CH634757A5 - Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von schwebstoffen aus suspensionen durch absitz- und filterverfahren. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von schwebstoffen aus suspensionen durch absitz- und filterverfahren. Download PDF

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Schwebstoffen aus Suspensionen durch ein kombiniertes Absitz- und Filterverfahren.
Die Entfernung von Schwebstoffen ist deshalb wichtig, da diese die Wassergüte oder allgemein die Qualität von Flüssigkeiten herabsetzen und z. B. im Klarlauf von Kläranlagen zu einer erhöhten Belastung der Gewässer führen.
Diese Schwebestoffe treten als Teilchen von der Grösse zwischen 1 (im und mehreren mm in Konzentrationen von wenigen mg/1 bis einige g/1 bzw. in einer zwei Stunden lang abgesetzten Probe von etwa 0,1 bis einige hundert ml/1 auf.
Es ist bekannt, dass zur Entfernung von Schwebstoffen aus Wasser, Abwasser und anderen Flüssigkeiten Methoden der Sandfiltration, Microsiebung und/oder Schaumstoffiltra-tion eingesetzt werden. Bei der Sandfiltration wird die zu reinigende Flüssigkeit durch Sandschichten gedrückt. Die Filtrationswirkung wird dadurch erreicht, dass die einzelnen Sandkörner nicht lückenlos aufeinander hegen, sondern Hohlräume freilassen, deren Grösse von der Körnung des Sandes abhängig ist. Sandfilter sind aus mehreren Schichten von Sanden oder anderen Granulaten verschiedener Korngrösse aufgebaut. Die in Filtrationsrichtung gesehen zuerst durchströmte Sandschicht hat die gröbste Körnung und damit auch die grössten Lücken. Die nachfolgenden Sandschichten bestehen aus immer feinerem Sand und haben damit auch kleinere Lücken. Die Filterwirkung beruht darauf, dass irgendwann in irgendeiner Sandschicht mindestens eine der geometrischen Abmessungen der abzutrennenden Sus-pensa (Schwebstoffe) grösser ist als die Lücke zwischen den einzelnen Sandkörnern, d.h. in der Sandschicht mit der groben Körnung werden grossvolumige Schwebstoffe zurückgehalten, in den Sandschichten feiner Körnung kleinervolumi-ge Suspensa. Die Körnung kann nahezu beliebig klein gemacht werden und erreicht dort ihre Grenze, wo hoher Druckverlust in den engen Lücken zu unwirtschaftlichem Betrieb führt.
Bei der Microsiebung wird die Flüssigkeit durch Gewebe aus gekreuzten und miteinander verknoteten oder ver-schweissten Kunststoff- oder Metallfäden geleitet. Die Filterwirkung wird von der Maschenweite, d.h. dem Abstand der einzelnen Fäden zueinander, den Schwebstoffabmessungen und der Anreicherung von Schwebstoffen auf der Microsieboberfläche bestimmt. Die Microsiebe werden von einer Seite mit der zu trennenden Suspension beaufschlagt, wobei die grösseren Schwebstoffe auf dem Gewebe zurückgehalten werden und zum Teil die freien Durchgänge zwischen den einzelnen Gewebefäden abdecken. Die effektive Grösse der Maschen wird also immer kleiner, je länger das Siebgewebe mit der zu trennenden Suspension belastet wird, da die teilweise durch grobe Schwebstoffe abgedeckten Durchgänge zwischen den Gewebefäden wiederum durch andere Suspensa ganz oder teilweise blockiert werden; mit zunehmender Filterzeit werden also immer feinere Schwebstoffe so lange aus der Suspension abgetrennt, bis alle Durchgänge schliesslich verstopft sind. Nach einer Abreini-gung des Siebgewebes von den aufkonzentrierten Schwebstoffen kann der oben beschriebene Filtervorgang wiederholt durchgeführt werden.
Bei der SchaumstofEltration nutzt man die stark verzweigte Struktur des Schaumstoffes für die Filtration aus. Sie entsteht dadurch, dass verschiedene niedermolekulare, niederviskose Komponenten, homogen vermischt mit Zusatzstoffen und Treibgas, turbulenzfrei miteinander reagieren und aufschäumen. Um die eingeschlossenen Gasblasen herum bilden sich untereinander verbundene Häute, die beim weiteren Aufschäumen aufplatzen und das Gas entweichen lassen. Das Aushärten muss dabei so gesteuert werden, dass die Gasblasen entweichen können, ehe das Material aushärtet, damit eine offenzellige Schaumstoffstruktur, d.h. ohne eingeschlossene und damit den Durchfluss blockierende Gasblasen, entsteht. Das Gerüst des Schaumstoffes wird dabei durch die verbleibenden Verbindungsstege zwischen den einzelnen Blasen gebildet. Durch dieses Labyrinth der Stege, die unterschiedliche Abstände voneinander haben, wird die zu trennende Suspension hindurchgeleitet, wobei sich die Schwebstoffe aufgrund ihrer geometrischen Form in der Schaumstoffstruktur verfangen, dabei zum Teil die freien Durchgänge blockieren und somit aufgrund der kleineren Durchgänge eine Abtrennung von noch feineren Suspensa ermöglichen, bis der Schaumstoff ganz verstopft ist. Nach einer Reinigungsphase ist der Schaumstoff wieder aufnahmefähig und der gleiche Filtervorgang kann erneut ablaufen.
In einer bekannten Vorrichtung wird ein von einem Schaumstoff völlig umschlossenes, in die Suspension eintauchendes perforiertes Rohr verwendet, das zur mechanischen Stabilisierung des Schaumstoffkörpers verwendet wird und gleichzeitig das Ablaufen der gereinigten Flüssigkeiten ermöglicht. Der Filtervorgang läuft dabei ab wie oben beschrieben, indem die zu trennende Suspension den Schaum2
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stoffkörper durchdringt, und die Suspensa in der Zellstruktur zurückgehalten werden. Nach der Beladung, bei unzureichender Reinigungsleistung oder bei zu hohem Druckabfall muss eine diskontinuierliche Abreinigung des Schaumstoffkörpers durch Auspressen und Abbürsten erfolgen.
Bei Vorrichtungen zur Microsiebfiltration werden Metall-, Holz-, Kunststoffrahmen oder Trommeln mit Gewebe aus Kunststoff, Metall oder mit gelochten Kunststoff- oder Metallplatten bespannt. Die auf der Zylinderfläche bespannte Trommel taucht teilweise in die gereinigte Flüssigkeit ein und wird von innen mit der zu trennenden Suspension beaufschlagt. Die gereinigte Flüssigkeit läuft in der Filterzone, das ist der Bereich des Filtergewebes, der die zu reinigende Flüssigkeit und die gereinigte Flüssigkeit voneinander räumlich trennt, nach aussen hin ab, während die Schwebstoffe innen auf der Gewebeoberfläche zurückgehalten werden. Damit eine Zusetzung des Gewebes vermieden wird, dreht sich die Trommel und wird in einer Reinigungszone ständig von aussen mit gereinigter Flüssigkeit oder Wasser besprüht, wobei die innen am Gewebe anhaftenden aufkonzentrierten Schwebstoffe abespült, in einer Wanne aufgefangen und getrennt abgeleitet werden.
Bei Sandfiltern wird die zu trennende Suspension durch die oben beschriebenen Sandschichten geleitet. Als Behälter werden verschieden gestaltete Rohre oder Säulen verwendet, die auf relativ kleiner Fläche eine Vielzahl von Sandschichten aufnehmen können. Wenn die Filterwirkung nachlässt oder der Druckverlust zu hoch wird, muss die Sandfüllung entgegen der Filtrationsrichtung durchgespült werden. Dadurch werden die einzelnen Sandkörner voneinander abgehoben, und die eingeschlossenen oder angelagerten Schwebstoffe können mit dem Spülwasser abfliessen. Bei diesem Spülvorgang werden die Sandschichten umgelagert, da die feinen Sandkörner beim Spülen am weitesten in Spülrichtung mitgenommen werden. Die grobe Sandschicht würde also bei Filtration von oben nach unten nach dem Spülvorgang unten liegen, und die feinste Sandschicht oben. Dieser Effekt kann zum Teil dadurch verhindert werden, dass Stoffe unterschiedlicher Dichte (Anthrazit, Sand) zum Aufbau der Filterschichten verwendet werden. Die gröbere Schicht wird aus leichtem Material hergestellt, während die Teilchen der feinsten Schicht am schwersten sind. Bei Filtration von unten nach oben findet zwar keine Umschichtung statt, da hier ohnehin die grobe Schicht unten angeordnet ist. Die Handhabung des Systems wird aber insgesamt schwieriger, da schon beim Filtrieren bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit oder bei stärkerer Beladung die Sandkörner voneinander abheben und die mitgerissenen Schwebstoffe den Klarlauf verunreinigen, wenn keine Vorrichtung zum Niederhalten der Sandpackung vorgesehen ist.
Aufgrund ihres Aufbaus haben Sandfilter eine gute Reinigungsleistung bei relativ niedrigen Investitions- und Filtermaterialkosten. Als Nachteile stehen dem aber relativ hohe Betriebsdrücke aufgrund des grossen Druckverlustes in der Packung und somit hohe Energiekosten gegenüber. Der Platzbedarf ist gross und die Regulierbarkeit unzureichend, da sich nur der Durchsatz, das Filtervolumen oder die Pak-kungsdichte, d.h. die Korngrösse des Filtermaterials variieren lassen. Alle diese Massnahmen sind mit viel Aufwand verbunden und in der Praxis nur zum Teil regelbar. Meist fallt ein zu trennendes Suspensionsvolumen pro Zeiteinheit an, der Durchsatz entfällt somit als Regelgrösse. Eine Änderung des Filtervolumens ist nur mit relativ grossem Investitionsaufwand möglich und die Veränderung der Korngrösse des Filtermaterials hat jeweils grössere Umbauar-beiten zur Folge, da immer eine neue Packung vorbereitet werden muss. Diese Unterbrechung des Filtervorganges muss auch bei der Reinigung in Kauf genommen werden, da die Abreinigung, wie oben beschrieben, diskontinuierlich und nur bei Sonderkonstruktionen kontinuierlich erfolgt. Ein weiterer Nachteil ist die relativ lange Verweilzeit der aufkonzentrierten Suspensa in den Sandschichten. Da das zu filtrierende Wasser nicht sauerstofffrei ist und noch eine gewisse Restverschmutzung enthält, können sich auf den Sandkörnern und in den Zwischenräumen Microorganismen ansiedeln, die dazu führen, dass das Sandfilter schneller verstopft, ausserdem kann es zu Geruchsbelästigungen kommen.
Bei der Microsiebfiltration kommt man zwar mit niedrigen Betriebsdrücken aus, da der Druckverlust durch das Gewebe gering ist und die Druckverluste durch abgeschiedene Suspensa auf der Gewebeoberfläche klein gehalten werden können, da die Möglichkeit besteht, über eine erhöhte Trommeldrehzahl oder eine Erhöhung der Abspritzwassermenge die Abreinigung zu beschleunigen und damit die Druckverluste zu verringern. Durch die Kombination von kontinuierlicher Filtration und Abreinigung ist auch die Verweilzeit der gefilterten Schwebstoffe gering und der Energiebedarf aufgrund der niedrigen Druckverluste klein. Die Filteroberfläche wird ausserdem gleichmässig belastet, und der Platzbedarf ist im Vergleich zum Sandfilter kleiner. Nachteilig ist aber, dass bewegte Teile vorhanden sind, wie z.B. Lager, die bei falscher Materialwahl oder unzureichender Wartung quellen und damit fressen können. Die Kunststoffgewebe sind relativ teuer, der Aufwand für Gewebe in Metallausführung liegt noch deutlich höher. Die Kunststoff-gewebe sind sehr empfindlich bei mechanischer Beanspruchung und setzen sich, wie auch Metallgewebe, bei zu hohen Schwebstoffkonzentrationen in der Suspension zu.
Ausserdem ist die Abspritzung des Gewebes nicht sehr effektiv, da bei guter Reinigungsleistung, je nach der Korngrösse der Schwebstoffe in der Suspension, feine Maschenweiten verwendet werden müssen. Diese Gewebe haben ein relativ ungünstiges Verhältnis zwischen Gesamtgewebefläche und freier Filterfläche, d.h. dem Anteil des Gewebes, der aus freien Durchgängen besteht. Wenn das beladene Gewebe entgegen der Filtrationsrichtung mit gereinigtem Wasser besprüht wird, wird der überwiegende Anteil des Abspritzwassers an der Gewebeoberfläche zurückgeworfen und nur ein kleiner Teil dringt wirklich durch das Gewebe hindurch und löst die aufkonzentrierten Suspensa ab. Wenn man, um die Reinigungsleistung zu verbessern, den Druck des Abspritzwassers erhöht, besteht die Gefahr, dass die im gereinigten Wasser noch enthaltenen Schwebstoffe wie kleine Geschosse auf die Gewebeoberfläche auftreffen, zwischen die Gewebefaden hineingepresst werden und die freie Filterfläche von aussen blockieren. Die Folgen davon sind: relativ hohe Betriebsdrücke, grosse Abspritzwassermengen im Vergleich zum Durchsatz, eine stark verringerte Standzeit oder sogar eine irreparable Beschädigung des Gewebes.
Ein Schaumstoffilter ist demgegenüber stossunempfind-lich, da die Schwebstoffe nicht nur auf der Schaumstoffober-fläche angereichert werden wie bei der Microsiebfiltration, sondern der Filtervorgang überwiegend im Schaumstoff selbst stattfindet. Die Reinigungsleistung ist dementsprechend vergleichbar mit der eines Sandfilters, der Energieaufwand ist aber niedriger, da der Druckverlust des Schaumstoffes wesentlich kleiner ist als der einer Sandpackung. Nachteilig sind, ähnlich wie beim Sandfilter, die diskontinuierliche Abreinigung und die damit verbundenen Durchsatzschwankungen bei konstantem Betriebsdruck, oder der steigende Druck bei konstantem Durchfluss. Ausserdem gelangen beim Auspressen des Schaumstoffes im System Schwebstoffe ins gereinigte Wasser, da der Schaumstoff zwar die Suspension und das gereinigte Wasser räumlich voneinander trennt, jedoch keine definierte Auspresszone vorge-
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sehen ist, in der die im Schaumstoff'autkonzentrierten Schwebstoffe ausgepresst werden können, ohne das gereinigte Wasser wieder zu belasten. Eine effektive Reinigung ist bisher nur nöglich, wenn der Schaumstoff aus der Suspension herausgenommen und ausserhalb des Systems gereinigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen unter Behandeln des zur Filtration verwendeten Schaumstoffkörpers Schwebstoffe aus kontinuierlich strömenden Suspensionen durch Filtration durch Schaumstoffkörper entfernt werden sollen, ohne den kontinuierlichen Fluss der Suspensionen durch eine erforderliche Regenerierung des mit Schwebstoffen beladenen Schaumstoffkörpers unterbrechen zu müssen.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist durch die Massnahmen von Anspruch 2 umschrieben.
Der mit den erfindungsgemässen Verfahren erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, dass mit billigem Filtermaterial bei kleinen Betriebsdrücken und damit niedrigen Betriebskosten eine sehr gute Reinigungsleistung erreicht wird, ohne dass der kontinuierliche Fluss der zu reinigenden Suspension unterbrochen werden muss und ohne dass, wie bei der Microsiebfiltration zum Rückspülen des Filters, Flüssigkeit gepumpt werden muss.
Der die strömende Suspension und das Filtrat räumlich voneinander trennende Schaumstoffkörper wird vorzugsweise durch die aufeinanderfolgenden und in Zeitabständen wiederkehrenden Auspressvorgänge entgegen der Strömungsrichtung der Suspension von den am und im Schaumstoff angelagerten Schwebstoffen durch Verdrängen der gespeicherten Schwebstoffe aus allen Abschnitten des Schaumstoffes gereinigt. Die Schwebstoffe können somit nacheinander in die Suspension zurückgespült und nach dem Absetzen im Absetz- oder Sedimentationsbecken als Konzentrat abgezogen werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 beschrieben.
Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung werden durch die Massnahmen der Ansprüche 4 und 5 umschrieben.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können in vorteilhafter Weise im Gegensatz zu Sandfiltern Suspensionen kontinuierlich, mit niedrigen Energie- und Investitionskosten betriebs- und wartungsfreundlich getrennt werden, wobei im Gegensatz zu Microsiebmaschinen keine getrennte Abspritzvorrichtung für die auf dem Filtergewebe angelagerten Schwebstoffe vorgesehen werden muss, da aufgrund des Wasserspeichervermögens des Schaumstoffkörpers eine Reinigung durch Verdrängen dieses gespeicherten Wassers mittels einer einfachen Auspressvorrichtung genügt, die an-oder eingelagerten Schwebstoffe ganz oder teilweise aus dem Schaumstoffkörper herauszuspülen. Ausserdem ist man in der Lage - abweichend von bisher bekannten Vorrichtungen - Schwebstoffe aus kontinuierlich strömenden Suspensionen direkt in bereits bestehenden Absetz- oder Reinigugnsbecken durch Filtration durch Schaumstoffkörper abzutrennen,
ohne den Fluss der Suspensionen durch Abreinigung unterbrechen zu müssen, indem man kontinuierlich die gespeicherte Flüssigkeit und damit die ein- und angelagerten Schwebstoffe aus dem Schaumstoff herausspült, aufgrund der verbesserten Absetzfähigkeit im Behälter absetzen lässt, auf diese Weise nochmals statisch eindickt und konzentriert ableiten kann.
Gegenüber der aus der GB-PS 1 210 967 bekannten Vorrichtung mit einem auf einer drehbaren Siebtrommel angeordneten Schaumstoffkörper besteht bei der Vorrichtung nach der Erfindung mit dem ortsfesten Schaumstoffkörper der Vorteil, dass der ortsfeste Schaumstoffkörper bei gleicher Reinigungsleistung eine kleinere Filterfläche aufweist als der bewegbare Schaumstoffkörper, da dieser immer nur zum Teil in das Abwasser eintaucht. Es erübrigen sich ausserdem aufwendige Abdichtungen mechanisch bewegter Teile.
Die Erfindung ist nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher Fig. 1 und 2 eine Vorrichtung zur Abscheidung von Schwebstoffen in einer Draufsicht bzw. im Schnitt zeigen.
Bei der Vorrichtung ist ein Schaumstoff 20 direkt in ein Absetz- und Klärbecken 21 eingebaut. Der Schaumstoff 20 wird dabei zwischen einer Tauchwand 22, die die auf der Oberfläche 23 der Flüssigkeit schwimmenden Stoffe zurückhält und einer Überlaufwand 24 für den Klarlauf angebracht. Als Auflagefläche für den Schaumstoff 20 dient ein stabiles Gitter 25, auf dem der Schaumstoff 20 fixiert wird und das ausserdem ein Druchbiegen des Schaumstoffes 20 beim Auspressen verhindert.
Der Schaumstoff 20 muss eng an den seitlichen Führungswänden 22 und 24 anliegen, damit ein direktes Abflies-sen der ungereinigten Suspension vermieden wird. Die durch ein Rohr 27 zugeführte und im Absetzbecken 21 aufsteigende Suspension muss, um abfliessen zu können, den Schaumstoff 20 durchströmen, wobei die Schwebstoffe am und im Schaumstoff 20 zurückgehalten werden.
Die Regenerierung des Schaumstoffes 20 erfolgt gleichzeitig mit dem Filtriervorgang durch eine über den Schaumstoff 20 bewegte Auspressvorrichtung 26, die zusammen mit der im Schaumstoff 20 gespeicherten Flüssigkeit die an- und eingelagerten Schwebstoffe in die Suspension zurückspült, wo sich die ausgepressten Schwebstoffe absetzen, um dann als Konzentrat durch eine Öffnung 28 abgezogen werden zu können. Die Anpresseinrichtung 26 kann mit einer Einrichtung zur Regulierung ihres Anpressdruckes versehen sein.
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Auspressvorrichtung 26 richtet sich nach der Beladung des Schaumstoffes 20 mit Schwebstoffen und nach dem Reinigungsgrad.
Bei zu hoher Beladung mit Schwebstoffen, d.h. zu hohem Betriebsdruck und schlechtem Reinigungsgrad, werden die Geschwindigkeit oder die Anpresskraft der Auspressvorrichtung 26 erhöht, bei niedrigem Betriebsruck und schlechtem Reinigungsgrad werden Geschwindigkeit und Anpressdruck verringert, um eine günstigere Beladung und damit feinere Poren im Schaumstoff 20 zu erzielen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können bei überbelasteten Nachklärbecken von kommunalen und industriellen Kläranlagen sowie bei der Aufbereitung von Trinkwasser eingesetzt werden.
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Claims (5)

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1. Verfahren zur Abscheidung von Schwebstoffen aus Suspensionen durch ein kombiniertes Absitz- und Filterverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnde Suspension in ein Absetzbecken eingeführt wird, wo eine Schwerkraftabscheidung der Schwebstoffe stattfindet, und dass vor der Abführung der so behandelten Flüssigkeit eine Filterung durch einen oder mehrere ortsfest angeordnete Schaumstoffkörper erfolgt, wobei diese oder Teile derselben unter fortwährender Zuführung von Rohsuspensionen zum Absetzbecken aufeinanderfolgend und in Zeitabständen wiederkehrend einer mechanischen Auspressung unterzogen werden, die so vorgenommen wird, dass während des Filtrationsvorganges an der Oberfläche des Schaumstoffkörpers oder im Schaumstoffkörper selbst angelagerte, bzw. gesammelte Schwebstoffe bzw. Schwebstoffschichten in das Flüssigkeitsvolumen des Absetzbeckens aus- bzw. zurückgedrückt werden, um dort zu sedimentieren, und wobei abgesetzter Schlamm abgezogen und gereinigtes Wasser nach der Filtration abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schaumstoff körper liegende Stoffe vor der Auspressung abgehoben und entfernt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffkörper (20) vor der Überlaufwand (24) eines Absetzbeckens (21) so angebracht ist, dass das kontinuierlich ablaufende Wasser, ehe es das Absetzbecken (21) ver-lässt, den Schaumstoffkörper (20) durchdringen muss, wobei die im Wasser erhaltenen Schwebstoffe auf- und im Schaumstoffkörper (20) zurückgehalten und durch eine bewegte Auspressvorrichtung (26) durch Auspressen des im Schaumstoffkörper (20) gespeicherten Wassers in das Absetzbecken (21) zurückgespült werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schaumstoffkörper unterschiedlicher Porenweite übereinandergeschichtet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffkörper (20) aus wasserdampfge-schäumtem Polyurethanschaumstoff besteht.
CH294678A 1977-03-22 1978-03-17 Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von schwebstoffen aus suspensionen durch absitz- und filterverfahren. CH634757A5 (de)

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