DD213839A1 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von stoffen aus fluessigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von suspendierten, kolloidalen und geloesten Stoffen aus Fluessigkeiten. Sie ist insbesondere anwendbar fuer die Aufbereitung von Trinkwasser, Brauchwasser und vorgereinigtem Abwasser. Ziel der Erfindung ist die Kompaktierung der Verfahrensstufen Flockung, Sedimentation und Filtration in einem Aufbereitungsprozess. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die aufzubereitende Fluessigkeit nacheinander eine Sedimentationszone und eine Filtrationszone durchstroemt, wobei in der Sedimentationszone ein Geschwindigkeitsabfall durch einen teilweisen Abzug der Fluessigkeit erzeugt wird. Der uebrige Teil der Fluessigkeit wird direkt auf ein vorzugsweise schwimmendes koerniges Filterbett aufgebracht, waehrend die abgezogene Fluessigkeit direkt in das Filterbett eingeleitet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Stoffen aus Flüssigkeiten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von suspendierten, kolloidalen und gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere Wasser. Sie ist anwendbar für die Aufbereitung von Trinkwasser, Brauchwasser und vorgereinigtem Abwasser wie auch für die Abtrennung von Feststoffen aus flüssigen Abprodukten der Industrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt·, suspendierte Stoffe aus Flüssigkeiten mittels Sedimentation oder Filtration auszuscheiden. Kolloidale und gelöste Stoffe müssen vor der Trennung durch Flockung und Fällung in suspendierte Form überführt werden.

Moderne Verfahren nutzen bei der Sedimentation das Prinzip der Phasentrennung mittels geneigter Röhren oder Lamellen. Die Filtration erfolgt zumeist mittels eines körnigen Filterbettres in Form eines Schwerkraft- oder eines Schwimmkornfilters. Entsprechend den Anforderungen an das zu behandelnde Rohwasser ist eine zeitweilige oder dauernde Zugabe von Aktivkohle in Pulverform in die Filterstufe möglich.

Beide Verfahrensstufen werden in der Praxis durch separate Reaktoren als komplette funktionsfähige Anlagen getrennt für Flokkung und Sedimentation und für Filtration realisiert. Bei den Anlagen zur Flockung und Sedimentation kann eine besonders wirksame Reinigung dadurch erreicht werden, daß die zulaufende Flüssigkeit durch eine schwebende Flockenschicht geleitet

wird. Zur Stabilisierung dieser Flockenschicht ist es vorteilhaft, einen bestimmten Anteil der Flüssigkeit seitlich abzuziehen. Unter Druck arbeitende Anlagen haben eine höhere Effektivität als offene Anlagen. Mit den bisherigen Anlagen ist aber eine selbsttätige Regelung des Seitenabzugs für Druckanlagen nicht möglich.

Bei der Filtration über ein körniges Filterbett ergibt sich, daß dieses an der Zulaufseite zuerst verschmutzt, wodurch ein hoher Druckverlust entsteht. Der übrige Teil des Filterbettes wird nur in geringem Maße ausgenutzt.

Die Anordnung der Yerfahrensschritte in getrennten Reaktoren führt zu hohen baulichen und anlagentechnischen Aufwendungen und erfordert einen erheblichen Platzbedarf. Auf die Betriebsführung wirkt sich ungünstig aus, daß die Flockungs- und Sedimentationsstufe kontinuierlich und die Filtrationsstufe diskontinuierlich jeweils bei unterschiedlichen Belastungen arbeiten. Dadurch entsteht auch ein hoher Bedienungsaufwand. Durch die verbindenden Rohrleitungen und Pumpen zwischen den einzelnen Reaktoren sind Störungen des Aufbereitungsprozesses möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mit dem die an sich bekannten Verfahrensstufen Flockung/Sedimentation und Filtration in so einer Weise miteinander verbunden werden, daß eine Intensivierung des Aufbereitungsprozesses erreicht wird. Die Verfahrenastufe der Flockung und Sedimentation soll auch unter Druck arbeiten können und bei der Filtration soll eine Tiefbettwirkung erreicht werden.

Es ist weiterhin Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln,' mit der alle notwendigen Prozeßstufen einschließlich der Adsorption realisiert und störende Einflüsse vermieden werden. Der einmalige und laufende Aufwand soll vermindert werden.

3 Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die hydraulische Belastung und Tiefbettfilter-.wirkung eines körnigen Filterbettes in Abhängigkeit von der Verschmutzung selbsttätig und in Verbindung mit einer vorangehenden Flockungs- und Sedimentationsstufe geregelt wird. Ferner soll die selbsttätige Regelung des Seitenabzuges zur Ausbildung eines Schwebefilters in der Flockungs- und Sedimentationsstufe auch bei Druckreaktoren ermöglicht werden. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Aufbereitungsstufen Flockung/Sedimentation und Filtration bei Möglichkeit der Anwendung der Adsorption in so einer Weise einschließt, daß im Betriebszustand ein konstanter Volumenstrom über alle Prozeßstufen ohne zusätzliche Regeleinrichtungen bei voller Ausnutzung der einzelnen Aufbereitungs— stufen erreicht wird. Der Regenerierprozeß soll gleichfalls einheitlich erfolgen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aufzubereitende Flüssigkeit nacheinander eine Sedimentationszone und eine Filtrationszone durchströmt, wobei in der Sedimentationszone ein sprunghafter Geschwindigkeitsabfall durch einen teilweisen Abzug der Flüssigkeit erzeugt wird. Der übrige Teil der Flüssigkeit wird direkt auf ein körniges Filterbett aufgebracht, während die abgezogene Flüssigkeit in vorbestimmtem Abstand von der Zulauf seit e des Filterbett-es in dieses eingeleitet wird.

Infolge des Eintritts der mit Feststoffen belasteten Flüssigkeit in das Filterbett ergibt sich eine oberflächliche Verschmutzung, wodurch sich zwischen der Zulaufseite und der Stelle des Eintrags der aus der Sedimentationszone abgezogenen Flüssigkeit eine Druckdifferenz einstellt. Während des Filtrationszyklus wächst der Filterwiderstand der beiden Infiltrationszonen in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt der Flüssigkeit und steuert dadurch ständig ausgleichend den Zulauf zu diesen Zonen.

Die entwickelte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil eines Reaktors eine

Einrichtung zur Verteilung der zulaufenden Flüssigkeit vorhanden ist, an die sich nach oben eine Zone für eine schwebende Schlammschicht anschließt, die in der Höhe durch einen Seitenabzug begrenzt wird. Der Seitenabzug führt in eine Schlammabtrennzone. Oberhalb der schwebenden Schlammschicht ist ein schwimmendes Filterbett; angeordnet, wobei in vorbestimmten! Abstand von der Unterseite des Filterbettes in diesem eine Verteilungseinrichtung vorhanden ist. Diese Verteilungseinrichtung steht mit dem oberen Teil der Schlammabtrennzone in Verbindung.

Der untere Teil des Reaktors ist bevorzugt so ausgebildet, daß die Verteilungseinrichtung zentrisch angeordnet ist und aus einem zylindrischen Mantel mit Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit besteht und mit einem kegelförmigen Dach versehen ist. Bei größeren Reaktoren werden mehrere Verteilungseinrichtungen angeordnet. Um die Verteilungseinrichtung befindet sich ein kegelstumpfförmiger nach oben weitender Einbau als Umfassung für die schwebende Schlammschicht, der eine doppelte Wandung besitzt, wobei der Zwischenraum zwischen beiden Wänden als Seitenabzug dient.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich zwischen der schwebenden Schlammschicht und dem schwimmenden Filterbett eine Separatorzone, die aus senkrechten oder schrägen röhren- oder lamellenförmigen.Einbauten besteht. Bevorzugt ist die Separatorzone bei einem Reaktor von kreisförmigem Querschnitt so ausgebildet, daß um ein kegelförmiges zentrisches Mittelteil kreisringförmig Folien mit trapezförmigem Profil angeordnet sind.

Die Funktion der Vorrichtung ist wie folgt:

Die aufzubereitende Flüssigkeit, die falls erforderlich mit Chemikalien zur Ausflockung kolloidaler und gelöster Inhaltsstoffe versehen wurde, strömt seitlich aus der Verteilungseinrichtung aus und nimmt einen nach oben gerichteten Fließweg ein. Durch die sich infolge des vergrößernden Fließquerschnittes verringernde Aufstiegsgeschwindigkeit bildet sich eine schwebende Schlammschicht aus. Am oberen Ende des kegelstumpfförmigen Einbaus wird ein Teil der aufströmenden Flüssigkeit abgetrennt und wird durch den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden des kegelstumpfförmigen Einbaus, nach unten in die

Schlammabtrennzone geführt. Die Schlammabtrennung wird durch die Änderung der Strömungsrichtung am unteren Ende der doppelten Wandung verbessert. Die vom Schlamm befreite Flüssigkeit steigt an der Peripherie des Reaktors nach oben. Infolge der seitlichen Abführung eines Teilstromes wird die schwebende Schlammschicht in der Höhe stabilisiert. Der restliche Teil der Flüssigkeit gelangt in die Separatorzone, wo die weiteren sedimentierbaren Inhaltsstoffe abgeschieden werden. Die nur noch feindisperse Inhaltsstoffe enthaltende Flüssigkeit strömt über die im Betriebszustand freie Expansionszone in das schwimmende körnige Filterbett. Durch den entstehenden Druckverlust vermindert sich der Durchsatz, und infolgedessen gelangt ein größerer Volumenstrom über den Seitenabzug in die Schlammabtrennzone und von dort über eine Rohrleitung in die Verteilungseinrichtung innerhalb des schwimmenden Filterbettes. Somit erfolgt insgesamt ein gleichmäßiger Durchsatz bei maximaler Ausnutzung des Filterbettes.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der zugehörigen Zeichnung erläutert werden: Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Aufbereitung von relativ stark verschmutztem Wasser zu Trinkwasser. In den unter Druck arbeitenden Reaktor 1 von kreisförmiger Grundfläche tritt das zu reinigende mit Flockungsmittel versehene Wasser durch den Zulauf 2 zentrisch ein und wird über die Verteilungseinrichtung 3 gleichmäßig über die Behälterfläche verteilt. Zu diesem Zweck weist der zylindrische Mantel 4 der Verteilungseinrichtung 3 senkrechte Schlitze auf. Der kegelstumpfförmige Einbau 27 sowie das kegelförmige Dach 5 der Verteilungseinrichtung verringern die Aufstiegsgesch-windigkeit so, daß sich eine schwebende Schlammschicht 6 ausbildet. Zur Erhöhung der Stabilität der schwebenden Schlammschicht 6 und zur Ausnutzung des Behältervolumens im Randbereich des Reaktors 1 sind an der breitesten Stelle der schwebenden Schlammschicht 6 Seitenabzüge 7 angeordnet, die einen Ge'schwindigkeitssprung bewirken und einen Teil des im Rohwasser enthaltenen Schlammes in den Seitentaschen 8 (Schlammabtrennzone) sedimentieren lassen.

Das über der schwebenden Schlammschicht 6 nach oben strömende Wasser gelangt in seitlich geneigte kreisringförmige Lamellen 25 der Separatorzone 9, wo eine weitere Reinigung stattfindet.

Durch die über den Lamellen 25 angeordnete Schwimmkornfilterschicht 10 wird eine Stabilisierung der gesamten Strömung bewirkt, die einzelne Durchbrüche, wie sie oft bei Röhrenabsetzbecken oder Schwebefiltern auftreten, verhindern. Die Hauptaufgabe des Schwimmkornfilters 10 ist die weitere Klärung des Rohwassers. Das vorgereinigte Wasser tritt, von .unten in die Schwimmkornschicht 10 ein. Eventuelle größere Schmutzanteile werden bei der Filtration bereits an der Unterkante zurückgehalten. Spätere Zusammenballungen mit anderen Schmutzst offen bewirken ein Absinken der größeren Teilchen, so daß. sich im Gegensatz zum Schwerkraftfilter' längere Filterlaufzeiten ergeben.

Um eine größere Tiefenwirkung,bei der Filtration zu erreichen, wird das Wasser aus dem Seitenabzug 7 über eine Rohrleitung in eine ca. 30 bis 40 cm über der Unterkante des Filtermaterials

10 liegende horizontale Verteilungseinrichtung 11 und von dort direkt in das Filterbett 10 eingeleitet.

Mit Anwachsen des Filterwiderstandes sinkt der Durchfluß der FiItratmenge, die aus dem Bereich der Röhrenpakete in das Filtermaterial 10 tritt. Dadurch strömt eine größere Wassermenge aus den Seitenabzügen über die Verteilungseinrichtung 11 in die Filterschicht. Damit ergibt sich über längere Zeit insgesamt ein nahezu konstanter Volumenstrom. Die Wirkungsweise des Seitenabzuges 7 ist gegenüber LastSchwankungen relativ stabil.

Der Rückspülvorgang wird wie folgt durchgeführt: Nach Schließen des Schiebers 15 der Verteilungseinrichtung 11 wird die schnellöffnende Klappe bzw. der schnellöffnende Schieber 18 geöffnet. Das über dem Düsenboden 13 befindliche FiI-trat 14 spült die Schwimmkornfilterschicht 10 und drückt sie über die Expansionszone 12 ganz oder teilweise in die Röhrenpakete 25 hinein. Dadurch wird gleichzeitig eine intensive Reinigung der Röhren erreicht.

Der Wasserspiegel im Reaktor 1 wird bis zur Heberhöhe 19 abgesenkt. Eine Be- und Entlüftung des Hebers 19 erfolgt über die Rohrleitung 20, die mit dem FiIt rat raum des Reaktors verbunden ist.

Mit Schließen des Schiebers 23 und durch das Öffnen des Schlammwasserventils 18 wird eine Dreifachwirkung: Sntschlammung der Schlammabtrennzone 8, Reinigung der Profilfolien 25 und Regenerierung des Filterbettes 10 erreicht. Nach Schließen des Ventils 18 wird der Schieber 16 geöffnet und die Pumpe 17 · kurzzeitig eingeschalten, um die Verteilungseinrichtung 11 im Filterbett 10 freizuspülen. Der Betriebszustand wird nach Abschalten der Pumpe 17, Schließen des Schiebers 16 und durch öffnen des Schiebers 15 wieder hergestellt. Nach Auffüllen des Behälters ist Schieber 23 zu öffnen. Die für Wartungszwecke erforderliche Entleerung des Sedimentationsteils, der durch den kegelstumpfförmigen Einbau 27 begrenzt wird, erfolgt durch öffnen des Schiebers 21 .

Claims (5)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Abtrennung von Peststoffen aus Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeit nacheinander eine Sediment ationsζone und eine Filtrationszone durchströmt, gekennzeichnet dadurch, dai3 in der Sedimentationszone (6) ein Geschwindigkeitsabfall durch teilweisen Abzug der Flüssigkeit erzeugt wird, der übrige Teil der Flüssigkeit auf ein körniges Filterbett (10) aufgebracht wird, während die abgezogene Flüssigkeit in vorbestimmten! Abstand von der Zulaufseite des Filterbettes (10) in dieses eingeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im unteren Teil eines Reaktors (1) eine Einrichtung (3) zur Verteilung der zulaufenden Flüssigkeit vorhanden ist, an die sich seitlich und nach oben eine Zone für eine schwebende Schlammschicht (6) anschließt, die nach oben durch einen Seitenabzug (7) begrenzt wird, der Seitenabzug (7) in eine Schlammabtrennzone (8) führt, oberhalb der schwebenden Schlammschicht (6) ein schwimmendes Filterbett (10) angeordnet ist, wobei in vorbestimmtem Abstand von der Unterseite des Filterbettes (10) in diesem eine Verteilungseinrichtung (11) vorhanden ist, die mit dem oberen Teil der Schlammabtrennzone (8) in Verbindung steht, wobei die Vorrichtung drucklos oder unter Druck arbeitet.

3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine oder mehrere Vertexlungseinrichtungen (3) angeordnet sind, die jeweils aus einem zylindrischen Mantel (4) mit Durchtritt söffnungen für die Flüssigkeit bestehen und mit einem kegelförmigen Dach (5) versehen sind und um die Verteilungseinrichtungen (3) ein kegelstumpfförmiger sich nach oben weitender Einbau (27) als Umfassung für die schwebende Schlammschicht (6) vorhanden ist, der eine doppelte Wandung besitzt, wobei der Zwischenraum zwischen beiden Wänden als Seitenabzug (7) dient.

4. Vorrichtung nach den Punkten 2 und 3> gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der schwebenden Schlammschicht (6) und dem schwimmenden Filterbett. (10) eine Separatorzone (9), die aus röhren- oder lamellenförmigen Einbauten (25) besteht, angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach den Punkten 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß. der Reaktor (1) einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt, aufweist und die Separatorzone (9) ein kegelförmiges oder ,pyramidenförmiges Mittelteil (24) besitzt, um das kreisringförmig oder pyramidenförmig Folien mit trapezförmigem Profil (25) angeordnet sind,

Hierzu 1 Seite Zeichnungan