DE10218073A1

DE10218073A1 - Belüfter

Info

Publication number: DE10218073A1
Application number: DE2002118073
Authority: DE
Inventors: Antonio Giangrasso
Original assignee: Pfleiderer Infrastrukturtechnick GmbH and Co KG
Current assignee: PFLEIDERER WATER SYSTEMS GMBH, 92318 NEUMARKT, DE
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-20
Also published as: DK1497231T3; WO2003091169A1; HRP20041097A2; AU2002325914A1; MXPA04010421A; JP2005523808A; ES2278948T3; ZA200408232B; EP1497231B1; CN1625531A; TNSN04196A1; SI1497231T1; US20050146063A1; KR20050003376A; EP1497231A1; CA2482435A1; HUP0500172A2; PT1497231E; DE50209200D1; US7195233B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Belüfter aus einem porösen Kunststoff-Formkörper mit Poren, die an der Luftabströmseite (A) kleiner sind als an der gegenüberliegenden Luftanströmseite (B). Der erfindungsgemäße Belüfter eignet sich insbesondere für die Verwendung in Abwasserreinigungsanlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Belüfter aus einem Kunststoff-Formkörper und seine Herstellung. Der erfindungsgemäße Belüfter eignet sich insbesondere für die Verwendung in Abwasserreinigungsanlagen.
Bei den meisten heute in der Abwasserreinigung eingesetzten biologischen Verfahren wird in erster Linie die Fähigkeit von Mikroorganismen ausgenutzt, unter Sauerstoffverbrauch organische Schadstoffe zu oxidieren. Damit den Mikroorganismen eine ausreichende Menge an Sauerstoff zur Verfügung steht, muss Luft in das Abwasser eingebracht werden. Darüber hinaus soll die Luftzufuhr eine Umwandlung von Ammoniumionen in Nitrat bewirken, um so den Ammoniumgehalt im Abwasser zu reduzieren.
Die Belüftung des Abwassers erfolgt gewöhnlich durch Einblasen von Luft durch poröse Belüfter. Diese sind beispielsweise aus keramischem Material, das jedoch den Nachteil aufweist, relativ spröde und damit bruchempfindlich zu sein. Darüber hinaus besitzen keramische Materialien eine raue Oberfläche, auf der sich leicht Ablagerungen und Verkrustungen bilden können, was dann Verstopfungen des Belüfters zur Folge hat.
Weiterhin ist bekannt, Formkörper aus Elastomeren, die mit durchgängigen Schlitzen versehen sind, als Belüfter einzusetzen. Nachteilig ist jedoch, dass solche Belüfter einen hohen Druckverlust aufweisen, aufgrund ihrer Herstellungsweise hohen Verschleiß zeigen und nur mit geringen Volumenströmen belastbar sind. Ferner sind die Elastomere gewöhnlich aus EPDM und damit nicht gegen alle Arten von Abwasser chemisch beständig.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Belüfter bereit zu stellen, der einen niedrigen Druckverlust, eine gute mechanische Stabilität, hohe Belastbarkeit und eine hohe Sauerstoffertragsleistung aufweist und der leicht von Ablagerungen und Verkrustungen gereinigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Belüfter aus einem porösen Kunststoff-Formkörper mit Poren, die an der Luftabströmseite (A) kleiner sind als an der gegenüber liegenden Luftanströmseite (B), gelöst.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Belüfters wird Kunststoffmaterial in Form eines Granulats oder eines Pulvers in einer Form, wie einer Sinterform, gesintert. Die mit dem Kunststoffgranulat oder -pulver gefüllte Form wird in einem Sinterofen an einer Seite (A) stärker erwärmt als an der gegenüber liegenden Seite (B), wodurch das als Granulat und/oder Pulver eingesetzte Kunststoffmaterial an der wärmeren Seite stärker zusammensintert als an der gegenüber liegenden Seite und sich dadurch an der Seite (A) Poren mit einem kleineren Porendurchmesser bilden als an der Seite (B).
Beim Sintern schmelzen die Körner des Kunststoffgranulats und/oder -pulvers lediglich an der Oberfläche an, aber schmelzen nicht vollkommen durch, wodurch sich ein Sinterverbund ergibt, welcher nach dem Abkühlen zu einem fest haftenden und stabilen Formkörper führt, der dennoch porös ist. Die Temperatur, bei der die Körner des Kunststoffgranulats und/oder -pulvers lediglich an der Oberfläche anschmelzen, aber nicht vollkommen durchschmelzen, wird im folgenden mit "Anschmelztemperatur" bezeichnet.
Der Kunststoff-Formkörper sollte bevorzugt aus einem hoch- oder ultrahochmolekularen Material sein, um zu vermeiden, dass das Kunststoffmaterial zu sehr zusammenschmilzt und die Porenbildung minderwertig wird. Bevorzugt wird in der vorliegenden Erfindung Polyethylen (mit hoher Molmasse (etwa 200.000-5 Mio. g/mol), Kurzbezeichnung: HD-HMW-PE, oder ultrahoher Molmasse (3 Mio. 6 Mio. g/mol), Kurzbezeichnung: UHMW-HD-PE) oder aber Polypropylen verwendet. Mitunter ist auch Polyethylen mittlerer Dichte verwendbar, sofern die Temperaturbehandlung zur Vermeidung eines vollständigen Aufschmelzens vorsichtig durchgeführt wird. Bevorzugt jedoch werden die höhermolekularen Materialien verwendet.
Die mittlere Korngröße des eingesetzten Kunststoffgranulats oder -pulvers sollte bevorzugt im Bereich zwischen 1 µm und 5 mm liegen. Insbesondere bevorzugt wird ein Granulat, in dem 80% der Körner größer als 500 µm sind, ein Pulver, in dem 65% der Körner eine Größe von 250 bis 500 µm aufweisen, oder eine Mischung von diesen eingesetzt.
Die Sintertemperatur und die Dauer der Sinterbehandlung wird so gewählt, dass der gewünschte Verbundgrad mit der gewünschten Porosität erreicht wird. Vorzugsweise liegt die Sintertemperatur im Bereich zwischen 80°C und 220°C, bevorzugt zwischen 120°C und 160°C, je nachdem, welches Kunststoffmaterial verwendet wird. Beispielsweise sollte für einen Kunststoff, der eine Anschmelztemperatur von 80°C aufweist, idealerweise eine Sintertemperatur von 150°C gewählt werden. Die Dauer der Temperaturbehandlung ist bevorzugt im Bereich zwischen 30 Minuten und 180 Minuten, insbesondere 60 Minuten bis 120 Minuten. Die Länge der Temperaturbehandlung muss so gewählt sein, dass eine vollständige Durchwärmung des Kunststoffgranulats oder - pulvers von der Seite (A) bis hin zur gegenüber liegenden Seite (B) gewährleistet ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn während der Temperaturbehandlung ein Temperaturgradient zwischen der Seite (A) und der Seite (B) von 1 bis 25°C, bevorzugt 5 bis 15°C, eingestellt wird.
Die Poren des erfindungsgemäßen Belüfters weisen an der Luftabströmseite (A) bevorzugt einen mittleren Durchmesser im Bereich von 1 µm bis 1500 µm, insbesondere bevorzugt 10 µm bis 1000 µm, und an der Luftanströmseite (B) bevorzugt einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5 µm bis 3000 µm, insbesondere bevorzugt 20 µm bis 1500 µm, auf. Außerdem ist der mittlere Porendurchmesser an der Luftabströmseite (A) vorzugsweise um 20 bis 80% kleiner als der mittlere Porendurchmesser an der Luftanströmseite (B).
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Belüfter eine Dicke von 2 bis 30 mm, besonders bevorzugt von 3 bis 12 mm auf.
Neben der äußerst einfachen Herstellung kann durch Wahl der Größe des granularen oder pulverförmigen Kunststoffmaterials, durch die Dauer der Temperaturbehandlung und die Erwärmungstemperatur die Porengröße beliebig eingestellt werden. Damit können auf einfache Weise Belüfter verschiedener Porigkeit hergestellt werden. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Belüfter keinerlei Zusätze wie Harze, Kleber oder dergleichen erforderlich sind.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn am Ende der Temperaturbehandlung eine kurzzeitige Temperaturerhöhung zur gezielten Erwärmung der äußeren Oberflächenschicht der Seite (A) des Belüfters erfolgt. Hierdurch wird die Außenschicht des Belüfters kurzzeitig stärker erwärmt, so dass das Kunststoffmaterial dort etwas stärker auf- und zusammenschmilzt und sich dort ein noch kleinerer Porendurchmesser ergibt.
Mit dem obenbeschriebenen Herstellungsverfahren lassen sich Belüfter jeglicher Art fertigen, bevorzugt Platten- oder Rohrbelüfter.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 und Fig. 2 erfindungsgemäß hergestellte Belüfter darstellen. Insbesondere ist Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Belüfter, der als Plattenbelüfter verwendbar ist, während Fig. 2 eine Aufsicht auf einen als Rohrbelüfter einsetzbaren Belüfter darstellt. Die Pfeile in den Fig. 1 und 2 kennzeichnen die Durchströmrichtung der Luft durch den Belüfter.
Der in Fig. 1 dargestellte Plattenbelüfter weist an seiner mit (A) gekennzeichneten Luftabströmseite kleinere Poren auf als an der mit dem Buchstaben (B) gekennzeichneten Luftanströmseite. Bei seinem Einsatz in einer Abwasserreinigungsanlage wird der Belüfter so verwendet, dass die Luftabströmseite (A), die die kleineren Poren aufweist, dem Abwasser, in das Luft eingeleitet werden soll, zugewandt ist.
Im Fall des Rohrbelüfters, der in Fig. 2 dargestellt ist, befinden sich die kleineren Poren an der Rohraußenseite (A) und die größeren Poren an der Rohrinnenseite (B). Auch in diesem Fall ist die die kleineren Poren aufweisende Seite (A), also die Rohraußenseite, dem zu belüftenden Abwasser zugewandt. Bei der Belüftung des Abwassers strömt Luft von der Rohrinnenseite (B) zur Rohraußenseite (A), wo sie in das Abwasser geleitet wird.
Im Fall des Rohrbelüfters ist es möglich, an der Rohrinnenseite ein mit Schlitzen versehenes Zentralrohr zur Verstärkung anzubringen. Dieses Rohr besteht bevorzugt aus PVC oder temperaturbeständigem Polyethylen.
Bei der Herstellung des mit einem Zentralrohr verstärkten Rohrbelüfters kann es vorgesehen werden, dass vor oder nach Beendigung der Temperaturbehandlung das Zentralrohr innenseitig gekühlt wird. Das Zentralrohr, das während der Temperaturbehandlung ebenfalls etwas erwärmt wird, wird hierdurch quasi abgeschreckt, um zu vermeiden, dass es aufgrund des einsetzenden Schrumpfens des Kunststoffmaterials beim Abkühlen zusammengedrückt wird.
Aufgrund der Eigenschaft, dass der Porendurchmesser an der Luftabströmseite (A) kleiner ist als an der gegenüber liegenden Luftanströmseite (B), wird beim Durchströmen mit Luft ein geringerer Druckverlust als bei einem Material mit einheitlichen Porengrößen erzielt. Ein geringer Druckverlust wiederum ermöglicht eine effektive Begasung bei niedrigen Drucken, wodurch eine hohe Ausbeute der zur Verfügung stehenden Belüfterleistung erreicht wird. Ferner lässt sich die Oberfläche des Belüfter sehr leicht von Ablagerungen und Verkrustungen befreien, beispielsweise durch einfaches . Schockbelüften. Schließlich sind die Belüfter mechanisch außerordentlich stabil und bruchfest.

Beispiel

Herstellung eines Rohrbelüfters

Als Sinterofen wird eine mit einem Heizmantel heizbare kreisrunde Aluminiumform verwendet, in deren Mitte ein Dorn, ebenfalls aus Aluminium, eingestellt wird. Der Zwischenraum zwischen dem Dorn und der Aluminiumform wird mit 610 g HDPE Gries (ρ = 0,952-0956 g/cm³, 80% der Körner > 500 µm) gefüllt und eingerüttelt. Der Zwischenraum zwischen Aluminiumform und Dorn beträgt 5 mm, so dass der resultierende Belüfter eine entsprechende Wandstärke, d. h. Dicke, aufweist. Die Mischung wird durch Erwärmen der Aluminiumform über einen Heizmantel auf 150°C für 70 min gesintert. Der Temperaturgradient zwischen der der Aluminiumform zugewandten Seite und der dem Dorn zugewandten Seite beträgt etwa 7°C. Dann wird auf Raumtemperatur abgekühlt und entformt.
Der so hergestellt Belüfter weist an der Luftabströmseite (A) eine Porengröße im Bereich von 150 bis 350 µm mit einem mittleren Porendurchmesser von 290 µm und an der Luftanströmseite (B) eine Porengröße im Bereich von 400 bis 850 µm mit einem mittleren Porendurchmesser von 490 µm auf.
Zur Bestimmung der Porengröße werden Probenstücke aus dem Belüfter herausgeschnitten und sowohl im Stereomikroskop als auch unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht. In den entsprechenden Aufnahmen werden die Porengrößen durch Ausmessen bestimmt.
Die hier angegebenen mittleren Porendurchmesser stellen das arithmetische Mittel dar, das aus einer Vielzahl an konkret ausgemessenen Porendurchmessern bestimmt wurde.

Claims

1. Belüfter aus einem porösen Kunststoff-Formkörper mit Poren, die an der Luftabströmseite (A) kleiner sind als an der gegenüber liegenden Luftanströmseite (B).

2. Belüfter gemäß Anspruch 1, wobei der Kunststoff- Formkörper aus Polyethylen oder Polypropylen ist.

3. Belüfter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Poren an der Luftabströmseite (A) einen mittleren Durchmesser von 1 µm bis 1500 µm und an der Luftanströmseite (B) einen mittleren Durchmesser von 5 µm bis 3000 µm aufweisen.

4. Belüfter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mittlere Porendurchmesser an der Luftabströmseite (A) um 20 bis 80% kleiner ist als der mittlere Porendurchmesser an der Luftanströmseite (B).

5. Belüfter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Belüfter ein Plattenbelüfter oder ein Rohrbelüfter ist.

6. Verwendung eines porösen Kunststoff-Formkörpers wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 definiert als Belüfter.

7. Verwendung gemäß Anspruch 6, wobei der Belüfter ein Plattenbelüfter oder ein Rohrbelüfter ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Belüfters wie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 definiert, umfassend die Schritte:

a) Einfüllen von Kunststoffgranulat und/oder -pulver in eine Form,

b) Erwärmen der mit dem Kunststoffgranulat und/oder -pulver gefüllten Form bis die Körner des Kunststoffgranulats und/oder -pulvers an der Oberfläche anschmelzen, wobei die Seite, an der kleinere Poren erhalten werden sollen, stärker erwärmt wird als die gegenüberliegende Seite,

c) Abkühlen auf eine Temperatur zwischen 60°C und Raumtemperatur und

d) Herauslösen des erhaltenen Kunststoff-Formkörpers aus der Form.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die mittlere Korngröße des Granulats und/oder des Pulvers 1 µm bis 5 mm beträgt.