DE20104623U1

DE20104623U1 - Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten in hydrostatischen Umlaufreaktoren

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Publication number: DE20104623U1
Application number: DE20104623U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2011-03-14
Also published as: DE10212109B4; DE10212109A1; WO2002072001A3; AU2002256674A1; WO2002072001A2

Description

HET 101

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten in hydrostatischen Umlaufreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere in schacht- oder turmartigen hydrostatischen Umlaufreaktoren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders als Belüftungsvorrichtung für biotechnische Reaktoren zur aeroben Reinigung von Abwasser geeignet. Sie ist darüber hinaus auch für hydrostatische Umlaufreaktoren geeignet, die für therapeutische Behandlungen und Wellnesszwecke eingesetzt werden.

Aus der Patentschrift DD 224 231 Al ist eine Begasungsvorrichtung für Flüssigkeiten bekannt, bei der die Flüssigkeiten in einem schacht- oder turmartigen Vertikalreaktor behandelt werden.

Bei dieser Vorrichtung erfolgt der Gaseintrag über einen Zusatzfallschenkel, der in einer bestimmten Tiefe in den Fallschenkel des schacht- oder turmartigen Vertikalreaktors einmündet. Derartige Vorrichtun-

gen sind für die Behandlung von Flüssigkeiten bei physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen geeignet. Als ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die biologische Abwasserbehandlung vorgesehen.
Als Weiterentwicklung der technischen Lehre des Patentes DD 224 231 Al ist die erfindungsgemäße Vorrichtung des Patentes DD 224 23 2 Al anzusehen, bei der der Gaseintrag vor dem Fallschenkel des Reaktors über eine mit Gaseintrittsöffnungen versehene venturiartige Fließquerschnittseinengung, die von einem unter Druck stehenden Gasraum umgeben sein kann, erfolgt. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen sind die erhöhten Aufwendungen für den Bau, den gleichzeitigen Betrieb sowie die Steuerung von Zirkulationspumpen und Kompressoren. Aus der fehlenden Erneuerung der Phasengrenzfläche zwischen Luftblasen und umgebenden Medium resultiert ein geringer Ausnutzungsgrad des eingetragenen Gases.

Eine zur mehrfachen Umwälzung von Wasser-Luft-Gemischen in TiefSchachtkläranlagen vorgesehene Vorrichtung wird mit der Patentschrift DD 274 143 A3 offenbart.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schachtwand der Vorrichtung innerhalb einer oberen Schachterweiterung hinaufgeführt ist und ein bis nahe der Schachtsohle reichendes Leitrohr enthält. Das Leitrohr ist von gekrümmten Abgängen des Abströmrohres durchdrungen. In der oberen Schachterweiterung der Vorrichtung sind eine Tauchwand, eine Abwurfrinne für flotierten Schlamm und ein Schlammabsetzraum angeordnet. Das mit Luft vermischte Abwasser wird durch das Abströmrohr und die gekrümmten Abgänge in den Ringraum zwischen Schachtwandung und Leitrohr gelenkt, strömt nach oben

und wird am oberen Rand des Leitrohres in einen abwärts und einen aufwärts gerichteten Teilstrom aufgeteilt.

Als Nachteil dieser Vorrichtung ist insbesondere die Instabilität der beschriebenen Strömung zur mehrfachen Umwälzung des Wasser-Luft-Gemisches anzusehen.

Der abwärts gerichtete Teilstrom, der nach einmaligem Durchströmen des Abströmrohres und Aufsteigen im Ringraum durch das Leitrohr nach unten geführt werden soll, erfährt keinerlei Beschleunigung durch eine Pumpe oder ähnliches, sondern er soll sich allein auf Grund der Dichtedifferenz zum aufströmenden Fluid abwärts bewegen. Es ist jedoch bekannt, dass bei Tiefschachtkläranlagen, die nach dem Prinzip der Dichtedifferenz umgewälzt werden, dem sogenannten Naturumlauf, Probleme mit der Stabilität der Flüssigkeitszirkulation auftreten können. Es ist bei der beschriebenen Vorrichtung in hohem Maße zweifelhaft, dass die Geschwindigkeit des abwärts gerichteten Teilstromes größer als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Luftblasen ist. Damit können durch den abwärts gerichteten Teilstrom keine Luftblasen in das Leitrohr mitgerissen werden. Die Luftblasen werden vielmehr ohne nochmaliges Durchlaufen des TiefSchachtes in den Schachtkopf aufsteigen. Da die Blasen keinerlei Scherkräften unterliegen, steigen sie in einer laminaren Strömung ohne nennenswerte Phasengrenzflächenerneuerung auf. Damit ist der im Fluid gelöste oder in Form von Blasen vorliegende Luftsauerstoff für die Mikroorganismen des Belebtschlammes nicht verfügbar, und das Ziel einer hohen Ausnutzung des Luftsauerstoffes wird nicht erreicht.

Die DE 37 03 560 Al offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Begasen und Flotieren von fließfähigen Biomassesuspensionen.

Gemäß dieser technischen Lösungen wird eine Belebtschlammsuspension in einem schachtartigen Vertikalreaktor mit Hilfe einer selbstansaugenden Lüftungsvorrichtung begast. Die Suspension wird in dem Vertikalreaktor durch eine Umwälzpumpe in Bewegung gehalten und durch den Fallschenkel zum Reaktorfuß geführt, von wo sie im Ringspalt zwischen Außenmantel und Fallschenkel dem Steigschenkel zum Reaktorkopf aufsteigt.

Nachteilig hat sich bei dieser Vorrichtung erwiesen, dass der durch die Begasungsvorrichtung eingebrachte Luftsauerstoff nicht optimal durch die Mikroorganismen der Biomassesuspension genutzt werden kann. Dies ist in der Strömungsform des Fluids im Vertikalreaktor begründet, die nur eine mangelhafte Phasengrenzflächenerneuerung aufweist. So wird zwar Luftsauerstoff im Fluid gelöst, er ist für die Mikroorganismen aber nicht in ausreichendem Maße verfügbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten in hydrostatischen Umlaufreaktoren bereitzustellen, die mit geringerem Energieeintrag eine Verbesserung der Erneuerungsrate der Phasengrenzfläche und damit eine erhöhte Ausnutzung des eingetragenen Gases, insbesondere des Luftsauerstoffes bei Einsatz als Belüftungsvorrichtung bewirkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 10.

Mit der Vorrichtung verbindet sich insbesondere der Vorzug, dass durch die erfindungsgemäßen Veränderungen des durchströmten Querschnittes in Form von Schikanen in der Abström- und/oder Aufströmkammer die Erneuerungsrate der Phasengrenzfläche zwischen Gasblasen und Medium signifikant erhöht wird, so daß eine wesentlich verstärkte Ausnutzung des eingetragenen Gases erreicht wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Aufwuchskörpern in der Abström- und/oder Aufströmkammer und/oder im oberen Bereich der Vorrichtung bei deren Einsatz in hydrostatischen Umlaufraktoren für die aerobe Abwasserbehandlung erwiesen.

Der sich auf den Aufwuchskörpern bildende Biofilm von Mikroorganismen sowie die Biomasse werden durch den verlängerten Kontaktweg der Luftblasen wirksamer mit Luftsauerstoff versorgt. Die spezifische biologische Abbauleistung wird dadurch erhöht. Dieser positive Effekt ist zugleich mit einer Verringerung der spezifischen betriebsbedingten energetischen Aufwendungen verbunden.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Bezug auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen als Beispiele zur Begasung von Flüssigkeiten näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einer zentral angeordneten Abströmkammer;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einer zentral angeordneten Aufströmkammer;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einer seitlich angeordneten Aufströmkammer;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit einer den gleichen Querschnitt aufweisenden Abström- und Aufströmkammer.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, besteht die Begasungsvorrichtung aus einer Abströmkammer 1 und einer Aufströmkammer 2, die einen unterschiedlichen, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt aufweisen können.

In Fig. 1 ist die Abströmkammer 1 als zentral angeordnetes Leitrohr ausgebildet und die Aufströmkammer

2 fungiert bei diesem Beispiel als Mantelrohr. In dem dadurch zwischen Leitrohr und Mantelrohr gebildeten Ringspalt 3 sind an der Außenwand des Leitrohres und an dem Mantelrohr jeweils versetzt Strömungsbrecher 4 angeordnet. Das Leitrohr weist darüber hinaus einen rotierenden Strömungsbrecher 5 auf. Mittels einer hier nicht dargestellten Umwälzpumpe wird unter Druck kontinuierlich Flüssigkeit umgewälzt, die als Träger und Treibmittel für die Gasmitnahme aus einer ebenfalls nicht dargestellten Gaszuführungseinrichtung dient. Der Flüssigkeitsstrom wird an der Sohle der Vorrichtung umgelenkt und strömt durch den Ringspalt

3 wieder nach oben. Die erfindungsgemäßen Veränderungen, die im Leitrohr und im Ringspalt 3 angeordnet sind, sind für die Lösung des dispergierten Gases in der Flüssigkeit innerhalb des durchströmten Raumes

wesentlich und bewirken eine Erhöhung der Erneuerungsrate der Phasengrenzfläche zwischen den Gasblasen und dem flüssigen Medium.

Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abströmkammer 1 als Mantelrohr und die Aufströmkammer 2 als zentral angeordnetes Leitrohr mit aufwärts gerichteter Strömung ausgebildet. Im Ringspalt 3 zwischen Mantel- und Leitrohr sind rotierende Strömungsbrecher 6 und im Leitrohr zwei hintereinander geschaltete Querschnittsverengungen in Gestalt von Düsen 7 angeordnet.

Die in Fig. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirkt durch die unterschiedlichen Strömungsbrecher, die Art deren Anordnung im Ringspalt 3 und die seitliche Anordnung der hier rohrförmig ausgebildten Aufströmkammer 2 im Mantelrohr eine besonders hohe Turbulenz und Verwirbelung des flüssigen Mediums und dadurch einen hohen Grad der Phasengrenzflächenerneuerung zwischen den Gasblasen und dem flüssigen Medium.

In Fig. 4 weisen die durch die Trennwand 9 voneinander abgegrenzte Abströmkammer 1 und Aufströmkammer 2 ein kastenförmiges Profil mit gleichem Querschnitt auf. In beiden Kammern sind jeweils versetzt Düsenböden 8 angeordnet, um eine intensive Verwirbelung des flüssigen Mediums zu bewirken. An Stelle der Düsenböden 8 können auch Lochböden eingesetzt werden.

Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können alle geeigneten Anordnungen von Abströmkammer 1 und Aufströmkammer 2 sowie Ausführungsformen an Strömungsbrechern vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere in hydrostatischen schacht- oder turmartigen Umlaufraktoren mit einer Zu- und Ablaufvorrichtung, einer Abströmkammer (1) und einer Aufströmkammer (2) sowie Einrichtungen zur Zuführung des gasförmigen Mediums und zur Umwälzung des Flüssigkeits-Gas-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abström- und/oder Aufströmkammer (1; 2) Mittel (4; 5; 6; 7; 8) zur Beeinflussung der Strömungsform des flüssigen Mediums stationär und/oder beweglich angeordnet sind und die Vorrichtung eine Flüssigkeitssäule ≥ 20 m aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stationär angeordneten Mittel Strömungsbrecher, wie Schikanen, Düsen (7), Lochböden oder Düsenböden (8) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglich angeordneten Mittel rotierende Strömungsbrecher, wie Jetläufer oder Turbinen (5), sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmkammer (1) und die Aufströmkammer (2) annähernd den gleichen oder einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufströmkammer (2) seitlich innerhalb der Abströmkammer (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmkammer (1) mittig oder seitlich innerhalb der Aufströmkammer (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufströmkammer (2) mittig innerhalb der Abströmkammer (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine obere Erweiterung aufweist, die vorzugsweise als Wanne ausgebildet und gegebenfalls mit Einbauten für therapeutische Behandlungen und/oder Wellnesszwecke versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Einsatzes der Vorrichtung für die aerobe Reinigung von Abwasser in der Aufströmkammer (2) und/oder der Abströmkammer (1) verwirbelbare Aufwuchskörper für Mikroorganismen, vorzugsweise mit einem spezifischen Gewicht von 0,90 g/cm³ bis 1,10 g/cm³, eingebracht und Einrichtungen zur Zurückhaltung der besiedelten Aufwuchskörper angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Einsatzes der Vorrichtung für die aerobe Reinigung von Abwasser in der Aufströmkammer (2) und/oder der Abströmkammer (1) vorzugsweise höhenverstellbar Mittel, vorzugsweise ein Gestänge mit Bodenrahmen, zur Aufnahme von Festbettmaterial so angeordnet sind, daß das Festbettmaterial aus der Vorrichtung herausgenommen werden kann.