PROCESS FOR THE CONTROL OF AN AIR OR OXYGEN FEED IN A JET MIXING AERATION PLANT

Abstract: 1. Process for the control of an air or oxygen feed in a jet mixing aeration plant in which the introduced air or oxygen is ejected in a manner such that the gas jet is at least partially shrouded by the liquid jet, characterised in that the amount of process water supplied to the nozzles is kept constant at a predetermined value (4) and only the amount of gas is varied, the amount of process water being determined in accordance with dependencies (1, 2) of the amount of air or oxygen per nozzle from the amount of water per nozzle for a certain nozzle geometry at constant oxygen supply and at constant total mechanical drive power for supplying liquid and air or oxygen to the nozzles, and the predetermined value for the amount of process water, at which value the amount is being fixed, corresponding to the abscissa value (4) within a range in which the first derivative of the locus of osculation points of the curves (1, 2) of the dependencies of the amount of air or oxygen per nozzle from the amount of water per nozzle at constant oxygen supply and at constant total mechanical drive power exceeds a predetermined minimum value, and in particular assumes its maximum value.

Description: Verfahren zur Regelung des Luft- bzw. Sauerstoffeintrages in einer Mischstrahlbelüftunasanlaqe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Luft- bzw. Sauerstoffeintrages in einer Mischstrahlbeliiftungsanlage, bei welcher die eingebrachte Luft bzw. der Sauerstoff in einer Weise eingedüst wird, dass der Gasstrahl zumindest teilweise vom Flüssigkeitsstrahl ummantelt wird. Derartige Mischstrahlbelüftungsanlagen werden als Belüftungssysteme für biologische Stufen von Abwasserreinigungsanlagen eingesetzt. Bei Mischstrahlbelüftunaen wird Wasser ebenso wie Luft unter Druck unterhalb der Oberf3#:che des Abwasserbeckens eingeblasen und es werden Strahldüsen mit unterschiedlicher Düsengeometrie eingesetzt. Bei den bekannten Strahldüsen für die Mischstrahlbelüftung ist es möglich, unterschiedliche Mengen von Luft bzw. Wasser einzudüsen. Wenn aus technischen Gründen zur Regelung des Sauerstoffeintrages die Luftmenge variiert wird, hat es sich jedoch gezeigt, dass die erforderliche Belüfterantriebsleistung, das heisst die Pumpenleistung für das Einbringen des Wassers und die Belüfterleistung für das Einblasen von Luft, relativ grossen Schwankungen unterliegt, um den gleichen Sauerstoffeintrag zu erzielen. Um den gleichen Sauerstoffeintrag zu erzielen, kann prinzipiell sowohl die Luftmenge als auch die Wassermenge variiert werden, wobei sich bei Verringerung der Wassermenge und Erhöhung der Luftmenge ebenso wie bei Verringerung der Luftmenge und Erhöhung der Wassermenge ein gleicher Sauerstoffeintrag in gewissen Grenzen erzielen lässt. Die Erfindung zielt nun darauf ab, die erforderliche Gesamtantriebsleistung für Pumpe und Belüfter über einen grossen Regelbereich des Sauerstoffeintrages so gering wie möglich zu halten. Die Erfindung geht hiebei von der Verwendung von Düsen aus, bei welchen der Gasstrahl zumindest teilweise vom Flüssigkeitsstrahl ummantelt wird. Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe besteht das eingangs genannte Verfahren im wesentlichen darin, dass die den Düsen zugeführte Betriebswassermenge auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten wird und lediglich die Gasmenge verändert wird, wobei die Betriebswassermenge aus den für eine bestimmte Düsengeometrie ermittelten Abhängigkeiten der Luft- bzw. Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenge je Düse bei konstantem Sauerstoffeintrag und bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung für die Zuführung der Flüssigkeit und der Luft bzw. des Sauerstoffes zu den Düsen ermittelt wird. Bei den eingangs genannten Düsen, bei welchen der Gasstrahl zumindest teilweise vom Flüssigkeitsstrahl ummantelt wird, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es möglich ist, eine bestimmte, von der Düsengeometrie abhängige Wassermenge als Betriebswassermenge konstant zu halten, wobei zur Veränderung der Luftmenge zum Zwecke der Veränderung des Sauerstoffeintrages über einen weiten Regelbereich jeweils die geringste mögliche Gesamtantriebsleistung aufgewendet werden muss. Bei Düsen, bei welchen der Gasstrahl nicht zumindest teilweise vom Flüssigkeitsstrahl ummantelt wird, konnte keine derartige günstige Betriebswassermenge aufgefunden werden, welche die günstigsten Werte für die erforderliche Gesamtantriebsleistung ergeben könnte. Die Auffindung einer definierten Betriebswassermenge für die eingangs genannten Düsen, welche über einen weiten Regelbereich des Sauerstoffeintrags den jeweils günstigsten Energieverbrauch liefert, ist daher überraschend. Die Bestimmung der für die Erzielung des geringsten Energieverbrauches günstigsten Betriebswassermenge erfolgt erfin dungsgemäss aus den für jede Düsenqeometrie bestimmbaren Abhängigkeiten der Luft- bzw. der Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenqe je Düse bei konstantem Sauerstoffeintrag sowie der Abhängigkeit der Luft- bzw. der Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenge je Düse bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung. Unter Gesamtantriebsleistung wird hiebei immer die Pumpenantriebsleistung für das Einbringen der Wassermenge und die Belüfterleistung für das Einbringen von Luft verstanden. Das Kriterium für den Wirkungsgrad eines Belüftungssystems wird durch den Sauerstoffertrag gekennzeichnet. Unter Sauerstoffertrag wird der Sauerstoffeintrag in Kilogramm Sauerstoff pro Stunde im Verhltnis zur aufzuwendenden mechanischen Energie in Kilowattstunden verstanden. Wesentlich für das erfindungsgemässe Verfahren ist hiebei die Verwendung von Düsen, welche eine Mischstrahlhildung erlauben. Für derartige Düsen ist es charakteristisch, dass die zur Zerteilung des Luftstromes in Luftblasen notwendige Energie vorwiegend durch die kinetische Energie des Wasserstrahles eingebracht wird. Beim Austritt aus dem Mischrohr hat bei derartigen Düsen der vom Wasserstrahl eingehüllte Luftstrom aufgrund des Auftriebes die Tendenz, den Wasserstrahl zu durchsetzen und wird im Scherfeld des Wasserstrahles in feinste Blasen zerteilt. Das erfindungsgemcisse verfahren lässt sich mit Erfolg nur für derartige Düsen anwenden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Betriebswassermenge auf einem Wert konstant gehalten, welcher dem Abszissenwert innerhalb eines Bereiches entspricht, in welchem die erste Ableitung des geometrischen Ortes der Berührungspunkte der Kurven der Abhängigkeiten der Luft- bzw. Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenge je Düse bei konstantem Sauerstoffeintrag und bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung einen vorbestimmten Mindestbetrag übersteigt, insbesondere ihren grössten Betrag annimmt. Die erste Ableitung des geometrischen Ortes der genannten Berührungspunkte gibt hiebei die Steigung dieser Kurve an und im Bereich der grössten Steigung dieser Kurve lässt sich der grösste Regelbereich des Sauerstoffein traqes durch ausschliessliche Veränderung der Luftmenge bei gleichzeitig geringster Gesamtantriebsleistung verwirklichen. Als für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Düsen kommen in erster Linie Manteldüsen in Frage, bei welchen die Luft über ein zentrales Rohr und das Wasser über ein dieses zentrale Rohr am Austrittsende der Düse konzentrisch umgebendes Rohr eingebracht werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 die Verhältnisse bei Verwendung von Mischstrahldüsen, bei welchen der Luftstrahl zumindest teilweise vom Wasserstrahl ummantelt ist, und Fig. 2 die Verhältnisse, wie sie für konventionelle Mischdüsenanordnungen gelten. In Fig. 1 ist auf der Abszisse die Wassermenge je Düse und auf der Ordinate die Luftmenge je Düse aufgetragen. Die Kurven 1 bezeichnen hiebei die Abhängigkeit der ie Düse einblasbaren Luft- bzw. Wassermenge bei jeweils konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung. Die Kurven 2 bezeichnen die Abhängigkeit der Luftmenge für die Düse von der Wasser menge je Diise bei konstantem Sauerstoffeintrag. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, dass bei gleicher mechanischer Gesamtantriebsleistung jeweils eine grössere Wassermenge auf Kosten der einblasbaren Luftmenge oder eine grössere Luftmenge auf Kosten der Wassermenqe eingeblasen werden kann. Die Kurven 2 verdeutlichen, dass bei konstantem Sauerstoffeintrag jeweils über einen bestimmten Bereich entweder mehr Luft oder mehr Wasser eingebracht werden kann. Die Berührungspunkte dieser Kurven stellen diejenigen Punkte dar, bei welchen der maximale Wirkungsgrad erreicht wird und somit der Sauerstoffertrag am grössten ist. Der geometrische Ort der Berührungspunkte der genannten Kurven 1 und 2 ist mit 3 bezeichnet. Da in der Fig. 3 auf der Abszisse die Wassermenge je Düse aufgetragen ist, ergibt sich als günstigste Betriebswassermenge der mit 4 bezeichnete Abszissenwert, welcher innerhalb des schraffierten Bereiches 5 liegt. Der schraffierte Bereich 5 stellt den Bereich der grössten Steigung der Kurve 3 dar, bei welchem die erste Ableitung dieser Kurve 3 somit einen vorbestimmten Betrag übersteigt und im besonderen nahe ihrem höchsten Betrag liegt. Aus dem Diagramm in Fig. 1 ist bei der auf diese Weise ermittelten optimalen Betriebswassermenge unmittelbar ersichtlich, dass eine Veränderung der Luftmenge je Düse einen weiten Regelbereich des Sauerstoffeintrages gestattet, ohne dass hiebei der Bereich des günstigsten Sauerstoffertrages und damit des höchsten Wirkungsgrades verlassen wird. In Fig. 2 ist wiederum auf der Abszisse die Wassermenge je Düse und auf der Ordinate die Luftmenge je Düse dargestellt. Bei den in dieser Figur dargestellten Kurven 1 und 2 handelt es sich wiederum um die Kurven bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung und bei konstantem Sauerstoffeintrag. Bei der Darstellung nach Fig. 2 handelt es sich jedoch um eine konventionelle Düsenanordnung, bei welcher kein Mischstrahl erzielt wird, bei welchem der luftstrahl zumindest teilweise vom Wasserstrahl ummantelt ist. Auch bei dieser normalen Düsenanordnung ist es möglich, den geometrischen Ort der Berührungspunkte der genannten Kurven 1 und 2 zu bilden und diese Kurve ist wiederum mit 3 bezeichnet. Aus dem Verlauf dieser Kurve 3 ist unmittelbar ersichtlich, dass bei der konventionellen Düsenanordnunq keine günstiqste Betriebswassermenge abgeleitet werden kann, welche bei Variation der Luftmenge je Düse eine Snderung des Sauerstoffeintrages bei weitgehend gleichbleibendem Sauerstoffertrag bzw. Wirkungsgrad ermöglicht.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Regeluno des Luft- bzw. Sauerstoffeintrages in einer Nischstrahlbelüftungsanlage, bei welcher die eingebrachte Luft bzw. der Sauerstoff in einer Weise eingedüst wird, dass der Gasstrahl zumindest teilweise von Flüssigkeitsstrahl ummantelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die den Düsen zugeführte Betriebswassermenge auf einem vorbestimmten Wert (4) konstant gehalten wird und lediglich die Gasjnenge verändert wird, wobei die Betriebswassermenge aus den für eine bestimmte Düsengeometrie ermittelten Abhängigkeiten (1, 2) der Luft- bzw. Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenge je Düse bei konstantem Sauerstoffeintrag und bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung für die Zuführung der Flüssigkeit und der Luft bzw. des Sauerstoffes zu den Düsen ermittelt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebswassermenge auf einem Wert konstant gehalten wird, welcher dem Abszissenwert (4) innerhalb eines Bereiches entspricht, in welchem die erste Ableitung des geometrischen Ortes der Berührungspunkte der Kurven (1, 2) der Abhangig- keiten der Luft- bzw. Sauerstoffmenge je Düse von der Wassermenge je Düse bei konstantem Sauerstoffeintrag und bei konstanter mechanischer Gesamtantriebsleistung einen vorbestimmten Mindestbetrag übersteiqt, insbesondere ihren grössten

Inventors: SCHWEIZER, MICHEL, DIPL.-ING., VERMES, JOHANN, DIPL.-ING
Applicants: VOEST-ALPINE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B01F3
IPC codes: B01F3, B01F15, B01F5, C02F3