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
Weiterhin ist es aus der
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.
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Ein Belebungsbecken einer Kleinkläranlage mit einer Abwasserumwälzleitung und einer Schlammrückführleitung ist in Dokument
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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:
- a) passives Beschleunigen des strömenden, flüssigen Mediums durch einen im Wesentlichen trichterförmigen Ansatz in einen im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper des Mischers hinein,
- b) Einbringen des Additivs in das beschleunigt strömende, flüssige Medium durch eine Zufuhreinrichtung, und
- c) passives turbulentes Vermischen des beschleunigt strömenden, flüssigen Mediums mit dem Additiv durch wenigstens ein statisches Mischelement des Mischers in dem rohrförmigen Grundkörper.
- a) passive acceleration of the flowing liquid medium through a substantially funnel-shaped projection into a substantially tubular base body of the mixer,
- b) introducing the additive into the accelerated, flowing liquid medium by means of a feed device, and
- 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 in1 gezeigten statischen Mischers, -
3 einen Einsatz des statischen Mischers in einem Quelltopf, und -
4 einen Einsatz des statischen Mischers über einem Belüfterfeld.
-
1 a first embodiment of the static mixer, -
2 a partial sectional view of the in1 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
Wie in
Weiter ist in dem rohrförmigen Grundkörper
Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird eine strömende Flüssigkeit durch die Verengung des trichterförmigen Ansatzes
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
In
Die in
Neben dem Einbau des erfindungsgemäßen statischen Mischers
Geeignete Materialien für den statischen Mischer
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
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