<Desc/Clms Page number 1>
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung bzw. Verhinderung der Bildung Gegendrucksteigernder Ablagerungen in Belüfterelementen in belüfteten Becken von Abwasserreinigungs- oder Wasseraufbereitungsanlagen gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Anlagen zur Abwasserreinigung bestehen im wesentlichen aus folgenden Verfahrensschritten bzw. Komponenten, für die wiederum viele mögliche Ausführungsformen existieren : - Grobreinigung des Abwassers mit Rechen, Sieb und Sandfang - Vorklärbecken zur Sedimentation leicht absetzbarer Stoffe (optional) - Anlage zur biologischen Phosphatelimination (optional) - Belebungsverfahren in Form von Durchlaufanlagen (mit getrennter Belebungsstufe und
Nachklärbecken), Abwasserteichen oder Aufstauanlagen ("Sequencing Batch Reactor",
SBR) - Diverse periphere Anlagen etwa zur Schlammstabilisierung, Schlammbehandlung, oder
Faulgasverwertung
Die Abwasserreinigung vollzieht sich dabei hauptsächlich im Rahmen des Belebungsverfahrens.
Hier wird für eine ausreichende Belüftung des Abwassers gesorgt, wodurch sich Belebt- schlammflocken entwickeln. Der belebte Schlamm besteht aus Bakterien und Protozoen, diese wandeln die organischen Stoffe in mineralische Abbauprodukte, CO2 und Wasser um und vermehren sich dabei, d. h. es entsteht neue Biomasse. Durch spezielle Bakterienarten ("Nitrifikanten") erfolgt weiters die Umwandlung von Ammonium zu Nitrit und weiter zu Nitrat. Diese Stoffumwandlungsprozesse bedürfen der Anwesenheit von Sauerstoff, der in belüfteten Becken meistens durch Einblasen von Luft mit Druckbelüftungssystemen zugeführt wird.
Druckbelüftungssysteme zur Einbringung von Sauerstoff in das belüftete Becken umfassen insbesondere Belüfterelemente, die am Boden der belüfteten Becken angeordnet sind, und in die über Druckluftgebläse und entsprechende Rohrleitungen Luft eingeblasen wird. In Sonderfällen wird auch technisch reiner Sauerstoff In das belüftete Becken eingeblasen. Die Belüfterelemente sind mit Poren oder Bohrungen versehen (z. B. perforierte Kunststoffmembran), durch die die eingeblasene Luft in Form kleiner Bläschen in das zu belüftende Medium im Becken eingebracht wird. Im folgenden wird nur mehr auf Poren Bezug genommen, wenngleich damit auch Belüfterelemente mit Bohrungen gemeint sind.
Beim Betrieb dieser Belüfterelemente bilden sich an den Oberflächen und in den Poren je nach Laufzeit, Belüftermodell und hydrochemischen Voraussetzungen nach durchschnittlich 1 bis 4 Jahren Ablagerungen, die in erster Linie aus Kalziumkarbonat, organischen Stoffen und gefällten bzw. teilweise auch auskristallisierten anorganischen Verbindungen wie (Erd-)Alkaii-(alumino-)Sili- kate und Erdalkali-Orthophosphate sowie Kieselsäure-Hydrat bestehen. Die zunehmende Verstopfung der Poren verursacht einen steigenden Druckverlust und damit einen höheren Energieaufwand für das Einblasen der Luft. Dadurch sinkt die Wirtschaftlichkeit (der Sauerstoffeintrag in kg 02/kWh) des Belüftungssystems.
Insbesondere kann der Gegendruck aufgrund verstopfter Poren so hoch werden, dass die Belüftermembranen aus ihrer Halterung schlüpfen oder reissen oder die Gebläse durch Überlastung ausfallen und damit die Reinigungsleistung der Belebungsstufe stark beeinträchtigt wird. Die Belüfterelemente müssen somit regelmässig einer Reinigung unterzogen werden, die in der Regel mit beträchtlichen Kosten verbunden ist, da das belüftete Becken meistens entleert, die Belüfterelemente ausgebaut und jedes einzelne Belüfterelement, etwa in einem Säurebad mit Salzsäure, gewaschen werden muss. Erst dann können die Belüfterelemente wieder eingebaut und das belüftete Becken wieder in Betrieb genommen werden.
Die dadurch erforderliche Ausserbetriebnahme und Stillstandszeit des belüfteten Beckens beeinträchtigen somit entscheidend die Verfügbarkeit und die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage.
Wie jungste Untersuchungen gezeigt haben, ist für die Bildung der drucksteigernden Ablagerungen in den Poren der Belüfterelemente aber nicht nur die Hydrochemie der belüfteten Wässer verantwortlich, sondern auch die physikalischchemischen Eigenschaften der den Belüfterelementen zugeführten verdichteten Luft, die zumeist warm und arm an Kohlendioxid sowie überwiegend trocken ist. Wie noch näher ausgeführt werden wird, erweist sich die zugeführte Luft in den Poren der Belüfterelemente nahezu immer als untersättigt mit Wasser. Das führt im Zuge der pulsierenden Wasserströmung in und aus der Pore entsprechend der Blasenablösefrequenz zu einem partiellen Abtrocknen des in die Pore gesaugten Flüssigkeitsfilmes und dadurch zu einer Übersätti-
<Desc/Clms Page number 2>
gung für manche gelöste Wasserinhaltsstoffe.
Letztere kann in Abhängigkeit vom lokalen pH-Wert sowie der lonenverhältnisse in der wässrigen Phase chemische Fällungsprozesse bzw. die Kristallisation von Salzen bewirken. Die Bildung fester Ablagerungen innerhalb der Poren wird dadurch beschleunigt. Zusätzlich fangen sich in den frischen Ablagerungen verstärkt Staubpartikel aus der Luft, welche ebenfalls, wenn auch nur in geringem Ausmass, zum Fortschreiten der Verstopfungen beitragen. Dieser Effekt wird durch die gängige Lehre, Feuchtigkeit innerhalb des Belüftungssystems zu vermeiden, begünstigt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es hingegen, den Feuchtigkeitsgehalt der den Belüfterelementen zugeführten Luft gemäss Anspruch 1 zu erhöhen.
In US 2 689 714 wird dargestellt, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Grad der Verstopfung von Belüfterelementen und dem Feuchtigkeitsgehalt des Belüftungsgases im Bereich des Belüfterelements geben könnte. Eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts des Belüftergases im Bereich der Belüfterelemente kann dabei einer Verstopfung der Poren der Belüfterelemente vorbeugen. In der Praxis besteht die Schwierigkeit der Vermeidung von Ablagerungen in den Poren der Belüfterelemente allerdings darin, einen etwa im Bereich der Hauptluftleitung eingebrachten Wassergehalt in den Bereich der Belüfterelemente zu verfrachten. In US 2 689 714 findet sich kein Hinweis darauf, wie dieses Problem gelöst werden könnte.
Vor allem in grösseren Abwasserreinigungs- oder Wasseraufbereitungsanlagen können die Strecken vom Druckluftgebläse zu den Belüfterelementen mitunter beträchtliche Ausmasse erreichen. Um sicher zu stellen, dass eingebrachtes Wasser auch in den Poren der Belüfterelemente eine Erhöhung der relativen Feuchte der zugeführten Luft bewirkt, muss das Wasser so in das Belüftungssystem eingebracht werden, dass es vom Luftstrom über grössere Distanzen transportiert werden kann. Dazu haben sich die Merkmale gemäss Anspruch 1 als entscheidend erwiesen.
Die Ansprüche 2 bis 5 stellen hierbei eine vorteilhafte technische Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens dar.
Wenngleich es denkbar ist, während der Betriebsdauer des Druckbelüftungssystems nur fallweise Wasser zur Verminderung von Ablagerungen in den Belüfterporen oder-bohrungen beizumengen, hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, gemäss Anspruch 6 während der gesamten Belüftungsdauer Wasser kontinuierlich einzubringen. Die Ansprüche 7,8 und 9 beziehen sich auf eine vorteilhafte Prozessführung der Wasserzufuhr.
Die Ansprüche 10 bis 17 beschreiben schliesslich Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren 1 und 2 näher erläutert, die eine schematische Skizze eines belüfteten Beckens mit zwei Ausführungsformen des erfindungsgemä- ssen Verfahrens zeigen.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, befinden sich Belüfterfelder 4 in Bodennähe belüfteter Becken 2. Das Belüfterfeld 4 besteht hierbei aus den Belüfterelementen 1 sowie den sie verbindenden Stichleitungen 3. In den Fig. 1 und 2 sind beispielhaft drei Belüfterfelder dargestellt, es können aber eine unterschiedliche Anzahl an Belüfterfeldern mit jeweils parallel angeordneten Stichrohren 3 und der durch sie versorgten Belüfterelemente 1 vorhanden sein. Die Belüfterelemente 1 sind mit einer perforierten Membran bzw. Fritten mit Poren oder Bohrungen ausgestattet.
Das Belüfterfeld 4 ist über zusätzliche Rohrleitungen mit einem Gebläse 7 verbunden, wobei die konkrete Ausführungsform und die Führung der Rohrleitungen selbstverständlich variieren kann und sich nach den technischen Erfordernissen der konkreten Anlage richtet. Ein möglicher Aufbau der Verrohrung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt : Vom Gebläse 7 führt eine Hauptluftleitung 17 mit Absperrklappe 18 zum belüfteten Becken 2. An der Beckenkrone wird die Verteilleitung 6 längs des Beckens 2 geführt. Dort zweigen die Fallrohre 5 zum Belüfterfeld 4 ab. Die Fallrohre 5 münden in ein parallel zur Beckenwand geführtes Verteilrohr 15, wo die Stichleitungen 3 im rechten Winkel abzweigen. An den Stichleitungen 3 sind die Belüfterelemente 1 montiert.
Weiters können Entwässerungsleitungen 8 vorgesehen sein, die bei normalem Betrieb des belüfteten Beckens dazu dienen, das in die Belüfterelemente 1 und die Stichleitungen 3 eingedrungene Wasser abzuleiten. Die Entwässerungsleitungen 8 sind dazu mit Ventilen 14 ausgestattet und können etwa von einem Sammelrohr (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt) abzweigen, in das die parallelen Stichleitungen 3 einmünden.
Bei Betrieb der Anlage befindet sich im belüfteten Becken 2 Wasser oder Abwasser, wo es
<Desc/Clms Page number 3>
mikrobiologischer Aktivität unterworfen wird. Die dazu notwendige Belüftung des Wassers bzw.
Abwassers wird von einem Gebläse 7 bewerkstelligt, das Luft oder Sauerstoff mit Druck in ein Rohrleitungssystem presst, sodass das eingebrachte Belüftergas auf die Belüfterelemente 1 verteilt wird. Im Zuge der Bildung und Ablösung von Luftblasen stellt sich eine pulsierende Wasserströmung in die und aus den Poren des Belüfterelements 1 ein. Dieses aus dem Becken 2 angesaugte, durch die Aktivität heterotropher Mikroorganismen mit CO2 angereicherte Wasser wird bei Kontakt mit der zugeführten Luft durch zumindest teilweise Gleichgewichtseinstellung mit der, (kohlendioxidarmen) atmosphärischen Luft in der Regel eine Anhebung des pH-Werts erfahren. Da die zugeführte Luft überdies zumeist untersättigt mit Wasser ist, wirkt sie trocknend auf das aus dem Becken 2 in die Poren einströmende Wasser.
Ausserdem weist die zugeführte Luft meistens eine im Vergleich zum behandelten Wasser bzw. Abwasser hohe Temperatur sowie eine hohe Strömungsgeschwindigkeit auf, was die Verdunstung des in die Poren eindringenden Wassers begünstigt.
Der erwähnte Anstieg des pH-Wertes im Wasser an den Porenwänden liesse sich zwar durch eine permanente Säuredosierung ausgleichen, abgesehen von den hohen Chemikalienkosten spricht aber besonders das unterschiedliche Verhalten der in Frage kommenden Fällungsprodukte bei Änderungen des pH-Wertes gegen eine solche Massnahme. So verändern sich etwa die Löslichkeiten verschiedener Erdalkaliphosphate bei sich änderndem pH-Wert in unterschiedlicher Weise, sodass die Wirksamkeit einer pH-Wert-Absenkung durch permanent dosierte, flüchtige Säuren in diesem Fall auch von anderen, zum Teil nur schwer vorhersehbaren Faktoren abhängen wird, etwa dem Verhältnis von Kalzium zu Magnesium.
Gelöste Kieselsäure würde bei Säuredosierung sogar verstärkt in den Belüfterporen ausgefällt werden, da das Löslichkeitsminimum von amorphem Kieselsäure-Hydrat deutlich im sauren pH-Bereich liegt. Eine Zunahme der Ablagerungen in den Belüfterporen aufgrund dieser Massnahme wäre in vielen Fällen wahrscheinlich.
Die praktisch immer vorhandene Wasseruntersättigung der Luft in den Poren der Belüfterelemente 1 führt, beschleunigt durch die starke Konvektion und die relativ hohen Lufttemperaturen, zu periodischem, partiellen Abtrocknen des in die Poren gesaugten Flüssigkeitsfilms und dadurch zu einer Übersättigung für manche gelöste Wasserinhaltsstoffe. Letztere bewirkt chemische Fällungsprozesse bzw. Kristallisationsprozesse, falls das Löslichkeitsprodukt eines bestimmten Minerals unter Berücksichtigung des lokal herrschenden pH-Wertes und der lonenverhältnisse in der wässrigen Phase überschritten wird.
Um die Neubildung von Ablagerungen in den Belüfterporen zu verhindern oder zumindest zu verzögern, wird im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens Wasser so in den Luftstrom eingebracht, dass die zugeführte Luft in den Beiüfterporen in annähernd gesättigter Form vorliegt.
Da das eingebrachte Wasser mitunter über beträchtliche Distanzen vom Luftstrom verfrachtet werden muss, sollte das Wasser in Form möglichst kleiner Tröpfchen, etwa in der Grösse von 0, 1 pm bis 20 um, dem Luftstrom beigemengt werden. In diesen Fällen kann von einem Aerosol gesprochen werden.
Eine Beimengung des Wassers als Aerosol ist etwa durch Verwendung einer Hochdruckdüse möglich, womit im folgenden jede Art von Düsen, die zur Eindüsung von Wasser mit einem Druck von über 5000 kPa geeignet ist, bezeichnet wird. Die Eindüsung des Wassers als Aerosol kann auch über Verwendung sogenannter Zweistoffdüsen (Pneumatik-Zerstäuberdüsen) verwirklicht werden, bei denen flüssiges Wasser (entweder drucklos oder unter Druck von typischerweise etwa 500 kPa) innerhalb der Düse mit Luft (typischerweise Druckluft mit etwa 500 kPa) intensiv durchmischt und in den Luftstrom eingedüst wird. Die mittlere Tröpfchengrösse liegt dann bei ca.
10-20 pm. Im folgenden werden diese Varianten allgemein als Düse 10 bezeichnet.
Das Wasser wird dazu, eventuell unter Verwendung einer Drucksteigerungspumpe 12, aus ei- nem Vorratsbehäiter 9 gepumpt und über ein Rohrleitungssystem 13 der Düse 10 zugeführt. Es ist dabei zweckmässig, das Rohrleitungssystem 13 mit Absperrventilen 11 und 16 auszustatten. Das für die Eindüsung verwendete Wasser sollte im Vorratsbehälter 9 in vollentsalzter Form vorliegen, um Schäden in folgenden Anlagenabschnitten durch Wasserinhaltsstoffe zu vermeiden. Das kann etwa über Verdampfung, Kat- und Anionentauscher oder Umkehrosmose erfolgen. Das eingedüste Wasser wird somit bevorzugt ohne Zusätze oder Verunreinigungen beigemengt, wenngleich nicht ausgeschlossen ist, dass sich manche Zusätze für die Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren als vorteilhaft erweisen.
<Desc/Clms Page number 4>
Die Eindüsung des Wassers kann zentral, d. h. in die Verteilleitung 6, erfolgen (Fig. 1), oder auch dezentral, d. h. in die Fallleitungen 5, vorgenommen werden (Fig. 2). Insbesondere bei zentraler Eindüsung muss darauf geachtet werden, dass das eingedüste Wasser soweit vom Luftstrom verfrachtet wird, dass dessen Sättigung bis in die Belüfterporen erzielt werden kann. Die Eindüsung des Wassers in Aerosolform, also in Form kleinster Tröpfchen, wird hier besonders entscheidend.
Erfolgt die Eindüsung dezentral, also über die Fallleitungen 5, so kann auch mit grösseren Tröpfchengrössen gearbeitet werden, weil die kürzeren Distanzen zwischen dem Ort der Eindüsung und den Belüfterelementen 1 eine Sättigung des Luftstromes über den gesamten Transportweg bis zu den Belüfterporen erleichtern. Eine Eindüsung des Wassers mit Partikelgrössen im Bereich von einigen Mikrometern begünstigen aber auch in diesem Fall die erfindungsgemässen Verfahren.
Die Befeuchtung des Luftstromes über die in die Verteilleitung 6 oder die Fallleitungen 5 eingebrachten Düsen 10 wird zweckmässigerweise immer während der Belüftungszeiten des Feldes 4 vorgenommen. Dies kann etwa erzielt werden, indem die Absperrklappe 18 mit den Absperrventilen 16 so gekoppelt wird, dass die Absperrventile 16 schliessen, sobald die Absperrklappe 18 geschlossen wurde.
Die Regelung der zugeführten Wassermenge wird sich selbstverständlich nach dem Sättigungsgrad der vom Gebläse 7 angesaugten Luft sowie deren Zustandsgrössen wie Temperatur und Druck orientieren. Dazu muss aber auch berücksichtigt werden, dass sich die Zustandsgrössen des Luftstromes mit oder ohne zusätzlicher Befeuchtung auf deren Weg zu den Belüfterporen ändern. Während sich die Zustandsgrössen der angesaugten Luft leicht messen lassen, sind die Zustandsgrössen der Luft in den Belüfterporen einer Messung nur schwer zugänglich, können aber durch Berechnungen soweit abgeschätzt werden, dass eine Bestimmung der zuzuführenden Wassermenge gelingen kann. Eine mögliche Vorgangsweise wird im folgenden Ausführungsbeispiel dargelegt.
Es ist aber vorstellbar, in entsprechend modifizierten Belüfterelementen 1 Geräte zur Messung der relativen Feuchte vorzusehen und auf Basis deren Daten eine Regelung der zugeführten Wassermenge vorzusehen. Eine weitere Form der Regulierung der im Luftstrom enthaltenen Wassermenge kann dabei über eine automatische Bewirtschaftung der Öffnungsventile 14 der Entwässerungsleitungen 8 über Erfassung des Flüssigkeitsniveaus in den Verteilrohre 15 erfolgen.
Als Alternative zur Eindüsung von Wasser in das Belüftergas kann das Belüftergas zur Steigerung dessen Feuchtigkeit auch durch Wasser in homogener oder disperser Form geleitet werden. Zu diesem Zeck kann im Rohrleitungssystem mindestens ein Befeuchtungsapparat, vorzugsweise ein Waschturm mit oder ohne Einbauten oder eine Ultraschall-Nebelkammer, eingebaut werden. Der Einbau kann in die Hauptluftleitung, die Verteilleitung, aber auch in die einzelnen Fa) ! ieitungen erfolgen.
Bei Einsatz eines Waschturmes wird der Luftvolumenstrom vorzugsweise im Gegenstrom zum Wasser geführt. Das Wasser wird aus einer Wasservorlage am unteren Ende des Waschturmes
EMI4.1
Das entgegen strömende Belüftungsgas nimmt nun Wasser auf, wodurch sich seine Feuchtigkeit erhöht. Die vom Luftvolumenstrom aufgenommene Wassermenge muss in der Pumpenvorlage ergänzt werden.
Eine weitere mögliche Vorrichtung zum Befeuchten von Gasen ist die Ultraschalltechnik. Der Vorteil dieser Methode ist die geringe Aerosolgrösse von unter 1 um und der daraus resultierenden guten Einmischung in den Luftvolumenstrom. Über einen Schwinger am Boden einer Wasservorlage wird elektrische Energie in mechanische Energie umgesetzt. Die hochfrequenten Schwingungen verursachen letztlich ein Hochschleudern feinster Nebelteilchen, die vom Luftvolumenstrom aufgenommen werden.
Auch hier muss die aufgenommene Wassermenge in der Wasservorlage ergänzt werden.
Eine klassische Methode der Befeuchtung von Luftströmen ist die Einbringung von Wasserdampf in den Strömungsquerschnitt mittels eines Dampfverteilrohres. Ist in den Verfahrensschritten gemäss der Ansprüche 8 bis 13 somit von der Beimengung von Wasser die Rede, so beinhaltet dies auch die Möglichkeit der Beimengung von Wasser im dampfförmigen Aggregatzustand.
<Desc/Clms Page number 5>
Die im Zusammenhang mit der Eindüsung von Wasser erwähnten Bemerkungen über zentrale oder dezentrale Einbringung von Wasser in das Rohrleitungssystem oder über die Regelung der eingebrachten Wassermenge gelten sinngemäss auch für alternative Varianten der Luftbefeuchtung, wie den Einsatz von Waschtürmen, Ultraschallanlagen oder Wasserdampfzufuhr.
Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Zentraleindüsung erfolgt, näher erläutert werden.
Ausführungsbeispiel :
In der Belebungsstufe einer industriellen Abwasserreinigungsanlage werden Mineralölanteile des Abwassers mit dem Belebungsverfahren abgebaut. Die Belebungsstufe besteht aus zwei gleich grossen Teilbecken ("Ost" und "West") die abwechselnd mit Abwasser beschickt werden. Die Abwassermenge beträgt ca. 1000 m3/h. Der Zulauf hat eine besonders hohe Salzkonzentration von ca. 12500 mg/l Chlorid. Der BSB5 (Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen) im Zulauf beträgt ca. 150 mg/l, jener Im Ablauf ca. 30 mg/l. Kohlenstoff und Stickstoff sind im Abwasser ausreichend vorhanden, Phosphor muss zugegeben werden. Das Gesamtvolumen der beiden Teilbecken beträgt 7400 m3, die Belüftung erfolgt mit 4420 Tellerbelüftern. Je Teilbecken sind 13 Felder mit je 170 Tellerbelüftern installiert.
Der Betrieb der Becken erfolgt nach dem SBR-Prinzip. Ein Zyklus dauert 180 Minuten. Im Becken "Ost" wird zunächst für 75 Minuten belüftet, anschliessend wird die Belüftung abgestellt und der Belebtschlamm 15 Minuten sedimentiert. Nun folgt die Beschickungsphase, welche ebenfalls 90 Minuten dauert. Während der Belüftungs- und Absetzphase im Becken "Ost" wird Becken "West" beschickt, wenn im Becken "Ost" die Beschickungsphase beginnt, wird im Becken "West" belüftet. Der Zulauf wird nicht unterbrochen sondern nur durch Schieber entweder auf das Becken "Ost" oder Becken "West" geleitet.
In Vorversuchen, in einer Pilotanlage, die ca. 18 Monate gedauert haben, wurde kein negativer Einfluss auf die Belüftermembranen, d. h. kein steigender Gegendruck, festgestellt. Nach Einbau der Belüfterelemente in die Becken und 6 Monaten Betriebszeit war der Systemdruck aber um ca.
8, 0 kPa gestiegen.
Nach einer Beckenleerung und Zerlegung von Belüfterelementen wurden in den Drosselbohrungen der Kunststoffkörper Salzkristalle (99 % Natriumchlorid) gefunden. Wie bereits beschrieben, hängt die Entstehung der Verstopfungen in den Poren unter anderem von den Zustandsgrö- ssen der Luft in den Poren der Membran ab. Damit eng verknüpft ist der Wassergehalt bzw. das Wasseraufnahmevermögen der Luft. Eine genaue Untersuchung, ob und welche Verstopfungen in den Poren der Membran vorhanden waren, ist nicht erfolgt. Die Anwesenheit von den dem Abwasser zugesetzten Zeolithen ist erwiesen, ein Anteil an gefällten Silikaten aufgrund der bisherigen Erfahrungen (mit vergleichbaren Anlagen) wahrscheinlich.
Aufgrund dieses Umstandes kann auf ein hohes Trocknungspotential des Luftstromes geschlossen werden.
Eine direkte Messung der Luftparameter und der Luftfeuchte in der Pore ist technisch schwer realisierbar. Es wurden daher Berechnungen angestellt, um zu erkunden, ob und unter welchen Rahmenbedingungen es zu Kondensatbildung in den Luftleitungen kommt. In einem zweiten Berechnungsschritt wurden Richtwerte der Zustandsgrössen der Luft beim Austritt aus der Memb-
EMI5.1
ratur der Luft in der Rohrleitung bzw. unter der Membran ist mit Unsicherheiten behaftet. Es wurde daher der ungünstigste Fall angenommen, bei dem die Lufttemperatur nach der Temperaturerhöhung bei der Verdichtung im Gebläse während des Transports durch die Rohrleitungen bis zur Membran auf die Wassertemperatur absinkt. Im Fall der gegenständlichen Anlage beträgt die Temperatur im Belebungsbecken konstant ca. 25 C.
Der Druckverlust der Membran beträgt nach Herstellerangaben bei einem Luftdurchsatz von 2 mN3/h/Stk. 3, 1 kPa. Aus der Einblastiefe von 3, 1 m ergibt sich ein hydrostatischer Gegendruck von 30, 4 kPa. Aus der Temperatur und dem Druck unter der Membran kann nun der Wassergehalt im Sättigungszustand berechnet werden. ist er kleiner als jener im Ansaugzustand, so wird Wasser ausgeschieden. Ist er grösser als jener im Ansaugzustand, so könnte theoretisch Wasser aufgenommen werden. In einem zweiten Schritt wurde die Zustandsänderung beim Ausströmen aus den
<Desc/Clms Page number 6>
Poren der Membran betrachtet. Als Modellvorstellung wurde das isentrope Ausströmen eines Gases aus einem sehr grossen Behälter gewählt. Die Ergebnisse wurden mit einem Geschwindigkeitsbeiwert auf reibungsbehaftete Verhältnisse umgerechnet.
Die Oberflächenspannung bei der Blasenbildung wurde nicht berücksichtigt, theoretisch würde dadurch der Austrittsdruck ein wenig erhöht und die Geschwindigkeit verringert, wodurch die relative Feuchte abnimmt. Das Ergebnis der Berechnung ist die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur im Austrittsquerschnitt der Pore. Aus der Temperatur und dem Druck im Austrittsquerschnitt ist nun der zugehörige maximale Wassergehalt berechenbar. Vergleicht man diesen nun mit dem tatsächlich vorhandenen Wassergehalt, so ist eine Aussage darüber, ob die Luft die Pore austrocknet oder befeuchtet, möglich. In der Berechnung wurde berücksichtigt, dass im Falle des Auftretens von Sättigung im Rohr oder unter der Membran bereits eine Wasserabscheidung stattfindet.
Wie sich in diesem Fall herausgestellt hat, ist die Luft am Porenaustritt praktisch nie mit Wasserdampf gesättigt. Es kann daher für die Überlegungen zur Bildung von Verstopfungen davon ausgegangen werden, dass die Luft die Pore austrocknet. Wenn nun, begünstigt durch das Pulsieren der Blasenablösung, immer "frisches" Wasser aus dem Becken mit all seinen Inhaltsstoffen die Pore benetzt und in sie eindringt, kann es zum Überschreiten von Löslichkeitsprodukten kommen.
In diesem Fall ist daher die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, die Luft zu befeuchten und damit das Austrocknen der Poren zu vermeiden, zweckmässig. Zur Erprobung des Verfahrens zur Verringerung bzw. Verhinderung der Verstopfungen wurden folgende Massnahmen ge- setzt : Im Gebläsehaus der gegenständlichen Anlage wurde eine Vollenthärtungsanlage für Nutzwasser installiert. Durch die Verwendung von voll entsalztem Wasser soll vermieden werden, dass Stoffe in das Rohrleitungssystem gelangen, die Verstopfungen verursachen können.
Die Zuleitung des Wassers zum Beckenrand erfolgte über eine in die Hauptluftleitung eingezogene Rohrleitung. Das Wasser wurde nicht über eine Hochdruckdüse, sondern über eine Hohlkegeldüse bei niedrigerem Druck zentrisch in Strömungsrichtung in die Verteilleitung eingedüst. Diese Massnahme liess lediglich für jene Belüftungsfelder einen Effekt erwarten, die unmittelbar der Eindüsungsstelle nachfolgen. Die Wasserzugabe erfolgte nur wenn belüftet wurde. Dazu wurde ein Magnetventil in die Rohrleitung eingebaut, das öffnet, wenn der Luftvolumenstrom von den Hauptluftklappen freigegeben wird. Die zugegebene Wassermenge wurde von Hand über die Kennlinie der Düse (Druck-Durchsatzleistung) eingestellt. Zu diesem Zweck war noch ein Manometer und eine Armatur in die Rohrleitung eingebaut.
Um im Winter ein Einfrieren zu verhindern, wurde die Installation mit einer Begleitheizung ausgerüstet. Es wurden je nach Luftvolumenstrom und Witterungsbedingungen 1 bis 2 Liter pro Minute benötigt. Zur Feststellung der Unterschiede zwischen den einzelnen Feldern wurde eine gesonderte Luftversorgung zum Becken "Ost" installiert. Damit war es möglich, ein Belüfterfeld mit einem definierten Luftvolumenstrom zu beschicken (1, 9 m3/h/Belüfter). Nach Entwässerung des Feldes wurde der Differenzdruck an einzelnen verschmutzten Feldern mit 47, 1 kPa gemessen. Nach Reinigung wurden 42, 0 kPa gemessen. Nach Abzug des hydrostatischen Druckes, des Druckverlustes der Feldverrohrung und der Drosselbohrung ergibt sich somit ein Druckverlust der verschmutzten Membran von ca. 13, 0 kPa.
Nach Fertigstellung der Installationen wurden alle Belüfterfelder des Teilbeckens "Ost" gereinigt. Der Differenzdruck betrug vor der Reinigung 47, 0 kPa und nach der Reinigung 40, 9 kPa. Während der Druckmessung war ein Gebläse mit voller Drehzahl und eines mit minimaler Drehzahl in Betrieb.
Nach erfolgter Reinigung dauerte es ca. 14 Tage bis das Becken wieder voll in Betrieb war. Nach wenigen Wochen war der Druck wieder auf 48, 0 kPa (ein Gebläse mit voller Drehzahl und eines mit minimaler Drehzahl) gestiegen.
Die Messung der Drücke mit definierter Beaufschlagung/h/Belüfter) einzelner Felder ergab jedoch, dass bei jenem Belüftungsfeld, das unmittelbar der Eindüsungsstelle nachfolgt, der Differenzdruck dem nach der Reinigung entsprach (42, 2 kPa). Bei den anderen Feldern wurden wie erwartet deutlich höhere Drücke (bis 46, 0 kPa) gemessen. An einem weit von der Wassereindüsung entfernten Feld wurde über die Entwässerungsleitung Luft abgeblasen und darin die relative Luftfeuchte zu 70% gemessen. Daraus ist ersichtlich, dass das eingedüste Wasser nicht ausreichend vom Luftvolumenstrom aufgenommen wurde, um auch die weit entfernten Felder zu erreichen.
Um auch die weiter entfernten Felder vor der Neubildung von Ablagerungen in den Belüfterporen zu schützen, ist eine Eindüsung von Wasser wie beschrieben in das Fallrohr eines jeden
<Desc/Clms Page number 7>
Belüfterfeldes denkbar. Alternativ dazu kann in der Wassereinspeisung auch eine Drucksteigerungsanlage (über 50 bar, vorzugsweise ca. 100 bar) installiert werden und das Wasser über Hochdruckdüsen weiter in die Verteilleitung eingedüst werden. Als weitere Verbesserung ist schliesslich eine Hochdruckeindüsung des Wassers in die einzelnen Fallleitungen denkbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verminderung bzw. Verhinderung der Bildung von Gegendruck-steigernden
Ablagerungen an mit Poren oder Bohrungen versehenen Belüfterelementen (1) in belüfte- ten Becken (2) von Abwasserreinigungs- oder Wasseraufbereitungsanlagen, wobei den
Belüfterelementen (1) mit Hilfe eines Gebläses (7), das über ein Rohrsystem beinhaltend
Stichrohre (3), Fallleitungen (5) und eine Verteilleitung (6) mit den Belüfterelementen (1) verbunden ist, ein Belüftergas, vorzugsweise Luft, zugeführt wird, dessen Feuchtigkeits- grad durch Zugabe von Wasser erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser dem Belüftergas in Form eines Aerosols mit Tröpfchengrössen von 0, 1 um bis 20 um oder in Form von Wasserdampf beigemengt wird.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a method for reducing or preventing the formation of backpressure-increasing deposits in aerator elements in ventilated basins of wastewater treatment or water treatment plants according to the preamble of claim 1 and devices for carrying out the method.
Plants for wastewater treatment essentially consist of the following process steps or components, for which in turn there are many possible embodiments: - Coarse treatment of the wastewater with rake, sieve and sand trap - Primary clarifier for sedimentation of easily settled substances (optional) - Plant for biological phosphate removal (optional) - Aeration process in the form of continuous systems (with separate aeration stage and
Secondary clarifier), waste water ponds or damming systems ("Sequencing Batch Reactor",
SBR) - Various peripheral systems such as sludge stabilization, sludge treatment, or
Biogas recovery
The wastewater treatment takes place mainly in the context of the activation process.
Adequate aeration of the wastewater is ensured here, which means that activated sludge flakes develop. The revitalized sludge consists of bacteria and protozoa, which convert the organic substances into mineral breakdown products, CO2 and water and multiply in the process. H. new biomass is created. Special types of bacteria ("nitrifying agents") also convert ammonium to nitrite and further to nitrate. These material conversion processes require the presence of oxygen, which is usually supplied in ventilated pools by blowing in air with pressure ventilation systems.
Pressure ventilation systems for introducing oxygen into the ventilated basin include, in particular, aerator elements which are arranged at the bottom of the ventilated basin and into which air is blown in via compressed air blowers and corresponding pipelines. In special cases, technically pure oxygen is blown into the ventilated pool. The aerator elements are provided with pores or bores (e.g. perforated plastic membrane) through which the blown-in air is introduced in the form of small bubbles into the medium to be aerated in the basin. In the following, reference will only be made to pores, although this also means aerating elements with bores.
When these aerator elements are operated, deposits are formed on the surfaces and in the pores depending on the running time, aerator model and hydrochemical requirements after an average of 1 to 4 years, which primarily consist of calcium carbonate, organic substances and precipitated or partially crystallized inorganic compounds such as (soil -) Alkaii- (alumino-) silicates and alkaline earth orthophosphates as well as silicic acid hydrate exist. The increasing clogging of the pores causes an increasing pressure loss and thus a higher energy expenditure for blowing in the air. This reduces the economy (the oxygen input in kg 02 / kWh) of the ventilation system.
In particular, the back pressure can become so high due to clogged pores that the aerator membranes slip or tear out of their holder or the blowers fail due to overloading and the cleaning performance of the activation stage is thus severely impaired. The aerator elements must therefore be subjected to regular cleaning, which is usually associated with considerable costs, since the ventilated basin usually empties, the aerator elements have to be removed and each individual aerator element has to be washed with hydrochloric acid, for example in an acid bath. Only then can the aerator elements be reinstalled and the ventilated basin put back into operation.
The resulting decommissioning and downtime of the ventilated basin thus have a decisive impact on the availability and economy of the entire system.
As recent studies have shown, the formation of the pressure-increasing deposits in the pores of the aerator elements is not only responsible for the hydrochemistry of the aerated water, but also for the physicochemical properties of the compressed air supplied to the aerator elements, which are mostly warm and low in carbon dioxide and predominantly dry is. As will be explained in more detail, the air supplied in the pores of the aerator elements almost always proves to be undersaturated with water. In the course of the pulsating water flow into and out of the pore, this leads to a partial drying of the liquid film sucked into the pore in accordance with the bubble detachment frequency and thus to a supersaturation
<Desc / Clms Page number 2>
for some dissolved water constituents.
Depending on the local pH value and the ionic conditions in the aqueous phase, the latter can cause chemical precipitation processes or the crystallization of salts. This accelerates the formation of solid deposits within the pores. In addition, dust particles from the air are increasingly trapped in the fresh deposits, which also contribute, if only to a small extent, to the progress of the blockages. This effect is promoted by the current teaching to avoid moisture within the ventilation system.
The object of the present invention, however, is to increase the moisture content of the air supplied to the aerator elements according to claim 1.
In US 2,689,714 it is shown that there could be a connection between the degree of clogging of aerator elements and the moisture content of the ventilation gas in the area of the aerator element. An increase in the moisture content of the aerator gas in the region of the aerator elements can prevent the pores of the aerator elements from becoming blocked. In practice, however, the difficulty in avoiding deposits in the pores of the aerator elements is to bring a water content introduced into the area of the main air line into the area of the aerator elements. In US 2,689,714 there is no indication of how this problem could be solved.
Especially in larger wastewater treatment or water treatment plants, the distances from the compressed air blower to the aerator elements can sometimes be considerable. In order to ensure that the water introduced into the pores of the aerator elements also increases the relative humidity of the air supplied, the water must be introduced into the ventilation system in such a way that it can be transported over longer distances by the air flow. For this, the features according to claim 1 have proven to be decisive.
Claims 2 to 5 represent an advantageous technical embodiment of the method according to the invention.
Although it is conceivable to add water only occasionally during the operating period of the pressure ventilation system to reduce deposits in the aerator pores or bores, it has proven to be advantageous in practice to continuously introduce water during the entire ventilation period. Claims 7, 8 and 9 relate to an advantageous process control of the water supply.
Claims 10 to 17 finally describe devices for carrying out the method according to the invention.
The invention will now be explained in more detail with reference to the attached FIGS. 1 and 2, which show a schematic sketch of a ventilated basin with two embodiments of the method according to the invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, aerator fields 4 are located near the bottom of ventilated pools 2. The aerator field 4 here consists of the aerator elements 1 and the stub lines connecting them. In FIGS. 1 and 2, three aerator fields are shown by way of example However, there may be a different number of aerator fields, each with stub tubes 3 arranged in parallel and the aerator elements 1 supplied by them. The aerator elements 1 are equipped with a perforated membrane or frits with pores or bores.
The aerator field 4 is connected to a blower 7 via additional pipelines, whereby the specific embodiment and the routing of the pipelines can of course vary and depend on the technical requirements of the specific system. A possible construction of the piping is shown in FIGS. 1 and 2: a main air line 17 with a butterfly valve 18 leads from the blower 7 to the ventilated basin 2. The distribution line 6 is guided along the basin 2 on the basin crown. There, the downpipes 5 branch off to the aerator field 4. The downpipes 5 open into a distribution pipe 15 which runs parallel to the basin wall, where the branch lines 3 branch off at a right angle. The aerator elements 1 are mounted on the stub lines 3.
Furthermore, drainage lines 8 can be provided which, during normal operation of the ventilated basin, serve to drain off the water which has penetrated into the aerator elements 1 and the branch lines 3. For this purpose, the drainage lines 8 are equipped with valves 14 and can branch off, for example, from a collecting pipe (not shown in FIGS. 1 and 2) into which the parallel branch lines 3 open.
When the system is operating, there is 2 water or waste water in the ventilated pool, where it
<Desc / Clms Page number 3>
is subjected to microbiological activity. The necessary ventilation of the water or
Waste water is produced by a blower 7, which presses air or oxygen with pressure into a pipeline system, so that the aerator gas introduced is distributed to the aerator elements 1. In the course of the formation and detachment of air bubbles, a pulsating water flow occurs in and out of the pores of the aerator element 1. This water, which is sucked in from the pool 2 and enriched with CO2 through the activity of heterotrophic microorganisms, is generally exposed to an increase in the pH value when it comes into contact with the supplied air by at least partially establishing equilibrium with the (low-carbon) atmospheric air. Since the supplied air is also mostly undersaturated with water, it has a drying effect on the water flowing from the basin 2 into the pores.
In addition, the supplied air usually has a high temperature in comparison to the treated water or wastewater and a high flow rate, which favors the evaporation of the water penetrating into the pores.
The above-mentioned increase in the pH value in the water on the pore walls could be compensated for by permanent acid metering, but apart from the high chemical costs, the different behavior of the precipitated products in question when the pH value changes does not support such a measure. For example, the solubilities of various alkaline earth phosphates change in different ways as the pH value changes, so that the effectiveness of a pH reduction through permanently dosed, volatile acids will also depend on other factors, some of which are difficult to predict, for example the ratio of calcium to magnesium.
Dissolved silica would even be precipitated more in the aerator pores when acid dosing, since the solubility minimum of amorphous hydrate of silica is clearly in the acidic pH range. An increase in the deposits in the aerator pores due to this measure would be likely in many cases.
The practically always present water undersaturation of the air in the pores of the aerator elements 1, accelerated by the strong convection and the relatively high air temperatures, leads to periodic, partial drying of the liquid film sucked into the pores and thereby to oversaturation for some dissolved water constituents. The latter causes chemical precipitation processes or crystallization processes if the solubility product of a certain mineral is exceeded, taking into account the locally prevailing pH and the ionic ratios in the aqueous phase.
In order to prevent or at least delay the formation of new deposits in the aerator pores, water is introduced into the air flow in the process according to the invention in such a way that the air supplied is present in the aerator pores in an approximately saturated form.
Since the introduced water sometimes has to be transported over considerable distances from the air flow, the water should be added to the air flow in the form of droplets as small as possible, approximately in the size of 0.1 to 20 μm. In these cases one can speak of an aerosol.
An admixture of the water as an aerosol is possible, for example, by using a high-pressure nozzle, which hereinafter means any type of nozzle which is suitable for injecting water at a pressure of more than 5000 kPa. The injection of the water as an aerosol can also be achieved by using so-called two-substance nozzles (pneumatic atomizing nozzles), in which liquid water (either unpressurized or under pressure of typically about 500 kPa) with air inside the nozzle (typically compressed air with about 500 kPa) is intense is mixed and injected into the air stream. The average droplet size is then approx.
10-20 pm. In the following, these variants are generally referred to as nozzle 10.
For this purpose, the water is pumped, possibly using a pressure increase pump 12, from a storage container 9 and fed to the nozzle 10 via a pipeline system 13. It is expedient to equip the piping system 13 with shut-off valves 11 and 16. The water used for the injection should be in fully demineralized form in the storage container 9 in order to avoid damage in the following sections of the system due to water constituents. This can be done via evaporation, cat and anion exchangers or reverse osmosis. The injected water is thus preferably added without additives or impurities, although it is not excluded that some additives prove to be advantageous for carrying out the processes according to the invention.
<Desc / Clms Page number 4>
The injection of the water can be central, i. H. in the distribution line 6, (Fig. 1), or also decentralized, d. H. in the downpipes 5, made (Fig. 2). Especially with central injection, care must be taken to ensure that the injected water is carried by the air flow to such an extent that its saturation can be achieved down to the aerator pores. The injection of water in aerosol form, i.e. in the form of tiny droplets, is particularly crucial here.
If the injection is decentralized, i.e. via the downpipes 5, it is also possible to work with larger droplet sizes, because the shorter distances between the location of the injection and the aerator elements 1 facilitate saturation of the air flow over the entire transport route to the aerator pores. Injection of the water with particle sizes in the range of a few micrometers, however, also favors the methods according to the invention in this case.
The humidification of the air flow via the nozzles 10 introduced into the distribution line 6 or the downcomers 5 is expediently always carried out during the ventilation times of the field 4. This can be achieved, for example, by coupling the shut-off flap 18 to the shut-off valves 16 in such a way that the shut-off valves 16 close as soon as the shut-off flap 18 has been closed.
The regulation of the amount of water supplied will of course be based on the degree of saturation of the air drawn in by the blower 7 and its state variables such as temperature and pressure. However, it must also be taken into account that the state variables of the air flow change with or without additional humidification on their way to the aerator pores. While the state variables of the sucked-in air can easily be measured, the state variables of the air in the aerator pores are difficult to access, but can be estimated by calculations to such an extent that the amount of water to be supplied can be determined. A possible procedure is set out in the following exemplary embodiment.
However, it is conceivable to provide devices for measuring the relative humidity in appropriately modified aerator elements 1 and to regulate the amount of water supplied on the basis of their data. A further form of regulating the amount of water contained in the air flow can be carried out by automatic management of the opening valves 14 of the drainage lines 8 by detecting the liquid level in the distribution pipes 15.
As an alternative to the injection of water into the aerator gas, the aerator gas can also be passed through water in a homogeneous or disperse form to increase its moisture. For this purpose, at least one humidifier, preferably a washing tower with or without internals or an ultrasonic fog chamber, can be installed in the pipeline system. Installation can be in the main air line, the distribution line, but also in the individual Fa)! Carry out.
When using a washing tower, the air volume flow is preferably conducted in counterflow to the water. The water comes from a water reservoir at the lower end of the wash tower
EMI4.1
The counter-flowing ventilation gas now absorbs water, which increases its moisture. The amount of water absorbed by the air volume flow must be added to the pump template.
Another possible device for humidifying gases is ultrasound technology. The advantage of this method is the small aerosol size of less than 1 µm and the resulting good interference in the air volume flow. Electrical energy is converted into mechanical energy via an oscillator at the bottom of a water reservoir. The high-frequency vibrations ultimately cause the finest mist particles to be thrown up, which are taken up by the air volume flow.
Here too, the amount of water absorbed must be supplemented in the water reserve.
A classic method of humidifying air streams is to introduce water vapor into the flow cross-section by means of a steam distribution pipe. If the addition of water is mentioned in the process steps according to claims 8 to 13, then this also includes the possibility of adding water in the vaporous state.
<Desc / Clms Page number 5>
The comments mentioned in connection with the injection of water about central or decentralized introduction of water into the piping system or about the regulation of the amount of water introduced also apply analogously to alternative variants of air humidification, such as the use of wash towers, ultrasound systems or water vapor supply.
An embodiment of the invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment in which a central injection takes place.
Design example:
In the activation stage of an industrial wastewater treatment plant, mineral oil components of the wastewater are broken down using the activation process. The aeration stage consists of two sub-basins of the same size ("East" and "West"), which are alternately fed with waste water. The amount of waste water is approx. 1000 m3 / h. The feed has a particularly high salt concentration of approx. 12500 mg / l chloride. The BOD5 (biochemical oxygen demand in 5 days) in the inflow is approx. 150 mg / l, that in the outflow approx. 30 mg / l. There is sufficient carbon and nitrogen in the wastewater, phosphorus must be added. The total volume of the two partial pools is 7400 m3, the aeration takes place with 4420 plate aerators. 13 fields with 170 plate aerators each are installed in each sub-basin.
The pools are operated according to the SBR principle. A cycle lasts 180 minutes. In the "East" basin, ventilation is first carried out for 75 minutes, then the ventilation is switched off and the activated sludge is sedimented for 15 minutes. Now the loading phase follows, which also lasts 90 minutes. During the aeration and settling phase in the "East" basin, the "West" basin is loaded; when the "East" basin begins the loading phase, the "West" basin is aerated. The inflow is not interrupted but only directed to the "East" or "West" basin by means of a slide valve.
In preliminary tests, in a pilot plant, which lasted about 18 months, no negative influence on the aerator membranes was found. H. no increasing back pressure, determined. After installing the aerator elements in the basin and operating for 6 months, the system pressure was approx.
8.0 kPa increased.
After emptying the basin and dismantling aerator elements, the plastic bodies were found to contain salt crystals (99% sodium chloride). As already described, the formation of the blockages in the pores depends, among other things, on the size of the air in the pores of the membrane. The water content or water absorption capacity of the air is closely linked to this. A precise examination of whether and which blockages were present in the pores of the membrane has not been carried out. The presence of the zeolites added to the wastewater has been proven, a share of the precipitated silicates is likely based on previous experience (with comparable plants).
Due to this fact, a high drying potential of the air flow can be concluded.
A direct measurement of the air parameters and the air humidity in the pore is difficult to implement technically. Calculations were therefore carried out to investigate whether and under what conditions condensate formation occurs in the air lines. In a second calculation step, guide values for the state variables of the air when exiting the membrane were
EMI5.1
The air temperature in the pipeline or under the membrane is fraught with uncertainties. The worst case was therefore assumed, in which the air temperature after the temperature increase during the compression in the blower during transport through the pipes to the membrane drops to the water temperature. In the case of the plant in question, the temperature in the aeration tank is constantly around 25 C.
According to the manufacturer, the pressure loss of the membrane is at an air flow of 2 mN3 / h / piece. 3.1 kPa. A hydrostatic back pressure of 30.4 kPa results from the blowing depth of 3.1 m. The water content in the saturated state can now be calculated from the temperature and the pressure under the membrane. if it is smaller than the one in the suction state, water is excreted. If it is larger than that in the suction state, water could theoretically be absorbed. In a second step, the change in state when flowing out of the
<Desc / Clms Page number 6>
Considered pores of the membrane. The isentropic outflow of a gas from a very large container was chosen as a model. The results were converted to frictional conditions with a speed coefficient.
The surface tension during the formation of bubbles was not taken into account, theoretically this would increase the outlet pressure a little and reduce the speed, which reduces the relative humidity. The result of the calculation is the flow velocity and the temperature in the outlet cross section of the pore. The associated maximum water content can now be calculated from the temperature and the pressure in the outlet cross section. If you compare this with the actual water content, it is possible to say whether the air dries out or moistens the pore. The calculation took into account that if saturation occurs in the pipe or under the membrane, water separation will already take place.
As it turned out in this case, the air at the pore outlet is practically never saturated with water vapor. It can therefore be assumed that the air dries out the pore when considering the formation of blockages. If now, encouraged by the pulsation of the bubble detachment, "fresh" water from the pool with all of its contents wets and penetrates the pore, this can result in the solubility products being exceeded.
In this case, it is therefore expedient to use the method according to the invention to humidify the air and thus prevent the pores from drying out. The following measures were taken to test the process for reducing or preventing the blockages: A full softening system for process water was installed in the blower house of the plant in question. The use of fully demineralized water is intended to prevent substances from entering the piping system that can cause blockages.
The water was supplied to the edge of the pool via a pipeline drawn into the main air line. The water was not injected into the distribution line centrally in the direction of flow at a lower pressure, but via a hollow cone nozzle at a lower pressure. This measure only expected an effect for those ventilation fields that immediately follow the injection point. The water was only added when there was ventilation. For this purpose, a solenoid valve was installed in the pipeline, which opens when the air volume flow is released from the main air flaps. The amount of water added was set manually via the characteristic curve of the nozzle (pressure throughput). For this purpose, a manometer and a valve were installed in the pipeline.
In order to prevent freezing in winter, the installation was equipped with trace heating. Depending on the air volume flow and weather conditions, 1 to 2 liters per minute were required. A separate air supply to the "East" basin was installed to determine the differences between the individual fields. This made it possible to feed an aerator field with a defined air volume flow (1.9 m3 / h / aerator). After the field was drained, the differential pressure was measured at 47.1 kPa in individual contaminated fields. After cleaning, 42.0 kPa were measured. After subtracting the hydrostatic pressure, the pressure loss of the field piping and the throttle bore, the pressure loss of the contaminated membrane is approximately 13.0 kPa.
After the installation was completed, all of the aerator fields in the "East" sub-basin were cleaned. The differential pressure was 47.0 kPa before cleaning and 40.9 kPa after cleaning. One fan was running at full speed and one at minimum speed during pressure measurement.
After cleaning, it took about 14 days until the pool was fully operational again. After a few weeks, the pressure had risen to 48.0 kPa (one fan at full speed and one at minimum speed).
The measurement of the pressures with a defined exposure / h / aerator) of individual fields, however, showed that in the ventilation field immediately following the injection point, the differential pressure corresponded to that after cleaning (42.2 kPa). As expected, significantly higher pressures (up to 46.0 kPa) were measured in the other fields. In a field far away from the water injection, air was blown off via the drainage line and 70% of the relative humidity was measured therein. It can be seen from this that the injected water was not sufficiently absorbed by the air volume flow to reach the far away fields.
In order to protect the more distant fields from the formation of new deposits in the aerator pores, water must be injected into the downpipe of everyone as described
<Desc / Clms Page number 7>
Aerator field conceivable. Alternatively, a pressure increase system (above 50 bar, preferably approx. 100 bar) can be installed in the water feed and the water can be injected further into the distribution line via high-pressure nozzles. Finally, a further improvement is a high-pressure injection of the water into the individual downpipes.
PATENT CLAIMS:
1. Process for reducing or preventing the formation of back pressure increasing
Deposits on aerator elements (1) provided with pores or bores in aerated pools (2) of wastewater treatment or water treatment plants, the
Aerator elements (1) with the aid of a blower (7), which includes a pipe system
Stub pipes (3), downpipes (5) and a distribution line (6) with the aerator elements (1) is connected, an aerator gas, preferably air, is supplied, the degree of moisture is increased by adding water, characterized in that the water the aerator gas is added in the form of an aerosol with droplet sizes of 0.1 to 20 μm or in the form of water vapor.