DE1214165B - Verfahren und Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Fluessigkeiten, insbesondere zum Belueften von Abwasser - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Fluessigkeiten, insbesondere zum Belueften von AbwasserInfo
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Description
- Verfahren und Einrichtung zum- Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintragen von Gasen als Blasen in Flüssigkeiten; misbesondere zum Belüften von Abwasser in Belebtschlammanlagen, mit Hilfe von an eine Druckgasleitung angeschlossenen Tauchkörpern mit Gasaustrittsschlitzen.
- Zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten sind zahlreiche Verfahren. und Einrichtungen bekannt. Soweit es sich um die Belüftung von Abwasser, vorzugsweise in Belebtschlammanlagen handelt, unterscheidet man Verfahren und Einrichtungen, die Luft nur aus der Oberfläche nehmen, Verfahren und Einrichtungen, bei denen die Luft in das Wasser hineingeschlagen wird, die sogenannten Druckluftverfahren und Einrichtungen hierfür und schließlich die, kombinierten Verfahren und die dazugehörigen Einrichtungen. Als älteste Maßnahme zum Eintragen von Luftsauerstoff in Wasser ist das Einleiten von Druck-,Glas mittels Tauchrohren in den Flüssigkeitsbehälter bekannt. Die hierbei aus dem unten offenen Rohr austretenden groben Luftblasen geben während des Aufsteigens zur Wasseroberfläche, z. B. bei 3 m Wasserweg, nur etwa 6 % ihres 02-Gehaltes an das umgebende Wasser ab. Es entweichen demnach rund 94 % ungenutzt in die Atmosphäre. Preßt man Druckluft durch feinstporige Filterelemente ins Wasser, was ebenfalls bekannt ist, so entstehen kleinste Bläschen, deren Gesamtoberfläche je Volumeinheit proportional vergrößert wird (2r = Blasendurchmesser). Infolge der hierbei vergrößerten Kontaktfläche einerseits und der geringeren Aufstiegsgeschwindigkeit der kleineren Bläschen andererseits, was gleichbedeutend mit einer vergrößerten Kontaktzeit ist, ist eine Ab- sorption von 12 bis 25 % des Sauerstoffgehaltes unter sonst gleichen Bedingungen erreichbar. Diese Art des Eintragens hat jedoch den Nachteil, daß insbesondere bei Flüssigkeiten mit suspendierten Schmutzstoffen oder gelösten Härtebildnern Verstopfungen und Inkrustierungen der Filterporen eintreten, die zu hohen Druckverlusten führen und den Gasaustritt weitgehend drosseln.
- Es ist eine Erkenntnis, daß zum Erreichen einer ho'hen Gasabsorption eine möglichst große KontaktflÄche zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen Medium erforderlich ist. Da die Gasabsorption innerhalb der monomolekularen Grenzschicht in Bruchteilen einer Sekunde ihren Sättigungswert erreicht, in den jedoch nachfolgenden Schichten die, Gasabsorption so verlangsamt wird, daß z. B. der Sauerstoffgehalt einer Luftblase von nur 1 mm Durchmesser erst nach 208 Minuten im ruhenden Wasser absorbiert würde, setzt ein wirtschaftliches Druckgasverfahren den gleichzeitigen intensiven Austausch der Grenzschichten voraus, wie er vornehmlich im turbulenten Strömungszustand erreichbar ist. Für Belebtschlammanlagen mit dem Ziel einer ausreichenden Sauerstoffzufuhr zu den Mikroorganismen, die einmal durch Assimilation die gelösten Schmutzstoffe in lebende Substanz umbauen und zum anderen die dispergierten Festatoffe durch Adsorption an sich binden, so daß die Schmutzstoffe zusammen mit dem überschußbelebtschlamm aus dem Wasser entfernt werden, ergibt sich zur Erzielung möglichst kurzer Behandlungszeiten die besondere Forderung zur Intensivierung des Belüftungsverfahrens. Diese besteht in der Erzeugung einer solchen Türbulenz auch beim Druckluftverfahren, wie sie z. B. mit den Turbulenzrotoren erreicht wird.
- Es ist weiterhin bekannt, zur Belüftung von Ab- wasser Rohre mit öffnungen zu verwenden, wobei die öffnungen in den Rohren mit elastischen Plättehen, vorzugsweise mit dünnen Metallplättchen abgedeckt sind, die beim Luftaustritt in Schwingung geraten und den Luftstrom entsprechend ihrer Schwingungszahl unterbrechen. Mit diesen Einrichtungen können aber keine höheren Frequenzen erreicht werden, so daß, die Luftblasen, die in das Abwasser gelangen, verhältnismäßig groß sind.
- Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und löst die gesteckte Aufgabe dadurch, daß das Gas in Form von dünnschichtigen filmartigen Blasen intermittierend in die Flüssigkeit eingetragen wird.
- Für die stoßweise Eintragung können an sich bekannte technische Mittel zum Zerhacken einer Strömung eingesetzt werden, z. B. vor den Tauchkörpern, liegende federbelastete und/oder gesteuerte Ventile oder Drefischieber. Als vorteilhafteste Lösung wird jedoch nach der Erfindung der Einsatz Diner Interzepterdüse mit einer oder mehreren spaltförmigen Gasaustrittsöffnungen angesehen. Jede der Gasautrittsöffnungen dieser Düse bzw. dieses Tauchkörpers ist von elastisch gegeneinander beweglichen Wandungen begrenzt, -die ein vorzugsweise mit Tonf#ie)quenz schwingendes 'Schwingsystem bilden. Vorteilhaft ist es, vor den spaltfÖrmigen GasaustrittsöiÜ#aungen in Form von Ausnehmungen im Tauchkörper am Tauchkörper angeordnete, der jeweiligen Ausnehmung vorgelagerte, gekrümmte und gegeneinander abgestützte, aus Gewebegummi, Kunststoff, Kunststoffolien mit Schaumstoffauflage-od. -dgl.- bestehende-Lappen- zu verwenden, die nachgiebig ausgebildet und vorgespannt sind und/o.der unter Außendruck stehen.
- Bei derartig ausgebildeten Tauchkörpera vergrößert sich der Gasdurchtrittsquerschnitt mit zunehmendem Innendruck, jedoch werden im -Betriebsdruckbereich nur Spalte von etwa 1 TnTn Weite wirksam. Durch Abstimmung der Strömungsquerschnitte, der Federkonstante, der Größe der beweglichen Massen auf das Volumen des Stauraumes und der in der Zeiteinheit durchströmenden Luftmenge wird dabei ein schwingungsfähiges System geschaffen. Die Schwingungen werden dabei dadurch bewirkt, daß eine beschleunigte Gasströmung in einem sich gesetzmäßig verengenden Spalt infolge der Umwandlung der potentiellen Druckenergie in kinetische Strömungsenergie im engsten Spaltquerschnitt einen Unterdruck hervorruft, wodurch die Spaltwandungen durch ihre eigene Spannung oder auch durch von außen wirksamen Druck zusammengepreßt werden. Dies führt zu Spaltverengungen, die infolge der Massenträgheit der Wandungen sogar einen vollkommenen Verschluß hervorrufen können. Mt der Unterbrechung des Gasaustrittes ist auch die Energieumwandlung beendet, so daß erst der volle Druck bzw. noch ein zusätzlicher Staudruck in der Staukammer der Düse die öffnung des Spaltes bewirkt und sich dieser Vorgang periodisch wiederholt. Durch Anwendung eines derartigen Systems ergeben sich bei Belebtschlammanlagen folgende Vorteile.
- 1. Es werden Luftblasen mit extrem großem Verhältnis der wirksamen Oberfläche in bezug zum Blasenvolumen erhalten, da im Gegensatz zu einem kontinuierlich durchströmten Querschnitt hier kein zusammenhängender Luftschlauch, sondern nacheinander in dichter Folge austretende kleine Luftblasen erzeugt werden. Die periodische Unterbrechung des Luftaustritts verhindert dabei den Zusammenschluß der einzelnen Luftblasen zu einer großvolumigen Blase. Im Gegensatz hierzu würde sich bei einer kontinuierlich durchströmten Düse nur am Austritt ein - Luftschlauchquerschnitt entsprechend dem Düsenquerschnitt ausbilden, um unmittelbar danach infolge des Luftaufstaues im -umgebenden Flüssigkeitsmedium in eine sackartige, großvolumige Luftblase überzugehen.
- 2. Infolge der tonfrequenten Schwingungen, die sich auf die umgebende Flüssigkeit übertragen, wird eine Turbulenz auch innerhalb der sauerstoffgesättigten monomolekularen Grenzschicht erzeugt, die deren Austausch gegen sauerstoffarmes Wasser der nachfolgenden Schichten beschleunigt und somit die Diffusionsgeschwindigkeit und damit auch die Sauerstoffausnutzung in der zu belüftenden Flüssigkeit erhöht.
- 3. Bewirken die tonfrequenten Schwingungen im Bereiche der Düse eine Auflockerung und unter Umständen eine Zerschlagung großvoluiniger Aggregate von Mikroorganismen, so daß die absorptive Oberfläche der numnebr freigelegten Einzelorganismen wirkungsvoller für den Abbau der Schmutzstoff e ausgenutzt wird.
- 4. Die Wandungen der Gasaustrittsöffnungen erfahren derartig starke Schwingungen, daß eine Anlagerung von Schmutzstoffen unmöglich ist. -Auch- bei Anwendung engster Durchflußquerschnitte besteht daher keinerlei Verstopfungsgefahr. Die Düse ist somit selbstreinigend. _ 5. Bei Stillsetzung der Anlage bzw. bei Unterbrechung der Luftzuführ wirkt die Düse als Rückschlagventil und verhindert somit den Eintritt verschmutzten Wassers in das Düseninnere und auch des Leitungssystems, so daß Ablagerangen in diesem nicht mehr auftreten können. . Einige Ausführungsformen der Erfindung - sind in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt.
- F i g. 1 und 2 zeigen das Beispiel einer Düse, wobei F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine derartige Düse zeigt und F i g. 2 einen Querschnitt in der Ebene I-I; . F i g. 3 a zeigt die teilweise geschnittene Draufsicht und F i g. 3 b den dazugehörigen Querschnitt durch eine wirtschaftliche Ausführungsform einer Düse in Dreifachanordnung; F i g. 4 zeigt das Beispiel einer Düse mit sechs Austrittsquerschnitten, teilweise geschnitten; F i g. 5 erläutert die Anwendung von Düsen bei einem in Längsrichtung durchflossenen Belüftungsbecken; F i g. 6 bis 10 geben Prin ipskizzen der Zusammen fassung von Düsen zu Aggregaten.
- Nach den F i g. 1 und 2 besitzt das Gehäuse 1 einer rohrartigen Lufteintragungsdüse einen Anschlußstutzen 2 für den Anschluß an. die Druckluftleitung 3. Im unteren Teil des Gehäuses ist eine über annähernd die ganze Gehäuselänge reichende Ausnehmung 4 für. den Luftaustritt eingearbeitet. Außerhalb sind z. B. mittels Klemmleisten 5 die elastischen Lappen 6 mit dem Gehäuse durch Schrauben 7 luftdicht verbunden. Die elastische Vorspannung dieser Lappen, ihre Masse und Formgebung sind so auf den Stauraum 8 der Düse abgestimmt, daß die fär den Betrieb benötigten Luftmengen beim Durchtritt vorwiegend tonfrequente Schwingungen erzeugen, so daß nur ein intermittierender Luftdurchtritt stattfinden kann.
- Bei-den Ausfüllrungsformen nach F i g. 3 a und 3 b verlaufen die Aufstiegsbahnen der Luftwalzen in drei getrennten Ebenen äquidistant voneinander, wodurch gegenseitige Beeinflussungen weitgehend unterbunden werden. Die Ausführung nach F i g. 4, mit sechs Schlitzen, ist für besondere Anwendungsfälle gedacht.
- An Stelle eines rohrartigen Gehäuses kann auch ein prismatischer Hohlkörper von Dreieck- bzw. beliebiger Polygonform Verwendung finden, wobei die Ausnehmungen für den Luftaustritt in: einfacher Weise durch Entfernen der Eckkanten erzeugt werden.
- Bei dem Anwendungsbeispiel nach F i g. 5 werdenin einem durchflossenentelüftüngsbecken 10 je zwei Mehrfachdüsen 11 durch ein Hosenfitting 12 zu einem Aggregat zusammengefaßt und über ein Tauchrohr 13 mit der Luftleitung 14 verbunden. Durch Aneinanderreihen weiterer Aggregate entsteht der Belüftungsstrang. Hierbei kann es für eine gleichmäßigere Verteilung der Luft vorteilhaft sein, auch mehr als zwei Düsen zu einem Stern-Aggregat zusammenzufassen, wie etwa aus den Prinzipskizzen, gemäß den F i g. 7 bis 10 ersichtlich ist. Die aus den Düsen austretenden Blasen rufen bekanntlich eine Aufwärtsströmung im Blasenbereich hervor, so daß im gezeichneten Beckenquerschnitt 15 eine Doppelzirkulation erzwungen wird, wie sie für den Austausch der mit Sauerstoff verschieden hoch angereicherten Wasserteile günstig ist. Die Auswahl der geeignetsten Aggregatform richtet sich dabei nach dem Sauerstoffbedarf der zu belüftenden Flüssigkeit und nach der Einhaltung einer Strömungs-Nlindestgeschwindigkeit an der Beckensohle, bei der noch keine Schlammablagerung eintritt.
- Die Pfeile geben jeweils die Strömungsrichtung der Luft bzw. der Flüssigkeit an.
Claims (3)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zum Eintragen von Gasen als Blasen in Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser in Belebtschlammanlagen, mit Hilfe von an eine Druckgasleitung angeschlossenen Tauchkörpern mit Gasaustrittsschlitzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in Form von dünnschichtigen filmartigen Blasen intermittierend in die Flüssigkeit eingetragen wird.
- 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus mindestens einem in der Flüssigkeit angeordneten, an eine Druckgasleitung angeschlossenen, rohrartigen Tauchkörper mit einer oder mehreren spaltförmigen Gasaustrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gasaustrittsöffnung von elastisch gegeneinander beweglichen Wandungen begrenzt ist, die ein vorzugsweise mit Tonfrequenz schwingendes Schwingsystem bilden. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den spaltförmigen Gasaustrittsöffnungen in Form von Ausnehmungen im Tauchkörper am Tauchkörper angeordnete, der jeweiligen Ausnehmung vorgelagerte, gekrümmte und gegeneinander abgestützte, aus Gewebegummi, Kunststoff, Kunststoffolien mit Schaumstoffauflage od. dgl. bestehende Lappen angeordnet sind, die nachgiebig ausgebildet und vorgespannt sind und/oder unter Außendruck stehen.
- In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1029 754; USA.-Patentschriften Nr. 2 144 385, 2 415 048.
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