DE2507698C2 - Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit mit einem in der Flüssigkeit angeordneten Begasungsschacht, mit einer am unteren Ende des Begasungsschachtes angeordneten Gaszufuhreinrichtung, mit einer im oberen Bereich des Begasungsschachtes angeordneten Pumpe zur Erzeugung eines in dem Begasungsschacht abwärts gerichteten Flüssigkcitsstromes, mit einem innerhalb des Begasungsschachtes angeordneten und unterhalb von Flüssigkeit begrenzten Gasraum, mit einer Gasablaßeinrichtung am Begasungsschacht zur Entnahme von Gas aus dem Gasraum und mit einer Einstellvorrichtung für die Pumpe zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes im Begasungsschacht, wobei nur ein Teil der Gasblasen in den Gasraum gelangt.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 23 03 3% insbesondere für den Eintrag von Sauerstoff aus saucrstoffreichen Gasgemischen in biologisch verunreinigtes Abwasser bekannt. Die Vorrichtung wird dabei so betrieben, daß die mittlere Geschwindigkeit der abwärts gerichteten Flüssigkeitsströmung über den gesamten Strömungsweg kleiner gehalten wird als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen, wobei Gas, das nach Durchlaufen des gesamten Strömungsweges nicht gelöst worden ist, aufgefangen und erneut der Gaszufuhreinrichtung zugeleitet wird.
Das Problem dieser bekannten Vorrichtung ist, daß eine verhältnismäßig große Gasmenge in den Gasraum über der Flüssigkeil aufsteigt, aus diesem abgezogen und zur Ausnutzung des Sauerstoffs erneut zur GL-iszufuhreinrichtung zurückgefördert werden muß. Um eine ίο weitgehende Lösung des Gases in der Flüssigkeit zu erreichen, ist somit der Energieaufwand relativ groß.
Zur Verringerung der Gasförderung sind auch solche Vorrichtungen bekannt, bei denen die im Begasungsscf-.acht nach unten gerichtete Strömungsgeschwindigkeil der Flüssigkeil größer als die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen gehalten wird. Dadurch wird das Gas, welches seinem spezifischen Gewicht entsprechend in der Flüssigkeit aufwärts strömt, gezwungen, mit der im Begasungsschacht abwärts gerichteten Flüssigkei! ?u wandern, wobei die Verweildauer der Gasblasen im Begasung.sschacht über die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung im Begasungsschacht geregelt werden kann.
Abgesehen davon, daß dazu nicht nur ein erheblicher Aufwand an Regeltechnik notwendig ist, besteht dabei auch die Gefahr, daß zumindest ein Teil der Gasblasen mit der Flüssigkeitsströmung aus dem Begasungsschacht ausgetragen wird und für die Erzielung eines möglichsl vollständigen Gaseintrags niehl mehr zur Verfugung steht.
Neben solchen Vorrichtungen mit einer Flüssigkeitsströmung im Bcgasungsschacht sind auch solche Vorrichtungen zum Begasen von Flüssigkeiten bekannt, bei denen die zu begasende Flüssigkeit im oberen Bereich J5 eines gegebenenfalls mit einer Füllkörperschicht gefüllten Bcgasungsbchällcrs oberhalb des Flüssigkeitsspiegcls bzw. der Fiillkörpcrschicht vorhandenen Gasraum versprüht und das Gas unten in den B';*;asungsbehälter eingeleitet wird und bei denen die zu begasende Flüssigkeil jeweils diskontinuierlich dem Begasungsbehäiter zu- und aus dem Begasungsbehälter abgeleitet wird (DE-OS 14 19 690, AT-PS 1 65 795). Durch die diskontinuierliche Arbeitsweise sind solche Vorrichtungen jedoch für die Begasung von Abwasser weniger geeignet, da dann auf alle Fälle Speicherbecken für ankommendes Abwasser vorgesehen werden müssen. Außerdem sind die mit diesen Vorrichtungen zu erreichenden Auflösegcschwindigkcii des Gases in der Flüssigkeit verhältnismäßig gering, was darauf zurückzuführen ist, daß sich beim Versprühen der Flüssigkeit im oberen Bereich der Behälter die einzelnen Sprühstrahlen hinsichtlich der Gasaufnahme gegenseitig störend beeinflussen und die einzelnen Sprühstrahlen, sofern sie nicht über Füllkörper vcrricsclt werden und überhaupt auf eine Flüssigkcitsobcrfläche auftrcffcn, nur eine geringe Schaumbildung verursachen.
Dazu kommt, daß besonders bei Großanlagen der Saucrstoffverbrauch und der Energieaufwand, der zur Eintragung einer bestimmten Sauerstoffmenge benötigt wird, sowie die maximale Auflösegeschwindigkeit des Sauerstoffs und der damit maximal erreichbare Abwasserdurchsatz wesentlich«. Gesichtspunkte für einen wirtschaftlichen Betrieb solcher Anlagen sind. Es hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Vorrichtungen sehr viel Energie zur intensiven Vermischung der zu begasenden Flüssigkeit mit dem Gas verbraucht wird. Weiterhin hat sich gezeigt, daß höhere Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit im Hcgasungsschacht die Mcn-
ge des pro benötigter Leistungseinheit eingetragenen Gases (= Eintragsleistung, kg Gas/kWh) stark absinken lassen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Begasung von Flüssigkeiten so auszugestalten, da3 auf wirtschaftliche Weise höhere Eintragsleistungen als bisher erzielbar sind und daß insbesondere Sauerstoff weilgehend verlustfrei in Wasser gelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Begasungsschacht unterhalb der Pumpe ein Boden mit Durchlässen eingesetzt ist zur Aufteilung des Flüssigkeitsstromes in eine Vielzahl von Teilströmen, daß die Durchlässe des Bodens etwa im Abstand eines doppelten Durchmessers voneinander angeordnet sind und daß der Gasraum unterhalb des Bodens angeordnet ist
Aufgrund dieser Ausbildung der Vorrichtung wird beim Auftreffen der Teilströme auf die den Gasraum begrenzende Flüssigkeitsoberfläche erreicht, daß die Vermischung der Flüssigkeit ϊπϋ dem Gas sehr intensiv ist und mit wesentlich geringerem Energieverbrzüch als bisher geschieht Weiterhin wird dadurch im Ggsraum über der Flüssigkeitsoberfläche eine starke Schaumbildung verursacht, was die Auflösegeschwindigkeit des Gases in der Flüssigkeit wesentlich erhöht. Dadurch, daß der in den Begasungsschacht eintretende Flüssigkeitsstrom nicht in einer einzigen Düse versprüht wird, sondern in eine Vielzahl von Teilströmen aufgeteilt wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit der einzelnen Teilströme relativ gering gehalten werden. So hat sich in Versuchen mit Wasser und Sauerstoff gezeigt, daß eine durch die Aufteilung in mehrere getrennte Teilströme verursachte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit auf ca. ein Viertel eine Steigerung der Eintragslcistung um das 3- bis lOfache bewirkt. Besonders günstig hat sich eine Strömungsgeschwindigkeit in den Durchlässen von ca. 2 bis 4 m/s erwiesen. Auch werden durch die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit die Gasverluste, im wesentlichen also die Menge des in der Flüssigkeit nicht g -lösten und als Blasen fortgetragenen Gases, deutlich verringert
Bei dem angegebenen Abstand der Durchlässe ist außerdem die gegenseitige störende Beeinflussung der Teilströme unterhalb der Flüssigkeit noch bei hinreichend kleiner Strömungsgeschwindigkeit ausreicht, um große Flüssigkeitsmengen in kurzer Zeit zu begasen.
Insgesamt wird somit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Begasung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in kürzerer Zeit mit geringerem Energieverbrauch und geringeren Gasverlusten als bisher ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht dabei darin, daß eine der Gasablaßeinrichtungen über Leitungen und einen Verdichter mit der Gaszufuhreinrichtung und diese über eine Leitung mit einer Quelle für Gas verbunden ist. Durch diese Verbindung der Gasablaßeinrichtung mit der Gaszufuhreinrichtung kann das aus dem Gasraum abgezogene Gas zur Vermeidung von Gasverlusten erneut dem Gasraum zugeführt werden. Dies ist auch insofern zweckmäßig, als die dem Gasraum in Form von Gasblasen pro Zeiteinheit zugeführte Gasmenge für gewöhnlich größer sein wird, als die sich pro Zeiteinheit in der Flüssigkeit lösende Gasmenge, und somit der Gasraum durch Gasentzug auf ein bestimmtes Volumen begrenzt werden kann.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zwischen einer der Gasablaßeinrichtungcn und dem Verdichter eine Gasreinigungseinrichtung angeordnet ist Dadurch ist es möglich, die z. B. bei der Abwasserbegasung im Gasraum anfallenden schädlichen Gase, wie z. B. CO2, aus dem Gaskreislauf abzuziehen.
Weiterhin wird dadurch erreicht, daß weder Gas, welches in die Flüssigkeit eingetragen werden soll, noch solches, welches durch den Begasungsvorgang aus der Flüssigkeit, insbesondere aus Abwässern, ausgetrieben wird, an die freie Atmosphäre gelangt Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß in den Boden mindestens ein am Einlauf mit einem Schieber verschließbaren Abflußrohr eingesetzt ist, das den sich unterhalb des Bodens ausbildenden Gasraum überbrückt und in den den Gasraum begrenzenden Flüssigkeitsspiegel eintaucht. Die Verschlußregelung des Abflußrohres kann dabei z. B. automatisch erfolgen und von der Konzentration des Gases in der Flüssigkeit gesteuert werden, wobei auf diese Weise zumindest ein Teil des in den Begasungsschacht eintr^'^nden Flüssigkeitsstrorrss den Bcgasungsschacht wiedtr verlaßt, ohne mit dem Gas im Gasraum in Berührung zu kommen. Der Gaseintrag und die Umwälzung der Flüssigkeit sind somit unabhängig voneinander durchführbar. Dies ist insbesondere bei der biologischen Behandlung von solchen Abwässern zweckmäßig, bei denen die Sauerstoffanreicherung über eine bestimmte Konzentration hinaus nicht mehr sinnvoll ist, bei denen aber eine weitere Umwälzung des Wassers iur Vermeidung des Absetzens von Belebtschlamm aufrechtzuerhalten ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Dabei bezieht sich die Figur auf eine Begasungsvorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Abwässern. Unter dem Begriff Abwässer sollen z. B. auch stark verschmutzte, sauerstoffarme Naturgewässer zu /erstehen sein.
In ein derartiges, zu begasendes Abwasser wird ein Begasjngsschacht 1 mit einem eingesetzten Boden 2, weicher Durchlässe 3 aufweist, im wesentlichen senkrecht derart angeordnet, daß sich das obere Ende des Begasungsschachts 1 unter der Wasseroberfläche befindct. Durch eine Pumpe 4 wird Wasser angesaugt und durch die Durchlässe 3 des Bodens 2 gedrückt. Gleichzeilig wird vom unteren Ende des Begasungsschachts 1 aus einer Gaszufuhreinrichtung 5, z. B. aus einem porösen Gasverteiler, Gas in Form von Gasblasen in die abwärts strömende Flüssigkeit eingegeben. Gasblasen von einem kleinsten, von der Strömungsgeschwindigkeit bestimmten Volumen sb steigen in der strömenden Flüssig!, jit nach oben und sammeln sich unterhalb des Bodens 2 an. Da das Gas durch die Durchlässe 3 aufgrund des darin herrschenden Wasserdrucks nkht weiter nach oben entweichen kann, bildet sich unterhalb des Bodens 2 ein Gasraum 6. Die Höhe des Gasraums 6 kann entsprechend dem durch die Pumpe 4 erzeugten Wasserdruck in den Durchlässen 3 eingestellt werden, bo Durch eine der Gasablaßeinrichtungen 7,8 kann überschüssiges Gas aus dem Gasraum 6 abgeführt werden. Die Gasablaßeinrichtung 7, welche z. B. ein vom Gasdruck im Gasraum 6 geregeltes Ventil aufweisen kann, ist über Leitungen 9, IP mit einer Gasreinigungseinrich-M lung 11 und einem Verdichter 12 wieder mit der Gaszufuhrcinrichtung 5 verbunden. Über eine Leitung 13 wird entsprechend dem Gasverbrauch in der Anlage Frischgas zugeführt. Diese Zufuhr kann ebenfalls automatisch,
ζ. B. über das Volumen oder den Druck im Gasraum 6, geregelt werden.
Soll nun z. B. die Eintragung von Gas in die Flüssigkeit verringert oder ganz gestoppt werden ohne aber die Umwälzung der Flüssigkeit einzustellen, so kann durch Öffnen des Schiebers 14 über dem Abflußrohr 15 zumindest ein Teil der Flüssigkeit durch den Gasraum 6 geleitet werden, ohne daß diese Flüssigkeit mit dem Gas im Gasraum in Berührung kommt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann selbstver- 1» ständlich auch auf andere Weise realisiert werden. So kann z. B. der Begasungsschacht im Querschnitt rechteckig und am Rand eines Abwasserbeckens angeordnet sein, so daß z. B. ein Teil der Begrenzungswände des Abwasserbeckens gleichzeitig eine oder mehrere Wande des Begasungsschachtes bilden.
Hierzu i Biatt Zeichnungen
21)
25
JO
J5
40
45
50
55

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Begasen einer Flüssigkeit mit einem in der Flüssigkeit angeordneten Begasungsschacht, mit einer am unteren Ende des Begasungsschachtes angeordneten Gaszufuhreinrichiung, mit einer im oberen Bereich des Begasungsschachtes angeordneten Pumpe zur Erzeugung eines in dem Begasungsschacht abwärts gerichteten Flüssigkeitsstromes, mit einem innerhalb des Begasungsschachtes angeordneten und unterhalb von Flüssigkeit begrenzten Gasraum, mit einer Gasablaßeinrichtung am Begasungsschacht zur Entnahme von Gas aus dem Gasraum und mit einer Einstellvorrichtung für die Pumpe zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes im Begasungsschacht, wobei nur ein Teil der Gasblasen in dsn Gasraum gelingt, dadurch gekennzeichnet, dsß i.T; BegasuRgsschacht (!) unterhalb der Pumpe ein Boden (2) mit Durchlässen (3) eingesetzt ist zur Aufteilung des Flüssigkeitsstromes in eine Vielzahl von Teilströmen, daß die Durchlässe des Bodens etwa im Abstand eines doppelten Durchmessers voneinander angeordnet sind und daß der Gasraum (6) unterhalb des Bodens angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Gasablaßeinrichiungen (7, 8) über Leitungen (9,10) und einen Verdichter (12) mit der Gaszufüh ■•■liiirichtung (5) und diese über eine Leitung (13) mit einer Quelle für Gas verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen eine;f der Gasablaßeinrichtungen (7,8) und dem Verdichter \i2) eine Gasrcinigungseinrichtung (11) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Boden (2) mindestens ein am Einlauf mit einem Schieber (14) verschließbares Abflußrohr (15) eingesetzt ist. das den sich unterhalb des Bodens (2) ausbildenden Gasraum (6) überbrückt und in den den Gasraum (6) begrenzenden Flüssigkeitsspiegel eintaucht.
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