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.