann der trichterförmige Ansatz jedoch auch nach innen oder außen gebogene Wände aufweisen. Der rohrförmige Grundkörper ist in der Regel im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt, kann aber auch, abgestimmt auf die Einbausituation, im Querschnitt quadratisch, rechteckig oder mehreckig bzw. elliptisch ausgestaltet sein.The static mixer according to the invention is also characterized by a relatively short installation length of 3 to 5 pipe diameters. The funnel-shaped approach is in particular frustoconical. However, depending on the requirement, the funnel-shaped projection can also have walls curved inwards or outwards. The tubular base body is generally made substantially cylindrical, but can also be configured in cross section square, rectangular or polygonal or elliptical, matched to the installation situation.

Da das wenigstens eine statische Mischelement in dem rohrförmigen Grundkörper nicht beweglich angebracht ist, ist es im Wesentlichen verschleißfrei und wartungsarm. Je nach den Anforderungen des Einsatzes kann das wenigstens eine statische Mischelement auch abnehmbar vorgesehen sein, um für unterschiedliche strömende Flüssigkeiten verschiedene statische Mischelemente in den statischen Mischer einzubringen. Verschiedene statische Mischelemente können ggf. auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.Since the at least one static mixing element is not movably mounted in the tubular base body, it is essentially wear-free and requires little maintenance. Depending on the requirements of the insert, the at least one static mixing element may also be provided detachably in order to introduce different static mixing elements into the static mixer for different flowing liquids. If necessary, different static mixing elements can also be used in combination with each other.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine statische Mischelement wenigstens eine Mischwendel, eine Schnecke und/oder ein Ablenkelement aufweist.In a development of the invention, it is proposed that the at least one static mixing element has at least one mixing spiral, a screw and / or a deflection element.

Die statischen Mischelemente sind verstopfungsfrei ausgeführt, d.h., auch feststoffhaltige Flüssigkeiten, Schlämme sowie faser- und/oder flockenhaltiges Abwasser können mit dem erfindungsgemäßen statischen Mischer behandelt werden, ohne zur Verstopfung und damit zum Ausfall der gesamten Anlage zu führen.The static mixing elements are designed without clogging, that is, also solids-containing liquids, sludge and fiber and / or flake-containing wastewater can be treated with the static mixer according to the invention, without leading to blockage and thus failure of the entire system.

Bevorzugt ist die Zufuhreinrichtung für das Additiv am Übergang von dem trichterförmigen Ansatz zu dem rohrförmigen Grundkörper angeordnet. Erfindungsgemäß weist die Zufuhreinrichtung für das Additiv eine Lanze auf, die mit einem Ende in das Innere des rohrförmigen Grundkörpers ragt. Zusätzlich kann die Zufuhreinrichtung für das Additiv eine voreinstellbare Düse aufweisen, die im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers angeordnet ist.The supply device for the additive is preferably arranged at the transition from the funnel-shaped attachment to the tubular base body. According to the invention, the feed device for the additive has a lance which projects with one end into the interior of the tubular main body. In addition, the additive supply means may comprise a presettable nozzle disposed inside the tubular body.

Die Lanze ist gegenüber dem rohrförmigen Grundkörper verschiebbar vorgesehen, um die Aufgabestelle für das Additiv variieren zu können. Die voreinstellbare Düse an dem im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers befindlichen Ende der Lanze dient zur optimalen Dosierung des Additivs, indem je nach Strömungsgeschwindigkeit und Art des Additivs unterschiedliche Düsenöffnungen eingestellt werden können. Unter anderem ist es dabei möglich, verschiedene Additive (beispielsweise unterschiedlicher Viskosität) zur Vermischung in die strömende Flüssigkeit einzubringen.The lance is slidably provided in relation to the tubular base body in order to be able to vary the point of application for the additive. The presettable nozzle on the located in the interior of the tubular body end of the lance is used for optimal metering of the additive, by depending on the flow rate and type of Additive different nozzle openings can be adjusted. Among other things, it is possible to introduce various additives (for example, different viscosity) for mixing in the flowing liquid.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Verfahren zum Mischen eines Additivs in ein strömendes, flüssiges Medium mittels eines statischen Mischers gelöst, nämlich durch ein Verfahren zum Mischen eines Fällmittels mit Abwasser unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Mischers. Das Verfahren zeichnet sich durch die Schritte aus:

  1. a) passives Beschleunigen des strömenden, flüssigen Mediums durch einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz in einen im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper des Mischers hinein,
  2. b) Einbringen des Additivs in das beschleunigt strömende, flüssige Medium durch eine Zufuhreinrichtung, und
  3. c) passives turbulentes Vermischen des beschleunigt strömenden, flüssigen Mediums mit dem Additiv durch wenigstens ein statisches Mischelement des Mischers in dem rohrförmigen Grundkörper.
The object of the invention is also achieved by a method for mixing an additive into a flowing, liquid medium by means of a static mixer, namely by a method for mixing a precipitant with wastewater using a mixer according to the invention. The process is characterized by the steps:
  1. a) passive acceleration of the flowing liquid medium through a substantially funnel-shaped projection into a substantially tubular base body of the mixer,
  2. b) introducing the additive into the accelerated, flowing liquid medium by means of a feed device, and
  3. c) passive turbulent mixing of the accelerated, flowing medium with the additive through at least one static mixing element of the mixer in the tubular base body.

Unter einem passiven Beschleunigen und einem passiven Vermischen wird ein Beschleunigen bzw. Vermischen ohne zusätzliche Zufuhr externer Energie, bspw. durch einen motorgetriebenen Mischer oder eine Pumpe, verstanden. So ist es insbesondere beabsichtigt, dass in Schritt a) das Beschleunigen des strömenden, flüssigen Mediums durch die Verringerung des Strömungsquerschnitts bei gleichbleibender Durchflussmenge ohne den Einsatz zusätzlicher Fremdenergie bewirkt wird, und/oder dass in Schritt b) das Aufgeben des Additivs aus der Zufuhreinrichtung durch einen verringerten Druck bewirkt wird, der sich aus dem Beschleunigen des strömenden, flüssigen Mediums an dem verringerten Strömungsquerschnitt ergibt.Passive acceleration and passive mixing are understood to mean acceleration or mixing without additional supply of external energy, for example by means of a motor-driven mixer or a pump. Thus, it is in particular intended that in step a) the acceleration of the flowing liquid medium is effected by reducing the flow cross-section at a constant flow rate without the use of additional external energy, and / or that in step b) the abandonment of the additive from the supply device causing a reduced pressure resulting from the acceleration of the flowing liquid medium at the reduced flow area.

Vorteilhafterweise wird der vorstehend bereits erwähnte Venturi-Effekt zur Beschleunigung des strömenden flüssigen Mediums ausgenutzt, so dass keine zusätzliche Pumpleistung nötig ist. Durch die Ausnutzung bestehender Stoffströme in dem erfindungsgemäßen Verfahren muss keine Fremdenergie zur Vermischung von Additiv und strömendem flüssigen Medium eingesetzt werden.Advantageously, the above-mentioned Venturi effect is used to accelerate the flowing liquid medium, so that no additional pump power is needed. By utilizing existing material flows in the process according to the invention, no external energy has to be used to mix the additive and the flowing liquid medium.

In vorteilhafter Weise wird das Verfahren so geführt, dass der rohrförmige Grundkörper derart über einem aktiv belüfteten Feld einer Belebungsstufe angeordnet wird, dass die Strömung des flüssigen Mediums durch die Belüftung der Belebungsstufe erzeugt wird.Advantageously, the method is performed so that the tubular base body is arranged over an actively ventilated field of an activation stage such that the flow of the liquid medium is generated by the aeration of the activation stage.

In dieser Ausgestaltung wird der Energiebedarf weiter gesenkt, da auch für die Strömung des flüssigen Mediums keine Pumpleistung nötig ist, weil diese durch die Belüftung der Belegungsstufe erzeugt wird. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Mischers und Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens über einem aktiv belüfteten Feld einer Belegungsstufe hat es sich als nicht notwendig herausgestellt, dass der gesamte Strom des flüssigen Mediums durch den statischen Mischer geführt werden muss, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Das Durchleiten eines Teilstroms des flüssigen Mediums reicht in der Regel aus, um beispielsweise eine Phosphatfällung durchzuführen.In this embodiment, the energy requirement is further reduced, since no pump power is necessary for the flow of the liquid medium, because this is generated by the ventilation of the occupancy level. When using the mixer according to the invention and carrying out the method according to the invention over an actively ventilated field of an occupancy level, it has not been found necessary that the entire flow of the liquid medium must be passed through the static mixer in order to achieve the desired effect. The passage of a partial flow of the liquid medium is usually sufficient to perform, for example, a phosphate precipitation.

Alternativ hierzu kann der rohrförmige Grundkörper derart in einem Zulaufverteilerschacht angeordnet sein, dass die Strömung des flüssigen Mediums durch dessen Zulauf erzeugt wird. Nach einer weiteren Ausführungsform kann der rohrförmige Grundkörper derart in einer Rücklaufschlammleitung angeordnet sein, dass die Strömung des flüssigen Mediums durch den Zulauf zu der Rücklaufschlammleitung erzeugt wird. In beiden Fällen wird keine Fremdenergie für die Vermischung benötigt.Alternatively, the tubular base body may be arranged in an inlet distributor shaft such that the flow of the liquid medium is generated by its inlet. According to a further embodiment, the tubular base body can be arranged in a return sludge line such that the flow of the liquid medium is generated by the inlet to the return sludge line. In both cases no external energy is needed for the mixing.

Das Verfahren eignet sich nicht nur für die Zugabe von Additiven wie Flockungsmitteln oder Desinfektionsmitteln, es ist auch eine Regelung des pH-Werts des flüssigen Mediums sowie der Eintrag von Gasen (z.B. Luft, Sauerstoff, Ozon) möglich.The method is not only suitable for the addition of additives such as flocculants or disinfectants, it is also possible to regulate the pH of the liquid medium and to introduce gases (for example air, oxygen, ozone).

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen schematisch:

  • 1 eine erste Ausführungsform des statischen Mischers,
  • 2 eine teilweise Schnittansicht des in 1 gezeigten statischen Mischers,
  • 3 einen Einsatz des statischen Mischers in einem Quelltopf, und
  • 4 einen Einsatz des statischen Mischers über einem Belüfterfeld.
Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to FIGS. All described and / or illustrated features, alone or in any meaningful combination, constitute the subject matter of the invention, also irrespective of their summary in the claims or their dependency. They show schematically:
  • 1 a first embodiment of the static mixer,
  • 2 a partial sectional view of the in 1 shown static mixer,
  • 3 a use of the static mixer in a source pot, and
  • 4 an insert of the static mixer over an aerator field.

Der in 1 gezeigte statische Mischer 1 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper 2 mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende. In 1 ist mit den Pfeilen S die Strömungsrichtung durch den statischen Mischer 1 dargestellt. Am stromaufwärtigen Ende des rohrförmigen Grundkörpers 2 ist ein im Wesentlichen trichterförmiger Ansatz 3 angeordnet, der in der in 1 dargestellten Ausführungsform mit geraden, kegelstumpfförmigen Trichterwänden gezeigt wird. Am Übergang zwischen dem trichterförmigen Ansatz 3 und dem rohrförmigen Grundkörper 2 ist eine Zufuhreinrichtung für ein Additiv, beispielsweise ein Fällungsmittel vorgesehen, welche eine Vorrats- und/oder Dosiereinrichtung 4 aufweist, die durch eine Zufuhrleitung 5 mit einer Lanze 6 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel wird ein Fällungsmittel (z.B. Eisenchloride, Eisensulfat) auf Abwasser in einer Abwasserbehandlungsanlage aufgegeben.The in 1 shown static mixer 1 has a substantially tubular body 2 with an upstream and a downstream end. In 1 is with the arrows S the flow direction through the static mixer 1 shown. At the upstream end of the tubular body 2 is a substantially funnel-shaped approach 3 arranged in the in 1 shown embodiment with straight, frustoconical funnel walls is shown. At the transition between the funnel-shaped approach 3 and the tubular base body 2 a supply device for an additive, for example a precipitant is provided, which is a supply and / or metering device 4 having, through a supply line 5 with a lance 6 connected is. In the present example, a precipitant (eg, iron chlorides, ferrous sulfate) is applied to wastewater in a wastewater treatment plant.

Wie in 2 gezeigt, ist an dem im Inneren des rohrförmigen Körpers 2 angeordneten Ende der Lanze 6 eine voreinstellbare Düse 7 vorgesehen, durch welche das zuzugebende Additiv in die den statischen Mischer 1 durchströmende Flüssigkeit eingebracht wird. Die Lanze 6 kann in dem rohrförmigen Grundkörper 1 verschiebbar angeordnet sein, so dass das Additiv an verschiedenen Stellen des Strömungsquerschnitts eingedüst werden kann.As in 2 is shown on the inside of the tubular body 2 arranged end of the lance 6 a presettable nozzle 7 provided by which the additive to be added in the static mixer 1 flowing liquid is introduced. The lance 6 can in the tubular body 1 be arranged displaceable, so that the additive can be injected at different points of the flow cross-section.

Weiter ist in dem rohrförmigen Grundkörper 2 wenigstens ein statisches Mischelement 8 zur Erzeugung von Turbulenzen in der strömenden Flüssigkeit vorgesehen. 2 zeigt vereinfacht eine Anzahl von Ablenkelementen. Das statische Mischelement 8 kann jedoch jede für die Erzeugung von Turbulenzen geeignete geometrische Form einschließlich einer Wendel, einer Schnecke oder ähnlichem annehmen.Next is in the tubular body 2 at least one static mixing element 8th provided for generating turbulence in the flowing liquid. 2 shows a simplified number of baffles. The static mixing element 8th however, it may adopt any geometric shape suitable for generating turbulence, including a helix, a screw, or the like.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird eine strömende Flüssigkeit durch die Verengung des trichterförmigen Ansatzes 3 passiv beschleunigt. Hierbei wird der sogenannte Venturi-Effekt ausgenutzt, bei dem sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zu dem sich verändernden Strömungsquerschnitt umgekehrt proportional verhält. Am kleinsten Strömungsquerschnitt, d.h. am Übergang von trichterförmigen Ansatz 3 zu rohrförmigen Grundkörper 2, ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit am größten, während der herrschende Druck am niedrigsten ist.In the process of the invention, a flowing liquid through the constriction of the funnel-shaped approach 3 passively accelerated. Here, the so-called Venturi effect is exploited, in which the flow velocity of the liquid behaves inversely proportional to the changing flow cross-section. At the smallest flow cross-section, ie at the transition from funnel-shaped approach 3 to tubular body 2 , the velocity of the liquid is greatest while the prevailing pressure is lowest.

In einer Abwandlung der Ausführungsform kann sich die Querschnittsfläche des rohrförmigen Grundkörpers zum stromabwärtigen Ende hin wieder vergrößern. Hierdurch wird zum einen der vorstehend bereits genannte Venturi-Effekt verstärkt, zum anderen bewirkt die Vergrößerung der Querschnittsfläche eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, so dass es in der strömenden Flüssigkeit zu Verwirbelungen kommt, die zusammen mit den Mischelementen für eine noch bessere Vermischung von strömender Flüssigkeit und Additiv sorgen.In a modification of the embodiment, the cross-sectional area of the tubular body may increase again toward the downstream end. In this way, on the one hand, the above-mentioned Venturi effect is enhanced, on the other causes the increase in cross-sectional area, a reduction in the flow velocity, so that it comes in the flowing fluid to turbulence, which together with the mixing elements for an even better mixing of flowing liquid and Additive care.

Der Venturi-Effekt kann dazu genutzt werden, das der strömenden Flüssigkeit zuzugebende Additiv passiv aus der Zufuhreinrichtung durch die Zufuhrleitung 5 und die Lanze 6 einzudüsen. Durch die Ausnutzung der vorhandenen Strömungsdynamik ist somit keine Fremdenergie zur Aufgabe des Additivs, beispielsweise durch eine Dosierpumpe oder ähnliches, notwendig. Die strömende Flüssigkeit mit dem zugegebenen Additiv trifft in dem rohrförmigen Grundkörper 2 auf statische Mischelemente 8, wodurch Flüssigkeit und Additiv intensiv vermischt werden.The venturi effect can be used to passively admix the additive to be added to the flowing liquid from the feed through the feed line 5 and the lance 6 inject. By exploiting the existing flow dynamics is thus no external energy to the task of the additive, for example by a metering pump or the like, necessary. The flowing liquid with the additive added impinges in the tubular body 2 on static mixing elements 8th , which intensively mixes liquid and additive.

3 stellt einen Einsatz des statischen Mischers 1 in einem Verteilerbauwerk 9, beispielsweise einem Quelltopf, dar. Der statische Mischer 1 ist in dieser Ausführungsform mit einem Flansch 10 an seinem stromabwärtigen Ende versehen, an welchem sich Halteeinrichtungen 11 anschließen, mit denen der statische Mischer 1 in/an dem Verteilerbauwerk 9 gehalten wird. Wie 3 zu entnehmen ist, befindet sich die Vorrats- und/oder Dosiereinrichtung 4 der Zufuhreinrichtung für das Additiv außerhalb des Verteilerbauwerks 9. Die Zufuhrleitung 5 führt zu der in den statischen Mischer 1 hineinragende Lanze 6. Im unteren Bereich des Verteilerbauwerks 9 befindet sich der Abwasserzulauf 12, so dass die sich aus dem Zulauf ergebende Strömung in der in 3 gezeigten Ausführungsform aufwärts verläuft und so in den statischen Mischer 1 hineinläuft. 3 represents a use of the static mixer 1 in a distribution structure 9 , For example, a source pot, the static mixer 1 is in this embodiment with a flange 10 provided at its downstream end, on which are holding devices 11 connect with which the static mixer 1 in / at the distributor building 9 is held. As 3 it can be seen, is the storage and / or metering device 4 the supply device for the additive outside the distributor structure 9 , The supply line 5 leads to the in the static mixer 1 protruding lance 6 , In the lower part of the distributor building 9 is the wastewater feed 12 , so that the flow resulting from the feed in the in 3 shown embodiment runs upward and so in the static mixer 1 into running.

In 4 ist eine weitere Einsatzmöglichkeit des statischen Mischers 1 schematisch dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der statische Mischer 1 über einem Belüfterfeld 13 angebracht. In der Darstellung der 4 ist der statische Mischer 1 über den Flansch 10 und die Halteeinrichtung 11 an einer Seitenwand 14 eines Bauwerks angebracht. Die notwendige Strömung der Flüssigkeit wird durch die Belüftung des Abwassers erreicht, welches aufwärts in den statischen Mischer 1 einströmt. Bei der in 4 dargestellten Anordnung des statischen Mischers 1 über einem Belüfterfeld 13 ist es ausreichend, einen Teilstrom des aus dem Belüfterfeld 13 aufsteigenden Abwassers zu behandeln, um das gewünschte Ergebnis, beispielsweise eine Phosphatfällung, zu erzielen. Im Falle des in 4 dargestellten Belüfterfeldes 13 kann in einer konkreten Ausführungsform beispielsweise zweiwertiges Eisen ohne einen Energieverlust durch Oxidation zur Fällung in das Abwasser eingemischt werden.In 4 is another use of the static mixer 1 shown schematically. In this embodiment, the static mixer 1 over an aerator field 13 appropriate. In the presentation of the 4 is the static mixer 1 over the flange 10 and the holding device 11 on a side wall 14 attached to a building. The necessary flow of liquid is achieved by the aeration of the waste water, which flows upwards into the static mixer 1 flows. At the in 4 illustrated arrangement of the static mixer 1 over an aerator field 13 it is sufficient, a partial flow of the from the Belüfterfeld 13 ascending effluent to achieve the desired result, for example, a phosphate precipitate. In the case of in 4 illustrated Belüfterfeldes 13 For example, in a specific embodiment, divalent iron can be mixed into the wastewater without precipitation by oxidation for precipitation.

Die in 3 und 4 dargestellten Anordnungen zeigen den statischen Mischer in einer senkrechten Anordnung mit einer von unten nach oben verlaufenden Strömungsrichtung. Je nach Einsatzfeld kann der statische Mischer 1 jedoch auch mit einer umgekehrten Strömungsrichtung von oben nach unten oder mit einer horizontalen Strömungsrichtung betrieben werden. Ein Beispiel für eine horizontale oder geneigte Strömungsrichtung ist eine Rücklaufschlammleitung einer Abwasseraufbereitung.In the 3 and 4 shown arrangements show the static mixer in a vertical arrangement with a bottom-up flow direction. Depending on the application, the static mixer 1 However, also be operated with a reverse flow direction from top to bottom or with a horizontal flow direction. An example of a horizontal or inclined flow direction is a return sludge line of a wastewater treatment.

Neben dem Einbau des erfindungsgemäßen statischen Mischers 1 in Leitungen wie Rücklaufschlammleitungen, Verteilerbauwerke 9 oder über Belüfterfelder 13 ist es möglich, diesen mit einer entsprechenden Geometrie auch in ein durchströmtes offenes Becken oder einen Kanal mit ausreichender Strömung einzubauen.In addition to the installation of the static mixer according to the invention 1 in pipes such as return sludge lines, distribution structures 9 or over ventilator fields 13 It is possible to incorporate this with a corresponding geometry in a flow-through open basin or a channel with sufficient flow.

Geeignete Materialien für den statischen Mischer 1 richten sich nach dessen konkretem Einsatzzweck, bestehen aber in der Regel aus (rostfreiem) Stahl, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, (hochdichtem) Polyethylen, Polyvinylchlorid, glasfaserverstärktem Kunststoff oder dergleichen.Suitable materials for the static mixer 1 are based on its specific purpose, but are usually made of (stainless) steel, polypropylene, polyvinylidene fluoride, (high density) polyethylene, polyvinyl chloride, glass fiber reinforced plastic or the like.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
statischer Mischerstatic mixer
22
rohrförmiger Grundkörpertubular body
33
trichterförmiger Ansatzfunnel-shaped approach
44
Vorrats- und/oder DosiereinrichtungSupply and / or metering device
55
Zufuhrleitungsupply line
66
Lanzelance
77
voreinstellbare Düsepresettable nozzle
88th
statisches Mischelementstatic mixing element
99
Verteilerbauwerkdistribution structure
1010
Flanschflange
1111
Haltevorrichtungholder
1212
Abwasserzulaufwaste water supply
1313
Belüfterfeldaerator
1414
SeitenwandSide wall
SS
Strömungsrichtungflow direction

Claims (9)

Statischer Mischer (1) zum Zumischen eines Additivs in eine strömende Flüssigkeit, insbesondere zum Zumischen eines Fällmittels in Abwasser, mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper (2), der ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist und mit einer Zufuhreinrichtung (6, 7) für das Additiv, die ggf. über eine Leitung (5) mit einer Vorrats- und/oder Dosiereinrichtung (4) verbunden ist, wobei die Zufuhreinrichtung (6, 7) eine Lanze (6) aufweist, die mit einem Ende in das Innere des rohrförmigen Grundkörpers (2) ragt, wobei der rohrförmige Grundkörper (2) an seinem stromaufwärtigen Ende einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz (3) aufweist, dessen Querschnittsfläche sich in Strömungsrichtung zu dem rohrförmigen Grundkörper (2) hin verringert, wobei die Zufuhreinrichtung (6, 7) und wenigstens ein statisches Mischelement (8) zur Erzeugung von Turbulenzen in der durch den Grundkörper (2) strömenden Flüssigkeit auf der Innenseite des rohrförmigen Grundkörpers (2) außerhalb des trichterförmigen Ansatzes (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) eine Einbaulänge von 3 bis 5 Rohrdurchmessern aufweist und dass die Lanze (6) gegenüber dem rohrförmigen Grundkörper (2) verschiebbar ist.Static mixer (1) for admixing an additive in a flowing liquid, in particular for admixing a precipitant in wastewater, having a substantially tubular base body (2) having an upstream end and a downstream end and having a feed device (6, 7) for the additive, which is optionally connected via a line (5) with a storage and / or metering device (4), wherein the supply means (6, 7) has a lance (6) having one end in the interior of the tubular body (2) protrudes, wherein the tubular base body (2) at its upstream end has a substantially funnel-shaped projection (3) whose cross-sectional area decreases in the flow direction to the tubular base body (2), wherein the supply means (6, 7 ) and at least one static mixing element (8) for generating turbulence in the liquid flowing through the base body (2) on the inside of the raw R-shaped base body (2) outside the funnel-shaped projection (3) are provided, characterized in that the static mixer (1) has a fitting length of 3 to 5 pipe diameters and that the lance (6) relative to the tubular base body (2) is displaceable. Statischer Mischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine statische Mischelement (8) eine Mischwendel, eine Schnecke und/oder ein Ablenkelement aufweist.Static mixer (1) after Claim 1 , characterized in that the at least one static mixing element (8) comprises a mixing spiral, a screw and / or a deflecting element. Statischer Mischer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (6, 7) für das Additiv am Übergang von dem trichterförmigen Ansatz (3) zu dem rohrförmigen Grundkörper (2) angeordnet ist.Static mixer (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the supply means (6, 7) for the additive at the transition from the funnel-shaped projection (3) to the tubular base body (2) is arranged. Statischer Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (6, 7) für das Additiv eine insbesondere voreinstellbare Düse (7) aufweist, die im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers (2) angeordnet ist.Static mixer (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device (6, 7) for the additive has a nozzle (7) which can be preselected in particular and which is arranged in the interior of the tubular base body (2). Verfahren zum Mischen eines Fällmittels in ein strömendes, flüssiges Abwasser mittels eines statischen Mischers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte a) passives Beschleunigen des strömenden, flüssigen Abwassers durch einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz (3) in einen im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper (2) des statischen Mischers (1) hinein, b) Einbringen des Fällmittels in das beschleunigt strömende, flüssige Abwasser durch eine Zufuhreinrichtung (6, 7), und c) passives turbulentes Vermischen des beschleunigt strömenden, flüssigen Abwassers mit dem Fällmittel durch wenigstens ein statisches Mischelement (8) des statischen Mischers (1) in dem rohrförmigen Grundkörper (2).A method of mixing a precipitant into a flowing liquid wastewater by means of a static mixer (1) according to any one of the preceding claims characterized by the steps of a) passively accelerating the flowing liquid effluent through a substantially funnel-shaped projection (3) into one substantially b) introducing the precipitant into the accelerated flowing, liquid wastewater by a supply device (6, 7), and c) passive turbulent mixing of the accelerated, flowing liquid wastewater with the precipitant through at least one static mixing element (8) of the static mixer (1) in the tubular base body (2). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Beschleunigen des strömenden, flüssigen Abwassers durch die Verringerung des Strömungsquerschnitts bei gleichbleibender Durchflussmenge ohne den Einsatz zusätzlicher Fremdenergie bewirkt wird, und/oder in Schritt b) das Aufgeben des Fällmittels aus der Zufuhreinrichtung (6, 7) durch einen verringerten Druck bewirkt wird, der sich aus dem Beschleunigen des strömenden, flüssigen Abwassers an dem verringerten Strömungsquerschnitt ergibt.Method according to Claim 5 , characterized in that in step a) the acceleration of the flowing, liquid wastewater is effected by reducing the flow cross section at a constant flow rate without the use of additional external energy, and / or in step b) the deposition of the precipitant from the supply means (6, 7 ) is caused by a reduced pressure resulting from the acceleration of the flowing liquid waste water at the reduced flow area. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) derart über einem aktiv belüfteten Feld (13) einer Belebungsstufe angeordnet ist, dass die Strömung des flüssigen Abwassers durch die Belüftung der Belebungsstufe erzeugt wird.Method according to Claim 5 or 6 , characterized in that the static mixer (1) is arranged above an actively ventilated field (13) of an activation stage such that the flow of the liquid wastewater is generated by the aeration of the activation stage. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) derart in einem Verteilerbauwerk (9) angeordnet ist, dass die Strömung des flüssigen Abwassers durch dessen Abwasserzulauf (12) erzeugt wird.Method according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the static mixer (1) is arranged in a distributor structure (9) such that the flow of the liquid waste water is generated by its waste water inlet (12). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) derart in einer Rücklaufschlammleitung angeordnet ist, dass die Strömung des flüssigen Abwassers durch den Zulauf zu der Rücklaufschlammleitung erzeugt wird.Method according to one of Claims 5 or 6 , characterized in that the static mixer (1) is arranged in a return sludge line such that the flow of the liquid wastewater is generated by the inlet to the return sludge line.
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