DE4143107C2

DE4143107C2 - Device for treating liquids

Info

Publication number: DE4143107C2
Application number: DE19914143107
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Amon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: DE4143107A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten, insbesondere Schmutzwasser, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device for treatment of liquids, especially dirty water, after Preamble of the main claim.

Die Neutralisationsreaktion von alkalischen Lösungen mit Kohlendioxidgas (CO₂) und das Lösen von Gasen in Flüssigkeiten ist seit langem bekannt, wobei die Ver fahren nach dem Stand der Technik im wesentlichen im Labormaßstab angewendet wurden. Die Behandlung von Ge mischen mit Feststoffanteilen wie grobem Bausand schränkt den Einsatz vieler Verfahren erheblich ein, zum Beispiel sind für Durchsatzmengen von mehr als 2 m³/h Düsen wegen Verstopfung und hohem Verschleiß ungeeignet.The neutralization reaction of alkaline solutions with carbon dioxide gas (CO₂) and the dissolving of gases in Liquids have been known for a long time, the Ver drive according to the prior art essentially in Laboratory scale were applied. Treatment of Ge mix with solids such as coarse building sand considerably limits the use of many processes, for example, are for throughputs greater than 2 m³ / h nozzles due to clogging and high wear not suitable.

Die zur Neutralisation oder zum Belüften eingesetzten Begasungsverfahren haben den Nachteil, daß sie zum Teil im Kreisprozeß geführt werden oder mit hohen Gasverlu sten zu rechnen ist, da die Löslichkeit der zugeführten Gase unter technischen Voraussetzungen oft sehr viel weniger als 20% des theoretisch errechneten Wertes beträgt. Entweder kommt es zur Ausgasung, die kosten intensive Auffangvorrichtungen erforderlich macht, ins besondere bei aggressiven Reaktanten, oder es müssen platzraubende, geschlossene Reaktionsbehälter zur Ver fügung gestellt werden.The used for neutralization or for ventilation Fumigation processes have the disadvantage that they are partly be carried out in a cycle or with high gas losses is to be expected since the solubility of the added Gases often a lot under technical conditions less than 20% of the theoretically calculated value is. Either there is outgassing, which costs requires intensive fall arrest devices, ins especially with aggressive reactants, or it has to bulky, closed reaction vessels for ver be made available.

Aus der DE 34 36 660 A1 ist ein Verfahren und eine Vor richtung bekannt, die zur Aufbereitung von für Trink- und Brauchwasserzwecke bestimmtem Wasser dienen. Dabei wird ein Teil des Wasserstroms, der dem Versorgungsnetz entnommen wird, abgezweigt und bis zur maximalen Kon zentration über eine spezielle Vorrichtung in einem Behälter mit Kohlendioxid versetzt. Dieser Zweigstrom wird dann zweckmäßigerweise über Dosiereinrichtungen verschiedenen Wasserströmen zugemischt.DE 34 36 660 A1 describes a method and a pre direction known for the preparation of for drinking and service water for certain water. Here becomes part of the water flow that goes to the supply network is taken, branched off and up to the maximum con concentration via a special device in one Containers with carbon dioxide added. This branch stream is then expediently via metering devices mixed in different water flows.

Schwierigkeiten dabei ergeben sich dadurch, daß nur geringe Durch satzmengen erzielt werden können, woraus ein niedriger Wirkungsgrad resultiert, und daß durch die Verwendung von Düsen relativ große Gasblasen entstehen und eine Behandlung von Schmutzwasser weniger effektiv möglich ist.Difficulties arise from the fact that only little through sets can be achieved, resulting in a lower Efficiency results, and that through use relatively large gas bubbles arise from nozzles and a Waste water treatment less effective is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zu schaffen, die eine effektive Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmutzwasser ermög licht, einen hohen Durchsatz und Wirkungsgrad erreicht und ohne Gefahr in bewohnter Umgebung und in freier Natur einsetzbar ist. The invention has for its object a Vorrich to create an effective treatment of Liquids, especially dirty water light, high throughput and efficiency achieved and without danger in an inhabited environment and in free Nature can be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is inventively characterized by features of the main claim in connection with solved the features of the generic term.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Übersätti gen von Flüssigkeiten mit beliebigen Gasen und zum An reichern, das heißt Belüften von Gewässern, zum Bei spiel mit Luftsauerstoff. Durch die Vorrichtung läßt sich der Wirkungsgrad des Neutralisationsverfahrens wesentlich verbessern und der Anwendungsbereich auf technische Großprojekte erweitern. Durchsatzmengen von über 400 m³/h sind problemlos zu bewältigen.The device is particularly suitable for oversaturation of liquids with any gases and to enrich, that is, aerating water, to help play with atmospheric oxygen. Through the device the efficiency of the neutralization process significantly improve and the scope expand major technical projects. Throughputs of over 400 m³ / h can be easily mastered.

Durch die in den unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By the features specified in the subclaims are advantageous further developments and improvements possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrich tung.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in the following section spelling explained in more detail. The only figure shows a schematic diagram of the Vorrich invention tung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Rohrsystem aus Metall oder Kunststoff und weist im wesentlichen drei nacheinander angeordnete Reak tionsräume 1, 2, 3 auf.The device shown in Fig. 1 consists of a pipe system made of metal or plastic and essentially has three successively arranged reaction spaces 1 , 2 , 3 .

Der Reaktionsraum 1 weist einen Zulauf 7 für Schmutz wasser auf, der von Pumpen angesteuert wird oder das Schmutzwasser kann dem Zulauf auch durch natürliches Gefälle zugeführt werden. Der Reaktionsraum 1 dient zum Vermischen und Entspannen des Schmutzwassers. In dem Reaktionsraum 1 sind Beschickungselemente 4, durch wel che unter Druck Gas zugeführt wird, so angeordnet, daß die von oben über den Zulauf zugeführte Flüssigkeit im Gegenstrom am austretenden Agens, beispielsweise CO₂, vorbeifließt. Der Porendurchmesser der Beschickungsele mente 4 ist sehr klein, kleiner als 1 mm, wodurch die Kontaktfläche Flüssigkeit/Agens sehr groß wird. Die Beschickungselemente 4 sind so gestaltet, daß ihre Po ren zum Beispiel nicht durch Kalk verstopft werden kön nen.The reaction chamber 1 has an inlet 7 for dirty water, which is controlled by pumps or the dirty water can also be supplied to the inlet through a natural gradient. The reaction space 1 serves to mix and relax the dirty water. In the reaction chamber 1 , feed elements 4 , through which gas is supplied under pressure, are arranged so that the liquid supplied from above via the inlet flows in countercurrent to the exiting agent, for example CO₂. The pore diameter of the feed elements 4 is very small, less than 1 mm, which makes the liquid / agent contact area very large. The loading elements 4 are designed so that their Po ren can not be clogged with lime, for example.

Der Reaktionsraum 1 ist mit dem Reaktionsraum 2 über ein konisch sich verjüngendes Übergangsstück 6 verbun den. Der Reaktionsraum 2 dient zur Druckerhöhung und besteht beispielsweise aus einer U-förmigen, starren oder flexiblen vertikalen Konstruktion, wobei ihr unte res Rohrteil 9 über einen 180°-Bogen nach oben geführt wird, und ihr oberer Auslauf 8 in einen Mischbehälter 3a des Reaktionsraums 3 zur chemischen Nachreaktion und zum Verteilen von überschüssigem Agens in unbehandelter Flüssigkeit eintaucht.The reaction chamber 1 is connected to the reaction chamber 2 via a conically tapered transition piece 6 . The reaction chamber 2 serves to increase the pressure and consists, for example, of a U-shaped, rigid or flexible vertical construction, its lower pipe part 9 being guided upwards over a 180 ° bend, and its upper outlet 8 into a mixing container 3 a of the reaction chamber 3 for chemical after-reaction and for distributing excess agent in untreated liquid.

Das konisch sich verjüngende Übergangsstück 6 zu dem Reaktionsraum 2 kann mit unterschiedlichen Auslaufquer schnitten ausgebildet werden, um den Anschluß verschie dener Ausführungsformen vom Reaktionsraum 2 zu ermögli chen, wobei die Konstruktion des Reaktionsraums 2 ent sprechend auswechselbar gestaltet sein kann. Das Rohr teil 9 ist mit einer verschließbaren Öffnung versehen.The conically tapered transition piece 6 to the reaction chamber 2 can be formed with different outlet cross-sections to enable the connection of various embodiments of the reaction chamber 2 , the construction of the reaction chamber 2 being designed to be interchangeable accordingly. The tube part 9 is provided with a closable opening.

Zur Erzielung der gewünschten Druckverhältnisse ist der Zulauf 7 zum Reaktionsraum 1 in der Regel gleich groß oder größer als der Auslauf 8 des Reaktionsraums 2 in den Reaktionsraum 3. Darüber hinaus ist der Strömungs querschnitt des Reaktionsraums 1 im Bereich der Be schickungselemente 4 annähernd gleich oder kleiner als der Querschnitt des Zulaufs 7, wobei unterhalb des Be reichs der Beschickungselemente der Strömungsquer schnitt das Vierfache des Querschnitts vom Zulauf 7 zum Reaktionsraum 1 betragen muß.In order to achieve the desired pressure conditions, the inlet 7 to the reaction chamber 1 is generally the same size or larger than the outlet 8 of the reaction chamber 2 into the reaction chamber 3 . In addition, the flow cross section of the reaction chamber 1 in the area of the loading elements 4 is approximately the same or smaller than the cross section of the inlet 7 , below the loading area of the loading elements of the flow cross section must be four times the cross section of the inlet 7 to the reaction chamber 1 .

Der Auslauf 8 des Reaktionsraums 2 kann mit Verteiler elementen 5 verbunden sein, die in den Reaktionsraum 3 eintauchen. Der Reaktionsraum 3 kann als Mischbehälter 3a mit einem oder mehreren Zulaufrohren 8a für unbehan delte Flüssigkeit sowie einem Überlauf 10 ausgebildet sein, wobei sein Wasserniveau auf gleicher Höhe oder niedriger als der Zulauf 7 des Reaktionsraums 1 liegen sollte. Es können mehrere Mischbehälter 3a vorgesehen sein, die sowohl als Absetzbecken als auch als Reak tionsstrecke mitverwendet werden können. Darüber hinaus kann der Reaktionsraum 3 als öffentliches Gewässer aus gebildet sein, in das über die Verteilerelemente 5 überschüssig gelöstes Agens, zum Beispiel Luftsauer stoff, in erheblich größeren Mengen eingebracht werden kann als bei direkter Druckluftzufuhr.The outlet 8 of the reaction chamber 2 can be connected to distributor elements 5 which are immersed in the reaction chamber 3 . The reaction chamber 3 can be designed as a mixing container 3 a with one or more inlet pipes 8 a for untreated liquid and an overflow 10 , its water level should be at the same level or lower than the inlet 7 of the reaction chamber 1 . There can be several mixing containers 3 a provided, which can be used both as a settling tank and as a reaction path. Moreover, the reaction chamber 3 may be formed as a public waters from, in the above the distribution members 5 surplus dissolved agent material, for example, atmospheric oxygen, can be incorporated in much larger quantities than in the case of direct supply of compressed air.

Es kann eine vollautomatische Meßeinrichtung, bei spielsweise bestehend aus einer oder mehreren pH-Elek troden, einem Datenverarbeitungs- und -registriergerät, sowie einer Steuer- und Regeleinheit, vorgesehen sein, die an verschiedenen Stellen der Reaktionsstrecke die erforderlichen Parameter hinsichtlich Zusatzpumpen oder Agenszufuhr selbständig erfaßt, regelt, steuert und aufzeichnet.It can be a fully automatic measuring device for example consisting of one or more pH elec troden, a data processing and registration device, as well as a control and regulating unit, at different points in the reaction path required parameters regarding additional pumps or Agent intake independently records, regulates, controls and records.

Mit der beschriebenen Vorrichtung kann ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmutzwasser in flüssigen oder gasförmigen chemischen Verbindungen bzw. Agenzien, zum Beispiel zur Neutrali sation von basischen Gewässern, mit Kohlendioxid im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden. In der Stufe 1, d. h. im Reaktions raum 1, werden die Reaktanten im Gegenstrom kontaktiert und anschließend durch Entspannung des Gemischs verwir belt, wobei die Kontaktfläche des unter Druck zugeführ ten Agens, zum Beispiel CO₂, durch Passieren der Be schickungselemente 4 wesentlich vergrößert wird, indem Gasblasen mit kleinstem Durchmesser erzeugt werden, so daß die chemische Neutralisationsreaktion initiiert und beschleunigt ablaufen kann.With the device described, a method for treating liquids, in particular dirty water in liquid or gaseous chemical compounds or agents, for example for neutralizing basic waters, can be carried out with carbon dioxide in continuous or discontinuous operation. In stage 1 , ie in the reaction chamber 1 , the reactants are contacted in countercurrent and then swirled by releasing the mixture, the contact area of the agent supplied under pressure, for example CO₂, being substantially increased by passing the loading elements 4 , by producing gas bubbles with the smallest diameter so that the chemical neutralization reaction can be initiated and accelerated.

In der Stufe 2, d. h. im Reaktionsraum 2, wird der Druck zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in Rich tung Neutralisation, zum Beispiel bei der Behandlung von alkalischen Flüssigkeiten mit CO₂ erhöht. Weiterhin wird durch die Druckerhöhung die Löslichkeit des Agens, zum Beispiel Luftsauerstoff, erhöht und die Flüssigkeit mit dem Agenz übersättigt. Die Druckerhöhung im Reak tionsraum 2 kann durch die Höhe der Wassersäule, d. h. durch Variation der Länge des Reaktionsraumes 2, durch natürliches Gefälle, wobei hier die Höhendifferenz zwi schen dem Zulauf 7 und dem Auslauf bzw. dem Wasserni veau von Reaktionsraum 3 entscheidend ist, oder durch Verengung des Strömungsquerschnittes erzeugt werden.In stage 2 , ie in reaction chamber 2 , the pressure for shifting the chemical equilibrium in the direction of neutralization is increased, for example in the treatment of alkaline liquids with CO₂. Furthermore, the solubility of the agent, for example atmospheric oxygen, is increased by the pressure increase and the liquid is oversaturated with the agent. The pressure increase in the reaction space 2 can be determined by the height of the water column, ie by varying the length of the reaction space 2 , by natural gradient, here the height difference between the inlet 7 and the outlet or the water level of reaction space 3 is decisive, or be generated by narrowing the flow cross-section.

In der dritten Stufe, d. h. im Reaktionsraum 3, findet ein Vermischen mit unbehandelter Flüssigkeit zur chemi schen Nachreaktion mit dem überschüssigen Agens zur gleichmäßigen Verteilung des überschüssig gelösten Agens, zum Beispiel Luftsauerstoff, in der zu behan delnden Flüssigkeit, beispielsweise in einem öffentli chen Gewässer durch die Verteilerelemente 5, und zur Erhöhung der Durchsatzmenge um mindestens das Vier- bis Zehnfache gegenüber bekannten Verfahren statt.In the third stage, ie in the reaction chamber 3 , mixing with untreated liquid for the chemical after-reaction with the excess agent takes place for the uniform distribution of the excess dissolved agent, for example atmospheric oxygen, in the liquid to be treated, for example in public water the distributor elements 5 , and to increase the throughput by at least four to ten times compared to known methods instead.

Claims

1. Apparatus for treating liquids, in particular dirty water, with gaseous agents in three successively arranged reaction spaces, the first reaction space for mixing and relaxing with an inlet ( 7 ) for the liquid and with gas loading elements ( 4 ) being seen second reaction chamber has devices for increasing the pressure and the third reaction chamber is designed for mixing excess agent with untreated liquid, characterized in that the charging elements ( 4 ) have pores with a diameter of less than 1 mm and are arranged in the reaction chamber ( 1 ) in this way that the liquid supplied via the inlet ( 7 ) flows in a countercurrent to the agents supplied via the feed elements ( 4 ), the flow cross section of the first reaction chamber ( 1 ) in the loading area is equal to or smaller than that of the inlet ( 7 ) is, whereas below this The area of the flow cross section is not greater than four times the cross section of the inlet ( 7 ) and the first reaction chamber ( 1 ) is connected to the second reaction chamber ( 2 ) by a tapering transition piece ( 6 ), furthermore the second reaction chamber ( 2 ) consists of a tubular structure, the lower tube part ( 9 ) is guided upwards again and the upper outlet ( 8 ) in the third reaction chamber ( 3 ), the inflow ( 7 ) to the first reaction chamber ( 1 ) of the same size or is larger than the outlet ( 8 ) in the reaction chamber ( 3 ).

2. Device according to claim 1, characterized in net that the transition piece is a conical taper supply.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transition piece can be changed in the outlet cross-section for realizing different shapes of the second reaction chamber ( 2 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tube construction is U-shaped and arranged vertically and the upper tube part ( 9 ) leads upwards through a 180 ° bend.

5. The device according to claim 4, characterized net that the pipe structure rigid or flexible and is designed to be interchangeable.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tubular part ( 9 ) is provided with a closable opening.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reaction chamber ( 3 ) is designed as a mixing container ( 3 a) in which the outlet ( 8 ) is immersed.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reaction space ( 3 ) is a public body of water into which the outlet ( 8 ) is immersed.

9. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that several mixing containers ( 3 a) are provided.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at the outlet ( 8 ) distributor elements ( 5 ) are arranged.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that in the reaction chamber ( 3 ) several outlets ( 8 a) open, the outlets ( 8 a) serve the admixture of untreated liquid speed.

12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that in several places Devices for measuring the pH values are provided are, the signals to a control unit deliver.