DE102010027448A1 - Arrangement for generating air bubbles in liquids - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Luftblasen in Flüssigkeiten innerhalb physikalischer Prozesse, bei denen Luftblasen zur Abscheidung in den Flüssigkeiten enthaltener Feststoffpartikel benötigt werden. Die Anordnung weist einen Hauptprozessbehälter auf, in die die zu behandelnde Flüssigkeit über eine Zulaufleitung eingeführt wird, der die zu Durchführung des physikalischen Prozesses benötigten Luftblasen zugeführt werden. Zur Erzeugung dieser Luftblasen ist erfindungsgemäß ein Diffusor vorhanden, in dessen Eingang ein Teil der aus dem Hauptprozessbehälter ausgeförderten behandelten Flüssigkeit geführt ist und dessen Düsenanordnung über eine Luftzufuhröffnung verfügt. Sein Ausgang ist mit der bereits genannten Zulaufleitung des Hauptprozessbehälters derart verbunden, dass die im Diffusor aus der Einsaugung von Luft in den durch den Diffusorgeführten Teil der bereits behandelten Flüssigkeit entstehenden Luftblasen in den Zulaufstrom der zu behandelnden Flüssigkeit injiziert werden.The invention relates to an arrangement for generating air bubbles in liquids within physical processes in which air bubbles are required for the separation of solid particles contained in the liquids. The arrangement has a main process container into which the liquid to be treated is introduced via an inlet line, to which the air bubbles required for carrying out the physical process are fed. To generate these air bubbles, a diffuser is provided according to the invention, in the inlet of which part of the treated liquid discharged from the main process container is guided and the nozzle arrangement of which has an air supply opening. Its outlet is connected to the above-mentioned inlet line of the main process container in such a way that the air bubbles created in the diffuser from the suction of air into the part of the liquid that has already been treated through the diffuser are injected into the inlet flow of the liquid to be treated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Luftblasen in Flüssigkeiten. Sie kann Anwendung finden in physikalischen Prozessen, bei denen Luftblasen zur Abscheidung in den Flüssigkeiten enthaltener Feststoffpartikel benötigt werden. Dies kann z. B. in Flotationsanlagen zur Abwasserbehandlung, in Deinkinganlagen oder in der Wasseraufbereitung bei der Papierherstellung der Fall sein. Auch die Belüftung von Wässern bei der kommunalen Wasseraufbereitung oder die Injektion von Chemikalien in Flüssigkeiten bilden Anwendungsgebiete der Erfindung.The invention relates to an arrangement for generating air bubbles in liquids. It can be used in physical processes where air bubbles are required for the separation of solid particles contained in the liquids. This can be z. B. in flotation plants for wastewater treatment, in deinking plants or in the water treatment in papermaking be the case. The aeration of water in municipal water treatment or the injection of chemicals in liquids form fields of application of the invention.

Zur Einbringung von Luftblasen in Anlagen der vorgenanten Anwendungsgebiete sind eine Reihe von Lösungen bekannt, die sich in der Regel dadurch auszeichnen, dass mittels Kompressoren hoher Leistung Luft unter hohem Druck in Behälter und Leitungen gepresst wird, die die zu begasenden Flüssigkeiten enthalten.For the introduction of air bubbles in plants of the above-mentioned fields of application, a number of solutions are known, which are usually characterized in that by means of compressors high performance air is pressed under high pressure in containers and lines containing the liquids to be fumigated.

So wird z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 01 913 A1 eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbereiten von Schlämmen vorgeschlagen, die einen solchen Kompressor aufweist.So z. B. in the German patent application DE 42 01 913 A1 a device for carrying out a method for treating sludge proposed, comprising such a compressor.

Auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 4126397 A1 ist Vorrichtung zur Schaumerzeugung beschrieben, in der die Lufteinblasung mittels eines Kompressors erfolgt.Also in the German Offenlegungsschrift DE 4126397 A1 is described device for generating foam, in which the air injection takes place by means of a compressor.

Auch in der Vorrichtung zum Einpressen von Gasen in Flüssigkeiten nach der deutschen Offenlegungsschrift DE 10251923 A1 werden die Gasblasen mittels hohem Druck erzeugt.Also in the device for injecting gases into liquids according to the German Offenlegungsschrift DE 10251923 A1 the gas bubbles are generated by means of high pressure.

Wesentlicher Nachteil dieser Lösungen, die zum Einpressen der Luft in die Flüssigkeiten Kompressoren, Gebläse und Pumpen benutzen, ist der hohe Energieaufwand, den der Betrieb solcher Aggregate erfordert.The main disadvantage of these solutions, which use compressors, blowers and pumps to inject the air into the fluids, is the high energy consumption required by the operation of such units.

Hinzu kommt der nicht unerhebliche Verschleiß, dem diese schnell laufenden Rotationsmaschinen unterliegen und der zu laufenden hohen Wartungs- und Reparaturkosen führt.In addition, there is the not inconsiderable wear, which these fast-running rotary machines are subject to and which leads to ongoing high maintenance and repair costs.

Aus den benannten Nachteilen der Lösungen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Anordnung zu entwickeln, mit der die benötigte Luftblasenbildung innerhalb der Flüssigkeiten erreicht werden kann, die aber dazu keine Kompressoren, Gebläse oder Luftpumpen enthält und daher einen deutlich verringerten gerätetechnischen und vor allem auch verringerten Energieaufwand nach sich zieht.From the named disadvantages of the solutions of the prior art, the task arises to develop an arrangement with which the required air bubble formation can be achieved within the fluids, but this contains no compressors, fans or air pumps and therefore a significantly reduced equipment and before All also entails reduced energy consumption.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer Anordnung gelöst, die entsprechend der Merkmale des Schutzanspruches 1 aufgebaut ist. Der Unteranspruch enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.This object of the invention is achieved with an arrangement which is constructed according to the features of the protection claim 1. The subclaim contains an advantageous embodiment of the invention.

Das Wesen der Erfindung besteht dabei darin, dass in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Luftblasenerzeugung anstelle betriebsenergieaufwendiger Kompressoren, Gebläse oder Pumpen zur Luftblasenerzeugung ein Diffusor vorhanden ist, mittels dessen mit geringem Energieaufwand durch Einsaugen von Luft in einem Teilstrom der zu behandelnden Flüssigkeit die benötigten Luftblasen erzeugt werden, welche anschließend in den Zulauf des Behälters für den Hauptprozess der Flüssigkeitsbehandlung injiziert werden.The essence of the invention consists in the fact that in the arrangement according to the invention for producing air bubbles instead of betriebsenergieaufwendiger compressors, blowers or pumps for air bubble generation, a diffuser is provided by means of which the required air bubbles are generated with low energy consumption by sucking air in a partial flow of the liquid to be treated , which are then injected into the inlet of the container for the main process of liquid treatment.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment.

Dabei zeigen die zugehörigen Zeichnungen inThe accompanying drawings show in FIG

1: ein Prinzipschema einer Flotationsanlage zur Abwasserbehandlung nach dem Stand der Technik und 1 : a schematic diagram of a flotation plant for wastewater treatment according to the prior art and

2: ein Prinzipschema einer Flotationsanlage zur Abwasserbehandlung gemäß der Erfindung. 2 : a schematic diagram of a flotation plant for wastewater treatment according to the invention.

Gemäß 1 weist eine bekannte Flotationsanlage des Standes der Technik einen Hauptprozessbehälter 1, z. B. einen Apparat nach KROFTA, auf, in den mit der Zulaufleitung 2 zu reinigende Schmutzwässer eingeführt werden. Damit die erwünschte Flotationswirkung im Hauptprozessbehälter 1 erreicht werden kann, müssen die zulaufenden Schmutzwässer mittels Luftblaseneinführung aufgeschäumt werden. Zu diesem Zwecke besitzt die Flotationsanlage zur Schmutzwasserbehandlung nach dem Stand der Technik einen Luftmischtank 3, in dem durch einen nicht gezeigten Hochdruckkompressor verdichtete Druckluft mit Wasser aus einem Klarwasserbehälter 4 im Ablauf des Hauptprozessbehälters 1 gemischt und dann der Zulaufleitung 2 zugeführt wird.According to 1 For example, a prior art flotation plant has a main process vessel 1 , z. B. an apparatus according to KROFTA, on, in the with the supply line 2 be introduced to be cleaned wastewater. So that the desired flotation effect in the main process tank 1 can be achieved, the incoming wastewater must be foamed by means of air bubble introduction. For this purpose, the flotation plant for waste water treatment according to the prior art has an air mixing tank 3 in which by a high-pressure compressor, not shown compressed air with water from a clear water tank 4 in the process of the main process tank 1 mixed and then the supply line 2 is supplied.

Gemäß 2 weist eine Flotationsanlage nach der Erfindung ebenfalls als Hauptprozessbehälter 1 einen Apparat nach KROFTA, auf, in den mit der Zulaufleitung 2 zu reinigende Schmutzwässer eingeführt werden. Damit die erwünschte Flotationswirkung im Hauptprozessbehälter 1 erreicht werden kann, müssen die zulaufenden Schmutzwässer ebenfalls mittels Luftblaseneinführung aufgeschäumt werden. Zu diesem Zwecke besitzt die Flotationsanlage zur Schmutzwasserbehandlung nach der Erfindung einen Diffusor 5, der innerhalb einer Leitungsrückführung 6 von der Ablaufleitung des Hauptprozessbehälters 1, die das behandelte Abwasser als Klarwasser führt, zur Zulaufleitung 2 der Schmutzwässer angeordnet ist.According to 2 also has a flotation plant according to the invention as the main process vessel 1 an apparatus according to KROFTA, on, in the with the supply line 2 be introduced to be cleaned wastewater. So that the desired flotation effect in the main process tank 1 can be achieved, the incoming waste water must also be foamed by means of air bubble introduction. For this purpose, the flotation plant for dirty water treatment according to the invention has a diffuser 5 that is within a line return 6 from the drain line of the Main process vessel 1 , which leads the treated wastewater as clear water, to the supply line 2 the wastewater is arranged.

Der Diffusor 5 dient der Erzeugung der bereits als zur Flotation notwendig qualifizierten Luftblasen, in dem er beim Durchströmen des abgetrennten Flüssigkeitsanteils des Klarwassers durch seinen Korpus mittels Luftzufuhröffnung Luft einsaugt und dem Flüssigkeitsanteil des Klarwassers auf diese Weise Luftblasen zusetzt.The diffuser 5 serves to generate the already qualified as necessary for flotation air bubbles in which he sucks in the air flow through the body of the separated liquid content of the clear water through its body by means of air supply and air bubbles added to the liquid content of the clear water in this way.

Der Ausgang des Diffusors 5 ist mit der bereits genannten Zulaufleitung 2 des Hauptprozessbehälters 1 derart verbunden, dass die entstandenen Luftblasen in den Zulaufstrom der zu behandelnden Schmutzwässer in der Zulaufleitung 2 injiziert werden.The outlet of the diffuser 5 is with the already mentioned feed line 2 of the main process tank 1 connected in such a way that the resulting air bubbles in the feed stream to be treated wastewater in the supply line 2 be injected.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2 hat beispielhaft folgende Betriebsdaten:
Die Belüftungsdaten der Flotationsanlage nach KROFTA vor dem Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung betrugen:
Der Einlauf an Schmutzwässern zur KROFTA-Anlage beträgt 12.000 l/min. Um Schwebstoffe zu flotieren wird eine Teilstrommenge vom gereinigten Filtrat von 2.400 l/min – d. h. 20% der behandelten Durchflussmenge – benötigt. Diese Menge wird mit einer Pumpe 7 der Leistung von 150 kW bei einem Druck von 12 bar in den Luftmischtank 3 gedrückt und mit einströmender Druckluft von 10 bar vermischt. Das durchströmende Filtrat im Luftmischtank 3 kann Luft nur im Verhältnis 1:1 aufnehmen. Dadurch wird ein Filtratstrom von 2.400 l/min benötigt, um Luft in einer Menge von 2.400 l/min zu transportieren, damit der notwendige Schaumauftrieb im Hauptprozessbehälter 1 der KROFTA-Anlage gewährleistet ist.The embodiment according to the 1 and 2 has the following operating data as an example:
The ventilation data of the flotation plant according to KROFTA before the use of the arrangement according to the invention were:
The inflow of wastewater to the KROFTA plant is 12,000 l / min. To float suspended matter, a partial flow of purified filtrate of 2400 l / min - ie 20% of the treated flow rate - is required. This amount comes with a pump 7 the power of 150 kW at a pressure of 12 bar in the air mixing tank 3 pressed and mixed with incoming compressed air of 10 bar. The flowing filtrate in the air mixing tank 3 can absorb air only in the ratio 1: 1. As a result, a filtrate flow of 2,400 l / min is required to transport air in an amount of 2,400 l / min, so that the necessary foam buoyancy in the main process tank 1 the KROFTA system is guaranteed.

Bei der Anwendung der Erfindung gemäß 2 herrschen folgende Betriebsparameter:
Von der Filtratpumpe 8 wird ein Teilstrom an gereinigtem Abwasser, also Klarwasser, von 500 l/min zum Zulauf des Diffusors 5 geführt. Nach dem Diffusor 5 wird dieser Teilstrom in die Zulaufleitung 2 zur KROFTA-Anlage injektiert.In the application of the invention according to 2 the following operating parameters prevail:
From the filtrate pump 8th is a partial flow of purified wastewater, so clear water, from 500 l / min to the inlet of the diffuser 5 guided. After the diffuser 5 this partial flow is in the supply line 2 Injected to the KROFTA plant.

Mit dem Diffusor 5 wird bei 500 l/min Filtrat und mindestens 1,5 bar Differenzdruck eine Luftansaugung von 5.000 l/min erreicht. Der Einlaufdruck im Diffusorzulauf war 2 bar. Mit diesem Druck werden bei einem Durchfluss von 500 l/min nur 3,5 kW installierte elektrische Leistung verbraucht werden.With the diffuser 5 is achieved at 500 l / min filtrate and at least 1.5 bar differential pressure, an air intake of 5,000 l / min. The inlet pressure in the diffuser inlet was 2 bar. With this pressure, at a flow rate of 500 l / min, only 3.5 kW of installed electrical power will be consumed.

Die theoretische Energieeinsparung beträgt 98% und kann in der Praxis näherungsweise erreicht werden.The theoretical energy saving is 98% and can be approximated in practice.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine beispielhafte Anordnung in einer beispielhaften Anwendung beschrieben worden. Die Erfindung schließt jedoch alle weiteren Anordnungen mit unterschiedlichen Prozessapparaten ein, bei denen mittels der erfindungsgemäßen Anordnung eines Diffusors eine Luftblasenerzeugung in zu behandelnden Flüssigkeiten unter Verzicht auf Kompressoren, Gebläsen und Pumpen vorgenommen wird.In the illustrated embodiment, an exemplary arrangement has been described in an exemplary application. However, the invention includes all other arrangements with different process apparatus, in which by means of the inventive arrangement of a diffuser, an air bubble generation in liquids to be treated is made waiving compressors, blowers and pumps.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann in allen physikalischen Prozessen eingesetzt werden, bei denen Luftanteile in Flüssigkeiten benötigt werden, wie bei der Flotation, der Belüftung oder der Schlammkonditionierung.The arrangement according to the invention can be used in all physical processes in which air fractions in liquids are required, such as in flotation, aeration or sludge conditioning.

Mit ihrer Anwendung können sehr große Energieeinsparungen erreicht werden, in dem auf Kompressoren, Gebläse und Pumpen verzichtet werden kann. In den meisten Anwendungsfällen sind Energieeinsparungen von über 90% denkbar und realistisch.With their application, very large energy savings can be achieved, in which it is possible to dispense with compressors, blowers and pumps. In most cases, energy savings of more than 90% are conceivable and realistic.

Durch die gute Zerstreuung der Luftblasen mit dem Diffusor 5 ist auch eine Injektion von Chemikalien in der Luftansaugung des Diffusors 5 möglich. Man erreicht in solchen Anwendungsfällen auch erhebliche Reduzierungen im Verbrauch von Chemikalien.Due to the good dispersion of the air bubbles with the diffuser 5 is also an injection of chemicals in the air intake of the diffuser 5 possible. In such applications, considerable reductions in the consumption of chemicals are achieved.

Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung von Luftblasen in Flüssigkeiten in der Papierproduktion eingesetzt werden, und zwar besonders vorteilhaft in der Flotation zur Wasseraufbereitung in Kreisläufen von KROFTA-, Purgomat- und anderen Flotationsanlagen sowie Deinkinganlagen nach Voith, Lamort u. a.. Auch bei der allgemeinen kommunalen Wasseraufbereitung, bei aerobischen Prozessen und bei der Stabilisierung von Schlämmen ist die Erfindung sehr vorteilhaft einsetzbar.Preferably, the inventive arrangement for the production of air bubbles in liquids can be used in paper production, and particularly advantageous in the flotation for water treatment in cycles of KROFTA, Purgomat and other flotation and Deinkinganlagen Voith, Lamort u. a .. Also in general municipal water treatment, aerobic processes and in the stabilization of sludge, the invention can be used very advantageously.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
HauptprozessbehälterMain process vessels
22
Zulaufleitungsupply line
33
LuftmischtankAir mixing tank
44
KlarwasserbehälterClear water tank
55
Diffusordiffuser
66
LeitungsrückführungLine feedback
77
Pumpepump
88th
Filtratpumpefiltrate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 4126397 A1 [0004] DE 4126397 A1 [0004]
  • DE 10251923 A1 [0005] DE 10251923 A1 [0005]

Claims (2)

Anordnung zur Erzeugung von Luftblasen in Flüssigkeiten innerhalb physikalischer Prozesse, bei denen Luftblasen zur Abscheidung in den Flüssigkeiten enthaltener Feststoffpartikel benötigt werden, die einen Hauptprozessbehälter (1) aufweist, in die die zu behandelnde Flüssigkeit über eine Zulaufleitung (2) eingeführt wird, der die zu Durchführung des physikalischen Prozesses benötigten Luftblasen zugeführt werden, wobei zur Erzeugung dieser Luftblasen ein Diffusor (5) vorhanden ist, in dessen Eingang ein Teil der aus dem Hauptprozessbehälter ausgeförderten behandelten Flüssigkeit geführt ist und dessen Düsenanordnung über eine Luftzufuhröffnung verfügt, wobei sein Ausgang mit der bereits genannten Zulaufleitung (2) des Hauptprozessbehälters (1) derart verbunden ist, dass die im Diffusor (5) aus der Einsaugung von Luft in den durch den Diffusor (5) geführten Teil der bereits behandelten Flüssigkeit entstehenden Luftblasen in den Zulaufstrom der zu behandelnden Flüssigkeit injiziert werden.Arrangement for producing air bubbles in liquids within physical processes in which air bubbles are required for the separation of solid particles contained in the liquids, which comprise a main process vessel ( 1 ), in which the liquid to be treated via a supply line ( 2 ), to which the air bubbles required for carrying out the physical process are supplied, whereby a diffuser ( 5 ) is present, in whose input part of the discharged from the main process container treated liquid is guided and whose nozzle arrangement has an air supply opening, wherein its output with the already mentioned feed line ( 2 ) of the main process container ( 1 ) is connected in such a way that in the diffuser ( 5 ) from the suction of air in through the diffuser ( 5 ) guided portion of the already treated liquid bubbles are injected into the feed stream of the liquid to be treated. Anordnung zur Erzeugung von Luftblasen nach Anspruch 1, bei dem als Hauptprozessbehälter (1) ein Apparat nach KROFTA vorhanden ist.Arrangement for producing air bubbles according to claim 1, in which as the main process container ( 1 ) an apparatus according to KROFTA is available.
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