DE1907278A1

DE1907278A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1907278A1
Application number: DE19691907278
Authority: DE
Inventors: Ludwik Smolski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-13
Filing date: 1969-02-13
Publication date: 1970-08-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Flüsslgkeiten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Erzeugung von Zirkulation sowie zur Belüftung von Flüssigkeiten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Sie dienen zur Behandlung bzw. Aufbereitung von Flüssigkeiten, wie beispielsweise von Frischwasseranlagen für Städte, von Flüssen, Seen und im besonderen stillstehenden Gewässern, Buchten und Becken o. dgl. in denen keine natürliche Strömung herrscht. Vorrichtungen der bekannten Art verwenden für die Belüftung und Vermischung entweder Turbinen-Oberflächenbelüfter, die mit Ausnahme der unmittelbar obersten Schicht nahe des Flüssigkeitsspiegels keine wirksame Behandlung garantieren, oder am Boden des Flüssigkeitsbehälters angeordnete Rohre, die über eine Anzahl von Düsen einen Luftstrom in die Flüssigkeit einblasen. Dieser Luftstrom erzeugt letztlich nur frei und schnell zur Oberfläche aufsteigende Luftblasen, die die Flüssigkeit etwas in Bewegung bringen und dabei geringfügig Belüften.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, daß eine neue und wirkungsvolle Behandlung von Flüssigkeiten gestattet und eine rasche Aufnahme großer Gasmengen durch die behandelte Flüssigkeit in größerem Maße als bisher garantiert.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß in die zu bearbeitende Flüssigkeit ein an beiden Enden offenes Rohr im wesentlichen senkrecht versenkt wird und daß Gas in das untere Ende des Rohres derart eingeblasen wird, daß ein aus Gasblasen und Flüssigkeit bestehender Strom von unten nach oben durch das Rohr fließt, ferner daß der mit Gasblasen beladene Flüssigkeitsstrom innerhalb des Rohres schneckenförmig gewundenen Kanälen folgt, wobei eine derartige Turbulenz erzeugt wird, daß die Gasblasen zerteilt werden und von der Flüssigkeit absorbiert werden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein an beiden Enden offenes, in die zu bearbeitende Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht einbringbares Rohr vorgesehen ist, daß in seinem Innenraum ein oder mehrere schneckenförmig gewundene Trennwände zur Abtrennung einer oder mehrere schneckenförmig gewundener Kanäle aufweist, und daß am unteren Endes des Rohres ein Gasblasen erzeugender Generator vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, daß die Gasblasen unter Mitreißen von Flüssigkeit in die schneckenförmig gewundenen Kanäle des Rohres von unten her einströmen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, dass das Rohr derart in der zu bearbeitenden Flüssigkeit angeordnet ist, daß das obere Ende unterhalb des Flüssigkeitssgieghls zu liegen kommt, wobei dem innerhalb des Rohres/die schneckenförmig gewundenen Kanälen hindurchfließenden, mit Gasbläschen beladenen Flüssigkeitsstrom eine derartige Rotationsbewegung erteilt wird, daß sich beim Austritt aus der Auslaßöffnung des Rohres zwischen dieser Auslaßöffnung und dem Wasserspiegel eine sich nach oben kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz ausbildet.
Diese Turbulenz trägt nicht nur dazu bei, das vom Generator ausgeblasene Gas mit einer großen Menge von Flüssigkeit zu vermischen, sondern sie erzeugt auch einen bestimmten Umwälzeffekt, wodurch ein großer Teil der Flüssigkeit an die Oberfläche gelangt und dort mit atmosphärischer Luft in Berührung kommt.
Ferner ist es vorteilhaft, die die schneckenförmig gewundene Trennwand den Innenraum des Rohres in zwei voneinander getrennte Kanäle unterteilt, wobei die Trennwand einen S-förmigen Querschnitt aufweist und daß für jeden der schneckenförmig gewundenen Kanäle ein Blasengenerator vorgesehen ist.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß das Rohr und die Trennwand aus in der zu bearbeitenden Flüssigkeit schwimmenden Material bestehen und das Rohr damit selbsttätig eine im wesentlichen senkrechte Lage zur Flüssigkeitsoberfläche einnimmt. Diese Rohre können selbstverständlich in beliebiger Anzahl und Anordnung in der zu bearbeitenden Flüssigkeit vorgesehen werden. Die Rohre selbst können mit Befestigungseinrichtungendie ein Verschwenken der Rohre gestatten an parallel oder in Serie geschalteten Versorgungsleitungen befestigt sein, die auf dem Grund oder Boden des jeweiligen Flüssigkeitsbehälters abgesenkt worden sind. Die Befestigungseinrichtungen gestatten den Rohren bei einer Berührung mit Booten und dgl. ein Ausweichen und verhindern damit weitgehende mechanische Beschädigungen. Auch wird eine Beseitigung von Verstopfungen dadurch auf einfache Weise ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten läßt sich auf den verschiedensten Gebieten anwenden. Beispielsweise kann das Verfahren bei der biologischen Aufbereitung von flüssigen Abfallprodukten oder Abwässern Verwendung finden, bei der gelöste organische Verunreinigungen durch Bakterien abgebaut werden sollen. Ebenso kann das Verfahren zur Umschichtung von Flüssigkeiten angewandt werden, wobei beispielsweise durch das Umwälzen von wärmeren Wassermengen von unten nach oben eine Eisbildung an der Wasseroberfläche verhindert werden kann. Auch ist es möglich die Wellenbildung in Schiffahrtskanälen oder in der Nähe von Werften oder Dockanlagen zu verringern. Weiterhin ist es möglich, beispielsweise Fischen und Seetieren in Tanks oder Behältern durch das erfindungsgemäße Verfahren Sauerstoff in genügender Menge zuzuführen.
Ganz allgemein kann das Verfahren überall dort Anwendung finden, wo entweder ein inniger Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit oder eine Bewegung der zu bearbeitenden Flüssigkeit erwünscht oder notwendig ist.
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht einer aus drei Rohre in heiten 13 bestehenden Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohres; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt in der Ebene 3 - 3 der Fig. 2 und Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer verschwenkbaren Befestigungseinrichtung.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Bewegung und Lüftung in einer Flüssigkeit 10, beispielsweise einem Fluß, einer Bucht, einem See, einem natürlichen oder künstlichen Behälter und dergl. versenkt dargestellt. Der Wasserspiegel ist in dieser Darstellung mit der Bezugszahl 11 versehen, während der Boden des Beckens mit der Bezugszahl 12 gekennzeichnet ist, Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Bewegung und Belüftung muß dabei mindestens aus einer Rohreinheit 13 bestehen, die in der zu bearbeitenden Flüssigkeit senkrecht zum Wasserspiegel 11 angeordnet ist und mit einem Blasengenerator 23 zusammenarbeitet. Dieser Generator 23 ist jeweils unter einer Rohreinheit 13 auf einer Versorgungsleitung 14 angebracht, die durch eine in der Figur nicht dargestellte Pumpe oder einem Gebläse mit Luft gespeist wird, Die Anzahl der Rohreinheiten 13 richtet sich nach der Menge der zu behandelnden Flüssigkeit. Die auf dem Boden 12 ruhende Versorgungsleitung 14 kann dort durch entsprechende Mittel wie z.B. Ankerblöcke 15 in bestimmten Abständen befestigt werden. Weist das Becken eine große Tiefe auf, so kann die Versorgungsleitung auch in entsprechend#Höhe über den Boden 12 angeordnet werden.
In den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau einer Rohreinheit 13 dargestellt. Die Einheit besteht aus einem Rohr 16, das an beiden Enden offen ist, also eine Einlaßöffnung 17 und eine Auslaßöffnung 18 aufweist. Im Innenraum des Rohres 16 ist eine sich über die ganze Länge des Rohres erstreckende schneckenförmig gewundene Trennwand 19 befestigt, die wie aus Fig. 3 zu ersehen ist den Rohrinnenraum in zwei schneckenförmig gewundene Kanäle 20 und 20' unterteilt. Vorzugsweise ist der Querschnitt dieser Trennwand 19, wie in Fig. 3 dargestellt S-förmig, um der hindurchströmenden Flüssigkeit, wie später noch beschrieben werden wird, eine bestimmte Bewegung zu erteilen.
Jede Rohreinheit 13 ist mit der Versorgungsleitung 14 durch zwei Laschen 21 verbunden. Diese Laschen 21 sind mit ihrem einen Ende fest mit der Versorgungsleitung 14 verbunden während das andere Ende eine Bohrung aufweist, in die ein mit dem Rohr 16 verbundener Bolzen 22 hineinragt. Da die Bolzen 22 an dem Rohr 16 diametral gegenüberliegend befestigt sind, kann die Rohreinheit wie in Fig. 4 mit gestrichelten Linien 13a und 13b dargestellt, um die Achse der Bolzen 22 nach zwei Seiten verschwenkt werden. Da nun aber das Rohr 16 und die schneckenförmig gewundene Trennwand 19 aus in der zu bearbeitenden Flüssigkeit schwimmenden Material, wie beispielsweise Kunststoff hergestellt sind, wird die Rohreinheit lj zwangsläufig selbsttätig eine im wesentlichen senkrechte Lage der Flüssigkeitsoberfläche 11 einnehmen. Sollte nun eine Rohreinheit 13 durch Vorbeifahren von Booten, schwimmenden Abfällen oder anderen Hindernissen irgendwelcher Art berührt werden, so kann Qie Einheit 13 frei um die Bolzen 22 in eine Lage schwingen, die eine mögliche Beschädigung des Rohres vermeidet.
Die zur Wasseroberfläche 11 senkrechte Lage des Rohres 16 wird nicht nur durch den eigenen Auftrieb sondern auch durch das durch das Rohrinnere strömende Wasser-Luftgemisch erzeugt Unter jeder Rohreinheit 13 ist die Versorgungsleitung 14 mit einem Blasengenerator versehen, der vorzugsweise aus zwei Düsen 23 besteht, die wie in Fig. 2 gezeigt auf der Oberseite der Versorgungsleitung 14 angebracht sind. Die Düsen 23 sind dabei so ausgerichtet, daß der austretende Luftstrom durch die Einlaßöffnung 17 genau in die schneckenförmig gewundenen Kanäle 20, 20' des Rohres 16 einströmt. Eine der Düsen 23 versorgt dabei den Kanal 20 während die zweite Düse den Kanal 20 t versorgt.
Die Einlaßöffnung 17 ist mit Ausnahme des schmalen Bereiches der Laschen 21 von allen Seiten her gut zugängig, so daß durch den aus den Düsen 23 austretenden Luftstrom Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 24 in die Einlaßöffnung 17 des Rohres 16 hineingezogen wird.
Das Gemisch aus Blasen und Flüssigkeit strömt dann weiter durch die gewundenen Kanäle 20 und 20' durch das Rohr 16 hindurch um dann aus der Auslaßöffnung 18 mit einer bestimmten Rotationsbewegung in den freien Flüssigkeitsraum auszutreten.
Bei diesem Vorgang werden die Luftblasen durch die Flüssigkeit komprimiert und zerteilt, wobei die aufwärtsströmende Luft von der Flüssigkeit derart absorbiert wird, daß eine gute Belüftung der Flüssigkeit erhalten wird. Werden jedoch die von der schneckenförmig gewundenen Trennwand 19 gebildeten gewundenen Kanälen 20, 20' nicht vorgesehen, so würde die mit Luftbläschen beladene Flüssigkeit sehr schnell durch das Rohr hindurch zur Oberfläche der Flüssigkeit wandern und in die Atomsphäre ausströmen, ohne eine wirklich optimale Durchlüftung der Flüssigkeit bewirkt zu haben. Dagegen erzeugen die von der schneckenförmig gewundenen Trennwand 19 gebildeten Kanäle 20, 20' eine derartige Bewegung und Turbulenz in der mit Luftbläschen beladenen Flüssigkeit, daß die Kompression und Zerteilung der Luftblasen und somit die daraus resultierende Belüftung der Flüssigkeit erhebl-ich wirkungsvoller ist. Außerdem zwingen die schneckenförmig gewundenen Kanäle 20, 20' die mit Luftbläschen beladene Flüssigkeit zum Durchströmen einer längeren Strecke, als dies bei einem Rohr mit geradem Durchgang der Fall sein würde. Daraus ergibt sich, daß die Kompression und die Zerteilung der Luftblasen eher, also am Anfang des Rohres stattfindet und damit durch die größere Ausströmzeit und in Länge ren Blasenweg einer wirkungsvolleren Belüftung Vorschub leistet.
Die Rohreinheiten 13 können derart angeordnet werden, daß ihre Auslaßöffnungen 18 etwa mit der Wasseroberfläche 11 abschließen. Vorzugsweise werden diese Rohre mit ihren Auslaßöffnungen 18 in einem bestimmten Abstand unter dem Wasserspiegel 11 derart angeordnet, daß dieser Abstand ungefähr der halben Länge des Rohres 13 entspricht. Außerdem im vorangegangenen bereits beschriebenen Zweck dienen die mit einer schneckenförmig gewundenen Trennwand 19 ausgerüsteten Kanäle 20, 20' dazu, der in dem Rohr nach oben fließenden Flüssigkeit eine Rotation zu erteilen, die beim Austritt aus der Auslaßöffnung 18 im Bereich 25 zwischen dieser Auslaßöffnung und dem Wasserspiegel 11 eine sich nach oben kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz erzeugt. Dxse Maßnahme vergrößert den Belüftungseffekt nicht nur durch die Erfassung eines größeren Wasservolumens, sondern bringt auch durch die erzeugte Turbulenz ein größeres Volumen der zu bearbeitenden Flüssigkeit mit der Außen luft über dem Wasserspigel in Verbindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungegemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Zirkulation und Belüftung verhindert den Stillstand in Flüssen, Seen, Wasserbecken u. dgl. mit nur wenig oder gar keiner natürlichen Bewegung. Ebenso kann dieses Verfahren in Wasserbehältern oder Wassertanks angewendet werden, die mit einer ausreichenden Sauerstoffversorgung für Fische ausgestattet sein müssen. Auch kann es zur Durchführung von chemischen oder physikalischen Verfahren benützt werden, bei denen ein wirkungsvoller Gas#Flüs-sigkeit-Kontakt wünschenswert oder gar notwendig ist.
Im besonderen kann dieses Verfahren und die Vor richtung bei der biologischen Aufbereitung von flüssigen Abfallprodukten oder Abwässern Verwendung finden, bei der gelöste organische Verunreinigungen durch Bakçterien abgebaut werden sollen. Ce Mikrooganismen sind in der Lage die organischen Stoffe aufzubrauchen, wozu zur Assimilierung Sauerstoff benötigt wird. Die Mikroorganismen können ihre Funktion wirksam ausüben und zum Erhalt optimaler Abbaugeschwindigkeiten beitragen, wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist und wenn die Mikroorganismen durch turbulentes Mischen mit den fraglichen Stoffen in enge Berührung gebracht werden.
Vorrichtungen der bekannten Art verwenden für die Belüftung und Vermischung entweder Turbinen-Oberflächen-Belüfter, die mit Ausnahme der unmittelbar obersten Schicht nahe des Flüssigkeitssptgel eine wirksame Behandlung garantieren, oder am Boden des Flüssigkeitsbehälters angebrachte Blasen-Generatoren 5 die letztlich nur frei und schnell zur Oberfläche aufsteigende Luftblasen erzeugen, wodurch sich eine wirkungsvollecptimale Absorbtion und Belüftung gar nicht erst ausbilden kann.
Die vorliegende Erfindung dagegen gewährleistet einen hochwirksamen innigen Kontakt der Luftblasen mit der durch die schneckenförmig gewirndenen Kanäle des gesamten Rohres hindurchströmenden Flüssigkeit.
Verstärkt wird dieser Effekt durch die Wirksamkeit der in dem Bereich zwischen der Auslaßöffnung des Rohres und dem Wasserspiegel sich ausbildenden wirbelartigen Turbulenz, so daß damit eine optimale Belüftung und Zirkulation der gesamten Flüssigkeit gewährleistet wird.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Belüftung von Flüssigkeiten, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in die zu bearbeitende Flüssigkeit (ao) ein an beiden Enden offenes Rohr (16) im wesentlichen senkrecht versenkt wird und daß Gas in das untere Ende (17) des Rohres (16) derart einem blasen wird, daß ein aus Gasblasen und Flüssigkeit bestehender Strom von unten nach oben durch das Rohr (16) fließt, ferner daß der mit Gasblasen beladene Flüssigkeitsstrom innerhalb des Rohres (16) schnecken förmig gewundenen Kanälen (20, 20') folgt, wobei eine derartige Turbulenz erzeugt wird, daß die Gasblasen zerteilt werden und von der Flüssigkeit absorbiert werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (16) derart in der zu bearbeitenden Flüssigkeit (lo) angeordnet ist, daß das obere Ende (18) unterhalb de+'lüssigkeitsspiegels (11) zu liegen kommt, wobei dem innerhalb des Rohres (16) durch die schneckenförmig gewundenen Kanäle (20, 20i) hindurchtließenden, mit Gasbläschen beladenen Flüssigkeitsstrom eine derartige Rotationsbewegung erteilt wird, daß sich beim Austritt aus der Auslaßöffnung (18) des Rohres (16) zwischen dieseiAuslaßöffnung und dem Wasserspiegel (11) eine sich nach oben kegelförmig erweiternde wirbelartige Turbulenz ausbildet.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein an beiden Enden offenes, in die zu bearbeitende Flüssigkeit (lo) im wesentlichen senkrecht einbringbares Rohr (16) vorgesehen ist, daß in seinem Innenraum ein oder mehrere schneckenförmig gewundene Trennwände (19) zur Abtrennung einer oder mehrerer schneckenförmig gewundener Kanäle (20, 201 ) aufweist, und daß am unteren Ende des Rohres (16) ein Gasblasen erzeugender Generator (23) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, daß die Gasblasen unter Mitreißen von Flüssigkeit in die schneckenförmig gewundenen Kanäle (20, 20') des Rohres (16) von unten her einströmen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die schneckenförmig gewundene Trennwand (19) den Innenraum des Rohres (16) in zwei voneinander getrennte Kanäle (20, 201 ) unterteilt, wobei die Trennwand (19) einen S-förmigen Querschnitt aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß der Gasblasen generator aus einer Anzahl von die Gasblasen erzeugenden Düsen (23) besteht, wobei diese Düsen (23) derart angeordnet sind, daß ihre Ausströmöffnungen genau unter dem jeweiligen Kanal (20, 20') liegen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Versorgungsleitung (14) vorgesehen ist, die in bestimmten Abständen mit Blasengeneratoren und mit Einriohtungen (21) zur Befestigung des Rohres t16) ausgestattet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Befestigungseinrichtungen (21) Elemente (22) umfassen, die ein Verschwenken des Rohres (16) gestatten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Elemente (22) von Stiften gebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (16) und die Trennwand (19) aus in der zu bearbeitenden Flüssigkeit schwimmenden Material bestehen und das Rohr (16) damit selbsttätig eine im wesentlichen senkrechte Lage zur Flüssigkeitsoberfläche (ii) einnimmt.

lo. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e II n z e i c h n e t , daß für jeden der schneckenförmig gewundenen Kanäle (20, 20') ein Blasengenerator (23) vorgesehen ist.