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Die
Erfindung befaßt
sich mit Fluidbehandlungsvorrichtungen, insbesondere, aber nicht
ausschließlich,
zum Einsatz bei der Behandlung von Abwasser. Die hierin verwendete
Bezeichnung "Abwasser" umfaßt Abwässer von
Haushalten, Kommunen und Industriebetrieben und schlammartige Substanzen.
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Es
hat sich gezeigt, dass das Anlegen von Ultraschallenergie an Abwasser
das anschließende Ansprechen
des Abwassers auf die Behandlung verbessert. In der Beschreibung
der
EP 0 648 531 ist beispielsweise
eine Fluidbehandlungsvorrichtung angegeben, welche eine Kammer aufweist,
durch die zu behandelndes Fluid durchgeleitet werden kann, sowie
ein Betriebsteil aufweist, welches einen kreisförmigen Querschnitt in der Kammer
hat, wobei das Betriebsteil eine Mehrzahl von Oberflächen aufweist, welche
wenigstens eine innere Umfangsfläche
umfaßt,
wobei die Vorrichtung Einrichtungen aufweist, die die Oberflächen mit
einer Ultraschallfrequenz zum Schwingen bringen. Im Einsatzzustand
strömt das
zu behandelnde Fluid durch die Kammer und über die Umfangsfläche, wodurch
Ultraschallenergie an den Fluidstrom angelegt wird.
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Es
hat sich nunmehr vorteilhaft bei Fluidbehandlungsvorrichtungen,
insbesondere zur Behandlung von rohen Abwässern erwiesen, wenn ein länglicher
Durchgang mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorgesehen
ist, durch den das zu behandelnde Fluid zu leiten ist. Ferner ist
eine Mehrzahl von axial beabstandeten Betriebsteilen im Durchgang
vorgesehen. Jedes Betriebsteil hat eine innere Fläche, welche
einen inneren Durchgang bildet, durch den das durch die Vorrichtung
strömende Fluid
geht und eine Einrichtung, welche bewirkt, dass die innere Fläche des
Betriebsteils und die Ultraschallfrequenz im allgemeinen radial
zu dem Betriebsteil schwingt. Im Einsatzzustand strömt Abwasser
durch den länglichen
Durchgang und durch die inneren Durchgänge, an welche Ultraschallenergie
angelegt wird, welche von der schwingenden Innenfläche der
Betriebsteile herrührt.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass in dem rohen Abwasser enthaltene Abfallstoffe,
wie Lappen, Papier, Kunststoff usw., dazu führen können, dass sie sich an Bereichen
mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit
zwischen den Betriebsteilen (d.h. "Tot"-Bereichen)
ansammeln, wodurch sich eventuell die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids
durch die Vorrichtung reduziert, und hierdurch sogar zu einem Zusetzen führen kann.
Diese Problematik verstärkt
sich noch bei einer bevorzugten Auslegungsform einer Fluidbehandlungsvorrichtung,
bei der zur Verstärkung
des Ultraschallenergiewertes, welcher an das Fluid angelegt wird,
das Fluid auch über
die äußeren Flächen der
Betriebsteile, insbesondere durch im allgemeinen ringförmige Durchgänge zwischen
den äußeren Flächen und
den inneren Flächen
strömt,
welche den länglichen
Durchgang begrenzen.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten
zu überwinden.
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Gemäß einem
Aspekt nach der Erfindung wird eine Fluidbehandlungsvorrichtung
zum Einsatz in einem länglichen
Durchgang angegeben, wobei die Fluidbehandlungsvorrichtung folgendes
aufweist: Eine oder mehrere Einrichtungen zum Anlegen von Ultraschallenergie
an das in den länglichen
Durchgang eingeleitete Fluid, wobei die Einrichtung zum Anlegen
von Ultraschallenergie ein Schwingungsteil aufweist, welches einen
inneren Durchgang hat, durch den das Fluid strömen kann, das Schwingungsteil
innerhalb des länglichen
Durchgangs derart vorgesehen ist, dass ein äußerer Durchgang zwischen einer
inneren Fläche
des länglichen
Durchgangs und einer äußeren Fläche des
Schwingungsteils gebildet wird, welche sich dadurch auszeichnet, dass
der äußere Durchgang
in kommunizierender Fluidverbindung mit dem inneren Durchgang in
dem länglichen
Durchgang ist, und dass eine Strömungsdrosseleinrichtung
in Form eines konischen Trichters in dem länglichen Durchgang stromauf
von und in einem Abstand von dem inneren Durchgang zum Einleiten
des Fluids in den länglichen
Durchgang und zum Lenken des Fluidstroms in Richtung auf den inneren
Durchgang vorgesehen ist.
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Durch
die Drosselung oder Lenkung des Fluidstroms in Richtung auf die
Längsachse
des länglichen
Durchgangs oder in Richtung auf den inneren Durchgang ergibt sich
eine Vergrößerung der
Strömungsgeschwindigkeit
des Abwassers. Dies führt dazu,
dass ein größerer Anteil
an im Abwasser enthaltenen Feststoffen durch die Vorrichtung an
oder in unmittelbarer Nähe
zu der Längsachse
oder direkt durch den inneren Durchgang strömt, und dass man somit eine
Strömung
durch Bereiche mit höherer
Ultraschalldicht als bei bisherigen Auslegungsformen erhält.
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Wenn
man zusätzlich
die Fluidströmungsgeschwindigkeit
erhöht,
kann Kavitation entstehen, welche ermöglicht, dass Ultraschallschwingungen
an jenen Ab schnitten des Durchgangs erzeugt werden, welche zwischen
benachbarten Betriebsteilen liegen, wodurch sich der Wirkungsgrad
der Vorrichtung verbessert.
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Zusätzlich stellt
die größere Strömungsgeschwindigkeit
längs des
Durchgangs sicher, dass ein Großteil
der Feststoffe direkt durch den Durchgang strömt: Alle Feststoffe, die von
der Achse oder dem inneren Durchgang sich weg bewegt haben, werden durch
den Venturieffekt in Richtung auf die Längsachse oder den inneren Durchgang
gezogen.
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Auf
diese Weise hat sich gezeigt, dass sich die Mengen an Abfallstoffen
an den Bereichen mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit zwischen
benachbarten Betriebsteilen reduzieren lassen.
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Zusätzlich wird
durch die Vergrößerung des Anteils
an Feststoffen, welche im allgemeinen längs der Längsachse durch die Vorrichtung
gehen, die Reduktion des Fluidstroms über die äußeren Flächen der Betriebsteile durch
die Ansammlung in dem Raum zwischen den äußeren Flächen und den Wänden minimiert,
welche den länglichen
Durchgang bilden.
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Die
Einrichtung zum Drosseln des Fluidstroms oder die Fluidlenkeinrichtung
kann gesondert von dem länglichen
Durchgang hergestellt werden, und daher lassen sich derartige Einrichtungen
an vorhandenen länglichen
Durchgängen
anbringen.
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Die
trichterförmige
Einrichtung kann aus einem Flächenmaterial
hergestellt sein, welches in den Fluiden nicht korrodiert,. beispielsweise
aus Edelstahl oder Kunststoffmaterialien.
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Da
ferner die trichterförmige
Einrichtung innerhalb des länglichen
Durchgangs stromauf und beabstandet von dem inneren Durchgang angeordnet ist,
wird der Fluidstrom gedrosselt, bevor er die Einrichtung zum Anlegen
von Ultraschallenergie erreicht.
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Zweckmäßigerweise
arbeitet die trichterförmige
Einrichtung derart, dass die Querschnittsfläche reduziert wird, durch die
der Fluidstrom geht, und zwar um wenigstens den Faktor 4. Bei bevorzugten Ausführungsformen
arbeitet die trichterförmige
Einrichtung derart, dass die Querschnittsfläche, durch die der Fluidstrom
geht, um wenigstens den Faktor 8 reduziert wird.
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Wenn
der längliche
Durchgang somit einen kreisförmigen
Querschnitt mit einem Durchmesser von 150 mm hat, kann die trichterförmige Einrichtung die
Querschnittsfläche
des Durchgangs auf etwa 50 mm im Durchmesser reduzieren.
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Vorzugsweise
ist der längliche
Durchgang mit einem kreisförmigen
Querschnitt ausgelegt. Der Durchgang hat somit keine Ecken, an denen
sich Feststoffe ansammeln können.
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Vorzugsweise
fällt die
Längsachse
des inneren Durchgangs der oder jeder Einrichtung zum Anlegen der
Ultraschallenergie im wesentlichen mit der Längsachse des länglichen
Durchgangs zusammen.
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Vorzugsweise
ist eine Mehrzahl von Einrichtungen zum Anlegen von Ultraschallenergie
vorgesehen.
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Je
größer die
Anzahl von Einrichtungen zum Anlegen von Ultraschallenergie ist,
desto größer ist die
Auswahlvielfalt der Fluide, welche behandelt werden können.
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Vorzugsweise
sind vier Einrichtungen zum Anlegen von Ultraschallenergie vorgesehen.
Wenn man dann den zu behandelnden Fluidstrom in Richtung zu der
Längsachse
des länglichen
Durchgangs drosselt, so hat sich gezeigt, dass man gute Strömungscharakteristika
des Fluids durch eine wesentlich größere Anzahl von aufeinanderfolgenden
Betriebsteilen erhält,
als dies bisher der Fall war. Insbesondere hat sich bei diesem Verfahren
gezeigt, dass fünf
oder mehr Betriebsteile in ein und demselben länglichen Durchgang angeordnet
sein können, so dass
man eine äußerst wirksame
Behandlung des Fluids über
einen relativ kurzen Weg erhält.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen
weist jede Einrichtung zum Anlegen von Ultraschallenergie ein Betriebsteil
auf, welches mit dem Schwingungsteil verbunden ist, wobei das Betriebsteil
mit einer Quelle für
Ultraschallenergie verbunden ist.
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Vorzugsweise
ist das oder jedes Schwingungsteil ein im wesentlichen ringförmiges Teil
mit einem Innenradius R1 und einem Außenradius R2.
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Vorzugsweise
erfüllt
das oder jedes Schwingungsteil den Zusammenhang (R1 + R2/2 = Kλ), wobei
K eine ganze Zahl ist und λ die
Wellenlänge
der Schwingungen ist, die an das Schwingungsteil angelegt werden.
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Vorzugsweise
weist der äußere Durchgang einen
Ringraum auf.
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Vorzugsweise
ist die innere Fläche
des inneren Durchgangs derart angeordnet, dass sie radial schwingt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung
von Fluiden bereitgestellt, welches folgendes aufweist: Anordnen
der Fluidbehandlungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem
länglichen Durchgang
und Durchleiten des Fluids durch den länglichen Durchgang.
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Vorzugsweise
ist das Fluid Abwasserschlamm.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung lediglich
als Beispiel näher
erläutert.
In der Zeichnung gilt:
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1 ist
eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung eines Teils eines Strömungskreises,
bei dem die Fluidbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist, welche gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung ausgelegt ist;
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2 ist
eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der Montage des Längsteils
einer Einrichtung zum Anlegen von Ultraschallenergie;
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3 ist
eine Seitenansicht der Fluidbehandlungsvorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung;
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
zur Verdeutlichung der Anordnung der Ultraschalleinrichtung an dem
länglichen
Teil; und
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
einer trichterförmigen
Einrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform.
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Die
Fluidbehandlungsvorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
nach der Erfindung wird insbesondere bei der Behandlung von rohem Abwasser
eingesetzt und ist dazu bestimmt, in einer Durchflussleitung 5 angeordnet
zu werden, welche eine Abzweigung zu einer Abströmungsleitung 4 hat. Die
Fluiddurchströmung
durch die Vorrichtung wird mit Hilfe von Ventilen V1, V2, V3 und
V4 (siehe 1) gesteuert. Eine bevorzugte
Ausführungsform der
Vorrichtung weist ein längliches
Teil auf, welches von einem Rohrstück 10 mit einem kreisförmigen Querschnitt
gebildet wird, durch die im Gebrauchszustand das rohe Abwasser zugeleitet
wird.
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An
dem Längsteil 10 ist
eine Mehrzahl, beim dargestellten Beispiel fünf, von Betriebsteilen 12 vorgesehen,
wobei jedes Betriebsteil 12 ein Betriebselement 14 und
eine Ultraschalleinrichtung 16 aufweist, welche mit diesem
verbunden ist. Jede Ultraschalleinrichtung 16 weist einen
Wandler 24 und einen flanschförmigen Verstärker 26 sowie
einen zusätzlichen
Verstärker 28 auf.
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Das
Arbeitsteil 14 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
und weist eine äußere Fläche 18 und
eine innere Fläche 20 auf.
An dem Betriebsteil 14 ist eine tangentiale Abflachung 22 vorgesehen,
an dem der Verstärker 28 der
Ultraschalleinrichtung 16 mit Hilfe von üblichen
Einrichtungen, wie einem Schweißvorgang,
fest angebracht ist. Die Ultraschalleinrichtung geht durch die Wand
des Rohrabschnitts 10. Alternativ können der Verstärker 28 und
das Betriebsteil 14 mit Hilfe einer Schraube festgelegt
werden.
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Bei
dem vorliegenden Beispiel sind fünf
Betriebsteile 12 an dem Rohrabschnitt 10 angebracht. Jedoch
kann irgendeine beliebige erforderliche Anzahl von Betriebsteilen
vorhanden sein.
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Die
innere Fläche 20 jedes
Betriebsteils bildet einen inneren Durchgang mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt,
durch den durch die Vorrichtung strömendes Fluid geht, und bildet
zusätzlich einen
Ringraum zwischen der äußeren Fläche 18 und
dem Betriebsteil 14 und der Innenwand 11 des Rohrabschnitts 10 zur
Bildung eines äußeren Durchgangs 19,
durch den das Fluid ebenfalls strömen kann.
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Im
Einsatzzustand werden die Ultraschalleinrichtungen 16 jeweils
aktiviert, so dass bewirkt wird, dass Längsschwingungen mit Ultraschallfrequenz
von dem Verstärker 28 an
die ebene Fläche zur
Befestigung am Betriebsteil 14 angelegt werden. Insbesondere
hat das Betriebsteil 14 einen inneren Radius R1 und einen äußeren Radius
R2, wobei der Zusammenhang derart gewählt ist, dass (R1 + R2/2 =
Kλ) ist,
wobei K eine ganze Zahl ist und λ die
Wellenlänge
der Schwingungen ist, die durch die Ultraschalleinrichtung an das
Betriebsteil 14 angelegt werden. Bei dieser Ausgestaltungsform
ziehen sich die äußere Fläche 18 und
die innere Fläche 20 des Betriebsteils
abwechselnd radial zusammen und expandieren auf eine pulsierende
Weise mit der Ultraschallfrequenz, so dass Ultraschallenergie an
das durch den Rohrabschnitt 10 strömende Fluid angelegt wird.
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An
dem stromaufwärtigen
Ende des Rohrabschnitts 10 ist eine trichterförmige Einrichtung 30 (4)
angebracht, welche mit einem Gleitsitz in dem Ende des Rohrabschnitts 10 vorgesehen
ist, wobei Flansche 32 derart vorgesehen sind, dass sie dass
trichterförmige
Teil 30 an einer gewünschten Stelle
im Rohrabschnitt anordnen. Die trichterförmige Einrichtung hat eine
kegelstumpfförmige
Fläche 34, welche
den effektiven Radius des Rohrabschnitts in typischer Weise von
etwa 75 mm auf etwa 25 mm reduziert, d.h. im wesentlichen gleich
dem Radius R1, wodurch die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs durch die Vorrichtung
um einen Faktor von 8 bis 10 reduziert wird. Bei dieser Vorrichtung wird
durch die Vorrichtung gefördertes
Fluid in Richtung zu der Längsachse
der Vorrichtung gedrosselt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit größer wird. Hierdurch
wird sichergestellt, dass ein größerer Anteil
der Feststoffe an oder in der Nähe
der Längsachse
zu liegen kommt. Zusätzlich
verstärkt
die größere Strömungsgeschwindigkeit
die Kavitation in dem Fluidstrom, und daher treten effektive Ultraschallschwingungen
an den Abschnitten des länglichen
Durchgangs auf, welcher zwischen benachbarten Betriebsteilen liegt.
Da ferner das Fluid mit einer höheren
Geschwindigkeit durch die Vorrichtung als bei anderen Vorrichtungen
strömt,
strömt
ein Großteil
der Feststoffe direkt durch den inneren Strömungsdurchgang, welcher von
den inneren Flächen 20 der
Betriebsteile 14 begrenzt wird. Auf diese Weise wird der Strom
von Feststoffen in den relativen "Tot"-Räumen zwischen
benachbarten Betriebsteilen 14 reduziert, wodurch die Neigung
herabgesetzt wird, dass diese Feststoffe den äußeren Durchgang 19 zusetzen.
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Ferner
können
die Feststoffe, welche von der Längsachse
weg strömen,
durch den Venturieffekt des Hauptstroms wirksam zurückgezogen
werden, so dass man eine relativ hohe Fluiddurchflußgeschwindigkeit
durch die Vorrichtung erhält.
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Auf
diese Weise hat sich gezeigt, dass eine hohe Dichte von Ultraschalleinrichtungen
eingesetzt werden kann, wodurch eine große Ultraschallenergiemenge
auf den Fluidstrom durch die Vorrichtung über einen relativkurzen Längsab stand
hinweg zur Einwirkung gebracht werden kann, wodurch man erzielt,
dass sich in beträchtlicher
Weise die Tendenz zum Zusetzen reduzieren lässt.
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Es
ist noch zu erwähnen,
dass obgleich die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit der Behandlung
von rohem Abwasser erörtert
worden ist, die Erfindung auch bei der Behandlung von anderen Fluiden
eingesetzt werden kann, bei denen ähnliche oder analoge Schwierigkeiten
auftreten, und bei denen es insbesondere enwünscht ist, Ultraschallenergie
auf das Fluid auf eine effiziente Weise zur Einwirkung zu bringen.
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Natürlich stellt
die dargestellte bevorzugte Ausführungsform
nur eine Anwendungsform der Erfindung zum Zwecke der Verdeutlichung
dar. In der Praxis kann die Erfindung im Zusammenhang mit unterschiedlichen
Ausgestaltungsformen eingesetzt werden, welche dem Durchschnittsfachmann
an sich geläufig
sind.
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Die
Einrichtung zum Anlegen von Ultraschallenergie kann irgendeine gewünschte Gestalt
annehmen und kann beispielsweise auch einen rechteckförmigen Querschnitt
haben. Es muß kein
innerer Durchgang in derselben vorgesehen sein.
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Die
trichterförmige
Einrichtung kann integral mit dem Rohrstück ausgelegt sein.
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Die
trichterförmige
Einrichtung kann derart ausgelegt sein, dass sie einen inneren Durchgang mit
einer kegelstumpfförmigen
Fläche
bereitstellt. Die äußere Fläche der
Vorrichtung kann irgendeine beliebige Gestalt annehmen.
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Es
kann irgendeine geeignete Anzahl von Ultraschalleinrichtungen an
dem länglichen
Durchgang angeordnet werden, welche sich beispielsweise auf 4, 5,
6, 7, 8, 9, 15, 20 belaufen kann.