DE69308266T2 - Vorrichtung zum Lösen von Gas in Flüssigkeit einschliesslich eines unter Druck im Seitenstrang arbeitenden Blasenkontaktreaktors - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln verunreinigter Flüssigkeit, und im speziellen auf eine Vorrichtung, die einen Wirbelschichtreaktor und eine Vorrichtung zum Lösen eines aases, wie z.B. Sauerstoff, in der Flüssigkeit, die in den Reaktor eingeleitet wird, umfaßt.
Bezug auf den Stand der Technik
• In vielen Verfahren ist es wünschenswert, Gase in Flüssigkeiten zu lösen. In einem solchen Verfahren ist eine Vorrichtung zum Lösen von Sauerstoff in Wasser in einem Wasserbehandlungssystem zum Beseitigen von Brennstoffbestandteilen aus dem Wasser, das damit verunreinigt ist, eingesetzt. Die Vorrichtung zum Lösen von Sauerstoff in Wasser oder "Sauerstoffanreicherer", umfaßt einen Blasenkontaktreaktor, in welchen Sauerstoff und ein Strom verschmutztes Wassers eingeleitet werden, um den Sauerstoff in dem Wasser zu lösen. Als Schutz gegen den Aufbau einer möglichen brennbaren Mischung von Brennstoffbestandteilen und gasförmigen Sauerstoff, ist der Blasenkontaktreaktor mit Hilfseinrichtungen versehen. Diese Einrichtungen umfassen Rückführungseinrichtungen, die einen Reaktorkreislauf umfassen, um nicht gelösten Sauerstoff rückzuführen, und einen Lüftungskreislauf umfassen, um nicht gelöstes Gas zu reinigen, das im überschuß von dem Gas, welches die Rückführungseinrichtung aufnehmen kann, steht. Das gelüftete Gas kann bedeutende Mengen an Sauerstoff beinhalten, welcher teuer herzustellen ist. Nach der "Sauerstoffanreicherung" wird das verschmutzte Wasser biologisch behandelt in einem Wirbelschichtreaktor, in welchem das Wasser durch eine Schicht aus Festkörperteilchen durchgeleitet wird, die als ein Substrat für Mikroorganismen dienen. Die Mikroorganismen verzehren unter eroben Bedingungen die Brennstoffbestandteile in dem Wasser. Die Grundlagen der Funktionsweise eines biologischen Wirbelschichtreaktors sind in den folgenden US-Patenten beschrieben: Patent-Nr. 4 202 7741 erteilt am 13.05.1986 für Kos; Patent-Nr. 4 009 098, 4 009 099 und 4 009 105, alle erteilt am 22.02.1977 für Jeris; und Patent-Nr. 3 956 129, erteilt am 11.05.1976, und Patent-Nr. 3 846 289 ertefit am 05.11.1974, beide für Jeris et al.
• Ein weiteres Beispiel für die Verwendung eines Sauerstoffsanreicherers ist in dem US-Patent mit der Nummer 4 477 393, erteilt am 16.10.1985 für Kos, beschrieben. Dieser Sauerstoffanreicherer ist in einem Behandlungsverfahren zum Denitrifizieren von Schmutzwasser eingesetzt. Um Wasser unter Druck zu setzen, um den Durchsatz und den Umfang des Sauerstofflösens zu erhöhen, ist der Sauerstoffanreicherer unterhalb des Bodens installiert, unter einem hydrostatischen Kopf.
• Weitere Beispiele von Vorrichtungen zum Lösen von Gas in Flüssigkeiten sind in den US-Patenten mit der Nummer 4 466 928, erteilt am 21.08.1984 für Kos, und in dem US-Patent mit der Nummer 3 926 588, erteilt am 16.12.1974 für Speece, beschrieben. Das Speece-Patent offenbart ein unter Druck stehendes öbertragungssystem zum Lösen von Sauerstoff in Wasser. Das Speece- Gasübertragungssystem umfaßt parallele Rohrkreisläufe durch welche Wasser wechselweise in einen konisch geformten Blasenkontaktreaktor gepumpt wird. Gasbiasen, die Sauerstoff enthalten, werden in den Blasenkontaktreaktor eingeleitet, um das Wasser mit Sauerstoff anzureichern.
• In Anordnungen aus dem Stand der Technik wird die gesamte Flüssigkeit, welche behandelt werden soll, erst durch einen Sauerstoffanreicherer durchgeleitet, und der Sauerstoffanreicherer und zugehorige Ausrüstung weisen entsprechende Größe auf, um große Strömungsdurchsätze zu bewältigen.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung stellt eine verbesserte Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung bereit, die ausgebildet ist, um effizient und ökonomisch Schmutzwasser zu behandeln. Während eine Flüssigkeitbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden könnte, um verschiedene industrielle oder kommunale Schmutzabwässer zu behandeln, wird in einem Ausführungsbeispiel die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung verwendet, um mögliche brennbare Verunreinigungen von einer Flüssigkeit zu beseitigen und um die Zündmöglichkeit der Verunreinigung durch Begrenzen der Möglichkeit, daß sich diese Verunreinigung mit gasförmigen Sauerstoff verbindet, zu reduzieren. Die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung umfaßt einen Wirbelstromreaktor und eine Vorrichtung zum Lösen von Gas in Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung einen unter Druck stehenden Blasenkontaktreaktor umfaßt, der in einem Seitenstrang angeordnet ist, der reduzierte Mengen von brennbaren Verunreinigungen enthält. Die Vorrichtung zum Gaslösen wird betrieben, um Seitenstrangflüssigkeit mit einem hohen Gehalt an gelösten Gas mit der verunreinigten Flüssigkeit zu mischen, die einen niedrigeren Gehalt an gelösten Gas enthält, um dabei eine Flüssigkeit zu erzeugen, die dem Wirbelstromreaktor zugeführt wird, wobei diese Flüssigkeit einen mittleren Gehalt an gelösten Gas aufweist, der ausreichend ist, um die biologische Tätigkeit in dem Reaktor zu unterstützen.
• Im speziellen stellt die Erfindung eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung zum Beseitigen möglicher brennbarer Substanzen, wie z.B. Brennstoffbestandteile, aus verschmutztem Wasser bereit. Die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung umfaßt einen biologischen Fluidbettreaktor, der von einer Hauptleitung mit verschmutztem Wasser versorgt wird und der das Wasser unter eroben Bedingungen behandelt, bevor dieses als behandeltes Abwasser, das eine beträchtlich reduzierte Konzentration an Verunreinigungen aufweist, ausgestoßen wird. Die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung umfaßt ebenso eine Gaslösevorrichtung zum Bereitstellen von gelöstem Sauerstoff in dem Wasser, das zu dem Reaktor durch die Hauptleitung fließt. Die Gaslösevorrichtung umfaßt einen Blasenkontaktreaktor in einer Rückführleitung, die behandeltes Abwasser aus dem Reaktor entfernt. Dieses behandelte Abwasser wird in dem Blasenkontaktreaktor mit Sauerstoff angereichert, und diese mit Sauerstoff versehene Flüssigkeit wird dann mit dem Wasser in der Hauptleitung stromaufwärts des Reaktors gemischt, um das Wasser mit ausreichender Menge an gelösten Sauerstoff zu versorgen, um die biologische Tätigkeit im Reaktor in Gang zu halten. Durch das Anordnen des Blasenkontaktreaktors in einem Seitenstrang (z.B. dem Rückführstrang), um die Flüssigkeit, die eine reduzierte Konzentration von möglichen brennbaren Verunreinigungen (z.B. das behandelte Reaktorabwasser) aufweist, mit Sauerstoff anzureichern, wird die Möglichkeit des Entstehens einer brennbaren Mischung aus Verunreinigungen und Sauerstoff in dem Blasenkontaktreaktor reduziert.
• Die Gaslösevorrichtung umfaßt eine Pumpe, um den Blasenkontaktreaktor unter Druck zu setzen. Durch Bereitstellen eines unter Druck stehenden Blasenkontaktreaktors wird die Löslichkeit des Sauerstoffs erhöht, so daß im wesentlichen 100% des Sauerstoffs, der durch den Sauerstoffanreicherer eingeleitet wird, gelöst wird. Eine vollständige Sauerstofflösung beseitigt die Notwendigkeit für eine Gasrückführungseinrichtung. Zusätzlich kann durch Unterdrucksetzen des Blasenkontaktreaktors ein höherer gelöster Sauerstoffanteil in dem rückgeführten Abwasser bereitgestellt werden, so daß der Strömungsdurchsatz der Flüssigkeit reduziert werden kann. Dieses resultiert in verringerter Größe und verringerten Kosten für die Gaslösevorrichtung relativ zu Vorrichtungen im Stand der Technik.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann ersichtlich werden aufgrund der vorliegenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die teilweise geschnitten ist, einer Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung, die eine Gaslösevorrichtung zum Losen von Gas in einer Flüssigkeit umfaßt.
• Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene, vergrößerte Vorderansicht eines Teils der Gaslösevorrichtung, die in Figur 1 gezeigt ist.
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des Blasenkontaktreaktors, der in Figur 2 als Teil der Gaslösevorrichtung gezeigt ist.
• Fig. 4 ist eine vergrößerte, perspektivische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Bereichs der Gaslösevorrichtung, die in Figur 1 gezeigt ist und eine Mischvorrichtung zeigt, die an der Verbindungsstelle zwischen der Hauptleitung und der Rückführlei tung angeordnet ist.
• Fig. 5 ist eine Ansicht der Mischvorrichtung, entlang der Linie 5-5 in Figur 4 geschnitten.
• Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der Mischvorrichtung, die in Figur 4 gezeigt ist.
• Bevor ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail erklärt wird, soll es verstanden sein, daß die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnung der Bauteile beschränkt ist, wie in der folgenden Beschreibung oder wie in den Zeichnungen gezeigt ist. Die Erfindung umfaßt andere Ausführungsbeispiele und kann auf verschiedene Weise praktiziert oder durchgeführt werden. Ebenso soll es verstanden sein, daß die Ausdrucksweise und Terminologie, die zum Zwecke der Beschreibung hierin verwendet wurde, nicht als Beschränkung angesehen werden sollte.
Allgemeine Beschreibung
• In Figur 1 ist eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Während die Behandlungsvorrichtung 10 für andere Anwendungen verwendet werden kann, wird die Behandlungsvorrichtung 10 in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet, um mögliche brennbare Verunreinigungen, die Brennstoffbestandteile umfassen, aus Grundwasser zu beseitigen, das durch Quellen, wie z.B. Raffinerien, lecke Untergrundbrennstofflagertanks und ähnlichen vergiftet ist. Die Brennstoffbestandteile können z.B. Benzol, Tuluol, Ethylbenzol, Zylol (BTEXS) und andere Kohlenwasserstoffzusammensetzungen umfassen.
• Um das Säubern von Brennstoffausläufen verschiedener Größenordnungen durchzuführen, kann die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 verschieden groß ausgeführt sein. z.B. kann die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 als in sich geschlossene Einheit konstruiert sein, die auf Kufen (nicht gezeigt) oder anderen Abstützungen montiert ist, um den Transport der Einheit zu verschiedenen Orten durchzuführen. Alternativ, wenn gewünscht, kann die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 als Teil einer großen permanenten Installation zum Behandeln eines großen Auslauf 5 konstruiert sein. Darüber hinaus kann die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 in Serie oder parallel mit ähnlichen Vorrichtungen oder anderen Systemen, abhängig von den Behandlungserfordernissen, verwendet werden.
• Die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 umfaßt ein Flüssigkeitsbearbeitungs- oder behandlungsgerät, welches in der gezeigten Anordnung ein biologischer Wirbelschichtreaktor 12 und eine Hauptzuführlinie oder -leitung 14 zum Zuführen von zu behandelndem Wasser zu dem Reaktor 12 umfaßt. Der Reaktor 12 umfaßt einen Reaktortank 16, der eine Behandlungskammer 18 umgrenzt und einen Einlaß 20, der mit der Hauptleitung 14 verbunden ist, und einen Auslaß 22 umfaßt. Der Reaktor 12 umfaßt einen Stromverteiler 24 an der Basis des Reaktortanks 16 und ein Verteilerelement 26, das mit dem Einlaß 20 in Verbindung steht. Das Verteilerelement 26 ist aufgesplittet in eine Mehrzahl von Düsen zum Zuführen des zu behandelnden Wassers in die Behandlungskammer 18. Zum Dekontaminieren des Wassers, das durch den Reaktortank 16 fließt, umfaßt der Reaktor 12 ein Bett 34, das Festkörperteilchen, vorzugsweise granulierte Aktivkohle oder Sand, und Mikroorganismen umfaßt, die auf den Festkörperteilchen aufsitzen. Unter eroben Bedingungen verdauen die Mikroorganismen Brennstoffbestandteile, um weniger schädliche Beiprodukte, einschließlich Schaumwachstum zu erzeugen. Um übermäßiges Schaumwachstum zu beseitigen, ist der Reaktor mit einem Kontrollsystem 36 für übermäßiges Wachstum versehen. Beispiele von geeigneten Kontrollsystemen für übermäßiges Wachstum sind in den US-Patent mit der Nummer 4 177 144, das am 04.12.1979 für Hickey et al erteilt wurde, und dem US-Patent mit der Nummer 4 250 033, das am 10.02.1981 ebenso für Hickey erteilt wurde, beschrieben.
• Die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 umfaßt Einrichtungen zum Einbringen eines gelösten Gases in Wasser in der Hauptleitung 14. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird gelöster Sauerstoff bereitgestellt, um die biologische Tätigkeit in dem Reaktor zu unterstützen, und die Einrichtungen zum Bereitstellen des gelösten Sauerstoffs umfassen eine Flüssigkeitsquelle, die bevorzugt eine minimale Menge von brennbaren Verunreinigungen beinhaltet, und eine Gaslösevorrichtung 38. Während verschiedene Flüssigkeitsquellen, wie z.B. kommunale Wasserversorgung, verwendet werden können, dient in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das behandelte Abwasser des Reaktors 12 als Flüssigkeitsquelle und die Gaslösevorrichtung 38 umfaßt eine Rückführleitung 40, die mit dem Auslaß 22 zum Liefern rückgeführten Abwassers zu der Gaslösevorrichtung 38 verbunden ist. Das behandelte Abwasser weist eine Konzentration von brennbaren Verunreinigungen (z.B. Brennstoffbestandteile) auf, welche in einer Größenordnung oder niedriger ist, als die Konzentration der Verunreinigungen in dem Wasser, das in den Reaktor 12 eintritt. Eine optionale überlaufleitung 42, die normalerweise keinen Netzstrom führt, ist ebenso bereitgestellt.
• Die Gaslösevorrichtung 38 umfaßt ebenso Einrichtungen zum Lösen von Sauerstoff in dem behandelten Abwasser, das durch die Rückführleitung 40 fließt, bevor die Flüssigkeit mit dem Wasser in der Hauptleitung 14 gemischt wird. Während verschiedene Einrichtungen zum Lösen von Sauerstoff in dem behandelten Abwasser bereitgestellt werden können, umfassen solche Einrichtungen in der dargestellten Anordnung einen Sauerstoffanreicherer 44, der in der Rücklaufleitung 40 zwischen dem Reaktor 12 und der Hauptleitung 14 angeordnet ist. Der Sauerstoffanreicherer 44 umfaßt ein Mischgefäß oder einen Blasenkontaktreaktor 46, der eine Gas/Flüssigkeits oder Blasenkontaktkammer 48 (Figur 3) umgibt. Wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt der Blasenkontaktreaktor 46 einen kegelstumpfförmigen Bereich 50, welcher nach unten in einen vergrößerten unteren Bereich 52 auseinanderläuft. Der Blasenkontaktreaktor 46 umfaßt ebenso ein rohrförmiges Übergangselement 54, das zwischen dem oberen Ende des Bereichs 50 und der Rückführleitung 40 angebracht ist. In einer bevorzugten Form der Erfindung umfaßt das rohrförmige übergangselement 54 ein oberes Ende 55, das mit der Rückführleitung 40 verbunden ist und einen Durchmesser aufweist&sub1; der im wesentlichen dem der Leitung 40 entspricht. Das rohrförmige übergangselement 54 umfaßt weiter einen unteren Bereich 57, der mit dem oberen Ende des kegelstumpfformigen Bereichs 50 verbunden ist und einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist, als der Innendurchmesser des oberen Endes des kegelstumpfförmigen Bereichs 50 und größer ist, als der Innendurchmesser der Rückführleitung 40. Das obere Ende 55 und der untere Bereich 57 sind durch einen konischen Bereich 59 des übergangselementes 54 verbunden. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die in den Blasenkontaktreaktor von der Rückführleitung 40 fließt, wird reduziert werden, wenn die Flüssigkeit in das übergangselement 54 eintritt, und wird nochmals reduziert werden, wenn sie in das obere Ende des kegelstumpfförmigen Bereiches fließt. Durch Bereitstellen des rohrförmigen übergangselementes 54 kann die Länge des kegelstumpfförmigen Bereiches reduziert werden.
• Um verschiedene Wartungs-, Beobachtungs- und Steuervorgänge zu erm"glichen, ist der Blasenkontaktreaktor 46 mit mehreren Anschlüssen versehen. Diese Anschlüsse umfassen Beobachtungsanschlüsse 56, durch welche Wasserproben über Ventile (nicht gezeigt), die mit dem Anschluß 56 verbunden sind, entnommen werden konnen, einen Wasserfüllanschluß 58, einen Auslaßanschluß 60, der mit der Rückführleitung 40 verbunden ist, einen Sicherheitsanschluß 62, an welchen ein Sicherheitsventil 64 montiert ist, und eine Einstiegsöffnung 66. Aus Gründen, die weiter unten noch vollständig erklärt werden, sind zusätzliche Anschlüsse 68, 70, 72, 74 und 76 ebenso bereitgestellt.
• Der Sauerstoffanreicherer 44 umfaßt ebenso Einrichtungen zum Einleiten von Gas in den Blasenkontaktreaktor 46. Während verschiedene Gaseinleitungseinrichtungen eingesetzt werden können, umfassen solche Einrichtungen in der gezeigten Anordnung eine Gasquelle 78 (Figur 1), die mit dem Anschluß 72 verbunden ist, um mit Sauerstoff angereichertes Gas unter Druck zu der Kontaktkammer 48 zu leiten.
• Um den gelösten Sauerstoffgehalt des behandelten Abwassers, das in die Hauptleitung 14 eintritt, zu erhöhen, umfaßt die Gaslösevorrichtung 38 Einrichtungen zum Unterdrucksetzen des Blasenkontaktreaktors 46. Während verschiedene Druckeinrichtungen eingesetzt werden können, umfassen solche Einrichtungen in der gezeigten Anordnung eine Pumpe 80, die in der Rückführleitung 40 zwischen dem Blasenkontaktreaktor 46 und dem Reaktor 12 angeordnet sind.
• Die Gaslösevorrichtung 38 ist ebenso mit Einrichtungen zum Abblasen von Gas aus dem Blasenkontaktreaktor 46 versehen. Während verschiedene Lüftungseinrichtungen eingesetzt werden können, umfassen diese Lüftungseinrichtungen in der gezeigten Anordnung eine obere Lüftungseinrichtung 82. Die obere Lüftungseinrichtung 82 wird betrieben, um zeitweise Gas von dem oberen Teil der Kontaktkammer 48 abzublasen, wenn sich eine Gasblase von nennenswerter Größe entwickelt hat. Die obere Gaslüftungsvorrichtung 82 verbleibt zu allen anderen Zeiten geschlossen, um die Verluste von nicht gelöstem Sauerstoff zu minimieren. Solch eine Gasblase könnte z.B. aus der Ansammlung und Koaleszenz von Gasblasen resultieren, die von Gasen wie Stickstoff abstammen können, der sich aus dem behandelten Abwasser während des Sauerstoffanreicherungsvorgangs herauslöst. Zusätzlich kann die Gasblase mögliche zurückbleibende Brennstoffbestandteile aus dem behandelten Abwasser während der Sauerstoffanreicherung herauslösen. Durch Lüften des Blasenkontaktreaktors 46 wird, wenn eine Gasblase sich entwickelt, das Ausbilden einer Mischung aus ungelöstem Sauerstoff und herausgelösten Brennstoffbestandteilen, die ausreichend sind, um ein selbst minimales Risiko einer Zündung innerhalb des Blasenkontaktreaktors 46 darzustellen, reduziert. Wie der Reaktor 12 ist der Blasenkontaktreaktor 46 elektrisch geerdet.
• Wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt die obere Lüftungsvorrichtung 82 ein Luftablaßventil 84, das bevorzugterweise ein Schwebekörperventil ist, wie solche, die durch Val-Matic Valve and Manufacturing Corp., Elmhurst, Illinois hergestellt werden. Die obere Lüftungsvorrichtung 82 umfaßt ebenso Leitungen 86 und 88, die den oberen Teil und unteren Teil des Ventils 84 mit dem Anschluß 68 und 70 entsprechend verbinden und eine Leitung 90 umfassen, die das Ventil 84 mit einer Lüftungsleitung 92 verbindet. Wenn eine Gasblase ausreichender Größe entstanden ist, um die Abwärtsfließgeschwindigkeit zu überwinden, und Turbulenzen in der Kontaktkammer 48 nach oben zu dem oberen Teil der Kontaktkammer 48 aufsteigen, wird das Ventil 84 öffnen, um die Gasblase durch die Lüftungsleitung 92 abzulassen.
• Während der Betrieb des rohrförmigen übergangbereichs 54 nicht vollständig in seiner Funktionsweise verstanden ist, erscheint es im Falle, daß Blasen in dem Blasenkontaktreaktor zu koalieren beginnen, daß eine freie Gasblase dazu tendiert, sich in dem oberen Bereich des rohrförmigen übergangsbereichelementes 54 zu formen, um dabei das Lüften von Gas aus dem Blasenkontaktreaktor durch die Gaslüftung 82 auszulösen, wodurch der effiziente Betrieb des Blasenkontaktreaktors fortgesetzt werden kann.
• Die Lüf tungseinrichtungen umfassen ebenso eine untere Lüftungsvorrichtung 94, die ein Luftablaßventil 96 umfaßt, das bevorzugterweise identisch zu dem Ventil 84 ist. Die untere Lüftungsvorrichtung 94 umfaßt ebenso Leitungen 98 und 100, die den oberen und unteren Teil des Ventils 96 mit den Anschlüssen 74 und 76 entsprechend verbinden, und umfaßt eine Leitung 102, die das Ventil 96 mit der Lüftungsleitung 92 verbindet. Wie das obere Ventil 84 öffnet das untere Ventil 96, um das System nur zu lüften, wenn eine Konzentration von nicht gelösten Gasblasen ausreichend in dem unteren Bereich des Blasenkontaktreaktors 46 vorhanden ist, um den Schwebekörpermechanismus in dem Ventil 96 zu aktivieren. Das Ventil 96 verbleibt zu anderen Zeiten geschlossen. Durch Verhindern des Entweichens von Gasblasen aus dem Blasenkontaktreaktor 46 werden diese Blasen daran gehindert, den Reaktor 12 zu erreichen, wo sie die Reaktorleistung verschlechtern können. Einrichtungen zum Unterstützen der oberen und unteren Lüftungsvorrichtung 82 und 94 sind bereitgestellt. Während verschiedene Unterstützungseinrichtungen eingesetzt werden können, umfassen die Unterstützungseinrichtungen in der dargestellten Anordnung einen vertikalen Kanal 104 und mehrere Stützelemente 106, die den Kanal 104 an dem Blasenkontaktreaktor 46 tragen. Flansche 108 sind bereitgestellt, um die Ventile 84 und 96 an dem Kanal 104 anzubringen.
• Die Gaslösevorrichtung 38 umfaßt ebenso Einrichtungen zum Mischen des unter Druck stehenden und mit Sauerstoff versehenen, behandelten Abwassers in der Rückführleitung 40 mit dem unter relativ niedrigen Druck stehenden Wasser in der Hauptleitung 14. Wie in Figur 1 gezeigt, umfassen die Mischeinrichtungen eine Mischvorrichtung 110, die an der Verbindung der Rücklaufleitung 40 und der Hauptleitung 14 (Figur 1) angeordnet ist.
• Bezugnehmend auf Figur 4 ist zu erkennen, daß die Mischvorrichtung 110 ein Rohrelement 112 umfaßt, das mit einem Bereich der Hauptleitung 14 verbunden ist. Das Rohrelement 112 umfaßt einen zwischengefügten Ellbogen und gerade Rohrabschnitte 114 und 116, die eine Mischkammer 118 umgrenzen, die einen Bereich des Strömungsdurchgangs formen, der durch die Hauptleitung 14 umgrenzt ist. Der Rohrabschnitt 116 umfaßt eine Innendurchmesseroberfläche 120 und eine Längsachse 122.
• Die Mischvorrichtung 110 umfaßt ebenso Einrichtungen zum Einleiten des rückgeführten, behandelten Abwassers in das Wasser in der Hauptleitung 14. In dem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Zeichnungen dargestellt ist, umfassen die Einrichtungen zum Einführen des rückgeführten, behandelten Abwassers ein längliches, rohrförmiges Sondenelement 124, das ein Ausgangsende der Rückführleitung 40 formt und in die Mischkammer 118 hineinragt. Um das Sondenelement 124 abzustützen, ist der Ellbogenbereich 114 mit einem nach außen sich erstrekkenden, hohlen Stutzenelement 126 versehen, was sich koaxial zum Rohrabschnitt 116 erstreckt. Das Sondenelement 124 umfaßt ein Paar von voneinander beabstandeten Flanschen 128 und 130 an einem Ende, um das Anbringen der Sondenelemente 124 zu der Rückführleitung 40 und zu dem Stutzenelement 126 entsprechend durchzuführen. Das Sondenelement 118 umfaßt ebenso eine zylindrische Wand 132, die radial nach innen beabstandet ist von und entgegengesetzt zur inneren Durchmesseroberfläche 120 des Rohrabschnitts 116 angeordnet ist.
• Um schnelles, turbulentes Mischen der beiden Flüssigkeiten durchzuführen, um das Entweichen von gelöstem Sauerstoff zu minimieren, ist das Sondenelement 124 mit Einrichtungen zum Leiten des mit Sauerstoff versehenen, rückgeführten Abwassers in die Mischkammer 118 in Form von mehreren Flüssigkeits-"Strahlen" versehen. Während verschiedene Richtungseinrichtungen eingesetzt werden können, umfassen solche Einrichtungen in der dargestellten Anordnung mehrere öffnungen 134 (Figur 5), die in der zylindrischen Wand 132 des Sondenelementes 118 zum Ausstoßen des rückgeführten Abwassers, das durch die Pumpe 80 unter Druck gesetzt ist, bereitzustellen. Die "Strahlen" des rückgeführten Abwassers stellen eine große Oberfläche für das unbehandelte Wasser, das durch die Hauptleitung 14 fließt, dar, um das Mischen der Flüssigkeiten und den übergang von gelöstem Sauerstoff zu dem unbehandelten Wasser zu verbessern. Um die Turbulenzen zu verbessern und somit schnelles Mischen zu unterstützen, umfaßt jede öffnung 134 eine Achse 136 (Figur 6), die rechtwinklig zu der Achse 122 sich erstreckt, so daß die "Strahlen" rechtwinklig zur Richtung der Strömung in die Mischkammer 118 eingeleitet werden. Jede öffnung 134 weist bevorzugt einen Durchmesser von einem viertel inch auf und leitet behandeltes Abwasser mit einem Durchsatz von ungefähr 8 gpm in die Mischkammer 118 ein, wenn der Blasenkontaktreaktor 46 bei ungefähr 40 psig betrieben wird.
• Um des weiteren das Entweichen von Gas oder Entstehen von Gasblasen zu beschränken, wenn die zwei Flüssigkeiten gemischt werden, sind Einrichtungen zum Verwirbeln des rückgeführten Abwassers über den gesamten Querschnitt der Mischkammer 118 bereitgestellt. Während verschiedene Verwirbelungseinrichtungen eingesetzt werden können, sind die Öffnungen 134 in der dargestellten Anordnung in axial voneinander beabstandeten Reihen und ungefähr gleichmäßig verteilt über den Umfang des Sondenelementes 118 angeordnet, um gleichmäßig das rückgeführte Abwasser auszustoßen.
• Die Mischvorrichtung 110 ist ebenso mit Einrichtungen zum Halten des Sondenelementes 124 koaxial zu dem Rohrbereich 116, um die "Strahlen" vom übermäßigen Einwirken auf die Innendurchmesserfläche 120 des Rohrbereichs 116 zu hindern. Während verschiedene Einrichtungen zum koaxialen Halten des Sondenelementes 124 eingesetzt werden können, umfaßt solch eine Einrichtung in der dargestellten Anordnung mehrere am Umfang angeordnete und radial nach innen sich erstreckende Außrichtflügel 138 auf dem Rohrabschnitt 116 (Figur 5). Im Betrieb wird die Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung 10 mit verunreinigtem Wasser versorgt, das relativ kleine Mengen an gelöstem Sauerstoff enthält. Dieses Wasser wird durch die Hauptleitung 14 zu dem Reaktor 12 zur Behandlung gepumpt. Vor dem Eintritt in den Reaktor 12, wird das Wasser mit gelöstem Sauerstoff versehen. Dies wird durchgeführt durch Rückführen eines Teils des behandelten Abwassers, das von dem Reaktor 12 ausgestoßen wird, und Pumpen der rückgeführten Flüssigkeit durch den Sauerstoffanreicherer 44 bevor es in die Hauptleitung 14 zurückgeführt wird. Insbesondere wird ein Teil des behandelten Abwassers von dem Auslaß 22 des Reaktors 12 entnommen und durch die Rückführleitung 40 und dem Blasenkontaktreaktor 46 gepumpt. Sauerstoff enthaltenes Gas von der Gasquelle 78 wird in den Blasenkontaktreaktor 46 eingeleitet, um das rückgeführte Abwasser mit einem erhöhten Gehalt an gelösten Sauerstoff zu versehen. Das mit Sauerstoff angereicherte Abwasser aus dem Blasenkontaktreaktor 46 wird dann in das sauerstoffarme, unbehandelte Wasser in der Hauptleitung 14 durch die Mischvorrichtung 110 eingeleitet, um einen Strom mit einem mittleren Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu formen, der ausreichend ist, die Mikroorganismen in dem Bett 34 zu ernähren. Dieses Wasser wird dann zu dem Reaktor 12 geführt, wo es behandelt wird, um die meisten oder alle der Brennstoffbestandteile aus diesem zu beseitigen, bevor es von dem Reaktor 12 ausgestoßen wird. Das behandelte Abwasser, das nicht rückgeführt wird, kann an einem oder anderen nachfolgenden Behandlungen ausgesetzt werden, wie dies gewünscht ist.
• In einer Anwendung wird z.B. behandeltes Abwasser von dem Reaktor 12 durch die Rückführleitung 40 in einem Strömungsdurchsatz von 1590 l/min (420 gpm) entnommen und der Druck, der in dem Blasenkontaktreaktor 46 durch die Pumpe 80 erzeugt wird, wird auf ungefähr 0,276 mPa (40 psig) gehalten. Ausreichend Sauerstoff wird in den Blasenkontaktreaktor 46 eingeleitet, um einen Gehalt an gelösten Sauerstoff in dem rückgeführten Abwasser von ungefähr 88 mg/l zu erhalten, und die Pumpe 80 und die Gasquelle 78 sind eingestellt, um einen Strömungsdurchsatz von rückgeführtem Abwasser bereitzustellen, in welchem im wesentlichen der gesamte Sauerstoff, der durch die Quelle 82 eingeleitet wurde, gelöst ist. Das unbehandelte Wasser in der Hauptleitung 14 weist im wesentlichen keinen gelösten Sauerstoff auf und wird durch die Hauptleitung 14 in einem Strömungsdurchsatz von ungefähr 6738 l/min (1780 gpm) und einem Druck von ungefähr 0,069-0,103 mPa (10-15 psig) gepumpt. Der resultierende Strom, der durch Mischen des rückgeführten Abwassers mit dem verunreinigten Wasser in der Hauptleitung 14 geformt wird, weist einen Strömungsdurchsatz von ungefähr 8327 l/min (2200 gpm) und einen gelösten Sauerstoffgehalt von 70 mg/l auf.
• Vorteilhafterweise ist der Sauerstoffanreicherer 44 in einem Seitenstrang (z.B. der Rückführleitung 40) angeordnet, um relativ verunreinigungsarmes Wasser mit Sauerstoff anzureichern (z.B. das behandelte Reaktorabwasser). Durch Aussetzen des relativ verunreinigungsfreien Wassers einer Sauerstoffanreicherung in dem Blasenkontaktreaktor 46 wird das Risiko des Entstehens einer brennbaren Mischung von Verunreinigungsstoffen und Sauerstoff und der möglichen Gefahr einer Zündung, die daraus resultiert, reduziert im Vergleich zu Anordnungen aus dem Stand der Technik, in welchen mit Verunreinigungen behaftetes Wasser durch den Sauerstoffanreicherer durchgeleitet wird. Zusätzlich wird der Blasenkontaktreaktor 46 unter Druck gesetzt durch die Pumpe 80, um die Sauerstofflöslichkeit zu erhöhen, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu lösen, der in den Blasenkontaktreaktor 46 eingeleitet wurde, um dabei den gelösten Sauerstoffgehalt des behandelten Abwassers zu erhöhen, der in die Hauptleitung 14 eingeleitet wird. Durch Bereitstellen einer im wesentlichen vollständigen Sauerstoff lösung wird die Gasrückführeinrichtung, die in Anordnung im Stand der Technik benotigt wird, überflüssig. Die Verschwendung von ungelöstem Sauerstoff durch die Lüftung wird weitgehenst reduziert, und die Gefahr einer Zündung in dem System ist weiter reduziert durch das Fehlen von gasförmigen Sauerstoff, der zum Verbinden mit den Brennstoffbestandteilen vorhanden ist. Ebenso sind durch Erreichen eines höheren gelösten Sauerstoffgehaltes niedrigere Strömungsdurchsätze von rückgeführtem Reaktorabwasser notwendig, um ausreichend gelösten Sauerstoff dem unbehandelten Wasser in der Hauptleitung 14 zuzuführen. Somit sind die Größe des Sauerstoffanreicherers 44 und die Pumpenerfordernisse des Systems relativ zu Anordnungen im Stand der Technik reduziert, in welchen das gesamte zu behandelnde Wasser durch den Blasenkontaktreaktor zur Sauerstoffanreicherung hindurchgeleitet wird.
• Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen wiedergegeben.

Claims (4)

1. Flüssigkeitsbehandlungsgerät (10) mit:

einem Wirbelschichtreaktor (12), der einen Reaktortank (16) umfaßt, wobei der Reaktortank (16) einen Einlaß (20) zum Aufnehmen von flüssigem Abwasser und einen Auslaß (22) über dem Einlaß (20) zum Abführen behandelten Abwassers und ein Mediumbett (34) in dem Reaktortank (16) zum Behandeln der Flüssigkeit, die zwischen dem Einlaß (20) und dem Auslaß (22) fließt, aufweist, wobei die Flüssigkeit nach oben zum Fluidisieren des Mediumbetts (34) fließt,

einer ersten Leitung (14), die mit dem Einlaß (20) des Reaktortanks (16) zum Liefern des flüssigen Abwassers zu dem Reaktortank (16) verbunden ist, wobei das flüssige Abwasser eine Konzentration von Verunreinigungen und einen gelösten Gasanteil aufweist,

eine zweite Leitung (40), die mit der ersten Leitung (14) verbunden ist, liefert eine zweite Flüssigkeit zu der ersten Leitung (14), wobei die zweite Flüssigkeit eine reduzierte Konzentration von Verunreinigungen relativ zur ersten Flüssigkeit aufweist,

einem Gefäß (44), das mit einer zweiten Leitung (40) derart verbunden ist, daß die zweite Flüssigkeit, die durch die zweite Leitung (40) fließt, durch das Gefäß (44) fließt, und

Einrichtungen, die mit dem Gefäß (44) zum Einbringen von Gas in die zweite Flüssigkeit in dem Gefäß (44) verbunden sind, um die zweite Flüssigkeit mit einem gelösten Gasgehalt zu versehen, der höher ist als der gelöste Gasgehalt der ersten Flüssigkeit, so daß der gelöste Gasgehalt der ersten Flüssigkeit erhöht ist, wenn die zweite Flüssigkeit zu der ersten Leitung (14) geliefert wird.

2. Flüssigkeitsbehandlungsgerät (10) nach Anspruch 1, worin die zweite Leitung (40) eine Rückführleitung ist, die zwischen dem Auslaß (22) des Reaktortanks (16) und der ersten Leitung (14) verbunden ist, wobei das Gefäß (44) zwischen dem Auslaß (22) des Reaktortanks (22) und der ersten Leitung (22) angeordnet ist, und wobei die Flüssigkeit das behandelte Abwasser von dem Auslaß (22) des Reaktortanks (16) ist.

3. Flüssigkeitsbehandlungsgerät (10) nach Anspruch 2, worin das Gefäß (44) ein unter Druck stehender Blasenkontaktreaktor ist, und worin das Flüssigkeitsbehandlungsgerät (10) weiter eine Einrichtung zum Druckaufbringen auf die Flüssigkeit in dem unter Druck stehenden Blasenkontaktreaktor umfaßt, wobei die Einrichtung zum Druckaufbringen eine Pumpe (80) umfaßt, die in der zweiten Leitung (40) zwischen Auslaß (22) des Reaktortanks (16) und dem Gefäß (44) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsbehandlungsgerät (10) nach Anspruch 3, worin die erste und zweite Leitung (14, 40) durch Einrichtungen (110) zum Einleiten des behandelten Abwassers von der zweiten Leitung (40) in die erste Leitung (14) verbunden sind, um das Entweichen von gelöstem Gas zu minimieren, wenn das behandelte Abwasser und das flüssige Abwasser gemischt werden.