DE2820692A1

DE2820692A1 - Verfahren und vorrichtung zum begasen von fluessigkeit, insbesondere zum belueften von abwasser

Info

Publication number: DE2820692A1
Application number: DE19782820692
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Rer Nat Muskat
Original assignee: Passavant Werke AG and Co KG; Passavant Werke Michelbacher Hutte
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 1978-05-11
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS5654187B2; JPS54155651A

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum begasen einer insgesamt ruhenden oder strömenden Plüssigkeit, insbesondere zum Belüften von Abwasser, bei dem in der Flüssigkeit eine Schichtströmung erzeugt wird, die aus einer im Verhältnis zur umgebeden Flüssigkeit schnell bewegten Elüssigkeitsschicht besteht, die in Richtung quer zur Strömungsrichtung eine geringe Stärke und somit einen großen {#eschwindigkeitsgradiente aufweist, und bei dem das Gas in Blasenform derrt ì;l unteren Bereich der Flüssiskeit eingebracht wird, daß ciie blasen auf ihrem aufwärtsweg in die chichtströmung gelang#Ii. die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Bei der sogenannten feinblasigen Berlüftung von Abwasser od.dgl.L findet der Bauerstoffübergang in das Wasser an der Grenzfläche der im Wasser aufsteigenden Luft- oder auch Sauerstoffblasen statt und ist um so intensiver, je länger die Verweilzeit der Blasen im Wasser und Je größer die spezifische Grenzfläche zwischen Blasen und Luft ist, d.h. Je kleiner die Blasen sind. Der Größe der Blasen ist eine untere Grenze gesetzt durch die Energie, die zum Einblasen feinster Bläschen erforderlich ist, und durch die Anfälligkeit kleinster Einblasöffnungen gegen Verstopfung. Die Verweilzeit im Wasser hängt ab vom Abstand der Einblasstelle vom Wasserspiegel, wobei ein Einblasen in tiefere Schichten höheren Druck und damit mehr Energie erfordert, und von der Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen, die bei dichter Einbringung der Blasen durch das Mitreißen benachbarter Wasserbereiche (Lifteffekt) vergrößert wird. Um die Verweilzeit der Blasen bzw.
ihren Aufstiegsweg zu verlängern, hat man bereits vorgeschlagen, dem Wasser mit Propellern oder Rührwerke eine horizontale oder turbulente Strömung zu erteilen. Hierzu ist aber ein großer Energieaufwand e#rderlich und der erwähnte Lifteffekt wird nicht wesentlich beeinträchtigt.
Zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche der Gasblasen, also zu ihrer feineren Verteilung, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (DE-PS 676 270), bei dem ein horizontal in der Flüssigkeit rotierender Zylinder durch Mitnahme der Flüssigkeit an seiner Oberfläche eine Schichtströmung mit starkem Geschwindigkeitsgradienten erzeugt, in der die unterhalb des Zylinders eingeblasenen Gasblasen zerteilt werden. Diese zerkleinernde Einwirkung der Schichtströmung auf die Gasblasen findet aber nur auf einem relativ kleinen Teil ihres Aufstiegsweges statt, wobei überdies die Strömungsrichtung der Schichtströmung teilweise dem Ausstiegsweg der Gasblasen gleichgerichtet ist und deshalb diesen Aufstieg zusätzlich beschleunigt. Die Steigerung des Gaseintrages in die Flüssigkeit durch Zerkleinerung der Gasblasen ist deshalb gering und wird durch die Verkürzung ihrer Verweilzeit in der Flüssigkeit wieder zunichte gemacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei denen mit sehr geringem Energieaufwand und einfachen apparativen Mitteln die Wirksamkeit einer feinblasigen Gaseintragung in Flüssigkeit, insbesondere Abwasser, wesentlich verbessert werden kann.
Diese Auf gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schichtströmung derart erzeugt wird, daß sie sich im wesentlichen lotrecht über die gesamte Höhe des Ausstiegsweges der Blasen erstreckt und die Richtung ihrer geringsten Dicke bzw. ihres größten Geschwindigkeitsgradienten überall im wesentlichen horizontal gerichtet ist, wobei die Strömungsrichtung der Schichtströmung mindestens in den Bereichen oberhalb des Gasblaseneintritts über die ganze Höhe der Schichtströmung horizontal oder abwärts gerichtet ist.
Im Gegensatz zu der bekannten Schichtströmung um einen horizontal umlaufenden Zylinder soll also erfindungsgem~aß eine Sichichtströmung erzeugt werden, die die Gasblasen im wesentlichen auf ihrem gesamten Aufstiegsweg gleichmäßig beeinflußt und dem Geschwindigkeitsgradienten aussetzt. Hierdurch wird nicht nur eine vermehrte Zerkleinerung der Gasblasen erzielt und eine Beschleunigung ihres Aufstieges durch blitführen in der Schicht strömung vermieden, sondern die Gasblasen werden auch durch den Einfluß des Geschwindigkeitsgradienten zum Rotieren gebracht und dadurch zusätzlichen Zerreißkräften ausgesetzt. Der vom Randbereich der Schichtströmung zu deren Mitte hin abfallende hydrostatische Druck hindert die Gasblasen an einem frühzeitigen Ausbrechen aus der Scliichts trömung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, durch ruhende oder langsamer strömende oder entgegengesetzt s-trömende Flüssigkeitsbereiche getrennte #chichtströmungen erzeugt, z.B. in Form von koaxial ineinander angeordneten zylindrischen Strömungsschichten, die horizontal umlaufen, oder in horm von vertikalen ebenen 3tr(imungsschichten, die ebenfalls horizontal strömen.
Eine Vorrichtung zur burchführung des verfahrens mit # einem Becken, einer in dessen Bodenbereich angeordneten Einperleinrichtung für das Gas und einem oberhalb der Einperleinrichtung im Becken angeordneten rotierenden Körper, der im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Drehachse verlaufende Oberflächen aufweist und durch Reibungsmitnahme der Fltissigkeit die Schichtströmung erzeugt, ist erfindungsgemaß dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers im wesentlichen lotrecht angeordnet ist und sich über den größten Teil der Beckenhöhe erstreckt. Beispiele für solche Körper sind z.B. ein Zylinder mit lotrechter Achse oder mehrere ineinander angeordnete Hohlzylinder oder auch parallele, lotrecht angeordnete, rotierende Scheiben. Ähnlich wie eine solche Scheibenanordnung wirkt auch eine horizontal umlaufende Schnecke mit geringer Steigung. Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung kann die Vorrichtung auch bestehen aus einem Becken, einem Vortriebsorgan zur Erzeugung einer Horizontalströmung im Becken, und aus Blenden mit lotrech-ten Durchtrittsschlitzen zur aufteilung der Strömung in einzelne gichichtströmungen.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
i. 1 zeigt schematisch eine erste vereinfachte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt im lotrechten Schnitt eine andere Ausführungsform.
Fig. 3 zeigen perspektivisch zwei weitere Ausftthrungs-und 4 formen von Vorrichtung zum Erzeugen von Schichtströmungen.
Fig. 5 zeigt in schematischer Draufsicht einen Strömung kanal mit Einbauten zur Erzeugung von Schichtströmungen.
Gemäß Fig. 1 ist in einem (nicht dargestellten) Flüssigkeitsbecken ein lotreclltachsiger Zylinder 10 angeordnet, der durch eine Welle 12 um seine Achse rotierend angetrieben wird.
Unterhalb des Zylinders 10 befindet sich im Bodenbereich des Beckens ein durch eine Gaszuführleitung 14 versorgter Ring 16 mit feinen Gasaustrittsöffnungen 18, aus denen das Gas feinblasig austritt. Der Zylinder 10 kann ganz in das Wasser eintauchen und oben geschlossen sein. Er benötigt dann eine seinen Auftrieb aufnehmende Lagerung. Der Zylinder kann aber auch oben offen und ganz mit Wasser gefüllt sein. Der Ring-16 mit den Einperldüsen 18 kann vorzugsweise einen etwas kleineren Durchmesser als der Zylinder 10 haben, und der Zylinder 10 hat einen kegeligen Boden 20, der die Blasen zum Umfang des Zylinders 10 lenkt. Der vom Ring 18 aufsteigende dichte Blasenvorhang, von dem in Fig. 1 nur zwei Blasenschnüre gezeigt sind, gelangt in die Schichtströmung, die durch Reibungsmitnahme der Flüssigkeit an der Umfangsfläche des Zylinders 10 entsteht. Hierdurch wird einerseits der Aufstiegsweg der Blasen erheblich verlängert, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, und außerdem befinden sich auf der ganzen Oberfläche des Zylinders 10 die Blasen in einem sehr starken Geschwindigkeitsgradienten, der eine zerteilende Wirkung auf die Gasblasen ausübt. Innerhalb der Schichtströmung tritt ein Druckgefälle von der niedrigen zur hohen Geschwindigkeit hin auf, wodurch die Blasen zur Oberfläche des Zylinders 10 hin gedrängt werden, so daß sie die Schichtströmung praktisch nicht verlassen können.
Eine größere Behandlungsdichte erreicht man mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Hier sind in dem Wasserbecken 22 mehrere konzentrisch ineinander angeordnete Hohlzylinder 24, 26 angeordnet, die um ihre Achsen rotieren. Um zu verhindern, daß der gesamte Flüssigkeitsinhalt des Beckens und insbesondere die Flüssigkeit zwischen den Hohlzylindern mitrotiert, sind die Zylinder mittels Armsternen 28, 30 abwechselnd mit einer oberen Welle 32 und einer unteren Welle 34 verbunden, die in entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden. Die IIohlzylinder 24 laufen somit in entgegengesetzter Richtung wie die Ilohlzylinder 26 um, und es entstehen zwischen den Hohlzylindern horizontal in Umfangsrichtung strömende Schichtströmungen mit einem sehr starken Gescliwindigkeitsgradienten in Radialrichtung. Unterhalb der Hohlzylinder 24, 26 sind Be-Ifter-Ringrore 38 derart angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Luft- oder Gasblasen sich an der inneren und äußeren Umfangsfläche der Hohlzylinder 24, 26 verteilen und somit längs ihres gesamten Aufstiegsweges der intensiven zerteilenden Einwirkung des Geschwindigkeitsgradienten der Schichtströmungen unterliegen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist im (nicht dargestellen ) Flfissigkei-tsbecken eine horizontal liegende angetriebene Welle 40 angeordnet, auf der zahlreiche parallele lotrechte Scheiben 42 sitzen, durch deren Umlauf im Wasser parallele Schichtströmungen, die in lotrechten Ebenen liegen, erzeugt werden. Der Geschwindigkeitsgradient der Schichtströmungen verläuft horizontalparallel zur Welle 40. Die Strömungsrichtung der Schichtströmungen ist dagegen nicht überall horizontal, sondern auf der einen Seite der Scheiben absteigend und auf der anderen Seite der Scheiben aufsteigend.
Ein Gaszuführungsrohr 44 mit EinperldUsen 46 ist im Bodenbereich des Beckens derart angeordnet, daß es lotrecht unter der sich nach unten bewegenden Hälfte der Scheiben 42 liegt.
Die Gasblasen, die bei ihrem Aufstieg in den Bereich der Schichtströmungen zu beiden Seiten jeder scheibe 42 gelangen, werden durch die Strömung selbst verlangsamt oder sogar zur Umkehr gezwungen, wie in Fig. 3 angedeutet. Hierdurch wird ihr Aufstiegsweg erheblich verlän#;'ert.
;;hnl.ich wie die Äusijlhrungsfonfl nach #ig. 3 funktioniert die Ausfiihrungsform nach Fig. 4, die eine vollständig unter Wasser angeordnete horizontale Schraubenwendel oder Schnecke 48 aufweist, deren mit sehr geringer Steigung angeordnete Schraubengänge mit den lotrechten Scheiben 42 nach Fig. 3 verglichen werden können. Auch hier erfolgt der Austritt der Gasblasen aus dem Zuführungsrohr 48 lotrecht unter der sich abwärts bewegenden Hälfte der Schraubenwendel 48. Als zusätzlicher Effekt wird bei der Äusführungsform nach Fig. 4 eine Gesamtströmung der Flüssigkeit von rechts nach links in Fig. 4 erzielt.
Während bei der Ausführungsform nach Fig. a die anordnung der Gasaustrittsöffnungen 46 derart in Zuordnung zu den Scheiben 42 erfolgt, daß die Gasblasen nur im Bereich der Schichtströmungen beiderseits jeder Scheibe 42 austreten, ist eine solche Zuordnung bei der i#sfLihrungs#orm nach Fig. 4 nicht möglich bzw. nicht sinnvoll, da sich die Schraubengänge bei der Drehung der Schraubwendel auch axial bewegen. Man kann deshalb die Gasblasen aus dem Rohr 44 in einen dichten Vorhang austreten lassen, wobei dann allerdings immer nur ein Teil der Gasblasen in den Bereich der Schichtströmungen unmittelbar an der Oberfläche der Schraubengänge gelangen wird.
zeine andere Möglichkeit, parallele #chicht strömungen zu erzeugen, die sich über die gesamte fiöhe eines k'lüssigkeitsbeckens erstrecken, zeigt Fig. 5. In einem z.B. geradlinien Iüssigkeitskanal 50 wird durch eine (nicht darges-tell-te) Vortriebseinrichtung, z.B. einen Propeller, ein Paddelrad od.dgl., eine den gesamten Kanalquerschnitt ausfüllende Horizontalströmung entsprechend den Pfeilen 52 erzeugt. Der Kanal 50 kann ein Längsarm eines Kreislaufgrabens sein. in dem Kanal 50 sind in geringen Abständen hintereinander mehrere Querwände oder Blenden 54 angeordnet, die miteinander fluchtende lotrechte Schlitze 56 aufweisen. Das iwasser kann nur durch die schlitze 56 strömen, während es sich im Bereich zwischen den Schlitzen 56 uiid zwischen den Querwänden 54 mehr oder weniger in Ruhe befindet. Es entstehen somit auch hier starke Geschwindigkeitsgradienten quer zur Strömungsrichtung. Gasblasen können z.B. mittels eines unmittelbar vor den Querwänden 54 an der Kanalsohle angeordneten Einblasrohres 58 eingeblasen werden, so daß sie während ihres Aufstiegsweges in den Bereich der Schichtströmungen durch die Schlitze 56 gelangen.
Die Querwände 54 enden vorzugsweise mit einem Abstand über dem Grabenboden, damit die Strömung im Bodenbereich ungehindert und sogar etiqas verstärkt ist, was zur Verhinderung von Schlammablagerungen wichtig ist. hucll an der Wasseroberfläche sollte ein von den #uerwäiiden 54 freier Bereich vorhanden sein, damit Schwimmschlamm ungebremst weiterströmen kann.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Begasern von insgesamt ruhender oder strömende Flüssigkeit, insbesondere zumal belüften von Äb-Wasser, bei dem in der Flüssigkeit eine Schichtströmung erzeugt wird, die aus einer im Verhältnis zur uriigebenden Flüssigkeit schnell bewegten Flüssigkeitsschicht besteht, die quer zur Strömungsrichtung eine geringe Stärke und somit einen großen Geschwindigkeitsgradienten auI#eist, und bei dem das Gas in blasenform derart im unteren Bereich der Flüssigkeit eingebracht wird, daß die Blasen auf ihrem Aufstiegsweg in die Schicht strömung geraten, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtströmung derart erzeugt wird, daß sie sich im wesentlichen lotrecht über die ganze Höhe des Aufstiegsweges der Blasen erstreckt, wobei die Richtung der geringsten Schichtstärke und damit des größten Geschwindigkeitsgradienten überall horizontal gerichtet ist und die Schichtströmung selbst mindestens im Bereich lotrecht über der Gaseiiitrittsstelle horizontal oder abwärts gerichtet ist.
2. Verfahren nach anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, durch ruhende oder schwach strömende oder entgegengesetzt strömende Flüssigkeitsbereiche getrennten Schichtströmungen erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß äede Schichtströmung als eine einen Zylinder mit lotrechter Achse beschreibende horizontale Umlaufströmung erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß jede Schichtströmung als eine in lotrechter Ebene liegende Schichtströmung erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß benachbarte Schichtströmungen in entgegengesetzten Richtungen strömen.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Becken, einer in dessen Bodenbereich angeordneten Einperleinrichtung für das Gas, und einem oberhalb der Einperleinrichtung im Becken angeordneten rotierenden Körper, der im wesentlichen zur Drehachse rotationssymmetrische Oberflächen aufweist und an diesen Oberflächen durch Reibungsmitnahme der Flüssigkeit die Schichtströmung erzeugt, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Oberfläche des rotierenden Körpers im wesentlichen lotrecht angeordnet ist und sich über den größten Teil der backenhöhe erstreckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch G, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Körper ein lotrecht angeordneter, um seine achse umlaufender Zylinder (10) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Körper ein Hohlzylinder (24, 26) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Vielzahl von konzentrisch ineinander angeordneten Hohlzylindern (24, 26) unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß aufeinanderfolgende Hohlzylinder (24, 26) abwechselnd in entgegengesetzter Richtung umlaufen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Zylinder (10) ein unten geschlossener Zylinder ist, der an seiner Unterseite einen konischen Boden (20) zur Uberleitung der Gasblasen auf seine Mantelfläche aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der rotierende Körper eine um eine horizontale Achse umlaufende, im wesentlichen lotrechte Scheibe ist und daß die Einperleinrichtung unterhalb der sich abwärts bewegenden Hälfte der Scheibe angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zahlreiche parallel zueinander angeordnete, im wesentlichen lotrecht angeordnete Scheiben (42) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der rotierende Körper als eine horizontal liegende Schraubwendel (48) mit geringer Steigung der Schraubenflächen ist und daß die Einperleinrichtung (44) unterhalb der sich abwärts bewegenden Hälfte der Schraubwendel angeordnet ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 und 3, g e k e n n z e i c h n e t durch eine in einem Becken oder Kanal (50) angeordnete Vortriebseinrichtung zur Erzeugung einer Horizontalströmung in dem Becken oder Kanal (50), und durch Blenden (54) mit lotrechten Durchtrittsschlitzen (56) zur Aufteilung der Strömung in schmale Strömungsschichten, die durch im wesentlichen ruhende Flüssigkeitsbereiche getrennt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i s h n e t , daß mehrere Blenden (44) mit fluchtenden Schlitzen (56) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.