DE2246187A1

DE2246187A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung des sauerstoffgehaltes einer stroemenden fluessigkeit

Info

Publication number: DE2246187A1
Application number: DE2246187A
Authority: DE
Inventors: Raymond M Chappel; Bradley S Kirk
Original assignee: Airco Inc
Current assignee: Airco Inc
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1973-04-05
Also published as: BE788794A; JPS5811277B2; FR2153280A1; DE2246187C2; JPS4875468A; FR2153280B1; US3826742A; CA961995A; GB1373705A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DR. MAN IT/. D-P'-.-CBEM. -)P. DEÜFFL DIPL.-ING. FINSTERWALD difl.:ng. GRÄMKCW

München, den 20. 9. 1972 Fik/th - A 2243

AIRCO, ING.
150 East 42nd Street, New York 17, N.T., USA

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Sauerstoffgehaltes

einer strömenden Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft allgemein die Gasabsorptionstechnik und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die sich zur Wasserbehandlung eignen, wenn Sauerstoff einer strömenden Flüssigkeitsphase zugesetzt werden solle Die beschriebene lechnik kann jedoch auch auf die Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit angewandt werden.

In zahlreichen Fällen der Wasserbehandlungstechnik besteht ein zentrales Problem darin, eine ausreichende Lösung eines gasförmigen Stoffes zu erreichen, insbesondere von Sauerstoff, und zwar in einer flüssigen Phase, die einer Behandlung unterzogen wird. In diesem Zusammenhang ist es beispielsxveise sehr instruktiv, solche Sauerstofflösungsvorgänge zu betrachten, wie sie in einem Rohrleitungs-Reaktionssystem für die sekundäre biologische Behandlung (aktivierter Schlamm) von Schmutzwasser auftreten. Ein Reaktionssystem dieser Art ist in der US-Patent- ' anmeldung von Howard E. Hover et al beschrieben, die unter dem

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Dr. Müller-Born Dr. Manitz · Dr. Deulel ■ Dipl.-Ing. Finsterwald - Dipl.-Ing. Grämkow

33 Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-Straße 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Marktstraße

Telefon (0531) 73887 Telefon (0811) 293645, Telex 5-22050 mbpat Telefon (0711) 567261

Bank: Zentralkasse Bayer. Voiksbanken, München, Kto.-Nr.9822 Postscheck: München 95495

Titel "System for Treatment of Secondary Sewage" am 2. 7. 1969 eingereicht wurde. In dieser Anmeldung ist ein Verfahren beschrieben, um Sauerstoff, Schmutzwasser und aktivierten Schlamm in einem länglichen Rohr-Reaktionssystem miteinander in Berührung zu bringen. In dieser Anmeldung wird weiterhin die Verwendung verschiedener Mischeinrichtungen in dem Reaktionssystem beschrieben, welche auf Abstand voneinander in bestimmten Intervallen angeordnet sind, um die Lösung des Sauerstoffes zu unterstützen.

Im allgemeinen kann die Rate der Sauerstofflösung durch erhöhte Turbulenz in einer flüssigen Phase vergrößert werden, welche einer Behandlung ausgesetzt werden soll. Im Falle des oben angeführten Reaktionssystems ist die Erhöhung der Flüssigkeitsturbulenz durch Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit in einem Rohr mit gleichbleibender Größe jedoch dadurch begrenzt, daß die gemischte Flüssigkeit ausreichend lange in der Rohrleitung bleiben muß, damit eine vollständige Reaktion stattfinden kann. Da die durchschnittliche Geschwindigkeit deshalb so begrenzt sein muß, ist es wirtschaftlich vorteilhaft, die Turbulenz nur in kleinen Abschnitten des Reaktionssystems zu vergrößern.

Abgesehen von dem Problem, eine ausreichende Lösung von Sauerstoff in dem in Behandlung befindlichen Wasser zu erreichen, ergibt sich eine weitere Schwierigkeit aufgrund des wechselnden Sauerstoffbedarfs der behandelten Flüssigkeit insbesondere dort, wo Schmutzwasser verarbeitet wird. Im Falle des oben genannten Reaktionssystems erfordern wirtschaftliche Erfordernisse beispielsweise, daß nur sehr wenig des zugeführten Sauerstoffs verschwendet wird. Andererseits muß die ordnungsgemäße Menge dem Reaktionssystem zugeführt terden, um das durch das System hindurchgehende Wasser zu behandeln.

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Gemäß den obigen Ausfuhrungen kann es als Ziel der Erfindung ■angesehen werden,- ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durchweiche Sauerstoff in wirksamer Weise und rasch einer ■ flüssigen Phase zugeführt werden kann, beispielsweise Schmutzwasser, welches in einem Behandlungssystem strömt, und zwar in Reaktion auf den Sauerstoffbedarf.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche die Sauerstofflösungsrate in einer einer mit Sauerstoff behandelten flüssigen Phase sehr groß gestaltet werden kann, und wobei darüber hinaus eine einfache, wirtschaftliche, rasche und zuverlässige Steuerung der Rate der Sauerstoffzuführung zu dem System möglich ist, in welchem die Erfindung angewandt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um eine wirksame Lösung von Sauerstoff in einer flüssigen Phase zu bewirken, wobei Anwendungsmöglichkeiten auf einen weiten Bereich von Wasserbehandlungsvorgängen eröffnet werden, und zwar einschließlich von solchen Behandlungen, wie sie bei Systemen für aktivierten Schlamm auftreten und wie sie bei natürlich oder künstlich aufgestauten Wassermassen vorliegen.

Die oben genannten Ziele werden durch ein Verfahren und ein System erreicht, welches sich dadurch auszeichnet, daß die zu oxigenierende flüssige Phase einem Fall durch eine der Gravitation unterworfene, umschlossene Fallzone ausgesetzt wird, wobei diese Zone in bezug auf die Strömung derart proportioniert ist, daß innerhalb der Umhüllung zugleich die flüssige Phase und eine gasförmige Sauerstoffphase vorhanden sein können.

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Der Sauerstoff wird von einer Eingabeeinrichtung oder einer ähnlichen Einrichtung geliefert, welche direkt in die Fallzone münden kann. In einem typischen System kann die Fallζone durch einen vertikal angeordneten Abschnitt gebildet sein, der einen Teil einer geschlossenen Leitung oder Umhüllung bildet, in welcher die der Behandlung unterzogene Flüssigkeit strömt. In einer für ihren Betriebswirkungsgrad bemerkenswerten Ausführungsform sind eine Vielzahl solcher vertik&l angeordneter Abschnitte durch eine Vielzahl von linear ansteigenden Abschnitten in der Rohrleitung miteinander verbunden, wobei die verschiedenen miteinander verbundenen Abschnitte ein Sägezahnprofil bilden, welches von der flüssigen Phase durchströmt wird.

Um eine Gaszuführung zu der Fallzone gemäß der dort vorhandenen Sauerstoffbedarfsrate zu bilden, können Einrichtungen vorhanden sein, um den Druck oben und unten in der Fallzone zu überwachen und um die Sauerstoffströmung derart zu bemessen, daß ein im wesentlichen konstanter Druckunterschied aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer grundlegenden Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform{

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Aueführungsform der Erfindung und derjenigen Art, in welcher die Sauerstoffzugabe dem Verbrauch angepaßt werden kannj

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Fig. 4· und 5 schematisehe Dar Stellung en van Sägezahn ähnlichen Anordnungen, bei 4enen eine Vielzahl von. Elementen verwendet sind, welche, denjenigen der Fig. Λ ähnlich sind und in einer kontinuierlichen Leitung hintereinander angeordnet sind;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Prüfanordnung, welche dazu verwendet wird, um verschiedene Leistungseigenschaften der Erfindung zu erläutern;-

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, welche eine Bückfuhrschleife zur Rückführung des überflüssigen Sauerstoffs aus der Fallzone aufweist, welche aus dieser Zone entweichen kann;

Fig. 8 eine isometrische, teilweise weggekrochene Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, welche insbesondere für modular aufgebaute Installationen von größerem Ausmaß geeignet ist;

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie 9'-9' der Fig. 8 und

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Anwendung der Erfindung auf die Belüftung der aufgestauten Wassermasse.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine grundlegende Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß der Darstellung führt eine geschlossene Leitung, die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet ist, beispielsweise ein Rohr oder eine ähnliche Einrichtung, eine Flüssigkeitsströmung, welche

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— ξ) a·

in den Leitungsquerschnitt an dem mit 3 bezeichneten Ende eintritt, wie es durch den Pfeil 5 angedeutet ist. fs ist natürlich offensichtlich, daß die dargestellte Leitung 1 nicht isoliert vorhanden sein muß, sondern einen. Teil eines größerem Systems darstellen kann. Beispielsweise kann die Leitung 1 einen Teil eines Rohrleitungs-Beaktionssystems in einem System mit aktivierten Schlamm darstellen, we es in der oben genannten Anmeldung "Hover" beschrieben ist.

Während die Leitung 1 kontinuierlich dargestellt ist, kann sie jedoch derart ausgebildet sein, daß sie aus drei hintereinander geschalteten Abschnitten besteht, und zwar aus einem aufwärts ansteigenden Abschnitt 7» einem vertikal angeordneten Fallabschnitt 9 und einem Auslaßabschnitt 11, der im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Der Durchfluß der flüssigkeit 13 in dem ansteigenden Abschnitt 7, wobei die Flüssigkeit beispielsweise Schmutzwasser oder im Falle eines Systems mit aktiviertem Schlamm eine gemischte Flüssigkeit sein kann, ist derart gewählt, daß die Flüssigkeit 13 im wesentlichen das gesamte von dem Abschnitt 7 eingeschlossene Volumen ausfüllt· Wenn jedoch der Fallabschnitt 9 erreicht ist, fällt die flüssigkeit 13 plötzlich nach unten und zwar unter dem Einfluß der Schwerkraft, so daß in dem Fallabschnitt ein Hohlraum 15 entstehen kann. Am Boden des Abschnittes 9 wird die Strömung aus dem Abschnitt 11 wieder aufgebaut, und zwar als eine Flüssigkeitsmasse, die im wesentlichen alle Teile des Abschnittes 11 "vollständig ausfüllt.

Gemäß der Erfindung kann der Fallabschnitt 9 als eine "Fallzone" angesehen werden, in welcher ein hohes Haß an Sauerstoffabsorption erreicht wird. Wenn Sauerstoff an einem Punkt wie A eine beliebige

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Entf ernung oberhalb von der Fallzone zugegeben wird, so sammelt er sich in Form einer Tasche in dem Hohlraum 15 gemäß der Darstellung. Diese Tasche wird unter der Voraussetzung erhalten bleiben, daß genügend Gas am Punkt A zugegeben wird oder mit der Flüssigkeit eintritt, und zwar in Form mitgeführter Blasen, um das Gas auszugleichen, welches in der Flüssigkeit gelöst wird oder mit der Flüssigkeit fortgeführt wird, wenn sie durch den Austrittsabschnitt 11 austritt.

Gemäß der Darstellung fällt die Flüssigkeit infolge der Schwerkraft von der Höhe C auf die Höhe D, welche durch das Gasvolumen in der Tasche bestimmt ist. Die fallende Flüssigkeit erzeugt eine Zone mit sehr hoher Turbulenz, welche auf der Höhe D beginnt, wodurch ein hohes Ausmaß an SauerstoffÜbergang in die flüssige Phase erfolgt. Diese Zone besteht aus einem Schaum, in welchem Gasblasen von Flüssigkeit umgeben sind.

Dasjenige Gas, welches die Fallzone verläßt, ist entweder in der Flüssigkeit -gelöst oder wird in Form von Blasen mit der Flüssigkeit fortgeführt. Wenn genügend ungelöstes Gas in die Fallzone in Form von Gasblasen eintritt, die vom Eingang her in der Flüssigkeit mitgeführt werden, beispielsweise am Punkt A oder am Punkt B in die Gastasche eingegeben wird, so bleibt die Höhe D konstant, und zwar unter der Voraussetzung, daß in dem System keine anderen Veränderungen vorgenommen werden. Der Gaseintritt ist gleich dem Gasaustritt, und somit bleibt der Pegel konstant. Veränderungen in den Eigenschaften der Flüssigkeit, der Durchflüsse oder der Gasdrücke, welche die Eate der Sauerstofflösung oder -mitführung verändern würden, würden auch die Höhe des Falls verändern, und zwar aufgrund einfacher Materialgleichgewichtsbetrachtungen.

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Wenn nicht genügend Gas zugeführt wird, um die Summe desjenigen Gases auszugleichen, welche gelöst oder mit der Flüssigkeit fortgeführt wird, so steigt der ßchaumpegel an. Wenn zuviel Gas zugeführt wird, wird der Pegel abnehmen. Dieses einfache Ergebnis des hier erreichten Materialgleichgewichtes bietet die Möglichkeit für ein Verfahren der Steuerung der Wirksamkeit des Falls.

Es hat sich gezeigt, daß die Mengen des gelösten und mitgeführten Sauerstoffs prinzipiell Funktionen der Fallhöhe und der Oberflächenflüssigkeits-Strömiingsgeschwindigkeit sind. Somit kann durch Steuerung der Fallhöhe die Menge des gelösten oder mitgeführten Sauerstoffs konstant gehalten werden. Die Fallhöhe ist leicht steuerbar, indem die Schaumhöhe oder ihr Äquivalent als noch vorhandener Flüssigkeitspegel in der Fallzone ermittelt werden, und zwar direkt oder durch Ermittlung des statischen Druckes der Säule und durch Regelung der Gasversorgung am Punkt A oder B. Eine genauere Diskussion dieser Technik wird in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 erläutert.

Wegen der schematischen Art der Darstellung der Fig. 1 wurde kein Versuch unternommen, Einzelheiten der Gaseinführung und der entsprechenden Einrichtungen zu geben, wie sie an den Punkten A und B eingesetzt sind. Dazu können jedoch beliebige bekannte Einrichtungen verwendet werden, die sich für solche Zwecke als nützlich erweisen, und zwar einschließlich perforierten Rohren, Gasdüsen usw..

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die kontinuierliche geschlossene Leitung 21 aus mehreren hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen Abschnitten 25, 25» 27,

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— y —

29 und 30 besteht, die einen umgekehrten U-Bogen bilden. Der Eintrittsabschnitt 23 ist im wesentlichen horizontal angeordnet, wobei der Ansteig der Flüssigkeit 13 jetzt in dem vertikal angeordneten Abschnitt 25 erfolgt. Die Flüssigkeit geht dann durch den kurzen horizontalen Abschnitt 27 hindurch. Aufgrund der Strömungsbedingungen, d. h., der Geschwindigkeit und des Volumens der Strömung, ist ersichtlich, daß ein Hohlraum 15» welcher ähnlich ausgebildet ist wie derjenige Hohlraum, der in Verbindung mit der Fig. 1 diskutiert wurde, im Abschnitt 27 vorhanden ist, und' in diesen Hohlraum 15 kann Sauerstoff eingeführt werden, und zwar durch die bei 31 und 33 dargestellten Gasinjektionseinrichtungen, wobei eine zusätzliche Einführung stromaufwärts durch die Einrichtung 28 erfolgt. Wie im Falle der Ausführung gemäß Fig. 1 fällt die Flüssigkeit 13 jetzt plötzlich durch die Fallzone, welche im Abschnitt 29 gebildet ist, um dieselbe schaumige, blasige Gasübergangsmasse 19 zu bilden, wie sie in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben wurde. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit gelangt dann in den Abschnitt 30.

Um die Höhe des Falls zu ermitteln und um dadurch dieselbe zu regeln, ist in dem U-Bogen eine Fühlereinrichtung 34- angeordnet. Wenn die Fallhöhe bekannt ist, kann die Menge des eingeführten Gases gemäß den Erfordernissen des Belüftungsvorganges geregelt werden, der im Abschnitt 29 stattfindet» Die Fühlereinrichtung 35 ist so ausgebildet, daß.sie eine Anzeige des Flüssigkeitspegels im Abschnitt 29 liefert. Die Fühlereinrichtung 3^- kann die Form eines einfachen durchlässigen Rohres aufweisen, welches Beine 36 und 38 hat, die jeweils oben und unten mit der ,Fallzone verbunden sind«, Wenn nicht kontinuierlich Gas in das System eingeführt wird, wird Gas absorbiert und von der

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Gastasche bei 15 mitgeführt, und während dieses Gas abgegeben wird, steigt der Pegel der Flüssigkeit an. Dieser Aneteig kann ermittelt werden, beispielsweise durch Beobachtung oder durch eine Fotozelle mit einer Lichtquelle, wobei diese Kombination quer zu dem durchlässigen Bohr angeordnet wird. Dadurch kann ein Steuersignal erzeugt und dazu verwendet werden, um ein Ventil oder eine andere Einrichtung zu öffnen, damit mehr Gas in das System eingeführt wird, um das absorbierte und mitgeführte Gas wieder zu ersetzen. Wenn im Gegensatz dazu zuviel Gas zugegeben wird, so wird der Schaumpegel im Abschnitt 29 fallen und der Pegelsensor kann so ausgebildet sein, daß die Gasströmung zum System unterbrochen wird. Somit kann die Gaszufuhr zu dem System der Gasabsorption und -mitführung im System angepaßt werden.

Die schematische Darstellung der Fig. 3 zeigt in größeren Einzelheiten eine Anordnung zur Anpassung der Gasversorgung an den Verbrauch in der Fallzone. Die darin vorhandene geschlossene Leitung 35» die wieder ein Bohr oder eine ähnliche Einrichtung sein kann, besteht aus einem im wesentlichen horizontalen Eingangsabschnitt 37» in welchen Schmutzwasser oder anderes Material auf Flüssigkeitsbasis bei 39 eingeführt wird, welches mit Sauerstoff versorgt werden soll. Die Strömungsverhältnisse sind wiederum derart ausgebildet, daß ein Baum 41 in dem vertikal angeordneten Fallabschnitt 43 gebildet wird, wenn die Flüssigkeit 13 durch diesen Abschnitt nach unten fällt· In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß in dieser Figur weiterhin vorgeschlagen wird, daß wie bei 45 Gastaschen 45 in der Flüssigkeit vorhanden sind, welche sich dem Fall nähert, welche beispielsweise davon herrühren können, daß Gas stromaufwärts derart eingeblasen wird, wie es oben bereits beschrieben wurde. Die Bildung derartiger Gastaschen hängt von einer Anzahl von

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Faktoren ab,beispielsweise von der Rate der Sauerstoffzugabe, der Anordnung des Rohres, der Art der Sauerstoffeinbringung usw. In Sauerstoffeingabesystemen der dargestellten Art ist es wünschenswert, die Möglichkeit der, Ausbildung"großer Blasen möglichst weitgehend zu vermeiden. Kleine Blasen werden bevor-^ zugt, da sie eine größere Sauerstoffabsorption ermöglichen. Es hat sich gezeigt, daß aufwärts geneigte Rohre, wie sie in der Fig. 4 dargestellt sind, leichter die Tendenz aufweisen, die dargestellten auf Abstand voneinander angeordneten und sich bewegenden Blasen entlang der oberen Oberfläche zu bilden. Nachdem sie den OxygenierungsVorgang beim Fallabschnitt 43 durchlaufen hat, verläßt die oxygenierte Flüssigkeit den horizontalen Abschnitt 47, wobei wiederum zusätzliche Gastaschen wie bei 45 vorgeschlagen sind.

Die Fig. 3 zeigt eine Differenzdruck-Meßeinrichtung 49, bei welcher ersichtlich ist, daß sie Fühleranschlüsse 51 und zum Vergleich des Druckes unten und oben in der Fallzone besitzt. Die Fühlereinrichtung 49 ist derart ausgebildet, daß sie über die Regelschleife 55 ein Signal an eine Gasmeß-Ventileinrichtung 57 liefert, welche ihrerseits eine Steuerung für das Gas liefert, welches in das System über die Leitung 59 eintritt. Es ist offensichtlich, daß die Einrichtung 49. so eingestellt werden kann, daß sie dann geeignete Steuersignale liefert, wenn der Differenzdruck einen vorgegebenen Pegel verläßt, wodurch die Strömung von Sauerstoff in das System verstärkt oder vermindert werden kann, und zwar gemäß der Verbrauchsrate desselben, wodurch eine automatische und einfache Steuerung zur Anpassung der Rate des Sauerstoffs gebildet ist, welche dem in dem System stattfindenden besonderen Verfahren Rechnung trägt.

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Der von dem Anschluß 51 ermittelte Gesamtdruck ist die Summe aus dem Druck in dem Gasraum 41 und demjenigen Druck, welcher der Mischung aus Gasblasen und Flüssigkeit über dem Anschluß entspricht. Somit ergibt sich:

oder

p - (P₅₁- P₄₁) - p_fgh

wobei Γ|. die durchschnittliche Dichte der Schaumsäule ist, wobei h die Schaumhöhe ist und g die Erdbeschleunigung darstellt, Ein Sensor wie die Differenzdruckzelle 49 ermittelt P und somit die Höhe

¹¹ -

Dieser Differenzdruck kann elektrisch oder pneumatisch in ein Signal umgewandelt werden,welches dazu verwendet werden kann, um ein Solenoidventil wie 57 für die Gaszugabe bei 59 oder stromaufwärts zu betätigen. Wenn der Pegel ansteigt, wird somit das Ventil geschlossen, und wenn der Pegel fällt, wird das Ventil geöffnet.

Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen drei verschiedene Rohranordnungen zur Erzeugung der Fallzone. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß auch andere Konfigurationen möglich sind. Beispielsweise kann ein U-förmiger Fall verwendet werden, (im Gegensatz zu dem umgekehrten U-Bogen der Fig. 2). Außerdem können sowohl der horizontal angeordnete als auch der leicht vertikal ansteigende Eohrabschnitt dazu verwendet werden, um

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die Flüssigkeit in die Fallzone einzuführen und aus der Fallzone abzuführen. Die Fallzone ist vorzugsweise vertikal angeordnet; das System arbeitet jedoch auch mit einem Fallsystem, welches etwas gegenüber der vertikalen geneigt ist.

Die Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen von Anordnungen mit Sägezahnprofil, welche hintereinander eine Vielzahl von Leitungsabschnitten aufweisen, die jeweils fallende Leitungsabschnitte besitzen, die jeweils den in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Fallzonen ähnlich sind. Somit ist in der Fig. 4 eLne Anordnung dargestellt (welche beispielsweise einen Seil eines Rohrleitungs-Reaktionssystems darstellen kann), welche ein Verfahren veranschaulicht, bei welchem ein Gesamtsystem mit Vielfachfallzonen steuerbar ist. Flüssigkeit tritt am Punkt 65 ein, und durch manuelle Steuerung (oder automatisch proportionierte Strömung) wird Sauerstoff aus der Leitung 73 über das Ventil 75 mit einer Bate zugegeben_s welche für den minimal erwartbaren Gesamtsauerstoffbedarf des Vorgangs bis zum. Punkt ausreichend ist. Die miteinander reagierenden Komponenten Flüssigkeit und Gas strömen dem Bohr 77 zu dem ersten Fall 61 entlang, welcher über die Steuereinrichtung eingestellt ist, die oben in Verbindung mit Fig« 3 erläutert wurde (ähnliche Teile sind mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet), um automatisch eine Schaumhöhe aufrechtzuerhalten_s welche der Gasdurchsatzrate für den minimal erwartbaren Sauerstoffirerbrauch zwischen den Punkten 67 und 71 entspricht» Wenn der Sauerstoffverbrauch im Abschnitt 77 größer ist als die erwartete minimale Rate, so tritt weniger gasförmiger Sauerstoff als erwartet in die Fallzone 61 ein, und dies bringt die Tendenz mit sich, daß die Höhe der Schaumsäule darin .ansteigt» Diese Tendenz wird durch die Einrichtung 49 ermittelt, die automatisch das Ventil

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öffnet, um ausreichend Sauerstoff einzuführen, um die eingestellte Schaumsäulenhöhe zu halten, die ihrerseits gewährleistet, daß ein konstantes Volumen an Sauerstoffgas in das Rohr 79 eingeführt wird, welches den Punkt 67 mit dem Funkt 69 verbindet.

Die Wirkung in der Fallzone 63 ist dem Vorgang ähnlich, der in der Zone 61 erfolgt, mit der Ausnahme, daß die gesteuerte Schaumsäulenhöhe derart eingestellt ist, daß die Menge an Sauerstoffgas, welche in den Rohrabschnitt 81 eingeführt wird, dem größten erwarteten Sauerstoffverbrauch in diesem letzten Abschnitt des Rohrleitungs-Reaktionssystems entspricht. Unter normalen Bedingungen wird nicht das gesamte Gas verbraucht, und der Überschuß kann durch den Auslaß 83 abgeblasen werden, (oder zurückgeführt werden). Obwohl das bei 83 abgeblasene Gas einen nennenswerten Bruchteil desjenigen Gases darstellen kann, welches im Fall 63 eingegeben wird, ist es dennoch nur ein geringer Bruchteil der gesamten Sauerstoffmenge, welche dem Vorgang an den 'Punkten 65, 67 und 69 zugeführt wird.

Es kann sogar eine größere Sauerstoffwirtschaftlichkeit durch eine überproportionale Steuerung der Gaszugabe am Punkt 69 erreicht werden. Wenn der Sauerstoffbedarf des Schmutzwassers größer ist als normal, so ist die am Punkt 69 eintretende Sauerstoffmenge geringer als normal, und es muß mehr Sauerstoff in der Fallzone 63 zugegeben werden. Dies erfordert weiterhin, daß die ßauerstoffaufnahmerate in Endabschnitt 81 größer ist als normal. Um dies zu erreichen, kann die Steuereinrichtung, welche zwischen der Fühlereinrichtung 49 und dem Ventil 37 angeordnet sein kann, derart ausgebildet sein, daß während der öffnung des Sauerstoffventils, welches geöffnet wird, um den Sauerstoff-Fehlbetrag auszugleichen, der vom Punkt 67 kommt,

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der Einstellpunkt für die Schaumsäulenhöhe derart vermindert wird, daß mehr Sauerstoff in den Abschnitt 81 eingegeben wird.

Langzeitveränderungen im Sauerstoffbedarf bei dem Vorgang ' können dadurch ausgeglichen werden, daß die anfängliche Sauerstoffzuführung und die Schaumsäuleneinstellpunkte auf der Basis derjenigen Sauerstoffmenge reguliert werden, welche von dem Ende des Reaktionssystems abgegeben wird. Diese Einstellung kann von Hand oder automatisch erfolgen, indem eine sehr langsame negative Rückführ steuerung verwendet wird. Darüber hinaus kann auch eine langsame negative Rückführsteuerung zwischen den aufeinanderfolgenden Fallzonen vorgesehen werden. Wenn beispielsweise der Regler eine schnelle Sauerstoff zugabe in der Fallzone 63 verlangt, so kann eine Rückführung gebildet werden, um die Schaumsäulenhöhe in der Fallzone 61 derart zu vermindern, daß mehr Sauerstoff vom Funkt 67 zum Punkt 69 transportiert wird.

In der Fig. 5 sind eine viel größere Anzahl von aufeinanderfolgenden Fallzonen hintereinander angeordnet, und zwar in einer Konfiguration, die im übrigen derjenigen der Fig. 4 gleicht. Die schematische Darstellung der Fig. 5 veranschaulicht, daß nicht bei jeder Fallzone Sauerstoff eingegeben werden muß. Somit ist aus der Fig. 5 ersichtlich, daß Sauerstoff nur in den Fallzonen 87» 91 und 97 aus der Sauerstoff leitung 101 eingeführt wird, während die Fallzonen 85, 89, 93, 95 und 99» die keine Sauerstoffeinführung oder Schaumhöhensteuerung aufweisen, nur dazu verwendet werden, um die Rate¹ der Sauerstoff ab sorption zu erhöhen« Die Fig. 5 veranschaulicht auch die Reihe der Fallzonen schematisch in einem System mit aktiviertem Schlamm. Eine Leitung 100 führt den Schlamm von der Kläreinrichtung zurück, wo er mit einem Sekundärausfluß in der Leitung 102 gemischt wird. Die gemischte Flüssigkeit ML wird

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dann durch, das System hindurchgepumpt, und zwar zur Behandlung, und der gereinigte Ausfluß wird von der Kläreinrichtung abgezogen.

Die Fig. 5 veranschaulicht weiterhin eine alternative Möglichkeit zur Steuerung der Sauerstoffzuführung zu dem System. Diese Ausführungsform verwendet Druckregler in der Gaszuführung zu den Fallabschnitten wie bei 87a, 91a und 97&. Diese Regler ermitteln den Gasdruck in der Fallzone und geben automatisch zusätzliches Gas zu oder schließen, wenn es erforderlich ist, um den gewünschten eingestellten Gasdruck zu halten. Der Druck in jeder geregelten Zone ist im allgemeinen gleich der Summe der Druckabfälle, welche in den strömabwärtigen Fallzonen auftreten. Die hydraulischen Reibungsverluste sind sehr gering und können daher im wesentlichen vernachlässigt werden.

Aus den Fig. 4 und 5 ist offensichtlich, daß durch -Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips verschiedene alternative Anordnungen möglich sind. Beispielsweise können die Fallzonen aus U-Bogen bestehen (sowohl umgekehrt als normal) oder es kann eine beliebige andere Konfiguration verwendet werden, welche die "Fälle" erzeugt. Verschiedene Veränderliche beeinflussen die Gesamtsauerstoffmenge, welche in der erfindungsgemäßen Fallzone der Flüssigkeit zugeführt wird: 1) die Fallhöhe der Flüssigkeit, 2) die Oberflächenströmungsgeschwindigkeit (die volumetrische Flüssigkeitsdurchflußrate, geteilt durch die Querschnittsfläche des vertikalen Rohres) der Flüssigkeit, 5) die Höhe der Schaumsäule, 4) der Fartialdruck des Sauerstoffs im Gas und 5) die Eigenschaften der Flüssigkeit.

Bei dem Entwurf von Systemen, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, muß Aufmerksamkeit auf die Vorteile gerichtet " werden, die durch Anhebung der Fallhöhe erreicht werden sollen, und zwar gegenüber den Energieerfordernissen, die erforderlich

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sind, um die Flüssigkeit auf größere Fallhöhen zu heben. Experimentelle und analytische Untersuchungen haben ergeben, daß sich das beste Gesamtergebnis dadurch erzielen läßt, daß der Flüssigkeit ermöglicht wird, welche oxygeniert werden soll, über mehrere aufeinanderfolgende Fallzonen zu fallen, anstatt über eine einzelne Fallzone, deren Höhe gleich der Summe der verschiedenen kleineren Fälle ist. Beispielsweise wurde bei Versuchen mit Rohren von 15,24 cm (6 in.) und 25,40 cm (10 in.) bei wechselnden Strömungsgeschwindigkeiten ermittelt, daß die pro theoretischer Pferdestärkenstunden gelösten Sauerstoffmengen mit abnehmender Fallhöhe zugenommen haben. Diese Versuche haben gezeigt, daß mit abnehmender Fallhöhe eine bessere Energieausbeute zu erreichen ist. Andere Versuche wurden zu dem Zweck durchgeführt, um zu bestimmen, welche Auswirkungen sich im Hinblick auf die absolute gelöste Sauerstoffmenge ergeben, wenn die Fallhöhe verändert wird. Dies läßt sich als Sauerstoffwirkungsgrad bezeichnen und ist ein Maß der Veränderung in der Sauerstoffkonzentration beim Durchgang durch eine Fallzone als prozentualer Wert des anfänglichen Sauerstoff-Fehlbetrages. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen der Sauerstoffwirkungsgrad mit der Höhe anwächst. Bei Zusammenfassung der Ergebnisse ist somit offensichtlich, daß ein Kompromiß gefunden werden sollte, zwischen einer absoluten Menge von zunehmender Oxygenation einerseits und einer guten Ausbeute an Qxygenationsgrad im Verhältnis von der aufzuwendenden Energie zum Anheben des Wassers. Dies bedeutet in der Praxis, daß eine überlegene Gesamtanordnung in einer Einrichtung , d. h., in einer Konfiguration erreichbar ist, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, wenn eine Reihe von verhältnismäßig niedrigen Fallzonen hintereinander gesßhaltet werden, und zwar im Gegensatz zu der Verwendung einer geringeren Anzahl von Zonen, die insgesamt dieselbe Gesamtfallhöhe aufweisen.

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Bie oben erwähnten Versuche wurden mit einer Einrichtung gemäß Fig. 6 durchgeführt. Aus einem Wasservorratsbehälter wurde Wasser in definierter Weise in das System über die Leitung 201 und das Ventil 20? eingegeben· Bie Strömung ging über eine Meßblende 205 und floß in den Fallabschnitt 20? durch etwa 9 m (thirty feet) eines horizontalen Rohres 209· Bei den Bohren mit etwa 15»24 cm (6 in.) Durchmesser betrugen die Fallabschnitte etwa 155 cm (61 in.) und bei den Rohren mit 25,40 cm (10 in.) Durchmesser etwa 193 cm (76 in.). Da die Gesamthöhe des vertikalen Beins festgelegt war, war die Höhe der Schaumsäule von der Fallhöhe abhängig und konnte nicht unabhängig verändert werden. An der Meßstelle 205 wurde der Druck mit einem U-Rohr-Manometer gemessen, und stromaufwärts bei 211 oder am Punkt in der Fallzone wurde Sauerstoff zugegeben. Sin Wasserstandsanzeigerohr bei 217 lieferte eine Sichtanzeige des ruhigen Flüssigkeitspegels in der Fallzone. Das Wasser verließ das System bei 219 und floß in einen Abfluß. Gemäß den obigen Ausführungen wurden die Versuche mit Rohren von zwei Größen durchgeführt, wobei unterschiedliche Oberflächenströmungsgeschwindigkeiten verwendet wurden. Es hat sich gezeigt, daß mit zunehmender Oberflächengeschwindigkeit zusätzliche !Turbulenz zu erwarten ist, welche wiederum höhere Sauerstoffübergangeraten bewirkt. Hit erhöhter Geschwindigkeit wird jedoch die Aufenthaltszeit des Wassers verkürzt, und damit wird die Zeit für den Sauerstoffübergang vermindert. Somit besteht für eine bestimmte Fallhöhe ein optimaler Bereich der Oberflächengeschwindigkeiten· Es hat sich gezeigt, daß eine Oberflächengeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,15 m/sec (1/2 ft/sec.) bis zu etwa 0,6 m/sec (2 ft/see.) zu guten Ergebnissen geführt hat. Ein Bereich von etwa 0,22 m/sec bis etwa 0,45 m/sec (3/4 ft/sec. to about 1 1/2 ft/sec.) hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen. Diese Bereiche führten zu einem maximalen energetischen Wirkungsgrad und zugleich zu hohen Obergangsraten.

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Wie oben bereits im Zusammenhang mit der Fig. 3 diskutiert wurde, geht ein nennenswerter Anteil des den Fallzonen der Vorrichtung gemäß der Erfindung zugeführten Sauerstoff von der Zone als mitgeführten Blasen verloren, welche in den stromabwärtigen !Teil des Systems geführt werden, von wo das Gas ohne besonderen Wirkungsgrad aus dem System ausgetragen wird. Da die Oxygenierung gemäß der Erfindung in weitem Umfang an der Schaumsäule stattfindet, die am Boden der FaIlzonen vorhanden ist, besteht das angestrebte Ziel darin, das Gas in einer solchen Zone zu halten. In der Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, die zur Erreichung eines solchen Ergebnisses höchst wirksam ist. Es ist ersichtlich, daß die dort dargestellte Anordnung im allgemeinen der in Verbindung mit der Fig. 2 diskutierten Ausführungsform ähnlich ist. Die geschlossene Leitung 110 umfaßt somit einen ansteigenden Abschnitt 111, einen horizontalen Abschnitt 113 und einen Fallabschnitt 115. Sauerstoff wird über das Rohr 123 aus einer Leitung Ί21 eingegeben. Es ist ersichtlich, daß der Austrittsattschnitt 125, welcher an den Boden der Fallzone angeschlossen ist, jetzt ein kleines Rückführrohr 117 aufweist. Mitgeführte überschüssige Gasblasen, welche von der Fallzone herkommenj haben aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichtes die Tendenz, sich in den oberen Bereichen des Abschnittes 125 zu sammeln, wo sie in das Rohr 117 eintreten, und unter der Steuerung eines Ventils werden sie in den Fallabschnitt zurückgebracht. Die Antriebskraft für diesen Gasrücklauf ist einfach der hydrostatische Druck der Schaumsäule, vermindert um die Reibungsverluste im Rohr. Somit ergibt sich ein Gesamtprozeß, in welchem Sauerstoff mit dem größten Wirkungsgrad verwendet ist. Das Gasrückführprinzip kann in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gemäß der obigen Beschreibung angewandt werden.

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Ein wesentlicher Faktor bei der Integration dee Fallprinzips in ein Oxygenierungssystem ist das Durchspülen von Gas in Form von Blasen, die in der Flüssigkeit mitgeführt werden, welche den Fall verläßt. In einigen Fällen ist kein Mitführen erwünscht} in anderen kann dies jedoch der Fall sein. Bei der Oxygenierung von Frischwasser, welches gewöhnlich mit Stickstoff gesättigt ist, kann der Stickstoff in dem Fall desorbiert werden. Wenn kein Gas durch Hitführung aus dem Wasser herausgeholt wird, welches den Fall verläßt, baut sich Stickstoff in dem Gasraum des Falls auf. Dies vermindert den Wirkungsgrad des Falls, da , die Sauerstoffübergangsraten von der Konzentration des Sauerstoffs in dem Fallgasraum abhängen. Somit ist eine gewisse Hitführung wünschenswert.

Wenn kein Gas desorbiert wird, ist andererseits der mitgeführte Sauerstoff für den Fall verloren. Es muß dann Sauerstoff zugesetzt werden, um den Verlust auszugleichen, indem entweder eine Rezirkulation vorgesehen wird oder frischer Sauerstoff zugesetzt wird, um eine konstante Fallhöhe aufrechtzuerhalten. Wie oben bereits beschrieben wurde, kann eine einfache Eezirkulation dadurch vorgesehen werden, daß gegen die Hitführung ein Raum unterhalb des Falls vorgesehen wird und ein Bückführrohr zu dem Fallgasraum vorgesehen wird. Diese Möglichkeit der Rückführung mifc ist insbesondere dann wünschenswert, wenn die Fallhöhe groß ist und die Höhe der Säule darunter gering ist, da derartige Eigenschaften zu einer ansteigenden Durchspülung von Gas führen.

In der Fig. 8 ist eine rohrförmige Einrichtung 131 dargestellt, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellen, welche in idealer Weise für Schmu t zwa es erb ehandlungs sy steine im großen Haßstab geeignet ist. Die isometrische teilweise weggeschnittene schematische Darstellung zeigt eine Länge der Einrichtung , die

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unendlich oft wiederholt sein kann, d. h., der dargestellte Abschnitt kann als Moduleinheit betrachtet werden,, die nach Belieben hintereinander oder parallel mit ähnlichen oder gleichen Einheiten angeordnet werden kann. Das Schmutzwasser oder ein ähnlicher Stoff auf Flüssigkeitsbasis, der einer Behandlung unterzogen werden soll, tritt in die Einrichtung I3I aus der Richtung 133 ein, und zwar von einer Mischflüssigkeitspumpe. Die Einrichtung 13I kann in geeigneter Weise in einer Rohrleitungs-Reaktionsanlage mit aktiviertem Schlamm angeordnet sein, wie es oben bereits erläutert wurde, oder in einem Abzugskanal oder einer Unwetterabzugsschleuse· Sie kann auch an einem beliebigen anderen Ort zur Behandlung von Schmutzwasser, Mischflüssigkeit usw. angeordnet sein. Sauerstoff wird im System über eine geeignete Sauerstoffeingabeeinrichtung wie ein Rohr 135 zugeführt. Eine Dampfsperre 137 ist stromaufwärts von der Eingabeeinrichtung vorgesehen, um den Verlust von Sauerstoff in einer stromauf wärt igen Richtung zu verhindern. Eine Teilungs- oder Führungsplatte 137 erstreckt sich teilweise über den Teil des Rohres 139» welcher in der Darstellung am nähesten,liegt und vereinigt sich mit einer Xängsteilungsplatte oder einem Wehr 141, dessen Boden mit dem Boden des Rohr vereinigt ist. Bei einer solchen Konstruktion folgt die Flüssigkeit dem Weg 145 und. geht in den Raum hinter dem Wehr 141. Die Oberseite 147 des Wehrs 141 erstreckt sich nicht vertikal auf die volle Innenhöhe des Rohres 139» und somit kann die Flüssigkeit hinter der Platte 141 über die Lippe 147 der Platte übÄreten und fällt entlang den durch die Pfeile 149 angedeuteten Wegen in die Fallzonen 151» welche zwischen dem Wehr und einer zweiten Längsplatte 153 vorhanden sind, die auf Abstand von dem Wehr 141 durch Querplatten 155 gehalten ist. Die Platte 153 erstreckt sich aufwärts derart, daß ihr oberer Rand 157 sich mit der oberen Wand des Rohres 139 vereinigt.

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Folglich geht die Flüssigkeit, welche den Weg 149 entlang geht, unter dem unteren Hand 159 der Platte 153 hindurch und geht von dort den Längsweg 161 in dem Eohr 139 entlang, indem sie die Platte 163 durch den Baum 165 zwischen dem Band 167 dieser Platte und dem Innenrohr 139 umgeht· Die Flüssigkeit tritt von dort in eine Gastrennzone 169 ein, welche eine Prallplatte 171 aufweist, die sich von der Bohrwand nach unten erstreckt, um eine Dampfsperre zu bilden, und zwar für die Flüssigkeit in der Zone 169· Solche Gasblasen, die noch mitgeführt werden, gehen unter der Prallplatte 171 an deren Bückseite, wo solches Gas dann, in der Lage ist, über den Weg 172 in ein herkömmliches Bohr oder in einen nachfolgenden modularen Abschnitt einzutreten, der an der Trennplatte 173 beginnt. Falls dies erwünscht ist, kann die Einrichtung 131 Vorkehrungen für eine Gasrezirkulation aufweisen. Dieses Ergebnis wird erreicht, indem Perforationen in den oberen Bereichen der Platte 153 derart vorgesehen werden, daß Gasblasen, welche aus den Fallzonen entweichen, dadurch rezirkuliert werden können. Eine derartige Anordnung ist am besten aus der Fig. 9 ersichtlich, welche einen Querschnitt entlang der Linie 9* - 9' der Fig· 8 darstellt, wo die genannten Perforationen als Löcher 175 iu der Wand der Platte 153 erscheinen.

Damit die in der Fig. 8 dargestellte Einrichtung mit Wirkungegrad arbeitet, ist es erforderlich, die Menge an Sauerstoff zu isolieren, welche durch die Eintrittseinrichtung 135 eingegeben wird. Wenn kein Sauerstoff eingegeben wird und die eintretende Strömung 133 ausreicht, um die Einlaßleitung zu füllen, dann wird die gesamte Einrichtung geflutet und es wird kein Vorteil erreicht. Durch Eingabe von Sauerstoff genlß der obigen Beschreibung wird ein Dampf raum im Bereich 140 erzeugt,

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wobei die Größe dieses Dampfraumes und die Größe des Falls für eine gegebene Leitungsstärke hauptsächlich von der durch 135 eingegebenen Sauerstoffmenge und von der Wasserströmungsrate abhängt. Wie oben bereits diskutiert wurde, können Gase wie Stickstoff und Sauerstoff auch in dem Bereich der Fallzone eintreten. Die stark mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre im Bereich der Fallzone führt zu einer hohen Sauer st off ab sorption durch das strömende Wasser. Somit müssen der Durchfluß, die Größe des Rohres und der Sauerstoffdurchfluß derart gewählt werden, daß sich eine Fallhöhe ergibt, welche die gewünschte Sau er stoff auf nähme oder die gewünschten Behandlungsergebnisse ergibt.

Die Fallzone ist klarer in der Fig. 9 dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß die fallende Flüssigkeit eine hoch turbulente Zone in einer mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre des Falls bildet.

Es sei die Aufmerksamkeit auf die längliche Natur der Fallzone in Fig. 8 gerichtet. Diese Länge ist erheblich größer als der Einlaßrohrdurchmesser. Durch Schaffung einer Fallzone, welche sich über einen beträchtlichen Anteil der Länge der Leitung erstreckt, kann eine äußerst stark vergrößerte Sauerstoffaufnahme erreicht werden. Durch Verwendung dieses Prinzips wird eine viel größere Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche geschaffen. Durch Hintereinanderschaltung solcher Fallzonen kann ein System mit außergewöhnlichem Oxygenierungswirkungsgrad erreicht werden.

In der Fig. 10 ist in schematischer Weise die Art dargestellt,

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in welcher die Erfindung auch/kunstlich oder natürlich aufgestaute Waesermassen anwendbar ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist eine Wassermasse 181, beispielsweise ein Strom, ein Fluß, ein See oder ähnliches auf einem ersten höheren Pegel durch einen

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Damm oder eine ähnliche Einrichtung 183 gehalten* Es wird der Wassermasse ermöglicht, über den Damm 183 zu fließen, um einen niedrigeren Pegel 185 innerhalb der eingeschlossenen Falissone 191 zu erreichen, die innerhalb der Umhüllung 187 angeordnet ist. Innerhalb der Fallzone 191 wird Sauerstoff durch herkömmliche Sauerstoffeingabeeinrichtung 189 zugesetzt·

Somit kann ein Strom, Fluß, See, Behälter usw., welcher einen unannehmbaren Sauerstoffpegel oder einen hohen BOL-Pegel aufweist, durch Anwendung des Fallzonenprinzipe behandelt werden. Die Umhüllung 187 kann so ausgebildet sein, daß sie eich unter die Wasserpegel an der Oberseite und an der Unterseite des Falls erstreckt. Dies dient dazu, ein unerwünschtes Entweichen des in der Umhüllung vorhandenen Sauerstoffs zu verhindern. Die Umhüllung kann sich über die gesamte Breite des Dammes oder des Stauwerkes oder nur über einen Teil desselben erstrekken. Es sollten auch geeignete Dammsperren vorgesehen sein, um das Entweichen des Sauerstoffes von den Enden der Umhüllung zu verhindern. Somit ist ersichtlich, daß die Erfindung eine wirtschaftliche und wirksame Technik zur Erhöhung des Sauerstoffpegels eines Wasserstroms bildet, welcher über vorhandene Dämme strömt. Wenn es erwünscht ist, kann ein Gasrückführsystem gemäß der obigen Beschreibung verwendet werden, um ungelösten Sauerstoff in die Fallzone des Damms zurückzuführen.

Während sich die vorliegende Beschreibung auf die Eingabe von Sauerstoff in fließende Ströme und/oder Fallzonen bezogen hat, ist nicht beabsichtigt, diese Bezugnahme als Begrenzung der Lehre für die Verwendung von reinem Sauerstoff anzusehen. In den meisten Fällen wird die Verwendung von "kommerziell" reinem Sauerstoff bevorzugt. Es ist jedoch auch möglich, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder andere Sauerstoff enthaltende Gase zu verwenden, und zwar einschließlich von Ozon-Sauerstoff-Gemischen, um die obigen Ergebnisse zu erreichen.

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Es ist auch, möglich, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung auf die Lösung anderer Gase in flüssigen Strömungen anzuwenden, die keine Schmutzwasser darstellen, oder auch auf solche Strömungen, die an Sauerstoffmangel leiden oder anderweitig eine Behandlung mit Sauerstoff erfordern.

-Patenbansprüche-

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erhöhung des Sauerstoffgehaltes einer fließenden Flüssigkeitsströmung, dadurch gekennz eich net, daß die Flüssigkeitsströmung einem Fall durch eine geschlossene der Schwerkraft unterworfene Zone ausgesetzt wird, um einen hochturbulenten Blasenschaum in dieser Zone zu erzeugen, daß in dieser der Gravitation unterworfenen Fallzone eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre aufrechterhalten wird, wo#ö£-^ceine hohe Rate an Sauerstoffübergang in die Flüssigkeitsströmung erreicht wird, welche durch die Fallzone hindurchgeht.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Sauerstoff in die der Graviation unterworfene Fallzone eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß die Flüssigkeitsströmung aufeinanderfolgenden Fällen durch eine Vielzahl von der Gravitation unterworfenen Fallzonen ausgesetzt wird, von denen jede eine mit Sauerstoff angereicherte Atmosphäre hat.

4. Verfahren nach. Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Strömung von dem unteren Teil dor vorhergehenden Fallzone auf den oberen Teil der nächsten folgenden Fallzone angehoben wird, wodurch der der Gravitation unterworfene Fall erreicht wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axe Höhe des Gravitationsfalls der Flüssigkeitsströmung in der Zone reguliert wird, indem die Sauerstoffzufuhr zu dieser Zone reguliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rate des SauerstoffVerbrauchs in dieser
Zone ermittelt wird, wie durch die Höhe des Falls angezeigt ist, und daß die Sauerstoffzufuhr gemäß der Verbrauchsrate
reguliert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Falls ermittelt wird, indem der
Druck oben und unten in der Fallzone überwacht wird.

8. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fließende Flüssigkeitsstrom ein Mischflüssigkeitsstrom in einem Schmutzwasserbehandlungsprozeß mit
aktiviertem Schlamm ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fließende Flüssigkeitsstrom von einem Stauwerk ausgeht und daß die der Schwerkraft unterworfene eingeschlossene Fallzonen teilweise durch den Staudamm gebildet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmung durch die Fallzone mit einer Oberflächengeschwindigkeit hindurchfließt,, die im
Bereich von etwa 0,15 m/sec bis etwa 0,6 m/sec (1/2 ft/sec. to about 2 ft/sec.) liegt. - '

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächengeschwindigkeit im Bereich von etwa 0,22 m/sec bis etwa 0,45 m/sec (3/4 ft/eec to 1 1/2 ft/sec.) liegt.

12. Vorrichtung zum Sauerstoffübergang in freiem Fall, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umhüllung vorgesehen ist, welche eine der Gravitation unterworfene Zone des freien Falls festlegt, in welcher Flüssigkeit aufgrund der Gravitationskräfte über eine ausreichende Entfernung fallen kann, um einen Schaum der Flüssigkeit zu erzeugen, daß weiterhin ein Einlaß in der Umhüllung vorhanden ist, wodurch ein Flüssigkeitsstrom in die Umhüllung eintreten kann und dem freien Fall unterworfen sein kann und daß eine Einrichtung zur Eingabe von Sauerstoff in die Umhüllung vorgesehen ist, um eine hohe SauerstoffÜbergangsrate in die durch die Einrichtung hindurchgehende Flüssigkeit zu erzeugen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine vertikal angeordnete Leitung umfaßt, welche die Fallzone festlegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung ein Bein einer U-förmigen Leitung bildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung ein Bein einer in Form eines umgekehrten U ausgebildeten Leitung ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Umhüllungen hintereinander angeordnet sind und durch eine Leitungseinrichtung miteinander verbunden sind, wodurch die Flüssigkeitsströme sequentiell durch die Umhüllung en hindiöigehen.

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17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Umhüllungen und die miteinander in Verbindung stehenden Leitungseinrichtungen ein Sägezahnprofil bilden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Einführung von Sauerstoff in die Umhüllung vorgesehen ist, um die Höhe des Falls auf einem gewünschten Wert zu halten.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um Sauerstoff in die Umhüllung einzuführen, und zwar in Reaktion auf den Sauerstoffbedarf der durch die Umhüllung hindurchgehenden Strömung.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η ζ e ich-η "et, daß eine Einrichtung zur Ermittlung des Differenzdruckes über die Fallzone und zur Regulierung der Einführung des Sauerstoffes in Reaktion darauf vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um zumindest; einen Teil des Sauerstoffes einzufangen, welcher in der Flüssigkeits stromabwärts von der Fallzone mitgeführt wird, und um denselben in die Fallzone zurückzuführen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichn e t, daß die Umhüllung eine im wesentlichen horizontal angeordnete Leitung aufweist, in welcher ein in Längsrichtung angeordnete Wehr vorgesehen ist, um die Fallzone zu erzeugen.

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23- Gasabsorptionssystem zur Zugabe von Sauerstoff zu einer Flüssigkeitsphase, dadurch gekennz β lehnet, daß eine längliche Leitung vorgesehen ist, die einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, daß weiterhin in dieser Leitung ein in Längsrichtung angeordnetes Wehr vorhanden ist, daß weiterhin eine Ablenkeinrichtung vorgesehen ist, um die Strömung von dem Einlaß dieser dieses Weins zu führen und um eine Fallzone in dieser Leitung zu erzeugen und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre in der Leitung im Bereich der Fallzone zu erhalten.

24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung ein Paar von quer verlaufenden Prallplatten aufweist, und zwar eine an jedem Ende des Wehrs, und daß weiterhin eine in Längsrichtung angeordnete parallel zu dem Wehr und auf Abstand von demselben angeordnete Ablenkplatte vorgesehen ist, wobei sich diese letztgenannte Platte von der Dscke der Leitung vertikal nach unten an dem Rand des Wehres vorbei erstreckt, um eine Flüssigkeitsströmung zwischen dieser Platte und der Leitung zu ermöglichen.

25· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Strömung getrenntes Sauerstoffgas an einem Punkt stromabwärts von der Fallzone eingefangen wird und zu der Fallzone zurückgeführt wird.

26. Verfahren zum Anheben des Sauerstoffpegels in natürlich und künstlich auftretenden Wassermassen, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine Flüssigkeitsströmung des Wassers über eine Damm-ähnliche Einrichtung in eine der Gravitation

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unterworfene Fallzone gerichtet wird, -um eine frei fallende Strömung und einen turbulenten Blasenschaum zu erzeugen, durch, welchen die fallende Strömung hindurchgeht, daß die dammähnliche Einrichtung und die dem freien Fall unterworfene Zone in einer mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre gehalten werden, wodurch Sauer-' stoff leichter absorbiert werden kann und der Pegel des gelösten Sauerstoffes der Strömung angehoben wird.

27· Verfahren zur Erhöhung des Gasgehaltes einer flüssigen Flüssigkeitsströmung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmung einem Fall durch eine der Gravitation unterworfene, umschlossene Zone ausgesetzt wird, um einen hochturbulenten Blasenschaum in dieser Zone zu erzeugen, daß eine mit Gas angeraxiherte Atmosphäre in der der Gravitation unterworfenen Zone aufrechterhalten wird, wodurch eine hohe Bate an Gasübergang in die Flüssigkeitsströmung erzeugt wird, welche durch die Fallzone hindurchgeht.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich net, daß der Gasdruck in der Fallzone gemessen wird und daß die Gaszuführung zu dieser Zone derart reguliert wird, daß ein gewünschter Druck in der Zone aufrechterhalten wird.

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