CH383280A - Verfahren und Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Belüftung von Abwasser, vorzugsweise in Belebtschlammanlagen - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten,  insbesondere zur Belüftung von Abwasser, vorzugsweise in     Belebtschlammanlagen       Zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten sind  zahlreiche Verfahren und Einrichtungen bekannt.  Soweit es sich um die Belüftung von Abwasser, vor  zugsweise in     Belebtschlammanlagen    handelt, unter  scheidet man Verfahren und Einrichtungen, die Luft  nur aus der Oberfläche nehmen, Verfahren und Ein  richtungen, bei denen die Luft in     dag,    Wasser hinein  geschlagen wird, die     sogenannten        Druckluftverfahren     und Einrichtungen, und schliesslich die kombinierten  Verfahren und die dazugehörigen Einrichtungen.

   Als  älteste Massnahme zum Eintragen von Luftsauerstoff  in Wasser ist das Einleiten von Druckgas mittels  Tauchrohre in den Flüssigkeitsbehälter bekannt. Die  hierbei aus dem unten offenen Rohr austretenden  groben Luftblasen geben während des     Aufsteigens     zur Wasseroberfläche, z. B. bei<B>3</B> m Wasserweg, nur  etwa     61/9    ihres     0"-Gehaltes    an das umgebende       Wasr,er    ab.

   Es entweichen demnach rund     941/o#    un  genutzt in die Atmosphäre.     Presst    man Druckluft  durch feinporige Filterelemente ins Wasser, was  ebenfalls bekannt ist, so entstehen kleinste Bläschen,  deren Gesamtoberfläche je Volumeneinheit propor  tional
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   vergrössert wird (2<I>r</I><B>=</B> Blasendurchmesser).  Infolge der hierbei vergrösserten Kontaktfläche einer  seits und der geringeren Aufstiegsgeschwindigkeit  der kleineren Bläschen anderseits, was gleichbedeu  tend mit einer vergrösserten Kontaktzeit ist, ist eine  Absorption von     12-251/a    des, Sauerstoffgehaltes  unter sonst gleichen Bedingungen erreichbar.

   Diese  Art des Eintragens hat jedoch den Nachteil,     dass     insbesondere bei Flüssigkeiten mit suspendierten  Schmutzstoffen oder gelösten härtebildenden Anteilen  Verstopfungen und     Inkrustierungen    der Filterporen  eintreten, die zu hohen Druckverlusten führen und  den Gasaustritt weitgehend drosseln.    Es ist eine Erkenntnis,     dass    zum Erreichen einer  hohen Gasabsorption eine möglichst grosse Kontakt  fläche zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen  Medium erforderlich ist. Da die Gasabsorption inner  halb der monomolekularen Grenzschicht in Bruch  teilen einer Millisekunde ihren Sättigungswert er  reicht, in den jedoch nachfolgenden Schichten die       Gasgbsorption    so verlangsamt wird,     dass    z.

   B. der       Sau'erstoffgehalt    einer Luftblase von nur<B>1</B> mm<B>0</B>  erst nach<B>208</B> Min. im ruhenden Wasser absorbiert  würde, setzt ein wirtschaftliches     Druckgasverfahren     den gleichzeitigen intensiven Austausch der     Grenz-          schichten    voraus, wie er vornehmlich im turbulenten  Strömungszustand erreichbar ist.

   Für     Belebtschlamm-          anlagen    mit dem Ziele einer ausreichenden Sauer  stoffzufuhr zu den Mikroorganismen, die einmal  durch     Aµsimilation    die gelösten Schmutzstoffe in le  bende Substanz umbauen und zum andern die     disper-          gierten    Feststoffe durch     Adsorption    an sich binden,  so     dass    die Schmutzstoffe zusammen mit dem     über-          schussbelebtschlamm    aus, dem Abwasser entfernt  werden,

   ergibt sich zur Erzielung möglichst kurzer  Behandlungszeiten die besondere Forderung zur In  tensivierung des     Belüftungsverfahrens.    Diese besteht  in der Erzeugung einer     mIchen    Mikroturbulenz, auch  bei     Druckluftverfahren,    wie sie z. B. mit den     Turbu-          lenzrotoren    nach     TNO/Passavant    erreicht wird.  



  Die vorliegende Erfindung löst die gesteckten  Ziele bei einer     Druckgaseintragung    von Gasen in  Flüssigkeiten mit Hilfe von an eine Druckgasleitung       angeschlos.genen    Tauchkörpern mit     Gasaustritts-          schlitzen    dadurch,     dass    das Druckgas als dünnschich  tige Blasen stossweise in die Flüssigkeit eingetragen  wird. Für die stossweise Eintragung können an sich  bekannte technische Mittel zum Zerhacken einer  Strömung eingesetzt werden, z. B. vor den Tauch-      Körpern liegende, federbelastete     und,'oder    gesteuerte  Ventile oder Drehschieber.  



  Als vorteilhafteste Lösung wird jedoch eine     Ein-          rich',ung    nach der Erfindung angesehen, bestehend       -ins    mindestens einem in der     Flüssiakeit        araeordne-          ten,    an eine Druckgasleitung angeschlossenen, rohr  artiger Tauchkörper mit mindestens einer     spaltförmi-          ,en        C,        Gasaustrittsöffnung.        Dies-.        Einrichtung        ist        da-          durch    gekennzeichnet,

       dass    die     Gasaus,rittsöffnung     von elastisch gegeneinander beweglichen Wandungen  begrenzt ist, die ein schwingendes System bilden.  



  Die Wandungen bestehen zweckmässig aus unter       Vorspannung    stehenden,     gek-rümmten,    gegeneinander  abgestützten, elastischen und unter     A-ussendnick     stehenden Lappen aus Gewebegummi, Kunststoff,  Folien mit oder ohne     Schaumstoffauflage    oder der  gleichen.  



  Bei derartigen mit elastisch federndem Austritts  querschnitt ausgestatteten Düsen vergrössert sich der       (3asdurchtrittsquerschnitt    mit zunehmendem Innen  druck, jedoch werden im     Betriebsdruckbereich    nur  Spalte von etwa<B>1</B> mm Weite wirksam. Durch<B>Ab-</B>  stimmung der Strömungsquerschnitte, der Feder  konstante, der Grösse der beweglichen Massen auf  das Volumen des Stauraumes und der in der Zeit  einheit     durchströmend-.n    Luftmenge wird dabei ein       schwinglingsiähiges    System geschaffen.

   Die     Schwin-          C          C        (Yungen        können        dabei        dadurch        bewirkt        werden,        dass     eine     bes;

  chleunig#'e    Gasströmung in einem     sichgresetz-          mässig    verengenden Spalt infolge der Umwandlung  der potentiellen Druckenergie in kinetische     Strö-          muliicrsenero,ie    im engsten Spaltquerschnitt einen  Unterdruck hervorruft, wodurch die Spaltwandungen  durch ihre eigene Spannung oder auch durch von aussen  wirksamen     Drutck        zusammengepresst    werden.

   Dies       führt        zu        Spaltverengungen,        die        infolge        ge        der        Massen-          trägheit    der Wandungen sogar einen vollkommenen       Verschluss    hervorrufen     könncn.    Mit der Unterbre  chung des     Ga#saustrittes    ist auch die Energieumwand  lung beendet, so     dass    jetzt wiederum der volle Druck       bzw.        .io(2,

  i    ein zusätzlicher Staudruck in der     S.au-          Kammer    der Düse die Öffnung des Spaltes bewirkt  und sich dieses Spiel periodisch wiederholt. Durch  Anwendung eines derartiger Systems, im Tonfrequenz  bereich für     Belebtschlammanlagen    ergeben sich fol  gende Vorteile:

    <B>1.</B> Es     wcrden    Luftblasen mit extrem     urossem     Verhältnis der wirksamen Oberfläche in     bezuo,    zum       Blas-,nvolumen    erhalten, da -Im     Gegensa',z    zu einem  kontinuierlich     durchströrnten    Querschnitt hier kein  zusammenhängender Luftschlauch, sondern     nachein-          a.nder    in dichter Folge austretende kleine     Li-lft*blasc-n     erzeugt werden.

       Die    periodische Unterbrechung des       1-uftaus'zrittes    verhindert dabei den     Zus2mmen-          schluss    der einzelnen Luftblasen zu     eiri2r        grossvolumi-          gep    Blase.

   Im     Geg2nsatz    hierzu würde sich     bei    einer  kontinuierlich durchströmten Düse nur     ain    Austritt  --in     Luftschlauchquerschnitt    entsprechend dem     Düsen-          querschnit'   <B>,</B> ausbilden, uni unmittelbar danach infolge  des     Luftaufstaues    im umgebenden Flüssigkeits-         medium    in eine sackartige, grossvolumige Luftblase  <B>a .</B>  



  geringerer     spez.    Oberfläche überzugehen.  



  2. Infolge der tonfrequenten     Schwingung--n,    die  sich auf die     umeebende    Flüssigkeit übertragen, wird  eine Turbulenz auch innerhalb der sauerstoffgesättig  ten monomolekularen     Grenzschichl,    erzeugt, die  deren Austausch gegen sauerstoffarmes Wasser der       nachfolgend--n    Schichten beschleunigt und somit die       Diffusionseeschwindigkeit    und damit auch die Sauer  stoffausnutzung in der zu belüftenden Flüssigkeit er  höht.  



  <B>3.</B> Bewirken die     tonfrequen.en    Schwingungen im  Bereiche der Belüftungsdüse eine Auflockerung und  unter Umständen eine Zerschlagung grossvolumiger  Aggregate von Mikroorganismen, so     dass    die     ab-          sorptive    Oberfläche der nunmehr freigelegten Einzel  organismen wirkungsvoller für den Abbau der       SChmutzstoffe    ausgenutzt wird.  



  4. Die Wandungen der engsten     Luftdtircbtri,ts-          querschnitte    erfahren derartig starke Schwingungs  beschleunigungen,     dass    eine Anlagerung von Schmutz  stoffen unmöglich ist. Auch bei Anwendung engster       Durchflussquerschnitte    besteht daher keinerlei Ver  stopfungsgefahr: die     Düsk2    ist selbstreinigend.  



  <B>5.</B> Bei     Stilisetzung    der Anlage     bzw.    bei Unter  brechung der Luftzufuhr wirkt die Düse als     Rück-          schla-v.-ntil    und verhindert somit den     Ein,ritt    ver  schmutzten Wassers in das; Düseninnere und auch  das Leitungssystem, so     dass    Ablagerungen in diesem  nicht mehr auftreten Können.  



  Man erhält damit     Eig-.nschaften,    wie sie sonst     nur     als besonderer Vor' eil der mechanischen Belüftung       bzw.    der gemeinsamen grob- und feinblasigen Druck  belüftung erreichbar sind.  



  Der vorteilhafteste Einsatz der     beschrieben-,n     Tauchkörper kann in der Weise erfolgen,     dass    die  einzelnen Tauchkörper     bzw.    Mehrfachaggregate der  Tauchkörper durch     Parallelan"schluss    an eine Druck  gasleitung zu im Behandlungsbecken angeordneten       Gaseintragssträngen    vereinigt sind, und im Behand  lungsbecken in der Nähe dieser Stränge unterhalb  des     Wasslergpiegels    und oberhalb der Beckensohle  endende     Tr2nnwände        angeordnei    sind, die das     Be-          gasungsgebiet-,

      in dem eine Aufwärtsströmung der       Flüssi-        eit    stattfindet. von dem Gebiet, in dem die       Abwärtsströmung    der Flüssigkeit     stat.findet,    trennen.  



  Das Wesen des erfindungsgemässen Verfahrens  und der Aufbau einer erfindungsgemässen Einrich  tung     zuai    Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten sei  an     einigzn        Ausfübrungsbeispielen,    die in den Abbil  dungen dargestellt sind, erläutert:       Fig.   <B>1</B> und 2 zeig n das Beispiel einer Düse, wobei       le          Fig.   <B>1</B> einen Längsschnitt durch die Düse     zeigl    und       Fig.    2 einen Querschnitt in der Ebene<B>1-1.</B>  



       Fig.    3a zeigt eine Draufsicht und       Fig.   <B>3b</B> den dazugehörigen Querschnitt durch       ciiie    wirtschaftliche Ausführungsform einer Düse in       Dreifach-Anordnung.     



       Fig.    4 zeigt das Beispiel einer Düse mit sechs  Austrittsquerschnitten.           Fig.   <B>5</B> erläutert die Anwendung der Düse bei,  einem in Längsrichtung durchflossenen Belüftungs  becken.  



       Fig.   <B>6-10</B> geben     Prinzipskizzen    der Zusammen  fassung von Düsen zu Aggregaten.  



       Fig.   <B>11</B> zeigt einen Querschnitt durch ein in der  Längsrichtung durchflossenes Belüftungsbecken mit  eingebauten Düsen.  



  Nach den     Fig.   <B>1</B> und 2 besitzt das Gehäuse<B>1</B>  einer rohrartigen     Lufteintragungsdüse    einen     An-          Schlussstutzen    2 für den     Anschluss    an die     Druckluft-          leitung   <B>3.</B> Im     untem    Teil des Gehäuses ist eine über  annähernd die ganze Gehäuselänge reichende Aus  sparung 4 für den Luftaustritt eingearbeitet. Ausser  halb sind z. B. mittels Klemmleisten<B>5</B> die elastischen  Wangen<B>6</B> mit dem Gehäuse durch Schrauben<B>7</B> luft  dicht verbunden.

   Die elastische     Vorspannung    dieser  Wangen, ihre Masse und Formgebung sind so auf  den Stauraum<B>8</B> der Düse abgestimmt,     dass    die für  den Betrieb benötigten Luftmengen beim Durchtritt  vorwiegend     tonfrequente    Schwingungen erzeugen, so       dass    nur ein     intermitterender        Luftdurchlritt    statt  finden kann.  



  Bei den Ausführungsformen nach den     Fig.    3a und  <B>3b</B> verlaufen die Aufstiegsbahnen der Luftwalzen in  drei getrennten Ebenen     äquidistant    voneinander, wo  durch gegenseitige Beeinflussungen weitgehend unter  bunden werden. Die Ausführung nach     Fig.    4, mit  sechs Schlitzen, ist für besondere Anwendungsfälle  gedacht.  



  An Stelle eines rohrartigen Gehäuses; kann auch  ein prismatischer Hohlkörper von Dreieck-     bzw.    be  liebiger     Polygonform    Verwendung finden, wobei die  Aussparungen 4 für den Luftaustritt in einfacher  Weise durch Entfernen der Eckkanten erzeugt wer  den.  



  Bei dem Anwendungsbeispiel nach     Fig.   <B>5</B> werden  in einem durchflossenen Belüftungsbecken<B>10 je</B>  zwei Mehrfachdüsen<B>11</B> durch einen Hosenfitting 12  zu einem Aggregat     zusammengefasst    und über ein  Tauchrohr<B>13</B> mit der     Sammelluftleitung    14 verbun  den. Durch     Aneinanderreihen    weiterer Aggregate in  der Fliessrichtung des Beckens entsteht der Belüf  tungsstrang. Hierbei kann es für eine gleichmässigere  Verteilung der Luft vorteilhaft sein, auch mehr als,  zwei Düsen an einem Sternaggregat zusammenzu  fassen, wie etwa aus den     Prinzipskizzen        (Fig.   <B>6-10)</B>  ersichtlich ist.

   Die aus den Düsen austretenden Luft  walzen rufen bekanntlich eine Aufwärtsströmung im  Blasenbereich hervor, so     dass    im gezeichneten Becken  querschnitt<B>15</B> eine Doppelzirkulation erzwungen  wird, wie sie für den Austausch der mit Sauerstoff  verschieden hoch angereicherten Wasserteile günstig  ist. Die Auswahl der geeignetsten Aggregatform  richtet sich dabei einerseits nach dem Sauerstoff  bedarf der zu belüftenden Flüssigkeit und der Ein  haltung einer Strömungsmindestgeschwindigkeit an    der Beckensohle, bei der noch keine Schlammablage  rung eintritt.  



  Bei dem Ausführungsbeispiel nach     Fig.   <B>11</B> sind  in den Doppelbecken 21 profilierte, z. B. gewellte  Trennwände 22 eingebaut, die eine     möghchst    turbu  lente Strömung hervorrufen und dabei alle in Um  wälzung befindlichen Wassermassen in den unmittel  baren Bereich der Belüftungsaggregate<B>23</B> bringen,  um so     Totzonen    geringerer     Sauerstoffabsiorption    zu  vermeiden. Diese Massnahme ergibt infolge der     gleich-          mässigeran    Erfassung der zirkulierenden Wassermasse  für die Sauerstoffabsorption eine Einsparung an  Beckenvolumen.  



  Mit Hilfe der beschriebenen Düsen wird das Gas  als     dünnschichtiae    Blasen stossweise in die Flüssig  keit eingetragen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE <B>1.</B> Verfahren zum Eintragen von Gas-,n. in Flüs sigkeiten, insbesondere zur Belüftung von Abwasser, vorzugsweise in Belebtschlammanlagen, mit Hilfe von an eine Druckgasleitung angeschlossenen Tauch körpern mit Gasaustrittsschlitzen, dadurch gekenn zeichnet, dass das Druckgas als dünnschichtige Blasen stossweise in die Flüssigkeit eingetragen wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus mindestens einem in der Flüssigkeit angeordneten, an eine Druck gasleitung angeschlossenen, rohrartigen Tauch körper mit mindestens einer spaltförmigen Gas- ausstrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung von elastisch gegeneinander be weglichen Wandungen begrenzt ist, die ein schwin gendes System bilden.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jede spaltartige Austrittsöffnung aus einer schlitzartigen Ausnehmung im Tauchkörper und am Tauchkörper angeordneten, der Ausnehmung vorgelagerten, unter Vorspannung stehenden, ge krümmten, gegeneinander abgestützten, elastischen und unter Aussendruck stehenden Lappen aus Ge webegummi, Kunststoff oder Kunststoffolien mit Schaumstoffauflage besteht. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch<B>11,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Tauchkörper bzw. Mehrfachaggregate der Tauchkörper durch Parallel- anschluss an eine Druckgasleitung zu im Behand lungsbecken angeordneten Gaseintragssträngen ver einigt sind, und im Behandlungsbecken, in der Nähe dieser Stränge, unterhalb des Wasserspiegels und oberhalb der Beckensohle endende Trennwände an geordnet sind, die das Begasungsgebiet, in dem eine Aufwärtsgströmung der Flüssigkeit stattfindet, von dem Gebiet, in dem die Abwärtsströmung der Flüs sigkeit stattfindet, trennen.