Verfahren und Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begasen von Flüssigkeiten in vertikal angeordneten Begasungsrohren, durch die eine Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit strömt, welche nicht grösser ist, als der gewünschte Durchsatz von Gas und Flüssigkeit es verlangt. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Das Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten wird vorgenommen zum Anreichern von Ozon oder anderen Gasen in Flüssigkeiten bzw. bei Reinigung von Abwässern nach dem Belebtschlammverfahren, welches eine reichliche Begasung der Abwässer verlangt.
Bei den bisherigen Verfahren zum Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten wurden Düsen-Injektoren, Ozonmischköpfe oder Begaser mit oder ohne vertikale Begasungsrohre angewendet. Alle diese Vorrichtungen benötigen eine Energiemenge, durch welche unabhängig von dem Wirkungsgrad die Gase in der Flüssigkeit vermischt und gelöst werden. So benötigt man bei Begasungen für Ozonierung mit Ozonmischköpfen ungefähr 25 Wattstunden pro m3 Wasser. Bei Begasungen mit Injektoren werden ca. 5 bis 7 Wattstunden benötigt. Hierbei ist sogar noch zu berücksichtigen, dass eine 4 Meter tiefe Abführung des Wassers vorzusehen ist. Ebenso müssen bei der Düsenbegasung am Grunde 4 bis 5 Meter tiefe Behälter vorgesehen sein und somit die Ozonanlage einen Druck von t/2 Atmosphäre aufweisen.
Selbst für die bisher bekannten Begasungsvorrichtungen der Anmelderin ( Begaser ) müssen 6t/2 Wattstunden pro m3 Wasser aufgewendet werden.
Bei der Behandlung von Abwässern spielt der Energieverbrauch eine wesentliche grössere Rolle als bei der Ozonierung. Hinzu kommt noch, dass die bisher verwendeten mechanischen Vorrichtungen für die Abwasserreinigung den kontinuierlichen Ablauf des Belebtschlammverfahrens durch starkes. mechanisches Zerreisen der Schlammpartikel stören.
Die Erfindung hat den Zweck, den Energieverbrauch auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Erfindung benutzt vertikal angeordnete Begasungsrohre, durch die eine Flüssigkeit strömt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende eines das Gas zuführenden Organes unter Einwirkung dieses Flüssigkeitsstromes eine ellipsenförmige Gasblase gebildet wird und in ihrer Form bestehen bleibt, wobei aufgrund der Grenzschichtturbulenz Gasmengen in die Flüssigkeit eingewirbelt werden, und dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit zumindest so gross gewählt wird, dass die eingewirbelten Gasmengen im vertikalen Begasungsrohr abgesenkt werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das das Gas zuführende Organ mit seiner öffnung in Strömungsrichtung der Flüssigkeit liegt und dass dessen Öffnung dicht unterhalb der Oberfläche der einströmenden Flüssigkeit an der Stelle angebracht ist, an der die Flüssigkeit bereits die zur Erzeugung der stehenden Gasblase notwendige Geschwindigkeit erreicht hat. Die Erfindung bewirkt also, dass der Energieverbrauch zum Einbringen des Gases in die Flüssigkeit praktisch Null ist. Es wird lediglich der Energiebedarf benötigt, welcher notwendig ist, den Auftrieb der eingewirbelten Gasmengen zu kompensieren und nach unten zu transportieren.
Im Nachfolgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung mit einem vertikalen Begasungsrohr und einem Luftzuführungsrohr,
Fig. 2 die gleiche Anordnung mit einem Begasungsrohr und mehreren Luftzuführungsrohren.
In einem Becken 1 befindet sich ein Kasten 2, in dem das Begasungsrohr 4 befestigt ist. In das Begasungsrohr ragt am oberen Ende das Luftzuführungsrohr 5 um einen bestimmten Betrag hinein. Die Richtung der Luftzuführung ist mit einem Pfeil 3 angedeutet. Das mit Luft zu versehende Wasser fliesst durch das Rohr 6 in Pfeilrichtung in den Kasten 2 hinein.
Durch Pfeilrichtung am oberen Ende des Begasungsrohres 4 ist die Flussrichtung dieser Flüssigkeit angedeutet, welche zwischen dem Luftzuführungsrohr 5 und dem Begasungsrohr 4 abwärts fliesst. Der Abstand zwischen beiden Rohren kann beliebig sein.
Am unteren Ende des Luftzuführungsrohres 5 bildet sich infolge des Unterdruckes eine elliptische Luftblase. Diese Luftblase ist mit 7 bezeichnet. Es ist für die Erfindung von besonderer Bedeutung, dass der untere Rand des Rohres 5 von der Flüssigkeitsoberfläche im Kasten 2 nur einen Abstand von zwei bis fünf cm aufweist. Diese Zahlen beziehen sich auf atmosphärischen Druck beider Medien. Hierdurch ist bedingt, dass sich an dem Rohrende die Luftblase 7 in elliptischer Form ausbilden kann und während des gesamten Betriebsvorganges am Rohrende hängen bleibt, denn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit für ein düsenähnliches Mitsaugen ist zu niedrig.
Die an der Gasblase 7 vorbeistreichende Flüssigkeitsmenge ist jedoch in ihrem Energiegehalt gross genug, um an der Grenzschicht der Gasblase Flüssigkeitswirbel zu erzeugen und von dieser Grenzschicht Gasteile in kleinster Blasengrösse in die Flüssigkeit einzuwirbeln. Auf diese Weise erhält der vertikal nach unten gerichtete Wasserstrom die gewünschte Gaszuteilung, ohne dass zusätzliche messbare Energien für die Begasung notwendig sind. Die mit dem Gas angereicherte Flüssigkeit verlässt das vertikale Begasungsrohr 4 an seinem unteren Ausgang und steigt im Bekken nach oben. Am Ausgang ist ein konisch geformter Ablenkkörper 10 vorgesehen, welcher verhindert, dass in der Beruhigungszone nach Austritt die Gasblasen zusammenlaufen und im Rohr 4 störend nach oben steigen.
Zur Weiterbehandlung der begasten Flüssigkeit oder der Abwässer ist ein Ausfiussrohr 8 vorgesehen, so dass ein kontinuierlicher Betrieb der Begasung von Flüssigkeiten gewährleistet ist.
Die Fig. 2 zeigt, im Gegensatz zu Fig. 1, mehrere Luftzuführungsrohre, welche in einem vertikalen Begasungsrohr angeordnet sind. Es werden, da es sich um die gleichen Bauelemente handelt, dieselben Bezugszeichen verwendet. In einem Becken 1 ist ein Kasten 2 angeordnet, in welchem das vertikale Begasungsrohr 4 befestigt ist. An seinem Ausgang ist ein konisch geformter Ablenkkörper 10 vorgesehen zur Verhinderung des Zusammenlaufens der Gasblasen wenn sie aus dem Rohr 4 austreten, so dass sie nicht in das Rohr nach oben steigen können. Senkrecht von oben sind in diesem Begasungsrohr drei Luftzuführungsrohre 5 eingeführt. Diese Luftzuführungsrohre 5 sind von Mantelrohren 9 umgeben, welche mit dem Begasungsrohr 4 an der oberen Einlass- öffnung verbunden sind.
Die Luftzuführungsrohre 5 sind zu einem einzigen Rohr verbunden, welches aus dem Becken 1 herausragt. Der Pfeil 3 zeigt ebenfalls die Richtung der Luftzuführung an. Über das Zuführungsrohr 6 gelangt die zu begasende Flüssigkeit in das Becken 2 und strömt dort zwischen die Mantelrohre 9 und die Luftzuführungsrohre 5 in das Begasungsrohr 4. Infolge des durch die Strömung bedingten Unterdruckes treten an dem unteren Ende der Luftzuführungsrohre 5 elliptisch geformte Gasblasen 7 auf. Die Wirkungsweise ist genau so wie bereits in Fig. 1 beschrieben. Die Gasblasen bleiben während des gesamten Betriebsablaufes an den Öffnungen der Rohre 5 hängen, da die Wassergeschwindigkeit für ein düsenähnliches Mitsaugen zu gering ist.
Die vorbeiströmende Flüssigkeitsmenge hat jedoch einen so grossen Energiegehalt, dass an der Grenzschicht zwi- schen Gas und Flüssigkeit Wirbel erzeugt werden, so dass von dieser Grenzschicht Gasteile kleinster Blasengrösse in die Flüssigkeit eingewirbelt werden. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeit, welche durch den Wasserstand im Kasten 2 beeinflussbar ist, wird so gross gewählt, dass die eingewirbelten Gasmengen in dem vertikalen Begasungsrohr 4 dem Auftrieb der Blasen entgegenwirkend mit der Strömung nach unten mitgerissen werden.
Infolge der Anordnung der Belüftungsrohre 5 zu dem Wasserspiegel im Kasten 2 und der Geschwindigkeit der an der unteren Öffnung an der Gasblase 7 vorbeistreichenden Strömung ist gegeben, dass die Gasblase während des Betriebes bestehen bleibt und fein verteilte Teile an die Flüssigkeit abgibt und dass für den nach unten gerichteten, mit Gasteilen angereicherten Strom zusätzliche messbare Energien nicht notwendig sind. Der Energieverbrauch zum Einbringen des Gases in die Flüssigkeit ist praktisch Null. Es wird lediglich der Energiebedarf benötigt, welcher notwendig ist, den Auftrieb der eingewirbelten Gasmengen zu kompensieren und nach unten zu transportieren. Bei atmosphärischen Druckverhältnissen beider Medien wird in das Rohr 5 keine Luft hineingepumpt.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im vertikalen Rohr 4 muss nur so gross sein, dass die eingewirbelten Blasen abgesenkt werden, wogegen die Geschwindigkeit der Flüssigkeit um die Rohre 5 so gross sein muss, dass die Gasblase 7 entstehen kann und stehen bleibt. Die Abmessungen der Rohre 5 und 4 bzw. 5 und 9 müssen so zueinander abgestimmt sein, dass die oben angegebenen Betriebsverhältnisse erreicht werden.
Die Anordnung in den Fig. 1 und 2 hat also den Zweck, den Energieaufwand pro m3 Wasser auf weniger als die Hälfte der bisherigen Anlagen zu reduzieren. Dieses ist besonders vorteilhaft und fällt stark ins Gewicht bei grösseren Städten mit ihrem enorm hohen Wasserverbrauch.
Bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung kann man sich auch vorstellen, dass die Rohre 4 und 5 nicht nur kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sondem in ihrer Querschnittsform auch rechteckig sind.
Die Wirkungsweise bleibt dieselbe. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass die Einführung der Luftrohre 5 in das vertikale Rohr 4 bzw. in die Mantelrohre 9 nicht immer, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, koaxial vorzunehmen ist. Es ist auch ohne weiteres möglich, die Rohre 5 von der Seite mit einem gewissen Winkel, welcher zwischen 0 und 900 liegen kann, in das Mantelrohr 9 oder in das vertikale Begasungsrohr 4 einzuführen. Hierbei ist aber darauf zu achten, dass die Öffnung der Rohre 5, an der die Gasblase 7 austreten soll, immer in Strömungsrichtung der Flüssigkeit zu liegen hat.