DE3321436A1 - Reaktorgefaess zum einblasen von gas in eine fluessigkeit - Google Patents

Reaktorgefaess zum einblasen von gas in eine fluessigkeit

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DE3321436A1 DE3321436A DE3321436A DE3321436A1 DE 3321436 A1 DE3321436 A1 DE 3321436A1 DE 3321436 A DE3321436 A DE 3321436A DE 3321436 A DE3321436 A DE 3321436A DE 3321436 A1 DE3321436 A1 DE 3321436A1
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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Einfahren und zum Verteilen eines unter ei iem relativ niedrigen Druck stehenden gasförmigen Mediums in eine bzw. einer Flüssigkeit, die sich in einem ein großes Volumen und eine große Oberfläche aufweisenden Reaktoriefäß befindet. Sie bezieht sich insbesondere auf e-.n Syste-r. zum Einführen von einem Gas in ein Reaktorc;efaß mit Zwischenboden, dessen flüssiger zu behandelnder Inhalt eine aus körnigen Stoff bestehende, feststehende oder in der Schwebe gehaltene Schicht enthalt.
Die Verfahren zum Vermischen oder zum Kontaktleren verschiedener Phasen, die z.B. als Gas, Flüssigkeit und Feststoff vorliegen, stoßen bekanntlich auf zahlreiche Schwierigkeiten, die insbesondere bei einem mit Flüssigkeit sich abspielenden Verfahren auftauchen, wenn es darauf ankommt, mehrere Arbeitszonen oder verschiedenartige Wirkungen innerhalb der Masse der Flüssigkeit oder des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches entstehen zu lassen.
Bei der Wasseraufbereitung zum Beispiel, wo Luft in ein eine größere Oberfläche aufweisendes, mit körniger* Ctoffen ausgerüstetes Filter eingeblasen wird, wobei in dem Filter eine Gleichetrombewegung der Flüssigkeiten stattfindet, kann man unter Anwendung zweier Methoden die Probleme meistern; bei der ersten Methode wendet nan ein sogenanntes "Luftpolster" an, bei dem die Luft und das Wasser zwischen dem Zwischenboden (d.h. der Abstützung) und der Sohle (d.h. dem Boden) des Filtere fließen und danach in das aufzuarbeitende Uassor, da3 mit filterwirksamem Stoff beladen ist, über raehrore einen vorbestimmten Öffnungsquerschnitt aufveisende Siebdüsen fließen; ho.i der zweiten i'r.t.hode dagegen, kommen "Luftschläger" zur Anwendung, wcLei die Luft innerhalb von verzweigten Rohrleitungen verbleibt, die
auf der Oberfläche der Sohle angeordnet sind und in denen die Luft bis zu den an jeder Zweigleitung im Bereich d^r jeweiligan stiellosen Siebdüsen vorgesehenen, einen vorbestimmten Cuerschnitt aufweisenden Düsen fließt, so daß die Luft, die aus den Düsen entweicht, dann mit dem Spülwasser in die Siebdüsen eindringt, ehe sie in das filterwirksame Material hineinfließt.
Wenn es aber darauf ankommt, die Luft gleichmäßig über die ganze Oberfläche hinweg verteilt in Gegenstrom in eine ebenfalls durch die filterwirksame Masse fließende Flüssigkeit einzublasan, kommt es zu Schwierigkeiten, die eine gravierende Fons annehmen, wenn außerdem innerhalb der verwirbelten oder nicht verwirbelten Schicht verschiedene Verfahrenszonen aufrechterhalten werden sollen, was z.B. vorkommt, wenn man einen biologischen Filtriervorgang durchführen will, bei dem die Luft zum Oxidieren der Wasserverunreinigungen bei einer Zwischenhöhe der im Wasser sich befindenden, aus körnigem Material bestehenden feststehenden Schicht eingeführt werden soll (siehe z.B. die FR-PSen 76 21 246 und 78 30 282).
Demgemäß muß der Druck der Luft, um sie überhaupt einzublasen, den Druck der an den verschiedenen Lufteinblasstellen lastenden Wassersäule übersteigenj die Luft kann nicht als Blase in der flüssigen Masse nach oben steigen, es sei denn, die mit der Wassergeschwindigkeit verknüpfte Kraft des sich in der Gegenrichtung (d.h. nach unten) bewegenden Wassers, das filtriert ist, kleiner ist, als die auf die Luftblasen wirdende Antriebe« kraft? diese Kraft steigt mit dem Verstopfungsgrad des Filters und die Bewegung der Luft beschleunigt sich und findet vorzugsweise in Form von "Luftpaketen" statt, was offensichtlich die Wirksamkeit des Filtervorganges oder des Reinigens herabsetzt. Man kann die Luft durch
oberhalb des Filterzwischenbodens (der die Siebdüsen zum Waschen des verstopfenden Materials mit einer Luft-Wasser-Mischung trägt) angeordnete Lochrohre derart einblasen, daß die Luft in die untere Hälfte oder Aktivzone des biologischen Filters gelangt. Die Anordnung der Rohre oberhalb der üblichen Filterteile nimmt aber viel Platz im Reaktionsgefäß bzw. Filter auf und verursacht zusätzliche Kosten für den Einbau und für die Wartung.
Mit dem Zweck, eine Vereinfachung zu ermöglichen und gleichzeitig den Druckverlust auf ein Minimum zu reduzieren, hat die Anmelderin Studien und Versuchsreihen unternommen, die insbesondere die Siebdüsentechnik verbessern sollen, wobei z.B. "doppelte" Siebdüsen ausgereift werden sollen, die eine innere Lufteinspritzung verursachen, die von dem freien Volumen zur Mitnahme der Luft und Wasser zum Filtrieren oder zum Waschen getrennt 1st. Weitere Versuche galten d. bei der Einstellung dor Anzahl der Siebdüsen ja Quadratmeter Filtrierfläche oder der Durchmesser und dt r Längen der Lufteinblasleitungen. Die Ergebnisse fielen aber ent täuschend aus, wobei insbesondere die Höhe der unterhalb des Zwischenbodens des Filters (oder des Reaktorgefäßes) liegenden Luftpolsters zu groß war und wobei es sich als unmöglich er.iies, ein gleichmäßiges Verhältnis bei einer Steigerung der Luftmenge aufrechtzuerhalten, weil die Änderung des Druckt Verlustes gemäß dem Quadrat des Wertes der Lufteinblasmenge sich verhält.
Nach diesen wenig ergiebigen Versuchen hat man Ermittlungen unternommen, um ein wirksames Diffundieren der Gasblasen innerhalb der Flüssigkeit zu gewährleisten, die dadurch mitgenommen und in Umlauf geführt werden soll. Dabei findet der Einblasvorgang oberhalb
T':..::..:':J\.: 332H36
des Reaktor2wischenbodens so statt, daß die Höhe des Gaapolsters unter dem Zwischenboden, wo das Gas eingeblasen wird, bei gegebenem Verstopfungsgrad nur von der iindörung in der Gasmenge abhängt. 5
Es wurde nun gefunden, daß solche Ergebnisse sich dann erzielen lassen, wenn erfindungsgemäß eine neue Technik angewandt wird, nach der der Reaktorzwischenboden auf seiner ganzen Fläche verteilt mehrere Durchgangslöcher mit sehr kleinem öffnungsdurchr.esser aufweist, wobei die Löcher je Teil eines Pohres bilden, das sich inner-
halb der aufzubereitenden Flüssigkeit befindet, wobei die mit Löchern V3rse..ane Basis eines jeden Rohres sich am Zwischenboden abstützt und sein oberes Ende mit Schlit2· öffnungt2n v-eraehen ist,
Goiräß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung mündet jedis Durchganysloch - das als Einrichtung zum Einführen des gasförmigen Mediurs in das Reaktorgefäß
2C dient - in wesentlichen auf der Höhe des Zwischenbodens bzw. des boiiens ies Reaktor jefäßes, wobei es einen sehr kleinen Durchir.es .er hat, dessen Wert von der Menge (d.h. der rii-jßloistun je Zeitai heit) abher.gt und vorzugsweise zwischen 0>2 und 4 mm liegt. Das Rohr, das das Durchgangsloch verlängert, erstreckt sich bis zu einer gewissen, meist bei ca. 10 bis 50 cm liegenden Höhe, so daß es nit seinem oberen Ende in der Aktivzone des
Reaktorqefäße3 Kündet.
Vermittels der in der Basis und den Wandungen des Rohres vorgesehenen, einen Durchmesser von z.B. 1 bis 5 run oder vorzugsweise 2 bis 3 mm aufweisenden Löcher übern ir-ir.t jedes Rchr-Durchcan^slnch oder "Einspritzmundstück" die Rolle eines hydraulischen Reglers, bei dem das durch eine im Zwischenboden des ReaktorcrefSQes
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angeordnete, rait den öffnungen der Durchgang3löchor in Verbindung stehende Hauptleitung zugelieferte Gas in jedem Rohr, in das die Flüsigkeit durch in der Basin versehene Löcher gelangt, einen Flüssigkeitskreislauf z\\- standebringt, der ausreicht, ur die Ilor.ogenitöt der in dem Kreislauf befindlichen gasförmigen Phase nachhaltig aufzuheben, so daß die diskontinuierliche Casphase bis zum oberen Ende des Rohres geführt wird, wobei die Gasblasen durch die Schlitzöffnungen des Rohres auf einer Höhe in die Flüssigkeit hinein, die der gewünschten Aktivzone entspricht, entweichen. V-aii sieht, caß demgemäß im erfindungsgemäßen System sich alle vein Druckwert abhängigen Prozesse so abspielen, als würde da3 Diffundieren des Gases unmittelbar auf der Höhe des Zwischenbodens stattfinden, wobei allerdings man die Vorteile eines in der Höhe sehr herabgesetzten Luftpolsters erzielt, so daß die Gesar.thöhe des Reaktorgefäßes erheblich verkleinert und deshalb der Herstellungspreis vermindert w.r ;en kann.
Gemäß einer Ausfuhrung.vform dar Erfindung besitzt das Einblasmundstück die Form eiaes Venturirohres, so daß auf der Iiöhe einer Rohrbasis es die Gestalt eines mit sich verengenden und dann sich erweiternden Teilen ausgestatteten Doppelkegels aufweist, in < essen Verengung die Löcher für den Kreislauf der Fluss:gkeit innerhalb des Reaktorgefäßos angeordnet sind.
Gemäß einem besonders vorteilhaften AusführungaLeiopiel der Erfindung, bei den: V'asser g« iiüiß der i:rfirt.ng Juv*ch Einblasen von Luft oder Sauerstoff auf einer crewissen Höhe der Flüssigkeit, in der eine körnige Schicht angeangeordnet ist, biologisch geroinigt wird, können die obengenannter» L'iubia3.\.undstücke mit bekannten GioLdüsen abwechseln, die am Zwischenboden des Reaktorgefäßes
-8 -
angeordnet sind und die der Entfernung des gereinigten Abwassers und dem Durchzug von Luft und Spülwasser dienen, um durch diskontinuierliche Betätigung das Regenerieren der biologischen Schicht und/oder das FiI-trieren zu gewährleisten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind der nun folgenden Beschreibung einiger durchaus nicht einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden schematichen Zeichnung zn entnehmen, die sich auf die oben erwähnt-ο biologische Reinigung von Wasser beziehen. Es zeigen:
Fi'/ur 1 zwei Beispiele (Λ bzw* E) der erfindungsgemäßen Einblaseinrichtung fi'.r gasförmiges Medium, Figur 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und Flour 3 Kurv m zur Darstellung der Höhe der unter den
Durchgangslöchern vorhandenen Gaspolsterschicht als Funktion der durch die Einblasmundstücke
) eingeblasenen Luftmen<je gemäß einem Anwendungs
beispiel»
Let den in den Figuren schematisch dargestellten experimentellen Beispielen wurde an einem Fall gearbeitet, wo es darauf ankam, Wasser in einem Reaktorgefäß oder Filter 1 biologisch zu reinigen, das oberhalb eines Zwischenboden:} 2 ein Gemisch aus dem aufzubereitenden Wasser 3 und olner im Gemisch liegenden feststehenden Schicht aus körnigem Stoff enthält. Beim Einblasen von Luft oder Sauerstoff, so daß sin bzw, er von unten nach oben steigt, aus einer Leitung 5, die unterhalb des Zwischenbodens oder des Bodens 2 angeordnet ist, kointit ein WasGerkroislauf zustande, so daß Wasser sich nach unten bewegt. Dabei ist das hier zu lösende spezielle
3C3 technische Problem das Zustandekommen eines gleichm3ߣgen
Diffundierens von Luft oder Sauerstoff nicht rtehr an der Basis der Schicht sondern bei einer Höhe H, die einer ausgewählten Aktivierungszone entspricht.
Erfindungsgernäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß unter Einhaltung gleichmäßiger Abstände auf der ganzen Fläche des Zwischenbodens 2 Gruppen von Düsenmundstücken 6 angeordnet sind, d,ie als zylindrische Kiemente 7 ausgebildet sind, die unten mit Löchern und oben mit Schlitzöffnungen 9 vorsehen sind und die weiterhin durch Mikrorohre 10 verlängert sind, die in dem Zwischenboden aufgenommen sind und die jeweils einen sehr 'kleinen Durchmesser aufweisen, wo sie auf der Höhe des Zwischenbodens (siehe Figur 1, Teil A links) münden. In der Praxis kann der Durchmesser zwischen 0,2 und 4 mm liegen, wobei der bevorzugte, engere Bereich 0,8 bis 1,5 mm umfaßt. Im übrigen betrug bei den Untersuchungen der Innendurchmesser des Zylinders 7 20 bxs 30 mm und dessen Höhe zwischen 10 und 50 cm. Der Durchmesser der Löcher 8 beträgt ca. 2 bis 3 nr.i. Auf diese Waise kann ran orf indur.gsgemäß zwischen 40 und 120 Düsenmundstücke je Quadratmeter Fläche air nwiscUenbcJen anordnen.
Gemäß der im rechten Tell B der Figur 1 abgebildeten Variante können die Düsenmundstücke jeweils dia Gentalt eines Venturirohres 6' aufweisen, wobei dann die Löcher 81 immer zwischen den zwei Kegeltellen des Venturi angebracht sind. *
Bei der Ausführungsform g3mäß Figur 2, die ebenfalls Teil der Erfindung ist, hat man im Zwischenboden 2 des Reaktorgefäßes abwechselnd DüsenmundstUcke der Bauart 6 (oder der Bauart 6') einerseits und Siebdüsen 11 bekannter Bauart andererseits angeordnet, die dazu dienen, die behandelte Flüssigkeit (hier das gereinigte Wasser) aus
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dem Reaktorgefäß unten abzuzapfen, die bei 12 abgeführt wird, und unten Luft sowie Spülflüssigkeit einzuführen, wonn es qilt, die oberhalb des Zwischenbodens 2 liegende Körnerschicht zu regenerieren. Man sieht, daß in einem Fall, i'i dem es keine Siebdüsen gibt (Figur 1), die behandelt ί Flüssigkeit vom unteren Teil bzw. von der Easis cUr Flü jsigKßit knapp oberhalb des Zwischenbodens abgeführt wird.
Die Befestigung der Düsenmund st "icke 6 (bzw. 61) und et-" \iger vori m-JIener Eiriblcsilüsen ira Zwischenboden 2 kann Unter Aiiv/enduag von Dichtungen 13 geschehen, wenn der /jWisühenboden 2 aus ßeton oder Faserzement besteht. Es kann allerdings von Vorteil sein, den Zwischenboden aus cjvüjprit'otem Kunststoff (wie z.O. PVC) herzustellen, so dnß diii unt-irun Rohre der Du sennundstucke und der Siebohne Dichtung mit Proßsitz montiert werden können.
Betrieb der Anlage nit d(..i Has (wie z.B. Luft) unter schwacher.! Druck so da» es in die kleinen Löcher 14 der Düsemr.ündstücke fließt, wird darch die venturinäßige ("uscLvindi'jkeitserhühung in de~a Rohr 7 Wasser 3 in die Löcher gesaugt». Diesem Wasser vermischt sich mit den Lj.nblan-jas und hoLt die Hcr.cc;. nität den Ganstrcr.faclans iuf, 5 'ier ira Rohr 7 und in&Leoondort.- im Bereich der Ausgangs-Schlit"öffnungen 9 in einer Blasenkette entweicht, so daß die ?.o ie II des Reaktorgefäßes ahtiviert wird.
Man ka-in durch verschiedene Versuche beweisen, daß das wirkaaive Luftpolster 15, das nich unterhalb des Zwischonbodens 2 befindet, deswegen klein bleibt, weil das erfindungsgemäße System nur zu sehr geringen Druckverlusten führt. Beispielsweise betrug >lio wirksame Größe des Polsters ca. 29 cm bei einer Luftnenge von 220 Liter je 3C Stunde je Mundstückdüse (entsprechend 9O Mundstückdüsen
- 11 -
je Quadratmeter Zwischenboden Lei einer Menge von 20 ra
2
je m je Stunde), votei die Lufteinlaßöffnungen 14 einen Durchmesser von 1,1 iron aufwiesen und wobei die ani-ren Danen waren:
Innendurchmesser des Rohrs 7: 20 ran; Durchmesser der Löcher 8: 2,5 r.on; Länge des Ronreu oberhalb dos Zwischenboclens: 0,2 5 in; höhe des Wa;3S< r;; öl erhalb dos Zwischenboc'^no: 2,4 5 m.
Der. Ciafjrt''r. -i^r'ir !'i^ur 3 entnirTt r,a-n cinl-»:·. i'.nvV-r'.ncren in der Höhe des Luftpolsters (an der senkrechten Dia- <jr-ir.rächst: aln K'· in u: aufgetragen, v?obei die punktitrte Linie L die Kühe des "wischonbcdens darstellt) als Funktion der Luftrenge D, die in Litorr. je Stunde je Mundstückdüse auf der wnagrochten Diagranr.iachse aufr;e~ tragen lot. die Kurven a, b und c öntcprechen Tur^lir.ersf rn der öffnungen 14 von jeweils 1, 1,2 bsw. 1,3 ri1 und gelten nur als "eispiuie.

Claims (6)

332H36 Bezeichnung: Heaktorycif-Aß zum Einblasen von Gas in eint: Flüssigkeit Patentansprüche
1. Ein größeres Vcluiren und eine größere Oberfläche aufweisendes Reaktorgcf'ii zun Einführen und zum Verteilen einer, gasförmigen Mediums in eine bzw. einer flüssigen zu behandelnden Masse, die evtl. eine Körner schicht umfaßt, r-it einem Zwischenboden (2) , der öffnungen ur.d/cder Siobdüsen zum Einführen den gasförmigen Mediums un<- ^um Entfernen ler behandelten Flüssigkeit aufweist, dadurch jekennsoichnet, daß der Zwischenboden (2) :bernll auf seiner Oberfl'ichp mehrere DurchgangnT-öchcr (1C) mit sehr V.lciner: Qusrschnitr der öffnungen (14) aufweise, wobei jedes Durcliiangsloch Teil eines Rohres (7) bildet, das in- der Flüssigkeit (3) angeordnet ist und dessen ein ",och (8) aufweinende Basis sich am Zwischenboden abstützt, wobei das sonst abgeschlossene obere Ende ir.it Schlitzöffnungen (9) versehen ist, aus denen die Gasblasen zur Behandlung einer Zone (H) der flüssigen Masse entweichen.
2. Reaktorgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Durchgangslocn (lü), durch das a?s gasförmige
COPY
Medium stellenweise in das Peaktorgefäß gelangt, im wesentlichen 4uf der Höhe des Zwischtnbodens oder Bodens (2) mündet u::d oin^n Iiiier.-^erschnitt der Öffnung von 0,2-4 hot be-
3. Reaktorjefaß nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Rohres (7) vom Zwischenboden (2) aus gemessen' 10 bis 50 cm beträgt und daß die Löcher (8) des Rohres einen Durchmesser zwischen 1 und 5 cm haben.
4. r.oaktorgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) venturiförnig von der zylindrischen Form abweicl t, wobei die Löcher (31) zwischen den zwei Kegeln des Venturi angeordnet sind.
5. Reaktorgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, d; ß auf der Höhe des Zwischenbodens (2) des Reaktorgefäßes (1) Einheiten mit Rohr (7) und Durchgangsloch (10) oder Murdstückdüsen (6, 6'} und bekannte Siebdüsen abwechselnd angecidnet sind, wobei die Siebdüsen insbesondere der. Entfernen der behandelten Flüssigkeit dienen.
6. Verwendung des Reaktorgefi^es nprh eirem der Ansprüche 1 bis 5 zur biologischen Reinigung von Wasser (3) unter Anwendung einer feststehenden, im Wasser liegenden KÖrne-rschicht, durch Einblasen von Luft oder Sauerstoff, die bzw. der nach Zufuhr durch ein Leitungssystem (5) auf der Höhe einer Aktivzone (H) der Schicht eingeblasen wird, wobei das gereinigte Wasser unterhalb de3 Zwischenboden3 (2) des Reaktorgefäßes (bei 12) abgeführt wird.
DE3321436A 1982-06-14 1983-06-14 Reaktorgefaess zum einblasen von gas in eine fluessigkeit Withdrawn DE3321436A1 (de)

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