DE2607963A1 - Verfahren und vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten

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Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/Main, 11. Februar 1976
Aktiengesellschaft -Wgn/HSz-
Nr. 7787 LT
• IS-
Verfahren und Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Behandeln von Abwasser in einem Klär-
behältery durch Einleiten von Gas und/oder Flüssigkeit unter Druck sowie eine Vorrichtung hierfür.
Bekannt ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Sauerstoffbehandlung von Abwässern, wie z.B. Oberflächenbelüfter, Tauchrohrbelüfter (DT-OS 2 410 574), Taüchstrahlbelüfter (Chemie Ingenieur - Technik, 1974, Seite 337) und Ejektorbelüfter (DT-OS 2 400 416). Allen gemeinsam ist der Nachteil, daß mit verhältnismäßig hohem Aufwand an Energie Luft in das zu behandelnde Abwasser eingebracht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu vermeiden und eine feine und gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmediums in der Flüssigkeit zu erzielen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Behandlungsmedium aus mindestens einer rotierenden Düse in die Flüssigkeit geleitet wird. Durch die Relativbewegung zwischen der Düse und der Flüssigkeit treten zusätzliche Turbulenzen auf, welche eine gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmediums ermöglichen.
Gleichzeitig bewirken Scherkräfte, daß z.B. sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft, in feinste Bläschen zerteilt in die Flüssigkeit, etwa Abwasser, eintritt. Das Wachstum von Mikroorganismen, die das Abwasser klären helfen, wird dadurch erheb-
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Λ*
lieh gefördert. Die Durchsatzleistung etwa von Kläranlagen nach dem Belebtschlammverfahren kann auf diese Weise gesteigert werden.
Das Begasungsverfahren und die Vorrichtung hierfür kann in der chemischen Technik in vielen Bereichen angewandt werden; gedacht sei hierbei an die Fermentation oder das Einleiten von oder Chlor in Wasser zur Hygienisierung.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Rotationsbewegung der Düse oder der Düsen mindestens zum Teil dadurch erzeugt wird, daß Behandlungsmedium mit einer zur Kreisbahn der Drehbewegung der Düse tangentialen Strömungskomponente austritt. Diese Strömungsführung bewirkt eine Eigenrotation der drehbar angeordneten Düse aufgrund des physikalischen Prinzips der Impulserhaltung. Dieses Prinzip wird auch als Antrieb für das aus der Physik bekannte "Segnersche Wasserrad" benutzt.
Das mit rotierenden Düsen arbeitende erfindungsgemäße Verfahren kann in Kläranlagen nicht nur zum Belüften des Abwassers in Belebtschlammbecken, sondern auch zur Trennung von Feststoffen und geklärter Flüssigkeit in Flotationsbecken verwendet werden. In das Flotationsbecken wird dabei im allgemeinen Luft eingeleitet, um Schlammflocken an die Wasseroberfläche zu tragen, wo der Schlamm abgezogen wird.
Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren sowie zugehörige Vorrichtungen und deren Betriebsweise werden mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Schema eines Teils einer Kläranlage,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Behandlungsvorrichtung mit rotierenden Düsen und
Fig. 3 die rotierenden Düsen in einer Ansicht von oben.
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Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Abwasser-Kläranlage mit einem Belebungsbecken 1 zur biologischen Abwasserreinigung und einem Flotationsbecken 2. Das zu reinigende Abwasser wird durch die Leitung 3 in das Belebungsbecken 1 gegeben; die Leitung 3 mündet in der Nähe des Bodens 4 des Belebungsbeckens. Das Belebungsbecken 1 ist nahezu ganz mit zu behandelndem Abwasser gefüllt.
In der Nähe des Bodens des Belebungsbeckens 1 befindet sich eine Belüftungsvorrichtung 5, um die Mikroorganismen mit dem nötigen Sauerstoff zu versorgen, die in an sich bekannter Weise die organischen Verunreinigungen im.Abwasser abbauen. Die Belüftungsvorrichtung ist drehbar, wie das durch den Pfeil 6 angedeutet ist; sie weist der Fig. 1 entsprechend vier unterschiedlich ausgerichtete Düsen auf, durch welche Flüssigkeit und Luft in das Abwasser des Beckens 1 eingeleitet wird, Die Belüftungsvorrichtung ist durch eine Hohlwelle 7 mit einem ortsfesten Lagergehäuse 8 verbunden. Die in das Abwasser eingeleitete Luft wird durch äxien Kompressor 9 angesaugt und durch die Hohlwelle 7 hindurch bis zu den Düsen der Belüftungsvorrichtung 5 geleitet. Ein Schwimmkörper 8a trägt das Gewicht der Belüftungsvorrichtung zumindest teilweise. Einzelheiten der Belüftungsvorrichtung 5 und ihrer Düsen werden weiter unten mit Hilfe der Fig. 2 und 3 erläutert.
Feststoffhaltiges Wasser wird" aus dem oberen Bereich des Belebungsbeckens 1 durch die Leitung 10 in das Flotationsbecken 2, und zwar in das Innere eines Abschirmzylinders 2a, gegeben. Eine Belüftungsvorrichtung 11, die nach demselben Prinzip wie die Belüftungsvorrichtung 5 des Beckens 1 arbeitet, leitet ein Flüssigkeits-Luft-Gemisch in das Becken 2 im Bereich des Abschirmzylinders 2a ein. Die Belüftungsvorrichtung 11 ist ebenfalls drehbar angeordnet (Pfeil 6a). Im Flotationsbecken 2 sorgen aufsteigende Gasblasen dafür, daß die Feststoffflocken nach oben mitgenommen werden und sich auf der Flüssigkeitsoberfläche ansammeln. Diese Feststoffe werden dann zum Teil durch die Leitung 12 dem Abwasser der Leitung 3 zugemischt, um eine ausreichende biologische Aktivität im Becken 1 aufrechtzuerhalten.
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Die übrigen Feststoffe werden durch die Leitung 13 abgezogen.
Das geklärte Wasser sammelt sich im Flotationsbecken 2 in dessen unterem Bereich an und wird durch die Leitung 14 daraus entfernt. Ein Teil dieses geklärten Wassers wird über die Leitung 15 und die Pumpe 16 durch ein ortsfestes Rohr 17 zurück in die Belüf tungs vor richtung 11 und in das Becken 2 geleitet. Dem zurückgeführten Klarwasser können auch noch Flotationshilfsmittel durch die Leitung 18 beigemischt werden. Ein Kompressor 19 saugt Luft an, die dem rückgeführten Klarwasser im Rohr 17 zugegeben wird.
Die Belüftungsvorrichtung 5 des Belebungsbeckens 1 (Fig. 1) ist in Fig. 2 mit zum Teil längsgeschnittenen Einzelteilen dargestellt. Im ortsfesten Lagergehäuse 8 sitzt das Lager 20, mit dem die Hohlwelle 7 verbunden ist. Die Hohlwelle führt zu waagerechten Luftleitungen 21 und 22, durch welche Preßluft zu Austrittsdüsen 23 und 24 geführt wird. Zur Belüftungsvorrichtung gehört auch ein Wasser-Ansaugrohr 25, dessen unteres Ende offen ist und in das ein Führungsdorn 26 vom Boden 4 des Belebungsbeckens hineinragt. Die Hohlwelle 7 und das Ansaugrohr 25 sind durch einen Verbindungskörper 38 aneinander befestigt. Mit Hilfe der Kreiselpumpe 27 wird Wasser aus dem Becken 1 angesaugt, vgl. Pfeil 28 in Fig. 1 und 2, und durch die Wasserleitungen 29 und 30 zu Wasseraustrittsdüsen 31 und 32 gedrückt. Im rechten Teil der Fig. 2 1st die Luftaustrittsdüse 23 neben der Wasseraustrittsdüse 32 angeordnet und etwa parallel zu ihr gerichtet dargestellt. Im linken Teil der Fig. 2 umgibt die Luftaustrittsdüse 24 die Wasseraustrittsdüse 32 konzentrisch. In einer Belüftungsvorrichtung können beide Düsenanordnungen oder auch nur eine von Ihnen verwirklicht sein. Der Dorn 26 soll unkontrollierte Bewegungen der Belüftungsvorrichtung verhindern, doch häufig ist die Kreiselstabilität der Anordnung groß genug, so daß auf den Dorn auch verzichtet werden kann.
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Die die Düsen 23 und 24 sowie 31 und 32 verlassenden Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahlen können außerdem in an sich bekannte Führungsrohre gerichtet sein.. Ein solches Führungsrohr kann die Durchmischung von Gas und Flüssigkeit fördern und auch die Reichweite der Strahlen verbessern. Da die Verwendung von Führungsrohren aber keinesfalls nötig ist, wurden sie in der Zeichnung weggelassen.
Der für die Kreiselpumpe 27 benötigte elektrische Strom wird von außen durch ein Kabel 37 zum Gehäuse 8 geführt und von dort über nicht dargestellte Gleitkontakte und ein z.B. im Innern oder außen entlang der Hohlwelle 7 sowie durch den Verbindungskörper 38 und das Ansaugrohr 25 laufendes Kabel geliefert.
Fig. 3 zeigt die Ansicht von oben auf die wesentlichen Teile einer Belüftungsvorrichtung, wie sie sowohl im Belebungsbecken als auch im Flotationsbecken 2 verwendbar ist. Von der Verbindungsscheibe 38 gehen elastische Luftleitungen 21 und 22 jeweils zu einem Düsenkopf 39 und 40. Der besseren Übersichtlichkeit wegen waren die Düsenköpfe in der Fig. 2 weggelassen worden. In den Düsenköpfen 39 und 40 sind die Austrittsdüsen und 24 für Luft und die Wasseraustrittsdüsen 31 und 32 (Düse ist in Fig. 3 nicht sichtbar) befestigt. Die Düsenköpfe besitzen jeweils eine Lasche 41 und 42, die um eine senkrechte Achse schwenkbar mit einer Stange 43 bzw. 44 verbunden ist. Die beiden Stangen 43 und 44 sind um ihre Längsachsen drehbar mit dem Verbindungskörper 38 verbunden.Vom Körper 38 geht auch das Verbindungsstück aus, von welchem aus die elastischen Wasserschläuche 29 und 30 der Wasserdüsen 31 und 32 gespeist werden.
Die Luft- oder Wasserleitungen zu den Düsen können auch tragend ausgebildet werden, so daß die Stangen 43, 44 und die Laschen 41, 42 überflüssig werden. Zweckmäßigerweise werden die Leitungen und, falls vorhanden, auch die Laschen und Stangen in Verkleidungen mit den Strömungswiderstand niedrig haltendem Profil eingebaut. Solche Verkleidungen können zusätzlich auch als Schwimmkörper ausgebildet sein. In der Zeichnung ist jegliche
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Verkleidung der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen worden.
Die Lage der Düsenköpfe 39 und 40 ist sowohl in einer horizontalen als auch in einer vertikalen Ebene verstellbar. Dies wird durch die bereits erläuterten Verbindungen zwischen den Laschen 41 bzw. 42, den Stangen 43 bzw» 44 und dem Körper 38 möglich. Die in der Zeichnung dargestellten Belüftungsvorrichtungen sind dafür ausgelegt, in einer horizontalen Drehebene zu rotieren. Die Rotation erfolgt durch den Druck des aus den Düsen ausströmenden Wassers und/oder Gases. Die Düsen sind nämlich so gerichtet, daß die austretende Strömung eine Komponente in tangentialer Richtung zum Drehkreis aufweist. Dadurch wird der Strömungsrückstoß zum Bewegen der Düsen benutzt, wie man das vom Segnersehen Wasserrad her kennt. Beim Austritt von Luft und Wasser aus der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ergibt sich durch den Strömungsrückstoß eine Drehung im Urzeigersinn, nämlich in Richtung des Pfeils 45.
Die Belüftungsvorrichtung 5, deren Einzelheiten auch mit Hilfe von Fig. 2 und 3 erläutert wurden, läßt sich durch geringfügige Umgestaltung in die Belüftungsvorrichtung 11 umwandeln, wie sie für das Flotationsbecken 2 vorgesehen ist. Die Vorrichtung 11 wird durch das ortsfeste Rohr 17 getragen, auf dem die Vorrichtung drehbar gelagert ist. Durch das Rohr 17 kann bereits ein Luft-Wasser-Gemisch einer einzelnen Düse zugeführt werden, so daß getrennte Luft- bzw. Wasseraustrittsdüsen nicht mehr erforderlich sind. Will man jedoch auch in der Vorrichtung 11 mit getrennten Luft- und Wasseraustrittsdüsen arbeiten, so muß diesen Düsen das jeweilige Behandlungsmedium Luft oder Wasser von außen auch getrennt zugeführt werden. Technische Schwierigkeiten ergeben sich bei diesen Abwandlungen nicht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Begasung von Klärbehältern mit geringem Energieaufwand möglich. Eine Belüftungs-
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oder Begasungsvorrichtung kann eine beliebige Anzahl von Austrittsdüsen aufweisen, die zusätzlich mit unterschiedlichem radialem Abstand von der Drehachse angeordnet sein können. Dadurch läßt sich eine vollkommen gleichmäßig über den Behälterquerschnitt verteilte Begasung erreichen.
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Claims (9)

  1. Patenten sp r ü c h e
    I)/ Verfahren zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Behandeln von Abwasser in einem Klärbehälter,, durch Einleiten von Gas und/oder Flüssigkeit unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmedium aus mindestens einer rotierenden Düse in die Flüssigkeit geleitet wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsbewegung der Düse mindestens zum Teil dadurch erzeugt wird, daß Behandlungsmedium mit einer zur Kreisbahn der Drehbewegung der Düse tangentialen Strömungskomponente austritt.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch rotierende Düsen sauerstoffhaltiges Gas in das Belebungsbecken einer Kläranlage eingeleitet wird.
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch rotierende Düsen Luft in das Flotationsbecken einer Kläranlage geleitet wird.
  5. 5) Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere
    zum Behandeln von Abwasser in einem Klärbehälter/ durch Einleiten von Gas und/oder Flüssigkeit unter Druck, gekennzeichnet durch mindestens eine drehend bewegbare Austrittsdüse für das Behandlungsmedium.
  6. 6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichtung der Austrittsdüse eine tangentiale Komponente zur Kreisbahn ihrer Drehbewegung besitzt.
  7. 7) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse schwenkbar angeordnet ist.
    ORIGINAL INSPECTED - 9 -
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  8. 8) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Austrittsdüse für Gas und Flüssigkeit zusammenwirken.
  9. 9) Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Düsen führenden Leitungen von Schwimmkörpern umgeben sind.
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