DD256262A1

DD256262A1 - Verfahren und vorrichtung zum homogenisieren von suspensionen

Info

Publication number: DD256262A1
Application number: DD29860286A
Authority: DD
Inventors: Peter Ott; Volkmar Peukert; Claudia Menschel; Reinhold Feller; Reinhard Koch
Original assignee: Projekt Wasserwirtschaft Veb
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1986-12-29
Publication date: 1988-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Suspensionen. Sie ist anwendbar zur Erhoehung des Dispersionsgrades von Suspensionen, zum Homogenisieren von Schlammgemischen der Abwasserbehandlung sowie zum Zellaufschluss von Mikroorganismen in Bioreaktoren. Erfindungsgemaess wird ein Fluessigkeitsstrahl der zu behandelnden Suspension axialzentrisch in eine Leiteinrichtung in einem drucklosen Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 2-16 m/s eingeleitet. Der Durchmesser der Leiteinrichtung ist 1,2- bis 12fach groesser als der Muendungsquerschnitt der Strahlleitung. Die in der Leiteinrichtung erzeugten Turbulenz- und Scherkraefte zwischen dem Fluessigkeitsstrahl und einem ueber die Muendung der Leiteinrichtung mitgerissenen Sekundaer- bzw. Gasvolumenstrom sowie die beim Austritt am Reaktorboden auftretenden Druckentspannungskraefte bewirken eine Zerkleinerung von Belebtschlammflocken bzw. eine Zerstoerung von faserigen Stoffen und Zellwaenden von Mikroorganismen. Figur

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, wodurch mittels eines Treibstrahles eine zu behandelnde Suspension in einem Schlaufenreaktor durch Scher- und Druckentspannungskräfte homogenisiert wird und eine Zerstörung agglomeratbildender Stoffe oder ein Zellaufschluß von Mikroorganismen erreicht wird.

Die Vorrichtung soll keine bewegten Teile, starke Querschnittseinengungen oder komplizierte Einbauten aufweisen und im Bereich relativ niedriger Strahlgeschwindigkeiten und Drücke eine mehrfache Einwirkung von Scher- und Unterdruckkräften ohne zusätzliche Fördereinrichtungen ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zuführung der zu behandelnden Suspension als praktisch gasblasenfreier Flüssigkeitsstrahl über eine Treibstrahlleitung mit vorgegebenem Mündungsquerschnitt erfolgt. Dieser Treibstrahl wird mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 2-16m/saxialzentrisch in eine Leiteinrichtung in einem drucklosen Reaktor eingeleitet. In Abhängigkeit vom Abstand der Oberkante der Leiteinrichtung zum Flüssigkeitsspiegel des Reaktors sowie zum Mündungsquerschnitt der Treibstrahlleitung wird gleichzeitig ein Sekundärvolumenstrom der zu behandelnden Suspension und ein Gasvolumenstrom aus der mitgerissenen Umgebungsluft erzeugt. Der Sekundärvolumenstrom ist dabei bis achtmal so groß wie der Primärtreibstrahl.

Das entstehende Suspensions-Gasgemisch wird als Zweiphasenströmung mit maximaler Differenzgeschwindigkeit zwischen Primär-und Sekundärvolumenstrom bis in eine von der Art des zu behandelnden Mediums abhängigen Entfernung vom Reaktorboden gefördert, dort umgelenkt und außerhalb der Leiteinrichtung zurückgeleitet. Die Gasblasen treten an der Flüssigkeitsspiegeloberfläche aus. Der entgaste Sekundärvolumenstrom wird entsprechend dem eingestellten Primär-/ Sekundärvolumenstromverhältnis bis zur Erreichung des geforderten Homogenisierungsgrades wiederholt durch die Leiteinrichtung gefördert.

Der dem Treibstrahl entsprechende homogenisierte Suspensionsvolumenstrom wird abgezogen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer in einen drucklosen Reaktor einmündenden Flüssigkeitsstrahlleitung, deren Mündungsquerschnitt so bemessen ist, daß der Treibstrahl eine Austrittsgeschwindigkeit von 2-16 m/s aufweist. Axialzentrisch unter der Treibstrahlleitung und in einem vom Verhältnis des Primär- und Sekundärvolumenstromes der Suspension und des Gasvolumenstromes abhängigen Abstand befindet sich ein Führungsrohr mit einem 1,2- bis 12fach größeren Durchmesser als der Mündungsdurchmesser der Treibstrahlleitung.

Das Führungsrohr wird so tief in den Reaktor geführt, daß die nach Austritt aus dem Führungsrohr aufsteigenden Gasblasen Ablagerungen von Feststoffen am Reaktorboden verhindern. Die Abstände der Überlaufkante des Führungsrohres zum Flüssigkeitsspiegel und zum Mündungsquerschnitt der Treibstrahlleitung werden in Abhängigkeit vom geforderten Sekundär-/ Gasvolumenstromverhältnis gewählt. Der Reaktor ist mit einer Abzugseinrichtung in Höhe des gewünschten Flüssigkeitsspiegels versehen. Vorzugsweise ist die Mündung des Führungsrohres trichterförmig ausgebildet.

Die Funktion ist wie folgt:

Durch den Treibstrahl werden im Führungsrohr ein Sekundär- und ein Gasvolumenstrom erzeugt. Die Scherkräfte des mit höherer Geschwindigkeit eintauchenden Treibstrahles an'der Grenzfläche zum Sekundärvolumenstrom und die Turbulenzwirkung der Suspensions-Gas-Strömung bewirken eine Scherwirkung für Agglomerate, wodurch Belebtschlammflocken zerkleinert werden. Faserige Stoffe, Zellwände von Mikroorganismen und ähnliche Materialien werden durch die Druckentspannung am Ende des Führungsrohres und den entstehenden Unterdruck durch die aufsteigenden Gasblasen am Reaktorboden zerstört. Mit zunehmender Tiefe des Reaktors wirken die Druckentspannungskräfte bei der Umlenkung des Suspensionsstromes und der Vergrößerung der aufsteigenden Gasblasen intensiver, und die Homogenisierung der Suspension und die Zerstörung der Zellwände von Mikroorganismen werden beschleunigt. Der entgaste Sekundärvolumenstrom wird vorzugsweise bis zu achtmal durch das Führungsrohr geleitet und dort den Scher-, Turbulenz-und Druckentspannungskräften ausgesetzt.

Die behandelte Suspension wird über eine den Flüssigkeitsspiegel regelnde Abzugseinrichtung abgeführt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert werden.

Zur Ermöglichung der Behandlung von Primär-/Belebtschlammgemisch einer Abwasserbehandlungsanlage sollen alle zur Zopfbildung führenden Bestandteile zerstört und die Suspensionen homogenisiert werden.

Über eine Treibstrahlleitung 1 mit einem Mündungsdurchmesser von 80 mm wird der Abwasserschlamm mit einem Volumen von 180m³/h in ein axialzentrisch zurTreibstrahlleitung angeordnetes Führungsrohr 2 mit einem Durchmesser von 600mm eingeleitet. Das Führungsrohr wird mit einem Einlauftrichter 3 versehen, dessen Oberkante 30 mm unter dem Flüssigkeitsspiegel des Reaktors 5 angeordnet ist. Der Mündungsquerschnitt der Treibstrahlleitung 1 endet 80 mm über dem Flüssigkeitsspiegel. Die Länge des Führungsrohres 2 beträgt 1600 mm und endet 300 mm über dem Reaktorboden. Der Sekundärvolumenstrom beträgt 700 m³/h, der Gasvolumenstrom der atmosphärischen Luft beträgt 80 m³/h. Der Treibstrahl taucht mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 m/s in die Schlammsuspension 4 des Reaktors 5 ein, reißt die Umgebungsluft und einen Sekundärvolumenstrom des Schlammgemisches 4 mit in das Führungsrohr 2. Hier beträgt die Geschwindigkeitsdifferenz des Primär- und Sekundärvolumenstromes über 9m/s, wodurch in Verbindung mit der Umkehrung des Tauchstrahles am Ende des Führungsrohres, den dadurch auftretenden Kräften der Druckentspannung des Gas-Schlamm-Gemisches, das Schlammgemisch homogenisiert wird. Über eine Abzugseinrichtung 6 wird die behandelte Schlammsuspension zur weiteren Behandlung abgeleitet. Während ohne Homogenisierung eine drehende Stabachse der Schlammbehandlungsanlage nach 20 min Betriebszeit völlig verstopft war, traten nach Vorschalten der erfindungsgemäßen Homogenisierungsvorrichtung über einen Betriebszeitraum von mehreren Monaten keinerlei Verstopfungen mehr auf.

Claims

1. Verfahren zum Homogenisieren von Suspensionen nach dem Tauchstrahlprinzip ohne Sekundärantriebsvorrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß ein Flüssigkeitsstrahl der zu behandelnden Suspension achsialzentrisch in eine Leiteinrichtung in einem drucklosen Reaktor mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 2—16 m/s eingeleitet wird, die Leiteinrichtung gleichzeitig mit einem Sekundärvolumenstrom der Suspension und einem Gasvolumenstrom beaufschlagt wird, deren Mengenverhältnis in Abhängigkeit vom Abstand der Oberkante der Leiteinrichtung zum Flüssigkeitsspiegel des Reaktors sowie zum Mündungsquerschnitt der Flüssigkeitsstrahlleitung eingestellt wird, das entstehende Suspensions-Gasgemisch als Zweiphasenströmung mit maximaler Differenzgeschwindigkeit zwischen Primär- und Sekundärvolumenstrom bis in eine von der Art des zu behandelnden Mediums abhängigen Entfernung vom Reaktorboden gefördert, dort umgelenkt und außerhalb der Leiteinrichtung zurückgeleitet, dieser Prozeß bis zur Erreichung des geforderten Homogenisierungsgrades wiederholt wird und die homogenisierte Suspension abgezogen wird.

2. Vorrichtung zum Homogenisieren von Suspensionen, gekennzeichnet dadurch, daß der Mündungsquerschnitt einer in einen drucklosen Reaktor einmündenden Flüssigkeitsstrahlleitung so bemessen ist, daß der Treibstrahl eine Austrittsgeschwindigkeit von 2-16 m/s aufweist, axialzentrisch in einem vom Verhältnis des Primär- und Sekundärvolumenstromes der Suspension und des Gasvolumenstromes abhängigen Abstand ein Führungsrohr mit einem 1,2- bis 12fach größeren Durchmesser im Verhältnis zum Mündungsquerschnitt angeordnet, das Führungsrohrso tief in den Reaktor geführt ist, daß die nach Austritt aus dem Führungsrohr aufsteigenden Gasblasen Ablagerungen von Feststoffen verhindern, die Abstände der Überlaufkante des Führungsrohres zum Flüssigkeitsspiegel und zum Mündungsquerschnitt derTreibstrahlleitung in Abhängigkeit vom geforderten Verhältnis von Sekundärvolumenstrom und Gasvolumenstrom gewählt sind und der Reaktor mit einer Abzugseinrichtung versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Mündung des Führungsrohres trichterförmig ausgebildet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Erhöhung des Dispersionsgrades von Suspensionen, zum Homogenisieren von Schlammgemischen der Abwasserbehandlung sowie zum Zellaufschluß von Mikroorganismen in Bioreaktoren.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Faserige Inhaltsstoffe führen bei der Abwasser- und Schlammbehandlung zu Zopfbildungen an drehenden Teilen und zu Verstopfungen von Wärmeübertragern und anderen technologischen Vorrichtungen. Belebtschlamm entwickelt eine höhere Aktivität, wenn grobflockige Strukturen durch steuerbare Scherkräfte in kleinere Agglomerate geteilt werden. In Bioreaktoren führt ein schneller Zeliaufschluß überalteter Mikroorganismen zu einer Beschleunigung des Prozeßablaufs. Bekannt sind kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Dispersionen und Suspensionen durch Rühren, Umpumpen und durch Strahlvermischung. Die Verfahren der Strahlvermischung haben alle den Nachteil, daß nur eine einmalige Vermischung und Druckentspannung an der Düse auftritt. Deshalb wurden mehrstufige Vorrichtungen mit nachgeschalteten Pumpen (WP DD 106952) oder Sekundärzumischung von Luft (WP DD 138038) vorgeschlagen. Die dafür erforderliche zusätzliche Energiezufuhr und der apparative Aufwand mindern die Wirtschaftlichkeit solcher Verfahren. Ein Verfahren zum Druck-Entspannungs-Zellaufschluß, wie in DE-OS 1907365 beschrieben, erfordert am Ringspalt einen Druck von 6 bis 7,5 MPa, wodurch ein hoher Energiebedarf auftritt. Starke Querschnittseinengungen oder Einbauten (WP DD 128870 Fig.9) führen zu Verstopfungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung von Betriebserschwernissen durch Zopf bildung und Verstopfungen bei der Abwasser- und Schlammbildung, eine gesteuerte Scherung von Belebtschlammflocken und ein rascher Zellaufschluß von Mikroorganismen in Bioreaktoren zur Verringerung des Energieaufwandes und des Reaktorvolumens.