AT382795B - Verfahren und einrichtung zur begasung einer fluessigkeit - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begasung einer Flüssigkeit, insbesondere unter Ver- wendung von Luft, bei dem die Flüssigkeit von einem gegebenen hydrostatischen Druckniveau geho- ben, im Unterdruckbereich mit Gas versetzt und anschliessend das Gemisch dem gegebenen Druck- niveau wieder zugeführt wird, wobei das ungelöste Gas ausgeschieden wird, und eine Einrichtung zur Durchführung desselben. 



   Es ist bekannt, zur Begasung von einer Flüssigkeit dieselbe auf ein niedrigeres hydrostati- sches Druckniveau zu heben, bei welchem Gas, wie z. B. Luft, in die Flüssigkeit eingesaugt wird, und anschliessend die Flüssigkeit in einer heberartigen Einrichtung eines Fallkanals wieder dem ursprünglichen Druckniveau zuzuführen, wobei ein Teil des Gases von der Flüssigkeit gelöst und der andere Teil ausperlen gelassen wird. Da in den meisten Fällen die zu begasende Flüssigkeit bereits mit einem unerwünschten Gas, wie z. B. Abgas, gesättigt ist, lässt sich nur relativ wenig gewünschtes Gas, wie z. B. Sauerstoff, auf diese Art und Weise lösen, wobei es zu einem gewissen
Gasausgleich zwischen Abgas und gewünschtem Sauerstoff kommt. 



   Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Lösung des gewünschten Gases zu ver- grössern, indem eine Spülstufe vorgeschalten wird, in welcher nur ein Teil des durch die Pumpe erzeugten Druckniveauunterschiedes zur Lösung oder Spülung herangezogen wird. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an zwei, im
Abstand voneinander angeordneten Stellen mit unterschiedlichem hydrostatischem Druck der Flüssig- keit Gas zugesetzt wird und dass zwischen diesen Stellen eine Abscheidung des ungelösten Gases aus der Flüssigkeit erfolgt. 



   Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der die Flüssigkeit eines Beckens mittels einer Pumpe einer Stelle niedrigeren hydrostatischen Druckes zuführbar ist, an der eine Begasung vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Begasungs- einrichtungen an einer Rückflussleitung vorgesehen sind, zwischen welchen eine Gasblasen-Abscheide- vorrichtung, insbesondere eine Gasblasenstauvorrichtung vorgesehen ist. Wesentliche Ausgestaltun- gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. 



   Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch in Form von Schaltbil- dern dargestellt. 



   In Fig. l ist ein Schaltbild einer Begasungseinrichtung dargestellt, bei der die Flüssigkeit aus einem Becken --6-- mittels einer Pumpe --7-- in einen höher gelegenen   Behälter --8-- ge-   pumpt wird, an welchem ein Heber --9-- angeschlossen ist. An der Eintrittsseite des Hebers --9-ist eine   Begasungseinrichtung-l-vorgesehen,   in welche Luft mit geringem Überdruck eingeblasen und in den einen Schenkel des Hebers bläschenförmig aufgegeben wird. Die aufsteigenden Gasblasen bewirken eine Verminderung des spez. Gewichtes der Flüssigkeit, so dass die Gasblasen-Flüssigkeitsmischung durch den unterschiedlichen hydrostatischen Druck zwischen dem   Behälter --8--   und der anschliessenden   Flüssigkeitsrinne --10-- eine   Durchströmung des Hebers --9-- bewirkt.

   Im Heber --9-- wird nun ein Teil des Sauerstoffes der Luft gelöst, wobei gleichzeitig ein Teil der ursprünglich gelösten Gase, wie z. B. Abgas, gestrippt bzw. freigesetzt wird. Die am Austritt aus dem Heber vorhandenen Gasblasen steigen nun in der   Flüssigkeitsrinne --10-- auf,   wobei das überflutete Wehr --11-- in der   Flüssigkeitsrinne --10-- als Gasblasenabscheidevorrichtung --4--   ausgebidet ist, die verhindert, dass etwaige getauchte Gasblasen am Grund der Flüssigkeitsrinne - ungehoben den Einlauf --12-- der zweiten Begasungseinrichtung --2-- erreichen, die im wesentlichen wieder als Heber ausgebildet ist, bei dem aber im Unterdruckbereich des Hebers eine Luftansaugeeinrichtung in Form einer Begasungseinrichtung --2-- vorgesehen ist, durch welche Luft aus der Atmosphäre in den Flüssigkeitsstrom eingebracht wird.

   Die dabei entstehenden Gasblasen enthalten 21% Sauerstoff, so dass der Partialdruck des Sauerstoffes gegenüber jenem der überperlenden Gasblasen in der   Flüssigkeitsrinne --10-- bedeutend   erhöht ist. Die Gasblasen in der Begasungseinrichtung --2-- werden nun bis zur   Austrittsöffnung --14-- des   Hebers verdichtet, wodurch die Lösungsfähigkeit der Flüssigkeit infolge des hohen hydrostatischen Druckes vergrössert wird. Damit die Gasblasen nicht in die   Umwälzpumpe --7-- eingesaugt   werden, ist im Becken-6ein getauchtes   Floss --15-- vorgesehen,   wodurch ein gasblasenloser Raum im Becken --6-- gebildet wird, in welchem sauerstoffarme Flüssigkeit vorhanden ist.

   Diese Sauerstoffverarmung ist eine Folge des im Becken --6-- verlaufenden biologischen und/oder chemischen Prozesses, bei dem Sauerstoff verbraucht wird. 

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   In Fig. 2 ist eine Konstruktionsvariante zur Fig. l dargestellt, bei der das Becken --6-- ver- grössert ist. Hier ist die   Umwälzpumpe --7-- als   Tauchpumpe ausgebildet und im Becken --6-- angeordnet. Die Tauchpumpe wälzt die sauerstoffarme Flüssigkeit über ein mäanderförmig gebogenes   Rohr-3 bzw. 3'-in   dem Beckenteil um, in dem relativ sauerstoffreiche Flüssigkeit vorhanden ist. Das Rohr --3-- weist drei   Krümmer --16,   17, 18-- auf, in welchen die Flüssigkeit um 180  umgelenkt wird. Die   Krümmer --16   und 18-- sind dabei ausserhalb des   Flüssigkeitsspiegels --19--   in unterschiedlichen Höhenlagen über dem   Flüssigkeitsspiegel --19-- angeordnet,   wobei der Krüm- mer --16-- höher als der   Krümmer --18-- vorgesehen   ist.

   An den   Krümmern --16   und 18-- sind die Begasungseinrichtungen --1 und 2-- angebracht. Der   Krümmer --17-- ist   unterhalb des Flüssig-   keitsspiegels --19-- angeordnet   und besteht aus zwei 900 Krümmungen mit einem zwischengeschalte- ten horizontalen Rohrabschnitt, in welchem von oben in den Flüssigkeitsspiegel reichend eine Gas- blasenstauvorrichtung --5-- vorgesehen ist, in welcher die freien Gasblasen zu einer Grossblase vereint werden, wobei im Blasenraum Öffnungen im horizontalen Teil des   Krümmers --17-- vorgesehen   sind, durch welche Gasblasen durch die darüberliegende Flüssigkeit aufsteigen können.

   Diese Ein- richtung bewirkt einen Strippvorgang in dem über dem Rohr liegenden Flüssigkeitsteil und damit eine geringe Sauerstoffzufuhr, so dass das gemäss Fig. l im Bereich der   Rinne --10-- aufsteigende"  
Gas bei der Konstruktion nach Fig. 2 noch genutzt werden kann. Die gasblasenfreie Flüssigkeit nach der   Gasblasenstauvorrichtung --5-- wird   nun dem dritten Krümmer bzw. der zweiten Bega-   sungseinrichtung --2-- zugeführt,   in welcher ähnlich wie in der Begasungseinrichtung --1-- Gas durch die Rohrwandung von der unter Untedruck strömenden Flüssigkeit eingesaugt und im Rohr- querschnitt verteilt wird.

   Da die Flüssigkeit nun teilweise Abgas abgegeben hat und nun erneut mit Sauerstoff von relativ hohem Partialdruck versehen wird, kann sie mehr Sauerstoff lösen, wo- durch der Wirkungsgrad,   d. i.   der Quotient aus Sauerstoffaufnahme und Stromaufnahme der Umwälz- pumpe --7--, um 30 bis 40% erhöht werden kann. Die aufsteigenden Gasblasen im Bereich der   Austrittsöffnung --14-- bewirken   eine Umwälzung der Flüssigkeit im   Becken --6--,   so dass die bei hohem hydrostatischem Druck mit Sauerstoff gesättigte Flüssigkeit durch die an Sauerstoff ver- armte Flüssigkeit verdünnt wird, so dass es beim Aufsteigen der Flüssigkeit zu keiner Ausgasung des bereits gelösten Sauerstoffes kommt und damit praktisch zur Gänze für den im Becken ablaufen- den biologischen oder chemischen Prozess zur Verfügung steht. 



   Ziel dieser zweistufigen Anlage nach Fig. l oder 2 ist es, möglichst viel Sauerstoff pro Kilowattstunde in Flüssigkeit in Lösung zu bringen, wobei es Ziel der ersten Stufe ist, die Umwälzflüssigkeit bei praktisch atmosphärischen Bedingungen mit   O2   zu sättigen. Hierauf erfolgt eine Trennung der sauerstoffarmen Luft mit der Umwälzflüssigkeit, so dass bei einer weiteren zweiten Begasung mit Luft infolge der nun veränderten Partialdruckverhältnisse das höhere noch vorhandene hydrostatische Druckgefälle für eine weitere Luftlösung bzw. Verdichtung der Luft verwendet wird. Zum Beispiel wird in der ersten Stufe bei einem kleinen Flüssigkeits-Gas-Verhältnis (1000   m3/h   Flüssigkeit) 200 bis 300 m3 Luft gelöst und gleichzeitig eine entsprechende Entgasung von CO2 sichergestellt.

   Auf diese Art und Weise können zirka 8 kg   02/h   in dem Wasser gelöst werden. In der zweiten Stufe erhöht sich der Partialdruck der Luft um das 1, 35fache, da an Stelle der verbrauchten Luft Frischluft verwendet wird. Die gelöste Sauerstoffmenge steigt um weitere 2, 8 auf 10, 8 kg/h im Bereich des Fallkanals an. Die gemäss Fig. 2 im Bereich des Krümmers aufsteigende vorverdichtete Luft mit etwa 1, 1 bar wird dem Belebungsbecken zugeführt, so dass bei einer Restluftausnutzung von etwa 3% weitere 3, 4 kg/h in Lösung gebracht werden können. Der gesamte Sauerstoffeintrag erhöht sich auf über 22 kg/h und ist somit um etwa 50% höher als er bei einem einfachen Heber betragen hätte, wobei die zusätzliche Förderhöhe, die durch die Pumpe aufgebraucht werden muss, sich nicht verdoppelt, sondern nur um etwa 0, 4 m erhöht.

   Die Erfindung erlaubt somit eine geringe Erhöhung der Förderhöhe der Pumpen, so dass auch diese in einem besseren Wirkungsgradbereich betrieben werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Begasung einer Flüssigkeit, insbesondere unter Verwendung von Luft, bei dem die Flüssigkeit von einem gegebenen hydrostatischen Druckniveau gehoben, im Unterdruckbe- reich mit Gas versetzt und anschliessend das Gemisch dem gegebenen Druckniveau wieder zugeführt wird, wobei das ungelöste Gas ausgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an zwei, im Abstand voneinander angeordneten Stellen mit unterschiedlichem hydrostatischem Druck der Flüssigkeit Gas zugesetzt wird und dass zwischen diesen Stellen eine Abscheidung des ungelösten Gases aus der Flüssigkeit erfolgt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass-die erste Zuführung von Gas oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, insbesondere höhenmässig oberhalb der zweiten Zuführung, erfolgt und der Gas-Flüssigkeitskontakt nur über eine Teilstrecke zwischen den beiden Zuführungen bis zur Abscheidung der ungelösten Blasen aufrechterhalten wird.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Luft an der ersten Begasungsstelle der Gas-Flüssigkeitskontakt solange aufrechterhalten wird, bis die ungelösten Gasblasen einen Sauerstoffgehalt von unter 10% aufweisen und dass dann anschlie- ssend nach einer Gasblasenabtrennung erneut bei höherem hydrostatischem Druck mit Frischluft begast wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Begasungsstelle Druckluft eingesetzt wird, mittels welcher infolge aufsteigender Gasblasen die Flüssigkeit über ein Wehr gehoben wird, nach welchem die ungelösten Gase abgeschieden werden.

   5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Flüssigkeit eines Beckens mittels einer Pumpe einer Stelle niedrigeren hydrostatischen Druckes zuführbar ist, an der eine Begasung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Begasungseinrichtungen (1, 2) an einer Rückflussleitung (3, 3') vorgesehen sind, zwischen welchen eine Gasblasen-Abscheidevorrichtung (4), insbesondere eine Gasblasenstauvorrichtung (5), vorgesehen ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückflussleitung (3, 3') ein Hebewehr (9) enthält, welches durch eine Zuführeinrichtung (13) für Luftblasen in Betrieb gehalten ist und als erste Begasungseinr. ichtung (l) ausgebildet ist und dass nach der Austritts- öffnung des Heberwehrs für die begaste Flüssigkeit ein überflutetes Wehr (11) vorgesehen ist, hinter welchem ein nahezu blasenfreier Flüssigkeitsraum vorgesehen ist, in welchem ein zweiter Heber als zweite Begasungseinrichtung (2) vorgesehen ist, an dessen Austrittsöffnung (14) die Flüssigkeit einen höheren hydrostatischen Druck aufweist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückflussleitung (3, 3') als mäanderförmig gebogenes Rohr ausgebildet ist, welches mit seinen Eintrittsöffnungen und mindestens einer Umlenkung in ein Becken (6) eintaucht, und welches an mindestens zwei, aus der Flüssigkeit im Becken kragenden Umlenkungen (16,18) Begasungseinrichtungen (1, 2) aufweist.