NO781958L

NO781958L - APPLIANCE FOR GAS TREATMENT OF LIQUIDS.

Info

Publication number: NO781958L
Application number: NO781958A
Authority: NO
Inventors: John James Todd
Original assignee: Venturator Ltd
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2758923A1; ES465780A1; CH619200A5; IT1089255B; BE862466A; GB1599647A; FR2409083A1

Description

Apparat for gassbehandling av væsker.Apparatus for gas treatment of liquids.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører apparat for gassbehandling av væsker, f.eks. lufting eller oksygenering av vann. The present invention relates to apparatus for gas treatment of liquids, e.g. aeration or oxygenation of water.

Britisk patent nr. 1.482.191 omhandler et redskap for gassbehandling av væsker hvilket omfatter et hult ringlegeme med et gassinnløp og en innadvendt overflate som avgrenser en sentral væskepassasje. Et parti av den innadvendte overflate er forsynt med åpninger slik at under drift kan gass passere fra hulrommet inn i væske i passasjen. Væskepassasjens tverr-snitt øker progressivt i retning vekk fra det gjennomhullede området . British patent no. 1,482,191 deals with a tool for gas treatment of liquids which comprises a hollow annular body with a gas inlet and an inward facing surface which defines a central liquid passage. A part of the inward facing surface is provided with openings so that during operation gas can pass from the cavity into liquid in the passage. The liquid passage's cross-section increases progressively in the direction away from the perforated area.

Under drift er redskapet nedsenket i en væske, fortrinnsvis slik at væskepassasjens lengdeakse er hovedsaklig vertikal. Gassen danner bobler ved passering gjennom hullene inn i væsken i passasjen idet boblene stiger opp gjennom væsken og induserer en væskestrøm oppad gjennom passasjen. Den induserte væskestrøm som passerer hullene utøver en skjærevirkning på gassboblene idet de forlater ringlegemet og frembringer derved gassbobler av mindre dimensjoner enn i tidligere kjente redskap og øker følgelig den totale gass/væske grenseflateom-råde for et gitt volum gass og øker således hastigheten av gass til væskeoverføringen. During operation, the tool is immersed in a liquid, preferably so that the longitudinal axis of the liquid passage is mainly vertical. The gas forms bubbles when passing through the holes into the liquid in the passage as the bubbles rise up through the liquid and induce a flow of liquid upwards through the passage. The induced liquid flow that passes through the holes exerts a shearing effect on the gas bubbles as they leave the annulus and thereby produces gas bubbles of smaller dimensions than in previously known devices and consequently increases the total gas/liquid interface area for a given volume of gas and thus increases the velocity of gas to the fluid transfer.

Slike redskap har vist seg å være meget effektive i praktisk bruk, spesielt for lufting av avløpsvann inneholdende aerobisk nedbrytbare organiske substanser, f.eks. kloakk. Spesielle redskap som er i bruk måler ca. 500 x 470 mm på tvers og er opphengt ved hjelp av f.eks. kjettinger med ca. 300 mm klaring fra bunnen til behandlingskaret som inneholder avløps-vann med en dybde på ca. 1,9 m eller mer. Dette har vist seg å tilveiebringe et godt, sterkt sirkulasjonsmønster for effektiv lufting. Such tools have proven to be very effective in practical use, especially for aerating waste water containing aerobically degradable organic substances, e.g. sewage. Special implements in use measure approx. 500 x 470 mm across and is suspended using e.g. chains with approx. 300 mm clearance from the bottom to the treatment tank containing waste water with a depth of approx. 1.9 m or more. This has been shown to provide a good, strong circulation pattern for effective aeration.

Det har fremkommet et krav for effektiv gassbehandling av væsker i grunnere behandlingskar, f.eks. i mindre be-handlingsanlegg for kloakk eller avløpsvann, og spesielt i fiskeoppdrettstanker. Tidligere kjente redskaper har vise seg-å ikke være så effektive når vannet er mye grunnere enn ca. A requirement has emerged for efficient gas treatment of liquids in shallower treatment vessels, e.g. in smaller treatment facilities for sewage or waste water, and especially in fish farming tanks. Previously known tools have proven not to be so effective when the water is much shallower than approx.

1,9 m. Ytterligere har flere grunne behandlingskar eller fiskeoppdrettstanker en tendens til å strekke seg langt side-veis og vanskeligheter oppstår derved i opphengning av relativt tungt redskap i vannet i en ønsket høyde over bunnen. Relativt store rørformede redskap belastet med betongbaser, som fore-slått i nevnte britiske patent, har vist seg ineffektive i løsing av dette problem, og kan i tillegg være ustabile og kantre under visse vannstrømmings- og sirkulasjonsforhold. 1.9 m. Furthermore, several shallow treatment vessels or fish breeding tanks tend to extend far laterally and difficulties arise thereby in suspending relatively heavy equipment in the water at a desired height above the bottom. Relatively large tubular tools loaded with concrete bases, as proposed in the aforementioned British patent, have proven ineffective in solving this problem, and can also be unstable and capsize under certain water flow and circulation conditions.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et redskap for gassbehandling av væsker omfattende et hovedsaklig horisontalt, hult ringlegeme, hvilket legeme har et gassinnløp og en innadvendt overflate som avgrenser en hovedsaklig vertikal sentral væskepassasje, hvilken overflate omfatter et gjennomhullet parti som avgrenser en hals i passasjen, hvorved under drift gass inne i hulrommet utstøtes gjennom hullene i halsen for å danne bobler i væsken, hvilket ringlegeme omfatter minst to ben som avgrenser væskeinnløps-passasjer seg i mellom, hvilke innløpspassasjer kommuniserer med den nedre ende av den sentrale væskepassasje, hvorved redskapet under drift kan stå på bunnen av et væskebehandlingskar. Ringlegemet omfattende nevnte ben har fortrinnsvis større totale diameter enn total høyde. Det totale tverrsnittsarealet for væskestrømmen gjennom innløpspassasjene er fortrinnsvis hovedsaklig større enn halsens tverrsnittsareal. According to the present invention, there is provided a tool for gas treatment of liquids comprising a substantially horizontal, hollow annular body, which body has a gas inlet and an inward-facing surface delimiting a substantially vertical central liquid passage, which surface comprises a through-holed portion delimiting a throat in the passage , whereby during operation gas inside the cavity is expelled through the holes in the neck to form bubbles in the liquid, which annular body comprises at least two legs defining liquid inlet passages between them, which inlet passages communicate with the lower end of the central liquid passage, whereby the tool under operation can stand on the bottom of a liquid treatment vessel. The annular body comprising said leg preferably has a larger total diameter than total height. The total cross-sectional area for the liquid flow through the inlet passages is preferably mainly larger than the neck's cross-sectional area.

Fortrinnsvis er det tilveiebragt tre ben som avgrenser tre væskeløppassasjer seg i mellom. Benene er anordnet radielt utad så langt som mulig av stabilitetshensyn. Ettersom ringlegemet er hult, vil redskapet vanligvis kreve belastning for å stå i ønsket frittstående stilling på behandlingskarets bunn. Benene er fortrinnsvis hule og utformet i ett med ringlegemet for derved å muliggjøre at det komplette redskap kan fremstilles av et sterkt, relativt stivt plastmateriale ved normale støpeteknikker. De hule ben blir deretter fylt med et tungt materiale. Preferably, three legs are provided which define three liquid flow passages between them. The legs are arranged radially outward as far as possible for reasons of stability. As the annular body is hollow, the tool will usually require a load to stand in the desired free-standing position on the bottom of the treatment vessel. The legs are preferably hollow and formed in one with the ring body to thereby enable the complete tool to be produced from a strong, relatively rigid plastic material using normal molding techniques. The hollow legs are then filled with a heavy material.

En utførelsesform av oppfinnelsen skal beskrives i det følgende ved hjelp av et eksempel med henvisning til tegningen hvor An embodiment of the invention shall be described in the following by means of an example with reference to the drawing where

fig. 1 er et perspektivriss av et gassbehandlingsredskap ifølge oppfinnelsen, fig. 1 is a perspective view of a gas treatment tool according to the invention,

fig. 2 er et planriss av redskapet sett nedenfra,fig. 2 is a plan view of the tool seen from below,

fig. 3 er et vertikalt snitt etter linjen A-A avfig. 3 is a vertical section along the line A-A of

fig. 2, ogfig. 2, and

fig. 4 er et topplanriss av redskapet.fig. 4 is a top view of the tool.

Tegningen viser et gassbehandlingsredskap omfattende et hovedsaklig horisontalt hult ringlegeme 10 med større total diameter enn total høyde. Legemet har tre blindinnløp 11 hvorav minst et kan være gjennomhullet for å oppta en gassinnløpstuss for feste av et gasstilførselsrør. Legemet har en innadvendt overflate i tre partier 12,13 og 14 som avgrenser en hovedsakelig vertikal sentral væskepassasje 15. Midtpartiet 13 har mindre diameter for å avgrense en hals og er gjennomhullet ved 16 rundt halsen. Det øvre parti 12 utvider seg hovedsaklig konisk vekk fra halsen. Det nedre parti 14 utvider seg også utad, nedad fra halsen idet graden av utvidelse øker nedad på den klokkelignende måte som vist i fig. 3. The drawing shows a gas treatment tool comprising a mainly horizontal hollow annular body 10 with a larger total diameter than total height. The body has three blind inlets 11, at least one of which can be perforated to receive a gas inlet nozzle for attaching a gas supply pipe. The body has an inward facing surface in three parts 12, 13 and 14 which define a substantially vertical central fluid passage 15. The middle part 13 has a smaller diameter to define a neck and is pierced at 16 around the neck. The upper portion 12 expands substantially conically away from the neck. The lower part 14 also expands outwards, downwards from the neck as the degree of expansion increases downwards in the bell-like manner shown in fig. 3.

Ringlegemet omfatter tre integralt formede, hule ben 17jl8 og 19 som avgrenser væskeinnløppassasjer 20,21 og 22 The annular body comprises three integrally formed, hollow legs 17jl8 and 19 which define liquid inlet passages 20,21 and 22

seg imellom. Disse passasjer kommuniserer med den nedre ende av den sentrale væskepassasje 15. Det klokkemunninglignende overflateparti 14 fortsetter i en uavbrutt jevn kurve ned innsiden av hvert ben 175l8 og 19 som best vist i fig. 3-Benene er anordnet radielt utad så langt som hensiktsmessig mulig under hensyntagen til jevne væskestrømbaner og frem-stillings vanskeligheter , for å medvirke til redskapets stabili-tet. Det totale tverrsnittsareal for væskestrøm gjennom inn-løpspassas j ene 20,21 og 22 er vesentlig større enn passasjens 15 halsareal. Dette, sees best i fig. 2 og 3. between them. These passages communicate with the lower end of the central fluid passage 15. The bell mouth-like surface portion 14 continues in an uninterrupted smooth curve down the inside of each leg 175l8 and 19 as best shown in fig. 3-The legs are arranged radially outwards as far as expediently possible, taking into account smooth fluid flow paths and manufacturing difficulties, to contribute to the tool's stability. The total cross-sectional area for liquid flow through the inlet passages 20, 21 and 22 is significantly larger than the neck area of the passage 15. This is best seen in fig. 2 and 3.

Redskapet er hensiktsmessig fremstilt av et sterkt, relativt stivt plastmateriale såsom polyetylen, ved normal støpeteknikk. Det kan være hensiktsmessig å fremstille red skapet i to halvdeler langsmed ekvatorplanet og deretter sammenføye disse. Etter fremstilling blir de hule ben hovedsaklig fylt med et rimelig, relativt tungt materiale såsom støpejern partikler eller eventuelt betong. Partiklene blir fortrinnsvis innført gjennom blindinnløpene 11 som gjennom-hulles for formålet. Blindinnløpene er anordnet rett over benene som vist i fig. 1. Gjennomhullede blindløp som ikke er nødvendig for gassinnføring, blir deretter lukket, The tool is suitably produced from a strong, relatively rigid plastic material such as polyethylene, using normal casting techniques. It may be appropriate to make the tool in two halves along the equatorial plane and then join them together. After manufacture, the hollow legs are mainly filled with a reasonable, relatively heavy material such as cast iron particles or possibly concrete. The particles are preferably introduced through the blind inlets 11 which are drilled through for the purpose. The blind inlets are arranged directly above the legs as shown in fig. 1. Perforated dead ends that are not required for gas introduction are then closed,

En praktisk utførelsesform av redskapet har en største diameter på 457 mm, største høyde 279 mm og halsdia-meter 101 mm. De andre dimensjoner er i de forhold som er vist i tegningen. Redskapet er fullstendig hult idet vegg-tykkelsen er ca. 5 mm. Det totale volum er ca. 0,031 m^ og vekten av det fortrengte vann ca. 20 kg. Hvert ben krever derfor minst 7-8 kg vektbelastning for å sikre en rimelig nettovekt for redskapet når det står fritt på bunnen av et fylt væskebehandlingskar. A practical embodiment of the tool has a largest diameter of 457 mm, largest height 279 mm and neck diameter 101 mm. The other dimensions are in the proportions shown in the drawing. The tool is completely hollow as the wall thickness is approx. 5 mm. The total volume is approx. 0.031 m^ and the weight of the displaced water approx. 20 kg. Each leg therefore requires at least 7-8 kg weight load to ensure a reasonable net weight for the tool when it is standing freely on the bottom of a filled liquid treatment vessel.

Under bruk står et eller flere slike redskaper på bunnen av et kar inneholdende væske som skal gassbehandles, f.eks. for lufting av avløpsvann inneholdende aerobisk ned-brytbart . organisk stoff såsom kloakk, eller for lufting eller oksygenering av friskt vann i en fiskeoppdrettstank. Gass tilføres gjennom rør til innløpet eller innløpene 11 for utstrømning gjennom hull 16 inn i væsken i passasjen 15. Gassen danner bobler idet den passerer gjennom hullene og boblene stiger opp gjennom væsken og induserer en væskestrøm inn gjennom hver av innløpspassasjene 20,21 og 22 og deretter opp gjennom den sentrale passasje 15. Den induserte væske-strøm som passerer forbi hullene i halsen utøver en skjærende virkning på gassboblene idet de forlater hullene hvorved det frembringes gassbobler av mindre dimensjoner for mer effektiv gassbehandling. During use, one or more such tools are placed at the bottom of a vessel containing liquid to be gas treated, e.g. for aeration of waste water containing aerobically degradable . organic matter such as sewage, or for aeration or oxygenation of fresh water in a fish farming tank. Gas is supplied through pipes to the inlet or inlets 11 for outflow through holes 16 into the liquid in the passage 15. The gas forms bubbles as it passes through the holes and the bubbles rise through the liquid and induce a flow of liquid into each of the inlet passages 20, 21 and 22 and then up through the central passage 15. The induced liquid flow passing past the holes in the throat exerts a cutting effect on the gas bubbles as they leave the holes, thereby producing gas bubbles of smaller dimensions for more efficient gas treatment.

I den viste 101 mm hals bør størrelsen av den leverte frie luft ligge i området fra 25 m^ pr. time til 50 m^ pr. time. Mindre eller større luftstrømhastigheter kan føre til ineffektiv drift. I en alternativ utførelsesform med en 151 mm hals, bør den leverte mengde av fri luft ligge i området 42 til 77 m<5>pr. time. In the 101 mm throat shown, the size of the delivered free air should be in the range from 25 m^ per hour to 50 m^ per hour. Smaller or larger air flow rates can lead to inefficient operation. In an alternative embodiment with a 151 mm neck, the delivered quantity of free air should be in the range of 42 to 77 m<5>per. hour.

I en modifikasjon kan hullene 16 rundt halsen være forsynt med porer av porøst materiale. F,eks. en innstiknings-krave av et hensiktsmessig porøst plastmateriale kan anbringes i stilling i halsen og dekke hullene 16. In a modification, the holes 16 around the neck can be provided with pores of porous material. For example a push-in collar of a suitable porous plastic material can be placed in position in the neck and cover the holes 16.

Redskapet har vist seg å være relativt enkelt å fremstille, og har i bruk vist seg å være robust, stabilt i for-skjellige væskestrømninger og sirkulasjonsmønsteret og, av største betydning, må være meget effektivt ved igangsetting og ved opprettholdelse av et godt, sterkt sirkulasjonsmønster i den væske som skal behandles. Videre har redskapet vist seg effektiv i vann med en dybde på l,2m og endog noe mindre, hvilket er dyp av den størrelsesorden som foretrekkes for fiskeoppdrettanker. Redskapet har vist seg å gi en god Cs dybdemodell, Cs er gassfasens- metningskonsentrasjon i væske-fasen for en spesiell dybde. Gassoverføringshastigheten av-henger av underskuddet av oppløst gass (oksygen) og ettersom Cs er proporsjonal med trykket og således dybden, øker gass-overf øringshastigheten for høyere effektive verdier av Cs. Redskapet viser seg også å gi en synergistisk effekt når det nyttes i forbindelse med et topp- eller overflateluftredskap, idet den kombinerte gassoverføringshastighet blir større enn ventet fra prøver på de to redskaper anvendt separat. The device has proven to be relatively simple to manufacture, and in use has proven to be robust, stable in different fluid flows and the circulation pattern and, of the greatest importance, must be very effective when starting and when maintaining a good, strong circulation pattern in the liquid to be treated. Furthermore, the device has proven effective in water with a depth of 1.2m and even slightly less, which is the depth of the order of magnitude preferred for fish farming tanks. The tool has been shown to provide a good Cs depth model, Cs is the gas phase saturation concentration in the liquid phase for a particular depth. The gas transfer rate depends on the deficit of dissolved gas (oxygen) and as Cs is proportional to the pressure and thus the depth, the gas transfer rate increases for higher effective values of Cs. The tool is also shown to provide a synergistic effect when used in conjunction with a top or surface air tool, with the combined gas transfer rate being greater than expected from tests on the two tools used separately.

Claims

1. Apparatus for gas treatment of liquids comprising a substantially horizontal, hollow annular body, which body has a gas inlet to the cavity and an inwardly facing surface of the annulus which defines a mainly vertical, central liquid passage, which surface comprises a perforated portion which defines a throat in the passage, whereby during operation, gas in the cavity flows through the openings and into the throat to form bubbles in the liquid, characterized in that the annular body (10) comprises at least two legs (17,18,19) which delimit liquid inlet passages (20,21 ,22) among themselves, which inlet passages communicate with the lower end of the central liquid passage (15), whereby the tool during operation can stand at the bottom of a relatively low height level on the liquid to be gas treated.

2. Tool according to claim 1, characterized in that the height of the annular body (1) including the legs (17,18,19) is smaller than its diameter.

3. Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the total cross-sectional area for liquid flow through the inlet passages (20,21,22) is significantly larger than the cross-sectional area of the neck (13).

4. Tool according to any of claims 1-3, characterized by . that three of said legs (17,18,19) are arranged which delimit said three liquid inlet passages (20,21,22) between them.

5. Tool according to any one of claims 1-4, characterized in that the legs (17, 18, 19) are arranged at equal distances around the ring body.

6. Tools according to any of the claims. 1-5, characterized in that both the outer surface • and said inward facing surface (12) of the annular body (10) diverges away from each other downwardly from the top of the annular body to an equatorial region comprising said neck (13), and converges (14) towards each other from said equatorial region down to the top of the legs (17, 18,19).

7. Tool according to claim 6, characterized in that said convergence continues uninterrupted downwards as a smooth curve on both the outward-facing and inward-facing surfaces of the legs (17,18,19).

8. Tool according to claim 6 or 7, characterized in that the ring body (10) is designed as two molded parts connected to each other around said equatorial region.

9. Tool according to any one of claims 1-8, characterized in that the legs (17,18,19) are hollow.

10. Tool according to claim 9, characterized in that the legs (17,18,19) are filled with a heavy material to a degree to provide a sufficient average specific gravity' for the entire annular tool which is greater than the specific weight of water,

11. Tool according to any one of claims 1-9, characterized in that the gas inlet (11) is in the top surface of the annular body.

12. Method for manufacturing a tool according to claim 1, characterized by separate casting of an upper annular body shell and a lower annular body shell, the latter comprising hollow legs, joining the cast parts along an equatorial region of the annular body, forming said hole around the neck, opening at least one inlet in ring^ the top surface of the body, introducing heavy material through said one or more inlets to fill the hollow legs, and then providing a gas inlet in at least one of said open inlets while closing the remaining inlets.