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Vorrichtung zur Durchführung von Umsetzungen zwischen Gasen und Flüssigkeiten
Abwässer, welche organische Stoffe als Verunreinigungen enthalten, können bekanntlich
in Belebtschlammverfahren durch Einwirkung aerober Mikroorganiísmen gereinigt werden.
Für den optimalen Verlauf dieser biologischen Reaktion ist eine ausreichende Belüftung
erforderlich. Sie erfolgt allgemein in der Weise, daß in dem zu reinigenden Wasser,
in welchem der Mikrobenschlamm aufgerührt wird, Luft in geeigneter Weise verteilt
wird. bei spielsweise durch mechanische Vorrichtungen, wie rotierende Paddel oder
Bürsten.
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In einem neueren Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Gasen,
insbesondere zur Durch führung des Belebtschlammverfahrens, wird in einem im Innern
unterteilten Behälter eine Suspension von m der Flüssigkeit enthaltenen, während
der Behandlung sich bildenden und zugesetzten Feststoffen im Kreislauf durch eine
Misch- und Reaktionszone, eine sekundäre Reaktionszone und eine Klärzone umgewälzt,
wobei sich ein Teil des behandelten Wassers in der Klärzone von der im Kreislauf
geführten Suspension abtrennt, während Rohwasser, Luft und gegebenenfalls zusätzliche
Reagenzien in die Misch-und Reaktionszone eingeleitet und überschüssige Feststoffe
aus dem unteren Bereich der Klärzone entnommen werden. Mit diesem Verfahren ist
auch eine neuartige Belüftungsart in der Abwassertechnik bekanntgeworden Dabei wird
die Luft zusammen mit dem Abwasser am Boden der im unteren Teil der Vorrichtung
gelegenen Misch- und Reaktionszone aus einer Zuführung eingeleitet. Der schnell
laufende Rührer erfaßt sowohl das Rohwasser als auch die Luft und bewirkt einerseits
die Vermischung des Rohwassers mit der im Kreislauf umgewälzten Suspension, andererseits
eine feine Verteilung der Luft durch Zerschlagung der in einer Größe von etwa 5
cm Durchmesser eintretenden Luftblasen. Man verwendet also hier praktisch ausschließlich
ein mechanisches Mittel zur Zerteilung der Luft im Wasser.
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Die Anwendung des soeben beschriebenen Suspensionskreislaufes hat
das Verfahren zur Reinigung von Abwässern nach dem Belebtschlammverfahren getgenhuber
den Verfahren, welche die Belüftung und die Abtrennung des Schlammes vom Klarwasser
in getrennten Räumen durchführen, wesentlich vereinfacht und intensiviert. Da die
Luft jedoch mit dem Abwasser an nur einer Stelle in den Misch- und Reaktionsraum
(eintritt, braucht der Rührer eine sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit, um die in großen
Blasen eintretende Luft in hinreichend feine Bläschen zerteilen zu können. Dadurch
wird der Kraftbedarf des Rührers sehr hoch und verursacht erhebliche Betriebskosten,
welche den Vorteil geringerer Anlagekosten teilweise wieder aufheben.
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Es wurde nun gefunden, daß eine wirtschaftlicherc und sehr gleichmäßige
und betriebs sichere Belüftung im Suspensionskreislaufverfahren erreicht wird, wenn
die Gaszerteilung durch bloßes msechanisches Rühren kombiniert wird mit der Gaszerteilung
durch mehrere Eintrittsöffnungen, wie sie bei der normal üblichen grob- bzw. feinblasigen
Belüftung von Abwässern mittels geeigneter Verteilervorrichtungen durchgeführt wird.
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Erfindungsgemäß wird unterhalb des Rührers eine Gasverteilervorrichtung,
z. B. ein Verteilerring, eine Brause od. dgl. in der Weise angeordnet, daß die daraus
in die Flüssigkeit eintretende Luft oder ein wes,entlicher Teil derselben mit einer
durchschnitt-Suchen Blasengröße von etwa 1 cm Durchmesser zwischen die Flügel des
Rührers gelangt und dort zerkleinert und mit der zu behandelnden Suspension innig
gemischt wird.
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Da die Luft beim Austritt aus einer Vielzahl verhältnismäßig kleiner
oeffnungen zwar noch grobblasig, aber doch mit einem höheren Verteilungsgrad als
hei den bekannten Verfahren in die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt, wird der
Kraftbedarf des Rührwerks wesentlich vermindert. Die Luft oder das zur Behandlung
verwendete Gas muß zwar zum Einpressen in die Flüssigkeit durch die kleinen Offnungen
der Verteilervorrichtungen etwas stärker verdichtet werden, jedoch ist der dazu
erforderliche Kraftbedarf gering. Durch die eründungsgemäße Vorverteilung des Behandlungsgases
wird in der Regel der Energieverbrauch des Rührwerks um 20 bis 40°/o vermindert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine feinblasige Belüftung,
deren Vorteil in der großen Grenzfläche zwischen Gasphase und flüssiger Phase und
der sich daraus ergebenden guten Gasdiffusion in der Flüssigkeit besteht. Die Nachteile
der Zuführung der Behandlungsgase in feinster Verteilung, n.nlich die teilweise
oder völlige Verstopfung der (Taszuführungen und eine ungleichmäßige Belüftung 5
crle dabei jedoch vermieden.
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Die bei der grobblasigen Belüftung gegebene Durchwirbelung der Flüssigkeit
und die hohe Relativbewegung zwischen Gasblasen und Flüssigkeit werden in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung durch das schnell umlaufende Rührwerk hervorgerufen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden also die Vorteile der
grobblasigen und der feinblasigen Belüftung vereinigt, ohne die Nachteile in Kauf
nehmen zu müssen, so daß hei kleinem Anlagevolumen und wirtschaftlichem Energieleri)ïauch
holme Durchsatzleistungen erzielt werden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Der Innenraum des Behälters 1 ist durch konzentrische Einbauten 2
und 3 in mehrere Zonen unterteilt. Das Teil 2 ist ein von oben in den Behälter 1
eingehängtes Rohr, dessen oberer Rand über den Flüssigkeitsspiegel 4 hinausragt.
Das Teil 3, dessen oberer Rand ebenfalls über dem Flüssigkeitsspiegel liegt, bildet
mit dem Teil 2 einen nach unten offenen Ringraum, der durch Öffnungen 5 mit dem
Innern des Teils 3 in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels verbunden ist. Das untere
Ende des Teils 3 ist zu einer Haube 6 konisch erweitert. Der untere Rand der Haube
liegt in der Nähe des Behälterbodens und kann auf diesem mittels nicht dargestellter
Pfosten, Träger od. dgl. abgestützt sein. Innerhalb der Haube 6 is.t ein Rührwerk
7 angeordnet, dessen Antrieb 8 sich z. B. auf einem über den Behälter führenden
Laufsteg befindet. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine Zuleitung 9 am
Boden des Behälters zugeführt.
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Behandelte Flüssigkeit wird aus einer um den oberen Behälterrand angeordneten
Überlaufrinne 10 durch ein Rohr 11 entnommen. Durch die Einbauten 2, 3 und 5 werden
im Behälter eine Miscrh- und Reaktionszone 12, eine sekundäre Reaktionszone 13 und
eine Klärzone 14 gebildet. Der Suspensionskreislauf wird aus der Mischzone 12 durch
die Reaktionszone 13 und die Klärzone 14 zurück zur Mischzone 12 umgewälzt.
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Am oberen Rand der Klärzone tritt behandelte Flüssigkeit in die Überlaufrinne
10 über, während der im Betrieb sich bildende Feststoffüberschuß aus einer Tasche
15 im Behälterboden durch ein Rohr 16 abgezogen wird.
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Das Rührwerk besteht aus einer Deckplatte 17, den Blättern 18 und
dem Bodenring 19. Das Behandlungsgas, vorzugsweise Luft. wird mittels eines Rohres
20 durch einen Verteilerring 21 unterhalb des Rührers und oberhalb des Eintritts
der rohen Flüssigkeit zugeführt. Dieser Verteilerring ist mit Öffnungen 22 versehen,
aus denen das Behandlungsgas sowohl nach oben als auch nach unten austreten kann.
Um ein Verstopfen dieser Öffnungen durch Feststoffteilchen zu vermeiden, wird der
Durchmesser der einzelnen Öffnungen zweckmäßigerweise auf mindestens 2 mm bemessen.
Die Summe aller Offnungsquerschnitte beträgt zweckmäßig das l- bis 1,5fach des Querschnittes
d der Gaszuleitung 20.
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Das Behandlungsgas wird vorteilhaft mit Geschwindigkeften um 15 m/sec,
gemessen im Rohr 20, einige leitet. Der Verteilerring kann kreisförmig oder polygon
ausgeführt
werden oder auch die Gestalt einer Brause haben. Die eben genannten Zahlenverhältnisse
gelten auch für diese Ausführungsformen.
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Der Durchmesser der Verteilervorrichtung wird zweckmäßig 1kleiner
als der Durchmesser des Rührwerks gehalten.
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Vorzugsweise werden die Öffnung im Bodenring 19 des Rührers und der
Verteilerring 21 so aufeinander abgestimmt, daß der Durchmesser der Öffnung im Bodenring
um 1,5 d, den Durchmesser der Gaszuleitung 20, größer ist als der Durchmesser des
Verteilerkörpers und daß der Abstand des Verteilerkörpers vom Bodenring 19 ebenfalls
1,5 d beträgt.
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Bei diesen Zahlenverhältuissen wird die aus den Öffnungen 22 noch
grobblasig austretende Luft od. dgl. vom Rührer wie von einer Kreiselpumpe durch
die Öffnung des Bodenringes angesaugt und mit der Flüssigkeit zwischen den Blättern
des Rührers hindurch radial nach außen geschleudert und zu kleinen Bläschen zerschlagen.
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Diese Zahlenverhältnisse können für den einzelnen Betriebsfall innerhalb
gewisser Grenzen geändert werden, und es ist auch möglich, andere Rührerformen und
Gasverteilerformen zu kombinieren, um die wesentliche Wirkung zu erreichen, daß
die bereits vorverteilte Luft von den Blättern des Rührers erfaßt und in feine Bläschen
zerschlagen wird.
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Um die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem einzelnen
Betriebsfall genau anpassen zu können, wird der Antrieb des Rührwerks stufen los
regelbar gestaltet, zweckmäßig mit einem itnderungsverhältuis von 1:5, vorzugsweise
einem solchen von 1:3, wobei die maximale Umfangsgeschwindigkeit des Rührers 3 m/sec
zweckmäßig nicht überschreitet.
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Die Luftzufuhr wird dabei zweckmäßig so beinessen, daß die eintretende
Luftmenge möglichst vollständig der weiteren Zerteilung durch den Rührer unterliegt.
Grundsätzlich kann die Luft bereits in sehr fein verteilter Form unter den Rührer
geleitet werden. Er wird dann bezüglich einer weiteren Zerteilung der Gasblasen
entlastet, bleibt aber bezüglich der Durchvtrirbelung der Flüssigkeit und der Herstellung
einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen den Gasbläschen und der flüssigen Phase
in voller Wirksamkeit. Um zu vermeiden, daß durch die schnellen Umdrehungen des
Rührwerks in der Mischzone eine horizontale Rotationsströmung entsteht, welche die
Relativgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und Gasbläschen verringern würde, können
innerhalb der Mischzone radiale Stauflächen 23 aufgestellt werden, an welchen sich
eine solche Strömung bricht und die Turbulenz innerhalb der Flüssigkeit erhöht wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient vorzugsweise zur Belüftung
von Belebtschlammprozlessen zur Abwasserreinigung. Sie kann jedoch mit Vorteil in
anderen Verfahren verwendet werden, in welchen Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten
ausgeführt werden, und erlaubt, den Reaktionsverlauf den gegebenen Verfahrensbedingungen,
wie Art und Menge von Flüssigkeit und Gas, Anlagedimensionen u. dgl., durch die
Einstellung der optimalen Blasengröße anzupassen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich nicht allein zur chemischen
oder biologischen Behandlung von Abwässern, sondern allgemein zur Ausführung von
Prozessen, in denen eine innige Durchmischung und Berührung von Gasen und Flüssigkeiten
herbeigeführt werden soll. Das ist beispielsweise die Enthärtung von Wässern unter
gleichzeitiger Oxydation und Abscheidung von Eisen und Mangan, das
Ansäuern
mittels CO2. oder die Behandlung von wäßrigen Erzsuspensionen mittels SO2 oder SO2-haltiger
Gase für Zwecke der Erzlaugerei.