WO1983003597A1 - Method for material exchange in a liquid - Google Patents

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WO1983003597A1
WO1983003597A1 PCT/EP1982/000228 EP8200228W WO8303597A1 WO 1983003597 A1 WO1983003597 A1 WO 1983003597A1 EP 8200228 W EP8200228 W EP 8200228W WO 8303597 A1 WO8303597 A1 WO 8303597A1
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Gmbh & Co. Menzel
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Zink, Jürgen
Schneider, Norbert
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a method for mass transfer in a liquid, in particular in a wastewater / activated sludge mixture, with a propeller for an essentially horizontal main flow of the liquid, to which a medium is supplied.
  • a propeller which has a flow guide tube in which the propeller rotates with its blades.
  • the main flow of the liquid generated in this way essentially has a linear characteristic, which may also be somewhat tortuous, but preferably continues predominantly in a turbulence-free linear flow.
  • the medium supplied such as atmospheric oxygen
  • the medium supplied is entrained by the flow in its direction, whereby a mass transfer takes place by combining the atmospheric oxygen with the liquid or its bacteria, which, however, limits the intensity and speed due to the essentially linear course of the flow or takes place to a limited extent.
  • the object of the invention is to improve a method with the features of the preamble of claim 1 so that a larger mass exchange per unit time can be achieved in the liquid and thus an increase in performance is possible.
  • the method according to the invention when used, it is possible to design a treatment plant to be newly built for a given maximum load which is considerably smaller than was previously necessary.
  • the n according to the invention can preferably be used in a round or oval basin, it also being possible to provide a partition wall, in particular in an oval basin, and to control the liquid flow vortices achieved with the tubular jacket-free propeller in the liquid such that the latter are assigned further liquid vortices on the partition wall or are superimposed by these, whereby an additional intensification of the mass exchange is possible.
  • the amount of the medium introduced into the fluid flow vortices can expediently be regulated. It is advantageous here to regulate the quantity addition in such a way that only just as much of the medium is introduced into the liquid as is required for mass transfer in the area of the liquid flow vortices. An optimal adaptation to the respective requirements can thus be achieved, so that overdosing is avoided.
  • a particularly favorable effect can be achieved in that the liquid flow vortices continue approximately in the form of a screw or similar to a thread pitch of a screw around the main horizontal flow of the liquid in its direction of flow.
  • the liquid flow vortices thus reach the horizontal main flow axis in the circumferential region of the main flow in the liquid from top to bottom and back up and so on, so that an increased mass transfer with the supplied medium (oxygen) is also achieved.
  • the medium can advantageously be entered in the lower region of the helical course of the liquid flow vortices, so that there is a long way to the surface of the liquid and an optimal retention of the medium in the liquid is ensured from the beginning.
  • the medium can expediently be introduced into the region of the screw form on the liquid flow vortex, which is directed downward is flowing down towards the bottom.
  • the medium can advantageously be located at two or more points in the screw course in the direction of the
  • Main flow are introduced one after the other into the liquid flow vortices, wherein it can also be considered to be advantageous to dose the amount of the medium supplied differently at the various points, whereby an exact adjustment is possible.
  • the proportion of the medium supplied may be greater at the first feed point than at the second feed point and so on.
  • the medium supply it is also conceivable for the medium supply to swell up and down at various points in succession at intervals.
  • the helical liquid flow eddies of the main flow can be assigned at least one further liquid flow eddy generation.
  • Such additional fluid flow vortex generation can advantageously be provided where, for example, a substantial part of the turbulence of the first fluid flow vortex is reduced.
  • Such a further fluid flow vortex generation is expediently achieved by installing an additional propeller-free design in the round or oval basin.
  • the helical course of the fluid flow vortices can expediently take place in such a plane or in such an area that a fluidized or turbulence-free layer is provided immediately below the surface of the fluid. It is thus achieved that the medium supplied, such as the oxygen in the air, does not escape prematurely due to turbulence on the surface of the liquid, but remains in the area of the liquid flow vortices below the surface of the liquid for as long as possible for optimal mass transfer in the liquid. It can be beneficial to do this provide helical course of the fluid flow vortex so that it takes place at a corresponding distance above the bottom of the basin.
  • the liquid flow vortices in the area under the main flow of the liquid can sweep over sedimentation in such a way that they are brought up into the liquid again and are kept in suspension here. This can also intensify the exchange of substances. So that the mass transfer of the method according to the invention can be largely adjusted to the different practical requirements, the fluid flow vortices can be controlled and changed both in their turbulence and in their radius of action or expansion range. A precise limitation of the turbulence range of the fluid flow vortices can thus be achieved.
  • the turbulence range of the liquid flow vortices can expediently be dimensioned such that it makes up about 1/10 of the diameter of the main flow or of the propeller, as a result of which overlapping, uncontrollable and uncontrollable wild turbulences in the axial flow range in the region of the longitudinal flow of the main flow or of the propeller are avoided.
  • the fluid flow vortices at the wing end regions of the propeller can preferably be achieved by appropriate design and shaping of the wing end regions and by the elimination of a tubular jacket surrounding the blades of the propeller, so that no special complex measures have to be taken for this, but rather the liquid flow vortex generation is achieved extremely favorably is why, including the extremely simple medium supply exclusively into the fluid flow vortex area, a very cost-effective and high-performance method is available, in particular for wastewater treatment.

Description

Verfahren für einen Stoffaustausch in einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Stoffaustausch in einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Abwasser-Belebtschlammgemisch, mit einem Propeller für eine im wesentlichen horizontale Hauptströmung der Flüssigkeit, der ein Medium zugeführt wird.
Es ist bekannt, beispielsweise bei der Abwasserklärung in einem Belebungsbecken das Abwasser-Belebtschlammgemisch in eine HorizontalStrömung zu versetzen und in diesen Flüssigkeitsstrom zum Beispiel Luftsauerstoff oder Reinsauerstoff einzuleiten, so daß ein Stoffaustausch in der Flüssigkeit erfolgt. Zur Erzeugung der Flüssigkeitshauptströmung wird hierbei ein Propeller verwendet, der ein Strömungsführungsrohr aufweist, in dem der Propeller mit seinen Flügeln rotiert. Die dabei erzeugte Hauptströmung der Flüssigkeit besitzt im wesentlichen eine lineare Verlaufscharakteristik, die auch eventuell etwas gewunden sein kann, sich jedoch vorzugsweise überwiegend in turbulenzfreier Linearströmung fortsetzt. Das zugeführte Medium wie zum Beispiel LuftSauerstoff wird durch die Strömung in deren Richtung mitgerissen, wobei durch die Vereinigung des Luftsauerstoffs mit der Flüssigkeit bzw. deren Bakterien ein Stoffaustausch vollzogen wird, der jedoch aufgrund des im wesentlichen linearen Verlaufs der Strömung bezüglich der Intensität und Geschwindigkeit begrenzt bzw. eingeschränkt sich vollzieht. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß ein größerer Stoffaustausch je Zeiteinheit in der Flüssigkeit erzielt werden kann und damit eine Leistungssteigerung möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an Flügelendbereichen des rohrmantelfrei ausgeführten Propellers bei dessen Rotation in der Hauptströmung der Flüssigkeit zusätz liehe Flüssigkeitsströmungswirbel erzeugt werden.
Hierbei kann es besonders vorteilhaft sein, das zugeführte Medium im wesentlichen ausschließlich in den Bereich dieser Flüssigkeitsströmungswirbel für den Stoffaustausch einzutragen.
Es ist damit möglich, bereits im äußeren Umfangsbereich der Hauptströmung einen hoch intensiven Stoffaustausch zu erzielen, da aufgrund der hier erzeugten Flüssigkeitsströmungswirbel das in diese bevorzugt direkt eingeleitete Medium (Luftsauerstoff) zu einer praktisch verzögerungsfreien Sofortreaktion führt, wodurch die Reaktionszeit für die Vermengung bzw. Verbindung der Komponenten stark herabgesetzt wird. Es kann damit zum Beispiel in einem Belebungsbecken einer Kläranlage eine erhebliche Leistungssteigerung erzielt werden, indem bei gleichem Beckεnvolumen erheblieh mehr Abwasser aufbereitet werden kann, so daß eine Erweiterung bzw. Vergrößerung der Gesamtanlage nicht erforderlich ist, da allein durch eine kostengünstige Umstel lung gemäß den Erfindungsmerkmalen erhöhten Anforderungen und Belastungen Rechnung getragen werden kann. Andererseits ist es bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, bei gegebener Maximalbelastung eine neu zu erstellende Aufbereitungsanlage wesentlich kleiner zu konzipieren als dies bisher erforderlich war. Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße n in einem Rundoder Ovalbecken angewendet werden, wobei es auch möglich ist, besonders in einem Ovalbecken eine Trennwand vorzusehen und die mit dem rohrmantelfrei ausgeführten Propeller erzielten Flüssigkeitsströmungswirbel so in der Flüssigkeit zu steuern, daß letzteren an der Trennwand weitere Flüssigkeitswirbel zugeordnet werden bzw. von diesen überlagert werden, wodurch eine zusätzliche Intensivierung des Stoffaustausches möglich ist.
Die Menge des in die Flüssigkeitsströmungswirbel eingeleiteten Mediums kann zweckmäßig geregelt werden. Hierbei ist es günstig, die Mengenzugabe so zu regeln, daß nur gerade so viel von dem Medium in die Flüssigkeit eingeleitet wird, wie im Bereich der Flüssigkeitsströmungswirbel zum Stoffaustausch erforderlich ist. Es kann damit eine optimale Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse erreicht werden, so daß eine Überdosierung vermieden ist.
Eine besonders günstige Wirkung kann dadurch erreicht werden, daß die Flüssigkeitsströmungswirbel etwa in Schraubenform bzw. ähnlich einer Gewindesteigung einer Schraube um die horizontale Hauptströmung der Flüssigkeit herum in deren Strömungsrichtung sich fortsetzen. Die Flüssigkeitsströmungswirbel gelangen somit bei horizontaler Hauptströmungsachse am Umfangsbereich der HauptStrömung in der Flüssigkeit von oben nach unten und wieder nach oben und so weiter, so daß auch hierdurch ein verstärkter Stoffaustausch mit dem zugeführten Medium (Sauerstoff) erzielt wird.
Das Medium kann vorteilhaft im unteren Bereich des schraubenförmigen Verlaufs der Flüssigkeitsströmungswirbel eingetragen werden, so daß ein weiter Weg bis zur Flüssigkeitsnberfläche gegeben ist und ein optimaler Verbleib des Mediums in der Flüssigkeit von Anfang an sichergestellt ist. Zweckmäßig kann dabei das Me¬dium in den Bereich des Schraubenformverl aufs der Flüssigkeitsströmungswirbel eingebracht werden, der nach unten gerichtet ist, also in Richtung gegen den Grund abwärts strömt.
Für eine Intensivierung und Leistungssteigerung insbesondere bei größeren Verfahrensstufen kann das Medium vorteilhaft an zwei oder mehr Stellen des Schraubenverlaufs in Richtung der
Hauptströmung hintereinander in die Flüssigkeitsströmungswirbel eingeleitet werden, wobei es zudem als günstig erachtet werden kann, die Menge des zugeführten Mediums an den verschiedenen Stellen unterschiedlich zu dosieren, wodurch eine genaue Abstimmung möglich ist. Beispielsweise kann bei der ersten Zuführstelle der Mengenanteil des zugeführten Mediums größer sein als bei der zweiten Zuführstelle und so weiter. Es ist aber auch denkbar, die Mediumszuführung an verschiedenen Stellen hintereinander in Intervallen auf- und abschwellen zu lassen. Zur weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann den schraubenförmig verlaufenden Flüssigkeitsströmungswirbeln der Hauptströmung mindestens eine weitere Flüssig keitsströmungswirbelerzeugung zugeordnet werden. Eine solche zusätzliche Flüssigkeitsströmungswirbelerzeugung kenn vorteilhaft dort vorgesehen werden, wo zum Beispiel ein wesentlicher Teil der Turbulenz der ersten Flüssigkeitsströmungswirbel abgebaut ist.
Eine derartige weitere Flüssigkeitsströmungswirbelerzeuguπg wird zweckmäßig durch die Installation eines zusätzlichen rohrmantelfre ausgeführten Propellers im Rund- oder Ovalbecken erreicht.
Der schraubenförmige Verlauf der Flüssigkeitsströmungswirbel kann zweckmäßig in einer solchen Ebene bzw. in einem derartigen Bereich erfolgen, daß eine wirbel- bzw. turbulenzfreie Flüssigkeit schicht unmittelbar unter der Oberfläche der Flüssigkeit gegeben ist. Es wird damit erreicht, daß das zugeführte Medium wie zum Beispiel der eingetragene Luftsauerstoff nicht durch Turbulenzen an der Flüssigkeitsoberfläche vorzeitig entweicht, sondern im Bereich der unter der Flüssigkeitsoberflache liegenden Flüssigkeitsströmungswirbel möglichst lange für einen optimalen Stoffaustausch in der Flüssigke4t verbleibt. Dazu kann es günstig sein, den schraubenförmigen Verlauf der Flüssigkeitsströmungswirbel so vorzusehen, daß er in einem entsprechenden Abstand über dem Grund des Beckens erfolgt. Hierbei können die Flüssigkeitsströmungswirbel im Bereich unter der Hauptströmung der Flüssigkeit derart über Sedimentationen streichen, daß diese wieder nach oben indie Flüssigkeit gebracht und hier in Schwebe gehalten werden. Auch hierdurch kann eine Intensivierung des Stoffaustausches erfolgen. Damit der Stoffaustausch des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die unterschiedlichen praktischen Anforderungen weit- gehend eingestellt werden kann, sind die Flüssigkeitsströmungswirbel sowohl in ihrer Turbulenz als auch in ihrem Aktionsradius bzw. Ausdehnungsbereich steuerbar und veränderlich. Es kann damit eine genaue Begrenzung des Turbulenzbereichs der Flüssigkeitsströmungswirbel erreicht werden. Zweckmäßig kann der Turbulenzbereich der Flüssigkeitsströmungswirbel so bemessen werden, daß er etwa 1/10 des Durchmessers von der Hauptströmung bzw. des Propellers ausmacht, wodurch im Bereich der Längsmittεnachse der Hauptströmung bzw. des Propellers sich überschneidende, unkontrollierbare und die Verfahrensdurchführung störende Wildturbulenzen im axialen Strömungsbereich vermieden sind.
Die Flüssigkeitsströmungswirbel an den Flügelendbereichen des Propellers können bevorzugt durch eine entsprechende Ausgestaltung und Formgebung der Flügelendbereiche sowie durch den Fort- fall eines die Flügel des Propellers umgebenden Rohrmantels erreicht werden, so daß hierfür keine besonderen aufwendigen Maßnahmen ergriffen werden müssen, sondern die Flüssigkeitsströmungswirbelerzeugung äußerst günstig erzielt wird, weshalb unter Einbeziehung der ebenfalls äußerst einfachen Mediumszuführung ausschließlich in den Flüssigkeitsströmungswirbelbereich hinein insgesamt ein sehr kostengünstiges und hochleistungsfähiges Verfahren insbesondere für eine Abwasseraufbereitung zur Verfügung steht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für einen Stoffaustausch in einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Abwasser-Belebtschlammgemisch, mit einem Propeller für eine im wesentlichen horizontale Haupt strömung der Flüssigkeit, der ein Medium zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an Flügelendbereichen des rohrman telfrei ausgeführten Propellers bei dessen Rotation in der Hauptströmung der Flüssigkeit zusätzliche Flüssigkeitsströmungswirbel erzeugt werden.
2. Verfahren nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Medium im wesentlichen ausschließlich in den Bereich dieser Flüssigkeitsströmungswirbel für den Stoffaustausch eingetragen wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmungswirbel im wesentlichen in Schraubenform um die horizontale Haupts trϋmung herum in deren Strömungsrichtung verlaufen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmungswirbel in ihrem Turbulenzberεich genau begrenzt erzeugt werden und Vorzugs weise steuerbar veränderlich sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzbereich der Flüssigkeitsströmungswirbel etwa zehn Prozent des Durchmessers der hori zcntalen Hauptströmung bzw. des Propellers beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmig verlaufenden Flüssig keitsströmungswirbel im Bereich unter der Hauptströmung der Flüssigkeit über Sedimentationen streichen und diese wieder in Schwebe bringen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich über der Hauptströmung zwischen den schraubenförmig verlaufenden Flüssigkeitsströmungswir beln und der Oberfläche der Flüssigkeit eine im wesentlichen wirbel- bzw. turbulenzfreie Flüssigkeitsschicht aufrechterhalten wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium im unteren Bereich des schraubenförmigen Verlaufs der Flüssigkeitsströmungswirbel in letztere eingebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium im abwärts strömenden Bereich des Schraubenformverlaufs der Flüssigkeitsströmungswirbel in diese eingetragen wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in Richtung der Hauptströmung an mindestens zwei Stellen des Schraubenformverlaufs hintereinander in die Flüssigkeitsströmungswirbel eingeleitet wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten des Mediums in die Flüssigkeitsströmungswirbel an mindestens zwei Stellen des Schrauben formverlaufs in unterschiedlicher Menge erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Mediums .in die Flüssigkeitsströmungswirbel bezüglich der Mengenzugabe regelbar ist und daß nur so viel Medium zugeführt wird, wie im ßereich der Flüssigkeitsströmungswirbel ausgetauscht werden kann.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem die Flüssigkeit beinhaltenden Rund- oder Ovalbecken der Hauptströmung an mindestens zwei auf Abstand zueinander liegenden Stellen schraubenförmig verlaufende Flüssigkeitsströmungswirbel zugeordnet werden.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den in Schraubenform um die Hauptströmung verlaufenden Flüssigkeitsströmuπgswirbeln zusätzliche Flüssigkeitswirbel an einer Trennwand in einem Rund- oder Ovalbecken zugeordnet werden.
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DE3212951A1 (de) 1983-10-20
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AU8998082A (en) 1983-11-04

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