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Verfahren und Vorrichtung zur Klärung von Flüssigkeiten
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Flüssigkeitsmenge durchwassers aus dem Kreislauf ausbricht und auf dem kürzeren Wege vom Zulauf in den Ablauf fliesst. Diese insbesondere für Längsbecken entwickelte Unterteilung des Umwälzstromes in zwei Kreisläufe hat in Rund- becken nur noch eine geringe Variationsbreite, innerhalb welcher ein wirklicher Suspensionskreislauf durch alle Zonen mit ausreichender dynamischer Trennung in der Klaar- un Sedimentationszone noch vor- liegt.
Es wurde gefunden, dass bei Anwendung des in zwei Teilströme verzweigten Suspensionskreislaufes in
Rundbecken die beiden Teilströme so aufeinander eingestellt werden können, dass in der peripheren Sedi- mentationszone wahlweise eine abwärts oder aufwärts gerichtete Strömung eintritt. Während die abwärts gerichtete Strömung dem Suspensionskreislaufverfahren entspricht, nähert sich die Arbeitsweise mit auf- wärts gerichteter Strömung in der Sedimentationszone dem Schlammbettverfahren und geht in dieses über, wenn aus der Sedimentationszone kein Rücklauf in die Mischzone mehr stattfindet.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass beide Arbeitsweisen nicht als strenge Alternativen neben- einander bestehen, sondern dass dazwischen Zustände eingestellt werden können, in welchen sich eine aufwärts gerichtete und eine abwärts gerichtete Strömung überlagern. Durch den in einfacher Weise ein- zustellenden Übergang vom Suspensionskreislauf zum Schlammbett und umgekehrt einschliesslich der er- wähnten Zwischenzustände ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der effektiven Verweilzeit unter Vermeidung von Kurzschlussströmungen und eine von der Drehzahl des Ruhr- uni Pumpwerkes weitgehend unabhängige Einstellung der jeweils besten Verfahrensbedingungen. Die energieverbrauchende, stufenlose
Regelung im Antrieb des Rührwerkes erübrigt sich dadurch.
In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens beispiels- weise und schematisch dargestellt. Fig. 1 ist ein lotrechter, radialer Schnitt durch die Vorrichtung, Fig. 2 ist ein waagrechter Schnitt nach der Linie II der Fig. 1, Fig. 3 ist ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig. l,
Fig. 4 - 8 zeigen Einzelheiten einer baulichen Abänderung der der Ausführung des erfindungsgemässen
Verfahrens dienenden Vorrichtung.
Die in den Fig. 1-3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem vorzugsweise runden Becken 1, dessen Querschnitt im unteren Teil verjüngt ist und einen leicht konischen Boden besitzt. Dieses Becken ist im Inneren durch konzentrische Einbauten 2, 3,4, 5, in bekannter Weise in eine Mischzone A, eine Vertei- lerzone B, eine Sedimentationszone C und eine Klärzone D unterteilt. Mittels einer Umwälzvorrichtung 6 wird Flüssigkeit aus der Mischzone A in die Verteilerzone B gefördert und gelangt von dort zu einem Teil durch Kanäle 7 in die Sedimentationszone C oder zum andern Teil durch Kanäle 8 zurück in die Mischzone A. Die Durchgangsquerschnitte der Kanäle 7,8 können durch Klappen 9,10 verändert und gegebenenfalls geschlossen werden.
Die mittels der Klappen verstellbaren Öffnungen der Kanäle liegen, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in einem Kreisring zwischen den konzentrischen Einbauten 3 und 5 abwechselnd nebeneinander. Die Klappen 9,10 können mittels Gestängen 11, 12 von der Bühne 13 aus, auf welcher auch der Rührwerksantrieb 14 angeordnet ist, betätigt werden.
Die Umwälzvorrichtung 6 besteht aus zwei parallelen Platten 15,16 an der Welle 17. Der Kanal 18 zwischen den Platten ist über einen Saugstutzen 19, der innerhalb des Leitrohres 20 liegt, mit diesem verbunden. Ausserhalb des Leitrohres trägt die untere Platte 16 Rührblätter 21. Das Leitrohr 20 ruht auf einer Platte 22 über einem Schlammsumpf 23 und ist am unteren Ende mit seitlichen Ansaugöffnungen 24 versehen.
Die zu behandelnde rohe. Flüssigkeit wird durch die Leitung 25 über einen von den Einbauten 2,3 und der Ringplatte 4 gebildeten Verteilerraum 27 und einen Schlitz 28 in die Mischzone A eingeleitet. Die behandelte Flüssigkeit wird in bekannter Weise über radiale und periphere Sammelrinnen 29 vom Flüssigkeitsspiegel der Klärzone durch eine Leitung 30 entnommen. Der Feststoffüberschuss wird mittels einer Leitung 31 aus der Sedimentationszone C selbst oder darin angeordneten Schlammtaschen 32 mit Bodenklappen 36 abgezogen. Gröbere Sedimente werden zeitweilig aus dem Sumpf 23 durch eine Leitung 33 abgeführt.
In der betriebsmässig gefüllten Vorrichtung saugt die Umwälzvorrichtung 6 mittels des Saugstutzens 19 über das Leitrohr 20 durch dessen Ansaugöffnungen 24 eine Mischung von Flüssigkeit und Feststoffen am Behälterboden an und fördert diese zwischen den Platten 15,16 durch den Kanal 18 in die Verteilerzone B. Aus dieser Zone folgt die Mischung dem am Boden erzeugten Unterdruck durch die Kanäle 7 und die Sedimentationszone C zurück zur Mischzone A und bzw. oder durch die Kanäle 8 entlang der Innenseite des Einbaues 2 zurück zum Boden der Mischzone A. Beide Ströme treffen sich in der Nähe des Durchlasses 34 zwischen den Zonen A und C am Behälterboden.
Die grossen Rührblätter 21 erteilen dem Inhalt der Mischzone A ausserhalb des Leitrohres 20 eine axiale Strömung mit milder Turbulenz, welche die durch den Kanal 8 zurückkehrende Mischung und das durch den Schlitz 28 eintretende Rohwasser in einer
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schraubenartigen Strömung an der Innenseite des Einbaues 2 abwärts führt, mit dem aus der Zone C zu- rückkehrenden Strom mischt und im Inneren der Zone A um das Leitrohr 20 herum wieder aufwärts führt, soweit diese Mischung nicht durch die Öffnungen 24 angesaugt und in die Zone B gefördert wird. Durch diese Strömungsführung in der Zone A wird eine ausserordentliche Verbesserung der effektiven Verweilzeit erreicht.
Aus dem durch die Zonen A, B, C führenden Kreislauf trennt sich ein der zugeführten Rohwasser- menge entsprechender Anteil Wasser ab, wird in der von der Strömung nicht berührten Zone D geklärt und danach über die Rinnen 29 und den Ablauf 30 entnommen.
In einem Grenzfall sind die Kanäle 8 geschlossen, so dass die gesamte von der Umwälzvorrichtung 6 geförderte Flüssigkeit durch die Zonen A, B, C strömt. Förderwirkung und Mischwirkung der Umwälz- vorrichtung 6 sind dann gekoppelt. Die Förderwirkung ist so zu bemessen, dass in der Zone C keine bis in die Zone D reichende Verwirbelung eintritt. Dann aber kann die Mischwirkung in Zone A schon unzu- reichend sein, so dass neben der Gefahr der Schlammablagerung am Behälterboden die Möglichkeit, dass
Rohwasser in die Zone D gelangt, ohne den Kreislauf vollständig durchlaufen zu haben, wächst. Das be- deutet dann eine zu kurze Verweilzeit. Die Kanäle 7 dienen vorzugsweise der Verlängerung der Verweil- zeit für das abzuziehende geklärte Wasser, weil das nach dem Austritt aufsteigende Wasser einen relativ langen Weg bis zu den Rinnen 29 zurückzulegen hat.
Durch eine teilweise Öffnung der Kanäle 8 und entsprechende Verminderung des Strömungsquer- schnittes in den Kanälen 7, kann der Kreislauf durch die Zonen A, B, C zwar entlastet weraen, weil sich dann der zweite Kreislauf durch die Zonen A, B und die Kanäle 8 ausbildet. Eine deutliche Trennung von
Mischwirkung und Förderwirkung erfolgt erst durch die Anordnung des erfindungsgemässen Leitrohres 20 und in Verbindung mit dem Saugstutzen 19 an der Umwälzvorrichtung 6, weil erst dadurch eine Rückführung der beiden Teilströme in die Nähe des Durchlasses 34 zwischen den Zonen A und C am Behälterboden wirklich erreicht wird.
Der andere Grenzfall ist dann gegeben, wenn die Kanäle 7 geschlossen und nur die Kanäle 8 geöff- net sind. Dann ist nur der Kreislauf durch die Zonen A und B in Gang, und ein der zugeführten Rohwas- sermenge entsprechender Anteil des umgewälzten Gemisches tritt durch den Durchlass 34 von unten in die
Zone C ein und unterliegt dort beim Aufsteigen in die Zone D der bekannten Schlammbettbehandlung.
Durch Schliessen der Kanäle 7 oder 8 kann also die Betriebsweise der Anlage vom Suspensionskreislaufverfahren auf das Schlammbettverfahren oder umgekehrt wahlweise eingestellt werden.
Neben diesen Grenzfällen sind jedoch, wie bereits bemerkt, Zwischenzustände möglich, in denen der Zone C sowohl von oben durch den Kanal 7 als auch von unten durch den Durchlass 34 gleichzeitig das Gemisch, welches durch die Zonen A und B umgewälzt wird, zugeführt wird. Dadurch entsteht in der Zone C eine milde, rollende Verwirbelung, und-vom Suspensionskreislauf her gesehen-eine Erhöhung der Feststoffkonzentration in der Zone C - vom Schlammbettverfahren her gesehen-eine Anreicherung grösserer Feststoffteilchen in den oberen Schichten des Schlammbettes. Die Kanäle 7, welche den Flüssigkeitsstrom aus der Verteilerzone B abwärts in die Sedimentationszone C führen, verlängern ausserdem den Weg der in der Klärzone D aufsteigenden Flüssigkeit und bewirken dadurch eine weitere Verlängerung der Verweilzeit.
Für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es wesentlich, die Strömungsverhältnisse in den Teilströmen und in der Mischzone A wirklich zu beherrschen. Das ist im wesentlichen dann der Fall, wenn die in die Zone B geförderte Mischung in der Nähe des Behälterbodens entnommen wird. Das geschieht durch die erfindungsgemässe Anordnung des Leitrohres 20. Um jeden Übertritt von der in der Zone A ausserhalb des Leitrohres 20 umgewälzten Mischung in die Zone B-bzw. umgekehrt-auszuschlie- ssen, wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, zwischen der unteren Platte 16, der Umwälzvorrichtung 6 und der Platte 4 eine Labyrinth-Dichtung 35 angeordnet. Aus dieser Fig. 3 ist ferner ersichtlich, wie der Rohwasserdurchlass durch die Einbauten 2 und 5 hindurch in den Verteilerraum 27 eingeführt ist.
Die stufenlose Veränderung des Durchgangsquerschnittes für die umzuwälzende Flüssigkeit schafft die Möglichkeit, einen konstanten Antrieb für die Rührpumpe 6 zu verwenden, so dass die Aufwendungen für eine Drehzahlregelung entfallen. Neben der bisher beschriebenen Möglichkeit, die Durchgänge zwischen den Zonen B und C zu drosseln, kann selbstverständlich jeder Durchgang in der Führung der Suspension für eine Drosselung benutzt bzw. eine Rückführung geöffnet werden.
Fig. 4 zeigt, wie in einfacher Weise die Drosselung im Ansaugquerschnitt der Rührpumpe 6 z. B. im Rohr 20 durchzuführen ist. Durch Einbau einer, über ein Gestänge zu betätigenden einfachen Drosselklappe 101 wird bei konstanter Drehzahl der Rührpumpe 6 die Saugleistung beeinflusst.
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Fig. 5 zeigt die Drosselung der Ansaugquerschnitte 24, indem die mit konstanter Drehzahl rotieren- de Förderpumpe 6 in bekannter Weise höhenverstellbar gelagert wird, wodurch der verlängerte Ansaug- stutzen 19 die Ansaugöffnungen 24 im Rohr 20 mehr oder weniger stark abdeckt.
Fig. 6 zeigt mit Blende 102 eine besonders einfache Möglichkeit, den Durchgangsquerschnitt des Ka- nales 18 an der Rührpumpe 6 mittels der bereits erwähnten an sich bekannten Höhenverstellung der Rühr- pumpe oder durch Höhenverstellung der Blende zu drosseln.
Fig. 7 zeigt verstellbare Klappen 103, die in die Platte 4 eingebaut und ähnlich Klappen 10 bedient werden. Mittels der Klappen 103 wird die Förderleistung der Pumpe 6 durch Drosselung bzw. durch Rück- führung beeinflusst.
Die in den Fig. 4 - 7 zusätzlich beschriebenen Einrichtungen erschöpfen aber nicht die Möglichkei- ten der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Einige besondere Anwendungsbeispiele sollen die vielfältigen Vorteile und Wirkungen der Erfindung erläutern :
Beispiel 1 : Es lässt sich zwanglos herleiten, dass durch die Klappen 9,10 in einem bestimmten
Sektor der Zone C eine abwärts gerichtete Strömung eingestellt werden kann, während in einem andern
Sektor eine Aufwärtsströmung besteht, so dass auch beim Schlammbettverfahren die Schlammtaschen von oben her gefüllt werden können. Damit wird erreicht, dass in die Schlammtaschen die volle Konzentra- tion der umgewälzten Suspension eingeleitet. wird, womit die Voraussetzung für eine z. B. 6% erreichbare Konzentration des Schlammes in z. B. Entkarbonisierungsanlagen erfüllt wird.
Beispiel 2 : Zur Erzielung noch höherer Schlammkonzentrationen in den Schlammtaschen wird beim Schlammbettverfahren unter Beachtung der Strömungsführung gemäss Beispiel 1 sowie auch beim Suspensionskreislaufverfahren den Schlammtaschen je ein Kanal 7 zugeordnet. Durch zyklisch vertauschte
Absperrung der Suspensionseinführung in die Taschen mittels je einer Klappe 9, wird dem bereits eingeleiteten Schlamm eine wahlweise schaltbare Zeit zum weiteren Eindicken gegeben, so dass durch die Schlammablassleitung 31 noch stärker eingedickter Schlamm (z. B. lCf1/o erreichbar) abgeleitet werden kann.
Beispiel 3 : Mittels periodischer Klappenschaltung 9,10 kann ein pulsierender Suspensionskreislauf bzw. ein pulsierendes Schlammbettverfahren betrieben werden, wodurch in besonderen Fällen die Flockung infolge Beeinflussung der Relativbewegung der Wasserteile zu den Flocken verbessert wird ; ausserdem lassen sich auch abgesetzte Flocken von den Einbauten und Beckenwänden leicht abspülen. Die pulsierende Strömung ergibt sich dadurch, dass bei geschlossenen Klappen 9,10 in der Zone B durch die Pumpenförderung eine gewisse Wassermenge angestaut wird, die durch periodisches Öffnen der Klappen 10 ein pulsierendes Schlammbettverfahren ergibt. Werden dagegen bei geschlossenen Klappen 10 die Klappen 9 periodisch geöffnet, so bildet sich ein pulsierendes Suspensionskreislaufverfahren aus.
Beispiel 4 : Infolge der Rotationsbewegung in der Zone A, die mittels der Rührblätter 21 erzeugt wird, stellt sich der bekannte physikalische Effekt der zentralgerichteten Querströmung am Boden des Beckens ein. Weiterhin wird die durch die Pump- und Rührwirkung zwangsläufig gebildete Zentripetalströmung in der Zone A durch die Ansaugöffnungen 24 derart gerichtet, dass sie über den Boden des Beckens zentral zur Mittelachse des Beckens hin verläuft. Ausserdem wird die durch den Spalt 34 aus der Zone C zurückgeführte Strömung über den Beckenboden geführt.
Durch diese Zusammenfassung der drei Strömungen (Querströmung, Zentripetalströmung und Rückführung) in Verbindung mit der Rotationsströmung bildet sich eine sehr intensive resultierende Spiralströmung über der Bodenfläche aus, wodurch Ablagerungen, vor allem auch Sand, miterfasst und selbst bei ganz flachem Boden zu den Ansaugöffnungen 24 befördert werden. Durch eine zweckmässige Bemessung der Öffnungsquerschnitte 24 und des Rohrdurchmessers 20 wird die für den Betrieb der Anlage geeignete Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt, dass Flocken und feinere Ablagerungen bis etwa 0, 5 mm Korndurchmesser erfasst und umgewälzt werden ; gröbere Sandteile, die für denAufbereitungseffekt nur nachteilig sind, werden durch die Spiralströmung in den Sumpf 23 gespült und je nach Bedarf über die Leitung 33 abgelassen.
Durch die volle Ausnützung dieses Effektes erübrigen sich die sonst üblichen Massnahmen, wie starke Neigung des Beckenbodens, um den Schlamm besser zum Zentrum hin rutschen zu lassen ; langsam laufende zusätzliche Räumer, um den Schlamm zum Abzug hinzuführen ; vorgeschaltete Sandfänge, um den Sand fernzuhalten.
Vor allem aber bleiben die für den Reaktionseffekt wesentlichen Flocken und Sedimentationsprodukte soweit erforderlich ständig restlos in Umwälzung.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann schliesslich noch auf eine andere Weise durchgeführt werden, die z. B. als Umbaumassnahme für bereits bestehende Anlagen zur Durchführung des konventionellen
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Suspensionskreislaufverfahrens besonders in Frage kommt. In Fig. 8 ist dargestellt, wie die Suspension durch die Rührpumpe 6 über Stutzen 19 und eventuell über Rohr 20 am Boden des Beckens 1 angesaugt und in die Zone B gefördert wird.
An Stelle der in Fig. 1 dargestellten Kanäle B und Klappen 10 - eventuell auch unter Verzicht auf dieKanäle 7 und Klappen 9-wird die Suspension nunmehr entweder nur zwischen den zylindrischen Einsätzen 3 und 5 oder durch die Kanäle 7 in die Zone C geleitet bzw. über ein oder mehrere mitrotierende Rücksaugrohre 104 in die Zone A zurückgeführt. Die Pumpwirkung der Rücksaug- rohre 104, die kurz über dem Behälterboden waagrecht nach aussen führen, wird bestimmt durch die Dreh- zahl der Rührpumpe 6, die Anzahl und denQuerschnitt sowie die waagrechte Länge der Rücksaugrohre 104.
Die maximal mögliche Rückführung wird dabei so bemessen, dass sie die Förderleistung der Rührpumpe 6 etwas übersteigt, so dass in der Zone C eine Aufwärtsströmung entsteht und somit das Schlammbettver- fahren eingestellt wird. Durch Drosselung der Einläufe 105 mit Klappen, Fussventilen oder andern Sperr- organen 106 lässt sich der Rückstrom wahlweise bemessen bzw. ganz sperren, womit sich die wahlweise
Einstellung bzw. Umstellung auf das Suspensionskreislaufverfahren oder eine beliebige Zwischeneinstel- lung ermöglichen lässt.
Als nützliche Nebenwirkung ergibt sich dabei, dass auf dem Beckenboden suspen- dierter Schlamm, der von der Rotationswirkung der Rührpumpe 6 nicht erfasst wird, durch die horizontalen
Rücksaugrohre 104 aufgewirbelt oder durch die über radial, axial oder schräg gestellte Düsen 107 am unteren Ende der Rücksaugrohre 104 austretende Suspension weggespült und in den Saugstrom zu den Öff- nungen 24 miteingeleitet wird. Eine mechanische Drehzahlregelung oder Höhenverstellung der Rühr- pumpe 6 ist überflüssig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Klärung von Flüssigkeiten in Gegenwart von darin enthaltenen oder während des
Verfahrens gebildeten, suspendierten Feststoffen in einem vorzugsweise runden Becken, welches mittels konzentrischer Einbauten in eine innere untere Mischzone, eine innere obere Verteilerzone und eine periphere Sedimentationszone mit darüberliegender Klärzone unterteilt ist und in dem mittels eines me- chanischen Pumpwerkes (Umwälzvorrichtung) und drosselbarer Durchlässe zwischen den Zonen mehrere
Teilströme der Suspension durch einzelne oder alle Zonen umgewälzt werden, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Sedimentationszone mittels an sich bekannter Änderung des Teilstromverhältnisses wahlweise eine der für sich bekannten aufwärts oder abwärts gerichteten Strömung eingestellt wird und diese ohne Unterbrechung während des Verfahrens jederzeit umgestellt werden kann.