DE2513917A1 - Mischvorrichtung - Google Patents

Mischvorrichtung

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Description

GENERAL SIGNAL CORPORATION
280 Park Avenue
New York, Nev York« Y,St,A.
Unser Zeichen: G 1364
Mischvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeit und Gas, insbesondere zum Beimischen von Sauerstoff zu Industrieabfällen oder Abwässern, die einen biochemischen Sauerstoffbedarf (B0D=biochemical oxigen demand) haben. Mischvorrichtungen behandeln BOD-enthaltende Abwasser, wie städtische Abwasser, biochemisch durch Beimischung von Sauerstoff. Dies geschieht üblicherweise mit Hilfe eines Sprenklerringes unterhalb eines Propellers in einem Tank. Der Propeller wälzt das Abwasser um, und der Sprenklerring führt Sauerstoff in den Tank, welcher beigemischt werden soll, vgl. die US-PS 3 227 701 und 3 547 813.
Bei einem bekannten biochemischen Oxidationsverfahren wird das Abwasser mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, wie Luft, und einem Paulschlamm vermischt. Der letztere besteht im wesentlichen aus Aerobenorganismen, welche die Fähigkeit haben, in Gegenwart von hinreichend verteiltem Sauerstoff das biochemisch oxidierbare organische Material des städtischen Abwassers zu absorbieren und assimilieren und dadurch das organische Material so umwandeln können, daß es leicht von dem gereinigten Wasser getrennt werden kann. Unter normalen Bedingungen vermehren die
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Bakterien sich in den Aerationstanks während dieses Verfahrensschrittes. Wenn die erforderliche Zeit zur BOD-Umwandlung verstrichen ist, läßt man die gemischte Flüssigkeit ruhen und sich absetzen, dekantiert das gereinigte Ablaufwasser in Aufnahmewasser und zieht den Faulschlamm vom Boden der Kläranlage ab.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Verwendung von Sprenklerringen zur Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas zu dem Abwasser bekannt ist. Der Sprenklerring ist dabei unterhalb eines Umwälzpropellers angeordnet, so daß das beigemischte Gas zu der Ansaugseite des Propellers wandert. Der Propeller rotiert im allgemeinen mit einer festen Geschwindigkeit. Wenn über den Sprenklerring Gas in den Tank eingeführt wird, ist für die Rotation des Propellers eine Leistung erforderlich, die als Flüssigkeits-Gas-Leistung bezeichnet wird. Wenn dem Tank über den Sprenklerring kein Gas zugeführt wird, ist für die Rotation des Propellers eine Leistung erforderlich, die als reine Flüssigkeitsleistung bezeichnet wird. Das Verhältnis der Flüssigkeitsleistung zu der Flüssigkeits-Gas-Leistung ist als K-Faktor bekannt. Im allgemeinen ist der K-Faktor ziemlich klein, da das System mehr Leistung verbraucht, wenn kein Gas beigemischt wird, weil zur Rotation des Propellers in einer Flüssigkeit ein grö'sseres Drehmoment erforderlich ist als zur Rotation des Propellers in einem Gas. Deshalb kann der Motor Schaden erleiden, wenn er für einen Propeller ausgelegt ist, der mit einer vorbestimmten Flüssigkeits-Gas-Leistung arbeiten soll und wenn jemand zufällig die Gaszufuhr abstellt und die verbrauchte Leistung ansteigt.
Gemäß der Erfindung soll eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeit und Gas geschaffen werden, welche sowohl bei Gaszuführung als auch ohne Gaszuführung arbeiten kann, ohne daß eine Überlastung des Motors eintreten kann; diese Vorrichtung soll mit einer hohen
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Leistung arbeiten, damit die Massentransportgeschwindigkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe ist bei Vorrichtungen zum Mischen von Flüssigkeit und Gas, mit einem Flüssigkeitstank, einer Einrichtung zum Einführen von Gas und einer Zirkulationseinrichtung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Einführen von Gas so ausgebildet ist, daß sie nur außerhalb der Saugseite der Zirkulationseinrichtung Gas einführt und letztere nur den Flüssigkeitswiderstand erfährt.
Gemäß der Erfindung mischt die Vorrichtung Flüssigkeit und Gas in einem Gefäß, z.B. in einem Tank. Eine Zirkulationseinrichtung, z.B. ein eingetauchter Propeller, wird von einem Motor betrieben und wälzt die Flüssigkeit in dem Tank um. Ein Sprenklerring führt das Gas in den Tank ein. Dieser Sprenklerring ist unterhalb des Propellers angeordnet und weist Gaszufuhreinrichtungen auf, z.B. eine Anzahl von Löchern, welche auf seiner Oberseite angeordnet sind. Die Gaszuführeinrichtungen sind so angeordnet, daß das zugeführte Gas nicht in den Saugbereich des Propellers gelangen kann und eine hohe Massentransportgeschwindigkeit gewährleistet ist.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigern
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung,
Fig. 2 eine Unteransicht eines Propellers der Erfindung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sprenklerring und
Fig. 4 einen Querschnitt, welcher das Verhältnis des Sprenklerringes zu dem Propeller veranschaulicht.
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Wie man in Fig. 1 sieht, mischt eine Vorrichtung eine Flüssigkeit L mit Gas G. Die Vorrichtung umfaßt einen Tank 10, der Flüssigkeit L enthält. Eine Einrichtung 20 wälzt die Flüssigkeit L in dem Tank 10 um. Ein Beimischungs- oder Sprenklerring führt das Gas außerhalb des Saugbereiches 21 der Umwälzeinrichtung 20 ein, so daß die Umwälzeinrichtung 20 lediglich dem Flüssigkeitswiderstand ausgesetzt ist.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Tank 10 mit Seitenwänden 12, mit einer Vorder- und einer Rückwand (nicht dargestellt) und einer Basis 14· Der Tank besteht im allgemeinen aus Beton. Eine Einlaßöffnung 16 führt die Flüssigkeit L, z.B. städtische Abwasser, in den Tank 10. Ferner ist eine Auslaßöffnung 18 vorgesehen, durch welche die Flüssigkeit zu einer weiteren Vorrichtung, z.B. zu einer Kläranlage, geleitet werden kann, nachdem die Flüssigkeit mit Sauerstoff durchsetzt worden ist.
Die Umwälzeinrichtung 20 kann irgendein geeigneter Mischer mit einem Leitrad sein, vorzugsweise mit einem Propellerrad mit gekrümmten Blättern, wie das Modell Nr. 89Q125, welches von der Firma Mixing Equipment Company, Rochester, New York, vertrieben wird. Die Umwälzeinrichtung enthält einen Motor 22, z.B. einen Induktionsmotor mit einer Leistung von 125 PS, welcher eine Antriebswelle 24 dreht. Am unteren Ende der Antriebswelle 24 ist ein Kragen 26 ausgebildet, welcher mit mehreren Schrauben, von denen zwei bei 30 in Fig. 4 gezeigt sind, an einer Scheibe 28 befestigt ist. Die Propeller- oder Turbinenblätter 32 sind mit geeigneten Mitteln, wie Schrauben oder Schweißverbindungen (nicht dargestellt) starr an der Scheibe 28 befestigt. Die Fig. 2 zeigt eine ünteransicht der Scheibe 28 mit daran befestigten Propelleroder Turbinenblättern 32. Die Antriebswelle 24, die Scheibe 28
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und die Blätter 32 können aus "beliebigem, geeignetem Material hergestellt sein, z.B. aus nicht rostendem oder galvanisiertem Stahl. Die Blätter 32 sind auf der Scheibe 28 so ausgerichtet, daß die Flüssigkeit L beim Verlassen der Propellerblätter im wesentlichen radial zirkuliert. Im Ausführungsbeispiel wurde zwar eine von oben eintauchende TJmwälzeinrichtung 20 dargestellt, es ist jedoch auch möglich, eine vom Boden aus eintauchende Umwälzeinrichtung zu verwenden. Es können auch Stabilisierungsringe oder -einrichtungen, welche nicht dargestellt sind, zur Begrenzung der radialen Bewegung der Welle verwendet werden.
Wie man in Fig. 1 sieht, wird ein Gas dem Tank 10 über einen Beimischungs- oder Sprenklerring 40 zugeführt, der an dem Tank 10 mit geeigneten Mitteln wie Bügeln (nicht dargestellt) befestigt ist, welche ihrerseits an der Basis 14 befestigt sind. Das Gas wird dem Sprenklerring 40 mit einer Pumpe 36 über eine Gasleitung 38 zugeführt. Wie man aus Fig. 1 sieht, gelangt das Gas von der Gasleitung 38 in eine hohle Ringkaminer 41 des Sprenklerrings 40 und verläßt diesen durch einen Satz von Öffnungen 42 in der Oberseite 43 des Sprenklerrings 40.
Es war bislang üblich, den Sprenklerring unter den Propellerblättern anzubringen, so daß das Gas von dem Sprenklerring in den Saugbereich der Blätter gelangt. Dadurch wird die Dichte des Mediums, welche von den Blättern umgewälzt oder zirkuliert werden soll, verringert. Dieses Medium mit geringerer Dichte setzt der Rotation der Blätter einen geringeren Widerstand entgegen. Da die Leistung des Motors bei der Drehung des Propellers proportional zu dem Widerstand des Mediums ist, zieht der Motor weniger Leistung, wenn Gas in den Saugbereich der Blätter abgegeben wird. Dies kann wünschenswert erscheinen, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Geschwindigkeit des Massentransportes mitder von dem Motor verbrauchten Leistung abnimmt.
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Gemäß der Erfindung führt der Sprenklerring Gas außerhalb des Saugbereichs der Blätter ein, so daß die Blätter lediglich den Widerstand der Flüssigkeit erfahren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sprenklerring so angeordnet ist, daß er Gas lediglich innerhalb eines Volumens V abgibt, welches in Fig. 4 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Das Yolumen V umfaßt einen Ring mit einer radialen Abmessung a und einer axialen Abmessung b. Die radiale Abmessung a erstreckt sich vom 1- bis 1,5-Fachen des Durchmessers Dt der Blätter. Die axiale Abmessung b erstreckt sich von der Scheibe 28 ungefähr um eine Entfernung nach unten, welche der Höhe der Blätter 32 entspricht. Solange Gas in das Volumen V eingeführt wird, kann es nicht in den Saugbereich der Blätter gelangen. Die Fig. 4 zeigt dieses Verhältnis für den Sprenklerring 40f, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß dieses Prinzip auch für andere Sprenklerringe anwendbar ist, z.B. für denjenigen der Fig. 1. Der Durchmesser Ds des Sprenklerrings beträgt an der Öffnung ungefähr das 1,2-Fache des Durchmessers Dt der Turbinenblätter, so daß das Gas an diesem Ort eingeführt wird.
Der Durchmesser Ds wird in dieser Beschreibung als imaginärer Kreis angenommen, welcher von dem radial innersten Punkt jeder Öffnung einer Gruppe von Öffnungen gebildet wird, wie der imaginäre Kreis C für die Öffnungen 42'. Der Durchmesser Dt, der im folgenden als Durchmesser der Blätter bezeichnet wird, ist tatsächlich der Durchmesser eines Kreises, welcher von den äußeren Spitzen der rotierenden Blätter gebildet wird. Durch Anordnung der Öffnungen oder Löcher radial außerhalb der Turbinenblätter erfahren diese bei ihrer Rotation lediglich den Widerstand der Flüssigkeit. Dabei wird mehr Leistung gezogen und deswegen die Massentransportgeschwindigkeit erhöht. Falls Gas in radialer Richtung außerhalb des Volumens V eingeführt wird, sinkt die Massentransportgeschwindigkeit erheblich.
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Palls Gas oberhalfc des Yolumens V eingeführt wird, nimmt die Massentransportgeschwindigkeit ab. Palis Gas unterhalb des Volumens Ύ eingeführt wird, kann es in den Saugbereich der Blätter treiben und die gezogene Leistung verringern. Das Gas wird für den besten Massentransport vorzugsweise etwa im Mittelpunkt der Blätter (axial) eingeführt.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen modifizierten Beimischungs- oder Sprenklerring 40'. Dieser Ring 40' unterscheidet sich von dem Ring 40 dadurch, daß er zwei Gruppen von Löchern aufweist. Eine erste Gruppe von Löchern 42' ist auf der Oberseite 43' des Sprenklerringeε 40' angeordnet. Eine zweite Gruppe von Öffnungen 44' ist ebenfalls auf der Oberseite 43' angeordnet. Die zweite Gruppe von Löchern ist radial außerhalb der ersten Gruppe angeordnet. Jede Gruppe von Löchern liegt auf einem Kreis auf der Oberseite des Sprenklerrings, dies ist jedoch lediglich eine Frage der Einfachheit, entscheidend ist, daß das Gas von dem Saugbereich der Propeller—blätter 32 fortgerichtet ist.
Aus Fig. 4 wird die Anordnung von zwei Gruppen von Löchern besonders klar. Der Sprenklerring 40' enthält einen ringförmigen Teiler 46, welcher den Innenraum des Ringes in zwei verschiedene, hohle Abschnitte 41' und 41" unterteilt. Ein Gas kann in eine dieser hohlen Kammern oder in beide Kammern eingeführt werden. Falls die innere hohle Kammer 4I' verwendet wird, wird das Gas über die Löcher 42' in den Tank abgegeben. Falls die äußere hohle Kammer 41" verwendet wird, wird das Gas durch die Löcher 44' in den Tank abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, den Durchmesser Ds von Ds(1) zu Ds(2) zu ändern, abhängig davon, welcher Kammer 4I' oder 41 " über die Leitung 38 Gas zugeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein ringförmiger Schlitz (oder Schlitze) anstelle einer Gruppe von öffnungen verwendet werden
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können. Außerdem ist es zwar einfach, einen Sprenklerring mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden, es kann jedoch auch ein Hing mit einem beliebigen Querschnitt verwendet werden. Darüberhinaus ist es auch möglich, einen unterteilten Sprenklerring zu verwenden, um der Flüssigkeit ein oder mehrere Gase beizumischen.
Beispiel
Ein rechtwinkliger Tank von etwa 11,5 x 12,5 m und etwa 9 m Tiefe enthält ungefähr 6 m Wasser. Ein Induktionsmotor mit 125 PS rotiert eine Stahlscheibe mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 100 U/min. Jedes Blatt hat einen Krümmungsradius von ungefähr $6 cm, und jedes Blatt ist etwa unter einem Winkel von 55° gegenüber der radialen Linie von dem äußeren Rand des Blattes geneigt. Ein Gas wird mit einer Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 85 m /min. durch einen Sprenklerring zugeführt, dessen Durchmesser Ds ungefähr 2,1 m beträgt. Dieser Durchmesser Ds weist ungefähr 24 Löcher auf, die jeweils einen Durchmesser von etwa 1,9 cm und einen Druckabfall von etwa 105 g/cm aufweisen. Die Oberseite des Sprenklerrings befindet sich etwa 1,5 cm unterhalb der Scheibe. Die bei Gaseinführung gezogene Leistung ist etwa 93»5 PS, während ohne Gaszuführung eine Leistung von etwa 9115 PS gezogen wird, was einen K-Faktor von etwa 1,02 ergibt.
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Claims (12)

  1. Ansprüche
    M.)Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeit und Gas, mit einem Flüssigkeitstank, einer Einrichtung zum Einführen von Gas und einer Zirkulationseinrichtung, dadurch gekennzeiehnet, daß die Einrichtung zum Einführen von Gas so ausgebildet ist, daß sie nur außerhalb der Saugseite der Zirkulationseinrichtung Gas einführt und die letztere nur den Flüssigkeitswiderstand erfährt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationseinrichtung mehrere rotierende Blätter aufweist, welche in die Flüssigkeit eingetaucht sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter eine radiale Strömung erzeugen.
  4. 4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen von Gas einen Sprenklerring enthält.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring hohl ist und an seiner Oberseite eine Anzahl von Löchern aufweist, welche mit dem Hohlraum kommunizieren.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring Gas an einem Ort einführt, welcher etwa den 1- bis 1,5-fachen Durchmesser der Blätter aufweist.
  7. 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring Gas an einem Ort einführt, der etwa den 1,2-fachen Durchmesser der Blätter aufweist.
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  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring bei seinen Löchern den 1- bis 1,5-fachen Durchmesser der Blätter aufweist.
  9. 9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Sprenklerrings etwa das 1,2-Faehe des Durchmessers der Blätter beträgt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis S1 dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring Gas an einem Ort einführt, welcher mit dem axialen Ort der Blätter zusammenfällt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprenklerring Gas etwa in der axialen Mitte der Blätter einführt.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter auf einer rotierenden Scheibe befestigt sind und die Oberseite des Sprenklerrings etwa in der axialen Mitte der Blätter angeordnet ist.
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DE2513917A 1974-03-29 1975-03-27 Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeit mit Gas in einem Flüssigkeitstank Expired DE2513917C2 (de)

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