DE2436273A1 - Vorrichtung zum eintragen eines gases in eine fluessigkeit - Google Patents

Vorrichtung zum eintragen eines gases in eine fluessigkeit

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Description

Z'b.sse:? Gri^orieim Cknbfl
Kennwort: Sauerstoff - Düsenvorteiler
Erfinder: Dr. Brucknüller
Vorrichtung zur/.1 Ci nt rag en eines Gases in eine !Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft" eine Vorrichtung zum Eintragen eines Gases in eine Flüssigkeit, insbesondere die Eintragung von Sauerstoff in die in einem Belebungsbecken einer Kläranlage befindliche Flüssigkeit. Die folgenden Ausführungen sind daher auf die Sauerstoffeintragung in derartige Belebungsbecken gerichtet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern universell einsetzbar.
Die am weitesten verbreitete Art, Luftsauerstoff in das Belebungsbecken einer Kläranlage einzutragen, besteht" darin, die Luft mittels eines Belüftungskreisels oder eines Stabwalzenbelüfters zuzuführen, Die Abmessungen und Strömungsverhältnisse des Beckens üben dabei einen großen Einfluß aus. Eine feinblasige Belüftung kann auch durch Druckbelüfter bei genügender Einblastiefe erreicht werden, wobei ebenfalls das Verhältnis der Beckenabmessungen und die davon abhängigen Strömungen von Wichtigkeit sind. Die Druckbelüftung rit Hilfe eines Filtermaterials neigt bei intermittierendem Betrieb zur Verstopfung der porösen Öffnungen und erfordert eine periodische Demontage und Reinigung.
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Es ist ferner bekannt, an-steile von Luft reinen Sauerstoff einzutragen. Allgemein kann man an eine derartige Ga.seintragung zwei wichtige Forderungen stellen:
Das Gas muß in Fora möglichst kleiner Blasen in die Flüssigkeit eingetragen v/erden und es muß dafür gesorgt werden, daß die Verweilzeit dieser Blasen in der Flüssigkeit möglichst lang ist. Je kleiner die Blasen sind, um so größer ist die wirksame Stoffaustauschfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. Je langer die Verweilzeit in der Flüssigkeit ist, um so mehr Gas kann in der Flüssigkeit gelöst werden. Zusätzlich kann noch gefordert werden, daß die Gaseintra- -gung bei möglichst hohem Druck erfolgt, v/eil dadurch die Lösung des Gases in der Flüssigkeit ebenfalls beschleunigt wird.
Um diese Forderungen zu verwirklichen, sind zahlreiche Konstruktionen bekannt geworden. So zeigt z.B. die britische Patentschrift 1-336 372 - . einen um eine senkrechte Achse rotierenden Düsenverteiler, der sich in der zu begasenden Flüssigkeit befindet. Das Gas gelangt dabei durch die Hohlachse in den Düsenverteiler und von dort in Eadiairohre. Dia Radialrohre verläßt es durch zahlreiche kleine Bohrungen. Diese Konstruktion bietet keine Möglichkeit, die Verweildauer der Blasen in der Flüssigkeit zu vergrößern. Die deutsche Patentschrift 1 283 763 zeigt dagegen eine Konstruktion, mit der die Verweildauer der Gasblasen in der Flüssigkeit vergrößert werden kann. Dies geschieht indön . der begasten Flüssigkeit eine Abwärtsströmung aufgezwungen wird, so daß die Gasblasen sich lange in der Flüssigkeit aufhalten müssen. Die in dieser Entgegenhaltung gezeigte Begasungseinrichtung hat jedoch nur einen mäßigen Wirkungsgrad und ist zum Beispiel für die Eintragung von reinem Sauerstoff ungeeignet, da zu viel des teuren Sauer-
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stoffes verloren gehen würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung ztmEintragen eines Gases in eine Flüssigkeit zu schaffen, die sowohl eine sehr feinblasige Eintragung des Gases ermöglicht, als auch eine lange Verweildauer der Gasblasen in der Flüssigkeit zuläßt. Sie soll ferner die Gasverluste niedrig halten und eine Rückführung des nichtgelösten Gases in Kreislauf ermöglichen. Außerdem soll der Energiebedarf der Vorrichtung niedrig sein.
Es wurde nun gefunden, daß bei einer Vorrichtung zum Eintragen eines Gases in eine Flüssigkeit, bestehend aus einem in die Flüssigkeit eingetauchten, um seine senkrechte Achse rotierenden Düsenkopf, einer Gaszuführung z-um Düsenkopf und auf dem Düsenkopf smkrecht zur Drehachse angeordneten Gasaustrittsrohroa,die Aufgabe gamäß der Erfindung gelöst werden kann durch .MIttel zur r-otationsfre- quenzabhängigen , intermittierenden Gaszufuhr zu den Gasaustrittsrohren und einen den Düsenkopf mit den Gasaustrittsrohren umgeberden feststehenden Hantel.
Die intermittierende Gaszufuhr zu den Gasaustrittsrohren verhindert von vornherein das Entstehen großer Blasen. Die Mittel zu Erzeugung einer derartigen intermittierenden Gaszufuhr sind bekannt. Die Gaszuführung zum rotierenden Düsenkopf kajan z.B. fest installiert sein, wobei die ^?sage in die Gasaustrittsrohre nur bsi bestimmten Stellungen des Düsenkopfes freigegeben wird. Der den Düsenkopf mit den Gasaustrittsrohren umgebende feststehende Mantel ermöglicht es, die Verweildauer der Gasblasen erheblich zu vergrößern. Der Mantel kann zum Beispiel zylindrisch und axialsymetrisch zur Rotationsachse ausgebildet werden. Der im Zylinder befindlichen Flüssigkeit kann dann eine Strömungsrichtung aufgezwungen werden, die dem Aufsteigen der Blasen entgegenwirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zylindrische MantelTeil eines WeIlrohrsystems ist, durch daa die zu begasende Flüssigkeit gleitet wird. 50 9887/0878
Die Verweildauer der Gasblasen in einem derartigen Wellrohrsystem kann .nahezu beliebig vergrößert werden.
Sowie mit als auch ohne Vellrohrsystem ermöglicht es der Hantel, gegebenenfalls nicht gelöstes Gas aufzufangen und im Kreislauf zum Düsenkopf zurückzuführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft ausgestaltet werden. Die Gasaustrittsrohre können mit Strömungswiderständen, z.B. Drosseln oder Rohrstücken mit engem Querschnitt, versehen v/erden. Hierdurch wird das Entstehen großer Blasen am Gasaustrittsrohr verhindert, da im Moment des Ablösens der Blase vom Rohr nur wenig neues Gas nachgeliefert wird.Ohne diesen StnöorgaiLderstand hat die Blase nämlich die Tendenz, sich durch nachströmendes Gas noch möglichst zu vergrößern. Durch die intermittierende Gaszufuhr wird andererseits das Ablösen entstandener kleiner Gasblasen vom Gasaustrittsrohr begünstigt.
Die Größe der entstehenden Blasen kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung auch dadurch verringert werden, daß die AustrittsÖffnungen aus den Gasaustrittsrohren schräg geschnitten sind, so daß sich ein elliptischer Austrittsquerschnitt ergibt. Die Schnittfläche muß dabei parallel zur Drehachse verlaufen und die Austrittsöffnungen müssen gegen die Drehrichtung angeord-«· net sein. Dann entsteht im Bereich der AustrittsÖffnung ein Unterdruck, der dazu beiträgt, daß die Blasen sich bereits bei kleinerem Volumen ablösen.
Oberhalb des Düsenkopfes kann eine Lochscheibe vorgesehen werden, durch welche die Blasen hindurchtreten müssen, wobei sie zerteilt werden. Die Zerteilung kann noch verbessert werden durch einen unmittelbar über der Lochscheibe befindlichen Axialrührer.
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Zweckmäßig erfolgt die feststehende Gas zuführung von unten in den rotierenden Düsenkopf. Es sind jedoch, auch andere Konstruktionen denkbar, z.B. kann die Gaszuführung auch durch die Rotationsachse erfolgen, wobei im Düsenkopf ein nicht mitrotierender Verteilerkörper sein muß, damit das Gas rotationsfrequenzabhängig intermittierend aus den Gasaustrittsrohren austreten kann.
Auf der Innenfläche des Mantels können Wehrbleche angeordnet v/erden, wodurch das Entstehen einer Trombe verhindert und die Turbolenz vergrößert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. Λ eine teilweise geschnittene perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Düsenkopf in Höhe der Gasaustrittsrohre,
Fig. 3 den Einbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Rohrschlangensystem.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Gaseintragungsvorrichtung besteht aus einem Düsenkopf 1 mit vier Gasaustrittsrohren 2. Der Düsenkopf 1 ist mit der senkrechten "Rotationsachse 3 starr verbunden. Die feststehende Gaszufiihrung 4- ragt von unten in den Düsenkopf 1 und erweitert sich in diesem zu einem Verteilerkörper 5 ( Fig.2). Oberhalb des Düsenkopfes 1 befindet sich eine Lochscheibe 6, die starr mit dem Mantel 7 verbunden ist. Auf . dem Hantel 7 sind Wehrbleche 8 befestigt. Oberhalb der Lochscheibe 6 befindet sich der Axialrührer 9 » welcher starr mit der Achse 3 verbunden ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Düsenkopf 1 in Höhe der Gasaustrittsrohre 2. In den Gasaustritts—
rohren 2 befinden sich kurze Rohrstücka 10, die als Strömungswideriitände wirken.
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Der Düsenkopf 1 dreht sich um das feststehende Vei>teilerstück 5» welches mit dem Gas beaufschlagt ist. Aus Fig. 2 ist ohne weiteres ersichtlich, das dann die Gasaustrittsrohre 2 nur in bestimmten Stellungen mit dem Gas beaufschlagt werden. Die Gaszufuhr zu den Gasaustrittsrohren 2 erfolgt also intermittierend in Abhängigkeit von der Rotationsfrequenz der Achse 3· Selbstverständlich kann diese intermittierende, rotationsfrequenzabhängige Gaszufuhr auch durch andere konstruktive Ausführungen erreicht werden.
Die Austrittsöffnungen der Gasaustrittsrohre 2 sind schräg abgeschnitten, so daß sich beim Drehen des Düsenkopfes 1 in einer Flüssigkeit an der Austrittsöffnung ein Unterdruck ausgebildet. Dieser Unterdruck bewirkt ein frühzeitiges Ablösen der Gasblasen. Das Ablösen der Gasblasen wird noch begünstigt durch Strömungswiderstände in den Gasaustrittsrohren 2, beispielsweise durch Rohrstücke 10. Beim Ablösen der Gasblasen haben diese nämlich die Tendenz, sich noch möglichst stark mit nachströnxendem Gas zu vergrößern. Diese Vergrößerung wird durch die in die Gas aus tritt sr öhre 2 eingebauten Strömungswiderstände verhindert.
Die Gasblasen treten dann durch die Lochscheibe 6 und gelangen in den Bereich des Axialrührers 9· An den Blattkanten des Axialrührers 9 wirken Scherkräfte auf die Gasblasen ein, so daß die Gasblasen zerteilt werden und sich mit der Flüssigkeit mischen. Wehrbleche verhindern eine Trombenbildung und verstärken die Turbulenz.
Fig. 3 zeigt ein Rohrschlangensystem 11, in welches eine erfindungsgemäße Gaseintragevorrichtung eingebaut ist. Die Gaseintragevorrichtung wird von einem Motor mit Getriebe 10 über die Achse 3 angetrieben und befindet sich in einem Rohr des Rohrschlangen-
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systems 11. Derartige Rohrschiangensysterne sind vor allem vorteilhaft für Eläranlagen, die mit reinem Sauerstoff belüftet werden. Der Sauerstoff wird vom Kompressor 12 geliefert und tritt von unten in den Düsenkopf 1 ein. Das vorgereinigte Abwasser wird durch das Rohrschlangensystem gesaugt, beispielsweise mit einer Schneckenpumpe. Die Strömungsgeschwindig-r keit des Abwassers wird so reguliert, das eine maximale Verweilzeit der Gasblasen erreicht wird. Dadurch wird ein optimaler Säuerstoffeintrag ermöglicht. Dieser Sauerstoffeintrag ist unter anderem abhängig von der Größe der Gasblasen sowie deren Verteilung und der Diffusionsgeschv/indigkeit von Sauerstoff in das Abwasser. Die Diffusionsgeschv/indigkeit wiederum ist abhängig von der Schnelligkeit, mit der die Wasserschichten an der Grenzfläche der Gasblase erneuert werden. Blasen mit kleinem Durchmesser haben eine größere spezifische Oberfläche und geringere Steiggeschwindigkeit. Die Grenzflächenerneuerung wird gefördert durch die stark unterschiedliche Geschwindigkeit der Gasblasen, je nach dem, ob die Gasblasen in dem senkrecht angeordneten Rohrschlangensystem in dem Abwasserstrom mit oder gegen die Auftriebsrichtung mitgeführt werden·
Der gegenüber Luft um 4,7 fach höhere Sauerstoffpertialdruck bei Anwendung von reinem Sauerstoff steigert die Sauerstofftransportgeschwindigkeit und erhöht den möglichen Sauerstoffgehalt in der durch das System geleiteten Abwasserteilmenge. Das Rohrschlangensystem befindet sich eingetaucht stationär oder mobil im Belebungsbecken und ragt nur so weit aus dem Flüssigkeiten! veau heraus, als es für den Strömungsablauf erforderlich ist. In Fig.3 ist der Einfachheit halber die Fördereinrichtung für das Abwasser im Rohrschlangensystem nicht dargestellt. Der im Abwasser nicht gelöste Sauerstoff wird in einem mit Ventilen 14- versehenen Rohrsystem 13 gesammelt und zurück zum Kompressor 12 geleitet.
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Claims (8)

  1. 2A3B273
    Ansprüche
    ./Vorrichtung zum Eintragen eines Gases in eine ^""^ Flüssigkeit, bestehend aus einem in die Flüssigkeit eingetauchten, um seine senkrechte Achse rotierenden Düsenkopf, einer Gaszuführung zum Düsenkopf und auf dem Düsenkopf senkrecht zur Drehachse angeordneten Gasaustrittsrohren, gekennzeichnet durch Mittel zur rotationsfrequenzabhängigen, intermittierenden Gaszufuhr zu den Gasaustrittsrohren (2) und einen den Düsenkopf (1) mit den Gasaustrittsrohren umgebenden feststehenden Mantel (7).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Strömungswiderstände (10) in den Gasaustrittsrohren (2).
  3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch elliptische Austrittsöffnungen an den Enden der Gasaustrittsrohre (2), wobei die die Austrittsöffnungen erzeugenden Schnittflächen parallel zur Drehachse (3) verlaufen und die Austrittsöffnungen entgegen der Drehrichtung angeordnet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine wenig oberhalb des Düsenkopfes (1) angeordnete horizontal verlaufende feststehende Lochscheibe (6).
  5. 5· Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen unmittelbar über der Lochscheibe(6) befindlichen Axialrührej? (9).
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ί bis 5* gekennzeicnet durch eine von unten in den Düsenkopf eintretende Gas zuführung (4·).
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    -/■
  7. 7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zylindrischen, zur Rotationsachse symmetrischen Mantel (7)·
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch.· 7 5 gekennzeichnet durch oberhalb der Lochscheibe (6) auf der Innenfläche des Hantels (7) befestigte Wehrbleche (8).
    9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mantel (7) 'Teil eines Rohrschlangen - Systems (11) ist.
    509887/0878
    JO
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