DE4208370A1

DE4208370A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung feinster luftblasen aus druckbegasten fluessigkeiten

Info

Publication number: DE4208370A1
Application number: DE19924208370
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Eichler
Original assignee: Fan Engineering GmbH
Current assignee: Fan Engineering GmbH
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-09-23

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung feinster Luft blasen aus druckbegasten Flüssigkeiten.

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung feinster Luftblasen aus druckbegasten Flüssigkeiten zur Nutzung als Auftriebsmittel für Schlamm partikel in Flotationszellen.

Die Anwendung der Flotation ist in der industriellen und kommunalen Abwasserreinigung zu einem wesentlichen Be standteil der erprobten technischen Lösungsmöglichkeiten geworden. Der Einsatz von Flotationsanlagen erfolgt dabei vorrangig bei der Aufbereitung öl- und fetthaltiger sowie faserstoffhaltiger und flockiger Abwässer.

Durch den erreichbaren hohen Wirkungsgrad bei der Abschei dung von Schlammpartikeln hat sich als Auftriebsmittel die Anwendung von Mikroblasen durchgesetzt.

Gereinigte Flüssigkeit wird in einem Druckkessel mit Druckluft beaufschlagt, die sich im Wasser löst. Nach einer Entspannung wird das Gas in Form von Blasen wieder frei.

Wesentlicher Energieverbraucher in diesen Flotationsanla gen ist die zugehörige Druckwasserpumpe.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der D-OS 37 33 583 wird beschrieben, daß das Entstehen grober Mengen von Mikroblasen auf Kavitationszustände in den Entspannungsorganen zurückzuführen ist.

So wird im Anspruch 1 dargestellt, daß Mikroblasen aus druckbegasten Flüssigkeiten dadurch erzeugt werden können, daß die begaste Flüssigkeit durch eine Hohlkegeldüse ge drückt wird, über der sich im kurzen, einstellbaren Ab stand eine Abdeckplatte befindet.

Unter der Platte bildet sich ein hohlkegelförmiger Dampf raum. Es kann keine Flüssigkeit in den Hohlkegel zurück strömen. Es entsteht ein Unterdruck, der größer ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit. Der Hohlkegel ist damit ständig mit Wasserdampf gefüllt, so daß bereits hier erste Luftanteile in den Dampfraum diffundieren können. Der intensive Flüssigkeitsstrom reißt ständig kleinste Teile dieses Dampf-Luft-Gemisches mit. Unter Normaldruck konden siert der Dampf wieder und aus den Gaspartikeln bildet sich in der entspannten Flüssigkeit der Mikro blasenschleier, der mit dem zu flotierenden Flüssigkeits strom vermischt wird.

In praktischen Anlagen hat sich gezeigt, daß der erforder liche Begasungsdruck bei der Anwendung des Hohlkegel verfahrens nur 2 bar zur Erzeugung eines guten Blasen bildes benötigt.

Bei Anlagen mit einfachen Ventilen zur Entspannung der druckbegasten Flüssigkeit müssen bei einem gleich guten Blasenbild 4-6 bar zur Anwendung kommen.

Beim Einsatz von Hohlkegeldüsen hat sich aber gezeigt, daß zur Erreichung des erforderlichen Unterdruckes im Dampf raum die Düse maximal 8 mm im Durchmesser haben darf. Dabei beträgt der erreichbare Durchsatz je Düse bei 2 bar 1-1,5 m³/h.

Geht man davon aus, daß bei der Abwasserreinigung etwa 25% der anfallenden Abwassermenge als druckbegaste Flüssigkeit zurückgeführt werden müssen, so sind bei einer Anlage mit beispielsweise 500 m³/h über die Hohlkegel düsen 125 m³ an begaster Flüssigkeit zu entspannen.

Dazu wären 83-125 Stück 8-mm-Hohlkegeldüsen erforderlich.

Für die Herstellung der Hohlkegeldüsen muß Hartmetall oder Hartkeramik verwendet werden.

Neben der erforderlichen Anzahl von Hohlkegeldüsen bei großen Anlagen spielen daher auch die erforderlichen Her stellungskosten eine nachteilige Rolle.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von feinsten Gasblasen aus druckbegasten Flüssigkeiten aufzuzeigen, mit dem das Prin zip der Kavitation für die Mikroblasenbildung in Anlagen mit groben Durchsätzen genutzt werden und damit eine Ver ringerung des Energieeinsatzes erreicht werden kann.

Merkmale der Erfindung

Die Mikrogasblasen werden in einem Düsenstock hergestellt.

Die druckbegaste Flüssigkeit wird dazu in einer Schlitz düse entspannt, hinter der sich im anschließenden Raum ein solches Vakuum bildet, daß der Dampfdruck der Flüssigkeit unterschritten wird.

Mit einer nachfolgenden zweiten Schlitzdüse mit einer etwa doppelt so großen Durchgangsfläche wird verhindert, daß das Vakuum im Unterdruckraum zusammenbricht.

Entsprechend den bekannten Dampfdrucktafeln für Wasser muß bei einer Wassertemperatur von
12 °C der Unterdruck unter 0,015 bar
17 °C der Unterdruck unter 0,020 bar
20 °C der Unterdruck unter 0,025 bar
liegen, damit Wasserdampf aus der Flüssigkeit entweichen kann.

Dieses Vakuum kann sich nach einer vergleichsweise niedri gen Strömungsgeschwindigkeit hinter der ersten Entspan nungsdüse bilden.

Damit entsteht einerseits im Unterdruckraum eine Dampf menge, die von dem Flüssigkeitsstrom feinblasig mitgeris sen wird.

Andererseits bilden sich wie bei einem Kochvorgang Mikro dampfblasen in der strömenden Flüssigkeit.

Erst das Vorhandensein von Grenzflächen zwischen Flüssig keit und Dampf ermöglicht es, daß in die Dampfbläschen Spuren von Gas aus der Flüssigkeit eindringen können.

Unter dem nachfolgenden Normaldruck kondensiert der Dampf an der Flüssigkeit und die verbleibenden Gasspuren bilden so die Mikrogasblasen.

Durch den Einsatz der Schlitzdüsen verringert sich die Anzahl der einzusetzenden Blasenbildner entscheidend.

Bei der Verwendung von Düsen mit einer Breite von 5 mm und einer Länge von beispielsweise 100 mm stehen je Blasen bildner 500 mm² freie Durchströmfläche in der ersten Schlitzdüse zur Verfügung.

Steht eine begaste Flüssigkeit mit einem Druck von ca. 2 bar zur Verfügung, so wird eine Durchflußgeschwindigkeit von 12 m/sec erreicht, welche bei der genannten Durch trittsfläche einer Durchsatzleistung von 22 m³/h ent spricht.

Für das oben genannte Beispiel zur Entspannung von 125 m³/h begaster Flüssigkeit sind nur 6 Blasenbildner einzusetzen.

Dabei erfolgt der innere Aufbau der ersten Schlitzdüse in einer solchen Weise, daß mit einfachen flachen und kostengünstigen Hartmetall- und Hartkeramikstreifen ein leichter Austausch der durch die Kavitation abtragsgefähr deten Düsenkanten und Düsenflächen möglich ist.

Ausführungsbeispiel

In den Bildern 1 bis 3 wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben:

Bild 1 zeigt einen Düsenstock, in den die mit Schlammflocken be lastete Flüssigkeit (1) über die Rohrleitung (2) einge bracht wird.

Aus dem Ablauf der Abwasseraufbereitungsanlage wird ge klärtes Wasser entnommen, in einen 2 bar-Druckkessel gepumpt und dort mit Druckluft mit einer Verweilzeit von ca. 5-10 Minuten begast.

Die druckbegaste Flüssigkeit (3) gelangt über die Rohr leitung (4) in die im Düsenstock befindlichen Blasen bildner (5) und wird im Innenraum (6) des Düsenstockes mit dem schlammflockenbelasteten Abwasser durchmischt.

Über die Rohrleitung (7) wird die durchmischte Flüssig keit (8) der Flotationszelle zugeleitet, in der die Schlammflocken durch die sich anhaftenden Mikroblasen an die Oberfläche getragen und dort abgeschieden werden können.

Zur besseren Wartung und Kontrolle der Blasenbildner (5), die auf dem Rohr (4) befestigt sind, kann mit Hilfe des Flansches (9) die ganze Gruppe aus dem Düsenstock ausge baut werden.

Durch Blindsetzen einzelner Blasenbildner kann der Ein trag druckbegaster Flüssigkeit in das Abwasser reduziert werden.

Bild 2 zeigt einen Quer- und einen Längsschnitt durch einen Blasenbildner. Dieser ist auf dem Rohr (4) angeordnet, welches die begaste Flüssigkeit (3) aus dem Druckbega sungskessel der Anlage heranführt.

Durch die Öffnung (10) gelangt die Flüssigkeit in die Schlitzdüse (11). Diese wird durch die flachen Hartmetall- oder Hartkeramikstreifen (12) gebildet.

Hinter der ersten Schlitzdüse befindet sich der Unter druckraum, der von den Seitenwänden (14) begrenzt wird. Diese Wände verengen sich nach oben und bilden am Aus tritt die zweite Schlitzdüse (15).

Über der zweiten Düse ist ein Leitblech (16) angeordnet, welches zur besseren Durchmischung mit dem Abwasser im Innenraum (6) beiträgt.

Bild 3 zeigt zwei mögliche Anordnungen von Blasenbildnern in Düsenstöcken.

Die linke Darstellung entspricht dabei der Ansicht aus Bild 1 für das oben genannte Beispiel der Entspannung von 125 m³/h begaster Flüssigkeit mit 6 Blasenbildnern.

Die rechte Darstellung dagegen bezieht sich auf Anlagen mit noch größeren Durchsätzen.

Dabei können sich beliebig viele Blasenbildner in den vier Reihen hintereinander befinden.

Werden noch größere Durchsätze gefordert, ist die Anord nung von mehr als vier Blasenbildnern auf dem Umfang mög lich.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung feinster Gasblasen aus druckbegasten Flüssigkeiten zur Nutzung als Auf triebsmittel für Schlammpartikel in Flotations zellen, wobei die Gasblasen in einem Düsenstock dadurch hergestellt werden, daß in einem nach der Entspannungseinrichtung folgenden Raum ein dem Dampfdruck der Flüssigkeit gegenüber größeres Vakuum erzeugt wird, so daß Dampf und damit auch Gasspuren aus der Flüssigkeit austreten können, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum durch einen gerichteten Flüssigkeitsstrahl im Dampfraum zwischen zwei hintereinander liegenden Düsen er zeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfraum zwischen zwei hintereinander lie genden Schlitzdüsen mit gleicher Länge gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Flüssigkeit die erste Schlitzdüse mit einer Geschwindigkeit von 8-12 m/sec durch strömt und die Schlitzbreite ca. 3-6 mm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Flüssigkeit die zweite Schlitz düse mit einer Geschwindigkeit von 4-6 m/sec durch strömt und die Schlitzbreite ca. 6-12 mm beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Schlitzdüse aus auswechsel baren Hartmetall- oder Hartkeramik-Streifen elementen mit scharfen Abrißkanten hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom nach der zwei ten Schlitzdüse durch ein Leitblech umgelenkt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß um das Rohr der Zuleitung der be gasten Flüssigkeit mehrere Blasenbildner angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß an dem Rohr der Zuleitung der begasten Flüssigkeit hintereinander mehrere Blasen bildner angeordnet sind.