CH630323A5 - Process and apparatus for treating utility water - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser unter Teilenthärtung durch Belüftung in Verbindung mit biologischer Oxydation von im Wasser enthaltenen oxydierbaren Stoffen in einer Kolonne, die mehrere übereinander angeordnete Belüftungsstufen und mehrere Verweil- und/oder Reaktionskammem s The present invention relates to a process for the treatment of industrial water with partial softening by aeration in conjunction with biological oxidation of oxidizable substances contained in the water in a column, which has a plurality of aeration stages arranged one above the other and a plurality of residence and / or reaction chambers
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aufweist, und auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. has, and on an apparatus for performing the method.
Es sind bereits zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zum Belüften und/oder Entsäuren von Wasser für die Wasseraufbereitung vorgeschlagen worden. So sind beispielsweise für diesen Zweck Hintereinanderschaltungen von Belüftungsböden in einem Behälter und die sogenannte Kreuzstrombelüftung bekannt. Numerous methods and devices for aerating and / or deacidifying water for water treatment have already been proposed. For example, series connection of ventilation floors in a container and the so-called cross-flow ventilation are known for this purpose.
In der AT-PS 187 863 sind Vorrichtungen geoffenbart, die entweder mehrere in Serie geschaltete Belüftungsstufen oder zumindest zwischen mehreren keramischen Filterplatten sogenannte Schikanen enthalten, welche der gründlichen Belüftung des Wassers förderlich sind, um C02 zu bilden. C02 ist bekanntlich im Wasser stark löslich und wird daher kaum freiwillig aus dem Wasser austreten, nur durch gründliche Begasung oder Vakuumbildung. In AT-PS 187 863 devices are disclosed which contain either several series-connected aeration stages or at least between so-called baffles between several ceramic filter plates, which are conducive to the thorough aeration of the water in order to form CO 2. As is well known, C02 is highly soluble in water and will therefore hardly leave the water voluntarily, only through thorough gassing or vacuum formation.
Aus der DE-OS 2 358 215 ist ein weiterer stufenförmiger Vorrichtungsaufbau bekannt. Another step-shaped device structure is known from DE-OS 2 358 215.
Schliesslich ist der AT-PS 187 863 zu entnehmen, dass man durch intensive Belüftung von karbonatharten Wässern Kalkausscheidungen erzielen kann. Durch Kalkausscheidungen ist die Teilenthärtung von Brauwässern möglich. Dieses bekannte Verfahren nebst Vorrichtungen ist nur für verbrauchereigene Kleinanlagen vorgesehen und geeignet, wie sie beispielsweise in Brauereien stehen. Eine gezielte Wasserenthärtung, beispielsweise für eine zentrale Wasserversorgung, ist nach diesem bekannten Verfahren keineswegs durchführbar. Bekanntlich findet bei der Wasserenthärtung ein chemischer Reaktionsablauf nach folgender Formel statt: Finally, AT-PS 187 863 shows that lime deposits can be achieved by intensive aeration of carbonate-hard water. Partial softening of brewing water is possible through lime deposits. This known method together with devices is only intended and suitable for consumer-owned small systems, such as those found in breweries. A targeted water softening, for example for a central water supply, is by no means feasible using this known method. As is well known, a chemical reaction sequence takes place in water softening according to the following formula:
Ca(HC03)2 = CaC03 j + H20 Ca (HC03) 2 = CaC03 j + H20
Bei dem aus der AT-PS 187 863 bekannten Verfahren mit Vorrichtung läuft diese Reaktion viel zu langsam und mit viel zu geringem Umfang für den normalen Wasserdurchsatz einer leistungsfähigen Belüftungsvorrichtung ab. Das bedeutet in der Praxis: mit zunehmendem Wasserdurchsatz nimmt die erzielbare Kalkausscheidung ab. In the method with device known from AT-PS 187 863, this reaction proceeds far too slowly and with far too little scope for the normal water throughput of an efficient aeration device. In practice, this means: with increasing water throughput, the lime scale that can be obtained decreases.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit zu dessen Ausführung geeigneter Vorrichtung aufzuzeigen, mit denen eine allen zeitgemässen Anforderungen an die Wasserqualität erfüllende Wasseraufbereitung möglich ist, wozu ausser der Belüftung und Entsäuerung insbesondere die Enthärtung bzw. Teilenthärtung unter Einhaltung jedes gewünschten Härtegrades und gegebenenfalls ferner eine biologische Oxydation und Nitrifikation gehören, und dies alles ohne Rücksicht auf möglicherweise grosse Schwankungen im Wasserdurchsatzvolumen pro Zeiteinheit. The object of the present invention is to demonstrate a method with a device suitable for carrying it out, with which a water treatment which meets all contemporary requirements for water quality is possible, for which purpose apart from ventilation and deacidification in particular the softening or partial softening while maintaining any desired degree of hardness and, if appropriate biological oxidation and nitrification are also included, and all of this regardless of possibly large fluctuations in the water flow volume per unit of time.
Das zur Lösung dieser Aufgabe geeignete erfindungs-gemässe Verfahren ist im Patentanspruch 1 definiert. The method according to the invention which is suitable for achieving this object is defined in patent claim 1.
Bestimmte Abläufe lassen sich beispielsweise dadurch beschleunigen, dass das Wasser durch Belüften (Austreiben von C02) in jeweils einer Stufe an CaC03 übersättigt wird und die in die Reaktionskammem eingeleiteten Ströme zur schnelleren Gleichgewichtseinstellung mit Kristallkeimen versetzt werden. Certain processes can be accelerated, for example, by the water being supersaturated by aeration (expulsion of C02) at CaC03 in each case and the streams introduced into the reaction chambers being mixed with crystal seeds for faster equilibrium.
Die Verweil- und/oder Reaktionskammem können hie-bei je nach Bedarf hintereinander- oder parallelgeschaltet werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Massnahmen von unterschiedlicher Zeitdauer gleichzeitig ablaufen. Die Reaktionsdauer wird zweckmässig durch eine Steuerung der Durchströmdauer des Wasser durch die betreffende Reaktionskammer bestimmt. The dwell and / or reaction chambers can be connected in series or in parallel as required. In this way, different measures of different duration can take place simultaneously. The reaction time is expediently determined by controlling the flow time of the water through the relevant reaction chamber.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Wasser zunächst durch die intensive Belüftung zum Zwecke der Entkarbonisierung zweckmässig in einen an Kalk übersättigten Zustand überführt und dann in seinem instabilen Zustand den Reaktionskammern zugeführt, wo ihm Gelegen- According to the method according to the invention, the water is first appropriately converted to a limescale-saturated state by the intensive aeration for the purpose of decarbonization and then fed to the reaction chambers in its unstable state, where it
hei zur Kaikabscheidung gegeben wird, wobei wiederum Kohlensäure freigesetzt wird. Die Vorgänge werden sodann erneut durchgeführt und so lange wiederholt, bis die gewünschte Enthärtung erreicht ist. Die Kaikabscheidung wird dabei zweckmässig durch Massnahmen, wie die Schaffung von Kontakten, beschleunigt. Insbesondere können Kristallisationskeime zugegeben werden. hei is added to the Kaikabscheidung, which in turn releases carbonic acid. The processes are then carried out again and repeated until the desired softening is achieved. The quay separation is expediently accelerated by measures such as the creation of contacts. In particular, crystallization nuclei can be added.
Zum Zwecke der Oxydation von organischen Stoffen oder Ammoniumionen können in den Verweil- bzw. Reaktionskammem verschiedene Adsorptionsmittel oder Adsorptionsmittel unterschiedlicher Teilselektivität oder poröse Stoffe zugesetzt werden, an denen Mikroorganismen haften und sich entwickeln können. Durch mehrstufige Schwebebettenanordnung können Druckverluste minimiert werden. Die Adsorptionsmittel lassen sich kontinuierlich abziehen und durch neu zudosierte Adsorptionsmittel ersetzen, so dass eine einheitliche Produktqualität gewährleistet ist. Kommt in mehreren Stufen das gleiche Adsorptionsmittel zur Anwendung, so kann dieses auch jeweils in die nächst höhere Stufe gefördert und somit im Gegenstrom zum Wasser geführt werden. For the purpose of the oxidation of organic substances or ammonium ions, different adsorbents or adsorbents of different partial selectivity or porous substances to which microorganisms can adhere and develop can be added to the residence or reaction chambers. Pressure losses can be minimized by means of a multi-stage floating bed arrangement. The adsorbents can be removed continuously and replaced with newly added adsorbents, so that a uniform product quality is guaranteed. If the same adsorbent is used in several stages, this can also be conveyed to the next higher stage and can thus be conducted in counterflow to the water.
Bei der Intensivbelüftung wird gleichzeitig die Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen stark gefördert. In the case of intensive ventilation, the removal of volatile organic compounds is strongly promoted at the same time.
Zur Verbesserung der Adsorption und des biologischen Abbaues können in den einzelnen Verweil- bzw. Reaktionsstufen durch Zugabe von Säure oder Lauge verschiedene pH-Werte eingestellt werden. Schwer abbaubare organische Substanzen können durch Zugabe stärkerer Oxydationsmittel zuvor möglicherweise in eine biologisch leichter angreifbare Form überführt werden. Hierbei können auch Katalysatoren und katalytisch wirksame Materialien ein Vorteil sein. To improve the adsorption and biodegradation, different pH values can be set in the individual dwell or reaction stages by adding acid or alkali. Poorly degradable organic substances can possibly be converted into a more easily attackable form beforehand by adding stronger oxidizing agents. Here, catalysts and catalytically active materials can also be an advantage.
Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit mehreren turmartig übereinanderliegenden und von dem Wasser in einer Richtung durchflossenen Belüftungsstufen ist im Patentansprach 12 definiert. Es ist von Vorteil, wenn die Belüftungsstufen über die Verbindungsleitungen derart mit den Verweil- bzw. Reaktionskammern verbunden und räumlich so angeordnet sind, dass der Durchfluss im freien Gefälle erfolgt. Dadurch wird eine platzsparende Bauweise erzielt und es können Pumpvorgänge eingespart werden. The device for carrying out the method according to the invention with a plurality of ventilation stages lying one above the other and through which water flows in one direction is defined in patent claim 12. It is advantageous if the aeration stages are connected to the dwell or reaction chambers via the connecting lines and are spatially arranged such that the flow takes place in a free gradient. This results in a space-saving design and pumping operations can be saved.
Mittels der beschriebenen Vorrichtung wird eine restlose Einstellung auf die verschiedenen, von der Qualität des Wassers vorgegebenen Aufbereitungsanforderungen ermöglicht, wobei noch eine Vervollständigung durch Flockungsvorgän-ge möglich ist. By means of the described device, a complete adjustment to the different treatment requirements, which are predetermined by the quality of the water, is made possible, whereby it can still be completed by flocculation processes.
Eine Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung ist mit Siebböden ausgerüstet, durch die in einen Gebläse erzeugte Luft von unten nach oben geleitet werden kann, One embodiment of the device described is equipped with sieve trays through which air generated in a blower can be directed from bottom to top,
wobei die Siebböden zweckmässig übereinander angeordnet sind, so dass Wasser auf den Siebböden quer zum Luftstrom verläuft, von Belüftungsstufe zu Belüftungsstufe fällt und somit zickzackförmig durch die gesamte Vorrichtung verläuft. the sieve trays are expediently arranged one above the other so that water on the sieve trays runs transversely to the air flow, falls from the ventilation stage to the ventilation stage and thus runs in a zigzag pattern through the entire device.
Unerwünschte Gase (überschüssige C02 und H2S) sowie leicht flüchtige organische Verbindungen (Geruchsstoffe) werden durch die Intensivbelüftung unmittelbar ausgetragen. Durch mehrfaches Intensivbelüften wird eine Teilentkarbo-nisierung erzielt und die Pufferung des Wassers herabgesetzt. Zugleich wird Eisen und Mangan ausgefällt. Durch starkes Alkalisieren mit Lauge oder Anionenaustauschern in der OH-Form wird natürlich enthaltenes Magnesium als Hydroxyd ausgefällt, das ausgezeichnete flockende Eigenschaften aufweist. Bei Anwendung von Ionenaustauschern werden zusätzlich Anionen (z.B. Chlorid) entnommen. Der Einsatz von verschiedenen Adsorptionsmitteln mit unter5 Unwanted gases (excess C02 and H2S) as well as volatile organic compounds (odorants) are removed immediately through intensive ventilation. Partial decarburization is achieved by multiple intensive aeration and the buffering of the water is reduced. At the same time, iron and manganese are precipitated. Strong alkalization with alkali or anion exchangers in the OH form naturally precipitates magnesium as a hydroxide, which has excellent flocculating properties. When using ion exchangers, additional anions (e.g. chloride) are removed. The use of different adsorbents with less than 5
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schiedlichen Eigenschaften kann die adsorptive Entnahme organischer Stoffe maximieren. Durch die mehrfache Intensivbelüftung wird der biologische Abbau organischer Stoffe gefördert und gleichzeitig die Nitrifikation höherer Ammoniummengen ermöglicht. various properties can maximize the adsorptive removal of organic substances. The multiple intensive aeration promotes the biodegradation of organic substances and at the same time enables the nitrification of higher amounts of ammonium.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen: The invention will be explained below with reference to the drawings. The drawings show:
Fig. 1 eine Vorrichtung, die sich insbesondere zur Ent-karbonisierung eignet, in schematischer Darstellung; Figure 1 shows a device which is particularly suitable for decarbonization, in a schematic representation.
Fig. 2 ein Diagramm, das den in den verschiedenen Stufen abnehmenden Kalkgehalt veranschaulicht: 2 shows a diagram illustrating the decreasing lime content in the various stages:
Fig. 3 die Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die sich bevorzugt zur Oxidation eignet, in schematischer Darstellung; und 3 shows a schematic illustration of the side view of an embodiment of a device which is preferably suitable for oxidation; and
Fig. 4 eine Vorrichtung nach Fig. 3 in perspektivischer Darstellung. Fig. 4 shows a device according to Fig. 3 in perspective.
Ganz allgemein besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung aus einzelnen Belüftungsstufen in einem mehrstufigen Reaktionsturm mit füllkörperartigen Elementen, z.B. Ra-schigringen, oder grösseren Belüftungselementen, an deren oberem Ende jeweils die Luft zutreten kann, die am unteren Ende der Belüftungsstufe freigesetzt wird. Zwischen den Belüftungsstufen sind Verweil- und/oder Reaktionskammern vorhanden, in die das Wasser nach dem Austritt aus einer Belüftungsstufe und vor dem Eintritt in eine neue Belüftungsstufe gelangt. In general, the device according to the invention consists of individual ventilation stages in a multi-stage reaction tower with packing elements, e.g. Ra-ski rings, or larger ventilation elements, at the upper end of which air can enter, which is released at the lower end of the ventilation level. There are retention and / or reaction chambers between the aeration stages, into which the water passes after exiting an aeration stage and before entering a new aeration stage.
Eine besondere Ausführungsform besteht darin, dass in einer Belüftungskolonne das zu behandelnde Wasser vor der ersten Belüftungsstufe in eine dritte und dann in die weitere ungeradzahlige Belüftungsstufe mit zwischengeschalteten Verweil- und/oder Reaktionskammern fliesst, und dass das Wasser anschliessend durch geradzahlige Belüftungsstufen, also die zweite, vierte usw. mit zwischengeschalteten Ver-weil- und/oder Reaktionskammern durchströmt, und dass die ungeradzahligen und geradzahligen Belüftungsstufen entweder parallel oder — nach einmaligem Pumpen — hintereinander durchlaufen werden. A special embodiment consists of the fact that the water to be treated flows in a ventilation column before the first aeration stage into a third and then into the further odd-numbered aeration stage with intermediate retention and / or reaction chambers, and that the water then flows through even-numbered aeration stages, i.e. the second , fourth, etc. with interposed dwell and / or reaction chambers and that the odd and even ventilation stages are run either in parallel or - after a single pumping - in succession.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das zu enthärtende Rohwasser von der Rohwasserleitung 1 einem Belüftungsturm 2 zugeführt und gelangt über einen Verteilungsboden 3 in die erste Belüftungsstufe, die mit B I bezeichnet ist. Dabei wird durch im einzelnen nicht dargestellte seitliche Belüftungsschütze Luft eingesaugt, die im Belüftungselement 4 mit dem Wasser eine grosse, stets wechselnde Grenzschicht bildet und einen Gasaustausch herbeiführt. Nach dem Durchlaufen eines jeden Belüftungselements 4 wird die verbrauchte Luft nach der Gegenseite freigesetzt und das an Kohlensäure verarmte sauerstoffreiche Wasser über eine Abflussleitung 6 in einen Abscheidereaktor 7 abgeleitet. Speziell gelangt das Wasser nach Durchlaufen der ersten Belüftungsstufe B I in den Abscheidereaktor A I. Dort wird das Calciumkarbonat aus der übersättigten Lösung zur Abscheidung gebracht und dabei wiederum Kohlensäure freigesetzt. In the embodiment of the device according to FIG. 1, the raw water to be softened is fed from the raw water line 1 to an aeration tower 2 and reaches the first aeration stage, which is designated B I, via a distribution floor 3. In this case, air is sucked in through lateral ventilation contactors, not shown in detail, which forms a large, constantly changing boundary layer in the ventilation element 4 with the water and brings about a gas exchange. After passing through each ventilation element 4, the used air is released to the opposite side and the oxygen-rich water, which is depleted in carbon dioxide, is discharged into a separating reactor 7 via a drain line 6. Specifically, after passing through the first aeration stage B I, the water reaches the separation reactor A I, where the calcium carbonate is removed from the supersaturated solution and carbon dioxide is released again.
Das von der Übersättigung befreite Wasser wird von dem Abscheidereaktor 7 über Rückführleitungen 8 im Belüftungsturm zum erneuten Kohlesäureaustrag zurückgeführt. Das Wasser gelangt von dem Abscheidereaktor A I in die Belüftungsstufe B III und dann nachfolgend über die Reaktoren A III, A V, A VII durch die nachfolgend ungeradzahligen Belüftungsstufen B V, B VII und B IX. Die geradzahligen Stufen B II mit dem Reaktor A II, B IV mit dem Reaktor AIV usw. können entweder anschliessend mit Hilfe einer Pumpe 9 mit dem gleichen Wasser beschickt werden, wobei die Schieber 10 und 11 geschlossen bleiben. Es ist auch möglich, die Anlage so zu betreiben, dass die geradzahligen Belüftungsstufen B II, B IV usw. parallel über die Rohwasserzufuhrleitung 1 beaufschlagt werden. Dies erbringt eine merklich geringere Entkarbonisierungswirkung, dafür aber den doppelten Durchsatz. Hierzu wird die Pumpe 9 abgestellt und der Schieber 12 geschlossen, während die Schieber 10 und 11 geöffnet werden. Dieses Wasser, das durch die parallel betriebenen Gruppen von Belüftungsstufen mit Reaktoren fliesst, gelangt in einen Sammelbehälter 13 und wird dort über die Reinwasserleitung 14 abgeführt. The water freed from the supersaturation is returned from the separation reactor 7 via return lines 8 in the ventilation tower to the renewed discharge of carbon dioxide. The water passes from the separation reactor A I into the aeration stage B III and then subsequently through the reactors A III, A V, A VII through the subsequently odd-numbered aeration stages B V, B VII and B IX. The even-numbered stages B II with the reactor A II, B IV with the reactor AIV etc. can either be subsequently charged with the same water with the aid of a pump 9, the slides 10 and 11 remaining closed. It is also possible to operate the system in such a way that the even-numbered ventilation levels B II, B IV etc. are acted on in parallel via the raw water supply line 1. This results in a noticeably lower decarbonization effect, but double the throughput. For this purpose, the pump 9 is switched off and the slide 12 is closed, while the slide 10 and 11 are opened. This water, which flows through the groups of aeration stages with reactors operated in parallel, reaches a collecting tank 13 and is discharged there via the pure water line 14.
Die in den einzelnen Reaktoren AI, A II usw. anfallenden Abscheidungsstoffe werden nach Öffnen der zugeordneten Schieber durch die Schlammleitungen abgeführt und, The deposition materials accumulating in the individual reactors AI, A II etc. are discharged through the sludge lines after opening the assigned slide and
falls erforderlich, einer Schlammbehandlung unterworfen. Auf diese Weise ist es möglich, je nach den Umständen das zu entkarbonisierende Wasser durch die erforderliche Anzahl von Belüftungsstufen mit Reaktoren fliessen zu lassen und so den gewünschten Härtegrad des Wassers einzustellen. if necessary, subjected to a sludge treatment. In this way it is possible, depending on the circumstances, to let the water to be decarbonized flow through the required number of aeration stages with reactors and thus to set the desired degree of hardness of the water.
In Fig. 2 ist in einem Diagramm das freie C02 (in mg/1) über der Karbonathärte (in mmol/1) aufgetragen. The free CO 2 (in mg / 1) is plotted against the carbonate hardness (in mmol / 1) in a diagram in FIG. 2.
Das zu entkarbonisierende Wasser befindet sich normalerweise in einem von der Gleichgewichtskurve 20 wiedergegebenen Zustand. Von einem Ausgangspunkt 21 wird durch die Belüftung Kohlensäure entfernt, und das Wasser gelangt bei einem angenommenen, leicht zu erreichenden Ausgangswirkungsgrad von tj = 40% pro Stufe in einen instabilen Zustand, der durch Punkt 22 wiedergegeben wird. Durch Kaikabscheidung unter gleichzeitiger Bildung äquimo-larer Mengen von C02 wird das Wasser wieder in einen neuen Gleichgewichtszustand zurückgeführt, der mit 23 bezeichnet ist. Das Wasser befindet sich also wieder in einem durch die Gleichgewichtskurve beschriebenen Zustand, aber mit geringerem Kalkgehalt. Durch die einzelnen Belüftungsstufen wird dieser Vorgang mehrere Male wiederholt, bis der gewünschte Endzustand 24 erreicht ist. The water to be decarbonized is normally in a state represented by the equilibrium curve 20. Aeration removes carbon dioxide from a starting point 21, and the water reaches an unstable state, which is represented by point 22, at an assumed, easy-to-reach output efficiency of tj = 40% per stage. The water is returned to a new equilibrium state by quay separation with simultaneous formation of equimolar amounts of CO 2, which is designated by 23. The water is again in a state described by the equilibrium curve, but with a lower lime content. This process is repeated several times through the individual ventilation stages until the desired final state 24 is reached.
Die Entkarbonisierung kann mit dieser Methode nicht zu sehr niedrigen Härten führen. Diese sind aber für die Aufgabenstellung der Trinkwasserversorgung auch unerwünscht, da hygienische Bedenken einer zu weitgehenden Enthärtung des Wassers entgegestehen. Für diese Teilent-karbonisierung ist es möglich, ohne'Chemikalienzusätze auszukommen und das Abfallprodukt auf die Kalkmenge zu minimieren, die bei dem Entkarbonisierungsvorgang tatsächlich aus dem Wasser ausgeschieden wird. Decarbonization with this method cannot lead to very low hardness. However, these are also undesirable for the task of drinking water supply, since hygienic concerns prevent the water from being softened too much. For this partial decarbonization, it is possible to do without chemical additives and to minimize the waste product to the amount of lime that is actually eliminated from the water during the decarbonization process.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich aus durch Siebböden 31, die übereinander angeordnet sind und durch die in einem Gebläse erzeugte Luft von unten nach oben geleitet wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Wasser auf den Siebböden quer zur Luftströmung verläuft und dann Verweil- und/oder Reaktionskammern durchfliesst, bevor es in den nächsten Siebboden mit nachgeschalteter Verweil- und/oder Reaktionskammer geführt wird und somit zickzackförmig die gesamte Anlage durchfliesst. In den Verweil- und/oder Reaktionskammern können sowohl Ausscheidungs- und Absetzvorgänge wie auch Adsorptions- und Flockungsvorgänge stattfinden; in den letztgenannten Fällen werden die Feststoffe zweckmässig in Wirbelschicht gehalten. The embodiment of the device shown in FIG. 3 is characterized by sieve trays 31 which are arranged one above the other and through which the air generated in a blower is directed from bottom to top. It is envisaged that the water on the sieve trays runs transversely to the air flow and then flows through retention and / or reaction chambers before it is led into the next sieve tray with a downstream retention and / or reaction chamber and thus flows through the entire system in a zigzag fashion. Both separation and settling processes as well as adsorption and flocculation processes can take place in the retention and / or reaction chambers; in the latter cases, the solids are expediently kept in a fluidized bed.
Im einzelnen ist die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung aus gleichartigen Elementen aufgebaut, die jeweils eine quadratische poröse Belüftungsplatte 31, in der Regel eine Lochplatte, und eine anschliessende Verweil- und/oder Reaktionskammer mit konischen Wänden 32 umfasst. Gegebenenfalls können auch zwei solche Kammern hintereinander angebracht werden. In particular, the device shown in FIG. 3 is constructed from similar elements, each of which comprises a square porous ventilation plate 31, usually a perforated plate, and a subsequent dwell and / or reaction chamber with conical walls 32. If necessary, two such chambers can also be installed one behind the other.
Mehrere dieser Elemente — je nach erforderlicher Aufbereitungsleistung 4 bis 12 — werden so übereinander angeordnet, dass die Belüftungsplatten waagrecht in gleichem Abstand genau übereinanderliegen, während die angesetzten Verweil- und/oder Reaktionskammern von Stufe zu Stufe Several of these elements - depending on the required processing capacity 4 to 12 - are arranged one above the other in such a way that the ventilation plates lie exactly one above the other horizontally, while the attached retention and / or reaction chambers move from stage to stage
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jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind. Die Belüftungsplatten werden so abgedichtet, dass eine mehrstufige geschlossene Kolonne 34 entsteht. Der so gebildete Belüftungsturm ist an den Seiten des Wasserein- und Wasseraustritts durch Wasserschlösser abgedichtet, so dass keine Luft seitlich entweichen kann. are each offset by 90 °. The ventilation plates are sealed in such a way that a multi-stage closed column 34 is formed. The ventilation tower thus formed is sealed on the sides of the water inlet and outlet by water locks so that no air can escape laterally.
Die (äussere) Verweil- und/oder Reaktionskammer enthält seitlich eine Überfallkante 35. Hier ist ein kleiner Kanal 36 angesetzt, der das Wasser der Lochplatte der darunterliegenden Stufe zuführt. The (outer) retention and / or reaction chamber contains an overflow edge 35 on the side. Here, a small channel 36 is attached, which supplies the water to the perforated plate to the step below.
Über der obersten Belüftungsplatte befindet sich eine Glocke mit Abzug 37. Die Belüftungsplatten werden vom Wasser waagrecht überströmt, während von unten über eine Verteilungskammer 38 mittels eines Kompressors Luft in grossem Überschuss eingeblasen wird, die durch die porösen Platten strömt und oben aus dem Abzug 37 austritt. Above the uppermost aeration plate there is a bell with a vent 37. The water flows horizontally over the aeration plates, while a large excess of air is blown in from below through a distribution chamber 38 by means of a compressor, which flows through the porous plates and exits the vent 37 at the top .
Durch die Kreuzstrombelüftung findet auf jeder Platte unter Ausbildung einer Schaumschicht ein intensiver Gasaustausch statt, wobei Oa aufgenommen und S02 freigesetzt wird. Das Wasser passiert eine Schaumbremse und tritt dann in die Verweil- und/oder Reaktionskammer 32 — und von da ggf. in den Reaktionsraum 33 — über, wo — ggf. unter Dosierzusätzen — die Reaktionen stattfinden. Der Austrag der gebildeten Reaktionsprodukte erfolgt seitlich. Due to the cross-flow ventilation, an intensive gas exchange takes place on each plate with the formation of a foam layer, whereby Oa is absorbed and S02 is released. The water passes through a foam brake and then enters the retention and / or reaction chamber 32 - and from there, if necessary, into the reaction space 33 - where the reactions take place, possibly with metering additives. The reaction products formed are discharged laterally.
Folgende Prozesse können in dem mehrstufigen Reaktor ablaufen: The following processes can take place in the multi-stage reactor:
Bei härterem Wasser findet in den oberen Stufen, ggf. unter Zugabe von Kristallisationskeimen, wie Feinsand, In the case of harder water, the upper stages, possibly with the addition of crystallization nuclei, such as fine sand,
nach dem COz-Austrag eine Kalkausscheidung und damit eine Teilentkarbonisierung statt. Nach Durchlaufen des Reaktors der ersten Stufe wird das Wasser der Belüftungsplatte der darunterliegenden Stufe zugeführt. So lässt sich der C02-Austrag und die anschliessende Kalkausscheidung beliebig oft wiederholen. after the COz discharge a lime separation and thus a partial decarbonization takes place. After passing through the first stage reactor, the water is fed to the aeration plate of the stage below. This means that the C02 discharge and the subsequent lime precipitation can be repeated as often as required.
Bei weicherem Wasser oder nach erfolgter Teilentkarbonisierung können die darunterliegenden Stufen dann auch für Flockungs-Austausch- oder Adsorptionsvorgänge sowie für die biologische Oxidation genutzt werden. Hierzu werden in die Zulaufrinnen der Belüftungsplatten oder in die Verweil- und/oder Reaktionskammern selbst Flockungsmittel, Flockungshilfsmittel, Aktivkohlen verschiedener Aktivierungsgrade und andere Adsorptionsmittel sowie weitere Sub-3 stanzen poröser Struktur, an denen Mikroorganismen haften und sich entwickeln können, zugesetzt. Durch Zugabe von Säuren oder Laugen oder durch den Zusatz von Kationen-und Anionenaustauschern in H+- bzw. OH_-Form können die Milieubedingungen des Wassers verändert und für diese 10 Vorgänge optimal gestaltet werden. In letzterem Fall ergibt sich gleichzeitig eine Reduzierung von Kationen bzw. Anio-nen (Calcium- bzw. Chloridionen). Stärkere Oxidationsmit-tel, wie KMn04, H202 und Ozon, können schwer abbaubare organische Substanzen in eine bioogisch abbaubare Form 15 überführen. In the case of softer water or after partial decarbonization, the stages below can also be used for flocculation exchange or adsorption processes as well as for biological oxidation. For this purpose, flocculants, flocculants, activated carbons of various degrees of activation and other adsorbents, as well as other sub-3 porous structures, to which microorganisms adhere and can develop, are added to the feed troughs of the aeration plates or to the retention and / or reaction chambers themselves. By adding acids or alkalis or by adding cation and anion exchangers in H + or OH_ form, the environmental conditions of the water can be changed and optimally designed for these 10 processes. In the latter case, there is a simultaneous reduction in cations or anions (calcium or chloride ions). Stronger oxidizing agents, such as KMn04, H202 and ozone, can convert poorly degradable organic substances into a biodegradable form 15.
Der Betrieb in der Wirbelschicht bei aufströmender Wasserführung vermeidet hohe Widerstände und erlaubt höhere Durchsätze bei besserer Ausnutzung der zugesetzten Chemikalien. Eine Verschleppung geringer Restmengen von 20 Reaktionsprodukten in die nachfolgenden Stufen ist in der Regel nicht kritisch. Zur besseren Ausnutzung kann es sogar vorteilhaft sein, gewisse Anteile von Adsorptionsmitteln, ausgebildeten Flocken und anderes unmittelbar in die nachfolgenden Stufen weiterzuführen, während die Hauptmenge 2s der technischen Hilfsstoffe und Reaktionsprodukte den einzelnen Stufen unmittelbar kontinuierlich oder periodisch entnommen werden. Unter Verwendung von Pumpen geringer Leistung ist es weiterhin auch möglich, die adsorptionsfähigen oder biologisch wirksamen Stoffe entgegen dem 30 Wasserfluss der darüberliegenden Reaktionsstufe zuzuführen und so eine Gegenstromwirkung derart zu erzielen, dass das unbelastete Adsorptionsmittel zunächst in der letzten Stufe dem am weitestgehend aufbereiteten Wasser angeboten wird und mit zunehmender Belastung auf stärker vorbelaste-35 tes Wasser trifft. The operation in the fluidized bed with flowing water avoids high resistances and allows higher throughputs with better use of the added chemicals. A carryover of small residual amounts of 20 reaction products into the subsequent stages is generally not critical. For better utilization, it may even be advantageous to carry on certain portions of adsorbents, flakes and other directly into the subsequent stages, while the main amount 2s of the technical auxiliaries and reaction products are immediately or periodically removed from the individual stages. Using pumps of low power, it is also possible to add the adsorbable or biologically active substances against the water flow to the overlying reaction stage and thus achieve a countercurrent effect in such a way that the unpolluted adsorbent is initially offered to the largely purified water in the last stage and with increasing stress meets more preloaded water.
Der gesamte Aufbereitungsgang verläuft in freiem Gefälle ohne Zwischenpumpen. Anschliessend ist nur noch ein Filtrationsschritt erforderlich. Da sowohl das Zudosieren als auch das Ableiten kontinuierlich oder in kleinen Schritten erfolgen kann, wird eine konstante Produktqualität erzielt. The entire preparation process runs on a free slope without intermediate pumps. Then only one filtration step is required. Since both metering and draining can take place continuously or in small steps, a constant product quality is achieved.
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2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings
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