DE4205686A1 - Gas exchange appts. - has eddy unit for media flow to give fluid where gas can be exchanged - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gasaustausch zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium.The invention relates to a device for gas exchange between a liquid and a gaseous medium.
Bekannte Vorrichtungen zum Gasaustausch zwischen einem flüs sigen und einem gasförmigen Medium bestehen aus gefüllten Ko lonnen, durch die im Gegenstrom das flüssige und das gasför mige Medium geführt werden. Hierbei ist aber der Wirkungsgrad häufig gering, so daß ein Gasaustausch nur sehr begrenzt er folgen kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtun gen besteht darin, daß je nach Zusammensetzung des flüssigen und des gasförmigen Mediums das in der Kolonne befindliche Festbett verschlammt und ein Gasaustausch dann überhaupt nicht mehr möglich wird.Known devices for gas exchange between a river sigen and a gaseous medium consist of filled Ko lonnen, through which the liquid and the gas medium. But here is the efficiency often low, so that gas exchange is very limited can follow. Another disadvantage of the known device gene is that depending on the composition of the liquid and the gaseous medium in the column Fixed bed muddy and a gas exchange then at all is no longer possible.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Gasaustausch zwischen einem flüssigen und ei nem gasförmigen Medium zu schaffen, mit der die genannten Nachteile beseitigt werden können.It is therefore the object of the present invention, a Device for gas exchange between a liquid and an egg to create a gaseous medium with which the aforementioned Disadvantages can be eliminated.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Vorrichtung mit einem Gehäuse, in dem eine Wirbeleinrichtung angeordnet ist, die sowohl von dem flüssigen als auch von dem gasförmigen Medium angeströmt wird, so daß ein Fluid ent steht, in dem der Gasaustausch erfolgen kann.According to the invention, the object is achieved by a Device with a housing in which a vortex device is arranged, both of the liquid and of the gaseous medium is flown, so that a fluid ent stands in which the gas exchange can take place.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Diese werden im folgenden näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings shown. These are explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem schemati schen Längsschnitt, Fig. 1, the device according to the invention in a longitudinal section schemati rule,
Fig. 2 die Wirbeleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrich tung in einer schematischen Seitenansicht im Teil schnitt, Fig. 2, the swirling device of the invention Vorrich tung in a schematic side view in partial section,
Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schemati schen Seitenansicht und Fig. 3 shows the device according to the invention in a schematic side view and
Fig. 4 die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines bevorzugten Ablaufschemas. Fig. 4 shows the application of the device according to the invention using a preferred flow chart.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsge mäßen Vorrichtung 30 im schematischen Längsschnitt. Sie weist einen Wasserzulauf 28 auf, der in einer Zuführeinrichtung 29 mündet. Diese Zuführeinrichtung 29 kann rohrförmig ausgebil det sein und eine Öffnung 31 besitzen, die mit einer Ver schließeinrichtung wie z. B. einer Drosselklappe 72 versehen sein kann. Über die Öffnung 31 werden gasförmige Medien, die z. B. Ammoniak enthalten, angesaugt und zusammen mit dem ein geleiteten Wasser einer Wirbelkammer 32 zugeführt. Die Zu führeinrichtung 29 ist hierzu mit ihrem der Einlaßöffnung 31 abgewandten Ende 33 auf eine Wirbeleinrichtung 34 gerichtet, die sich in der Wirbelkammer 32 befindet. Nach einer bevor zugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Ende 33 der Zu führeinrichtung 29 eine Erweiterung 35 aufweisen, die zusam men mit der Rückwand 41 die Wirbelkammer 32 bildet. Die Wir beleinrichtung 34 besteht aus einem Rotor 36, der als Schau felrad 37 ausgebildet und über eine Welle 38 mit einem Motor 39 verbunden ist, der sich auf der Außenseite 40 der Rückwand 41 befindet. Gelangen nun das flüssige und das gasförmige Me dium zu der Wirbeleinrichtung 34, werden diese so miteinander verwirbelt, daß ein Fluid entsteht, in dem ein Gasaustausch zwischen beiden Medien erfolgen kann. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the device 30 according to the invention in a schematic longitudinal section. It has a water inlet 28 which opens into a feed device 29 . This feed device 29 may be tubular ausgebil det and have an opening 31 which with a United closing device such. B. may be provided a throttle valve 72 . About the opening 31 gaseous media, the z. B. contain ammonia, sucked in and fed to a swirl chamber 32 together with the conducted water. For this purpose, the guide device 29 is directed with its end 33 facing away from the inlet opening 31 onto a swirl device 34 which is located in the swirl chamber 32 . According to a preferred embodiment of the invention, the end 33 of the feed device 29 can have an extension 35 which, together with the rear wall 41, forms the swirl chamber 32 . The We beleinrichtung 34 consists of a rotor 36 which is designed as a felrad 37 and is connected via a shaft 38 to a motor 39 which is located on the outside 40 of the rear wall 41 . Now get the liquid and the gaseous medium to the vortex device 34 , these are swirled together so that a fluid is formed in which a gas exchange between the two media can take place.
Die als Wandung 42 vorgesehene Erweiterung 35 der Zuführein richtung 29 läßt sich z. B. halbschalenförmig ausbilden, so daß für die Wirbelkammer 32 eine Öffnung 43 entsteht, die die Wirbeleinrichtung 34 ringförmig umgibt und durch die das bei der Verwirbelung gebildete Fluid austreten kann. Dieses Fluid gelangt anschließend in die Sammelkammer 44.The provided as a wall 42 extension 35 of the Zuführein device 29 can, for. B. form half-shell, so that an opening 43 is formed for the vortex chamber 32 , which surrounds the vortex device 34 in a ring and through which the fluid formed during the vortexing can escape. This fluid then enters the collection chamber 44 .
Je nach Art des zu behandelnden Abwassers kann es vorteilhaft sein, für eine längere Verweilzeit des bei der Verwirbelung gebildeten Fluids zu sorgen. Hierzu sind an der Außenseite 45 der rohrförmig ausgestalteten Zuführeinrichtung 29 gleiche oder verschiedenartige Leitelemente 46, 47 angebracht, die sich in ihrer Formgebung und Anordnung, insbesondere nach dem Schaumverhalten des gebildeten Fluids richten.Depending on the type of wastewater to be treated, it may be advantageous to provide a longer residence time for the fluid formed during the swirling. For this purpose, the same or different types of guide elements 46 , 47 are attached to the outside 45 of the tubular feed device 29 , which are shaped and arranged, in particular depending on the foam behavior of the fluid formed.
Das Gehäuse 48 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 weist an seinem oberen Ende 49 eine oder mehrere Auslaßöffnungen 50, 51 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Auslaß öffnung 50 für den Schaumaustritt vorgesehen, während die zweite Auslaßöffnung 51 zur Regulierung der Abluft angebracht ist und hierzu mit einer regelbaren Verschließeinrichtung, wie z. B. einer Drosselklappe 52 versehen sein kann. Im unte ren Bereich 53 der Vorrichtung 30 sammelt sich das behandelte Wasser und gelangt schließlich zur Ablauföffnung 54.The housing 48 of the device 30 according to the invention has one or more outlet openings 50 , 51 at its upper end 49 . In the illustrated embodiment, an outlet opening 50 is provided for the foam outlet, while the second outlet opening 51 is arranged for regulating the exhaust air and for this purpose with a controllable closing device, such as. B. may be provided a throttle valve 52 . The treated water collects in the lower region 53 of the device 30 and finally reaches the drain opening 54 .
Die Wirbelkammer 32 kann darüber hinaus eine Heizvorrichtung aufweisen, mit der das gebildete Fluid erwärmt und somit ein Gasaustausch zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase begünstigt werden kann. Diese Heizvorrichtung kann der Kon struktion der Wirbeleinrichtung 34 angepaßt sein und aus ei nem Heizelement 73 bestehen, das z. B. ringförmig ausgebildet ist und die Wirbeleinrichtung 34 umgibt. Auf diese Weise kann die Wärmetauscherfläche der Heizvorrichtung mit Wasser und Luft wiederholt mit hoher Geschwindigkeit angeströmt werden, wodurch sich ein hoher Selbstreinigungseffekt und somit ein optimaler Wärmeübergang unabhängig von der Schmutzfracht er gibt.The swirl chamber 32 can also have a heating device with which the fluid formed is heated and thus a gas exchange between the liquid and the gaseous phase can be promoted. This heater can be adapted to the con struction of the vortex device 34 and consist of egg heating element 73 , the z. B. is annular and surrounds the vortex device 34 . In this way, the heat exchanger surface of the heating device can be repeatedly flowed at at high speed with water and air, which results in a high self-cleaning effect and thus an optimal heat transfer regardless of the dirt load.
Fig. 2 zeigt die Wirbeleinrichtung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 im Detail. Das Schaufelrad 37 ist hierbei über eine Welle 38 mit einem Motor 39 verbunden, wobei die Welle 38 durch eine Bohrung 55 in der Rückwand 41 geführt ist. Der Motor 39 ist an der Außenseite 40 der Rückwand 41 mittels Be festigungselementen 56, 57 angebracht. Hierzu können Schraub- oder Bolzenverbindungen dienen. Das Gehäuse 58 des Motors 39 ist hierbei so geformt, daß zwischen diesem und der Rückwand 41 eine im Schnitt winkelförmige Kammer 59, 60 entsteht, die sich entlang der Welle 38 erstreckt und diese ganz oder ab schnittsweise umgibt. Die Kammer 59, 60 dient hierbei zur Aufnahme von Schmierstoffen und ist über eine im Gehäuse 58 des Motors 39 angeordnete Bohrung 61 befüllbar. Auf der der Wirbelkammer 32 zugewandten Seite wird die Kammer 59, 60 durch Dichtungselemente wie z. B. eine Radialringdichtung 62 abgedichtet, die aus einer Manschette 63 besteht und eine oder mehrere Lippen 64 aufweisen kann. Zur Aufnahme dieser Radialringdichtung 62 dient ein Halteelement 65, z. B. in Form einer Anpreßplatte mit einer entsprechenden Passung 66. Die ses Halteelement 65 ist mit der Rückwand 41 z. B. durch Befe stigungs- oder Spannelemente 68 verspannt und kann eine zu sätzliche Ringdichtung 67 aufweisen. An Stelle der Radial ringdichtung 62 kann aber auch eine andere Dichtung wie z. B. eine Gleitringdichtung vorgesehen sein. Fig. 2, the swirler 34 shows the inventive device 30 in detail. The paddle wheel 37 is connected to a motor 39 via a shaft 38 , the shaft 38 being guided through a bore 55 in the rear wall 41 . The motor 39 is attached to the outside 40 of the rear wall 41 by means of fastening elements 56 , 57 . Screw or bolt connections can be used for this. The housing 58 of the motor 39 is shaped in such a way that between it and the rear wall 41 a chamber 59 , 60 is formed which is angular in section and extends along the shaft 38 and completely or partially surrounds it. The chamber 59 , 60 serves to receive lubricants and can be filled via a bore 61 arranged in the housing 58 of the motor 39 . On the side facing the swirl chamber 32 , the chamber 59 , 60 is sealed by sealing elements such. B. seals a radial ring seal 62 , which consists of a sleeve 63 and may have one or more lips 64 . A holding member 65 serves, for example to accommodate this radial annular seal 62nd B. in the form of a pressure plate with a corresponding fit 66th This holding element 65 is with the rear wall 41 z. B. braced by BEFE stigungs- or tensioning elements 68 and may have an additional ring seal 67 . Instead of the radial ring seal 62 but another seal such as. B. a mechanical seal can be provided.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Wirbeleinrichtung 34 kann über den Füllstand der Kammer 59 jederzeit deren Dich tigkeit gegenüber der Wirbelkammer 32 überprüft werden. Ein möglicher Flüssigkeitsaustritt aus der Wirbelkammer 32, der aufgrund der dort entstehenden Drücke nicht auszuschließen ist, läßt sich auf diese Weise sofort feststellen.According to a special embodiment of the vortex device 34 , the activity of the chamber 59 can be checked at any time with respect to the vortex chamber 32 . A possible escape of fluid from the swirl chamber 32 , which cannot be ruled out due to the pressures arising there, can be determined immediately in this way.
Ein etwaiger Flüssigkeitseintritt in die Kammer 59, 60 läßt sich aber auch auf andere Weise erfassen. Über eine Bohrung 69 im Gehäuse 58 des Motors 39 kann z. B. eine Leitfähigkeits sonde 70 in das innere der Kammer 60 eingeführt werden, über die z. B. der Wassergehalt des Schmierstoffes jederzeit ermit telt werden kann.Any liquid entry into the chamber 59 , 60 can also be detected in another way. Via a bore 69 in the housing 58 of the motor 39 , for. B. a conductivity probe 70 can be inserted into the interior of the chamber 60 via the z. B. the water content of the lubricant can be determined at any time.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht der erfindungs gemäßen Vorrichtung 30. Hierbei ist die Ablauföffnung 54 mit einer Leitung 71 verbunden, die schwenkbar angeordnet ist und eine Regulierung des Flüssigkeitsniveaus im unteren Bereich 53 der Vorrichtung 30 ermöglicht. Fig. 3 shows a schematic side view of the apparatus 30 according to the Invention. In this case, the outlet opening 54 is connected to a line 71 which is arranged pivotably and enables the liquid level in the lower region 53 of the device 30 to be regulated.
Fig. 4 zeigt schließlich eines von vielen Anwendungsbeispie len für die erfindungsgemäße Vorrichtung 30, das sich auf die Beseitigung von Ammonium bezieht. Dem Rohwasser 1 wird hierzu Lauge z. B. in Form von Natronlauge zugegeben. Über eine ent sprechende Regel- und Dosiereinrichtung 2 läßt sich so der pH-Wert erhöhen und z. B. auf Werte im Bereich von pH 7 bis 12 einstellen, damit das chemische Gleichgewicht gemäß Gleichung I Fig. 4 shows a finally by many Anwendungsbeispie len for the inventive device 30, which relates to the elimination of ammonium. The raw water 1 is made of lye z. B. added in the form of sodium hydroxide solution. Using a corresponding control and metering device 2 , the pH can be increased and z. B. to values in the range of pH 7 to 12, so that the chemical equilibrium according to equation I
NH₃+H₂O ⇄ NH₄⁺+OH- (I)NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH - (I)
zugunsten des freien Ammoniaks verschoben wird. Zusätzlich kann die Temperatur des Rohwassers z. B. über einen Wärmetau scher 3 erhöht werden, wodurch ein Austreiben des Ammoniaks ebenfalls begünstigt wird. Das Rohwasser 1 gelangt anschlie ßend in einzelne Stripp-Vorrichtungen 4, 5, die entweder par allel oder in Reihe angeordnet sein können. Als Stripp-Vor richtungen können handelsübliche Stripper dienen. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz der erfindungsgemäßen Vor richtung 30, mit der z. B. Ammoniak effizient aus dem Wasser ausgetrieben werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, daß mit dem Austreiben des Ammoniaks z.B. bei höheren Fettfrach ten eine starke Schaumentwicklung auftreten kann, die u. U. abhängig ist von den eingestellten pH-Werten. In diesen und ähnlichen Fällen empfiehlt es sich daher, den pH-Wert sukzes sive zu erhöhen, z. B. jeweils vor dem Einleiten des Wassers in die nächstfolgende Stripp-Vorrichtung 5, 11, 12, 13. Dabei kann auch die zugeführte Luftmenge variiert und z. B. eben falls sukzessive erhöht werden. Mit dieser Mehrstufigkeit kann dann eine fraktionierte Reinigung verbunden sein.is shifted in favor of free ammonia. In addition, the temperature of the raw water z. B. be increased via a Wärmetau shear 3 , which also drives out the ammonia is favored. The raw water 1 then arrives in individual stripping devices 4 , 5 , which can either be arranged par allel or in series. Commercial strippers can serve as stripping devices. However, the use of the device 30 according to the invention, with which, for. B. ammonia can be expelled efficiently from the water. It has been shown, however, that with the expulsion of the ammonia, for example at high fat loads, a strong foam development can occur, which u. It may depend on the set pH values. In these and similar cases, it is therefore advisable to gradually increase the pH, e.g. B. each before introducing the water into the next stripping device 5 , 11 , 12 , 13 . The amount of air supplied can vary and z. B. just in case be gradually increased. Fractional cleaning can then be associated with this multi-stage.
Nach einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann einzel nen Stripp-Vorrichtungen 4, 5 auch ein Absetzbecken 6 nach geschaltet sein. Über dieses Becken läßt sich gebildeter Schaum 7 abtrennen. Das Absetzbecken 6 kann aber auch Ein richtungen zur Abtrennung absetzbarer Stoffe aufweisen, so daß auch Schlamm 8 abgezogen und aus dem Rohwasser 1 entfernt werden kann. Das auf diese Weise vorbehandelte Wasser 9 wird anschließend einer weiteren Reinigung 10 zugeführt. Dabei können zusätzliche Stripp-Vorrichtungen 11, 12, 13 vorgesehen sein, die wiederum parallel oder in Reihe angeordnet sind. Je nach Art des zu reinigenden Wassers kann es vorteilhaft sein, eine weitere Schaumbildung z. B. durch Zugabe von Entschäumer 14 zu verhindern oder um z. B. noch intensiver belüften zu können.According to a possible embodiment of the invention, single stripping devices 4 , 5 can also be connected to a settling basin 6 . Formed foam 7 can be separated off via this basin. The sedimentation basin 6 can also have a device for separating settable substances, so that sludge 8 can also be drawn off and removed from the raw water 1 . The water 9 pretreated in this way is then fed to a further purification 10 . Additional stripping devices 11 , 12 , 13 can be provided, which in turn are arranged in parallel or in series. Depending on the type of water to be cleaned, it may be advantageous to form additional foam e.g. B. by adding defoamer 14 or to prevent z. B. to be able to ventilate even more intensely.
Das zu behandelnde Wasser 15 wird anschließend einer weiteren Reinigung 10 zugeführt, die unten näher beschrieben ist. Es kann aber auch in nicht dargestellter Weise zunächst als Zu satzwasser 16 dienen oder diesem zugegeben werden.The water 15 to be treated is then fed to a further cleaning 10 , which is described in more detail below. But it can also serve as a set water 16 or added to it in a manner not shown.
Das Zusatzwasser 16 besteht aus Trink-, Brauch- oder Abwasser und dient zur Aufnahme des aus dem Rohwasser 1 ausgetriebenen Ammoniaks. Dieses Ammoniak wird über eine Leitung 17 geführt, die Teilströme aus den einzelnen Stripp-Vorrichtungen 4, 5, 11, 12, 13 vereinigt. Über eine Kühleinrichtung 18, die als Wärmetauscher ausgebildet sein kann, gelangt das Ammoniak zu Wäschern 19-23, die für Überführung des Ammoniaks in das Zu satzwasser 16 sorgen. Hierzu ist es vorteilhaft, das Zusatz wasser 16 ebenfalls über eine Kühleinrichtung 24 zu führen, um niedrigere Temperaturen für eine möglichst vollständige Lösung des Ammoniaks zu erreichen. Zusätzlich wird eine pH- Wert-Erniedrigung vorgenommen, z. B. durch Zusatz von Säure 25 wie z. B. Salzsäure, um wiederum eine Gleichgewichtsverschie bung gemäß Gleichung I zu erreichen. Bei somit niedrigen pH- Werten und niedrigen Temperaturen läßt sich das gasförmige Ammoniak im Grunde problemlos mit handelsüblichen Wäschern in die wäßrige Phase zurückführen. Auch hierzu läßt sich aber die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 verwenden, die sich somit als Stripp-Vorrichtung 4, 5, 11, 12, 13 und als Wäscher 19-23 einsetzen läßt.The make-up water 16 consists of drinking, industrial or waste water and serves to receive the ammonia expelled from the raw water 1 . This ammonia is conducted via a line 17 , which combines partial flows from the individual stripping devices 4 , 5 , 11 , 12 , 13 . About a cooling device 18 , which may be designed as a heat exchanger, the ammonia passes to washers 19-23 , which ensure the transfer of the ammonia into the additional water 16 . For this purpose, it is advantageous to also run the additional water 16 via a cooling device 24 in order to achieve lower temperatures for a complete solution of the ammonia. In addition, a pH reduction is carried out, for. B. by adding acid 25 such. B. hydrochloric acid, in turn to achieve an equilibrium shift according to equation I. At low pH values and low temperatures, the gaseous ammonia can basically be returned to the aqueous phase with standard washers without any problems. The device 30 according to the invention can also be used for this purpose, which can thus be used as a stripping device 4 , 5 , 11 , 12 , 13 and as a washer 19-23 .
Das mit Ammoniak beaufschlagte Wasser 26 wird anschließend einer weiteren Reinigung 10 zugeführt. Hierzu kann eine bio logische Belebungsanlage 27 vorgesehen sein, die aus minde stens einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken besteht. Darüber hinaus kann eine Denitrifikation vorgesehen sein, die z. B. als vorgeschaltete, nachgeschaltete oder simultane Deni trifikation betrieben werden kann. Das vorbehandelte Wasser kann aber auch einer Faulbehandlung unterzogen werden, so daß die biologische Reinigung im Grunde alle Elemente einer kom munalen Abwasserreinigung aufweisen kann.The water 26 charged with ammonia is then fed to a further purification 10 . For this purpose, a bio logical aeration system 27 can be provided, which consists of at least one aeration tank and a secondary clarifier. In addition, denitrification can be provided, for. B. can be operated as an upstream, downstream or simultaneous deni trification. The pretreated water can also be subjected to a putrefaction, so that the biological treatment can basically have all the elements of a communal sewage treatment.
Anstelle der biologischen Reinigung kann als weitere Reini gung 10 aber auch eine andersartige Nachreinigung erfolgen. So kann z. B. eine Verbrennung durchgeführt werden, ein Bio filterbett vorgesehen sein oder eine Behandlung mit Schwefel säure, eine Ozonierung oder eine katalytische Oxidation er folgen.Instead of biological cleaning, a different type of post-cleaning can also be carried out as further cleaning 10 . So z. B. a combustion can be carried out, a bio filter bed be provided or treatment with sulfuric acid, ozonation or catalytic oxidation he follow.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 lassen sich im Grunde alle wäßrigen Medien behandeln, aus denen sich gas förmige Verbindungen austreiben lassen. Insbesondere eignet sich diese Vorrichtung 30 zur Behandlung von Abwasser aus Tierkörperverwertungsanlagen, Trüb- und Schlammwasser aus der Schlammeindickung und Schlammentwässerung kommunaler Kläran lagen, Gülle und aller übrigen vor allem mit Ammonium bela steten wäßrigen Medien.With the device 30 according to the invention basically all aqueous media can be treated from which gaseous compounds can be expelled. This device 30 is particularly suitable for the treatment of waste water from rendering plants, turbid and sludge water from the sludge thickening and sludge dewatering of municipal sewage treatment plants, liquid manure and all other aqueous media, especially those loaded with ammonium.
Claims (15)
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