CH642932A5 - Verfahren und anlage fuer die entwaesserung fluessiger flockenartiger schlaemme. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Entwässerung der bei der Wasserreinigung anfallenden flüssigen flockenartigen Schlämme durch ihr freies Vergiessen mit überwiegender horizontaler Bewegungskomponente, wobei aus den

Schlämmen Wasser abfliesst und ihre Verdickung eintritt und somit auch Stillsetzung des freien Schlammfliessens erreicht wird, zugleich auch die Ausbildung der entwässerten Schicht des festen Schlamms stattfindet, sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Manipulation mit den bei der Wasserreinigung entstehenden flockenartigen flüssigen Schlämmen stellt bisher einen wesentlichen Teil der Kosten für die Gesamtreinigung des Wassers dar. Mit Rücksicht auf eine verhältnismässig niedrige Konzentration dieser Schlämme und - bei Schlämmen mit biologischem Ursprung - auch auf ihre biologische Instabilität müssen diese Schlämme in einen festen Zustand entwässert werden, der eine bequeme Manipulation und einen bequemen Transport ermöglicht sowie unter Umständen auch unerwünschte biologische Prozesse begrenzt.

Das zur Zeit gebräuchlichste Verfahren der Entwässerung flüssiger, flockenartiger Schlämme stellt das Entwässerungsverfahren auf Schlammfeldern dar. Ein Schlammfeld besteht im wesentlichen aus einem flachen Becken mit wasserdurchlässiger Unterlage. Die Entwässerung des flüssigen flockenartigen Schlamms erfolgt durch Schlammwasserabfluss durch diese Unterlage, während fester Schlamm als Schicht auf dieser Unterlage liegen bleibt. Der wesentliche Nachteil der Schlammfelder ist eine ausgeprägte Verminderung der senkrechten Wasserdurchlässigkeit mit wachsender Dicke des festen Schlamms, so dass die maximale Schichtdicke für festen Schlamm sehr begrenzt ist. Das macht sehr grosse Schlammfelderflächen erforderlich und in der Praxis die Abraummechanisierung für den festen Schlamm unmöglich und verursacht Funktionsstörungen während der kalten Jahreszeit.

Weitere, oft verwendete Entwässerungsverfahren für flüssige flockenartige Schlämme sind Entwässerungsverfahren auf Schleudermaschinen bzw. auf Druckbandfiltern. Nachteilig sind bei beiden Verfahren die hohen Investitionsund Betriebskosten der Entwässerung. Die ziemlich hohen Investitionskosten ergeben sich aus der mechanischen Kompliziertheit und die grossen Abmessungen der erforderlichen Anlagen, die infolge der mechanischen Eigenschaften des Schlamms gegeben sind, wobei diese für die Funktion dieser Anlagen sehr ungünstig sind. Hohe Betriebskosten ergeben sich dann sowohl aus einem grossen Energieverbrauch und oft auch aus einem wesentlichen Verbrauch von Polykoagu-lanten, die zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Schlamms erforderlich sind, um die genannten Anlagen überhaupt verwenden zu können, als auch aus den hohen Ansprüchen für qualifiziertes Bedienungspersonal. Mit Rücksichtnahme auf diese Faktoren kommt eine solche Anlage für kleinere Reinigungsstationen überhaupt nicht in Frage.

Demgegenüber unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung darin, dass übereinanderliegende Schlammschichten gebildet werden und durch die oberen Schichten ein solcher Druck ausgeübt wird, dass ein thixotropisches Fliessen der unteren entwässerten Schichten erreicht wird, das beim Überschreiten der Fliessgrenze des flüssigen Schlamms stillgesetzt wird, und hierbei das Schlammwasser abfliesst.

Zweckmässig kann die Geschwindigkeit der Wasserableitung im Bereich der mechanischen Stillsetzung des thixotropischen Fliessens des entwässerten Schlamms kleiner sein als 10 mVTag auf 1 m der waagrechten Breite quer über den Wasserfluss.

Die erfindungsgemässe Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass sie aus einer undurchlässigen Unterlage besteht und diese wenigstens an einem Teil seines Umfanges durch wasser2

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durchlässige Wände begrenzt ist, wobei eine Zuleitung des flüssigen flockenartigen Schlamms über der undurchlässigen Unterlage angeordnet ist.

Raummässig ist diejenige Lösung vorteilhaft, bei der die Zuleitung gegenüber den wasserdurchlässigen Wänden in Wandnähe angeordnet ist, und ferner der Umstand, dass die Unterlage die Form eines Kreises aufweist, über dessen Mittelpunkt die Zuleitung angeordnet ist bzw. dass die Unterlage und die Wände von einem undurchlässigen Mantel umgeben sind, über dem ein Dach angeordnet ist, wobei zwischen den wasserdurchlässigen Wänden und dem Mantel die Sammelstellen für das Schlammwasser in der Unterlage einmünden.

Weiter kann unter der Zuleitung ein Vibrator angeordnet sein, wobei dieser in senkrechter Richtung überbrückbar auf der Leitung lagert.

Auch ist es vorteilhaft und einfach, dass in dem unteren Teil des Mantels mindestens eine Abnahmeöffnung ausgebildet ist.

Ein Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung wird fernerhin aufgrund der Zeichnung beschrieben, worin:

Fig. 1 eine Anlage in einem senkrechten Achsenschnitt und

Fig. 2 die Anlage nach Fig. 1 im Grundriss darstellt.

In einem Behälter 1 mit einem zweckmässigerweise zylinderförmigen Mantel 2 und einem undurchlässigen Boden 3 sind über der Gesamthöhe des Behälters zwei wasserdurchlässige Wände 4,4' eingebaut. Eine Zuleitung 5 ist zum oberen Teil des Behälters 1 über dem Niveau der wasserdurchlässigen Wände 4,4' und zweckmässigerweise im gröss-ten waagerechten Abstand von den wasserdurchlässigen Wänden 4,4' angebracht. Unter der Zuleitung 5 befindet sich eine Ableitstange 6. Bei dem Mantel 2 des Behälters 1, in der Nähe der Schlammzuleitung 5, ist auf einer Säule 71 ein mechanischer Vibrator 7 angeordnet. Im undurchlässigen Boden 3 hinter den wasserdurchlässigen Wänden 4,4' sind Sammelstellen 8 für das Schlammwasser eingebaut; diese sind über eine Rohrleitung 9 mit einer Rohwasser-Pumpgrube der Reinigungsstation verbunden, die jedoch nicht abgebildet ist. Bei dem undurchlässigen Boden 3 des Behälters 1 ist in dem Mantel 2 eine Entnahmeöffnung 10 angebaut. Der Behälter 1 ist oben mit einem Dach 11 verdeckt.

Das Entwässerungsverfahren basiert auf den biologischen Eigenschaften der flüssigen, flockenartigen Schlämme. Diese Schlämme sind nämlich durch eine Suspension der Schlammflocken im Wasser gebildet, und das ganze verhält sich als Bingham'sche Flüssigkeit, die erst dann zu fliessen beginnt, wenn die Scherspannung erreicht wird.

Diese Scherspannung nimmt mit zunehmender Konzentration der Suspension zu. Ausserdem weist diese Flüssigkeit auch Thixotropie auf, d.h. die Scherspannung wird im Vergleich mit der Scherspannung bei freiem Fluss durch Druck bzw. Vibration herabgesetzt.

Das Wasser selbst verhält sich im Schlamm als eine selbständige Newton'sche Flüssigkeit in poröser Umgebung, d.h. es fliesst über den Schlamm durch. Daher erfolgt bei einem freien Schlammfluss ein Fliessen des Schlammwassers aus dem Schlamm heraus über die Stirnseite des fliessenden Schlammstrahls, wodurch eine Erhöhung der Schlammkonzentration solange eintritt, bis beim Schlammfliessen die Scherspannung auf die Fliessgrenze absinkt, so dass das Schlammfliessen stillgesetzt und eine Festschlammschicht gebildet wird. Zwar fliesst das Schlammwasser von der Schicht des Festschlamms noch weiter ab, jedoch bereits sehr langsam.

Infolge des Übereinandersetzens der einzelnen Schichten des Festschlamms entsteht stufenweise ein kegelförmiges Gebilde. Bei hinreichender Grösse des Kegels wird der auf

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die unteren Schichten ausgeübte Druck schon so gross, dass eine thixotropische Herabsetzung der Scherspannung dieser Schichten eintritt und diese seitwärts fliessen, so dass ein thixotropisches Zerfliessen des Kegels erfolgt. Dieses thixotropische Zerfliessen kann durch eine weitere Herabsetzung der Scherspannung des entwässerten Schlamms mit Hilfe von Vibrationen unterstützt werden. Dass thixotropische Zerfliessen des entwässerten Schlamms kann durch Einwirkung eines zweckmässigen Hindernisses des Fliessens, z.B. durch Einwirkung der wasserdurchlässigen Wände, mechanisch stillgesetzt werden. Eine mechanische Stillsetzung des thixo-tropischen Zerfliessens macht die Bildung hoher Schichten des entwässerten Schlamms möglich.

Das aus dem zu entwässernden Schlamm abfliessende Schlamm wasser muss dabei hinter die Grenze der mechanischen Stillsetzung des thixotropischen Zerfliessens des entwässerten Schlamms abfliessen. Daher soll das Hindernis in Form von wasserdurchlässigen Wänden 4,4', die die mechanische Stillsetzung des thixotropischen Zerfliessens des entwässerten Schlamms bewirken, wenigstens in einem bestimmten Teil von unten bis zur oberen Schlammfüllgrenze wasserdurchlässig sein. Mit Rücksicht auf diese Wasserdurchlässigkeit muss die mechanische Stillsetzung des thixotropischen Zerfliesens des entwässerten Schlamms erst hinter der Grenze erfolgen, wo die Fliessgrenze des flüssigen Schlamms erreicht wird, da der nicht entwässerte flüssige Schlamm sonst durch das wasserdurchlässige Hindernis beim thixotropischen Fliessen fliessen würde.

Bei den üblichen flockenartigen flüssigen Schlämmen ist experimentell festgestellt worden, dass es zur Sicherstellung dieser Voraussetzung genügt, auf der Stelle der mechanischen Stillsetzung des thixotropischen Fliessens des entwässerten Schlamms die Wassergeschwindigkeit kleiner als 10 m3/Tag auf 1 m Breite quer zum Wasserfluss zu halten. Der flocken-artige Schlamm wird über die Zuleitung 5 zugeführt, wobei die Ableitstange 6 zur Ableitung des zufliessenden Schlamms bis zum Schlammniveau im Behälter 1 dient. Bei den Schlämmen mit einer hohen Grenze des thixotropischen Fliessens wird zur Verflüssigung des abgesetzten Schlamms ein mechanischer Vibrator 7 verwendet, der an der Leitung 71 auch vertikal überbrückbar angeordnet werden kann.

Das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung eignen sich insbesondere zur Verdickung gut stabilisierter biologischer Schlämme bei biologischer Wasserreinigung sowie zur Verdickung der Kalkschlämme bei chemischer Wasserreinigung. Zufriedenstellende Ergebnisse können auch bei anderen flockenartigen Schlammarten z.B. bei chemischer Schlammreinigung unter Verwendung von hydrolysierenden Koagulanten, erreicht werden.

Das Verfahren zur Entwässerung von flüssigen biologischen Schlämmen sowie die Anlage zu dessen Durchführung nach der Erfindung bieten zahlreiche Vorteile. Im Vergleich mit den Schlammfeldern wird eine wesentliche Einsparung der Fläche, die Möglichkeit einer bequemen Mechanisierung des Abraums des festen Schlamms sowie die Möglichkeit einer bequemen Begrenzung der Störungen während der kalten Jahreszeit erreicht. Die genannten Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit der Ausbildung einer hohen Schicht des entwässerten Schlamms sowie aus der mechanischen Widerstandsfestigkeit der festen Unterlage. Im Vergleich mit Schleudermaschinen und mit Druckbandfiltern werden wesentlich niedrigere Investitions- und Betriebskosten erforderlich. Niedrigere Investitionskosten ergeben sich aus der einfachen Art der erfindungsgemässen Anlage. Niedrigere Betriebskosten sind dadurch gegeben, dass zum eigentlichen Entwässerungsprozess weder Energie noch Polykoagulante erforderlich sind und dass die Anlage nur geringe Ansprüche an deren Bedienung stellt.

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Claims (12)

642 932 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren für die Entwässerung der bei der Wasserreinigung anfallenden flüssigen flockenartigen Schlämme durch ihr freies Vergiessen mit überwiegender horizontaler Bewegungskomponente, wobei aus den Schlämmen Wasser abfliesst und ihre Verdickung eintritt und somit auch Stillsetzung des freien Schlammfliessens erreicht wird, zugleich auch die Ausbildung der entwässerten Schicht des festen Schlamms stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass übereinanderliegende Schlammschichten gebildet werden und durch die oberen Schichten ein solcher Druck ausgeübt wird, dass ein thixotropisches Fliessen der unteren entwässerten Schichten erreicht wird, das beim Überschreiten der Fliessgrenze des flüssigen Schlamms stillgesetzt wird, und hierbei das Schlammwasser abfliesst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten des entwässerten Schlamms die unteren, vorgängig gebildeten Schichten des entwässerten Schlamms unmittelbar nur zu einem Teil überdecken und zum übrigen Teil die Luft freien Zutritt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flockenartige Schlamm nach seinem Vergiessen der Einwirkung einer mechanischen Vibration ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Vibrationen unterbrechend einwirken.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Wasserableitung im Bereich der mechanischen Stillsetzung des thixotropischen Fliessens des entwässerten Schlamms kleiner als 10 m3/Tag auf 1 m waagrechter Breite quer zum Wasserfluss ist.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer undurchlässigen Unterlage (3) besteht und diese wenigstens an einem Teil ihres Umfanges durch wasserdurchlässige Wände (4,4') begrenzt ist, wobei eine Zuleitung (5) des flüssigen flockenartigen Schlamms über der undurchlässigen Unterlage (3) angeordnet ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (5) gegenüber den wasserdurchlässigen Wänden (4,4') in Wandnähe angeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchlässige Unterlage (3) die Form eines Kreises hat, über dessen Mittelpunkt die Zuleitung (5) angeordnet ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die undurchlässige Unterlage (3) sowie die wasserdurchlässigen Wände (4,4') von einem undurchlässigen Mantel (2) umgeben sind, über dem ein Dach (11) angeordnet ist, wobei zwischen den wasserdurchlässigen Wänden (4,4') und dem Mantel (2) in der Unterlage (3) Sammelstellen (8) für das Schlammwasser einmünden.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Zuleitung (5) ein Vibrator (7) angebracht ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator (7) auf der Zuleitung (5) in senkrechter Richtung überbrückbar angeordnet ist.

12. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Teil des Mantels (2) mindestens eine Entnahmeöffnung (10) ausgebildet ist.