DE19537806A1 - Verfahren zum energiegünstigen intensiven Gaseintrag, insbesondere von Sauerstoff, in eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Bewegung eines geeigneten Körpers an der Flüssigkeitsoberfläche - Google Patents

Verfahren zum energiegünstigen intensiven Gaseintrag, insbesondere von Sauerstoff, in eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Bewegung eines geeigneten Körpers an der Flüssigkeitsoberfläche

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Description

Verfahren zum energiegünstigen intensiven Gaseintrag, insbesondere von Sauer­ stoff, in eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Bewegung eines geeigne­ ten Körpers an der Flüssigkeitsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine für diesen Zweck optimierte Form hat, eine taumelnde Bewegung ausführt und zwischen einer das einzutragende Gas rein enthaltenden Atmosphäre und der Flüssigkeit angebracht ist und so einen intensiven Gaseintrag in die Flüssig­ keit bewirkt.
Der Eintrag von Luft in Wasser durch sich bewegende Körper - z. B. Radbelüfter - ist Stand der Technik. Ein Problem dieser Technik stellt der hohe Energiebedarf dar. Durch eine energetisch günstige Ausführung des sich bewegenden Körpers, verbun­ den mit einem optimierten Bewegungsablauf - vorgeschlagen wird hier eine taumeln­ de Bewegung - kann ein im Verhältnis zum Energieaufwand extrem optimierter Ga­ seintrag erzielt werden. Wird dieser optimierte Bewegungsablauf zwischen einer das einzutragende Gas rein enthaltenden Atmosphäre und der Flüssigkeit ausgeführt, wird die Eintragsleistung pro Energieeinheit nochmals gesteigert.
Bei einer optimierten Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Körpers, der Viskosität der Flüssigkeit entsprechend, wird ein dünner, pilzartiger Flüssigkeitsfilm erzeugt, der eine optimal große Oberfläche und damit Kontaktfläche zu dem einzu­ tragenden Gas hat, außerdem wird durch die Bewegung des Körpers beim Eintau­ chen in die Flüssigkeit eine dünne Gas-Schicht mit in die Flüssigkeit hineingezogen. Des weiteren entstehen trichterförmige Verwirbelungen beim Eintauchen des Kör­ pers in die Flüssigkeit, durch die zusätzlich reines Gas in die Flüssigkeit hineingezo­ gen wird. Verbunden mit dem Gaseintrag ist auch eine gerichtete Strömungserzeu­ gung, die das Verfahren für bestimmte Anwendungen besonders geeignet macht.
Für dieses Verfahren gibt es Anwendungsmöglichkeiten in den verschiedensten Bereichen:
Fischzucht, Teichsanierung
In der Intensiv-Fischzucht und in der Sanierung von Stillgewässern kommt es darauf an, sowohl plötzlich auftretende Sauerstoff-Minima - z. B. nach der Fütterung - zu ver­ meiden bzw. auszugleichen, als auch langfristig einen hohen Sauerstoffgehalt des Gewässers zu gewährleisten. Für diese Aufgabe eignet sich das beschriebene Ver­ fahren mit einer Vorrichtung mit einer Körpergröße von 20-50 cm.
Ausführungsbeispiel
(Siehe Fig. 2 und 3) Ein im Unteranspruch 3 beschriebener Körper (K) (siehe auch Fig. 1) mit der im Unteranspruch 4 beschriebenen Bewegung (siehe auch Fig. 1) wird durch ein geeignetes Ausgleichsgetriebe mit einer Antriebseinheit (A) - vorzugs­ weise einem Elektromotor, evtl. mit Photovoltaik - verbunden. Bei kleineren Körpern - bis ca. 35 cm - reicht die im ersten Teil von Unteranspruch 6 beschriebenen Kon­ struktion aus (Fig. 2), da hier die Bewegungskräfte, die auf die Schwimmer (S) ein­ wirken, nicht so stark sind. Mit der Schwimmerkonstruktion und die gesamte Einheit umschließend wird eine nach vorne hin flach auslaufende, gasdichte Hülle, vorzugs­ weise aus Kunststoff, verbunden, die an allen Seiten gleichmäßig in das Wasser ein­ taucht. Diese Hülle wird mit einer Sauerstoffquelle verbunden, die evtl. zusammen mit der Photovoltaik-Anlage auf einem separaten Schwimmer befestigt werden kann. Die Sauerstoff-Zufuhr wird durch ein Ventil geregelt, das von einem flüssigkeits­ stand-abhängigen Sensor im Inneren der Hülle gesteuert wird. Die Photovoltaik-An­ lage ist mit einer Pufferbatterie ausgerüstet, da der höchste Sauerstoff-Bedarf nachts auftritt, der Elektromotor wird durch einen Sauerstoff-Sensor im Wasser, der in Inter­ vallen von 15-30 Minuten eine Messung vornimmt, bei einer Sauerstoff-Konzentrati­ on von über 95% abgeschaltet.
(Siehe Fig. 3) Wird die Vorrichtung für ein größeres Gewässer benötigt, empfiehlt sich ein größerer Körper (K), der aus Stabilitätsgründen an der im zweiten Teil des Unteranspruchs 6 beschriebenen, fünfeckigen Schwimmer-Konstruktion (siehe Fig. 3) befestigt werden sollte. Sie hat auch den Vorteil, daß die gasdichte Hülle (H) flä­ chig mit der Tragekonstruktion verbunden werden kann.
Kläranlagen, Belebungsbecken, Güllebehandlung
In der Abwasser- und Gülle-Behandlung kommt es darauf an, mit möglichst gerin­ gem und verlustfreiem Energie- und Sauerstoffbedarf sowohl einen gleichmäßigen und intensiven Sauerstoff-Eintrag zu bewirken, als auch eine Strömung zu erzeugen bzw. die Flüssigkeit zu durchmischen, um die Bildung von Schwimmschichten zu vermeiden. Hier eignet sich die beschriebene Vorrichtung mit Körpern < 40 cm.
Ausführungsbeispiel
Die beschriebene Vorrichtung mit einem oder mehreren Körpern wird mit Aus­ gleichsgetriebe und Motor stationär an der Schmalseite eines länglichen Beckens befestigt, in das die Gülle bzw. das Abwasser geleitet wird. Ist eine konstante Füllhö­ he gegeben, entfällt eine Höhenverstellbarkeit der Vorrichtung. Das Becken ist ent­ sprechend des Strömungsverlaufs der durch die Bewegung des oder der Körpers hervorgerufenen Strömung geformt, so daß keine Ecken entstehen, in denen sich Feststoffe absetzen können. Zur Unterstützung der Umwälz-Leistung können ein oder mehrere zusätzliche Körper in unterschiedlicher Eintauchtiefe eingesetzt wer­ den. Die Sauerstoff-gefüllte Atmosphäre wird über dem gesamten Becken durch ei­ ne gasdicht an den Beckenrändern abschließenden Hülle - entweder mit einer gas­ dichten Kunststoffplane oder einer festen Abdeckung - hergestellt. Zur Erleichterung von Wartungs- und Reparaturarbeiten wird Ausgleichsgetriebe und Motor außerhalb der Sauerstoff-Atmosphäre angebracht, der Körper wird durch zwei gasdicht durch die Hülle hindurchführenden Achsen angetrieben.
(Chemische) Verfahrenstechnik, Labortechnik
Auch in der chemischen Verfahrenstechnik und der Labortechnik kommt es oft dar­ auf an, sowohl einen gleichmäßigen Eintrag eines bestimmten Gases in eine Flüs­ sigkeit zu bewirken als auch die Flüssigkeit und evtl. darin befindliche Feststoffe in Bewegung und eine gleichmäßige Durchmischung aufrecht zu halten. Auch hier bie­ tet das beschriebene Verfahren eine optimale Lösung.
Anwendungsbeispiel
(Siehe Fig. 4) Die Vorrichtung wird an der Schmalseite eines länglichen gasdichten Behälters (B) angebracht, so daß sich Ausgleichsgetriebe und Antriebseinheit (A) außerhalb des Behälters befinden und nur die beiden Achsen gasdicht in den Behäl­ ter hineinführen. Der untere Teil des Behälters ist dem durch den Körper erzeugten Strömungsverlauf (S) angepaßt. Durch entsprechende Regulierung der Flüssig­ keits-(F) und Gas-(G)zufuhr wird der Flüssigkeitsstand auf gleicher Höhe gehalten. Der Durchlauf kann entweder kontinuierlich oder chargenweise erfolgen.

Claims (13)

1. Verfahren zum intensiven Gaseintrag, insbesondere Sauerstoff, in eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Bewegung eines geeigneten Körpers an der Flüssigkeitsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine für diesen Zweck optimierte Form hat, eine taumelnde Bewegung ausführt und zwischen einer das einzutragende Gas rein enthaltenden Atmosphäre und der Flüssigkeit angebracht ist und so einen intensiven Gaseintrag in die Flüssig­ keit bewirkt.
2. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Körpers so eingestellt wird (je nach Größe des Körpers und der Viskosität der Flüssigkeit), daß sich durch das Eintauchen des Kör­ pers eine dünne filmartige Flüssigkeitsschicht pilzartig ausbildet sowie an der eintau­ chenden Fläche des Körpers eine dünne Gas-Schicht mit in die Flüssigkeit gezogen wird.
3. Unteranspruch zur Ausführung des sich bewegenden Körpers nach Anspruch 1, (siehe Fig. 1), dadurch gekennzeichnet, daß der sonst konvexe Körper zwei je in einer Ebene liegenden Kanten aufweist, die auf­ einander senkrecht stehend an der Außenseite dieselbe konstante Krümmung besit­ zen und deren Mittelpunktsabstand (a) um den Abstand (x) größer als der Krüm­ mungsradius (r) selbst ist, wobei der Abstand (x) der Abstand zwischen den Außen­ kanten des Körpers und der Gelenke (G1, G2) an den Achsen (A3, A4) sind, die zur Ausführung der in Unteranspruch 4 beschriebenen Bewegung zur Antriebseinheit führen.
4. Unteranspruch zur Ausführung der Bewegung des Körpers nach Anspruch 1, (siehe Fig. 1), dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch drehbare Lagerung um zwei Achsen (A1, A2), die je durch einen Mittelpunkt der Krümmungsradien gehen, in eine taumelnde Bewegung versetzt wird. Beide Achsen werden je durch eine U-förmige Halterungen (H1, H2) gehalten, die je mittig durch ein Gelenk (G1, G2) mit je einer weiteren Achse (A3, A4) verbun­ den sind, die zu der Antriebseinheit führen. Der Abstand der Gelenke (G1, G2) von den Achsen (A1, A2) ist um den Betrag (x) größer als der Krümmungsradius der Kanten (r) und somit gleichgroß wie der Mittelpunktsabstand (a).
5. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Körper mit der Antriebseinheit höhenverstellbar vorzugsweise an einer Schwim­ mer-Konstruktion über der Flüssigkeit angebracht und angetrieben wird und
der Schwimmer mit einer gasdichten, nach unten hin offenen Hülle umgeben wird, deren untere Kanten in die Flüssigkeit eintauchen, so daß ein abgeschlossener Raum entsteht, der das einzutragenden Gas rein enthält, oder
die Trage- und Schwimmerkonstruktion des Körpers in eine gasdichte Kuppelform integriert wird, die rundherum in die Flüssigkeit eintaucht, so daß ebenfalls ein abge­ schlossener Raum entsteht, der das einzutragende Gas rein enthält.
6. Unteranspruch zur Ausführung der Schwimmer-Konstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß
(siehe Fig. 2) der Körper (K) mit der Antriebseinheit (A) an ein Vierkantrohr (R) be­ festigt wird, das an den Enden in einem Winkel < 90° nach unten hin abgewinkelt wird. In das Ende des Vierkantrohres wird ein zweites, kleineres Vierkantrohr einge­ paßt, mit dem vorzugsweise durch Bohrungen (B) und hindurchgesteckte Splinte oder Schrauben die Höhenverstellbarkeit bewirkt wird. An den unteren Enden der kleineren Vierkantrohre werden die Schwimmer (S) befestigt, oder
(siehe Fig. 3) die Grundform eine Kastenform mit einem fünfeckigen Grundriß ist, die aus Profilen aus geeigneten Werkstoffen (z. B. Stahl, Aluminium, GFK) besteht. Mindestens zwei der sich an der hinteren Seite befindlichen unteren Enden der Ka­ stenform werden als Schwimmer (S) ausgebildet. Bei Bedarf können auch alle unte­ ren Enden als Schwimmer ausgebildet werden. Zwischen den beiden mittleren, nicht benachbarte Profile wird ein Querträger (Q) eingebaut, an dem der Körper (K) und die Antriebseinheit (A) höhenverstellbar befestigt werden kann. Die Kasten-Profilform kann nach Bedarf an einer oder mehreren Seiten verkleidet oder mit einer Hülle (H) versehen werden. Die Verkleidung kann gasdicht ausgeführt werden.
7. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung der Durchmischungsleistung mehrere Körper in unterschiedlichen Höhen, evtl. auch untereinander, angebracht werden.
8. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere für die Anwendung in der chemischen Verfahrenstechnik (siehe Fig. 4), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die Flüssigkeit und das Gas in einen gas- und flüssigkeitsdichten ge­ schlossenen Behälter (B) eingebracht wird.
9. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einem geschlos­ senen Behälter (siehe Fig. 4), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antriebseinheit (A) außerhalb des Behälters befindet.
10. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einem geschlos­ senen Behälter (siehe Fig. 4), dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Behälters der durch die Körper erzeugten Strömung (S) angepaßt wird, so daß keine toten Winkel mit unbewegter Flüssigkeit entstehen.
11. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit einer Struktur - z. B. Schuppen-, Riffel-, Linien-, Stoff-Struktur - verse­ hen wird, um die Eintragseigenschaften zu verändern und der Struktur der Flüssig­ keit anzupassen.
12. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen, vor allem zum Einsatz in Klärwerken, Belebungsteichen etc., dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Beckens, in dem das Verfahren nach Anspruch 1 zum Einsatz kommt, dem Strömungsverlauf der durch den Körper erzeugten Strömung angepaßt ist.
13. Unteranspruch zur Ausführung des Verfahrens nach den vorgenannten Ansprüchen, vor allem zum Einsatz zum Sauerstoff-Eintrag in der Fischzucht, zur Teich-Sanie­ rung etc., dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit durch eine Sauerstoff-Sonde gesteuert wird, die beim Erreichen eines bestimmten, entweder fest programmierten oder einstellbaren Sauerstoff-Wer­ tes die Antriebseinheit aus- bzw. beim Unterschreiten dieses Wertes wieder ein­ schaltet. Die Messung kann kontinuierlich oder - zur Schonung der Messeinheit - in Intervallen erfolgen.
DE1995137806 1995-10-11 1995-10-11 Verfahren zum energiegünstigen intensiven Gaseintrag, insbesondere von Sauerstoff, in eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch die Bewegung eines geeigneten Körpers an der Flüssigkeitsoberfläche Ceased DE19537806A1 (de)

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