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Vorrichtung zur Feinverteilung von Luft oder anderen Gasen in einer
Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf Diffusoren, wie z. B. zur Durchlüftung
von Flüssigkeiten oder zur Verteilung von Gasen oder Dämpfen in Flüssigkeiten zur
Verwendung kommen.
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Der Einfachheit halber werden. in der nachstehenden Beschreibung und
in den Ansprüchen die Gase oder Dämpfe, die durch die Flüssigkeit hindurchdiffundieren
sollen, als »Luft« bezeichnet. Unter dieser Bezeichnung ist also nicht nur atmosphärische
Luft, sondern auch jedes andere Gas bzw. jeder Dampf zu verstehen, die durch eine
Flüssigkeit hindurchdiffundieren sollen.
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Diffusoren der gemäß der Erfindung verbesserten Art kommen, zur Anwendung
bei der Abwässerbehandlung nach dem aktiven Schlammverfahren, bei der Erzflotation,
bei Behandlung industrieller Abfallstoffe, bei den verschiedensten Gärverfahren
und bei anderen chemischen Prozessen., bei denen es wesentlich auf eine innige Berührung
von. Luft und Flüssigkeit ankommt.
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Bisher wurden solche Diffusoren im wesentlichen aus poröser Kohle
und keramischem Baustoff oder in der Weise hergestellt, daß um einen hohlen, mit
kleinen. Löchern versehenen Kern ein Strick od. dgl. gewickelt wurde, so daß Luft
zwischen benachbarten Windungen des Strickes hindurchtreten. kann. Diese Diffusoren
sind teuer. Außerdem verstopften sie sich mehr oder weniger leicht und mußten dann
zur Reinigung aus der Hauptzufuhrleitung für die Luft ausgebaut werden. Häufig konnten
sie nicht gereinigt und mußten dann ersetzt werden:. Dadurch wurden die Wartungskosten,
sehr hoch.
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Bei einer anderen Art bekannter Diffusoren ist ein Gewebesack an einen
Schlauch angeschlossen, wobei der Sack porös genug ist, um den Durchtritt der Luft
in die umgebende Flüssigkeit zu ermöglichen. Derartige Diffusoren haben mehrere
schwerwiegende Nachteile. Es hat sich als unmöglich herausgestellt, den Strom, der
Luft durch den. Sack so zu regeln, daß eine einheitliche Durchlüftung der Flüssigkeit,
in der der Sack sich befindet, gewährleistet ist; der Sack kann nämlich frei in
der Flüssigkeit herumschwingen, was zur Folge hat, daß die aus dem Sack austretenden
Luftblasen sich zu größerer. Blasen unterschiedlicher Größen vereinigen. Ein weiterer
Nachteil dieser Diffusoren ist darin zu sehen, daß der Sack nicht rasch genug zusammengedrückt
und wieder aufgebläht werden kann, um die festen Bestandteile zu lösen, die aus
der Flüssigkeit in den Poren des Sackes abgelagert sind. Das Zusammenfallen: des
Sackes geht so langsam vor sich, daß die Flüssigkeit, in der sich der Sack befindet,
durch das Gewebe hindurchsickert und: dabei die festen Bestandteile mitführt, die
die Poren verschließen und ein häufiges Reinigen erforderlich machen. Ein weiterer
Nachteil dieser Diffusoren ist der Umstand, daß die Größe der verwendbaren Säcke
und damit auch das Flüssigkeitsvolumen, das mit Hilfe eines jeden solchen Sackes
belüftet werden kann, begrenzt sind.
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Ferner ist auch ein Diffusor bekanntgeworden, bei dem auf einer massiven
Grundplatte eine Gummiplatte mit einer Vielzahl von sehr feinen Löchern befestigt
ist, die im Ruhezustand infolge der Elastizität des Gummis geschlossen sind. Die
Luft bzw. das Gas wird durch eine in der Grundplatte mündende Leitung dem Raum zwischen
Grundplatte und Gummiplatte zugeführt. Unter dem Druck des zugeführten Gases wölbt
sich die Gummiplatte nach oben, wobei sieh die feinen Löcher öffnen, so daß das
Gas hindurchtreten kann. Oberhalb der Gummiplatte ist die zu belüftende Flüssigkeit
vorgesehen, in die demnach das Gas eintritt. Ein Nachteil dieses bekannten Diffusors
ist aber, daß sich die feinen Öffnungen der Gummiplatte sehr leicht verstopfen können,
so@ daß eine Reinigung vorgenommen werden muß. Eine solche bedingt aber eine Betriebsunterbrechung,
da keinerlei Möglichkeiten für eine Reinigung der durchlöcherten Gummiplatte im
Betriebe vorgesehen sind.
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Mit einem Diffusor nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden,
da bei ihm eine Selbstreinigung während des Betriebes erfolgt. Dabei betrifft die
Erfindung eine Vorrichtung zur Feinverteilung von Luft oder anderen Gasen in einer
Flüssigkeit, bestehend aus einem starren, massiven., länglichen
Unterteil
mit einer Luftzuführungsleitung und aus einem auf Druckänderungen. durch Aufblähen
bzw. Zusammenfallen reagierenden porösen Oberteil, dessen Abmessung etwa der des
Unterteiles entspricht und der sich in zusammengefallenem Zustand praktisch ganz
an den unteren Teil anschmiegt. Die Erfindung kennzeichnet sich bei einer solchen
Vorrichtung dadurch, daß der Unterteil mit der Luftzuführungsleitung über ein Entlüftungsventil
verbunden. und im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet ist und der Oberteil
sich in aufgeblähtem Zustand mit einem ebenfalls halbkreisförmigen Querschnitt Barüberwölbt.
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Der poröse Oberteil kann aus biegsamem porösem Gewebe, beispielsweise
aus einem Kunststoff, bestehen. Hierbei kommt etwa ein fadenartiges synthetisches
Polyamid, ein Copolymer von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid oder ein anderer synthetischer
Kunststoff, andererseits aber auch etwa Segeltuch oder ein anderes Naturfasergewebe
bzw. Metallgaze in Frage, sofern das betreffende Gewebe nur kräftig genug ist, um
der Einwirkung und dem Druck der Flüssigkeit, in der er sich befindet, zu- widerstehen.
Der poröse Oberteil muß biegsam genug sein, um rasch zusammenfallen zu können, wenn
die Luftzufuhr abgeschaltet wird. Die Poren -des Gewebes können den jeweiligen Verhältnissen
entsprechend gewählt werden. Sie sind jedoch zweckmäßig. so klein zu wählen, daß
die Luft zur Erzielung wirksamer Diffusion in feinen Bläschen hindurchtritt.
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Der nicht poröse untere Teil des Diffusors kann aus Metall, Glas oder
irgendeinem -anderen geeigneten widerstandsfähigen und starren Material bestehen;
er kann andererseits aber auch aus einem Kunststoff hergestellt sein, so beispielsweise
aus Phenolformaldehyd, Harnstofformaldehyd oder einem anderen in der Wärme härtenden
Kunstharz, aus einem Glas-oder sonstigen Gewebe, das mit einem synthetischen Harz,
das zweckmäßig in der Wärme härtend ist, imprägniert ist.
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Mehrere Diffusoren nach der Erfindung können zu einer Diffusoreneinheit
zusammengefaßt und gegebenenfalls derart an eine gemeinsame Luftzuführungsleitung
angeschlossen werden, daß die Diffusoren parallel nebeneinander in der Nähe einer
Wand des Flüssigkeitsbehälters liegen. Hierbei erhält man ein breites Band von Luftblasen,
das durch die in den Behälter einströmende Flüssigkeit in kreisförmiger Bahn einen
einheitlichen Diffusionsvorgang gewährleistet.
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Besonders zweckmäßig ist es, daß auf diese Weise sehr kleine Luftblasen
gleicher Größe erzeugt werden, die sich nicht zu größeren Blasen zusammenzuschließen
suchen.
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Wie bereits erwähnt, enthält die neue Diffusionsanordnung ein Entlüftungsventil
in der mit dem Unterteil verbundenen Luftzuführungsleitung. Derartige Diffusoren
mit durch Betätigung eines Entlüftungsventils und durch besondere - Formgebung besonders
stark bewegbarem porösem Oberteil sind bereits Gegenstand des älteren Patents 1018
395, so daß für die Anwendung eines Entlüftungsventils an sich bei Diffusoren kein
Schutz begehrt wird.
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Diese Entlüftungsventil kann rasch geöffnet und geschlossen werden.
Wird -dieses Ventil geöffnet, so wird die Luftzufuhr augenblicklich von dem Diffusor
abgeschaltet, so daß sein. oberer Teil plötzlich und vollständig zusammenfällt.
Hierbei trifft der obere Teil auf den nicht porösen unteren Teil, so daß sich die
festen Bestandteile von der Oberfläche des porösen Teiles lösen. Wird das Entlüftungsventil
geschlossen, so wird der Diffusor rasch wieder aufgebläht. Dieses rasche Wiederaufblähen
des oberen Diffusorteiles dient dazu, alle jene festen Stoffe abzulösen, die nicht
schon abgefallen waren, als der poröse Teil auf den unteren Diffusorteil auftraf.
Feste Bestandteile, die bei diesem Vorgang noch nicht vollständig abgelöst wurden,
werden in den Poren des Oberteiles so gelockert, daß sie von der Druckluft fortgeblasen
werden, wenn der Diffusor von neuem aufgebläht wird. Das Zusammenfallen findet so
rasch statt, daß die umgebende Flüssigkeit nicht nach innen eindringen kann. Die
Diffusoren werden ständig saubergehalten, indem lediglich das die Luftzufuhr regelnde
Ventil betätigt wird, um. den oberen Diffusorteil zum Zusammenfallen. zu bringen
und ihn wieder aufzublähen; die Wartungskosten sind daher bei dieser neuen Bauart
sehr niedrig. Soll eine gründlichere Reinigung vorgenommen werden oder sind Reparaturen
erforderlich, so lassen sich die Diffusoren leicht ausbauen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnung
erläutert, in der eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist.
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Fig. 1 zeigt im senkrechten Querschnitt einen Abwasserbehälter, der
mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Diffusoreinheit ausgestattet ist; Fig.
2 zeigt einzelne Teile der Luftzuführung und des Luftregelventils im Schnitt nach
der Linie 2-2 der Fig. 3; Fig. 3 zeigt die Teile nach Fig. 2 in Seitenansicht; Fig.
4 zeigt die Diffusoreinheit im Grundriß ; Fig. 5 zeigt schaubildlich einen einzelnen
Diffusor; Fig. 6 zeigt die einzelnen Teile eines Diffusors nach Fig. 5 in auseinandergezogenem
Zustand.; Fig. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 5 ; Fig. 8 ist
ein Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 5 und veranschaulicht die Anordnung der
Luftzuführung; Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 5. Der Abwässerbehälter
12 ist an ein Zuflußrohr 13 angeschlossen und weist einen Abfluß 14 auf. Ein hohler
Stutzen 15 dient dazu, eine Luftzuführungsleitung 16 mit einem Kniestück 17 zu verbinden.
Luft wird durch die Leitung 16 mittels einer in der Zeichnung nicht veranschaulichten
Pumpe oder eines Gebläses unter Druck zugeführt und in das Kniestück 17 eingeleitet.
In diesem Kniestück ist ein mittels eines Handgriffes 19 bedienbares Ventil 18 vorgesehen,
das die Verbindung zur Außenluft steuert; ist das Ventil geöffnet, so. strömt die
Luft aus der Leitung 16 unmittelbar nach außen. Ist das Ventil 18 jedoch geschlossen,
so gelangt die Luft durch das Kniestück 17 in eine Rohrleitung 20. Das Ventil 18
ist durch ein Schnellventil, d. h. ein Ventil, das sehr rasch geöffnet werden kann,
um die Zufuhr von Druckluft zur Leitung 20 augenblicklich zu unterbinden., indem
die Luft aus der Leitung 16 unmittelbar in die Atmosphäre abgeblasen wird. Von dem
unteren Ende des Rohres 20 zweigt ein mit ihm gelenkig verbundenes Rohr 21 ab, dessen
oberes Ende 22 seitlich gegenüber dein Rohr 20 versetzt ist. Das Kniestück 17 ist
bei 23 schwenkbar mit dem Stutzen 15 verbunden (Fig. 3), so daß die Rohre 20 und
21 zum Reinigen. oder zum Instandseitzen irgendwelcher, für gewöhnlich in der Abwässerflüssigkeit
24 untergetaucht liegender Teile aus dem Behälter 12 herausgeschwenkt werden können.
An dem Rohr 21 ist bei 26 eine Stoßstange 25 befestigt, die die Diffusoren im richtigen
Abstand von der Wandung des Behälters 12 hält.
Das untere Ende des
Rohres 21 ist durch ein Kupplungsstück 27 an ein Verteilerrohr 28 angeschlossen.
Dieses Verteilerrohr ist an seinen beiden Enden 29 und 30 verschlossen (Fig. 4),
so daß die durch das Rohr hindurchtretende Luft in die Diffusoren 31 eintritt. Die
Diffusoren sind an dem Rohr 28 parallel zueinander angeschlossen und weisen im Verhältnis
zu ihren sonstigen Abmessungen eine verhältnismäßig große Länge auf. Durch diese
Anordnung der Diffusoren wird auf der ganzen Länge des Verteilerrohres 28 ein breites
Band von Blasen erzeugt, wobei die Breite dieses Bandes der Länge der Diffusoren
31 entspricht.
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Die Diffusoren sind, wie die Zeichnung zeigt, an der dem Zuflußrohr
13 gegenüberliegenden Wand des Behälters angeordnet; abweichend hiervon können sie
aber natürlich gegebenenfalls auch an jeder anderen beliebigen Behälterwand angeordnet
sein. Die durch das Zuflußrohr in den Behälter einströmende Flüssigkeit bewirkt
eine kreisförmige Bewegung des gesamten Abwassers im Behälter. Die durch Poren bzw.
Öffnungen der Diffusoren infolge der Druckluftzufuhr durch das Verteilerrohr 28
austretenden Luftblasen werden daher wegen der kreisförmigen Bewegung des Abwassers
in einer ganz bestimmten Bahn, bewegt werden, solange wie die Diffusoren eine feste
Lage in dem Behälter einnehmen. Die Blasen bewirken eine gleichförmige Durchlüftung
der Flüssigkeit, durch die sie hindurchtreten.
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Jeder Diffusor 31 weist einen festem, nicht porösen., starren unteren
Teil 32 auf (Fig. 5 bis 9), der im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet
ist. An einem Ende weist der untere Teil 32 eine mit ihm aus einem Stück bestehende
Stirnwand 33 und an seinem anderen Ende eine abnehmbare Kappe 34 auf. Die Stirnwand
33 hat eine Öffnung 35, durch die eine zur Luftzuführung dienende, Gewinde aufweisende
Leitung hindurchragt. Diese Luftzuführungsleitung ist andererseits mit Gewinde in
eine entsprechende Öffnung des Verteilerrohres 28 eingeschraubt. Mit Hilfe von Muttern
37 und 38 ist die Rohrleitung 36 fest an die Stirnwand. 33 angeschlossen.
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Es ist besonders zweckmäßig, die Luftzuführungsleitung an der Stirnseite
eines jeden Diffusors anzuschließen, wie dies in der Zeichnung veranschaulicht ist;
dies hat den Vorteil, daß wenn der poröse Oberteil 39 zusammenfällt, er auf einen
glatten, nicht unterbrochenen festen Boden auftrifft. Sollte es aber aus besonderen
Gründen vorteilhaft sein, das Luftzuführungsrohr am Boden 32 eines jeden Diffusors
einmünden zu lassen, so kann natürlich auch diese Bauart gewählt werden.
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Die Länge der Diffusoren ist wesentlich größer als ihre Breite oder
Höhe. Der Grund hierfür ist nicht nur der, ein breites Band von Blasen zu erzeugen
und durch Aufblähen und Zusammenfallenlassen eine gute Reinigung zu gewährleisten,
sondern auch um zu verhindern, daß der schmiegsame Oberteil beim Zusammenfallen
in die Lufteinlaßöffnung eingesaugt wird, falls die Luftzuführung im Diffusorboden
erfolgt. Würden die Diffusoren nur eine kurze Länge haben, so könnte der schmiegsame
Oberteil beim Zusammenfallen in die Einlaßöffnung eingesaugt werden, so daß er sich
nicht wieder richtig aufbläht, wenn die Druckluft wieder erneut zugeführt wird.
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Zweckmäßig ist der schmiegsame Oberteil 39 im Querschnitt etwa
halbzylindrisch ausgebildet; in diesem Falle legt er sich in zusammengefallenem,
in Fig. 7 mit gestrichelten Linien angedeutetem Zustand im wesentlichen an die Wandung
des unteren Diffusorteiles 32 an. Die Höhe des oberen Teiles 39 ist in aufgeblähtem
Zustand zweckmäßig etwas größer als die Tiefe des Diffusorunterteiles. Beim Zusammenfallen
wird daher der Oberteil gegen den unteren. Teil 32 treffen, wobei die Fremdstoffe,
die sich in den Poren angesammelt haben, gelost werden; das Gewebe des oberen Diffusorteiles
wird sich hierbei aber nicht übereinanderfalten. Wird nämlich der Oberteil der Höhe
nach zu groß ausgeführt, so wird sich das Ge-
webe in Falten übereinanderlegen,
wenn es auf dem Unterteil auftrifft; dies hätte zur Folge, daß sich die in den Poren.
befindlichen Fremdstoffe nicht richtig lösen. In aufgeblähtem Zustand kann die Höhe
des oberen Teiles 39 etwa gleich groß oder gegebenenfalls etwas kleiner sein als
die Tiefe des unteren Diffusorteiles 32; dies muß aber nicht notwendigerweise so
sein.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der schmiegsame obere Teil
39 in aufgeblähtem Zustand und der starre untere Teil 32 im Querschnitt halbkreisförmig
ausgebildet sind; allerdings sollten der Oberteil und der untere Teil etwa die gleiche
Form bzw. Gestalt haben, so daß sich der Oberteil beim Zusammenfallen an die Wandung
des unteren Teiles anlegen kann, ohne daß sich das Gewebe übereinanderfaltet. Fremdstoffein
den Poren werden dann am. wirksamsten frei gemacht, wenn der Oberteil in seiner
Form in eingefallenem Zustand der Umfangsgestalt des unteren Teiles entspricht.
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Die Ränder des oberen Teiles 39 sind zwischen den Schenkeln einer
im Querschnitt U-förmigen Rahmenleiste 41 eingeklemmt, die eine Art Verstärkungsrippe
für dem unteren Umfang des oberen Diffusorteiles bildet. Der Unterteil 32 hat an
drei Seiten einen oberen Flansch 42 und unmittelbar darunter und parallel dazu einen
unteren Flansch 43. Beim Zusammenbau wird die Rahmenleiste in dem porösen Oberteil
von der offenen Stirnseite her zwischen die Flansche 42 und 43 geschoben. Die Stirnkappe
34, die einen Randflansch 44 aufweist, wird darauf in die in Fig. 9 veranschaulichte
Stellung gebracht und durch Löten oder Hartlöten mit dem unteren Diffusorteil 32
und der Rahmenleiste fest verbunden.
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Ist das Ventil 18 geschlossen, so tritt die Luft aus der Hauptzuführungsleitung
16 durch den Stutzen 15, das Kniestück 17, die Leitungen 20 und 21, das Verbindungsstück
27 und die Verteilerleitung 28 in die Diffusoren 31. Die Luft wird dann durch die
Öffnungen in dem Oberteil 39 eines jeden Diffusors 31 hindurchgepreßt und tritt
in Form. feiner Blasen aus, die die Abwässer od. dgl. wirksam durchlüften., in welche
die Diffusoren untergetaucht sind. Die durch die oberen Teile der Diffusoren hindurchtretende
Luft hat an sich das Bestreben, die Poren in diesen Teilen sauberzuhalten, indem
alle festen, in den Abwässern enthaltenen Stoffe weggeblasen. werden.; dennoch sammeln
sich teilweise feste Stoffe an. diesem Diffusorteilen an, und mit der Zeit würden
sie deren Poren verschließen. Eine solche Möglichkeit des Verstopfens der Diffuso;rporom
wird verhindert, einfach indem das Ventil 18 geöffnet und wieder geschlossen wird,
ohne daß dabei eine! irgendwie nennenswerte Unterbrechung des Belüftungsvorganges
erfolgt.
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Sobald das Ventil 18 geöffnet wird,, gelangt die Luft, die
sonst durch das Rohr 20 weitergeleitet wird, in die Atmosphäre. Der Druck der Abwässer
neben den Diffusoren ist viel größer als der Atmosphärendruck; infolgedessen verursacht
der Druck der Abwässer ein plötzliches Zusammenfallen der oberen Teile 39 der Diffusoren
31; die in den Diffusoren be.-findliche
Luft wird durch die Verteilerleitung
28 und die übrigen Leitungen bis zum Ventil 18 zurückgedrückt. Infolge der Einwirkung
des Drucks der Abwässer auf die Außenwandung der Diffusoren fällt der obere Diffusorteil
so rasch zusammen, daß die Abwässerflüssigkeit nicht durch die oberen Diffusorteile
hindurchsickern kann..
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Fällt der Diffusor rasch zusammen, so schlägt der obere Teil 39 gegen
die Innenwandung des unteren Diffusorteiles 32, wobei die in den. Poren sitzenden
Teilehen der Fremdstoffe gelöst werden. Dieses Aufschlagen des beweglichen Diffusorteiles
löst praktisch alle Fremdbestandteile, da der obere Teil 39 mit dem überwiegenden.
Teil seiner Fläche mit dem unteren Diffusorteil 32 in Berührung kommt und sich im
wesentlichen über die ganze Länge des Diffusors gegen die Innenwandung des Unterteiles
32 legt. Wird das Ventil 18 wieder geschlossen, so bläht sich der Oberteil 39 rasch
wieder auf. Fremdstoffe, die nicht herausgeschlagen wurden, als der obere Teil gegen
den unteren Diffusorabschnitt traf, werden in. der Regel beim. Wiederaufblähen des
Oberteiles gelöst.
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Ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, kann der obere halbzylindrische
Teil dadurch mit dem unteren starren Diffusorteil verbunden werden, daß die Ränder
des Oberteiles zwischen einem etwa dem Flansch 42 entsprechenden Flansch und einer
Halteplatte durch Niete befestigt werden.