DE102012108572A1

DE102012108572A1 - Vorrichtung zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102012108572A1
Application number: DE201210108572
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-13
Also published as: WO2014041146A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit, mit einer Druckkammer (10), einer Lochblende (11), die eine Oberseite der Druckkammer (10) bildet, einer Belüfterwanne (12) bzw. einem geschlossenen Bodenblech, die bzw. das eine Unterseite der Druckkammer (10) bildet, einer Zuführleitung (30) zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer (10), einer Entwässerungsleitung (20) zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer (10), und einer Vielzahl von Auslasselementen (40) für das Gas oder Gasgemisch, die an der Lochblende (11), beabstandet zur Belüfterwanne (12) bzw. dem geschlossenen Bodenblech, derart angeordnet sind, dass die Druckkammer (10) im Wesentlichen frei von Auslasselementen (40) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit, beispielsweise in mit der Flüssigkeit gefüllte Reaktoren oder in natürliche oder in künstliche Gewässer.
In derzeit üblichen Vorrichtungen zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit oder mit anderen Worten, zum Belüften von Flüssigkeiten, werden Membran-Belüfter, Keramik-Belüfter oder horizontale Lochbleche eingesetzt. Dabei hat sich als Nachteil herausgestellt, dass die Membran-Belüfter und die Keramik-Belüfter einen hohen Energieverbrauch aufweisen. Die Membranen dieser Belüfter müssen für ihren Betrieb umständlich geöffnet und geschlossen werden, was zu systembedingten Druckverlusten beim Gasdurchtritt aus den Membranschlitzen oder durch die Wand der Keramik-Belüfter führt. Bei Stillstandzeiten kann Wasser durch die Membranschlitze oder die Keramikwand in die Belüfter eindringen, das dann durch die Verdunstung während des Betriebes mit der geförderten Luft wieder ausgetragen werden muss. Außerdem ist es nachteilig, dass die Membran- sowie Keramik-Belüfter nur kompliziert gereinigt werden können. Dafür müssen sie vollständig aus der Flüssigkeit herausgenommen werden und durch die Verdunstung der in die Schlitze eingetretenen Flüssigkeit befreit werden. Dieses Reinigungsverfahren weist zudem den Nachteil auf, dass die festgesetzten Feststoffe oder Schmutzpartikel in den Membranschlitzen oder auf der Keramikoberfläche dadurch nicht entfernt werden können. Folglich weisen die Membran- und Keramik-Belüfter eine kurze Funktionsdauer auf, da die Schlitze mit den Schmutzpartikeln verstopft werden können, was dazu führen kann, dass die Belüfter nicht mehr einsatzfähig sind. Bei den horizontalen Lochblechen hat sich als Nachteil herausgestellt, dass die freigesetzten Gasbläschen nach dem Austreten koaleszieren und sich größere Gasblasen bilden, die für die vorgegebenen Zwecke eines energieeffizienten Gaseintrags mit einem Belüfter nicht geeignet sind. Allen herkömmlichen Belüftern ist gemein, dass die einzelnen eingetragenen Gasblasen sich schnell zu noch größeren Blasen verbinden und daher eine zu hohe Aufstiegsgeschwindigkeit aufweisen, wodurch sich im Umkehrschluss die für den Übertrag von Gas aus der Gasblase in die Flüssigkeit maßgebende Kontaktzeit, die durch die Aufstiegsgeschwindigkeit bestimmt wird, verkürzt. Das Gas wird daher schnell aus der Flüssigkeit ausgeschieden und die gewünschten Effekte eines Belüfters werden nur eingeschränkt erreicht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit bereitzustellen, die energiesparend arbeiten und einzelne kleinere Gasbläschen schaffen, die nicht koaleszieren und die somit eine gewünschte niedrige Aufstiegsgeschwindigkeit und verlängerte Aufenthaltszeit der Bläschen in der Flüssigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll einfach gereinigt werden können. Außerdem ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren sicherzustellen, die zum Eintrag eines Gases oder eines Gasgemisches an verschiedenen Orten, in Reaktoren, in künstlichen und natürlichen Gewässern, in Steigleitungen sowie Abwasser- und Wasserleitungen flexibel einsetzbar sind sowie zum Sauerstoffeintrag für den biologischen Abbau von Inhaltsstoffen im Wasser oder im Gewässer und dergleichen geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch sämtliche Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruches und des unabhängigen Verfahrensanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit vorgesehen, die eine Druckkammer aufweisen kann. Die Druckkammer kann dabei eine Lochblende und eine Belüfterwanne oder ein geschlossenes Bodenblech aufweisen, wobei die Lochblende eine Oberseite und die Belüfterwanne oder ein geschlossenes Bodenblech eine Unterseite der Druckkammer bilden kann. Zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer kann eine Zuführleitung vorgesehen sein. Zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer kann eine Entwässerungsleitung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise sieht die Erfindung eine Vielzahl von Auslasselementen für das Gas oder Gasgemisch vor, die an der Lochblende, beabstandet zur Belüfterwanne bzw. zum Bodenblech, derart angeordnet sein können, dass die Druckkammer im Wesentlichen frei von Auslasselementen sein kann. Dabei kann das Auslasselement als eine Kanüle ausgebildet sein. Das Gas oder das Gasgemisch kann in Form von Bläschen aus den Auslasselementen austreten. Die Größe der Kanüle kann derart ausgewählt werden, dass die durch die Kanüle ausgelassenen Bläschen eine geeignete Größe aufweisen, um sich in einer bestimmten Flüssigkeit eine gewünschte Zeit aufhalten zu können. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass die Auslasselemente an der Oberseite der Druckkammer angeordnet werden können und dass die Druckkammer im Wesentlichen hohl bleiben kann, um eine Aufnahme und einen störfreien Fluss des Gases oder Gasgemisches zu ermöglichen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Auslasselement ein Rohrstück aufweist, das nach außen in die Flüssigkeit zum Auslassen des Gases oder des Gasgemisches gerichtet ist. Zudem kann das erfindungsgemäße Auslasselement einen Fuß aufweisen, der sich zu einem Ende verbreitet, welches nach innen in die Druckkammer gerichtet ist. Vorteilhafterweise kann das Gas aus der Druckkammer durch den Fuß des Auslasselementes, welches in der Oberseite der Druckkammer angebracht ist, direkt in das Rohstück und dadurch in die Flüssigkeit austreten.
Erfindungsgemäß kann das Auslasselement zweiteilig ausgeführt sein. Das Rohrstück kann dabei aus Edelstahl und der Fuß aus einem elastischen Material ausgebildet sein. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Auslasselement materialeinheitlich, insbesondere aus Edelstahl, mit oder ohne Fuß ausgebildet sein kann.
Die erfindungsgemäße Lochblende kann eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, die mit der Vielzahl der Auslasselemente korrespondieren kann. Vorteilhafterweise können die Auslasselemente in den Öffnungen formschlüssig angeordnet sein. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass die Auslasselemente einfach und ohne zusätzliche Bauteile oder Befestigungselemente an der Lochblende gehalten werden können. Die Druckkammer bleibt dabei im Wesentlichen frei von jeglichen Bauelementen. Das Gas oder Gasgemisch in der Druckkammer kann somit ungestört fließen und direkt durch die nach unten in die Druckkammer sich öffnenden Auslasselemente, insbesondere durch den Fuß der Auslasselemente, aus der Druckkammer in die Flüssigkeit geleitet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Auslasselement durch elastische Verformung, insbesondere des Fußes, eine korrespondierende Öffnung der Lochblende abdichtend abschließen kann. Erfindungsgemäß kann eine separate Dichtung zwischen der Lochblende und den Auslasselementen vorgesehen sein. Somit kann ein abgedichteter Raum in der Druckkammer geschaffen werden, wobei das Gas oder das Gasgemisch nur durch die vorgesehenen Auslasselemente aus der Druckkammer austreten können. Um einen Formschluss zu schaffen, kann das Auslasselement an der Lochblende durch Eindrücken und/oder Einpressen und/oder Einschlagen in einer korrespondierenden Öffnung der Lochblende befestigt werden.
Nach einem besonderen Vorteil kann das Auslasselement einen Gasaustrittsbereich aufweisen, der durch eine bestimmte Geometrie bestimmt werden kann, durch eine konvexe, eine konkave, eine glatte Geometrie oder durch die Kombination von konvexer, konkaver und glatter Geometrie in allen möglichen Kombinationen. Durch die Auswahl einer geeigneten Geometrie kann eine bestimmte Form und Größe der austretenden Bläschen, die Abstoßkraft mit der die Bläschen ausgelassen werden, ihre Bewegungsbahn und ihre Geschwindigkeit realisiert werden. Eine geeignete Geometrie des Gasaustrittsbereiches kann dazu dienen, die Aufenthaltszeit der Bläschen in der Flüssigkeit optimal zu erhöhen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Auslasselement einen Gasaustrittsbereich mit einer Geometrie aufweist, die eine Neigung von 0° bis 89°, insbesondere 60° Grad zu einer horizontalen Ebene parallel zur Oberseite der Druckkammer aufweist. So kann die Austrittsrichtung der Bläschen bestimmt werden, sodass die nachfolgenden Bläschen sich zunächst in eine andere Richtung bewegen als die zuvor ausgetretenen, bevor sie nach oben steigen. Damit kann vermieden werden, dass die Bläschen aufeinander treffen, koaleszieren und sich größere Glasblasen bilden, die einen niedrigeren Widerstand gegen Auftrieb als zwei separate kleinere Bläschen aufweisen und als eine dann größere Blase schneller durch die Auftriebskraft nach oben befördert werden. Der negative Effekt der Koaleszenz kann somit überwunden werden.
Erfindungsgemäß kann das Auslasselement einen Außendurchmesser von 0,2 mm bis 2,0 mm aufweisen, um eine geeignete Größe der Bläschen zu erreichen. Der Innendurchmesser des Auslasselementes kann dabei in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, insbesondere bei ca. 0,2 mm bis 0,3 mm, liegen.
Ebenfalls ist es denkbar, dass das Auslasselement einen Gasaustrittsbereich aufweisen kann, welcher mit mindestens einer Öffnung ausgebildet ist, die beispielhaft in Form eines Schlitzes oder einer Bohrung ausgeführt werden kann. Ein Schlitz oder eine Bohrung können dabei am oberen Ende des Auslasselementes, insbesondere am Rohrstück, vorgesehen sein, welches der Flüssigkeit zugewandt ist. Ein seitlich ausgeführter Schlitz oder eine seitliche Bohrung können dazu dienen, die Austrittsrichtung der Gasbläschen zu bestimmen. Erfindungsgemäß kann die Austrittsrichtung der Gasbläschen horizontal, d. h. parallel zur Lochblende und senkrecht zur Aufstiegsrichtung der Bläschen ausgewählt werden. Die Bläschen können dabei seitlich austreten und sich in eine horizontale Richtung parallel zur Lochblende bewegen, bevor sie nach oben aufgetrieben werden. Dabei vergeht eine bestimmte Zeit, bevor die Bläschen in vertikaler Richtung aufgetrieben werden. Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass die ausgetretenen Bläschen nicht mit den zuvor ausgetretenen Bläschen koaleszieren können.
Ferner kann eine Umwälzpumpe vorgesehen sein, um eine vorgesehene Konzentration des Gases oder Gasgemisches zu unterstützen. Nach dem Auslassen von Bläschen können diese durch die zusätzliche Wirkung der Umwälzpumpe in der Flüssigkeit verteilt werden.
Die erfindungsgemäße Druckkammer ist vorteilhafterweise selbstentleerend. Wenn die Vorrichtung nicht in Betrieb ist, kann die Druckkammer durch die Auslasselemente mit Flüssigkeit gefüllt werden. Durch Schaffen eines leichten Überdrucks in der Druckkammer kann die eingetretene Flüssigkeit zum Teil durch die Auslasselemente und zum Teil durch die Entwässerungsleitung aus der Druckkammer befördert werden.
Zum Einstellen eines gewünschten Druckes des Gases oder Gasgemisches in der Druckkammer kann ein Kompressor vorgesehen sein, um einen gewünschten Druck des Gases oder Gasgemisches in der Druckkammer zu erreichen.
Ebenfalls ist es von Vorteil, dass die Vorrichtung durch die Entwässerungsleitung rückspülbar ist. Hierbei kann die Flüssigkeit bei einem entsprechenden Überdruck durch die Auslasselemente ausgespült werden und die in den Auslasselementen festgesetzten Schmutzpartikel mitreißen. Zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches durch die Zuführleitung kann jeweils ein Kompressor sowie zum Rückspülen durch die Entwässerungsleitung kann jeweils eine Pumpe vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß können die Lochblende und die Belüfterwanne bzw. das Bodenblech durch Verschrauben miteinander verbunden werden. Zudem kann zwischen der Lochblende und der Belüfterwanne bzw. dem Bodenblech eine Dichtung vorgesehen sein, um die Druckkammer abzudichten.
Nach der vorliegenden Erfindung entfällt die Notwendigkeit, ein Gas oder ein Gasgemisch mit hohem Energieaufwand durch einen Membran-Belüfter oder einen Keramik-Belüfter zu fördern und dabei vor allem die Schlitze in den Membranen zu öffnen bzw. zu schließen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit energiesparend benutzt werden. Die Vorrichtung kann am Einsatzort, in der Flüssigkeit und ohne Herausnehmen, ein- und ausgeschaltet werden. Sie kann unproblematisch entlüftet werden und gereinigt werden. Bei Verwendung eines Materials wie Edelstahl für die Lochblende und Auslasselemente können Reagenzien wie Essigsäure oder Heißdampf zur Reinigung benutzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise an unterschiedlichen Orten sowie in verschiedenen Gewässern installiert werden. Sie erfordert dabei keinen komplizierten Aufbau. Dies kann sie besonders geeignet für nachfolgend genannte mögliche Anwendungsbereiche der Erfindung und viele weitere Anwendungsbereiche machen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in mit Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser, gefüllte Reaktoren, in natürliche oder in künstliche Gewässer eingesetzt werden.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbauen einer Konzentration von Gasen oder Gasgemischen in mit Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser, gefüllten Reaktoren, in natürlichen oder in künstlichen Gewässern oder zum Erhöhen der bereits vorhandenen Konzentration von Gasen oder Gasgemischen genutzt werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reduzieren der Dichte der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, in einer Steigleitung durch den Dichteunterschied des Gas-Flüssigkeits-Gemisches in der Steigleitung und der Flüssigkeit mit einer höheren Dichte außerhalb der Leitung verwendet werden, sodass die Flüssigkeit in der Steigleitung gefördert wird.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austauschen der Flüssigkeit oberhalb des Auslasselementes mit der Flüssigkeit im Umfeld des Auslasselementes, insbesondere durch einen Dichteunterschied zwischen einer mit Gas oder Gasgemisch durchsetzten Flüssigkeitssäule und einer gasfreien oder mit gelösten Gasen oder Gasgemischen durchsetzten Flüssigkeitssäule, in Gebrauch genommen werden.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bilden einer Blasensäule, die als Barriere zur Ausbreitung von Schall einsetzbar ist, zum Einsatz kommen.
Nach einem besonderen Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum biologischen Abbau von Schmutzstoffen effizient und dauerhaft Anwendung finden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch einen der folgenden Schritte oder durch mehrere der folgenden Schritte in beliebiger Reihenfolge gekennzeichnet sein. Nach dem die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen vorgesehenen Reaktor oder in ein vorgesehenes Gewässer eingebracht wird, muss die Druckkammer der Vorrichtung zunächst geleert werden. Hierzu kann das vorliegende Verfahren ein Entleeren einer Druckkammer durch Schaffen eines Überdrucks in der Druckkammer bezüglich des Druckes in Flüssigkeit außerhalb der Druckkammer vorsehen. Dabei kann eine Entwässerungsleitung zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer geöffnet werden und nach dem Entwässerungsvorgang wieder geschlossen werden. Zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer kann eine Zuführleitung geöffnet werden. Ein geeigneter Druck in der Druckkammer kann beispielhaft mittels eines Kompressors oder einer bestimmten Pumpe geschaffen werden. Der kennzeichnende Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in die Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Auslasselementen für das Gas oder das Gasgemisch definiert werden. Dabei können die Auslasselemente an einer Lochblende der Druckkammer, beabstandet zur Belüfterwanne bzw. zum Bodenblech, derart angeordnet werden, dass die Druckkammer im Wesentlichen frei von Auslasselementen ausgeformt sein kann. Nach dem Beenden des Betriebes kann die Zuführleitung geschlossen werden. Das beschriebene Verfahren kann mit Hilfe der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß können die Merkmale der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl einzeln für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2a eine seitliche Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2b eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung,
3a eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Entleerungsmodus,
3b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Dichtung,
4a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auslasselementes,
4b eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslasselementes,
4c eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslasselementes,
5a eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslasselementes,
5b eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslasselementes und
5c eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Auslasselement.
Die 1, 2a und 2b zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Druckkammer 10, die eine Lochblende 11 und eine Belüfterwanne 12 bzw. ein Bodenblech aufweist. Die Lochblende 11 bildet eine Oberseite und die Belüfterwanne 12 bzw. ein Bodenblech eine Unterseite der Druckkammer 10. In der 1 ist außerdem eine Zuführleitung 30 zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer 10 und eine Entwässerungsleitung 20 zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer 10 schematisch dargestellt. Erfindungsgemäß sind eine Vielzahl von Auslasselementen 40 für das Gas oder das Gasgemisch vorgesehen, die an der Lochblende 11, beabstandet zur Belüfterwanne 12 bzw. zum Bodenblech, angeordnet sind. Vorteilhafterweise bleibt die Druckkammer 10 dabei im Wesentlichen frei von Auslasselementen 40, siehe hierzu insbesondere die 2a. Dies ermöglicht einen ungestörten Fluss des Gases oder des Gasgemisches in der Druckkammer 10. Wie in den 1 und 3a bis 4c deutlich zu erkennen ist, sind die Auslasselemente 40 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kanülen 40 ausgebildet. Die Kanülen 40 weisen dabei ein Rohrstück 41 und einen Fuß 42 auf. Das Rohrstück 41 erstreckt sich nach außen aus der Druckkammer 10 und ragt in die Flüssigkeit hinein. Der Fuß 42 befindet sich größtenteils in der Druckkammer 10 und verbreitet sich dabei zu einem Ende, das nach innen in die Druckkammer 10 gerichtet ist. Das Rohstück 41 und der Fuß 42 können dabei aus zwei verschiedenen Materialien, insbesondere aus Edelstahl und elastischem Material oder materialeinheitlich ausgeführt sein. Das Rohstück 41 und der Fuß 42 bilden dabei ein zweiteiliges Bauteil, welches entweder monolithisch oder zusammensetzbar ausgeführt ist. Alternativ ist es denkbar, dass Auslasselement 40 materialeinheitlich, insbesondere aus Edelstahl, ausgebildet ist. Das Auslasselement 40 kann dabei das Rohstück 41 und den Fuß 42 oder nur das Rohrstück 41 aus Edelstahl aufweisen. Wie in 1 zu sehen ist, kann sich eine mit Gas oder einem Gasgemisch durchsetzte Flüssigkeitssäule 50 oberhalb des Auslasselementes 40 bilden. Die Flüssigkeit oberhalb des Auslasselementes 40 kann erfindungsgemäß mit der Flüssigkeit im Umfeld 51 des Auslasselementes 40 durch einen Dichteunterschied zwischen der mit Gas oder einem Gasgemisch durchsetzten Flüssigkeitssäule 50 und der gasfreien oder mit gelösten Gasen oder Gasgemischen durchsetzten Flüssigkeitssäule 51 durchmischt werden.
Wie in den 2a und 2b gezeigt ist, weist die Lochblende 11 eine Vielzahl von Öffnungen 14 auf, die mit der Vielzahl der Auslasselemente 40 korrespondiert. Die Auslasselemente 40 sind dabei formschlüssig in den Öffnungen 14 angeordnet. Erfindungsgemäß kann das Auslasselement 40 durch elastische Verformung des Fußes 42 eine korrespondierende Öffnung 14 der Lochblende 11 abdichtend abschließen. Alternativ kann eine Verfüllmasse zur Stabilisierung der Auslasselemente 40, wie in 3b gezeigt, zwischen der Lochblende 11 und den Auslasselementen 40 vorgesehen sein. Die Auslasselemente 40 können vorteilhafterweise an der Lochblende 11 durch Eindrücken und/oder Einpressen und/oder Einschlagen in einer korrespondierenden Öffnung 14 der Lochblende 11 befestigt werden. Wie in den 2a und 2b gezeigt, können die Belüfterwanne 12 bzw. ein Bodenblech und die Lochblende 11 durch Schrauben, Nieten oder dergleichen an den Stellen mit einer elastischen Dichtung 13 verbunden werden. Zwischen der Belüfterwanne 12 bzw. dem Bodenblech und der Lochblende 11 kann ebenfalls eine Dichtung vorgesehen sein, um eine luftdichte Druckkammer 10 zu schaffen.
Die 3a und 3b zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem selbstentleerenden Arbeitsmodus. Dabei kann in der Druckkammer 10 ein leichter Überdruck geschaffen werden, um die in die Druckkammer 10 eingedrungene Flüssigkeit auszupumpen. Der Überdruck kann beispielsweise durch einen Kompressor geschaffen werden oder durch Pumpen eines Gases durch die Zuführleitung 30, welches die entgangenen Flüssigkeit aus der Druckkammer 10 verdrängen und über die Entwässerungsleitung 20 abführen kann. Dabei ist es denkbar, dass die Entwässerungsleitung 20 mit einer Flüssigkeit zu Reinigungszwecken durchgespült werden kann, um festgesetzte Partikel aus den Auslasselementen 40 auszuspülen.
Die 4a bis 4c zeigen drei mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Auslasselementes 40, welches einen Gasaustrittsbereich 43 aufweist. Der Gasaustrittsbereich 43 ist gemäß der Ausführungsform der 4a durch eine konvexe, gemäß 4b durch eine konkave und gemäß 4c durch eine glatte Geometrie 44 oder durch die Kombination von konvexer, konkaver und glatter Geometrie in allen möglichen Kombinationen ausgebildet. Die Geometrie 44 kann dabei die Form und die Größe der austretenden Gasbläschen bestimmen. Geeignete Geometrie 44 kann außerdem die Abstoßkraft beeinflussen, mit welcher die Bläschen den Gasaustrittsbereich 43 verlassen. Zum Teil kann die Geometrie 44 die Bewegungsbahn und Geschwindigkeit der austretenden Gasbläschen sowie ihre Aufenthaltszeit in der Flüssigkeit bestimmen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Auslasselement 40 gemäß der Ausführungsform der 4c einen Gasaustrittsbereich 43 mit einer Geometrie 44 aufweist, die eine Neigung von 0° bis 89°, insbesondere 60° Grad zu einer horizontalen Ebene aufweisen, die parallel zur Oberseite der Druckkammer 10 verläuft. Die Neigung der Geometrie 44 kann die Austrittsrichtung der Bläschen beeinflussen. Vorteilhafterweise können die Gasbläschen in eine durch die Neigung 44 definierte Richtung austreten und sich zunächst von den Bläschen entfernen, welche zuvor aus dem Gasaustrittsbereich 43 ausgetreten sind. Erst wenn sie sich eine Zeit lang in eine definierte Richtung bewegt haben, können die Bläschen durch die Auftriebskraft nach oben gelenkt werden. Erfindungsgemäß kann die Koaleszenz vermieden werden, wenn die Bläschen nicht koaleszieren und keine größeren Glasblasen wachsen, die schneller als gewünscht in der Flüssigkeit aufsteigen.
Gemäß den Ausführungsformen der 5a und 5b weist das Auslasselement 40 einen Gasaustrittsbereich 43 auf, welcher in Form einer Bohrung 45 gemäß 5b oder in Form eines Schlitzes 45 gemäß 5a ausgeführt ist, die am oberen Ende des Auslasselementes 40 am Rohstück 41 nahe des Gasaustrittsbereiches 43 vorgesehen sind. Der seitliche Schlitz 45 oder die seitliche Bohrung 45 können dazu dienen, die Austrittsrichtung der Gasbläschen analog den Ausführungsformen der 4a bis 4c zu bestimmen. Die Gasbläschen können aus dem Schlitz 45 oder aus der Bohrung 45 horizontal austreten und sich zunächst senkrecht zur Aufstiegsrichtung der vorher ausgetretenen Bläschen verbreiten. Der Zeitpunkt, an dem die Bläschen nach oben aufsteigen können, kann somit verschoben werden, um Koaleszenz der Bläschen zu vermeiden. 5c zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Auslasselement 40, welches in Form einer Kanüle ausgebildet werden kann und welches von oben gesehen einen runden Querschnitt aufweist. Das Auslasselement 40 ist erfindungsgemäß mit einem Durchmesser von 0,4 mm ausgebildet, um eine geeignete Größe der Bläschen zu erreichen, wobei der Innendurchmesser des Auslasselementes 40 in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm liegen kann. Weiterhin ist es denkbar, dass das Auslasselement 40 mit einem Außendurchmesser zwischen 0,2 mm und 2,0 mm ausgeführt werden kann.
Vorteilhafterweise kann die in den 1 bis 5c dargestellte Vorrichtung einfach und kostengünstig an unterschiedlichen Orten und in verschiedenen Gewässern installiert werden. Sie kann zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches, zum Aufbauen einer Konzentration eines Gases oder eines Gasgemisches in mit Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser, gefüllten Reaktoren, in natürlichen oder in künstlichen Gewässer eingesetzt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer mit Wasser gefüllten Steigleitung installiert werden, um die Dichte des Wassers in der Leitung zu reduzieren und das Wasser in der Leitung zu befördern. Zudem kann die Vorrichtung zum Durchmischen von Flüssigkeiten angewendet werden, d. h. zum Austauschen der Flüssigkeit oberhalb des Auslasselementes 40 mit der Flüssigkeit im Umfeld 51 des Auslasselementes 40, insbesondere durch einen Dichteunterschied zwischen einer mit Gas oder Gasgemisch durchsetzten Flüssigkeitssäule 50 und einer gasfreien oder mit gelösten Gasen oder Gasgemischen durchsetzten Flüssigkeitssäule 51. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Blasensäule 50 bilden, die als Barriere zur Ausbreitung von Schall eingesetzt werden kann. Schlussendlich aber nicht abschließend die Liste der Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann sie zum biologischen Abbau von Schmutzstoffen verwendet werden, beispielsweise in Anlagen zur biologischen Abwasserbehandlung, zur Erhöhung der O₂ Konzentration, in Stauseen oder natürlichen und künstlichen Gewässern, zur mechanischen Reinigung von im Wasser eingebrachten Gegenständen jeder Art und insbesondere von verfahrenstechnischen Anlagen in Membrananlagen durch Aufstieg der Blasen sowie im Becken zum Züchten von Garnelen und weiterer Meeresfrüchte oder Fische sowie in der Lebensmittelindustrie zur Reinigung von Rohstoffen.
Es sollte einem Fachmann naheliegen, dass sich die Erfindung in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielhaft können neben den Ausführungsformen des Auslasselementes 40 der 4a bis 5b weitere Formen und Geometrien 44 des Gasaustrittsbereiches 43 eingesetzt werden. Insbesondere in der Ausführungsform der 4c ist es denkbar, die Neigung des Gasaustrittsbereiches 43 zu variieren, um eine bestimmte Austrittsrichtung, Austrittsgeschwindigkeit und somit die Aufenthaltsdauer der Gasbläschen in der Flüssigkeit zu erreichen. Dies gilt insbesondere für kompaktere Bauformen von Belüftern mit geschlossenem Bodenblech und innenliegender Verschraubung oder in den liegenden Nieten gemäß 2a und 2b. Dies gilt insbesondere auch für alle geometrischen Formen gemäß Ziffer 5c wie einem Quadrat, Rechteck gleichzeitigen und gleichschenkligen Dreiecken, Romben, Rauten, Vielecken, Ellipsen und sonstigen geometrischen und nicht geometrischen Formen.
Die Vorrichtung kann in jedem Winkel zum Boden eines Beckens oder Reaktors oder jeder sonstigen Aufstandsfläche im Winkel zwischen 0° und 90° aufgestellt und für jede beschriebene bzw. aufgeführten und darüber hinausgehende Einsätze und Zwecke betrieben werden. Sämtliche aus den Vorrichtungs- und Verfahrensansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen, insbesondere basierend auf 1 bis 5c, erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Druckkammer
11: Lochblende
12: Belüfterwanne bzw. Bodenblech
13: elastische Dichtung
14: Öffnungen
15: Verfüllmasse zur Stabilisierung der Kanülen
20: Entwässerungsleitung
30: Zuführleitung
40: Auslasselement, Kanüle
41: Rohrstück
42: Fuß
43: Gasaustrittsbereich
44: Geometrie
45: Öffnung/Bohrung/Schlitz
50: Blasensäule
51: Umfeld des Auslasselementes 40

Claims

Vorrichtung zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit, mit einer Druckkammer (10), einer Lochblende (11), die eine Oberseite der Druckkammer (10) bildet, einer Belüfterwanne (12), die eine Unterseite der Druckkammer (10) bildet, einer Zuführleitung (30) zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer (10), einer Entwässerungsleitung (20) zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer (10), und einer Vielzahl von Auslasselementen (40) für das Gas oder Gasgemisch, die an der Lochblende (11), beabstandet zur Belüfterwanne (12), derart angeordnet sind, dass die Druckkammer (10) im Wesentlichen frei von Auslasselementen (40) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) als eine Kanüle (40) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) ein Rohrstück (41) und einen Fuß (42) aufweist, der sich zu einem Ende verbreitet, welches nach innen in die Druckkammer (10) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) zweiteilig ausgebildet ist, insbesondere dass das Rohrstück (41) aus Edelstahl und der Fuß (42) aus einem elastischen Material ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) materialeinheitlich, insbesondere aus Edelstahl, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (11) eine Vielzahl von Öffnungen (14) aufweist, die der Vielzahl der Auslasselemente (40) korrespondiert, und dass die Auslasselemente (40) in den Öffnungen (40) formschlüssig angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) durch elastische Verformung, insbesondere des Fußes (42), eine korrespondierende Öffnung (14) der Lochblende (11) abdichtend abschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Dichtung (13) zwischen der Lochblende (11) und der Belüfterwanne (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfüllmasse zur Stabilisierung der Kanülen (15) zwischen der Lochblende (11) und den Auslasselementen (40) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) an der Lochblende (11) durch Eindrücken und/oder Einpressen in eine korrespondierenden Öffnung (14) der Lochblende (11) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) einen Gasaustrittsbereich (43) aufweist, der durch eine konvexe, eine konkave, eine glatte Geometrie (44) oder durch die Kombination von konvexer, konkaver und glatter Geometrie in allen möglichen Kombinationen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) einen Gasaustrittsbereich (43) mit einer Geometrie (44) aufweist, die eine Neigung von 0° bis 89°, insbesondere 60° Grad zu einer horizontalen Ebene parallel zur Oberseite der Druckkammer (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) einen Gasaustrittsbereich (43) aufweist, der mindestens eine Öffnung (45) aufweist, welche insbesondere in Form eines Schlitzes (45) oder einer Bohrung (45) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslasselement (40) einen Außendurchmesser von 0,2 mm bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,4 mm aufweist, wobei insbesondere der Innendurchmesser des Auslasselementes (40) 0,1 mm bis 1,0 mm vorzugsweise 0,2 mm bis 0,3 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (10) selbstentleerend ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende (11) und die Belüfterwanne (12) durch Verschrauben miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwälzpumpe vorgesehen ist, um vorgesehene Konzentration des Gases oder Gasgemisches zu unterstützen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompressor vorgesehen ist, um einen gewünschten Druck des Gases oder des Gasgemisches in der Druckkammer (10) zu erreichen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, gefüllte Reaktoren, in natürliche oder in künstliche Gewässer.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Aufbauen einer Konzentration von Gasen oder Gasgemischen in mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, gefüllten Reaktoren, in natürlichen oder in künstlichen Gewässern oder zum Erhöhen der bereits vorhandenen Konzentration von Gasen oder Gasgemischen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Reduzieren der Dichte der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, in einer Steigleitung, derart, dass durch den Dichteunterschied des Gas-Flüssigkeits-Gemisches in der Steigleitung und der Flüssigkeit mit einer höheren Dichte außerhalb der Steigleitung die Flüssigkeit in der Leitung gefördert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Austauschen der Flüssigkeit oberhalb des Auslasselementes (40) mit der Flüssigkeit im Umfeld (51) des Auslasselementes (40), insbesondere durch einen Dichteunterschied zwischen einer mit Gas oder Gasgemisch durchsetzten Flüssigkeitssäule (50) und einer gasfreien oder mit gelösten Gasen oder Gasgemischen durchsetzten Flüssigkeitssäule (51).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bilden einer Blasensäule (50), die als Barriere zur Ausbreitung von Schall einsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum biologischen Abbau von Schmutzstoffen.
Verfahren zum Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in eine Flüssigkeit, umfassend folgende Schritte: – Entleeren einer Druckkammer (10) durch Schaffen eines Überdrucks in der Druckkammer (10) bezüglich des Druckes in der Flüssigkeit außerhalb der Druckkammer (10), – Öffnen einer Entwässerungsleitung (20) zum Abführen der Flüssigkeit aus der Druckkammer (10), – Schließen der Entwässerungsleitung (20), – Öffnen einer Zuführleitung (30) zum Zuführen des Gases oder des Gasgemisches in die Druckkammer (10), – Einstellen eines geeigneten Druckes in der Druckkammer (10), – Einbringen eines Gases oder eines Gasgemisches in die Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Auslasselementen (40) für das Gas oder Gasgemisch, die an einer Lochblende (11) der Druckkammer (10) beabstandet zur Belüfterwanne (12) derart angeordnet sind, dass die Druckkammer (10) im Wesentlichen frei von Auslasselementen (40) ist und – Schließen der Zuführleitung (30).
Verfahren zum gesteuerten Eintrag von Gasen oder Gasgemischen in eine Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23.