DE4143107C2 - Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten, insbesondere Schmutzwasser, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Neutralisationsreaktion von alkalischen Lösungen mit Kohlendioxidgas (CO₂) und das Lösen von Gasen in Flüssigkeiten ist seit langem bekannt, wobei die Ver­ fahren nach dem Stand der Technik im wesentlichen im Labormaßstab angewendet wurden. Die Behandlung von Ge­ mischen mit Feststoffanteilen wie grobem Bausand schränkt den Einsatz vieler Verfahren erheblich ein, zum Beispiel sind für Durchsatzmengen von mehr als 2 m³/h Düsen wegen Verstopfung und hohem Verschleiß ungeeignet.

Die zur Neutralisation oder zum Belüften eingesetzten Begasungsverfahren haben den Nachteil, daß sie zum Teil im Kreisprozeß geführt werden oder mit hohen Gasverlu­ sten zu rechnen ist, da die Löslichkeit der zugeführten Gase unter technischen Voraussetzungen oft sehr viel weniger als 20% des theoretisch errechneten Wertes beträgt. Entweder kommt es zur Ausgasung, die kosten­ intensive Auffangvorrichtungen erforderlich macht, ins­ besondere bei aggressiven Reaktanten, oder es müssen platzraubende, geschlossene Reaktionsbehälter zur Ver­ fügung gestellt werden.

Aus der DE 34 36 660 A1 ist ein Verfahren und eine Vor­ richtung bekannt, die zur Aufbereitung von für Trink- und Brauchwasserzwecke bestimmtem Wasser dienen. Dabei wird ein Teil des Wasserstroms, der dem Versorgungsnetz entnommen wird, abgezweigt und bis zur maximalen Kon­ zentration über eine spezielle Vorrichtung in einem Behälter mit Kohlendioxid versetzt. Dieser Zweigstrom wird dann zweckmäßigerweise über Dosiereinrichtungen verschiedenen Wasserströmen zugemischt.

Schwierigkeiten dabei ergeben sich dadurch, daß nur geringe Durch­ satzmengen erzielt werden können, woraus ein niedriger Wirkungsgrad resultiert, und daß durch die Verwendung von Düsen relativ große Gasblasen entstehen und eine Behandlung von Schmutzwasser weniger effektiv möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zu schaffen, die eine effektive Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmutzwasser ermög­ licht, einen hohen Durchsatz und Wirkungsgrad erreicht und ohne Gefahr in bewohnter Umgebung und in freier Natur einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Übersätti­ gen von Flüssigkeiten mit beliebigen Gasen und zum An­ reichern, das heißt Belüften von Gewässern, zum Bei­ spiel mit Luftsauerstoff. Durch die Vorrichtung läßt sich der Wirkungsgrad des Neutralisationsverfahrens wesentlich verbessern und der Anwendungsbereich auf technische Großprojekte erweitern. Durchsatzmengen von über 400 m³/h sind problemlos zu bewältigen.

Durch die in den unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Rohrsystem aus Metall oder Kunststoff und weist im wesentlichen drei nacheinander angeordnete Reak­ tionsräume 1, 2, 3 auf.

Der Reaktionsraum 1 weist einen Zulauf 7 für Schmutz­ wasser auf, der von Pumpen angesteuert wird oder das Schmutzwasser kann dem Zulauf auch durch natürliches Gefälle zugeführt werden. Der Reaktionsraum 1 dient zum Vermischen und Entspannen des Schmutzwassers. In dem Reaktionsraum 1 sind Beschickungselemente 4, durch wel­ che unter Druck Gas zugeführt wird, so angeordnet, daß die von oben über den Zulauf zugeführte Flüssigkeit im Gegenstrom am austretenden Agens, beispielsweise CO₂, vorbeifließt. Der Porendurchmesser der Beschickungsele­ mente 4 ist sehr klein, kleiner als 1 mm, wodurch die Kontaktfläche Flüssigkeit/Agens sehr groß wird. Die Beschickungselemente 4 sind so gestaltet, daß ihre Po­ ren zum Beispiel nicht durch Kalk verstopft werden kön­ nen.

Der Reaktionsraum 1 ist mit dem Reaktionsraum 2 über ein konisch sich verjüngendes Übergangsstück 6 verbun­ den. Der Reaktionsraum 2 dient zur Druckerhöhung und besteht beispielsweise aus einer U-förmigen, starren oder flexiblen vertikalen Konstruktion, wobei ihr unte­ res Rohrteil 9 über einen 180°-Bogen nach oben geführt wird, und ihr oberer Auslauf 8 in einen Mischbehälter 3a des Reaktionsraums 3 zur chemischen Nachreaktion und zum Verteilen von überschüssigem Agens in unbehandelter Flüssigkeit eintaucht.

Das konisch sich verjüngende Übergangsstück 6 zu dem Reaktionsraum 2 kann mit unterschiedlichen Auslaufquer­ schnitten ausgebildet werden, um den Anschluß verschie­ dener Ausführungsformen vom Reaktionsraum 2 zu ermögli­ chen, wobei die Konstruktion des Reaktionsraums 2 ent­ sprechend auswechselbar gestaltet sein kann. Das Rohr­ teil 9 ist mit einer verschließbaren Öffnung versehen.

Zur Erzielung der gewünschten Druckverhältnisse ist der Zulauf 7 zum Reaktionsraum 1 in der Regel gleich groß oder größer als der Auslauf 8 des Reaktionsraums 2 in den Reaktionsraum 3. Darüber hinaus ist der Strömungs­ querschnitt des Reaktionsraums 1 im Bereich der Be­ schickungselemente 4 annähernd gleich oder kleiner als der Querschnitt des Zulaufs 7, wobei unterhalb des Be­ reichs der Beschickungselemente der Strömungsquer­ schnitt das Vierfache des Querschnitts vom Zulauf 7 zum Reaktionsraum 1 betragen muß.

Der Auslauf 8 des Reaktionsraums 2 kann mit Verteiler­ elementen 5 verbunden sein, die in den Reaktionsraum 3 eintauchen. Der Reaktionsraum 3 kann als Mischbehälter 3a mit einem oder mehreren Zulaufrohren 8a für unbehan­ delte Flüssigkeit sowie einem Überlauf 10 ausgebildet sein, wobei sein Wasserniveau auf gleicher Höhe oder niedriger als der Zulauf 7 des Reaktionsraums 1 liegen sollte. Es können mehrere Mischbehälter 3a vorgesehen sein, die sowohl als Absetzbecken als auch als Reak­ tionsstrecke mitverwendet werden können. Darüber hinaus kann der Reaktionsraum 3 als öffentliches Gewässer aus­ gebildet sein, in das über die Verteilerelemente 5 überschüssig gelöstes Agens, zum Beispiel Luftsauer­ stoff, in erheblich größeren Mengen eingebracht werden kann als bei direkter Druckluftzufuhr.

Es kann eine vollautomatische Meßeinrichtung, bei­ spielsweise bestehend aus einer oder mehreren pH-Elek­ troden, einem Datenverarbeitungs- und -registriergerät, sowie einer Steuer- und Regeleinheit, vorgesehen sein, die an verschiedenen Stellen der Reaktionsstrecke die erforderlichen Parameter hinsichtlich Zusatzpumpen oder Agenszufuhr selbständig erfaßt, regelt, steuert und aufzeichnet.

Mit der beschriebenen Vorrichtung kann ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten, insbesondere von Schmutzwasser in flüssigen oder gasförmigen chemischen Verbindungen bzw. Agenzien, zum Beispiel zur Neutrali­ sation von basischen Gewässern, mit Kohlendioxid im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden. In der Stufe 1, d. h. im Reaktions­ raum 1, werden die Reaktanten im Gegenstrom kontaktiert und anschließend durch Entspannung des Gemischs verwir­ belt, wobei die Kontaktfläche des unter Druck zugeführ­ ten Agens, zum Beispiel CO₂, durch Passieren der Be­ schickungselemente 4 wesentlich vergrößert wird, indem Gasblasen mit kleinstem Durchmesser erzeugt werden, so daß die chemische Neutralisationsreaktion initiiert und beschleunigt ablaufen kann.

In der Stufe 2, d. h. im Reaktionsraum 2, wird der Druck zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts in Rich­ tung Neutralisation, zum Beispiel bei der Behandlung von alkalischen Flüssigkeiten mit CO₂ erhöht. Weiterhin wird durch die Druckerhöhung die Löslichkeit des Agens, zum Beispiel Luftsauerstoff, erhöht und die Flüssigkeit mit dem Agenz übersättigt. Die Druckerhöhung im Reak­ tionsraum 2 kann durch die Höhe der Wassersäule, d. h. durch Variation der Länge des Reaktionsraumes 2, durch natürliches Gefälle, wobei hier die Höhendifferenz zwi­ schen dem Zulauf 7 und dem Auslauf bzw. dem Wasserni­ veau von Reaktionsraum 3 entscheidend ist, oder durch Verengung des Strömungsquerschnittes erzeugt werden.

In der dritten Stufe, d. h. im Reaktionsraum 3, findet ein Vermischen mit unbehandelter Flüssigkeit zur chemi­ schen Nachreaktion mit dem überschüssigen Agens zur gleichmäßigen Verteilung des überschüssig gelösten Agens, zum Beispiel Luftsauerstoff, in der zu behan­ delnden Flüssigkeit, beispielsweise in einem öffentli­ chen Gewässer durch die Verteilerelemente 5, und zur Erhöhung der Durchsatzmenge um mindestens das Vier- bis Zehnfache gegenüber bekannten Verfahren statt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeiten, ins­ besondere Schmutzwasser, mit gasförmigen Agenzien in drei nacheinander angeordneten Reaktionsräumen, wobei der erste Reaktionsraum zum Vermischen und Entspannen mit einem Zulauf (7) für die Flüssig­ keit sowie mit Gasbeschickungselementen (4) ver­ sehen ist, der zweite Reaktionsraum Einrichtungen zur Druckerhöhung aufweist und der dritte Reak­ tionsraum zum Vermischen von überschüssigem Agens mit unbehandelter Flüssigkeit ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungselemente (4) Poren mit einem Durchmesser von keiner als 1 mm aufweisen und im Reaktionsraum (1) derart angeordnet sind, daß die über den Zulauf (7) zugeführte Flüssigkeit im Ge­ genstrom an den über die Beschickungselemente (4) zugeführten Agenzien vorbeifließt, der Strömungs­ querschnitt des ersten Reaktionsraumes (1) im Be­ reich der Beschickungselemente gleich oder kleiner als der des Zulaufs (7) ist, wogegen unterhalb dieses Bereichs der Strömungsquerschnitt nicht größer als das Vierfache des Querschnitts des Zu­ laufs (7) ist und der erste Reaktionsraum (1) mit dem zweiten Reaktionsraum (2) durch ein sich ver­ jüngendes Übergangsstück (6) in Verbindung steht, ferner der zweite Reaktionsraum (2) aus einer Rohrkonstruktion besteht, deren unteres Rohrteil (9) wieder nach oben geführt ist und dessen oberer Auslauf (8) in den dritten Reaktionsraum (3) ein­ taucht, wobei der Zufluß (7) zum ersten Reaktions­ raum (1) gleich groß oder größer als der Auslauf (8) in den Reaktionsraum (3) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Übergangsstück eine konische Verjün­ gung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Realisierung unterschiedli­ cher Formen des zweiten Reaktionsraums (2) das Übergangsstück im Auslaufquerschnitt veränderbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohrkonstruktion U- förmig ausgebildet und vertikal angeordnet ist und das obere Rohrteil (9) über einen 180°-Bogen nach oben führt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohrkonstruktion starr oder flexibel und auswechselbar ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rohrteil (9) mit einer verschließbaren Öffnung versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (3) als Mischbehälter (3a) ausgebildet ist, in den der Auslauf (8) eintaucht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (3) ein öffentliches Gewässer ist, in das der Auslauf (8) eintaucht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Mischbehälter (3a) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß am Auslauf (8) Vertei­ lerelemente (5) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktionsraum (3) mehrere Ausläufe (8a) münden, wobei die Aus­ läufe (8a) der Zumischung unbehandelter Flüssig­ keit dienen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an mehreren Stellen Einrichtungen zur Messung der pH-Werte vorgesehen sind, die Signale an eine Steuer- und Regeleinheit liefern.