Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Zufuhr von Gasen zu Flüssigkeiten, insbesondere zum

Lüften von Abwässern, mit einer Hauptpumpe einer Gasleitung, und einem Mischraum, die an einer Flüssigkeitsstrahlpumpe für die Gase angeschlossen sind, wobei die Flüssigkeits¬ strahlpumpe mit einer Strahldüse versehen und an dem Mischraum ein Diffusor angeschlossen ist. Stand der Technik

Die bekannten Einrichtungen zur Gaszufuhr zu Flüssigkeiten, insbesondere zum Lüften von Abwässern können hauptsächtlich in drei Grup-pen eingeteilt werden-. - Belüftung an der Oberfläche

- Belüftung unter der Oberfläche

- Belüftung unter der Oberfläche mit Einfuhr ^' vom klaren Sauerstoff.

Zwei Typen der an der Oberfläche angeordneten Belüf ungsanlagen sin-d vorbekannt, die eintweder eine senkrechte oder eine waagerechte Achsen haben. In beiden bekannten Lösungen werden die Anlagen oberhalb der zu lüftenden Flüssigkeit angeordnet und jeweils mit einem Belüftungsrad versehen, der mindestens teilweise in der Flüssigkeit getaucht ist. Der Belüf ungsrad oder Rotor wird mit einem von einem Getriebe bestimmten Drehzahl in Verdrehung gesetzt, wodurch der Rad oder Rotor einen

Teil der Flüssigkeit in Foτm vun "kleiτ.eτen Oder grösseren Tropfen in die Luft zerstäubt. Der SauerstoffInhalt der Luft kann dadurch in die Flüssigkeit diffundieren, was zu den Lebensaktivitäten der aeroben Mikroorganismen ausgenutzt wird. Zugleich -wird die zu lüftende Mischung mit dem sich drehenden ßotόr in dem Masse gemischt, dass die Flocken des Belebtschlammes in dem Belüftungsbecken sich nicht ausscheiden können. Die Leistung der spezifischen Sauerstoffzufuhr ist bei diesen bekannten Anlagen in der Praxis im Falle der Belüftung vom Belebtschlamm um

1,0 bis 1,5 kg 0 ₂ /kWh. Dieser verhältnismässig niedrige Wert erfordert einen bedeutenden Energieaufwand zu der Abwasserklärung, da bei gτösseren Anlagen ein Bedürfnis der Sauerstoffzufuhr von mehreren Hunderten kg/h nicht seltsam ist.

Weiterhin sind neben den äusseTst hohen An- schaffungskosten weitere Nachteile während des Betriebes der Anlage, in Rechnung zu nehmen,, die sich z.B. -aus der Anhaftung der in dem Abwasser enthaltenen Faserstoffen und aus der Eisbildung im Winter resultieren. Die be¬ kannten Anlagen haben weiterhin einen bedeutenden Wartungs¬ aufwand, da hierbei zusammengesetzte und störungsanfällige Maschienenteile wie Antriebsmotor, Getriebe u.a. kontinuier¬ lich betrieben werden sollen. Durch diese Nachteile werden die Kosten und die Betriebssicherheit der bekannten Lösungen negativ beeinflusst.

Die unter der Oberfläche angeordneten Belüftungs- anlagen unterscheiden sich von den vorherigen dadurch, dass die Luft,bzw. der Sauerstoff unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit, duTch bis einer gegebenen Grenze in beliebiger Tiefe angeordnete Diffuseren mit unterschied¬ lichen Lochweiteπ (Porositäten) in die zu belüftende Flüssigkeit eingeleitet werden. Mit der Reduzierung der Abmessungen der Easblaseπ kann die Begrenzungsfl che zwischen der Flüssigkeit Lmri und dem Eas und damit

.proportional aber dazu nicht linear die in die Flüssigkeit eingeleitete Sauerstof menge vergrössert werden. Die Sauerstoffzufuhr kann im gewissen Masse durch die Hohe der Flüssigkeitssäule oberhalb des Diffusors reguliert werden.

Durch diese vorbekannte Lösung konnte eine Belüftungs aπlage hergestellt werden, deren spezifische Leistung für die Sauerstoffzufuhr um 2,0 kg 0 _? /kWh ist. Die Diffusoren sind in einer grösseren Anlage entlang eines Rohrsystems von mehreren Hundert Länge angeordnet, wobei das Rohr¬ system einer Kompressoreinheit angeschlossen ist. Bei reiner Sauerstoffzufuhr kann die Mehrfache der oben genannte Leistung erreicht werden, dazu muss aber der Sauerstoff an Ort und Stelle hergestellt werden, was ebenfalls hohe Anscha fungs- und Betriebskosten verursacht. ^• Sie Diffusoren dieser bekannten Lösung sind im weiteren auch mit dem Nachteil belästigt, dass diese sich öfters verstopfen und dass dadurch die Belüftung abgestellt werden soll. Bei den Kompressoren treten auch häufiger Betriebsprobleme auf. Die spezifische Leistung der Luft¬ zufuhr kann mit diesen Lösungen nicht lukrativ erhöht werden, da das lange Rohrsystem und die Dif usoren mit Mikroporosität einen äusserst hohen Strömungswiederstand haben. Ein weiterer Nachteil ist in der Umweltverschmutzung, insbesondere in der Lärmbelästigung durch die Kompressoren zu erblicken. Im Vergleich zu den an der Oberfläche angeordne Belüftungsanlagen kann mit diesen der Mass der Sauerstoff¬ zufuhr in Abhängigkeit der Belastung der Kläranlage besser reguliert werden. Bei der Anwendung der Rotoren ist die

Möglichkeit der Regulierung nur auf die partiale Abstellung oder auf die Veränderung der Eintauchtiefe begrenzt.

Ein weiterer Typ der Belüftungsanlagen oberhalb der Oberfläche arbeitet aufgrund des -Injektor-Prinzips. So eine Einrichtung ist in DE-PS 181 365 fürs Regenerieren

von verschlammten Gewässern beschrieben. In dieser be¬ kannten Lösung wird die durch ein Einsaugrohr einge¬ saugte Luft von einer Wasserstrahlpumpe in eine in der Nähe der Oberfläche des Gewässers ^' schwimmende Leitung mit Doppelwand -gedrückt, wodurch die Aufenthaltsdauer der Luftblasen erhöht wird. Das ist ^" hier i Gegensatz zu den Belüftungsbecken mit Belebtschlamm notwendig, das Aufrühren des Schlammes zu vermeiden. Wegen der kleineren Mischkapazität und der häufigen -Verstopfung des Raumes zwischen den beiden Wandungen dieser Lösung ist aber ihre Anwendung in Belüftungsbecken nicht günstig.

In HU-PS 174 256 ist eine Einrichtung mit Injektor zum Abwasserho ogenisieren und zum Belüften in Über¬ hebeschachten beschrieben, deren Luftansaugrohr in einem Pegel unterhalb des maximalen Pegels des Abwassers und deren Lufteinblasrohr in der Nähe des Schachtbodens sind. Die Einrichtung, dient zur betriebssicheren Verwirkli¬ chung der Sauerstoffzufuhr und des Homogenisierens bei veränderlichen Wasserpegelπ. Eine zufriedenstellende spezifische Leistung der Sauerstoffzufu.hr kann jedoch mit dieser bekannten Einrichtung nicht erreicht werden. In der Einrichtung gemäss 0E-P5 177 018 werden da.s Wasser mit Luft vermischt und die Mischung in das Becken geführt mit aufgrund des Injektor-Prinzips arbeitenden Düsen, die die zur der die Flüssigkeit leitenden Leitung parallele Lu tleitung kreuzen. Zu der Luftzufuhr und Vermischung werden in dieser bekannten Lösungen äussert viele Düsen benötigt ^' , und deshalb müssen die Durch¬ messer der Düsen relativ gering sein. In dieser Weise neigen diese feinen Düsen zur Verstopfung, und eine Reinigung ist nur wegen der konstruktiven Gestaltung sehr schwierig.

Das Wesen der Erfindung

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, eine Einrichtung zur Zufuhr von Gasen, insbesondere- zum Lüften von Abwässern

zu schaffen, womit neben der Eli iπierung der Nachteile der vorbekannten Lösungen eine grösse spezifische Leistung der Gaszufuhr mit der Möglichkeit der ^' den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Regulierung, mit wirtschaft- lichem Betrieb und mit minimalem Wartungsaufwand ver¬ wirklicht werden kann.

Die erfindungsgemässe Weiterentwicklung besteht nun darin, dass in der Wandung der Gasleitung und/oder des Mischraumes Öffnungen ausgebildet sind, und in Strcmungsrichtuπg nach der Strahldüse ein Drallelement mit gekrümmter Schaufeluπg sowie nach und/oder vor dem Diffusor ein Wirbelelement eingeschaltet sind. Die Bedeutung dieser Weiterentwicklung kanndar.iπ darin erblickt werden, dass dadurch eine intensievere und schnelle Vermischung sowie feinere Blasenbildung hervorgerufen werden kann, da die Intensivität der Gasdiffusion durch die Grösse-der Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssig¬ keit bedeutend beeinflusst wird. Während des Druchströmens des Wirbelelements entstehen in ^" der Flüssigkeit grosse Scherkräfte, wodurch die Blasen weiter zerkleinert werden. Der StorfÜbergabevorgang zwischen dem Gas und der flüssigen Phase spielt sich zum Teil noch in der Einrichtung ab, worin die antreibende Flüssigkeit das Gas berührt und damit vermischt wird. Der grössere Teil des Stoffübergabe- Vorganges wird jedoch während des Aufstieges der feinen

Blasen nach dem Verlassen des Wirbelelementes verwirklicht, wobei eine nützliche Flüssigkeitsbewegung in dem Flüssig¬ keitsraum durch den Aufstieg der Blasen induziert wird. Im Sinne der Erfindung ist eine Ausführungsform ^' vo Vorteil, worin das Wirbelelement in Spiralform mit grosserer Gewindesteigung gekrümmte Leitschaufeln zur Verdrehung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in mindestens einer Drehrichtung hat. An der Gasleitung kann ein Luft¬ verdichter angeschlossen sein. In einer anderen Ausführungsform ist es vom Vorteil,

wenn zum mindestens partialen Abschluss der Öffnungen in der Wandung der Gasleitung und/oder des Mischraumes Regelringe vorgesehen sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Hauptpumpe und der Flüssigkeitsstrahlpumpe eine Druck¬ leitung vorgesehen ist. Dabei kann in der Druckleitung ein Regelelement vorgesehen sein. Erfindungsgemäss kann die Druckleitung von mehreren Hauptpumpen gespeist werden. Schliesslich ist im Sinne ^' der Erfindung auch vorteilhaft, wenn an der Druckleitung mehrere zueinander parallel geschaltete Flüssigkeitsstra ^' hlpumpen angeschlossen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigelegte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsbild einer ^* vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 ein Schaltungsbild wie in Fig. 1 jedoch für eine weitere vorteilhafte Aus¬ führungsform, Fig. 3 einen zu dem vorherigen senkrechten Ansicht der Ausführungsform in Fig. 2. Ausführliche Beschreibung der Ausführuήgsformen

Wie aus der vorteilhaften Ausführungsform in Fig. 1 ersichtlich, ist eine Hauptpumpe 1 der Einrichtung durch eine Druckleitung 2 mit einer Flüssigkeitsstrahl¬ pumpe 4 verbunden. In der Druckleitung 2 ist als Regel¬ element 3 ein Schiebeventil vorgesehen. Zu der Flüssig¬ keitsstrahlpumpe 4 ist durch eine Gasleitung 5 ein Luft¬ verdichter 6 zugeordnet. In der Wandung der Gasleitung 5, bzw. der Flüssigkeitsstrahlpumpe 4 sind Öffnungen 7 vorgesehen. Im Inneren der Flüssigkeitsstrahlpumpe 4 sind im weiteren eine Strahldüse 8, die am hiesigen

Ende der Druckleitung 2 angeordnet ist, sowie ein Drall¬ element 9, das eine gekrümmte Schaufelung hat. An der Ausgangsseite der Flüssigkeitsstrahlpumpe 4 ist ein Misch¬ raum 10 angeordnet, woran unter Zwischenschaltung eines Wirbelelementes 12 ein Diffusor 11 angeschlossen ist.

Der Diffusor 11 endet ebenfalls in einem weiteren Wirbel¬ element 12. Die Gasleitung 5 sowie die Flüssigkeitsstrahl¬ pumpe sind im Bereich der Öffnungen 7 jeweils mit einem äusseren Regelriπg 13 versehen, womit die Öffnungen 7 auch teilweise geschlossen werden können.

Die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Kons ^' truktion teile können mit Ausnahme des Lüftverdichters 6 auch in der Ausführungsform gemäss Fig. 2 und 3 aufgefunden werden. Hiebei ist es veranschaulicht, dass an einer Druckleitung 2 auch mehrere Flüssigkeitsstrahlpumpen

4 angeschlossen sein können sowie dass der Abstand zwischen dem unteren Wirbelelement 12 und dem Boden des Abwasser- beckens unterschiedlich sein kann. Der Neigungswinkel des Mischraumes 10 zu dem Senkrechten kann auch frei gewählt werden. Durch diese Massnahmeπ können eine voll¬ kommene Durchmischuπg und eine Luftzufuhr mit Hochleistung erreicht werden.

Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die Konstruktio teile der erfindungsgemässen Einrichtung mit Ausnahme des Luftverdichters 6 unterhalb des Wasserpegels 14 des Abwasserbeckens angeordnet. Die ^' mit der Hauptpumpε 1, die z.B. eine Zentrifugal-Tauchpumpe sein kann, aus dem Belüftungsbeckeπ angesaugte Flüssigkeit wird durch das Regelelement 3 mengengeregelt zu der Strahldüse 8 geleitet, die sie beschleunigt verläss _. t und nimmt dabei das durch die Gasleitung 5 hineingeleitete Gas sowie die durch die eventuell geöffneten Öffnungen 7 hineintretende Flüssigkeit mit sich. Danach werden die flüssige Phase und die Gasphase durch das Drallelement 9 in dem Misch- räum 10 miteinander vermischt. Das Drallelement 9 ist

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in aus Blech ausgebildet und hat eine gekrümmte Schaufelung.

Dank dem Drallelement 9 wird die Vermischung hochintensiv, wodurch die Bemessungslänge des Misch- raumes 10 verringert werden konnte. Die Flüssigkeit-Gas- -Mischung läuft demnach den zwischen den Wirbelelementen 12 angeordneten Diffusor 11 durch. Mit den in .diesem Beispiel angewendeten Wirbelelementeπ 12 wird die Mischung in zwei Richtung zur Verdrehung gezwungen. Zu diesem Zwecke verfügen die Wirbelelecr.ente 12 über Leit¬ schaufeln, die in Spiralform gekrümmt sind, wobei die Spi ^* ralfor en jeweils eine grosse Gewindesteigung haben. Mit dem Diffusor 11 werden die Gasblase ^' n noch homogener in der Flüssigkeit verteilt, was auch durch die Wirbel- ele enten 12 gefördert wird.

In den-.Belüftungsbecken der Abwasserkläranlagen treten häufig verschiedene Belastungen auf. Die den jeweilig Anforderungen aπgepasste Betriebsart wird durch das Regelelement 3 sowie durch die Regelringe 13 der Öffnungen 7 eingestellt.

Während der Versuchte mit der erfindungsge ässen Einrichtung haben "wir zum Teil nicht erwartete Wirkungen gefunden. Der Wartungsaufwand der Einrichtung ist sehr niedrig, eine Fehlerhaftwerdung tritt kaum auf, nicht in letzter Reihe wegen des Verzichtes auf die Düsen und andere Teile mit kleinen Bohrungen und Porosität. Praktisch die ganze Einrichtung ist unterhalb des Wasserpegels angeordnet, - sodass ein Maschinenhaus nicht erforder¬ lich ist und der Betrieb äusserst leise ist. Erstaun- licherweise ist die spezifische Leistung der Sauerstoff¬ zufuhr wesentlicher grösser im Vergleich zu den bekannten

Lösungen.

Es soll schliesslich erwähnt werden, dass die Öffnungen 7 eine sekundäre Flüssigkeitsströmung in _^ de Mischraum 10 verursachen. Diese Sekundärströmung kann

zur Einleitung von Chemikalien in das Abwasser in geregelter Menge ausgenutzt werden, was in den Klär¬ technologien der Abwasser mehrmals erforderlich ist.