DE202022106532U1 - Mixing device and use - Google Patents
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Abstract
Nach dem Prinzip einer Mammutpumpe arbeitende Durchmischungsvorrichtung (7) zum Umwälzen eines Fluids (W) in einem mit dem Fluid gefüllten Fluidbehälter (S) von einem ersten Niveau (H9) auf ein zweites Niveau (H10) mit einem entlang einer Längsachse (X) sich erstreckenden hohlleiterartigem, einen Strömungskanal (15) ausbildenden Grundkörper mit einer Mantelfläche (M), umfassend einen an einem unteren Ende befindlichen Einlauf (9) zum Ansaugen des Fluids und einen an einem oberen Ende befindlichen Auslauf (10) zur Abgabe des Fluids (W) sowie einen dazwischen befindlichen Gasauslass (5S) zum Einblasen eines Gases zur Erzeugung eines Sogs am Einlauf (9), wobei der Einlauf (9) in einem trichterförmigen Einlaufbereich (7B) angeordnet ist, der Auslauf (10) in einem röhrenförmigen Abschnitt (7A) angeordnet ist, und der trichterförmige Einlaufbereich (7B) und der röhrenförmige Abschnitt (7A) den Strömungskanal (15) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper zweiteilig ausgebildet ist, derart, dass der Einlaufbereich (7B) und der röhrenförmige Abschnitt (7A) jeweils ein eigenständiges Bauteil ausbilden, die zur Bildung des Grundkörpers miteinander verbunden sind. Mixing device (7) working according to the principle of a mammoth pump for circulating a fluid (W) in a fluid container (S) filled with the fluid from a first level (H9) to a second level (H10) with a longitudinal axis (X). extending, waveguide-like base body forming a flow channel (15) with a lateral surface (M), comprising an inlet (9) located at a lower end for sucking in the fluid and an outlet (10) located at an upper end for dispensing the fluid (W) and a gas outlet (5S) located therebetween for blowing in a gas to generate suction at the inlet (9), the inlet (9) being arranged in a funnel-shaped inlet area (7B), the outlet (10) being arranged in a tubular section (7A) is arranged, and the funnel-shaped inlet area (7B) and the tubular section (7A) form the flow channel (15), characterized in that the base body is formed in two parts is such that the inlet area (7B) and the tubular section (7A) each form an independent component which are connected to one another to form the base body.
Description
Die Erfindung betrifft eine Durchmischungsvorrichtung nach Art einer Mammutpumpe und eine Verwendung derselben in einer Wasserbehandlungsvorrichtung.The invention relates to a mixing device in the manner of a mammoth pump and use of the same in a water treatment device.
Mammutpumpen sind zumeist vertikal, d.h. in Schwerkraftrichtung, aufgestellte Vorrichtungen mit einem an einem ersten, unteren Ende befindlichen Einlauf, einem am gegenüberliegenden, oberen Ende befindlichen Auslauf und einem sich dazwischen erstreckenden Strömungskanal zum Fördern von Flüssigkeiten von dem Einlauf zu dem Auslauf. Das Fördern der Flüssigkeit wird hierbei von in den Strömungskanal eingebrachten Gasen bewerkstelligt, die die spezifische Dichte der Flüssigkeit am Ort des Einbringens lokal verringern, in dem Strömungskanal aufsteigen und hierdurch einen Unterdruck entfalten, über den weitere Flüssigkeit von unten nachgesaugt wird.Mammoth pumps are mostly vertical, i.e. in the direction of gravity, set up devices with an inlet located at a first, lower end, an outlet located at the opposite, upper end and a flow channel extending therebetween for conveying liquids from the inlet to the outlet. The liquid is conveyed by gases introduced into the flow channel, which locally reduce the specific density of the liquid at the point of introduction, rise in the flow channel and thereby develop a negative pressure, via which further liquid is sucked in from below.
Wasserbehandlungsvorrichtungen kommen insbesondere zur Aufbereitung von Abwasser, zur Gewinnung von Trinkwasser sowie zur Vor- und/oder Nachbehandlung von wässrigen Lösungen zum Einsatz. Unter Wasserbehandlungsvorrichtungen sind dabei Anlagen zu verstehen, deren Haupteinsatzzweck die Behandlung von Wasser, d.h. Entfernen von unerwünschten Inhaltsstoffen aus dem Wasser und/oder Anreicherung oder Vermischung mit gewünschten Zusatzstoffen, wie beispielsweise Ausfällmitteln oder Belebtschlamm, ist.Water treatment devices are used in particular for the treatment of waste water, for obtaining drinking water and for the pre- and/or after-treatment of aqueous solutions. Water treatment devices are to be understood as meaning systems whose main purpose is the treatment of water, i.e. removing unwanted substances from the water and/or enriching or mixing with desired additives, such as precipitants or activated sludge.
Aus dem Stand der Technik bekannte Durchmischungsvorrichtungen, die nach dem Prinzip einer Mammutpumpe arbeiten, sind bspw. aus der deutschen Veröffentlichungsschrift
Durch den tellerartigen Einlauf, die Verteilerrohre und eine sich dazwischen erstreckende Trennwand, über die eine Abtrennung von Kalk und Eisensulfat möglich sein soll, ist die Durchmischungsvorrichtung stark verstopfungsgefährdet, da insb. mit aufgewirbelte Bodensedimente in den Engstellen festhängen und anwachsen können. Ferner ist die Durchmischungsvorrichtung platzintensiv und daher aufwendig zu transportieren.Due to the plate-like inlet, the distributor pipes and a dividing wall extending between them, through which a separation of lime and iron sulphate should be possible, the mixing device is at high risk of clogging since, in particular, whirled-up bottom sediments can get stuck in the bottlenecks and can accumulate. Furthermore, the mixing device is space-consuming and therefore expensive to transport.
Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Durchmischungsvorrichtung anzugeben, welche einige Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet, und insb. ressourceneffizient im Hinblick auf Herstellungs-, Installations- und Betriebskosten ist.Against this background, the invention has set itself the task of specifying a mixing device which avoids some disadvantages of the prior art and, in particular, is resource-efficient with regard to manufacturing, installation and operating costs.
Die erfindungsgemäße Durchmischungsvorrichtung dient dem Zweck, ein flüssiges Fluid in einem Fluidbehälter von einem ersten Niveau auf ein zweites Niveau anzuheben und hierdurch das Fluid umzuwälzen und zu durchmischen. Da die erfindungsgemäße Durchmischungsvorrichtung nach dem Prinzip einer Mammutpumpe arbeitet, d.h. der Durchmischungsvorrichtung im Betrieb ein Gas zugeführt wird, kann das Fluid mit diesem Gas angereichert werden. Wenn keine Wechselwirkung zwischen dem Gas und dem Fluid gewünscht ist, kann die Funktion des Gases jedoch auch vollständig auf die Funktion des Umwälzens reduziert sein. Je nach Einsatzzweck eigenen sich daher gegenüber dem Fluid oder seinen Bestandteilen (insb. Verunreinigungen oder Beimischungen) inert wirkende oder eben reaktionsfreudige Gase. Bei geeigneter Platzierung können über den Einlauf neben dem Fluid natürlich auch weitere Fremdstoffe, etwa Sedimente, angesaugt und mit dem Fluid durchmischt werden.The mixing device according to the invention serves the purpose of raising a liquid fluid in a fluid container from a first level to a second level and thereby circulating and mixing the fluid. Since the mixing device according to the invention works according to the principle of a mammoth pump, i.e. a gas is supplied to the mixing device during operation, the fluid can be enriched with this gas. However, if no interaction between the gas and the fluid is desired, the function of the gas can also be reduced entirely to the function of circulation. Depending on the application, gases that are inert to the fluid or its components (especially impurities or admixtures) or gases that are more reactive are suitable. With a suitable placement, in addition to the fluid, other foreign matter, such as sediments, can of course also be sucked in and mixed with the fluid.
Die Durchmischungsvorrichtung ist so aufgebaut, dass sie einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden, hohlleiterartigen Grundkörper mit einem oberen und einem unteren Ende umfasst, wobei am unteren Ende ein Einlauf und am oberen Ende ein Auslauf angeordnet sind. Der hohlleiterartige Grundkörper, genauer gesagt dessen Wandung, bildet einen Strömungskanal zwischen dem Einlauf und dem Auslauf aus. Der Einlauf weist eine Einlauföffnung auf, über die Fluid am unteren Ende eingesaugt werden kann, während der Auslauf eine Auslauföffnung aufweist, über die das am Einlauf angesaugte und durch den Strömungskanal geförderte Fluid ausgegeben wird. Zwischen dem Ein- und dem Auslauf befindet sich ein Gasauslass zum Einblasen (Zuführen) eines Gases. Das Gas wird dabei unter Druck eingeblasen, welcher zumindest so hoch oder höher ist, wie der durch die über dem Gasauslass stehende Fluidsäule erzeugte hydrostatische Druck ist. Andernfalls wäre eine Gaszuführung nicht möglich. Indem das eingeblasene Gas in dem Strömungskanal nach oben steigt, erzeugt es einen (Nach)Saugeffekt am Einlauf, so dass das Fluid am Einlauf eingesaugt wird.The mixing device is constructed in such a way that it comprises a waveguide-like base body which extends along a longitudinal axis and has an upper end and a lower end, an inlet being arranged at the lower end and an outlet being arranged at the upper end. The waveguide-like base body, more precisely its wall, forms a flow channel between the inlet and the outlet. The inlet has an inlet opening through which fluid can be sucked in at the lower end, while the outlet has an outlet opening through which the fluid sucked in at the inlet and conveyed through the flow channel is discharged. A gas outlet for blowing in (supplying) a gas is located between the inlet and the outlet. The gas is blown in under pressure which is at least as high or higher than the hydrostatic pressure generated by the fluid column above the gas outlet. Otherwise a gas supply would not be possible. As the injected gas rises up in the flow channel, it creates a (after)suction effect at the inlet, so that the fluid is sucked in at the inlet.
Um den Sogbereich am Einlauf zu vergrößern, ist der Einlauf trichterartig vergrößert, so dass sich der Einlauf mit der Einlauföffnung am unteren Ende eines trichterförmigen Abschnitts (nachfolgend als Einlaufbereich bezeichnet) befindet. Der trichterförmige Einlaufbereich geht weiter oben dann in einen röhrenförmigen Abschnitt über. Der trichterförmige Einlaufbereich bildet einen unteren Teilabschnitt des Strömungskanals. Der röhrenförmige Abschnitt bildet einen oberen Teilabschnitt des Strömungskanals.In order to increase the suction area at the inlet, the inlet is enlarged like a funnel, so that the inlet with the inlet opening is located at the lower end of a funnel-shaped section (hereinafter referred to as the inlet area). The funnel-shaped inlet area then merges into a tubular section further up. The funnel-shaped inlet area forms a lower section of the flow channel. The tubular section forms an upper section of the flow channel.
Die Durchmischungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper im Wesentlichen zweiteilig aus dem trichterförmigen Einlaufbereich sowie dem röhrenförmigen Abschnitt ausgebildet ist, wobei es sich bei dem trichterförmigen Einlaufbereich und dem röhrenförmigen Abschnitt jeweils um eigenständige Bauteile handelt, die zur Bildung des Grundkörpers der Durchmischungsvorrichtung miteinander verbunden sind.The mixing device is characterized in that the main body is essentially made in two parts from the funnel-shaped inlet area and the tubular section, with the funnel-shaped inlet area and the tubular section each being independent components which are connected to one another to form the main body of the mixing device are.
Diese Verbindung ist vorzugsweise lösbar.This connection is preferably detachable.
Die lösbare Verbindung kann beispielsweise als unmittelbare Verbindung - etwa als eine Steckverbindung (bspw. durch Fügung beide Bauteile unter leichtem Untermaß/Presspassung), als Schnappverbindung (bspw. durch elastisch auslenkbare sich in Öffnung des Fügepartners erstreckende Schnappelemente) oder als Schraubverbindung (etwa mit umlaufendem Gewinde und Gegengewinde an dem unteren Ende des röhrenförmigen Abschnitts bzw. an dem oberen Ende des trichterförmigen Einlaufbereichs) oder als mittelbare Verbindung - d.h. unter Zuhilfenahme von Verbindungselementen wie Stiften oder Schrauben - ausgebildet sein.The detachable connection can be, for example, as a direct connection - for example as a plug-in connection (e.g. by joining both components slightly undersized/press fit), as a snap connection (e.g. by elastically deflectable snap elements extending into the opening of the joining partner) or as a screw connection (e.g. with a circumferential thread and mating thread at the lower end of the tubular section or at the upper end of the funnel-shaped inlet area) or as an indirect connection - i.e. with the aid of connecting elements such as pins or screws.
Möglich sind auch nicht-lösbare Verbindungen wie bspw. durch Einsatz von Klebstoff oder gleichwirkenden Haftvermittlern, Schweißverbindungen und ähnlichem.Non-releasable connections are also possible, for example by using adhesives or adhesion promoters with the same effect, welded connections and the like.
Durch eine zweiteilige Ausführung können die Bauteile der Durchmischungsvorrichtung unabhängig voneinander gefertigt werden, sie sind unabhängig voneinander transportierbar und können vor Ort und mit geringem Aufwand zu einer einsatzbereiten Durchmischungsvorrichtung gefügt und installiert werden.Due to a two-part design, the components of the mixing device can be manufactured independently of one another, they can be transported independently of one another and can be assembled and installed on site and with little effort to form a ready-to-use mixing device.
Anbau- und Befestigungsteile, wie etwa Befestigungsanker, Verspannungsdrähte oder Zuführteile der Gaszuführung und andere Hilfsmittel sind nicht als Teile im Sinne des Begriffs „zweiteilig“ zu fassen.Add-on and fastening parts, such as fastening anchors, bracing wires or feed parts for the gas supply and other aids are not to be considered as parts in the sense of the term "two-piece".
In einer weiter verbesserten Ausführung kann der röhrenförmige Abschnitt kegelförmig, d.h. mit einem Kegelabschnitt mit einer schräg zulaufenden Mantelfläche, ausgeführt sein. Hierdurch lassen sich röhrenförmige Abschnitte auf platzsparende Weise ineinander stapeln. Kegelförmig ist hierbei nicht streng mathematisch, sondern funktionell zu verstehen, so dass auch andere im mathematischen Sinne nicht kegelförmige Abschnitte, bspw. pyramidenförmig ausgestaltete Abschnitte, die aufgrund dieser Formgebung stapelbar sind, unter den Begriff ,kegelförmig‘ im Sinne der Erfindung fallen sollen.In a further improved embodiment, the tubular section can be designed in the shape of a cone, i.e. with a cone section with an obliquely tapering lateral surface. This allows tubular sections to be stacked one inside the other in a space-saving manner. Conical is not to be understood strictly mathematically, but functionally, so that other non-conical sections in the mathematical sense, e.g. pyramid-shaped sections, which can be stacked due to this shape, should also fall under the term “conical” within the meaning of the invention.
Bevorzugt weist der kegelförmige, röhrenförmige Abschnitt, d.h. dessen Wandung, dabei eine Neigung zwischen 1: 0,005 und 1:0,05 gegenüber der Vertikalen auf. Der Öffnungswinkel des kegelförmigen Abschnitts bewegt sich also in der Größenordnung von unter 5°.The conical, tubular section, i.e. its wall, preferably has an inclination of between 1:0.005 and 1:0.05 with respect to the vertical. The opening angle of the conical section is therefore in the order of less than 5°.
Der trichterförmige Einlaufbereich kann vorteilhaft verrundet, d.h. kantenfrei, ausgeführt sein, beispielsweise mit hyperbolischer oder parabolischer Kontur. Hierdurch lassen sich Strömungsverluste beim Einsaugen minimieren. Besonders bevorzugt ist der Einlaufbereich an seinem unteren Ende unter einem Winkel von maximal 45° oder weniger gegenüber der Vertikalen geneigt. Dies gewährleistet einen guten Kompromiss zwischen vertikaler und horizontaler Sogwirkung, so dass die Durchmischungsvorrichtung einen großen Wirkbereich (Bodenabdeckung) entfaltet, und gleichzeitig eine gute Durchmischung von angesaugtem Fluid und gegebenenfalls angesaugten Fremdstoffen, insb. Sedimenten, gewährleistet. Dies reduziert zugleich auch die Gefahr einer Verstopfung des Strömungskanals.The funnel-shaped inlet area can advantageously be rounded, i.e. without edges, for example with a hyperbolic or parabolic contour. As a result, flow losses during suction can be minimized. The inlet area is particularly preferably inclined at its lower end at an angle of at most 45° or less with respect to the vertical. This ensures a good compromise between vertical and horizontal suction effect, so that the mixing device unfolds a large effective area (covering the ground) and at the same time ensures good mixing of the fluid sucked in and any foreign matter sucked in, in particular sediments. At the same time, this also reduces the risk of the flow channel becoming clogged.
In zweckmäßiger Weise sind der Einlauf und der Auslauf aufeinander abgestimmt, und zwar so, dass die Einlauföffnung einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der zweimal so groß ist wie der Öffnungsquerschnitt des Auslaufs. In anderen Worten ist es also vorteilhaft, wenn die Einlauföffnung wenigstens viermal die Fläche aufweist wie der Auslauf. Hierdurch können Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit, die durch die Querschnittsverengung vom Einlauf zum Auslauf eintreten, vorteilhaft begrenzt werden.The inlet and the outlet are expediently matched to one another in such a way that the inlet opening has an opening cross section that is twice as large as the opening cross section of the outlet. In other words, it is advantageous if the inlet opening has at least four times the area of the outlet. As a result, changes in the flow velocity that occur as a result of the narrowing of the cross section from the inlet to the outlet can be advantageously limited.
Strömungstechnisch vorteilhaft kann es weiter sein, wenn zumindest der röhrenförmige Abschnitt der Durchmischungsvorrichtung unterbrechungsfrei ausgeführt ist, d.h., dass der röhrenförmige Abschnitt (unter Absehung des Gasauslasses) eine geschlossene Mantelfläche ausbildet und Fluid nur über die Einlauföffnung und die Auslauföffnung in die bzw. aus der Durchmischungsvorrichtung gefördert werden kann. Optional kann auch der trichterförmige Einlaufbereich unterbrechungsfrei ausgeführt sein.It can also be advantageous in terms of flow technology if at least the tubular section of the mixing device is designed without interruption, i.e. that the tubular section (apart from the gas outlet) forms a closed lateral surface and fluid only flows into and out of the mixing device via the inlet opening and the outlet opening can be promoted. Optionally, the funnel-shaped inlet area can also be designed without interruption.
Durchmischungseffekte können weiter verbessert werden, wenn in der Durchmischungsvorrichtung eine Fluidleiteinrichtung vorgesehen ist, die das von unten nach oben gerichtete Strömungsfeld oder einen Teil davon zusätzlich in Drehung versetzt. Eine geeignete Fluidleiteinrichtung sind bspw. helixartige Einsätze, Wendel oder gegenüber der Längsachse schräg angestellte sich abschnittsweise von unten nach oben erstreckende Leitschaufeln.Mixing effects can be further improved if a fluid guide device is provided in the mixing device, which additionally rotates the flow field directed from bottom to top or a part thereof. A suitable fluid guide device is, for example, helix-like inserts, spirals or guide vanes that are inclined relative to the longitudinal axis and extend in sections from bottom to top.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung einer Fluidleiteinrichtung erstreckt diese sich zumindest teilweise unterhalb des Gasauslasses in Richtung des Einlaufs. Dies bewirkt, dass - analog eines Zyklons oder der Ablaufströmung in einer Badewanne - eine nach unten gerichtete Strömungsspirale entsteht, die sich über den Einlauf hinaus nach unten nach unten fortpflanzt, und so zu einer spiralförmigen Ansaugung am Boden des Fluidbehälters führt.In a particularly expedient embodiment of a fluid guide device, it extends at least partially below the gas outlet in the direction of the inlet. This causes - by analogy a cyclone or the outflow flow in a bathtub - a downward flow spiral is created which propagates down past the inlet, resulting in a spiral suction at the bottom of the fluid container.
Um die Fluidleiteinrichtung konstruktiv einfach und damit kostengünstig herstellbar zu halten, kann die Fluidleiteinrichtung den Strömungskanal im Querschnitt nur unvollständig verdecken, insbesondere derart, dass sie sich außen entlang der Mantelfläche des Grundkörpers erstreckt, den Strömungskanal im Querschnitt gesehen jedoch nicht vollständig verdeckt, so dass ein zentrischer Teil des Strömungskanals offenbleibt, durch den das Fluid sowie über den Gasauslass eingebrachtes Gas auf direktem Wege von dem Einlauf zu dem Auslauf strömen kann. Dies ermöglicht es, auf konstruktiv aufwendige Gestaltungen, insb. durchgängige archimedische Schrauben, verzichten zu können, ohne auf den Vorteil einer spiralförmigen Ansaugung im Einlaufbereich sowie unterhalb davon verzichten zu müssen.In order to keep the fluid guide device structurally simple and thus inexpensive to produce, the fluid guide device can only partially cover the flow channel in cross section, in particular in such a way that it extends outside along the lateral surface of the base body, but does not completely cover the flow channel when viewed in cross section, so that a central part of the flow channel remains open, through which the fluid and gas introduced via the gas outlet can flow directly from the inlet to the outlet. This makes it possible to dispense with structurally complex designs, in particular continuous Archimedean screws, without having to forego the advantage of a spiral suction in the inlet area and below it.
Die Fluidleiteinrichtung ist hierfür vorzugsweise mehrteilig als eine Vielzahl von Leitschaufeln ausgeführt, die sich jeweils abschnittsweise wendelartig entlang der Mantelfläche des Grundkörpers der Durchmischungsvorrichtung emporwinden.For this purpose, the fluid guide device is preferably designed in several parts as a multiplicity of guide vanes, each of which winds up helically in sections along the outer surface of the base body of the mixing device.
Die Fluidleiteinrichtung bzw. ihre Teile sind vorteilhaft lösbar mit bzw. an dem hohlleiterartigen Grundkörper der Durchmischungsvorrichtung befestigt, bspw. angeschraubt. The fluid guide device or its parts are advantageously detachably attached to or on the waveguide-like base body of the mixing device, for example screwed on.
Als separat ausgeführte und erst nachträglich angefügte Bauteile behindern diese dann insb. die Stapelbarkeit von röhrenförmigen Abschnitte nicht, wenn diese kegelförmig ausgeführt sind.As components that are designed separately and only added later, these do not impede the stackability of tubular sections in particular if they are designed conically.
Um die Wartungsintensität zu verringern, ist der Gasauslass der Durchmischungsvorrichtung vorteilhaft so angeordnet, dass er unmittelbar in die Mantelfläche des röhrenförmigen Abschnittes mündet und praktisch bündig mit der Mantelfläche abschließt, ohne wesentlich in den Strömungskanal hineinzuragen. Hierdurch wird vermieden, dass sich mit dem Fluid mittransportierte Feststoffe oder Sedimentanteile an dem Gasauslass verfangen oder an diesem anwachsen können. Reinigungsintervalle für die Durchmischungsvorrichtung können hierdurch verringert, wenn nicht sogar gänzlich abgeschafft werden. Ein bündiges Abschließen im Sinne der Erfindung ist insb. dann gegeben, wenn der Gasauslass um nicht mehr als 15%, bevorzugt weniger als 10%, weiter bevorzugt nicht mehr als 5 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 2% des Durchmessers der Durchmischungsvorrichtung auf Höhe des Gasauslasses in den Strömungskanal hervorsteht.In order to reduce the maintenance intensity, the gas outlet of the mixing device is advantageously arranged in such a way that it opens directly into the lateral surface of the tubular section and ends practically flush with the lateral surface without protruding significantly into the flow channel. In this way, it is avoided that solids or sediment fractions transported along with the fluid can get caught at the gas outlet or grow on it. As a result, cleaning intervals for the mixing device can be reduced, if not eliminated entirely. A flush closure within the meaning of the invention is given in particular when the gas outlet is no more than 15%, preferably less than 10%, more preferably no more than 5% and particularly preferably no more than 2% of the diameter of the mixing device at the height of the gas outlet protrudes into the flow channel.
Bei dem Gasauslass der Durchmischungsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um genau einen Gasauslass mit vorzugsweise kreisförmiger Kontur. Der Gasauslass kann darüber hinaus vergittert sein, um ein Eindringen von Fremdstoffen in die Gaszuführung zuverlässig zu verhindern, weist jedoch keine sonstigen Luftverteilungseinrichtungen auf.The gas outlet of the mixing device is preferably exactly one gas outlet with a preferably circular contour. In addition, the gas outlet can be grilled in order to reliably prevent foreign substances from penetrating into the gas supply, but has no other air distribution devices.
Für einen optimalen Saugeffekt ist der Gasauslass auf zweckmäßiger Höhe in der Durchmischungsvorrichtung angeordnet, insb. auf einer Höhe, die sich - bezogen auf die Gesamtlänge der Durchmischungsvorrichtung - in der unteren Hälfte, bevorzugt dem unteren Drittel, der Durchmischungsvorrichtung befindet und bspw. einen Abstand zwischen 20 und 150cm zum Einlauf aufweist.For an optimal suction effect, the gas outlet is arranged at a suitable height in the mixing device, in particular at a height that - based on the overall length of the mixing device - is in the lower half, preferably the lower third, of the mixing device and, for example, a distance between Has 20 and 150cm to the inlet.
Bevorzugt ist es, wenn die Durchmischungsvorrichtung etwa eine Länge zwischen 1,5 und 4m aufweist. Hierdurch kann die Durchmischungsvorrichtung zweckmäßig in gängigen Fluidbehältern (Becken) mit Höhen zwischen 2 bis 6m eingesetzt werden. Bevorzugt ist auch, wenn die Gesamtlänge der Durchmischungsvorrichtung mindestens das Vierfache des Öffnungsquerschnitts des Auslaufs beträgt.It is preferred if the mixing device has a length of between 1.5 and 4 m. As a result, the mixing device can be used expediently in common fluid containers (basins) with heights between 2 and 6 m. It is also preferred if the overall length of the mixing device is at least four times the opening cross section of the outlet.
Teile der Durchmischungsvorrichtung können aus einem Metall, einem Kunststoff oder auch einer Keramik gefertigt sein. Bevorzugt ist jedoch, wenn wenigstens der Einlaufbereich aus einem Kunststoff, insbesondere einem Duromer oder Thermoplast, gefertigt ist. Dies erlaubt eine hohe Gestaltungsfreiheit in der Formgebung bei günstigen Herstellungskosten, leichtes Gewicht und eine hohe Standzeit auch in widrigem Umgebungsmilieu. Aus analogen Gründen kann auch der röhrenförmige Abschnitt aus einem Kunststoff gefertigt sein. Der Kunststoff ist vorzugsweise faserverstärkt.Parts of the mixing device can be made of a metal, a plastic or a ceramic. However, it is preferred if at least the inlet area is made of a plastic, in particular a duromer or thermoplastic. This allows a high degree of freedom of design in terms of shape with low production costs, light weight and a long service life even in adverse environmental conditions. For analogous reasons, the tubular section can also be made of a plastic. The plastic is preferably fiber-reinforced.
Unter einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung auch die Verwendung der vorbeschriebenen Durchmischungsvorrichtung in einer Wasserbehandlungsvorrichtung, d.h. der Installation der Durchmischungsvorrichtung in einem mit Wasser gefüllten Fluidbehälter oder Becken zur Behandlung des Wassers, insb. zur Behandlung von Abwasser oder zur Aufbereitung von Trinkwasser.From another aspect, the invention also relates to the use of the mixing device described above in a water treatment device, i.e. the installation of the mixing device in a water-filled fluid container or basin for treating the water, especially for treating waste water or for treating drinking water.
Durch eine Verwendung in einer Wasserbehandlungsvorrichtung ist es möglich, eingebrachte Gase gleichmäßig und möglichst homogen mit dem Wasser zu vermischen und in dem Wasserbehälter zu verteilen, bspw. um gewünschte Folgeprozesse zu initiieren bzw. zu beschleunigen. Die Durchmischungsvorrichtung kann sonst übliche zu diesem Behuf verwendete mechanische Rührwerke und/oder eine Vielzahl von über den Wasserbehälter verteilten Gasauslässen ersetzen. Dies erspart bekannte Nachteile dieser Alternativen. Z.B. sind mechanische Rührwerke kostenintensiv, fehleranfällig und nicht für jede Wasserbehältergeometrie geeignet. Eine Vielzahl von Gasauslässen ist aufgrund der vielen, zusätzlich notwendigen Leitungen materialintensiv. Beide Alternativen sind außerdem wartungs- und reinigungsintensiv.By using it in a water treatment device, it is possible to mix introduced gases evenly and as homogeneously as possible with the water and to distribute them in the water tank, for example in order to initiate or accelerate desired subsequent processes. The mixing device can replace mechanical agitators which are otherwise customary for this purpose and/or a large number of gas outlets distributed over the water tank. This saves known disadvantages of these alternatives. For example, mechanical agitators are expensive, error-prone and not suitable for every water tank geometry. A large number of gas outlets is material-intensive due to the many additional lines required. Both alternatives are also maintenance and cleaning-intensive.
In einer zweckmäßigen Variante kann die Durchmischungsvorrichtung in einer Wasserbehandlungsvorrichtung verwendet werden, die zwei oder mehr Fluidbehälter umfasst, die jeweils mit einem Gas beaufschlagt werden sollen.In an expedient variant, the mixing device can be used in a water treatment device which comprises two or more fluid containers, each of which is intended to be charged with a gas.
Wie weiter oben bereits angedeutet, ist ein in Wasserbehandlungsvorrichtungen vielfach eingesetzter Verfahrensschritt das kontrollierte Einbringen von Gasen in das zu behandelnde Wasser zum Einleiten und Beschleunigen eines chemischen, biologischen oder chemobiologischen und/oder physikalischen Prozesses, beispielsweise dem Einbringen von Luftsauerstoff zur Oxidation von im Wasser enthaltenen Inhaltsstoffen oder der Entfernung von gelösten, übersättigten Gasen wie CO2 oder CH4. In diesem Zusammenhang ist es u.a. bekannt, über Stabbelüfter, d.h. Lanzen, unter Druck gesetzten Sauerstoff kontrolliert in Wasserbehälter einzubringen.As already indicated above, a process step that is often used in water treatment devices is the controlled introduction of gases into the water to be treated to initiate and accelerate a chemical, biological or chemobiological and/or physical process, for example the introduction of atmospheric oxygen to oxidize substances contained in the water ingredients or the removal of dissolved, supersaturated gases such as CO 2 or CH 4 . In this context, it is known, inter alia, to introduce pressurized oxygen into water tanks in a controlled manner via rod aerators, ie lances.
Eine solche Wasserbehandlungsvorrichtung und ein dazugehöriges Sequence-Batch-Reactor-Verfahren zeigt die US-amerikanische Offenlegungsschrift
Nachteilig an derartigen Wasserbehandlungsvorrichtungen mit mehreren Fluidbehältern ist, dass die in die einzelnen Behälter zugeführte Druckluft nicht regelbar ist, wenngleich dies aufgrund unterschiedlicher Behandlungsphasen des Abwassers grundsätzlich wünschenswert wäre. Eine entsprechende Regelungseinrichtung mit steuerbaren Regelventilen in der bzw. den Zuführleitungen wäre jedoch mit hohen Kosten verbunden.A disadvantage of such water treatment devices with multiple fluid containers is that the compressed air fed into the individual containers cannot be regulated, although this would be fundamentally desirable due to the different treatment phases of the waste water. However, a corresponding control device with controllable control valves in the supply line or lines would be associated with high costs.
Vor diesem Hintergrund hat sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Durchmischungsvorrichtung in der nachfolgend noch näher beschriebenen Wasserbehandlungsvorrichtung als überraschender zweckmäßig erwiesen, da einerseits eine schnelle, gleichmäßige und möglichst vollständige Durchmischung von in das Wasser eingebrachten Gasen möglich ist und anderseits die Gaseinbringung unter vergleichweise geringem Energieaufwand erfolgen kann. Die Gaseinbringung unter Druck ist einer der wesentlichen Energiekostentreiber in einer Wasserbehandlungsvorrichtung. Schließlich ist es auch möglich, die Gaseinbringung in unterschiedliche Wasserbehälter geregelt, jedoch ohne Regelaufwand zu bewerkstelligen.Against this background, the use of the mixing device according to the invention in the water treatment device described in more detail below has proven to be surprisingly expedient, since on the one hand rapid, uniform and as complete as possible mixing of gases introduced into the water is possible and on the other hand the gas can be introduced with comparatively little energy consumption . The gas injection under pressure is one of the main energy cost drivers in a water treatment device. Finally, it is also possible to control the introduction of gas into different water tanks, but to accomplish this without any control effort.
Die Wasserbehandlungsvorrichtung zur Wasserbehandlung, insb. zur biologischen Behandlung und Aufbereitung von Abwässern mittels Belebtschlamm, umfasst im Einzelnen wenigstens zwei fluidisch miteinander verbundene Fluidbehälter, nämlich einen ersten Fluidbehälter (Selektor) und einen zweiten Fluidbehälter (Reaktor), zwischen denen kontinuierlich oder diskontinuierlich (batch-weise) Wasser ausgetauscht und transferiert werden kann. Der Wassertausch erfolgt dabei über eine zwischen den Fluidbehältern angeordneten Überlaufkante, so dass Wasser ab einem vorgegebenen Füllstand in dem Selektor von dem Selektor in den Reaktor überläuft. Der Wasserfluss erfolgt im Wesentlichen also unidirektional von dem Selektor in den Reaktor, wobei der Reaktor mit zu behandelndem Wasser beschickt und das behandelte Wasser aus dem Reaktor abgezogen werden kann. Die Überlaufkante wird dabei von einer Oberseite einer den ersten und zweiten Fluidbehälter trennenden Trennwand gebildet.The water treatment device for water treatment, in particular for the biological treatment and treatment of waste water using activated sludge, comprises in detail at least two fluid containers which are fluidically connected to one another, namely a first fluid container (selector) and a second fluid container (reactor), between which continuous or discontinuous (batch wise) water can be exchanged and transferred. The water exchange takes place via an overflow edge arranged between the fluid containers, so that water overflows from the selector into the reactor from a predetermined filling level in the selector. The flow of water is therefore essentially unidirectional from the selector into the reactor, with the reactor being fed with water to be treated and the treated water being drawn off from the reactor. The overflow edge is formed by an upper side of a dividing wall separating the first and second fluid containers.
Der erste und der zweite Fluidbehälter weisen eine entsprechende erste bzw. zweite Gaszuführung mit einem oder mehreren ersten bzw. zweiten Gasauslässen, bspw. in Form von in die Fluidbehälter eingetauchten ersten bzw. zweiten Gaslanzen, auf, die aus einer gemeinsamen Gasquelle mit einem unter Druck stehenden Gas (Druckgas) versorgt werden und über die das Druckgas in die Fluidbehälter eingetragen wird. Die Gasauslässe sind auf einer bestimmten, vertikalen Höhe gegenüber den jeweiligen Fluidbehälterböden angeordnet.The first and the second fluid container have a corresponding first or second gas supply with one or more first or second gas outlets, e.g Standing gas (compressed gas) are supplied and through which the compressed gas is entered into the fluid container. The gas outlets are arranged at a specific vertical height relative to the respective fluid container bottoms.
Bei dem Druckgas kann es sich um Druckluft, d.h. atmosphärisch gewonnene und komprimierte Umgebungsluft, handeln. Es kann sich jedoch auch um ein anderes Gas, insb. prozesstechnisch gewonnenes Industriegas wie CO2, O2 oder N2, handeln.The compressed gas can be compressed air, ie atmospherically obtained and compressed ambient air. However, it can also be a different gas, especially an industrial gas such as CO 2 , O 2 or N 2 obtained by process engineering.
Die Wasserbehandlungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Fluidbehälter, der Selektor, die erfindungsgemäße Durchmischungsvorrichtung umfasst. Die Durchmischungsrichtung ist vertikal, d.h. stehend, in dem ersten Fluidbehälter angeordnet, so dass der Strömungskanal der Durchmischungsvorrichtung sich im Wesentlichen vertikal erstreckt und in einer Strömungsrichtung von unten nach oben durchströmt wird.The water treatment device is characterized in that the first fluid container, the selector, includes the mixing device according to the invention. The mixing direction is arranged vertically, i.e. upright, in the first fluid container, so that the flow channel of the mixing device extends essentially vertically and the flow passes through it in a flow direction from bottom to top.
Die Wasserbehandlungsvorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der vertikale Abstand der Gaszuführung des Selektors zu dessen Boden größer ist als der vertikale Abstand des Gasauslasses der Gaszuführung des Reaktors zu dessen Boden, so dass bei gleichem Füllstand von Reaktor und Selektor der hydrostatische Druck am Gasauslass des Selektors geringer ist als der hydrostatische Druck am Gasauslass des Reaktors. Dadurch wird gewährleistet, dass für jeden beliebigen Füllstand des Selektors, der größer oder gleich dem Füllstand des Reaktors ist, eine Gaszuführung in den Selektor gewährleistet ist. Füllstand ist dabei volumenunabhängig zu verstehen im Sinne einer Füllhöhe oder eines Pegelstandes des Fluidbehälters, nicht jedoch im Sinne eines Füllvolumens.The water treatment device is further characterized in that the vertical distance between the gas supply of the selector and its bottom is greater than the vertical distance from the gas outlet of the gas supply of the reactor to its bottom, so that with the same level of reactor and selector, the hydrostatic pressure at the gas outlet of the selector is lower than the hydrostatic pressure at the gas outlet of the reactor. This ensures that gas is fed into the selector for any fill level of the selector that is greater than or equal to the fill level of the reactor. In this context, fill level is to be understood as being independent of volume in the sense of a fill height or level of the fluid container, but not in the sense of a filling volume.
In anderen Worten kommt es nur darauf an, dass sich über dem Gasauslass der Durchmischungsvorrichtung in dem Selektor stets eine kleinere oder maximal gleich hohe Wassersäule wie über dem Gasauslass des Reaktors befindet - also ein geringerer hydrostatischer Druck wirkt -, so dass bei jedem Füllstandsverhältnis von Selektor zu Reaktor eine (Mindest-)Gaszuführung in den Selektor gewährleistet ist.In other words, it is only important that there is always a smaller water column above the gas outlet of the mixing device in the selector, or at most the same height as above the gas outlet of the reactor - i.e. a lower hydrostatic pressure is acting - so that with every filling level ratio of the selector a (minimum) gas feed into the selector is guaranteed for the reactor.
Diese Anordnung birgt u.a. den Vorteil, dass das in den Fluidbehältern befindliche Wasser, welches sich in unterschiedlichen Behandlungsstufen befinden kann, mit unterschiedlichen Gasmengen aus derselben Gasquelle beaufschlagt werden kann, ohne dass zur Verteilung und Einstellung der Gasmenge bzw. der Gasmengenverhältnisse, die aus dem ersten bzw. zweiten Gasauslass strömen bzw. strömen sollen, eine Druckminderung (Ventile, Sperrklappen) vonnöten ist. Hierdurch kann der Gesamtbedarf an Druckluft reduziert und damit Energiekosten eingespart werden.This arrangement has the advantage, among other things, that the water in the fluid containers, which can be in different treatment stages, can be treated with different amounts of gas from the same gas source, without having to distribute and adjust the amount of gas or the gas amount ratios from the first or second gas outlet flow or should flow, a pressure reduction (valves, shut-off flaps) is required. As a result, the total demand for compressed air can be reduced and thus energy costs can be saved.
In einer zweckmäßigen Variante kann die Wasserbehandlungsvorrichtung in unterschiedlichen Phasen betrieben werden, nämlich einer Beschickungsphase (Befüllungsphase), einer Gaszuführungsphase, einer Sedimentationsphase sowie einer Abzugsphase (Dekantierphase). Die einzelnen Phasen können hintereinander durchgeführt werden. Die Beschickungsphase kann jedoch auch gleichzeitig oder zumindest teilweise überlappend mit der Gaszuführungsphase durchgeführt werden. Die Beschickungsphase kann auch mit allen anderen Phasen teilweise oder komplett überlappen.In an expedient variant, the water treatment device can be operated in different phases, namely a charging phase (filling phase), a gas supply phase, a sedimentation phase and a discharge phase (decanting phase). The individual phases can be carried out one after the other. However, the feed phase can also be carried out simultaneously with or at least partially overlapping with the gas feed phase. The loading phase can also partially or completely overlap with all other phases.
In der Beschickungsphase wird der erste Fluidbehälter mit zu behandelndem Wasser beschickt, d.h. befüllt. Über die Überlaufkante läuft das im ersten Fluidbehälter ggfs. bereits teilweise oder vollständig vorbehandelte Wasser dann in den zweiten Fluidbehälter über. In der Gaszuführungsphase wird dem in dem ersten und zweiten Fluidbehälter befindlichen Wasser über die Gasauslässe Gas, insb. komprimierte Umgebungsluft, zugeführt. Die Gaszuführung kann sich zeitlich vollständig oder zumindest teilweise mit der Beschickungsphase überdecken. Ferner sorgt die Positionierung des ersten Gasauslasses, der in die Durchmischungsvorrichtung mündet, für einen Sog in die Durchmischungsvorrichtung, so dass einlaufnahes Wasser in dem ersten Fluidbehälter über die Einlauföffnung eingesogen, mit dem eingebrachten Gas vermischt und über die Auslauföffnung der Durchmischungsvorrichtung wieder in den ersten Fluidbehälter rückgespeist wird. Hierdurch wird neben einer guten Durchmischung des Wassers mit dem Gas auch eine gute Durchmischung unterschiedlicher Wasserschichten und ggfs. auch von Wasser mit etwaigen am Boden des Fluidbehälters lagernden Sedimenten, wie etwa Biomasse oder Belebtschlamm, erreicht. In der Sedimentationsphase wird die Luftzuführung und ggfs. die noch andauernde Beschickung mit Wasser unterbrochen, so dass im Wasser befindliche Partikelagglomerationen, die schwerer sind als Wasser, in dem ersten bzw. zweiten Fluidbehälter zu Boden sinken können (sedimentieren) und dort eine mit der Zeit anwachsende und dicker (höher) werdende Sedimentschicht bilden. In der Abzugsphase wird schließlich über eine Abzugsvorrichtung im Wesentlichen partikelagglomerationsfreies oder zumindest partikelagglomerationsarmes Wasser aus den höchstgelegenen Wasserschichten, d.h. aus den von der Sedimentationsschicht am weitesten entfernten Schichten, über eine Abzugsvorrichtung aus dem zweiten Fluidbehälter abgezogen (dekantiert). Während der Abzugsphase sinkt der Pegelstand in dem zweiten Behälter. Die Summe dieser vier Phasen (Beschickung, Gaszuführung, Sedimentation, Abzug) bildet einen Zyklus. Das abgezogene Wasser bildet das Endprodukt und kann weiteren Nachbehandlungsschritten unterzogen werden.In the charging phase, the first fluid container is charged, i.e. filled, with water to be treated. The water, which may have already been partially or completely pretreated in the first fluid container, then overflows into the second fluid container via the overflow edge. In the gas supply phase, gas, in particular compressed ambient air, is supplied to the water in the first and second fluid containers via the gas outlets. The gas supply can overlap completely or at least partially with the charging phase. Furthermore, the positioning of the first gas outlet, which opens into the mixing device, ensures suction into the mixing device, so that water close to the inlet in the first fluid container is sucked in via the inlet opening, mixed with the introduced gas and returned to the first fluid container via the outlet opening of the mixing device is fed back. In this way, in addition to good mixing of the water with the gas, good mixing of different water layers and possibly also of water with any sediments lying on the bottom of the fluid container, such as biomass or activated sludge, is achieved. In the sedimentation phase, the air supply and, if necessary, the ongoing supply of water is interrupted, so that particle agglomerations in the water that are heavier than water can sink to the bottom (sediment) in the first or second fluid container and there over time form a growing and thicker (higher) sediment layer. In the withdrawal phase, water that is essentially free of particle agglomeration or at least with little particle agglomeration is finally withdrawn (decanted) from the highest water layers, i.e. from the layers furthest away from the sedimentation layer, via a withdrawal device from the second fluid container. During the withdrawal phase, the level in the second container drops. The sum of these four phases (feed, gas supply, sedimentation, discharge) forms a cycle. The water drawn off forms the end product and can be subjected to further post-treatment steps.
In einer konkreten Ausführungsform kann es sich bei der Wasserbehandlungsvorrichtung um eine Abwasserbehandlungsvorrichtung zur Behandlung von Abwasser, bspw. Haushalts- oder auch Industrieabwässern, handeln, bei der das zu behandelnde Abwasser von Schadstoffen und Verunreinigungen gereinigt werden soll. Typischerweise gelangt das Abwasser nach mechanischen Vorbehandlungsstufen, in denen zumindest grobe Verunreinigungen und Schmutzpartikel (Treibgut, Fremdkörper, Sand und Geröll, etc.) über Rechen und Sandfänge herausgefiltert werden, in der Beschickungsphase in den ersten Fluidbehälter, wobei der Pegelstand beim ersten Befüllen beständig steigt, bis der Pegelstand die Überlaufkante zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbehälter erreicht und anschließend, d.h. bei Überschreiten der Höhe der Überlaufkante, in den zweiten Fluidbehälter überläuft. Die Beschickung (Befüllung) des Abwassers in den ersten Fluidbehälter kann dabei kontinuierlich oder auch stoßweise erfolgen, so dass auch die Zuführung des Abwassers von dem ersten in den zweiten Fluidbehälter über die Überlaufkante kontinuierlich oder stoßweise erfolgt.In a specific embodiment, the water treatment device can be a waste water treatment device for treating waste water, for example domestic or also industrial waste water, in which the waste water to be treated is to be cleaned of pollutants and impurities. Typically, after mechanical pre-treatment stages, in which at least coarse contaminants and dirt particles (floating debris, foreign bodies, sand and debris, etc.) are filtered out via rakes and sand traps, the wastewater enters the first fluid container in the charging phase, with the level constantly rising during the first filling until the level reaches the overflow edge between the first and the second fluid container and then, ie when the height of the overflow edge is exceeded, overflows into the second fluid container. The feeding (filling) of the waste water into the first fluid container can be done continuously or intermittently, so that the feeding of the waste water from the first to the second fluid container holder over the overflow edge takes place continuously or intermittently.
Während der Belüftungsphase wird das Abwasser über die Gasauslässe sowohl im ersten als auch im zweiten Fluidbehälter mit Druckluft, d.h. unter Druck gesetzter Umgebungsluft, beaufschlagt. Hierdurch können Oxidationsprozesse, insbesondere die Umwandlung von Kohlenstoffverbindungen in Kohlendioxid und Wasser oder die Umsetzung von Ammonium zu Nitrat (Nitrifikation) beschleunigt werden. Die Oxidationsprozesse können dabei von Mikroorganismen unterstützt werden, die sich in den Fluidbehältern anreichern, Verunreinigungen verstoffwechseln und in Partikelagglomerationen binden. Diese aus Verunreinigungen, Stoffwechselprodukten und Mikroorganismen bestehende Partikelagglomerationen bilden sog. Belebtschlamm, der insb. in der nachfolgenden Sedimentationsphase zu Boden sinkt und die beständig wachsende Sedimentationsschicht bildet. Wie bereits oben dargestellt, gewährleistet die Gaszuführung über die Durchmischungsvorrichtung eine exzellente Vermischung von unterschiedlichen Wasserschichten, insb. von altem Wasser sowie während der Beschickung neu hinzukommendem Wasser, der Verteilung von Belebtschlamm sowie einer homogenen Verteilung der eingebrachten Luft in dem ersten Fluidbehälter. Ein separates Rührwerk für die Durchmischung ist nicht erforderlich. Auch eine separate Gasverteilungsvorrichtung wie bspw. ein aktiver Druckminder oder ein Druckregelventil ist nicht erforderlich, da - vorausgesetzt, es handelt sich um einen bekannten Prozess mit bekannten Prozessparametern - das Abwasser in dem ersten Fluidbehälter bei einer bekannten, durchschnittlichen Aufenthaltsdauer einen bekannten Gasbedarf für die gewünschten Durchmischungs- und/oder Oxidationsprozesse hat, der in einem näherungsweise festen Verhältnis zum Gasbedarf im zweiten Fluidbehälter steht, so dass die in den ersten und den zweiten Fluidbehälter einzubringendes Gas einem näherungsweise konstanten Verhältnis unterworfen ist, bspw. einem Verhältnis von 30:70. Dieses gewünschte Verhältnis kann technisch über die unterschiedliche, hydrostatische Höhe der Gasauslässe in dem ersten bzw. zweiten Fluidbehälter abgebildet bzw. zumindest angenähert werden. Unter „hydrostatischer Höhe“ ist dabei der vertikale Abstand der Gasauslässe von dem Pegelstand der Fluidbehälter zu verstehen, wenn beide Fluidbehälter dieselbe Wasserlinie aufweisen. Ein geringfügiges Abweichen der Drucklufteintragung infolge des schwankenden (nach der Abzugsphase wieder ansteigenden) Füllstands in dem zweiten Fluidbehälter tut dem, insb. da dies zeitlich auf die Dauer der Beschickungsphase beschränkt ist, keinen Abbruch.During the aeration phase, compressed air, i.e. pressurized ambient air, is applied to the waste water via the gas outlets in both the first and second fluid containers. This can accelerate oxidation processes, in particular the conversion of carbon compounds into carbon dioxide and water or the conversion of ammonium into nitrate (nitrification). The oxidation processes can be supported by microorganisms that accumulate in the fluid containers, metabolize impurities and bind them in particle agglomerations. These particle agglomerations, consisting of impurities, metabolic products and microorganisms, form so-called activated sludge, which sinks to the bottom, especially in the subsequent sedimentation phase, and forms the constantly growing sedimentation layer. As already explained above, the gas supply via the mixing device ensures excellent mixing of different layers of water, especially old water and water that is newly added during charging, the distribution of activated sludge and a homogeneous distribution of the air introduced in the first fluid container. A separate agitator for mixing is not required. A separate gas distribution device such as an active pressure reducer or a pressure control valve is also not required, since - provided that it is a known process with known process parameters - the waste water in the first fluid container has a known gas requirement for the desired with a known, average length of stay Has mixing and / or oxidation processes, which is in an approximately fixed ratio to the gas requirement in the second fluid container, so that the gas to be introduced into the first and the second fluid container is subject to an approximately constant ratio, e.g. a ratio of 30:70. Technically, this desired ratio can be mapped or at least approximated via the different, hydrostatic height of the gas outlets in the first and second fluid container. “Hydrostatic height” is to be understood as the vertical distance between the gas outlets and the level of the fluid tank when both fluid tanks have the same water line. A slight deviation in the introduction of compressed air as a result of the fluctuating filling level in the second fluid container (rising again after the withdrawal phase) does not detract from this, especially since this is limited to the duration of the charging phase.
Vorteilhaft kann es für die Wasserbehandlungsvorrichtung - und speziell für die o.g. Abwasserbehandlungsvorrichtung - auch sein, das Verhältnis der Gaszuführung in den ersten bzw. zweiten Fluidbehälter nicht ausschließlich über die hydrostatische Höhe der Gasauslässe, sondern zusätzlich auch über Rohrleitungsquerschnitte der zu den Gasauslässen führenden Gaszuführungen (permanent) einzustellen. Zweckmäßig ist es bspw., wenn ein maximaler Rohrleitungsquerschnitt der Gaszuführung in den ersten Fluidbehälter (Selektor) um einen Faktor von 2, 3 oder 5 kleiner ausgeführt ist, als ein maximaler Rohrleitungsquerschnitt der Gaszuführung in den zweiten Fluidbehälter. Hierdurch ist eine weitergehende Justierung der Gaszuführmengen möglich, da die Einstellung von Gaszuführmengen über Leitungsquerschnitte und über die hydrostatische Höhe jeweils anderen physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterliegen. Hierdurch kann insb. auch bei stark divergierenden Füllständen zwischen ersten und zweitem Fluidbehälter stets eine minimale Gaszuführung in den ersten sowie dem zweiten Fluidbehälter gewährleistet werden. Die Möglichkeit, die hydrostatische Höhe der Gaszufuhr durch unterschiedliche Positionierung des Gasauslasses zu variieren oder anzupassen, bleibt unbenommen. Die hydrostatische Höhe der Gaszufuhr ist also nicht notwendigerweise starr, sondern kann an die Gegebenheiten angepasst werden, beispielsweise, indem eine Vielzahl von auf unterschiedlichen Höhen befindlichen Blindanschlüssen an der Vorrichtung vorgesehen werden, von denen nur einer mit der Gasquelle verbunden wird/ist. Der hier verwendete Begriff der Anpassung meint vorliegend die Anpassung der hydrostatischen Höhe bei Installation und/oder Wartung der Vorrichtung, nicht jedoch im laufenden Betrieb der Vorrichtung. Eine adaptive Anpassung der hydrostatischen Höhe des Gasauslasses im laufenden Betrieb - etwa durch elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Antriebsmittel - ist jedoch möglich.It can also be advantageous for the water treatment device - and especially for the above-mentioned waste water treatment device - to determine the ratio of the gas supply to the first or second fluid container not only via the hydrostatic height of the gas outlets, but also via the pipe cross-sections of the gas supplies leading to the gas outlets (permanently ) to set. It is expedient, for example, if a maximum pipeline cross-section for the gas supply to the first fluid container (selector) is smaller by a factor of 2, 3 or 5 than a maximum pipeline cross-section for the gas supply to the second fluid container. As a result, a more extensive adjustment of the gas supply quantities is possible, since the setting of gas supply quantities via line cross-sections and via the hydrostatic head are each subject to different physical laws. As a result, a minimum gas supply into the first and the second fluid container can always be ensured, especially in the case of strongly divergent fill levels between the first and second fluid containers. The possibility of varying or adjusting the hydrostatic height of the gas supply by positioning the gas outlet differently remains unaffected. The hydrostatic height of the gas supply is therefore not necessarily fixed, but can be adapted to the circumstances, for example by providing a large number of blind connections located at different heights on the device, of which only one is/is connected to the gas source. The term adjustment used here means the adjustment of the hydrostatic height during installation and/or maintenance of the device, but not during ongoing operation of the device. However, an adaptive adjustment of the hydrostatic height of the gas outlet during operation—for example by means of electric motor, hydraulic or pneumatic drive means—is possible.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung der Wasserbehandlungsvorrichtung kann auf jedwede aktiven Druckregelelemente zur Verteilung der dem ersten und dem zweiten Fluidbehälter zugeführten Gasmengen vollständig verzichtet werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass der erste und der zweite Gasauslass aus derselben Gasquelle versorgt werden, d.h. die Gasquelle eine Zuführleitung aufweist, von der die zu dem ersten bzw. zweiten Gasauslass führenden Gaszuführungen abzweigen, ohne dass in diesen Gaszuführungen Drosselventile oder andere aktive Stellelemente (wie Volumenregler oder Druckregler) angeordnet sind, die während des Betriebs der Wasserbehandlungsvorrichtung verstellbar sind. Absperrventile, welche einen dauerhaften Verschluss einer Gaszuführung z.B. für Wartungszwecke ermöglichen, sind nicht als aktives Stellelement im vorgenannten Sinne zu verstehen.In a particularly expedient embodiment of the water treatment device, any active pressure control elements for distributing the gas quantities supplied to the first and the second fluid container can be completely dispensed with. It is assumed that the first and the second gas outlet are supplied from the same gas source, i.e. the gas source has a supply line from which the gas supplies leading to the first or second gas outlet branch off, without throttle valves or other active control elements (such as Volume regulator or pressure regulator) are arranged, which are adjustable during operation of the water treatment device. Shut-off valves, which enable a permanent closure of a gas supply, e.g. for maintenance purposes, are not to be understood as active control elements in the aforementioned sense.
Die Durchmischungsvorrichtung weist zweckmäßig eine bestimmte Positionierung und bestimmte Abmessungen auf:
- Die Durchmischungsvorrichtung ist zweckmäßig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet, befindet sich also ‚unter Wasser‘. Hierdurch können insb. Emissionen und Immissionen von Luft und Lärm reduziert werden. Besonders bevorzugt befindet sich die Durchmischungsvorrichtung wenigstens 100cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des ersten Fluidbehälters. Hierdurch können insb. mittlere Wasserschichten mit dem Gas sowie vom Boden angesaugten Ablagerungen (Belebtschlamm) durchmischt werden. Dies kann Umsetzungsraten (Oxidationsprozesse) beschleunigen, da oberflächennahe Wasserschichten ohnehin auf natürliche Art und Weise mit der Umgebungsluft in Kontakt stehen und deshalb bereits mit Sauerstoff gesättigt ist, so dass durch eine hinreichend tiefe Positionierung der Durchmischungsvorrichtung unter Wasser die Gesamtmenge an im Wasser verfügbarem Sauerstoff erhöht werden kann.
- The mixing device is expediently arranged below the level of the liquid, ie it is located 'under water'. As a result, emissions and immissions from air and noise in particular can be reduced. The mixing device is particularly preferably located at least 100 cm below the liquid level of the first fluid container. As a result, the middle water layers in particular can be mixed with the gas and deposits (activated sludge) sucked in from the ground. This can accelerate conversion rates (oxidation processes), since layers of water close to the surface are naturally in contact with the ambient air anyway and are therefore already saturated with oxygen, so that the total amount of oxygen available in the water is increased by positioning the mixing device sufficiently deep under water can be.
Die Durchmischungsvorrichtung weist vorteilhaft eine Gesamtlänge auf, die zwischen 30% und 80%, bevorzugt zwischen 60% und 70% der Gesamthöhe des ersten Fluidbehälters beträgt. Über eine so ausgewählte Länge kann gewährleistet werden, dass eine nahezu vollständige Durchmischung aller Wasserschichten, insb. der unteren mit den weiter oben gelegenen Wasserschichten, erfolgt. Unter Gesamtlänge ist dabei der Abstand zwischen dem (unteren) Einlauf und dem (oberen) Auslauf zu verstehen.The mixing device advantageously has an overall length which is between 30% and 80%, preferably between 60% and 70% of the overall height of the first fluid container. A length selected in this way can ensure that all water layers are almost completely mixed, in particular the lower water layers with the water layers further up. The total length is the distance between the (lower) inlet and the (upper) outlet.
Vorzugswürdig kann es sein, die Durchmischungsvorrichtung bodennah anzuordnen, insb. so, dass die Einlauföffnung der Durchmischungsvorrichtung sich in Bodennähe des Bodens des ersten Fluidbehälters, bevorzugt in einem Abstand zwischen 5 und 50cm, befindet. Ein so gewählter Abstand gewährleistet einerseits einen ausreichenden Abstand zu einer sich am Boden ablagernden Sedimentschicht, so dass der Einlauf zu keinem Zeitpunkt durch die Sedimente blockiert oder verstopft wird, anderseits, dass die Sedimentschicht während der Gaszuführungsphase aufgewirbelt, angesogen und durch den Strömungskanal der Durchmischungsvorrichtung in höhere Wasserschichten transportiert werden kann.It may be preferable to arrange the mixing device close to the bottom, especially in such a way that the inlet opening of the mixing device is close to the bottom of the first fluid container, preferably at a distance of between 5 and 50 cm. A distance selected in this way ensures, on the one hand, a sufficient distance to a layer of sediment deposited on the bottom, so that the inlet is never blocked or clogged by the sediments, and, on the other hand, that the layer of sediment is whirled up during the gas supply phase, sucked in and flown through the flow channel of the mixing device in higher water layers can be transported.
Vorteilhaft ist es, wenn der Gasauslass des zweiten Fluidbehälters sich ebenfalls in Bodennähe, hier des Bodens des zweiten Fluidbehälters, befindet. Zweckmäßig ist der zweite Gasauslass dabei bodennah in einem Abstand von nicht mehr als 30cm zum Boden des zweiten Fluidbehälters angeordnet. Der zweite Gasauslass ist dabei vorzugsweise - anders als der in die Durchmischungsvorrichtung mündende Gasauslass des ersten Fluidbehälters - als fein perforierte, multiple Auslassöffnung ausgebildet. Die fein perforierte, multiple Auslassöffnung kann teller- oder scheibenförmig, balkenförmig oder röhrenförmig ausgebildet sein. Sie kann auch in eine Vielzahl von jeweils teller-, röhren- oder balkenförmigen Gruppierungen oder Stränge gegliedert sein. Es ist möglich, dass die Gasauslässe aus feinporösen Materialien, etwa aus perforiertem Kunststoff oder porösen, mineralischen Stoffen gebildet sind oder diese umfassen, die das ausströmende Gas in kleine Gasblasen zerteilen.It is advantageous if the gas outlet of the second fluid container is also close to the bottom, here the bottom of the second fluid container. The second gas outlet is expediently arranged near the bottom at a distance of no more than 30 cm from the bottom of the second fluid container. In this case, the second gas outlet is preferably—in contrast to the gas outlet of the first fluid container, which opens into the mixing device—designed as a finely perforated, multiple outlet opening. The finely perforated, multiple outlet opening can be plate-shaped, disk-shaped, bar-shaped or tubular. It can also be divided into a large number of groupings or strands in the form of plates, tubes or bars. It is possible for the gas outlets to be made of finely porous materials, such as perforated plastic or porous, mineral materials, or to include them, which break up the outflowing gas into small gas bubbles.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Böden des ersten und zweiten Fluidbehälters im Wesentlichen auf derselben geodätischen Höhe angeordnet und vorzugsweise flach, d.h. eben, ausgebildet. Dies reduziert die Baukosten für eine Wasseraufbereitungsanlage.In an advantageous further development, the bottoms of the first and second fluid containers are arranged essentially at the same geodetic height and are preferably designed to be flat, i.e. level. This reduces the construction costs for a water treatment plant.
Weitere mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgenannten Durchmischungsvorrichtung werden nachfolgend erläutert. Dabei kann die Durchmischungsvorrichtung in einer vorgenannten Wasserbehandlungsvorrichtung eingesetzt werden. Denkbar ist jedoch auch, die Durchmischungsvorrichtung in anderen Anwendungsfeldern, d.h. unabhängig von einer Wasserbehandlungsvorrichtung, einzusetzen. Eine Beschränkung der Durchmischungsvorrichtung auf eine Verwendung in einer Wasserbehandlungsvorrichtung ist daher nicht intendiert; vielmehr dienen etwaige Verwendungsangaben lediglich einer beispielhaften Erläuterung eines (von mehreren) möglichen Verwendungszwecken.Further possible advantageous configurations of the aforementioned mixing device are explained below. The mixing device can be used in an aforementioned water treatment device. However, it is also conceivable to use the mixing device in other fields of application, i.e. independently of a water treatment device. A restriction of the mixing device to use in a water treatment device is therefore not intended; rather, any indications of use only serve as an exemplary explanation of one (of several) possible purposes of use.
Die unterschiedlichen Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert, wobei gleiche oder vergleichbare Bauteile mit gleichen oder vergleichbaren Bezugszeichen versehen sind, so dass auf jeweils vor- und/oder nachstehende Erläuterungen zu diesen Bezugszeichen wechselseitig Bezug genommen wird.The different aspects of the invention are explained below by way of example with reference to the attached figures, with the same or comparable components being provided with the same or comparable reference symbols, so that reference is made alternately to the previous and/or subsequent explanations relating to these reference symbols.
Dabei zeigen
-
1 eine Schemaskizze einer Wasserbehandlungsvorrichtung, -
2 eine Schemaskizze einer erfindungsgemäßen Durchmischungsvorrichtung, -
3 eine Schnittansicht (3A ), eine Explosionsdarstellung (3B ) sowie eine Aufsicht (3C ) der erfindungsgemäßen Durchmischungsvorrichtung aus2 , -
4 eine Schemaskizze in zwei Zuständen (4A und4B ) einer Wasserbehandlungsvorrichtung mit unterschiedlich tiefen Fluidbehältern, -
5 eine Schemaskizze analog4 bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Durchmischungsvorrichtung, sowie -
6 eine Schemaskizze analog den4 und5 bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Durchmischungsvorrichtung.
-
1 a schematic sketch of a water treatment device, -
2 a schematic sketch of a mixing device according to the invention, -
3 a sectional view (3A ), an exploded view (3B ) and a supervisor (3C ) of the mixing device according to theinvention 2 , -
4 a schematic sketch in two states (4A and4B ) a water treatment device with fluid containers of different depths, -
5 a schematic sketch analogously4 when using a mixing device according to the invention, and -
6 a schematic sketch analogous to the4 and5 when using a mixing device according to the invention.
Für ein besseres Verständnis für einen möglichen Einsatzzweck der Erfindung in einer Wasserbehandlungsvorrichtung sollen anhand der
Die in den
Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die drei Fluidbehälter S, K, Runterschiedlich tief. Die Böden (ohne Bezugszeichen) der Fluidbehälter S, K, Rweisen also eine unterschiedliche geodätische Höhe auf. Alle Gasauslässe sind auf gleichem Abstand zu den jeweiligen Böden der Fluidbehälter S, K, R angeordnet und weisen in der Folge ebenfalls eine unterschiedliche geodätische Höhe auf. Gleichzeitig weisen die Fluidbehälter S, K, R eine gleiche Wasserlinie (Füllstand, Pegelstand) auf.As can be seen from the figures, the three fluid containers S, K, R have different depths. The bases (without reference numbers) of the fluid containers S, K, R therefore have a different geodetic height. All gas outlets are arranged at the same distance from the respective bottoms of the fluid containers S, K, R and consequently also have a different geodetic height. At the same time, the fluid containers S, K, R have the same water line (level, water level).
Dies hat zur Folge, dass bei Aktivierung der Gasquelle das Verhältnis der eingebrachten Gasmengen in die Fluidbehälter S, K, R abhängig von dem jeweiligen am Gasauslass 5K, 5S, 5R wirkenden hydrostatischen Druck ist, was im Wesentlichen also den über den Gasauslässen befindlichen Wassersäulen entspricht, vgl. die hydrostatischen Höhen a, b, c in
Um auf aufwendige Regeleinrichtungen, bei der für jede Gaszuführung der Zuführdruck unter Berücksichtigung des jeweiligen hydrostatisch an den Gasauslässen 5K, 5S, 5R wirkenden Drucks durch z.B. Druckminderer, angepasst wird, verzichten zu können, können auch als Druckluftheber bezeichnete Mammutpumpen 7K, 7R, 7S eingesetzt werden, die in den Ausführungsbeispielen der
Bei Mammutpumpen handelt es sich im einfachsten Fall um simple Rohre, in die auf bestimmter Höhe jeweils eine Gaszuführung mit einem Gasauslass eingebracht ist. Die Gasauslässe 5R, 5K, 5S sind in den Ausführungsbeispielen der
In den Mammutpumpen 7K, 7R, 7S kann sich das unter Druck eingebrachte Gas entspannen, steigt nach oben und erzeugt so einen Sog, der vermittels der Rohre bis auf Bodenhöhe der Fluidbehälter K, S, R wirkt, die unteren Wasserschichten gemeinsam mit allfällig dort vorhandenen Sedimenten von unten nach oben fördert und so die unteren Wasserschichten mit den oberen Wasserschichten durchmischt. Die Mammutpumpen können deshalb auch als Durchmischungsvorrichtung bezeichnet werden.The gas introduced under pressure can expand in the
Durch die unterschiedlichen Längen der Mammutpumpen können selbst unterschiedlich tiefe Fluidbehälter aus einer gemeinsamen Gasquelle ohne zwischengeschaltete Druckregeleinrichtungen mit einem Gas aus derselben Gasquelle versorgt werden.Due to the different lengths of the mammoth pumps, even fluid containers of different depths can be supplied with a gas from the same gas source from a common gas source without intermediate pressure control devices.
Während der Beschickungs- und Belüftungsphase wird über einen in dem Selektor S angeordneten Zulauf zu behandelndes Abwasser W in den Selektor S eingeleitet, von wo es ab Erreichen eines vorgegebenen Pegelstandes, nämlich der mit 2 gekennzeichneten Überlaufkante, in den Reaktor R fließt. Selektor und Reaktor R weisen beide z.B. eine Tiefe Hmax(S) bzw Hmax(R) von 6m ab einer oberen Fluidbehälterkante bzw. eine Tiefe von 5m gerechnet ab der Überlaufkante 2 auf. Die Überlaufkante 2 wird durch die Oberkante einer zwischen dem Selektor S und dem Reaktor R befindlichen Trennwand 2' gebildet. Die Überlaufkante 2 erstreckt sich horizontal geradlinig, d.h. sie weist eine gleichbleibende Höhe auf.During the loading and aeration phase, waste water W to be treated is fed into the selector S via an inlet arranged in the selector S, from where it flows into the reactor R once a predetermined level has been reached, namely the overflow edge marked 2. Selector and reactor R both have, for example, a depth Hmax(S) or Hmax(R) of 6 m from an upper edge of the fluid container or a depth of 5 m calculated from the
Der Pegelstand im Selektor S und Reaktor R ist in der
Die Wassersäule über dem Gasauslass 5S des Selektors S bleibt über die gesamte Beschickungs- und Belüftungsphase weitestgehend unverändert und steigt erst dann an, wenn der Füllstand 3R im Reaktor R ebenfalls die Höhe der Überlaufkante 2, d.h. 5m, erreicht. Ab dann steigen der Pegelstand 3S des Selektors S und des Reaktors R gemeinsam. Die Schwankungsbreite zwischen dem Pegelstand auf Höhe der Überlaufkante 2, also 5m, und dem maximalen Füllstand, also 6m, ist jedoch im Vergleich zur Fluidbehältertiefe mit 1m relativ gering.The water column above the
Die Wassersäule über dem Gasauslass 5R des Reaktors R steigt mit zunehmendem Pegelstand 3R in dem Reaktor R. Da nur dem Reaktor R, nicht jedoch dem Selektor S, in der nachfolgend noch näher erläuterten Abzugsphase Wasser bis zu einem minimalem Pegelstand Hmin(R) entnommen wird, steigt und sinkt der Pegelstand 3R im Reaktor R zyklisch über jeden Zyklus aus Beschickungs- und Belüftungsphase, Sedimentations- und Abzugsphase.The water column above the
Durch den schwankenden Pegelstand 3R in dem Reaktor R ergibt sich eine schwankende hydrostatische Höhe b des Gasauslasses 5R im Reaktor R bzw. sich schwankende, hydrostatische Drücke auf Höhe des Gasauslasses 5R des Reaktors R. Da die hydrostatische Höhe a am Gasauslass 5S des Selektors hingegen im Wesentlichen konstant bleibt, ergibt sich ein schwankendes Druckverhältnis der Drücke am Gasauslass 5S des Selektors S und dem Gasauslass 5R des Reaktors R.The fluctuating
Sowohl dem Selektor S als auch dem Reaktor R sollen gewisse Mindestmengen an Luft, zugeführt werden. Die Luft im Selektor S sollte dabei möglichst wenig Sauerstoff eintragen und hauptsächlich durchmischen, die Luft im Reaktor R sollte hauptsächlich der Sauerstoffübertragung dienen. Der Sauerstoffbedarf ergibt sich dabei u.a. aus den in dem zu behandelndem Wasser (Abwasser) vorhandenenVerbindungen, die oxidativ umgesetzt werden können und z.B. mit der Kennzahl des biochemischen Sauerstoffbedarfs sowie des chemischen Sauerstoffbedarfs (BSB bzw. CSB) beschrieben werden. Aber auch andere Faktoren, wie z.B. die Menge an Ammonium im Wasser, können einen Einfluss auf den Sauerstoffbedarf haben. Both the selector S and the reactor R should be supplied with certain minimum amounts of air. The air in the selector S should carry as little oxygen as possible and mainly mix it, the air in the reactor R should mainly serve to transfer oxygen. The oxygen requirement results, among other things, from the compounds present in the water to be treated (wastewater), which can be converted by oxidation and are described, for example, with the index of the biochemical oxygen requirement and the chemical oxygen requirement (BOD or COD). But other factors, such as the amount of ammonium in the water, can also have an impact on the oxygen requirement.
Im vorliegenden Fall dient der Selektor S primär als Adsorptionsbecken, in dem das darin befindliche Wasser mit über den Gasauslass 5S eingeblasene Luft mit dem sog. Belebtschlamm vermischt wird, und die organischen Verbindungen zum Teil anoxisch umsetzen werden oder auch lediglich an der Biomasse adsorbiert oder in diese absorbiert wird. Eine gründliche Durchmischung des insb. am Boden des Selektors S sich absetzenden Belebtschlamms ist daher besonders wichtig. Der Sauerstoffbedarf in dem Selektor S ist entsprechend hoch, wird aber absichtlich nicht durch die eingetragene Luftmenge abgedeckt.In the present case, the selector S serves primarily as an adsorption tank, in which the water in it is mixed with the so-called activated sludge with air blown in via the
Demgegenüber dient der Reaktor R als belüftetes Belebungsbecken, da den Reaktor R das bereits im Selektor S vorbehandeltes Wasser über die Überlaufkante 2 erreicht. Der Reaktor R dient daher primär der Aktivierung von sich anschließenden Nachfolgeprozessen, u.a. der Denitrifikation, d.h. der Umsetzung von Nitrat zu gasförmigen Stickstoff sowie vielen weiteren Prozessen, die im Rahmen eines gezielten Biomassewachstums zum weitestgehenden Abbau organischer Verbindungen beiträgt. Diese Prozesse finden hauptsächlich bei gegenüber dem Selektor S deutlich geringeren Gleichgewichtskonzentrationen statt. Daher beträgt das Volumen des Reaktors R auch zumeist ein Vielfaches des Volumens des Selektor S.In contrast, the reactor R serves as an aerated activation tank, since the water that has already been pretreated in the selector S reaches the reactor R via the
Aufgrund dieser unterschiedlichen Anforderungen ist der Gasauslass 5S des Selektors - bei jedem Pegelstand - hydrostatisch höher positioniert (hydrostatische Höhe a) als der Gasauslass 5R des Reaktors R (hydrostatische Höhe b). Durch eine deutlich größer dimensionierte Gaszuleitung 4R in den Reaktor R als die Zuleitung 4S in den Selektor S ergibt sich, dass die Eintragungsrate an Druckluft bzw. Sauerstoff in den Reaktor R entsprechend höher ist als in den Selektor S, obwohl beide Gasauslässe 5R, 5S mittels ihrer Gaszuführungen 4S bzw. 4R über eine gemeinsame Zuführleitung 8 mit derselben Gasquelle 6 verbunden sind und sich keine Druckminderer oder -regler zur Kontrolle der Gaseinbringungsmenge in einer der Gaszuführungen 4R, 4S befindet, d.h. beiden Gaszuführungen 4S, 4R mit Druckluft unter demselben Versorgungsdruck versorgt werden. Durch die unterschiedliche Art der Gaseinbringung - in den Selektor S durch eine nachfolgend näher beschriebene Durchmischungsvorrichtung 7 mit einer sehr grobblasigen Belüftung auf der einen Seite, sowie übermeist sehr kleine Gasauslässe 5R in dem Reaktor R mit einer eher feinblasigen Belüftung auf der anderen Seite - ergibt sich immer ein deutlich höherer Sauerstoffübergang in den Reaktor R als in den Selektor S. Dies zumal auch dadurch, dass der Sauerstoffübergang in den Reaktor R durch den Partialdruck bestimmt wird, der wiederum vom hydrostatischen Druck b im Reaktor R abhängt, der gegenüber dem hydrostatischen Druck a im Selektor S immer größer ist.Due to these different requirements, the
Konkret befindet sich der Gasauslass 5R des Reaktors bodennah etwa 30cm über dem Boden des Reaktors R (Bezugszeichen H5R) während der Gasauslass 5S des Selektors S sich etwa 0,5-1,5m über dem Boden des Selektors S befindet (Bezugszeichen H5S). Da bei einem Abstand von 0,5-1,5m zum Boden eine Aufwirbelung und Vermischung des am Boden des Selektors S befindlichen Belebtschlamms durch die Luftzuführung allein nicht möglich wäre, ist der Gasauslass 5S in der als Mammutpumpe ausgebildeten Durchmischungsvorrichtung 7 installiert.Specifically, the
Die Durchmischungsvorrichtung 7 wird mit Verweis auf die
Der Grundkörper besteht aus einem unteren trichterförmigen Abschnitt 7B - auch Einlaufbereich genannt - mit einer Länge L7B von 70 cm und einem sich daran anschließenden röhrenförmigen Abschnitt 7A mit einer Länge L7A von 3m. Diese zwei Teile sind in überlappender Weise mit einer Überlappung von 20cm aufeinander gesteckt und lösbar über Schrauben miteinander verbunden (vgl. die Schrauben in
Auf Höhe des unteren Drittels der Durchmischungsvorrichtung 7 - bezogen auf die Gesamtlänge L gemessen in Längsrichtung der Längsachse X - ist der Gasauslass 5S angeordnet, der muffenartig in der Wandung des röhrenförmigen Abschnitts 7A verschraubt ist und im Wesentlichen bündig mit der Wandung abschließt. Ein Festsetzen von im Fluidstrom mitgetragenen Festkörpern, und eine in der Folge entstehende Verstopfung, ist daher praktisch kaum möglich.At the level of the lower third of the mixing device 7 - based on the overall length L measured in the longitudinal direction of the longitudinal axis X - the
Die Luftzuführung erfolgt exzentrisch. Sie ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Höhe unveränderlich. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Luftzuführung, d.h. insb. der Gasauslass, in der Höhe variabel ausgeführt sein oder zumindest eine Vielzahl von auf unterschiedlicher Höhe positionierten Gasauslässen aufweisen, von denen nur ein Gasauslass mit der Gasquelle verbunden ist, während die anderen als sog. Blindauslässe verschlossen werden bzw. sind.The air supply is eccentric. In the exemplary embodiment shown, its height cannot be changed. In others not shown In some embodiments, the air supply, i.e. in particular the gas outlet, can be designed to be variable in height or at least have a large number of gas outlets positioned at different heights, of which only one gas outlet is connected to the gas source, while the others are closed as so-called blind outlets or . are.
Über der Gaszuführung 5S sind in dem röhrenförmigen Abschnitt 7A ferner eine aus zwei Leitblechen bestehende Fluidleiteinrichtung 13 über Schrauben lösbar befestigt. Die Leitbleche sind sichelartig geformt, schräg gegenüber der Vertikalen und übereinander angeordnet sowie um 180° gegeneinander verdreht bzgl. der Längsachse X, so dass in dem röhrenförmigen Abschnitt 7A aufsteigendes Wasser bzgl. der Längsachse X in Drehung versetzt wird. Die Fluidleiteinrichtung 13 ist so bemessen, dass sie sich in jedem Fall noch unterhalb der Gasauslassöffnung 5S fortsetzt, in der Mitte des röhrenförmigen Abschnitts 7A jedoch einen Zylinderabschnitt des Strömungskanals 15 unberührt lässt, so dass ein Teil des Fluidstroms auf direktem Wege, d.h. vertikal, durch die Durchmischungsvorrichtung 7 strömen kann. Dies ist gut in der Draufsicht der
Der röhrenförmige Abschnitt 7A ist kegelförmig (kegelabschnittsförmig) ausgebildet und weist, wie insb. aus
Der unten befindliche trichterförmige Abschnitt 7B ist trompetenartig, d.h. verrundet mit einer parabolischen Kontur, ausgeführt, was laminaren Strömungsverhältnissen ohne Strömungsabrisse im Einlaufbereich zuträglich ist. Der trichterförmige Abschnitt weist an seinem äußeren Ende des Einlaufs 9 einen Winkel β von 45° auf. Der trichterförmige Abschnitt 7B ist aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz-Kunststoff in einem Kunststoffspritzgußverfahren hergestellt. Andere Materialien sind möglich.The funnel-shaped
Die Einlauföffnung im Einlauf 9 ist kreisförmig ausgebildet, weist einen Durchmesser D9 von 80cm auf, und ist senkrecht zur Längsachse ausgerichtet, d.h. horizontal. Die Einlauföffnung des Einlaufs 9 befindet sich 20cm (H9) über dem Boden. Die Einlauföffnung bildet den Beginn des Strömungskanals der Durchmischungsvorrichtung 7. Der Strömungskanal verengt sich infolge des trompetenartigen Einlaufs zunächst bis auf 50cm am oberen Ende des trichterförmigen Abschnitts 7B und anschließend weiter auf etwa 40cm bis zum Auslauf am oberen Ende des röhrenförmigen Abschnitts 7A. Der Auslauf besteht analog dem Einlauf aus einer kreisförmigen Auslauföffnung mit dem Durchmesser D10 von 40cm und ist horizontal angeordnet.The inlet opening in the
Die Böden von Reaktor R und dem Selektor S sind in dem Ausführungsbeispiel der
Für alle vorgemachten Ausführungen gilt, dass es sich bei den als Fluidbehältern bezeichneten Gefäßen nicht um Fluidbehälter im labortechnischen Sinne, also insbesondere nicht um transportable (Hand-)Gefäße handelt, sondern um fest installierte Becken mit einer Fassungskapazität von mehreren Kubikmetern, vorzugsweise in einem Bereich von 15m3 aufwärts, jedoch kleiner als 30.000m3. Die Becken sind im Regelfall dabei im Freien angeordnet und nicht überdacht.For all the above statements, it applies that the vessels referred to as fluid containers are not fluid containers in the laboratory sense, i.e. in particular not transportable (hand) containers, but permanently installed basins with a capacity of several cubic meters, preferably in one area from 15m 3 upwards, but less than 30,000m 3 . The pools are usually arranged outdoors and not covered.
BezugszeichenlisteReference List
- D9D9
- Öffnungsquerschnitt EinlauföffnungOpening cross section inlet opening
- D10D10
- Öffnungsquerschnitt Auslauföffnung Opening cross-section outlet opening
- H0H0
- Höhe Bodenheight floor
- H5RH5R
- vertikaler Abstand Gaseinlassvertical distance gas inlet
- H5SH5S
- vertikaler Abstand Gaseinlassvertical distance gas inlet
- HmaxHmax
- Maximaler FüllstandMaximum level
- Hminhmm
- minimaler Füllstandminimum level
- H9H9
- Höhe des Einlaufsheight of the inlet
- H10H10
- Höhe des Auslaufs height of the spout
- aa
- Fluidsäule (,hydrostatische Höhe‘)Fluid column ('hydrostatic head')
- bb
- Fluidsäule (,hydrostatische Höhe‘)Fluid column ('hydrostatic head')
- cc
- Fluidsäule (,hydrostatische Höhe‘) Fluid column ('hydrostatic head')
- KK
- Kaptorcaptor
- LL
- Längserstreckunglongitudinal extent
- MM
- Mantelflächelateral surface
- RR
- Reaktorreactor
- SS
- Selektorselector
- WW
- Wasserwater
- XX
- Längsachse longitudinal axis
- 11
- Wasserbehandlungsvorrichtungwater treatment device
- 22
- Überlaufkanteoverflow edge
- 2'2'
- Trennwandpartition wall
- 3R3R
- Füllstandlevel
- 3S3S
- Füllstandlevel
- 4S4S
- Gaszuführunggas supply
- 4R4R
- Gaszuführunggas supply
- 5S5S
- Gasauslassgas outlet
- 5R5R
- Gasauslassgas outlet
- 5K5K
- Gasauslassgas outlet
- 66
- Gasquellegas source
- 77
- Durchmischungsvorrichtungmixing device
- 7A7A
- röhrenförmiger Abschnitttubular section
- 7B7B
- trichterförmiger Abschnittfunnel section
- 88th
- Zuführleitung (Gas)supply line (gas)
- 99
- Einlaufenema
- 1010
- Auslaufoutlet
- 11R11R
- Bodenfloor
- 11S11S
- Bodenfloor
- 1212
- Sedimentesediments
- 1313
- Fluidleiteinrichtungfluid guide device
- 1414
- Befestigungsvorrichtungfastening device
- 14a14a
- Standwinkelstand angle
- 14b14b
- Spannseiltension rope
- 1515
- Strömungskanalflow channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 2943870 A1 [0004]DE 2943870 A1 [0004]
- US 4663044 [0036]US4663044 [0036]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202022106532.2U DE202022106532U1 (en) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | Mixing device and use |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202022106532.2U DE202022106532U1 (en) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | Mixing device and use |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202022106532U1 true DE202022106532U1 (en) | 2022-12-08 |
Family
ID=84546970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202022106532.2U Active DE202022106532U1 (en) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | Mixing device and use |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202022106532U1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2943870A1 (en) | 1979-10-30 | 1981-06-11 | Universal Gesellschaft zur Errichtung von Umweltschutzanlagen mbH & Co, 2410 Mölln | Sewage clarification - in two flock(s) precipitation stages by injecting calcium salt and iron salt in aeration up draught |
US4663044A (en) | 1985-09-13 | 1987-05-05 | Transfield, Incorporated | Biological treatment of wastewater |
-
2022
- 2022-11-22 DE DE202022106532.2U patent/DE202022106532U1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2943870A1 (en) | 1979-10-30 | 1981-06-11 | Universal Gesellschaft zur Errichtung von Umweltschutzanlagen mbH & Co, 2410 Mölln | Sewage clarification - in two flock(s) precipitation stages by injecting calcium salt and iron salt in aeration up draught |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |