DE19754055C2 - Dosing device for liquids - Google Patents

Dosing device for liquids

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46—Arrangements of nozzles
    • F04F5/463—Arrangements of nozzles with provisions for mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von Flüssigkeitsbeimischungen kleinerer Mengen im Promille­ bereich und kleiner, in den Flüssigkeitsstrom einer Hauptleitung, wie es z. B. vor der Einleitung von Abwässern in das öffentliche Netz erforderlich ist, wenn diese Abwässer nicht den Qualitätsanforderungen der Indirekteinleiter - VO entsprechen. Diese Forderungen schreiben einen pH-Wert in den Grenzen von < pH = 6,5 und < pH = 10 der Abwässer vor. Bei Über- oder Unterschreitungen der gesetzlich geforderten pH-Werte, muß dieses belastete Wasser vor der Einleitung neutralisiert werden. Es wird dabei eine Wasserqualität von pH 7 angestrebt, also eine Wasserstoff­ ionenkonzentration von 10-7 Mol/Liter (= pH-neutral). Zur Neutra­ lisation müssen dazu Beimischungen im 1‰-Bereich und kleiner beigemischt werden.The invention relates to a metering device for the continuous metering of liquid admixtures of smaller amounts in the alcohol range and smaller, in the liquid flow of a main line, as z. B. is necessary before the discharge of waste water into the public network, if this waste water does not meet the quality requirements of the indirect discharge regulation. These requirements stipulate a pH value within the limits of <pH = 6.5 and <pH = 10 of the waste water. If the pH values exceed or fall below the legally required pH values, this contaminated water must be neutralized before being discharged. The aim is to achieve a water quality of pH 7, i.e. a hydrogen ion concentration of 10 -7 mol / liter (= pH neutral). For neutralization, admixtures in the 1 ‰ range and smaller must be added.

Die derzeitige Praxis ist, dem zu neutralisierenden Abwasser in dafür erforderlichen Auffangbehältern portionsweise NaOH bei pH < 6,5 oder HCl bei pH < 10 zuzugeben. Dieses geschieht durch spezielle Dosierein­ richtungen oder von Hand. Derzeit sind dazu Laboranlagen mit einer Leistung bis zu 10 m3h-1 auf dem Markt. Diese Anlagen arbeiten nach dem Prinzip:
The current practice is to add NaOH at pH <6.5 or HCl at pH <10 to the wastewater to be neutralized in portions in the necessary collection containers. This is done by special dosing devices or by hand. Laboratory systems with an output of up to 10 m 3 h -1 are currently on the market. These systems work on the principle:

  • - Behälter voll,- Container full,
  • - Zulauf sperren;- block inlet;
  • - messen;- measure up;
  • - Zugabe einer definierten Menge Neutralisationsmittel;- adding a defined amount of neutralizing agent;
  • - mischen;- Mix;
  • - belüften;- Ventilate;
  • - warten;- waiting;
  • - messen;- measure up;
  • - Bei Nichterreichen des vorgegebenen Neutralisationswertes wiederholt sich dieser Vorgang so lange automatisch bis der vorgewählte Wert erreicht ist.- If the specified neutralization value is not reached this process is repeated automatically until the preselected value is reached.
  • - Hält sich der Wert nach der eingestellten Beruhigungsphase bei nochmaligem Messen in den vorgegebenen Grenzen, wird automatisch abgepumpt. - The value remains after the set calming phase repeated measurements within the specified limits automatically pumped out.  
  • - Nach der Entleerung des Behälters, wird das Zulaufventil wieder geöffnet, das belastete Wasser wird wieder bis zum Erreichen des Füllstandes gesammelt und der Vorgang wiederholt sich.- After emptying the tank, the inlet valve is back opened, the contaminated water is again until it is reached of the level and the process is repeated.

Diese Anlagen sind für diskontinuierlichen Zulauf belasteten Wassers sehr gut geeignet. Ungeeignet sind diese jedoch durch ihre begrenzte Größe und ihre Ausführung für die Mengen, die z. B. bei Grundwasserabsenkungen, in Katastrophenfällen oder im vorbeugenden Katastrophenschutz anfallen. Sie eignen sich auch nicht für die rauhen Betriebsbedingungen in solchen Anwendungsfällen.These plants are very good for discontinuous inflow of contaminated water well suited. However, their limited size and size make them unsuitable their execution for the quantities z. B. in groundwater subsidence, in Disasters or preventive civil protection arise. she are also not suitable for the harsh operating conditions in such Applications.

Fallen also Mengen < 10 m3h-1 an, muß das beschriebene automatisch ablaufende Verfahren Schritt für Schritt, wie bei der beschriebenen automatisch ablaufenden Neutralisation, s. o. dann manuell erfolgen und zwar solange, bis das Abwasser den gesetzlichen Mindestforderungen der Indirekteinleiter - VO entspricht und eingeleitet werden darf. In einem solchen Fall obliegen die Messungen und die Nachweisführung über die ordnungsgemäße Durchführung der Neutralisation einem validiertem Labor.If quantities of <10 m 3 h -1 occur , the automatic procedure described must be carried out manually step by step, as with the automatic neutralization described, until the wastewater meets the legal minimum requirements of the Indirect Discharge Regulation and may be initiated. In such a case, the measurements and the verification of the proper implementation of the neutralization are the responsibility of a validated laboratory.

Der Einsatz von Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpen bzw. Strahlpumpen ist dazu nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich. Strahlpumpen können nicht bis auf Fördermenge |0| heruntergeregelt werden, da bei Überschreiten der kritischen Förderhöhe die Kavitation einsetzt, sie also in einen unkontrollierbaren selbstzerstörenden Betriebszustand fallen. Andere Regelungen der Fördermengen für Strahlpumpen, als die über die Reduzierung des Förderstromes, d. h. der indirekten Förderhöhenveränderung durch Drosselung im Förderrohr oder die durch Veränderung des kegelförmigen Nadelspaltes zwischen Treibdüsenausgang und Mischdüsenanfang sind nicht bekannt. Die vorgenannten Einschränkungen gelten um so mehr, wenn für minimale Beimischungen Flüssigkeitsstrahl- Flüssigkeitspumpen als Bypass eingesetzt werden sollen. In einem solchen Anwendungsfall kommen zu den vorgenannten Einschränkungen der Eignung der Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpen hoch die entstehenden vagabundierenden Strömungsverhältnisse zwischen Steigrohr und Bypass als unkalkulierbare Störgrößen hinzu, da der Strömungswiderstand im Steigrohr geringer ist, als der Strömungswiderstand des Bypasses mit Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpe.The use of liquid jet liquid pumps or jet pumps is not possible according to the current state of the art. jet pumps cannot up to delivery rate | 0 | be reduced, because at If the critical delivery head is exceeded, cavitation begins, i.e. it fall into an uncontrollable self-destructive operating state. Regulations governing the delivery rates for jet pumps other than those governing the Reduction of the flow rate, d. H. the indirect change in delivery head by throttling in the conveyor pipe or by changing the conical needle gap between the nozzle outlet and Mixing nozzle start are not known. The above limitations apply all the more if, for minimal admixtures, liquid jet Liquid pumps are to be used as a bypass. In one Use case come to the aforementioned restrictions on the suitability of Liquid jet liquid pumps up the emerging ones vagabond flow conditions between riser pipe and bypass as incalculable disturbance variables because the flow resistance in the riser is less than the flow resistance of the bypass Liquid jet liquid pump.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Dosiervorrichtung für die Wasserbehandlung, mit welcher Beimischungen im Promillebereich bis hin zu Null geregelt dosiert werden können. Durch deren Einsatz wird durch Ausnutzung der kinetischen Energie des fließenden Mediums und durch die Anwendung des Mischrohrprinzips der gerätemäßige und arbeitsintensive Aufwand, der bei den bereits beschriebenen herkömmlichen Dosierverfahren nötig ist, energiesparend auf ein Minimum reduziert, da die Förderleistung derselben im direkten Verhältnis zum Förderdruck und der dadurch bedingten Fließgeschwindigkeit des zu behandelnden Fördermediums stehen. Die Anwendung des Mischrohrprinzips macht Auffang- und Behandlungsbehälter und die dazu erforderliche Gerätetechnik überflüssig.The object of the invention is to provide a metering device for the water treatment with which admixtures in the alcohol range up to can be dosed regulated to zero. By using them by utilizing the kinetic energy of the flowing medium and by the application of the mixing tube principle of the device-based and labor-intensive Effort of the conventional dosing methods already described is necessary to save energy to a minimum, since the Delivery performance of the same in direct relation to the delivery pressure and the resulting flow rate of the medium to be treated stand. The use of the mixing tube principle makes collecting and Treatment tanks and the necessary equipment technology are superfluous.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung anhand von Beispielen detailliert erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen sind mitThe following is an example of how the invention works explained in detail. In the associated drawings are with

Fig. 1 das Gesamtsystem und mit Fig. 1 shows the overall system and

Fig. 2 die Einzelheit an der Mischrohrstelle und mit Fig. 2 shows the detail at the mixing tube point and

Fig. 3 eine Neutralisation mit gleichzeitiger Naßoxidation von Abwasser, bei der Absenkung von belastetem Grundwasser
schematisch dargestellt. Fig. 3 a neutralization with simultaneous wet oxidation of wastewater when lowering contaminated groundwater
shown schematically.

Die Notwendigkeit, Mengen im Promillebereich beizugeben macht die Anordnung der Dosiervorrichtung als Bypass zum Steigrohr erforderlich. Dadurch wird der Querschnitt des Steigrohres bei der Verzweigung zum Bypass um den Innenquerschnitt des Treibrohres der Flüssigkeitsstrahl- Flüssigkeitspumpe vergrößert. Dieses würde in Strömungsrichtung in dem Durchflussrohr (so wird das Steigrohr nach der Verzweigung zum Bypass bezeichnet) einen undefinierten Druckabfall und damit eine verringerte, undefinierte Strömungsgeschwindigkeit zur Folge haben, da der Strömungswiderstand im Förderrohr geringer ist, als der Strömungswiderstand des Bypasses mit Dosiervorrichtung.The need to add quantities in the alcohol range makes that Arrangement of the dosing device as a bypass to the riser is required. As a result, the cross section of the riser at the branching becomes Bypass around the inner cross section of the driving tube of the liquid jet Liquid pump enlarged. This would flow in the direction of the Flow tube (this is how the riser becomes a bypass after branching denotes) an undefined pressure drop and thus a reduced, undefined flow rate result because the Flow resistance in the delivery pipe is less than that Bypass flow resistance with dosing device.

  • 1. Die unkalkulierbaren Auswirkungen der unterschiedlichen Strömungswiderstände werden dadurch kompensiert, daß das Gemischrohr (8) (Diffusorausgang) der Dosiervorrichtung (7) partiell mit exakt der Rohrinnenquerschnittsfläche (A5) des Treibrohres (5) in das Durchflußrohr (2) an der Mischrohrstelle (3) hineinragt. Dadurch wird die Erweiterung des Querschnittes des Steigrohres (1), die durch die Verzweigung zum Treibrohr (5) der Dosiervorrichtung (7) entsteht, kompensiert.
    Die Druckverhältnisse im Durchflußrohr (2) und im Treibrohr (5) der Dosiervorrichtung (7) sind dadurch konstant gleich dem Druck im Steigrohr (1). Somit steht der Mengendurchsatz des Durchfluß- Rohres (2) zu dem des Bypasses in einem festen proportionalen Verhältnis. Das Durchflußrohr (2) und das Gemischrohr (8) (Diffusorausgang) der Dosiervorrichtung (7), das partiell in das Durchflußrohr (2) mit der Fläche (A5) hineinragt, gehen an der Mischrohrstelle (3) in ein Rohr der nächsthöheren genormten Rohrnennweite (4) über. Diese Erhöhung der Nennweite bewirkt einen Druckabfall im Mischrohr (4) und sorgt für einen Druckausgleich zwischen beiden Medien in (2) und (8) und für eine homogene Vermischung dieser beiden Medien im Mischrohr (4) durch Impuls­ ausgleich.
    Im Komplex entsteht dadurch eine Dosiervorrichtung (7) mit stabilen statischen Werten, für klar definierbare regelbare Beimischungen von extrem kleinen Flüssigkeitsmengen in extrem große fließende Flüssigkeitsmengen. Bei einem Einsatz zur Neutralisation von belastetem Abwasser und Fließgeschwindigkeiten um 3 ms-1 kann an der Mischrohrstelle (3) auch eine Selbstbelüftung (13) erfolgen, womit eine Feuchtoxidation eingeleitet und die Vermischungsintensität im Mischrohr (4) erhöht wird, wodurch eine Verkürzung der Mischzone im Mischrohr entsteht.    1. The incalculable effects of the different flow resistances are compensated for in that the mixture pipe ( 8 ) (diffuser outlet) of the metering device ( 7 ) partially with exactly the pipe inner cross-sectional area (A5) of the driving pipe ( 5 ) into the flow pipe ( 2 ) at the mixing pipe point ( 3 ) protrudes. This compensates for the expansion of the cross section of the riser pipe ( 1 ), which is caused by the branching to the drive pipe ( 5 ) of the metering device ( 7 ).
    The pressure conditions in the flow tube ( 2 ) and in the drive tube ( 5 ) of the metering device ( 7 ) are thus constant equal to the pressure in the riser tube ( 1 ). Thus, the flow rate of the flow tube ( 2 ) to that of the bypass is in a fixed proportional ratio. The flow pipe ( 2 ) and the mixture pipe ( 8 ) (diffuser outlet) of the metering device ( 7 ), which partially protrudes into the flow pipe ( 2 ) with the surface (A5), go at the mixing pipe location ( 3 ) into a pipe of the next higher nominal pipe size ( 4 ) over. This increase in the nominal size causes a pressure drop in the mixing tube ( 4 ) and ensures pressure equalization between the two media in ( 2 ) and ( 8 ) and for homogeneous mixing of these two media in the mixing tube ( 4 ) by means of pulse equalization.
    This creates a dosing device ( 7 ) in the complex with stable static values for clearly definable, controllable admixtures of extremely small amounts of liquid in extremely large amounts of flowing liquid. When used to neutralize contaminated wastewater and flow rates of around 3 ms -1 , self-ventilation ( 13 ) can also take place at the mixing pipe location ( 3 ), which initiates moisture oxidation and increases the mixing intensity in the mixing pipe ( 4 ), thereby shortening the mixing zone arises in the mixing tube.
  • 2. Zur geregelten Beimischungen von NaOH oder HCl zur Neutralisation ist in der Saugleitung der Dosiervorrichtung (7) ein regelbares 3- Wege-Ventil (9) als Dosierventil erforderlich. 3-Wege-Ventile haben einen festen Durchflussquerschnitt. Dadurch wird eine regelungsbedingte Förderhöhenbeeinflussung im Saugrohr der Dosiervorrichtung (7) erzielt und die Gefahr des Überganges der Dosiervorrichtung (7) in die Kavitation ausgeschlossen. Die unter 1. erreichten stabilen Regelungsbedingungen bleiben feststehend, stabil. 2. A controlled 3-way valve ( 9 ) is required as a metering valve in the suction line of the metering device ( 7 ) for controlled admixtures of NaOH or HCl for neutralization. 3-way valves have a fixed flow cross-section. As a result, regulation-related influencing of the delivery head in the suction pipe of the metering device ( 7 ) is achieved and the risk of the metering device ( 7 ) transitioning into cavitation is excluded. The stable control conditions achieved under 1. remain fixed, stable.
  • 3. Das 3-Wege-Ventile gleicht die Differenz zwischen geregelter Dosiermenge des geregelt beizugebenden Mediums (10) mit dem homogenen Gemisch, aus dem Mischrohr (4) entnommen, permanent aus. Die Behälter (14) der beiden Medien (10) + (11b), die so über das 3- Wege-Ventil (9) stets gleichbleibende Förderbedingungen in der Saugleitung der Dosiervorrichtung (7) bilden, müssen sich auf einer Höhe (16) unterhalb der geodätischen Höhe des 3-Wege-Ventils (9) befinden, um die unter 1. und 2. genannten stabilen Förderbedingungen beizubehalten.3. The 3-way valve permanently compensates for the difference between the regulated metering quantity of the medium ( 10 ) to be added in a controlled manner and the homogeneous mixture taken from the mixing tube ( 4 ). The containers ( 14 ) of the two media ( 10 ) + ( 11 b), which always form constant delivery conditions in the suction line of the metering device ( 7 ) via the 3-way valve ( 9 ), must be at a height ( 16 ) below the geodetic height of the 3-way valve ( 9 ) in order to maintain the stable delivery conditions mentioned under 1. and 2.
  • 4. Die optimale Ausnutzung des Regelungsbereiches zur feinstmöglichen Regelung kann
    • a) über die Konzentration von NaOH oder HCl erreicht werden.
    • b) Der Nennwert der zu erreichenden Genauigkeit sollte dabei immer der Mittelwert des Regelungsbereiches sein, der durch die zu erwartenden Abweichungen zum pH-Wert = 7 im Abwasser bestimmt wird.
    4. The optimal use of the control area for the finest possible control can
    • a) can be achieved via the concentration of NaOH or HCl.
    • b) The nominal value of the accuracy to be achieved should always be the mean value of the control range, which is determined by the expected deviations from the pH value = 7 in the wastewater.

Fig. 3 zeigt einen Anwendungsfall bei einer Grundwasserabsenkung als schematische Darstellung. Hierbei speisen die unter (20) angeordneten Pumpen mit dem zu neutralisierenden belasteten Grundwasser das Steigrohr (1). Die Neutralisation erfolgt dann wie unter 1. bis 3. beschrieben. Fig. 3 shows an application in a lowering of groundwater as a schematic representation. The pumps arranged under ( 20 ) feed the riser pipe ( 1 ) with the contaminated groundwater to be neutralized. The neutralization then takes place as described under 1. to 3.

Claims (2)

1. Dosiervorrichtung zur kontinuierlichen Dosierung von Flüssigkeits­ beimischungen kleinerer Mengen in den Flüssigkeitsstrom einer Hauptleitung (1) mittels Bypass und Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeits­ pumpe (7), dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpe (7) als Bypass zu der Hauptleitung (1) so ausgebildet und so angeordnet ist, daß diese zur Druckbeaufschlagung derselben einerseits mittels des Treibrohres (5) mit der Hauptleitung (1) verbunden ist und andererseits mit ihrem druckseitigen Ausgang über ein, in die Hauptleitung (1) strömungs­ gerecht, parallel zur Längsachse der Hauptleitung (1) einmünden­ des Gemischrohr (8) mit der Hauptleitung (1) verbunden ist, wobei an der Einmündungsstelle des Gemischrohres (8) in die Haupt­ leitung (1) diese in ihrer lichten Rohrquerschnittsfläche größer und außermittig versetzt ausgebildet ist und das Gemischrohr (8) in den durch Versatz in der Hauptleitung (1) gebildeten Zwickel einmün­ det und
  • - daß die Saugleitung der Flüssigkeitsstrahl-Flüssigkeitspumpe über ein regelbares Dreiwegeventil (9) einerseits mit einem, Dosiermittel enthaltenden, Behältnis (14a) und andererseits mit einem, das Dosiermittel-Medium-Gemisch aus der Hauptleitung (1), enthaltendes, Behältniss (14b) verbunden ist.
1. dosing device for the continuous dosing of liquid admixtures of small amounts into the liquid flow of a main line ( 1 ) by means of bypass and liquid jet liquid pump ( 7 ), characterized in that
  • - That the liquid jet liquid pump ( 7 ) is designed as a bypass to the main line ( 1 ) and arranged so that it is pressurized to the one hand by means of the drive tube ( 5 ) with the main line ( 1 ) and on the other hand with its pressure-side output flow just about one, in the main line (1), parallel to the longitudinal axis of the main line (1) open the mixture tube (8) to the main line (1) is connected, said line at the junction point of the mixture tube (8) in the main (1 ) this is formed larger and eccentrically offset in its clear pipe cross-sectional area and the mixture pipe ( 8 ) in the gusset formed by offset in the main line ( 1 ) detergent and
  • - that the suction line of the jet of liquid-liquid pump on the one hand, metering means comprising a controllable three-way valve (9) with one receptacle (14 a) and on the other hand with one, the dosing medium mixture from the main pipe (1), containing, Behältniss (14 b) is connected.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwickel an der Einmündungsstelle Belüftungsöff­ nungen (13) angeordnet sind.2. Dosing device according to claim 1, characterized in that in the gusset at the confluence ventilation openings ( 13 ) are arranged.
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