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Verfahren zum Klären von ausflockbare und nicht ausflockbare
Verunreinigungen enthaltendem Wasser und Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Klären von ausflockbare und nicht ausflockbare Ver- unreinigungen enthaltendem Wasser, beispielsweise zum Sanieren von städtischem bzw. industriellem Abwasser, von natürlichem Speisewasser und von in Schwimmbädern benutztem Wasser, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Beim Klären von auch nicht ausflockbare Verunreinigungen enthaltendem Wasser, welche keinesfalls abdekantiert werden dürfen, ist es unbedingt notwendig, auch diese Feststoffe, die entweder auf natürliche Weise oder zufällig in das Wasser gekommen sind oder aus den zugefügten Reaktionsmitteln zur Klärung von Reinigung des Wassers bestehen, zu eliminieren.
Bei bekannten Verfahren, bei welchen eine Belüftung und eine Zugabe von Ausflockmitteln und Fällungsmitteln erfolgt und das zu reinigende Wasser in eine Beruhigungszone übergeführt wird, in welcher die ausgeflockten Substanzen an die Wasseroberfläche steigen und von dort entfernt werden, ist jedoch eine solche Eliminierung von nicht ausflockbaren Verunreinigungen nicht vorgesehen.
Die Erfindung geht nun aus von einem solchen bekannten Verfahren und sucht dieses derart zu verbessern, dass auch nicht ausflockbare Verunreinigungen einer solchen Behandlung unterzogen werden, dass sie abgesondert werden können, so dass eine zusätzliche Filtration nicht mehr erforderlich ist. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass das die Fällungsmittel enthaltende Wasser zunächst einer Schlagbearbeitung zwecks Zufuhr atmosphärischer Luft und Bildung einer gleichmässigen Dispersion von Feststoffen und Luft ausgesetzt wird, um gegebenenfalls eine vollständige Oxydierung des Ausflockungsmittels zu erreichen, wobei das Ausflockungsmittel, insbesondere ein Ferrosalz, und gegebenenfalls ein Ausflockungsbeschleuniger auch während oder unmittelbar nach der Dispergierung zugesetzt werden kann.
Dadurch, dass das die Fällungsmittel enthaltende Wasser einer Schlagbearbeitung ausgesetzt wird, wird durch die dadurch hervorgerufene Turbulenz eine innige Belüftung des Wassers sichergestellt und somit ein inniger Kontakt des zu reinigenden Wassers mit der Umgebungsluft bewirkt. Auf diese Weise erfolgt eine Aktivierung der in dem zu reinigenden Wasser enthaltenen aeroben Mikroorganismen, welche die im Wasser enthaltenen gelösten Substanzen in einen ausgeflockten, unlöslichen und sauerstoffgesättig- ten Rückstand verwandeln. Gleichzeitig werden die zugeführten Ausflockungsmittel oxydiert, welche, beispielsweise bei Verwendung eines Ferrosalzes, vollkommen wasserlösliche, mineralische Substanzen sind und einen Niederschlag bilden, wenn der Mutterlösung ein Elektrolyt zugefügt wird, welcher den pH-Wert verändert.
Nach der Lösung dieser Ausflockungsmittel in dem zu reinigenden Wasser werden nach vollstän - diger Homogenisierung sowohl die ausflockbaren Salze als auch die in kolloidaler Lösung oder echter Suspension sich befindenden Feststoffe gemeinsam ausgefällt. Es werden somit durch das erfindungsgemässe Verfahren die anfänglich im Wasser enthaltenen, nicht ausflockbaren Verunreinigungen derart umhüllt, dass der durch die zugefügten Salze gebildete Niederschlag einen Kern von abzutrennenden Feststoffen umgibt. In der Endphase erfolgt nun eine inverse Dekantierung, d. h. die Absetzung der Verunreinigungen erfolgt nach oben, so dass diese oben abgeführt werden können, was einen weiteren Vorteil darstellt.
Nach dem Abbau der Verunreinigungen ist das zu klärende Wasser vollkommen klar, so dass eine zusätzliche
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Filtration nicht mehr notwendig ist. Es brauchen somit lediglich die abgeführten Verunreinigungen ent- wässert zu werden. Dieses Entwässern kann vorzugsweise auf einem kontinuierlich arbeitenden Drehfilter erfolgen, jedoch kann die Entwässerung auch mittels einer Zentrifuge durchgeführt werden. Als besonderer
Vorteil ergibt sich jedoch, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren das zu entwässernde Volumen ) höchstens 5 Vol. -'10 des Gesamtvolumens ausmacht.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeich- net durch einen konzentrisch in einem Gehäuse angeordneten oben offenen Behälter zur Aufnahme des zu reinigenden Wassers und der Zusätze, wobei am Gehäuseboden eine koaxial mit einer zentralen Öffnung im Boden des Behälters gelegene zentrale Abflussöffnung vorgesehen ist, durch welche beiden Öffnungen ) eine Welle mit am Boden des Behälters vorgesehenen Ruhr-bzw. Schlageinrichtungen hindurchgeführt ist und wobei weiters im Behälter unterhalb der Rühr-bzw. Schlageinrichtung eine Zahnscheibe an der Welle befestigt ist.
Durch die erfindungsgemäss angeordneten Ruhr-und Schlageinrichtungen wird eine intensive
Belüftung des zu reinigenden- Wassers bewirkt, wobei durch die Anordnung der rotierenden Zahnscheibe unterhalb der Ruhr-bzw. Schlageinrichtung diese intensive Belüftung noch verstärkt wird. Die Zahnscheii be ist dabei vorzugsweise dicht am Boden des Behälters angeordnet, wodurch ein Durchsickern des zu rei- nigenden Wassers entlang der dieRühr-bzw. Schlageinrichtungen antreibenden Welle durch die im Behäl- ter befindliche zentrale Öffnung verhindert wird.
Am oberen Rand des Behälters ist erfindungsgemäss ein einen ringförmigen Kanal bildendes Überström- regulierungsorgan elastisch gelagert, durch welches die überschüssige Wassermenge abströmt. Der Boden des Behälters ist dabei zweckmässig vom Gehäuseboden in Abstand angeordnet, so dass das aus dem Behäl- ter überströmende Wasser in den Raum zwischen dem Boden des Behälters und dem Gehäuseboden gelangt und von dort in die Abflussöffnung am Gehäuseboden geleitet wird.
Besitzt die erfindungsgemässe Vorrichtung für die Schlagbearbeitung des zu reinigenden Wassers eine zweite Stufe, in welcher eine weitere Belüftung erfolgt, so ist koaxial mit der Abflussöffnung unterhalb des
Gehäuses eine ringförmige Kammer angeordnet, welche an ihrer Aussenwand mit der Atmosphärenluft in
Verbindung stehende Öffnungen sowie eine mit dem Behälterinneren in Verbindung stehende Öffnung auf- weist.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Fig. l zeigt die prinzipielle Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und die Fig. 2, 3 und 4 stellen Varianten der in Fig. 1 gezeigten Prinzipanordnung dar. Fig. 5 zeigt eine zwei- stufige Zentrifugalschlagmaschine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in Schnitt, Fig. 5a das Schlagwerkzeug und Fig. 6 eine einstufige Zentrifugalschlagmaschine ebenfalls im Schnitt.
Bei der in Fig. l dargestellten prinzipiellen Anordnung werden die zu reinigenden Abwässer durch eine
Leitung 1 in eine Wanne 2 geleitet, in welcher ein Mischwerk 3 angeordnet ist. In diese Wanne 2 wird aus einem Behälter 4 ein Ausflockungsmittel wie ein Metallsalz zugeführt. Dieses Metallsalz kann z. B. Aluminiumsulfat, Ferro- oder Ferrichlorid oder Ferrosulfat sein, welch letzterem aus Gründen der
Wirtschaftlichkeit der Vorzug gegeben wird.
Nach Zugabe der Ausflockungsmittels fliesst das Abwasser in eine Wanne 6, in die aus einem Be- hälter 5 ein Fällungsmittel (Elektrolyt), z. B. CaO, CaCO , K COg, NH OH zugeführt wird. Dadurch erhält das in der Wanne 6 befindliche Abwasser einen geeigneten pH-Wert, vorzugsweise einen neu- tralen pH-Wert. Dadurch ist es möglich, Stoffe, wie z. B. Mangansalze, die sich üblicherweise in den natürlichen Speisewässern befinden oder die zu einem besonderen Zweck in diese Wässer hineingegeben wurden und die nach der Reinigung auf den neutralen pH-Wert von 7 zurückgeführt werden, auszu- flocken.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel werden somit das Ausflockungsmittel und das Fällungsmittel in zwei verschiedene Wannen 2 und 6 zugeführt.
Nachdem die Abwässer solcher Art ausgeflockt sind, werden sie durch eine Leitung 8 in die erste
Stufe I einer Zentrifugalschlagmaschine geleitet. Dabei werden die Fällungsmittel und die ausgeflockten festen Teilchen, welche in dem Wasser mitgeführt werden, innig durcheinandergemischt, das zugefügte
Ausflockungsmittel oxydiert. Die Behandlungsdauer in der ersten Stufe der Zentralfugalschlagmaschine hängt ab von der Arbeitstemperatur, der Art der vorhandenen Flocken und vom gewählten Fällungsmittel und beträgt zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten. Bei städtischen Abwässern und bei Ver- wendung von Ferrosulfat als Fällungsmittel beträgt beispielsweise die Behandlungsdauer 3 min 30 sec, während bei Verwendung von Ferrichlorid als Fällungsmittel die Behandlungsdauer auf 10 - 15 sec redu- ziert werden kann.
Auf jeden Fall wird eine minimale Behandlungsdauer gewählt, bei welcher man gerade noch ein Wasser erhält, das auf KMnO neutral reagiert.
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Sodann wird das vermischte Abwasser von der ersten Stufe I in die zweite Stufe II der Zentrifugalschlagmaschine übergeführt, wobei über eine Leitung 7 aus einem Behälter 71 ein schaumbildendes Mittel, beispielsweise Kienöl, und bzw. oder ein Kollektor-Mittel, beispielsweise Ölsäure, zugefügt wird.
Die zweite Stufe der Zentrifugalschlagmaschine ist in der Regel eine Schleudervorrichtung, wie sie beispielsweise in der deutschen Patenschrift Nr. 949225 beschrieben ist, in welcher Vorrichtung das Entstehen eines innigen Wasser-Luft-Gemisches bzw. eines Gemisches aus Gasen in festen Teilchen bewirkt wird, sobald die Flüssigkeit aus einem Zerstäubungsrotorentwichenist. In diesem Gemisch sind die Luft bzw. die Gase in ausserordentlich fein verteilten kleinen Schaumbläschen enthalten, so dass durch umgekehrtes Dekantieren die weitere Trennung der festen Teilchen an der Oberfläche des behandelten Wassers möglich ist, wenn sich dieses in einem Ruhezustand befindet.
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beigegeben wird, einer Wanne 11 zugeführt.
In dieser zylindrich oder prismatisch ausgebildeten
Wanne 11 steigt das Abwasser, dessen feste Teilchensich inFormvon Mizellar-Rückständen zusammen- ballen, hoch. In der Wanne 11 ist ein Rührwerk 12 angeordnet, das Rührflügel 13 aufweist, wel- che sich mit geringer Geschwindigkeit, beispielsweise bon 20 bis 25 Umdr/min, drehen. Dadurch sowie durch die Wirkung des gegebenenfalls hinzugegebenen Flotationsverstärkers erhält man möglichst grosse
Mizellar-Rückstände.
Diese mit kleinen Luft - oder Gasbläschen übersättigten Mizellar-Rückstände schwim- men im oberen Teil der Wanne 11 und fliessen dann in ein umgekehrtes Dekantiergefäss 14, wo sie un- gefähr 2 - 15 min verbleiben. Diese Rückstände lassen sich leicht mit Hilfe eines endlosen Transportban- des 15, welches Abstricharme 16 aufweist, abstreifen. Dieses Transportband bewegt sich über dem
Dekantiergefäss 14, welches beispielsweise gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 541. 660 ausgebildet sein kann. An derjenigen Seite, an welcher das Wasser in das Dekantiergefäss zuläuft, tauchen die Ab- streicharme in das Wasser ein, während sie sich am Ende ihres Umlaufes ausserhalb desselben befinden, so dass sie während des zweiten Teiles des Umlaufes lediglich die schwimmenden Rückstände aufnehmen.
Bei dieser Anordnung werden die an der Oberfläche des im Dekantiergefäss 14 befindlichen Wassers schwimmenden Verunreinigungen kontinuierlich entfernt, wobei die entfernten Verunreinigungen fast trocken sind. Das gereinigte Wasser wird über eine im Boden des Dekantiergefässes 14 mündende Leitung 17 ständig abgelassen, während die Verunreinigungen in einen Behälter 18 entleert werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird wieder in das über eine Leitung 1 in die Wanne 2 geleitete zu reinigende Wasser vom Behälter 4 eine bestimmte Menge von ausflockbaren Salzen gegeben. Das so aufbereitete Wasser gelangt hierauf in die erste Stufe I der Zentrifugalschlagmaschine und bleibt dort so lange, bis die gewünschte Oxydation des Ausflockungsmittels erreicht ist. Sodann gelangt das Wasser in den Rotor der zweiten Stufe II der Zentrifugalschlagmaschine, wobei der Eintritt des Wassers in diese Stufe die gewünschte Dosis eines Kollektormittels beigemischt wird, welches aus dem Behälter 71 durch die Leitung 7 zugeführt wird. Bei Austritt aus der zweiten Stufe wird aus dem Behälter 5 das Fällungsmittel und unmittelbar danach aus dem Behälter 10 1 der Flotationsverstärker über die Leitung 10 beigemengt.
Das mit kleinen Luftbläschen gesättigte, zu reinigende Wasser fliesst nun unter schwachem Rühren in die Wanne 11, wo die Zusammenballung der Flocken in die dicken Mizellen stattfindet, die an der Oberfläche des Dekantiergefässes 14 trocknen.
Bei dieser bevorzugten Anordnung wird somit das Kollektormittel erst der zweiten Stufe der Zentrifugalschlagmaschine zugeführt und der Elektrolyt wird nach dem Zuführen des Kollektormittels und vor dem Zuführen des Flotationsverstärkers beigemengt.
In Verbindung mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird nun die Behandlung von städtischen Abwässern im Hinblick auf ihre Reinigung und Sanierung beschrieben.
Die Abwässer, die aus einem nicht dargestellten Entsander und einem Mahlwerk austreten, werden in der Wanne 2 aufgefangen und mit einer geringen Menge Ferrosulfat vermischt. Die solcher Art aufbereiteten Abwässer gelangen nun in die erste Stufe der Zentrifugalschlagmaschine, wo sie ungefähr 10 sec bis 3 min 30 sec bleiben (bis sie auf KMn04 neutral reagieren). Die Abwässer gelangen dann in die zweite Stufe der Zentrifugalschlagmaschine, wo sich die Luft bzw. das Gas im Zustand von kleinen Schaumbläschen innig mit der Flüssigkeit vermischt. Am Beginn der zweiten Stufe wird das Kollektormittel und unter Umständen ein schaumbildendes Mittel hinzugefügt.
Beim Austritt aus der Zentrifugalschlagmaschine wird den Schmutzwässern ein Flotationselektrolyt, beispielsweise CaO-Milch und danach ein Flotationsverstärker zugegeben, worauf die Abwässer nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefässe über die Wanne 11 in das Dekantiergefäss 14 fliessen. Von diesem Dekantiergefäss 14 wird das gereinigte
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häuses 37 befestigte Schraubenbolzen 42, welche einen Vorsprung 41 aufweisen, auf welchen unter Zwischenschaltung einer elastischen Auflage 40 die Ösen 39 aufliegen. Ferner sind Schrauben- muttern 43 zur Sicherung vorgesehen.
Unterhalb des Gehäusebodens 371 ist koaxial mit der Abflussöffnung 38 eine ringförmige Kam- mer 44 angeordnet, welche eine mit dem Behälterinneren in Verbindung stehende Öffnung 47 auf- weist. Zwischen dem Boden dieser Kammer 44 und der Abflussöffnung 38 ist ein Zwischenraum 441 gebildet, über welchen bei Stillstand der ersten Stufe I, d. h. also bei Stillstand der Zahnscheibe 27 das über die Öffnung 47 in die Kammer 44 einfliessende Wasser in die zweite Stufe der Vorrichtung eingeleitet wird. An ihrer Aussenwand besitzt die Kammer 44 Öffnungen 45 und das Gehäuse 37 besitzt Öffnungen 46, durch welche Öffnungen die Kammer 44 mit der Aussenluft in Verbindung steht.
Über diese Öffnungen 45 und 46 sowie über die mit dem Behälterinneren in Verbindung stehende Öff- nung 47 wird dem Behälterinneren Luft zugeführt, welche durch die Wirkung des Schlagkreuzes 26 angesaugt wird und die Oxydation der Teilchen bei der Zerstäubung im Behälter 23 gewährleisten. Die Zuführung des Kollektormittels, beispielsweise der Ölsäure, erfolgt über ein Zuführungsrohr 48 auf eine Weise, dass das in kleinen Mengen zu dem ausgeflockten Wasser zugeführte Kollektormittel entsprechend zur Wirkung gelangt. Diese Zuführung des Kollektormittels geschieht zweckmässig am Beginn der zweiten Stufe, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Behandlungsdauer des ausgeflockten Wassers in der ersten Stufe ist abhängig von der Fülleistung, die durch das Rohr 31 erfolgt, durch die Kapazität des Behälters 23 sowie durch die Ausbildung des ringförmigen Kanales 32. Je tiefer dieser ringförmige Kanal in das Innere des Behälters 23 hineinreicht, um so kürzer ist die Zeit, während welcher das Wasser in der ersten Stufe verbleibt.
Die Überströmung des Wassers durch den ringförmigen Kanal ist besonders dann zweckmässig, wenn städtische Abwässer, die häufig schaumbildende Mittel oder oberflächenspannungsaktive Bestandteile enthalten, behandelt werden müssen, da in einem solchen Falle eine ausserordentlich starke Schaumbildung erfolgt, wenn sich das Wasser im Behälter 23 befindet.
Wie bereits erwähnt, ist die zweite Stufe der Zentrifugalschlagvorrichtung beispielsweise entsprechend der in der deutschen Patentschrift Nr. 949225 beschriebenen Vorrichtung ausgeführt. Diese Vorrichtung besitzt einen die Flüssigkeit bewegenden und die gewünschte Zerstäubung gewährleistenden Rotor 51, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel über die Abflussöffnung 38 mit Flüssigkeit gespeist wird. Der obere Teil des Rotors hat im wesentlichen die Form einer Glocke an deren Unterseite, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Schrauben 54 und Stiften 55 ein pilzförmiger Teil 56 befestigt ist. Dieser pilzförmige Teil 56 trägt an seinem oberen Ende die Welle 28 für das Schlagkreuz 26 und die Zahnscheibe 27. An der Unterseite des pilzförmigen Teiles 56 ist ein Wellenstummel 57 angeordnet, der in Kugellagern 58 einer Muffe 59 drehbar gelagert ist.
Die Muffe 59 ist beispielsweise mittels Schrauben 60 in einer mit dem Gehäuse fest verbundenen Hülse 61 befestigt. Die Muffe 59 ist an ihrem unteren Ende durch einen mit der Muffe durch Schrauben 62 verbundenen Teil 63 abgeschlossen, durch welchen sich eine Verlängerung 571 der Wellse 57 erstreckt. An dieser Welle 571 ist ein Schlagwerk 572 angeordnet.
Am oberen Teil des pilzförmigen Teiles 56 sind in dem zwischen dem pilzförmigen Teil und dem Rotor entstehenden Zwischenraum Rippen 64 vorgesehen, über welche sich der pilzförmige Teil 56 am Rotor 51 abstützt. Durch diese Rippen wird das Wasser gegen die Umfangsfläche des Rotors 51 gepresst und gleichzeitig Luft bzw. Gas angesaugt, welches ebenfalls die Drehgeschwindigkeit des Rotors 51 annimmt.
Das durch die Abflussöffnung 38 zugeführte Wasser gelangt auf den pilzförmigen Teil 56 und auf den zylindrischen inneren Teil des Rotors 51, von wo das Wasser unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in Form eines Wasserschleiers nach aussen geschleudert wird. Dieser aus dem Rotor 51 austretende Wasserschleier gelangt auf eine aus einem gewölbten Blech 65 bestehende Fläche, welche in der Tangentialbahn liegt, die das Wasser beim Austritt aus dem Rotor 51 einnimmt.
Diese zweite Stufe der Zentrifugalschlagvorrichtung dient dazu, die umgebende Luft in Form von kleinen Schaumbläschen in dem in der ersten Stufe vorbehandelten Wasser zu zerstäuben.
Auch diese zweite Stufe der Zentrifugalschlagvorrichtung kann, vor allem dann, wenn das zu behandelnde Wasser länger in der ersten Stufe behandelt wird, entfallen, da man in einem solchen Fall zu ungefähr gleichen Ergebnissen gelangt wie bei Verwendung beider Stufen und einer kürzeren Behandlung des Wassers in der ersten Stufe. Eine längere Behandlung des Wassers in der ersten Stufe hat jedoch einerseits einen höheren Energieverbrauch und anderseits eine Verlängerung der Behandlungsdauer zur Folge.
Fig. 6 zeigt eine solche Vorrichtung, bei welcher nur die erste Stufe verwirklicht ist und bei der die
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Abflussöffnung 38 unmittelbar mit der Leitung 9 (s. Fig. l) in Verbindung steht. Die Zufuhrung der Luft erfolgt bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Zuleitung 471.
Die Behandlung von städtischen Abwässern mit dem erfindungsgemässen Verfahren bei Verwendung der soeben beschriebenen Zentrifugalschlagvorrichtung mit einer oder zwei Stufen hat folgende Resultate ergeben :
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<tb>
<tb> Rohwasser <SEP> gereinigtes <SEP> Wasser
<tb> PH-Wert <SEP> 6, <SEP> 1 <SEP> 7
<tb> ungelöste <SEP> Teilchen <SEP> 180 <SEP> mmg/l <SEP> nicht <SEP> messbare <SEP> Spuren <SEP>
<tb> DB05 <SEP> 208 <SEP> mmg/l <SEP> 8 <SEP> mmg/l
<tb> Beschaffenheit <SEP> trübe, <SEP> farbig <SEP> klar, <SEP> farblos
<tb> Reaktion <SEP> auf <SEP> KMnO4 <SEP> deutlich <SEP> neutral
<tb>
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