DE602004005230T2

DE602004005230T2 - Druckwasserabgabedüse zur erzeugung von mikrobläschen in einer flotationsanlage

Info

Publication number: DE602004005230T2
Application number: DE602004005230T
Authority: DE
Inventors: Patrick Vion
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: EP1680213B1; KR20060122827A; PT1680213E; AU2004280269A1; US7651620B2; RU2006115380A; WO2005035105A1; PL1680213T3; ATE355889T1; CN100413569C; US20070119987A1; BRPI0415137A; FR2860735A1; RU2324531C2; CA2540866A1; CN1867393A; FR2860735B1; ES2267418T1; AU2004280269B2; US20090218293A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entspannungsdüse zum Erzeugen von Mikrobläschen in einer Flotationszelle.
Man kennt Anlagen zur Wasserbehandlung mit einer Flotationszelle, in die das zuvor ausgeflockte Rohwasser eingelassen wird, sodann mit unter Druck gesetztem und entspanntem Wasser derart vermischt wird, dass die im Rohwasser in Suspension enthaltenen Stoffe durch sich aus dieser Entspannung ergebende Mikrobläschen an die Oberfläche der in dem Bereich befindlichen Flüssigkeit mitgeschleppt werden und dann in Form von Schlämmen abgezogen werden, wobei das behandelte Wasser am Boden dieses Bereichs abgeführt wird. Eine solche Anlage ist insbesondere in EP-A-0 659 690 und WO 03/064326 beschrieben. Ahnliche Anlagen sind in US-A-5 154 351 und US-A-5 332 100 beschrieben.
Die Flotation stellt also eine Klärtechnologie (Fest-Flüssig-Trennung) dar, die zumindest für bestimmte Abwässerarten eine Alternative zur Dekantierung darstellt.
Bei dieser vorstehend in Erinnerung gerufenen Technologie wird das Wasser nach der Phase der Koagulation und Ausflockung mit einer „Milch" (Emulsion) von Mikrobläschen, im Allgemeinen aus Luft (mit einem mittleren Durchmesser zwischen 30 bis 80 μm) vermischt. Diese Mikrobläschen heften sich an die Flocken an, die derart durch Auftrieb erleichtert dazu tendieren, an die Oberfläche des Flotationsbereichs aufzusteigen, wo sie sich ansammeln, um eine Schlammschicht oder eine Schlammlage zu bilden. Wie hiervor erwähnt, werden die Schlämme an der Oberfläche des Flotationsbereichs abgezogen, während das geklärte Wasser am Boden der Vorrichtung abgeführt wird.
Ein Teil dieses geklärten Wassers (im Allgemeinen in der Größenordnung von 10% des zu behandelnden Wassers) wird in einem speziellen Behälter (sogenannter Druckbehälter) auf 4 oder 6·10⁵ Pa Druck gepumpt. Darin bettet sich Luft in großer Menge ein (bis zum 5fachen des maximalen Gehalts von Luft in Wasser unter Atmosphärendruck). Bei einer plötzlichen Entspannung auf Atmosphärendruck wird das Wasser in einen Übersättigungszustand versetzt und lässt Luft-Mikrobläschen entstehen. Diese Entspannung wird mithilfe von statischen Systemen, sogenannten Entspannungsdüsen, durchgeführt. Diese Entspannungsdüsen sind in einem speziel len Bereich angeordnet, in dem die Mikrobläschen mit ausgeflocktem Wasser vermischt werden.
Damit Ausflockungen in einem Dekanter physikalisch von Wasser getrennt werden können, müssen sie dicht oder von erheblicher Größe sein.
Nun genügt es aber zum Trennen durch Flotation, dass die besagten Ausflockungen überhaupt gebildet werden; sie können also klein und sehr leicht sein. Die Ausflockung kann folglich vereinfacht werden, woraus sich eine fast gänzliche Abwesenheit von Polymeren für die Flotationsbehandlung von gering belasteten Wässern und die Benutzung von Ausflockreaktoren ergibt, die kleiner als die der Dekanteranlagen sind.
Im Gegenzug müssen aber die Mikrobläschen-Erzeuger Mikrobläschen von sehr kleinen Durchmessern bei einer dissipierten Energie erzeugen, die in einem Bereich liegt, der mit der Fragilität der Ausflockungen verträglich ist.
Bis in die Gegenwart waren Flotationsanlagen kaum in der Lage, der Produktion von schnellen Lamellen-Dekanteranlagen mit Schlamm- oder Ballastschicht Konkurrenz zu bieten, aus den folgenden Gründen:

– allgemein überdimensioniertes Volumen ihres Ausflockungsbereichs,
– relativ geringe Abscheidegeschwindigkeiten,
- Energiekosten für die Druckerzeugung.

Jedoch erscheinen seit einigen Jahren schnelle Flotationsanlagen, die Gleichstrom-Lamellenmodule oder spezielle Aufnahmesysteme verwenden. Geschwindigkeiten von 20 bis 40 m/h werden angekündigt. Außerdem sinken die Ausflockungszeiten wegen der Zielsetzung der gewünschten Ausflockung und wegen der Anwendung von leistungsfähigeren Technologien.
Unter diesen Randbedingungen einer verringerten Ausflockzeit und erhöhter Geschwindigkeiten im Flotationsbereich erweist sich die Flotation als äußerst wettbewerbsfähig mit den Dekanteranlagen. Dies ist der Grund, aus dem diese Technologie derzeit ein Wiederaufleben speziell bei der Klärung von gering belasteten Wässern erfährt, unter Berufung auf Argumente der Kompaktheit und der Einfachheit des Betriebs.
Jedoch müssen die Mikrobläschen für Anlagen mit solchen Leistungsdaten bei der Flotation und der Abscheidegeschwindigkeit in besonderer Weise in Anzahl und Qualität angepasst werden.
Die reduzierten Ausflockzeiten verlangen sehr kleine Mikrobläschen, die Fragilität der Ausflockungen erfordert geringe Vermischungsenergien, die hohen Abscheidegeschwindigkeiten lassen keinen Mangel an aktiven Mikrobläschen zu.
Diese Zwänge haben dazu geführt, dass in bestimmten Fällen die klassischen Entspannungsdüsen von industrieller Größe es nicht schafften, die erwarteten Leistungen zu erreichen.
Beispielsweise erlaubten es bei Pilotanlagen im halb-industriellen Maßstab kleine Entspannungsdüsen (100 l/h bis 500 l/h), Abscheidegeschwindigkeiten im Flotationsbereich von 30 m/h zu erreichen, während in einer industriellen, mit größeren Entspannungsdüsen (1000 l/h bis 1500 l/h) ausgestatteten Anlage die Geschwindigkeit im Flotationsbereich 20 m/h nicht überschreiten konnte.
Man musste also eine neue, besser an die Erfordernisse von schnellen Flotationsanlagen von industrieller Größe angepasste Düse entwickeln.
Derzeit existieren zahlreiche Typen von Entspannungsdüsen zum Klären von Wässern. In diesem Zusammenhang kann auf den Artikel von E.M. Rykaart und J. Haarhoff (Water Sc. Tech. Band 31, N° 3–4, Seiten 25–35, 1995) unter der Überschrift „Verhalten von Lufteinblasdüsen bei der Flotation mit gelöster Luft" verwiesen werden, der die hauptsächlichen Typen von Düsen erwähnt. Dieser Artikel bezieht sich insbesondere auf Düsen, die gekennzeichnet sind durch:

– eine doppelstufige Entspannung (Düse WRC und DWL) oder eine einstufige Entspannung (NIWR)
– eine Entspannung gefolgt von einer Geschwindigkeits-Dämpfungskammer (NIWR und DWL)
– eine Entspannung gefolgt von einem divergierenden Abschnitt zum Reduzieren der Geschwindigkeit (hiernach als „B-Düse" bezeichnet).

Die WRC-Düse ist insbesondere in FR-P-1 444 026 beschrieben. Sie umfasst:

– eine erste Entspannungsstufe, welche den wesentlichen Anteil der Entspannung leistet, wobei diese Stufe in Form einer Drosselscheibe ausgeführt ist;
– eine Zwischen-Übergangs- und Expansionskammer, in der das Gas (z. B. Luft) dank der ersten Entspannungsstufe und der in dieser Kammer herrschenden Turbulenz gewissermaßen desorbiert wird. Die Höhe dieser Kammer ist relativ bedeutend. Als Beispiel wird in dem vorstehend genannten Patent angegeben, dass diese Höhe gleich dem Durchmesser der Öffnung der zweiten Entspannungsstufe sei.
– eine zweite Entspannungsstufe, die tatsächlich den Übergang aus einem Bereich hoher Energie in einen Bereich geringer Energie oder geringer Geschwindigkeit ausführt. Diese Stufe ist in Form einer Drosselscheibe ausgeführt, deren Öffnung einen Durchmesser aufweist, der immer größer als der Durchmesser der Öffnung der ersten Stufe ist, und vorzugsweise zweimal so groß. Die Zielsetzung dieser Erfindung ist es, die geringstmöglichen Geschwindigkeiten am Auslass der Düse zu erhalten, damit die Ausflockungen, an welche sich die Blasen anheften sollen, nicht zerlegt werden.
– ein Auslass- und Diffusionsrohr, dessen Rolle es ist, die Ausflockungen vor immer noch relativ hohen Geschwindigkeiten am Auslass der Drosselscheibe zu schützen und eine hinreichend geringe Geschwindigkeit am Auslass des Rohres einzustellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik (WRC-Düse) setzt sich die Erfindung zum Ziel, eine neue Düse zu schaffen, die es ermöglicht, in industriellen Anlagen (Düsen mit großen Kapazitäten von mehr als 500 l/h) völlig unerwartete hydraulische Leistungen zu erreichen, und insbesondere einen Betrieb mit mehr als 30 m/h anstelle der 20 m/h mit der „B-Düse" nach dem früheren Stand der Technik.
Folglich betrifft diese Erfindung eine Entspannungsdüse für unter Druck gesetztes Wasser zum Erzeugen von Mikrobläschen in einer Flotationsanlage, die eine erste Entspannungsstufe, eine Zwischen-Überführungskammer, eine zweite Entspannungsstufe und ein Auslassrohr umfasst, wobei diese Düse dadurch gekennzeichnet ist, dass

– die erste Entspannungsstufe (1) eine Vor-Entspannung bewirkt, in der 5 bis 20% des verfügbaren Drucks abgebaut werden,
– die zweite Entspannungsstufe (2), in der sich der wesentliche Teil der Entspannung abspielt, das unter Druck gesetzte Wasser vom Sättigungsdruck bis zum Druck am Auslass der Düse entspannen lässt;
– die Zwischenkammer (3) eine Durchlaufkammer ist, in der das unter Druck gesetzte Wasser sich an den Sättigungsdruck annähert und 5 bis 30% des verfügbaren Drucks absorbiert werden und
– das Auslassrohr (4) ein Rohr zum sprunghaften Entspannen und zum Einschließen der Kavitation bildet, wobei seine Mindestlänge (L) im Wesentlichen dem Abstand entspricht, der das Ende des besagten Rohrs auf Seiten der zweiten Entspannungsstufe von dem Punkt des Wiederanhaftens der Strahlen auf den Wänden der Düse trennt, bei einem Divergenzwinkel (α) der Strahlen vor dem Wiederanhaften zwischen 3 und 12°, vorzugsweise zwischen 6 und 9°.

Nach einem Merkmal dieser Erfindung sind die ersten und zweiten Entspannungsstufen jeweils in Form einer Drosselscheibe ausgeführt, die eine oder mehrere Öffnungen beliebiger Form haben, wobei der hydraulische Durchmesser der Öffnung der ersten Stufe, oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen aufweist, größer ist als der hydraulische Durchmesser der Öffnung der zweiten Stufe oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere davon umfasst.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Entspannung d₁ mittels eines Schiebers, einer Schikane oder irgendeinem anderen Mittel zum Behindern der Strömung bewirkt.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung weist die Zwischen- oder Übergangskammer eine Höhe, d. h. einen die erste Entspannungsstufe von der zweiten Stufe trennenden Abstand auf, der geringer als der Durchmesser der Öffnung der ersten Entspannungsstufe (oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen hat) ist, vorzugsweise gleich der Hälfte dieses Durchmessers.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der hiernach folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ergeben, die ein Ausführungsbeispiel davon sowie die erzielten Ergebnisse zeigen. In diesen Zeichnungen
ist 1 ein Schema, das im axialen vertikalen Schnitt eine Düse gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
bezieht sich 2 auf Laborversuche und stellt die von der Erfindung geschaffenen Ergebnisse in Bezug auf die Ergebnisse dar, die mithilfe von Düsen nach dem früheren, vorstehend erörterten Stand der Technik erzielt wurden, und
gibt 3 industrielle Daten wieder, die die von der Erfindung geschaffenen Ergebnisse in Bezug auf diejenigen darstellen, die mithilfe von Düsen nach diesem früheren Stand der Technik erzielt wurden.
Unter Bezug auf die Zeichnungen sieht man, dass die Düse gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Entspannungsstufe 1 umfasst, hier in Form einer Drosselscheibe mit einer Öffnung des Durchmessers d1 ausgeführt, eine Zwischen- oder Übergangskammer 3, eine zweite Entspannungsstufe 2 mit zwei oder mehr Öffnungen (wobei der hydraulische äquivalente Durchmesser dieser Öffnungen gleich d2 ist), und ein Auslassrohr 4.
So kann erfindungsgemäß die Drosselscheibe, welche die Entspannung in einer Stufe verkörpert, eine oder mehrere Öffnungen umfassen. Wenn sie mehrere Öffnungen umfasst (wie es bei der zweiten Entspannungsstufe 2 dieses Ausführungsbeispiels der Fall ist), ist der hydraulische Durchmesser d (also d2 in diesem Ausführungsbeispiel) der äquivalente Durchmesser einer Öffnung, deren Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte der Öffnungen dieser Drosselscheibe ist.
Wie vorstehend erwähnt wurde, führt die erste Entspannungsstufe 1 eine einfache Vor-Entspannung aus, deren Aufgabe es ist, dass stromauf der zweiten Entspannungsstufe der Druck nahe beim Sättigungsdruck des unter Druck gesetzten Wassers ist. Der hydraulische Durchmesser d1 der Öffnung des Strömungswiderstandssystems, welches diese erste Stufe 1 bildet, ist größer als der hydraulische Durchmesser d2 der Öffnung der Drosselscheibe, welche die zweite Entspannungsstufe 2 bildet (bzw. der äquivalenten Öffnung, wenn diese Drosselscheibe mehrere Öffnungen umfasst, wie es beim in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist). Vorzugsweise ist d1 gleich 1,5·d2. In dieser Stufe liegt der Druckverlust in der Größenordnung von 5 bis 35%, vorzugsweise in der Größenordnung von 15%.
In der Übergangskammer 3 darf das Gas (insbesondere Luft) nicht desorbiert werden. Es liegt eine Art Kontinuität mit der ersten Entspannungsstufe 1 vor, und gemäß der vorliegenden Erfindung muss die Höhe der Kammer 3 geringer als der hydraulische äquivalente Durchmesser der Öffnung des Strömungswiderstandssystems der ersten Entspannungsstufe 1 sein, wobei diese Höhe der Abstand ist, welcher die beiden Entspannungsstufen trennt, wie man es in 1 sieht. Diese Zwischen-Übergangskammer 3 bildet eine Durchlaufkammer, die es erlaubt, annähernd die Sättigung zu erreichen. Der in dieser Kammer erreichte Druckverlust liegt in der Größenordnung von 5 bis 30%.
Die zweite Entspannungsstufe 2 ist gemäß der vorliegenden Erfindung die einzig wirksame Entspannung, die das unter Druck gesetzte Wasser vom Sättigungsdruck zum Ausgangsdruck der Düse (Eintauchtiefe der Düse) entspannen lässt. So wie hiervor erwähnt, ist der hydraulische Durchmesser d2 der Öffnung (oder der äquivalenten Öffnung) der diese Stufe 2 bildenden Drosselscheibe immer geringer als der der ersten Stufe 1 und ist vorzugsweise 1,5 Mal kleiner. Der dank dieser zweiten Entspannungsstufe erreichte Druckverlust liegt in der Größenordnung von 70 bis 90%, vorzugsweise 70%. Das Ziel ist, die Gesamtheit der Entspannung und die Erzeugung der Mikrobläschen an einem Punkt zu konzentrieren. Diese zweite Entspannungsstufe ist eine plötzliche Querschnittserweiterung, wobei der Auslasswinkel der Öffnung(en) der sie bildenden Drosselscheibe flach (180°) ist oder zwischen 90° und 270° liegt.
In dem Auslassrohr 4 vollzieht sich die Erzeugung von Mikrobläschen, die es ermöglicht, zwei Effekte zu realisieren:

– eine plötzliche Expansion (ohne Diffusor)
– einen Bereich effektiver Kavitation (absoluter Druck = 0), die hinter der zweiten Entspannungsstufe 2 aufrechterhalten wird.

Diese Effekte werden verwirklicht, wenn die zweite Entspannung plötzlich abläuft (ohne Diffusor oder mit einem Diffusor mit einem Mittenwinkel von weniger als 90° oder mehr als 270°), und wenn das Rohr eine hinreichende Länge bildet, damit der Unterdruckbereich nicht durch die außerhalb der Düse befindliche Flüssigkeit gespeist wird. Erfindungsgemäß hängt diese Länge L vom Durchmesser des Rohres und wesentlich von dem Abstand zwischen der Hüllwand des oder der Strahlen und der Innenwand des Rohres ab. Erfindungsgemäß und wie man klar in 1 erkennt, entspricht die minimale Länge L des Rohres 4 im Wesentlichen dem Abstand, der das Ende des Rohres auf Seiten der zweiten Entspannungsstufe 2 vom Punkt des Wiederanhaftens oder Wiederauftreffens der Strahlen an den Wänden des Rohres trennt, wenn die Strahlen vor dem Wiederanhaften einen Divergenzwinkel α zwischen 3 und 12°, vorzugsweise zwischen 6 und 9° haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zum Schaffen eines guten Abschlusses dieses Kavitationsbereichs nach außen notwendig, dass die die zweite Entspannungsstufe 2 bildende Drosselscheibe entweder eine einzige Öffnung einer beliebigen Form (kreisförmig, quadratisch, rechteckig, elliptisch) oder mehrere Öffnungen aufweist, die mit gleichen Abständen zum Mittelpunkt der Drosselscheibe angeordnet sind.
Das Rohr kann in einer Enderweiterung 5 in Trompetenform enden, um die Leistungen zu verbessern und die Auslassgeschwindigkeit zu reduzieren. Dieses Merkmal trägt zwei Vorteile bei:

– ein besseres Wiederanhaften der Flüssigkeitsstrahlen und damit einen besseren Einschluss des Kavitationsbereiches,
– eine Verlangsamung der Geschwindigkeiten am Auslass der Düse, die mit dem mechanischen Verhalten der Flocken verträglich ist.

Diese Ausführungsform erlaubt es, mehr große Blasen als die WRC-Düsen zu erzeugen, aber die Mikrobläschen sind feiner.
Diese Düsen wurden im Labor konfiguriert und dann in industriellen Anlagen unter Produktionsbedingungen getestet.
Versuchsergebnisse und Leistungsmerkmale
1) Laborversuche
Fünfzig Düsen wurden getestet. Diese Düsen wurden von folgenden Typen abgeleitet:

– Hiernach als B-Düsen bezeichnete Düsen mit einer Entspannungsstufe, gefolgt von einem divergierenden Abschnitt zum Verlangsamen der Geschwindigkeit;
– Düsen des WRC-Typs, die hiervor beschrieben wurden, und
– Düsen gemäß der vorliegenden Erfindung, mit DGT bezeichnet.

Ihr Massenstrom beträgt etwa 1,5 m³/h. Sie werden durch einen Druckbehälter mit Wasser unter einem Druck von 5·10⁵ Pa gespeist. Die Düsen werden in eine durchsichtige Wanne mit einem Volumen von einem Kubikmeter eingetaucht, in der eine bestimmte Anzahl von Messungen durchgeführt wird:

• Menge an großen, von der Düse erzeugten Blasen. Diese Menge wird in Prozent mit der tatsächlich in dem Behälter gelösten Luft verglichen.
• Qualität der Mikrobläschen-Milch. Eine spezielle Messung durch ein Trübungsmessgerät erlaubt es, die globale Qualität der Mikrobläschen einzuschätzen. Ein starker Trübungsgrad entspricht zahlreicheren und/oder kleineren Mikrobläschen.
• Geschwindigkeit am Auslass der Düse. Ziel ist es, eine möglichst geringe Geschwindigkeit einzustellen.

Die in 2 dargestellten Kurven veranschaulichen die erhaltenen Ergebnisse bei der Trübung der Mikrobläschen-Milch und beim Prozentsatz großer Blasen. Die beste Düse ist normalerweise die, die am wenigsten große Blasen erzeugt und die dichteste (trübste) Milch hat.
Die Ergebnisse zeigen, dass

– die WRC-Düsen wenig große Blasen erzeugen, aber die Trübung der Mikrobläschen-Milch gering ist.
– die B- und die (erfindungsgemäßen) DGT-Düsen mehr große Blasen erzeugen, und paradoxerweise eine trübere Milch. Je mehr große Blasen vorliegen, desto trüber ist die Milch, wobei die Zunahme der Trübung nur durch kleinere Mikrobläschen erklärbar ist, da die verfügbare Luftmenge geringer ist. Die DGT-Düse gemäß der vorliegenden Erfindung ist hinsichtlich beider Parameter leistungsfähiger als die B-Düse.

Die den DGT-Düsen zugeordneten Zahlen (25, 35, 65, 90) entsprechen den Längen L der mit einem trompetenförmigen Ende 5 versehenen Rohre 4 (schwarze Quadrate). Man erkennt, dass eine unzureichende Länge von 25 mm es nicht erlaubt, eine trübe Milch zu erzeugen. Eine Länge von mindestens 35 mm ist notwendig, damit die Flüssigkeitsstrahlen an den Wänden wieder anhaften und um schließendlich eine Milch hoher Qualität zu erhalten. Angesichts der Tatsache, dass die die zweite Entspannungsstufe 2 bildende Drosselscheibe drei Öffnungen umfasste, liegt der Ausbreitungswinkel α des Strahls für eine Wiederanhaftung bei 35 mm zwischen 6 bis 9° (12 bis 18° im Zentrum). Eine zu große Länge erhöht die Menge an großen Blasen, wahrscheinlich infolge von Wandreibung. Die Milchqualität tendiert dann zum Schlechteren.
Die Leistungsfähigkeit der DGT-Düsen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Auslassrohren 4 ohne Trompete ist mit hellen Quadraten wiedergegeben. Die trompetenförmigen Enden 5 tragen einen Zuwachs von 5 bis 20% Trübungsgrad bei und reduzieren die Düsenauslassgeschwindigkeiten um 10 bis 40%.
Als Schlussfolgerung scheinen die besten Düsen die verbesserte WRC+-Düse (mit geringer Menge großer Blasen und ordentlichem Trübungsgrad) und die Düsen DGT35 und DGT65 (hohe Dichte der Milch ungeachtet eines hohen Anteils an großen Blasen) zu sein.
2) Tests in industriellen Flotationsanlagen
Diese Tests wurden in einem großen Trinkwasserwerk durchgeführt, das fünf parallel arbeitende Flotationszellen umfasst, unter denselben Bedingungen, wobei jede mit einem anderen Düsentyp ausgestattet wurde.
Mit Ausnahme der B-Düse als Bezugsdüse waren die eingebauten Düsen, sämtlich mit Auslassrohren mit trompetenförmigen Enden ausgestattet, die folgenden:

– B-Düse
– WRC+-Düse
– Düse DGT 35
– Düse DGT 65
– Düse DGT 100.

Für zwei untersuchte Massenströme (Geschwindigkeit an der Flotationsabscheide-Oberfläche: 20 m³/m²·h und 30 m³/m²·h) eines schwierig zu behandelnden Wassers sind die Ergebnisse der Trübung des flotierten Wassers und der Flotationsgeschwindigkeit in 3 zusammengefasst.
Die Betrachtung dieser 3 zeigt, dass:

– alle Düsen bei 20 m/h (Druckgrad = 13%) annähernd genügende Mikrobläschen-Mengen ergeben
– bei 30 m/h und mit einem Druckgrad von 8,5% der Unterschied zwischen den Düsen deutlich hervortritt:
– die B-Düsen fallen ab infolge Mangels an Mikrobläschen, wahrscheinlich durch einen Überschuss an großen Blasen verursacht.
– die WRC+-Düsen verlieren zweifellos an Wirksamkeit, denn ihre Mikrobläschen sind global größer.
– allein die Düsen DGT 65 und DGT 100 fallen nicht mit zunehmender Geschwindigkeit ab. Diese sind also die Düsen, die die größte Menge von Mikrobläschen erzeugen. Die Länge des Diffusors der DGT 35 reicht nicht aus, um Mikrobläschen gleicher Qualität zu erzeugen.

Als Schlussfolgerung ergibt sich, dass überraschenderweise diejenige Düse, die fünfmal mehr große Blasen erzeugt (50% gegenüber 10%), am Ende die leistungsfähigste in der Flotation ist. Dies liegt wahrscheinlich an der Tatsache, dass -wie bereits erwähnt wurde- die erzeugten Mikrobläschen kleiner sind. Die Bedingungen zum Erzeugen dieser Mikrobläschen sind eine plötzliche Entspannung unter Bildung eines nicht rückgespeisten Kavitationsbereichs, dank eines hinreichend langen divergierenden Auslassrohres mit trompetenförmigem Ende.
Wohlgemerkt ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele zur Ausführung oder Anwendung beschränkt, die hiervor beschrieben und/oder erwähnt wurden, sondern sie umfasst alle deren Varianten. Das heißt, dass insbesondere der hydraulische Durchmesser d1 der Öffnung der ersten Entspannungsstufe 1 oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen umfasst, zwischen dem 1,6fachen und dem 1,1fachen des Durchmessers der Öffnung der zweiten Entspan nungsstufe oder dessen der äquivalenten Öffnung liegen kann, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen aufweist.

Claims

Düse zum Entspannen von unter Druck gesetztem Wasser zum Erzeugen von Mikrobläschen in einer Flotationsanlage, umfassend eine erste Entspannungsstufe (1), eine Zwischen-Überführungskammer (3), eine zweite Entspannungsstufe (2) und ein Auslassrohr (4), wobei diese Düse dadurch gekennzeichnet ist, dass: –- die erste und die zweite Entspannungsstufe in Form von Drosselscheiben ausgeführt sind, die eine oder mehrere Offnungen aufweisen, wobei der hydraulische Durchmesser (d1) der Öffnung der ersten Stufe (1), oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen aufweist, größer ist als der Durchmesser (d2) der Öffnung der zweiten Stufe oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere davon umfasst, wobei die vorerwähnten Öffnungen irgendeine Form haben können, jedoch vorzugsweise kreisförmig sind, und dadurch, dass: – die erste Entspannungsstufe (1) eine Vor-Entspannung bewirkt, in der 5 bis 20% des verfügbaren Drucks abgebaut werden, – die zweite Entspannungsstufe (2), in der sich der wesentliche Teil der Entspannung abspielt, das unter Druck gesetzte Wasser vom Sättigungsdruck bis zum Druck am Auslass der Düse entspannen lässt; – die Zwischenkammer (3) eine Durchlaufkammer ist, in der das unter Druck gesetzte Wasser sich an den Sättigungsdruck annähert und 5 bis 30% des verfügbaren Drucks absorbiert werden und – das Auslassrohr (4) ein Rohr zum sprunghaften Entspannen und zum Einschließen der Kavitation bildet, wobei seine Mindestlänge (L) im Wesentlichen dem Abstand entspricht, der das Ende des besagten Rohrs auf Seiten der zweiten Entspannungsstufe von dem Punkt des Wiederanhaftens der Strahlen auf den Wänden der Düse trennt, bei einem Divergenzwinkel (α) der Strahlen vor dem Wiederanhaften zwischen 3 und 12°, vorzugsweise zwischen 6 und 9°.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der ersten Entspannungsstufe von einem Schieber, einer Schikane oder irgendeinem anderen Mittel zum Behindern der Strömung gebildet ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen- oder Übergangskammer (3) eine Höhe(e), d. h. einen die erste Entspannungsstufe (1) von der zweiten Stufe (2) trennenden Abstand aufweist, der geringer als der Durchmesser (d1) der Öffnung der die erste Entspannungsstufe bildenden Drosselscheibe ist, vorzugsweise gleich der Hälfte dieses Durchmessers.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Stufe bildende Drosselscheibe eine einzige, zentrale Öffnung aufweist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Stufe bildende Drosselscheibe eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die mit gleichen Abständen vom Mittelpunkt der Drosselscheibe angeordnet sind.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser (d1) der Öffnung der ersten Entspannungsstufe, oder der äquivalenten Öffnung, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen aufweist, zwischen dem 1,6fachen und dem 1,1fachen des Durchmessers der Öffnung der zweiten Entspannungsstufe oder der äquivalenten Öffnung liegt, wenn diese Stufe mehrere Öffnungen aufweist.
Düse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Entspannungsstufe (2) eine abrupte Querschnittserweiterung aufweist, wobei der Auslasswinkel der Öffnung(e)n der sie bildenden Membran ein flacher Winkel (180°) ist oder zwischen 90° und 270° liegt.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassrohr (4) in einer Enderweiterung in Trompetenform (5) endet.