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Verwahren und Vorrichtung zum
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Begasen von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Begasen von Flüssigkeiten in gegen die Atmosphäre geschlossenen Begasungszonen sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Beim Eintrag von Gasen in Flüssigkeiten unter Verwendung von gegen
die Atmosphäre geschlossenen Begasungszonen, wie z.B. beim Eintrag von Sauerstoff
mittels Oxidatoren oder Säulenreaktoren in Abwasser oder auch in Grundwasser, das
zur Trinkwasserversorgung oder zur Fischzucht aufbereitet wird, kommt es aufgrund
der in den Flüssigkeiten von vornherein gelösten Gase, wie Stickstoff oder Kohlensäure,
zu Gasübersättigungen, die nur durch Entnahme unwirtschaftlich hoher Abgasmengen
zu beheben und dementsprechend bei einer Sauerstoffanreicherung mit hohen Sauerstoffverlusten
verbunden sind. Wird dabei das Abgas aus der Begasungszone nicht in ausreichender
Menge abgeleitet, führen diese Gasübersättigungen dazu, daß beim Austritt der übersättigten
Flüssigkeit in Rohrleitungen, Becken oder Behälter die gelösten Gas zumindest so
lange ausgasen, bis die Summe der Gaspartialdrücke dem atmosphärischen bzw.
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hydrostatischen Druck entspricht. Dadurch kannen vor allem in offenen
Becken Flotations- und Schaumprobleme auftreten und beim Transport der Flüssigkeiten
in Rohrleitungen sich Gastaschen ausbilden, die zu Druckverlusten und Druckstoßverstärkungen
führen. Darüber hinaus wirken sich Gasübersättigungen besonders nachteilig bei dem
Einsatz von mit Sauerstoff angereichertem, gasübersättigtem Grundwasser in der Fischzucht
aus, da dann beim Ausströmen des angereicherten Grundwassers in Fischzuchtbecken
die Ausgasung bei einer großen Anzahl der vorhandenen Fische zu einer Gasembolie
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten,
daß auf einfache und sichere Weise die durch das Auftreten von Gasübersättigungen
bedingten Probleme ausgeschaltet werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Begasen
von Flüssigkeiten in gegen die Atmosphäre geschlossenen Begasungszonen dadurch gelöst,
daß die Flüssigkeiten vor dem Begasen entgast werden.
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Durch die vorhergehende Entgasung wird erreicht, daß beim anschließenden
Begasen keine Gasübersättigung mehr auftritt.
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Damit werden von vornherein die Probleme, die eine Gasübersättigung
nach sich zieht, vollständig ausgeschlossen.
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Die Entgasung wird vorteilhafterweise unter Unterdruck durchgeführt.
Dabei braucht die Erzeugung des Unterdrucks nur im wesentlichen in Abhängigkeit
der gewünschten Höhe der Gasanreicherung der zu begasenden Flüssigkeiten vorgenommen
zu werden, um eine Gasübersättigung auszuschließen.
Mit sehr gutem
Erfolg läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Sauerstoffanreicherung von
Abwasser oder von zur Trinkwasseraufbereitung oder zur Fischzucht eingesetztem Grundwasser
mit einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gas dann durchführen, wenn ein Unterdruck
von 0,1 bis 0,8 bar absolut eingehalten wird. Dadurch können in der Folge in einer
geschlossenen Begasungszone Übersättigungsprobleme bis zu Sauerstoffgehalten von
ca. 43 mg 02/1 zuzüglich dem Restsauerstoffgehalt nach der Entgasung bei Wassertemperaturen
von ca. 100C und bei einem Druck von ca. 1 bar vermieden werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine geschlossene
Begasungszone mit beliebigem Begasungssystem, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Begasungszone eine geschlossene Entgasungszone mit einem Zulauf für die zu entgasende
und einem Ablauf für die entgaste Flüssigkeit vorgeschaltet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Entgasungszone über
einen Anschlußstutzen eine Unterdruckpumpe angeschlossen. Mit dieser Unterdruckpumpe
kann in der Entgasungszone ein bestimmter Unterdruck eingestellt werden, so daß
die in der zu begasenden Flüssigkeit von vornherein gelösten Gase in der Entgasungszone
ausgasen und unter der Wirkung der Unterdruckpumpe aus der Entgasungszone abgezogen
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Entgasungszone und
die Begasungszone in einem gemeinsamen, zweietagigen Reaktor untergebracht sein.
Eine solche Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bringt den Vorteil mit
sich, daß diese nicht mehr Grundfläche beansprucht als bisherige Begasungssysteme
ohne vorhergehende Entgasung der Flüssigkeinen. Darüber hinaus kann bei einer Anordnung
der Ent-
gasungszone oberhalb der Begasungszone dann die im Hinblick
auf den Betriebsdruck der Begasungszone zwischen Entgasungszone und Begasungszone
notwendige Förderpumpe insofern wirtschaftlich betrieben werden, als die in der
Entgasungszone ausgebildete hydrostatische Höhe die Förderpumpe im Druckaufbau für
die Begasungszone unterstützt. Wird dagegen umgekehrt die Begasungszone oberhalb
der Entgasungszone angeordnet, kann die zwischen Entgasungszone und Begasungszone
notwendige Förderpumpe unter Umständen so ausgelegt werden, daß sie neben dem Uberleiten
der entgasten Flüssigkeit aus der Entgasungszone in die Begasungszone auch das Ansaugen
der zu entgasenden Flüssigkeit in die Entgasungszone leistet. Für die Überleitung
der begasten Flüssigkeit aus der Begasungszone zu dem Verbraucher, wie z.B.
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einem Fischzuchtbecken, ist dann die geodätische und hydrostatische
Höhe der Begasungszone ausreichend.
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Zweckmäßig ist es auch, die Entgasungszone als geschlossenen Sprühturm
oder als geschlossene Kaskade auszubilden. Die in einem Sprühturm erreichte Aufteilung
der zu entgasenden Flüssigkeit in viele einzelne Flüssigkeitsstrahlen mit großer
Oberfläche sowie das Auftreffen der einzelnen Flüssigkeitsstrahlen auf den im unteren
Teil des Sprühturms vorhandenen Flüssigkeitsspiegel und die dabei erzeugte Turbulenz
fördern das Ausgasen der gelösten Gase unter dem im Sprühturm aufrechterhaltenen
Unterdruck. Für Flüssigkeiten, die zum Beispiel wie Abwasser aufgrund von Inhaltsstoffen
nicht zur Aufteilung in kleine Flüssigkeitsstrahlen geeignet sind, kann aber auch
statt des Sprühtumrs eine geschlossene Kaskade als Entgasungszone in Frage kommen,
bei der Lie Flüssigkeit über eine oder mehrere, in einem Unterdruckraum angeordnete
Überfallkanten geleitet wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
schematisch dargestellt,
das nachstehend näher erläutert wird.
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Die Figur zeigt eine zum Beispiel als Füllkörpersäule ausgebildete
Begasungszone 10 mit einem Zulauf 7 für die zu begasende Flüssigkeit, einem Ablauf
9 für die begaste Flüssigkeit und einer Zuleitung 8 für Behandlungsgas, mit dem
die Flüssigkeit angereichert werden soll. Beispielsweise kann es sich bei der zu
begasenden Flüssigkeit um Grundwasser handeln, das in ein Fischzuchtbecken eingeleitet
und zur Sicherstellung optimaler Lebensbedingungen der Fische auf einen bestimmten
Sauerstoffgehalt mit technisch reinem Sauerstoff angereichert werden soll. Da gerade
aber Grundwasser in den meisten Fällen durch hohe Stickstoff- und Kohlensäuregehalte
gasgesättigt bzw. sogar übersättigt ist, wäre bei einer direkten Sauerstoffanreicherung
des Grundwassers eine Gasübersättigung unvermeidlich, wodurch es beim Austritt des
übersättigten Grundwassers in das Fischzuchtbecken zum Ausgasen der gelösten Gase
kommt und bei den Fischen eine Gasembolie hervorgerufen werden kann.
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Zur Vermeidung einer Gasübersättigung der Flüssigkeit in der Begasungszone
10 ist deshalb dieser eine Entgasungszone 1 mit einem Zulauf 2 für die zu behandelnde
Flüssigkeit und einem Ablauf 5 für die entgaste Flüssigkeit vorgeschaltet, wobei
der Ablauf 5 der Entgasungszone 1 über eine Förderpumpe 6 an den Zulauf 7 der Begasungszone
1 angeschlossen ist. Der Gasraum der Entgasungszone 1, die in diesem Fall als geschlossener
Sprühturm mit einer#Aufteilung der zu behandelnden Flüssigkeit in eine Vielzahl
von einzelnen Flüssigkeitsstrahlen ausgebildet ist, steht über einen Anschlußstutzen
3 mit einer Unterdruckpumpe 4 in Verbindung, mit der in der Entgasungszone 1 ein
Unterdruck erzeugt wird, so daß in der zu behandelnden Flüssig-
keit
gelöste Gase bereits in der Entgasungszone 1 ausgasen und mit Hilfe der Unterdruckpumpe
4 aus dem Gasraum der Entgasungszone 1 abgezogen werden können. Die Ausbildung der
Entgasungszone 1 als Sprühturm und die damit verbundene Aufteilung der Flüssigkeit
in einzelne Flüssigkeitsstrahlen beschleunigt dabei das Ausgasen der gelösten Gase.
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Wie bereits erwähnt, kann insbesondere für die Behandlung von Flüssigkeiten
mit groben Inhaltsstoffen, wie z.B. Abwasser, die Entgasungszone 1 anstelle als
Sprühturm auch als geschlossene Kaskade ausgebildet sein, in der die zu behandelnde
Flüssigkeit über eine oder mehrere Überfallkanten geleitet wird. Darüber hinaus
besteht auch die Möglichkeit, die Entgasungszone 1 baulich direkt über der Begasungszone
10 anzuordnen oder umgekehrt und dadurch Baugrund und Verbindungsleitungen einzusparen.
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Ein auf die Figur bezogenes Zahlenbeispiel soll nachstehend das erfindungsgemäße
Verfahren verdeutlichen: Eine Tauchpumpe (12) fördert aus einem Brunnen(11) 50 m3/h
Wasser über den Zulauf (2) und einen Dosierschieber(13) in die Entgasungszone (1).
Das Brunnenwasser hat eine Temperatur von 100C und enthält 7,6 mg 02/1, 19,S mg
N2/l und 24 mg/l freie Kohlensäure. Die Summe der zugehöriaen Gaspartialdrücke beträgt
damit 1 bar. Eine zusätzliche °2-Anreicherung unter Druck würde zwangsweise zur
Gasübersättigung führen.
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In der Entgasungszone (1) wird mit Hilfe der Unte##ruckpumpe (4) ein
Druck von 0,5 bar aufrechterhalten. Die Unterdruckpumpe (4) zieht stündlich ca.
1,32 m Gasgemisch (bezogen auf 0,5 bar) aus der Entgasungszone (1) ab.
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Das austretende Wasser enthält nunmehr nur noch 4,75 mg 02/1, 12,2
mg N2/l und 15 mg/l freie Kohlensäure. Die Summe
der zugehörigen
Gaspartialdrücke im teilentgasten Wasser beträgt somit nur noch 0,625 bar. Bezogen
auf den theoretisch möglichen Minimalwert von 0,5 bar Gasgesamtdruck hat die Entgasungszone
(1) in praxi also einen Wirkungsgrad von 75%.
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Dieses teilentgaste Wasser wird nun mittels der Förderpumpe (6) über
einen Dosierschieber (6a) durch Leitung (7) in den Kopf der als Füllkörpersäule
ausgebildeten Begasungszone (10) eingespeist. Ferner werden iìl die Begasungszone
(10) im unteren Bereich über eine Zuleitung (8) 750 l/h Sauerstoff eingeführt. Der
Betriebsdruck der Füllkörpersäule beträgt 1 bar. Am unteren Ende der Lüllkörpersäule
können dann über den Ablauf (9) 50 m3/h Wasser entnommen werden, die 24,9 mg 0,/1,
12,2 mg N2/l und 15,0 mg/l freie Kohlensäure enthalten. Die Summe der zugehörigen
Partialdrücke beträgt 1 bar.
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Insgesamt läßt sich im beschriebenen Beispiel Wasser gewinnen, das
221 % der 02-Luftsättigung enthält, ohne daß es in der Folge zu Ubersättigungsproblemen
kommt.
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