194747. lajstromszámú szabadalom • Két szerkezeti egységet tartamazó, vagy egybeépített gázelosztó berendezés
1 194 747 2 A találmány tárgya két szerkezetegységet tartalmazó, vagy egybeépített gázelosztó berendezés folyadékok gázokkal, főként levegővel való kezelésére; közelebbről a találmány egybeépített vagy két szerkezet egy séget tartalmazó gázelosztó berendezés főként levegőnek folyadékokban való elnyeletésére, vagy valamely oldott gáznak főként levegővel való kihajtására, adott esetben folyadékok, főként levegővel való kezelésére. A találmány szerinti gázelosztó berendezést minden kezelendő folyadékot tartalmazó, falazattal határolt objektumban alkalmazhatjuk, amelyben gáz(oka)t kívánunk elnyeletni (abszorbeáltatni) vagy a folyadékban oldott gázt más gázzal kihajtani (deszorbeáltatni), illetve folyadékokat gázzal összekeverni. Ilyen objektumok például a mélyépítéssel létrehozott, tetszőleges alakú medencék, például levegőztető medencék, vagy készülékgyártó üzemben előállított tankreaktorok, például fermentorok, adott esetben kazántápvíz-gáztalanítók illetve savsemlegesítő medencék. Az ipari és kommunális szennyvíztisztításban alkalmazott ún. levegőztető medencék folytonos működésükkel két, egymástól funkcionálisan is különböző feladatot valósítanak meg. Ezek közül az első a különböző módokon előkezelt szennyvíznek oxigénnel való lehető telítése, míg a második feladat a levegőztető medencén átfolyó szennyvíz aerób mikroorganizmusokkal lebontható szennyezéseinek csökkentése (biokémiai oxidáció). Mivel találmányunk csak az első feladat tökéletesítését célozza, a második feladatot nem ismertetjük részleteiben. A szennyvíznek oxigénnel való lehető telítésének - még végtelenül hosszú érintkezési idő esetében is - a szennyvíz összetétele, hőmérséklete és az üzemnyomás szab határt. Adott összetételű és hőmérsékletű szennyvíznek adott üzemnyomáson való telítettsége mértékét fentiekből következően a levegő és a szennyvíz érintkezéséhez rendelkezésre álló, nem végtelenül hosszú idő, valamint a technikai okokból nem tökéletesen végrehajtott érintkeztetés befolyásolja. A levegő és a szennyvíz közötti érintkezés idejét az az időtartam korlátozza, amely alatt a levegő a szennyvízen átáramlik, esetenként átbuborékol, mert a szennyvíznek a medencébea való tartózkodási ideje ennél lényegesen, több nagyságrenddel nagyobb, a gyakorlatban minimálisan fél nap. Adott levegőáramnak a szennyvízen való átáramlási, esetenként átbuborékoltatási időtartamát elsődlegesen a medence méreteinek növelésével lehetne fokozni. Ez a módszer azonban szükségtelenül növelné meg a medence térfogatát, s ezzel együtt építési költségeit is. Ehelyett ezért a gyakorlat számára célravezetőbb a kezelendő szennyvíz keverése, amely a medence méreteinek változatlansága mellett meghosszabbítja a levegőbuborékok útját, s ezzel együtt azoknak a szennyvízzel való érintkezési idejét is. Ismeretes azonban [Grassmann, P.: Chemie - Ing. - Technik 29, (1957) 8. sz. 497-504 old.] ezenkívül az is, hogy a gázfázisú levegő és a folyadékfázisú szennyvíz közötti anyagátadás, vagyis a gázfázisú oxigénnek oldódása révén a folyadékfázisba való átmenete nagyrészt a két fázis érintkezésének helyén pillanatszerűen megy végbe. Ebből következik, hogy a két fázis közötti érintkezés hatásfokát kg oldott 02/h-ban kifejezve, adott összetételű és hőmérsékletű szennyvíz, valamint adott üzemnyomás esetén az szabja meg, hogy a szennyvíz és a levegő érintkezése helyén már részlegesen telített szennyvíztömeget milyen hatékonyan tudjuk onnan továbbítani, abból a célból, hogy az oxigénnel még nem, vagy csak kisebb fokban telített újabb szennyvíztömegnek helyet adjunk. Ennek az a magyarázata, hogy a keverés révén kialakuló turbulens mezőben a kezdeti, esetlegesen nagyméretű buborékok is kis buborékokká esnek szét (diszpergálódnak). Akis buborékméret okozta diffúziós ellen állás jóval kisebb, mint a nagyméretű buborékoké, ezért a keverés, illetve a keveréssel előidézett turbulencia - annak mértékétől függően - megszünteti a diffúziónak az anyagátadásra ható domináns jellegét. A keverés összesített hatása tehát az, hogy egyrészt megnöveli a szennyvízbe bevitt levegőbuborékok útját és szoknak a szennyvízzel való érintkezési idejét másrészt pedig az, hogy a szennyvízben már oldott oxigént nem moláris diffúzió útján, hanem makroszkopikus mólon oszlatja el a szennyvíz egész tömegében és hogy a kialakuló turbulens mező a levegőbuborékokat diszpergálja. A szennyvízben keveréssel létrehozott turbulencia növelése ezt az össze sített hatást fokozza. A turbulencia azáltal növelhető, ha a keverés a tér mindhárom koordinátájának irányában hoz létre mozgási [Brauer, H.: Chemie - Ing. - Technik 51, (1979) 10. sz. 934-948 old.]. A levegőnek, illetve a levegő oxigénjének a szennyvízbe való juttatása és a szennyvíznek bármely módon való keverése energiát igényel. A levegő, illetve a levegő oxigénjének a szennyvízbe való bevitele gazdaságossága ezért a kg oldott 02 kWh mérőszámmal, vagyis 1 kg oxigénnek adott berendezéssel elérhető oldásához szükséges energiaráfordítással mérhető. E mérőszám nagy értéke nagyobb fokú gazdaságosságra utal, mint fordított esetben, miközben más, a keverés egészére vonatkozó gazdaságossági tényezőket figyelmen kívül hagyunk. A levegő és a szennyvíz tökéletlen érintkeztetését áramlástani tényezőkre lehet visszavezetni. A medence esetenként hidraulikailag hibás kiképzése azt okozza, hogy az egyfázisú, tehát levegőztetés nélküli szennyvíz áramlásában is kimutathatók ún. áramlási árnyékok (holt terek), amelyek csökkentik például a keverésben részt vevő folyadék tömegét s ezáltal a hatásfok romlását okozzájc. A találmány szempontjából bármely folyadéknak gázzal, előnyösen levegővel való kezelésére hivatott objektum hidraulikailag helyes kialakítása előfeltétel, és ezért ezzel a továbbiak során nem is foglalkozunk. A másik, ugyancsak a hatásfokot lényegesen befolyásoló áramlástani ok a két áramló fázis, tehát a levegő és a szennyvízáram között esetenként kialakuló áramlási árnyékok (holt terek), amelyeknek a gázelosztó berendezések konstrukciója és elrendezése során eddig viszonylag kevés figyelmet szenteltek. Az iparban elterjedten alkalmazott főbb levegőztető berendezések fentiek értelmében az általuk előidézett keverés intenzitása, valamint az áramlási árnyékok (holt terek) kialakulásának lehetősége alapján ítélendő meg. A keveréssel működő levegőztető berendezések közül kis mélységű (kb. 3 m) medencékhez gyakorta vízszintes tengely körül forgó keféket alkalmaztak. Ezek a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
