DD224306A1 - Verfahren und vorrichtung zur stroemungsstabilisierung von fluessigkeiten in aufbereitungsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung und Vergleichmaessigung von Fluessigkeitsstroemungen in vorzugsweise vertikal durchflossenen Behaeltern, die fuer alle Arten der Trenn- und Aufbereitungsprozesse der Volkswirtschaft eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Stabilisierung und Vergleichmaessigung der Stroemung von Fluessigkeiten ohne Einbauten erfolgt und Kurzschlussstroemungen infolge wechselnder Dichte der zu reinigenden Fluessigkeiten (Temperatureinfluesse) vermieden werden. Insgesamt soll der Wirkungsgrad solcher Anlagen hinsichtlich Abscheidegrad verbessert und bezueglich seines Leistungsdurchsatzes (Oberflaechenbelastung) erhoeht werden. Erfindungsgemaess wird die Fluessigkeit in den oberen Zonen der Aufbereitungsanlagen in eine geringere Dichte als die darunter zu stroemende zu reinigende Fluessigkeit ueberfuehrt. Diese geringere Dichte wird beispielsweise durch Temperaturerhoehung erreicht. Der Temperaturunterschied zur darunter zu stroemenden Fluessigkeit sollte dabei wenigstens 0,1 K betragen. Die Temperaturerhoehung erfolgt dabei vorzugsweise ueber Waermeaustauscher durch die aufzubereitende Fluessigkeit selbst bzw. durch einen anderen Waermetraeger oder durch Zufuehrung waermerer Fluessigkeit entsprechender Qualitaet ueber eine Mischeinrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Strömungsstabilisierung von Flüssigkeiten in Aufbereitungsanlagen

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Flüssigkeitsströmung in Aufbereitungsanlagen. Sie ist insbesondere dort in Absetzanlagen der Wasser- und Abwasserbehandlung einsetzbar, wo es zu kurzfristigen Änderungen der Dichte der zu reinigenden Flüssigkeit kommt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Abtrennung von suspendierten Stoffen aus Flüssigkeiten erfolgt vornehmlich in Absetzbecken. Die Wirksamkeit einer solchen Abtrennung wird dabei hauptsächlich beeinflußt von der optimalen Ausnutzung des durchflossenen Volumens und der Gleichmäßigkeit der Strömung im Reaktor. .

Es ist bekannt, zur Vergleichmäßigung der Strömung in durchflossenen Becken Einbauten zur Verteilung der zuströmenden Flüssigkeit und Sntnahmevorrichtungen zum gleichmäßigen Abzug vorzusehen. Diese Einbauten erfordern einen hohen Aufwand und schließen Kuraschlußströmungen nur zum Teil aus. Besonders bei vorherrschenden Dichteunterschieden zwischen Zufluß und Reaktorinhalt treten unerwünschte Strömungen auf, die zu starker Abminderung des Effektes führen. Ss ist weiterhin bekannt, den Sedimentationseffekt der absetz-. baren Teilchen durch bewußt herbeigeführte Geschwindigkeitsänderunge'n in vertikal durchflossenen Reaktoren zu erhöhen,

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die beispielsweise durch Querschnittserweiterungen zu realisieren sind.

Es ist auch bekannt, diese Geschwindigkeitsverminderung durch einen Geschwindigkeitssprung zu erreichen, indem ein Teil der Flüssigkeitsmenge an einer vorgegebenen Höhe des Reaktors abgezweigt wird (Prinzip des Schwebefilters). Diese Lösungen' zeichnen sich generell durch aufwendigere Bauweisen, aus, ohne daß der Effekt wesentlich verbessert wird. Treten kurzfristige Dichteänderungen auf, so stellen weder ' Einbauten mit Leiteinrichtungen noch Querschnittserweiterungen und GescJawindigkeitssprünge durch Teilabzug einer Flüssigkeitsmenge ausreichende Maßnahmen gegen die eintretenden Wirkungsgradverschlechterungen dar.

Ziel der Erfindung ' '

Ziel der Erfindung ist es, das Volumen von. durchflossen©η Becken, Insbesondere Absetzbecken, besser auszunutzen und die Strömung zu vergleichmäßigen. Kurzschlußströmungen durch .Pichteunterschiede sollen vermieden.werden. Damit wird eine we-sentliche Verbesserung der Flockung und Sedimentation erreicht. Die Erfindung soll auch in bestehenden Anlagen einsetzbar sein und einen geringen Bauaufwand erfordern.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Stabilisierung der Strömung von Flüssigkeiten wechselnder Dichte,ohne Einbauten erfolgt und Kurzschlußströmungen vermieden werden. Die.erfindungsgemäße Vorrichtung soll so gestaltet werden, daß unabhängig vom zeltlichen Wechsel der Dichte der Flüssigkeit stets ein Stabilisierungaeffekt erreicht wird. Die Vorrichtung soll die Ausbildung eines Schwebefilters ohne Seitenabzug, und ohne Querschnittserweiterung .ermöglichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der, oberen .Zone einer Aufbereitungsanlage eine Temperatur einge-

stellt wird, die um mindestens 0,1 K höher als in der von unten zugeführten zu behandelnden Flüssigkeit ist. Die Temperaturerhöhung erfolgt vorzugsweise über einen Wärmetauscher durch die aufzubereitende Flüssigkeit bzw. einen anderen Wärmeträger oder aber durch die Zumischung wärmerer Flüssigkeit mit dem erforderlichen Reinheitsgrad. Die erfinderische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem vertikal durchflossenen Reaktor mit aufwärts.gerichteter Flüssigkeitsströmung im oberen Bereich des Sedimentationsteils ein Wärmeaustauscher oder eine Mischeinrichtung vorhanden ist. In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist die Ablaufleitung-des Wärmetaaschers mit der Zulaufleitung für die aufzubereitende-Flüssigkeit über eine Zwischenleitung verbunden. Die Zwischenleitung ist mit einem Kühler und einer Armatur versehen

Die Wirkung ist wie folgt:

Durch die Temperaturerhöhung im· oberen Reaktorbereich erhält die Flüssigkeit dort eine geringere Dichte.. Die aufzubereitende Flüssigkeit von höherer Dichte (geringerer Temperatur) strömt von unten nach oben, wobei die "erwärmte Flüssigkeit verdrängt, wird. Die aufzubereitende Flüssigkeit gelangt in die Erwärmungs- bzw. Mischzone und erhält dort eine geringere Dichte. Der Temperaturunterschied wird so eingestellt, daß -die Temperatur im oberen Bereich stets größer als.In der zugeführten Flüssigkeit ist. Dadurch wird vermieden, daß.relativ warme Zulaufströme, ohne· sich im Reaktor zu verteilen, sofort nach oben durchbrechen. Um die Verwendung,, eines zusätzlichen Wärmeträgers zu vermeiden, ist es vorgesehen, die aufzubereitende Flüssigkeit, sofern diese eine erhöhte Temperatur aufweist, zuerst durch den Wärmeaustauscher zu leiten und danach dem Reaktor zuzuführen. Bedarfsweise wird die zugeführte Flüssigkeit noch weiter abgekühlt.

Bei einer anderen Ausführung wird der aufbereiteten Flüssigkeit im oberen Reaktorbereich warme Flüssigkeit mit dem erforderlichen Reinheitsgrad zugemischt. ' · Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich auf Grund des Dicht.eunterschiedes ein Schwebe filter ausbildet, ohne daß es notwendig ist, einen Geschwindigkeitssprung einzustellen.

Bei näherer Untersuchung hat. .sich herausgestellt, daß durch die obere Flüssigkeitsschicht mit''geringerer Dichte eine Grenzschicht von hoher Stabilität zur darunterliegenden Flüssigkeit-mit höherer Dichte aufgebaut wird, die vornan-' •dene Turbulenz geglättet und damit eine Kollisionshäufigkeit der Teilchen bewirkt wird, die zu einer Erhöhung der Flocken-bildung und zu einem stärkeren Abscheidegrad gebildeter, schwerer Flocken führt und damit entscheidend den Effekt der Aufbereitungsanlage erhöht. ' . - - . : . .

Mit der erfindungsgemaßen Lösung wurde eine einfache Möglichkeit zur. Verbesserung des Aufbereitungseffektes von Sedimen-") tati'ons anlage η gefunden, die. auch nur einen geringen zusätz-' liehen Aufwand erfordert. Damit wird ein.schon sehr lange bestehendes Bedürfnis für verschiedene volkswirtschaftliche .Aufgaben, in hohem Maße erfüllt.

Ausführungsbeispiel . - ...

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführu£gsbeispieJ.e;i,... an Hand der zugehörigen Zeichnungen erläutert werden.. Abbildung 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform im Querschnitt ... '

Abbildung 2 zeigt in den. Bildern I.bis 5 verschiedene Betriebsweisen der Vorrichtung

^{; :} Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Reaktor

(Reaktivator) zur Reinigung von Rohwasser für Brauchwasser-' und Trinkwasserzwecke. ..

In dem Reaktor 1 bekannter Bauform' und Wirkungsweise gelangt das Rohwasser 2 in die Mischkammer 3, in der die Chemikalien 14 entsprechend dem Aufbereitungsziel zudosiert und mittels einer Umwälzeinrichtung 17 vermischt"" werden^' Danach tritt das Wasser in die. Flockenbildungskammer 4 und von da in den , Sedimentationsraum 5.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im oberen Bereich des Sedimentationsräumes 5 ein System von Wärmeaustauschern. 12 installiert u'nd durch Rohwasser oder Fremdwasser höherer Temperatur 11 beschickt und entsprechend Abb. 1 über _N die Rohrleitung 13 zurückgeführt. Im Bereich der Wärmeaus-

tauscher entsteht eine Zone erhöhter Temperatur 6 gegenüber dem darunter befindlichen Reaktorinhalt. Der Reinwasserablauf 8 aus dem Reinwasserbereich 18 erfolgt über die Überlaufrinne 7 aus der Zone erhöhter Temperatur und stabilisierter Strömung 6. Entsprechend den in Abb. 2 dargestellten Varianten Bild 2 bis 4 des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gemäß Abb. 1 eine Verbindung 19 zwischen Wärmeaustauscher 12 und Rohwasserzulauf 2 zum Reaktor 1 möglich.. Die Verbindungsleitung tritt bei spezifischen Betriebsfällen in Kraft und besitzt eine Kühleinrichtung 15 und eine Armatur 16. Der am Beckenboden 21 anfallende Schlamm kann je nach Bauart des Reaktors direkt oder mit Hilfe eines Krählwerkes in den Schlammschacht 9 und von dort über den Schlammabzug aus dem Reaktor 1 entfernt werden.

Anstelle des Wärmeaustauschers 12 kann eins Mischeinrichtung 22 eingebaut werden* Über die Rohrleitung 11 wird bei dieser Verfahrensweise Warmwasser mit dem erforderlichen Reinheitsgrad, zugeführt und mit dem Reaktorinhalt in der Zone erhöhter Temperatur und stabilisierter Strömung β vermischt..*..— Auf Grund unterschiedlicher Bedingungen bei der Rohwasserzufuhr ist die Vorrichtung so konzipiert, daß damit die prinzipiell unterschiedlichen Situationen des Betriebes berücksichtigt werden.

In Abbildung 2, Bild 1 bis 5, ist der unterschiedliche Betrieb der Vorrichtung dargestellt.

In Abb. 1 erfolgt die Erwärmung'der oberen Zone des Reak-tors 1 durch' ein Medium, das nur dem Wärmeaustausch dient. Zwischen Wärmeaustauscher 12 und Rohwasserzuführung 2 besteht keine. Verbindung. Sine Sinsatzmöglichkeit besteht bei kontinuierlicher Abwärme.

In. Bild 2 erfolgt die Erwärmung der oberen Zone des Reaktors durch Eigenwärme·des Rohwassers. Das Rohwasser wird dabei zunächst über den Wärmeaustauscher 12 geleitet, bevor es zur Aufbereitung in den Reaktor 1 geführt wird. Im Bedarfsfalle kann eine Abkühlung des Rohwassers 15 hinter dem wärmeaustauscher 12 notwendig werden.

In Bild 3 erfolgt die Erwärmung analog zu Bild 2 durch die Eigenwärme des Rohwassers. Zur Sicherung der erforderlichen Wärmedifferenz ist eine Einspeisung von Kaltwasser in die Rohwasserführung 2 möglich.

In Bild ^:4 erfolgt der Betrieb des Wärmeaustauschers 12 durch Rohwasser nur dann', wenn die Temperatur des zufließenden Rohwassers gegenüber der Temperatur des Reaktors größer

als 0,5 k wird. . _% .' ' ' .

In Bild 5 erfolgt die Erwärmung der oberen Reaktorschicht, durch,die Zumischung von Warmwasser mit dem erforderlichen Reinheitsgrad. > ' . .

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch

   1. Verfahren zur Strömungsstabilisierung von. Flüssigkeiten·. in Aufbereitungsanlagen, gekennzeichnet dadurch, daß in'-einer oberen Zone (6) einer Aufbereitungsanlage (1) eine Temperatur eingestellt wird, die um mindestens 0,1. K. höher als in der von unten zugeführten zu behandelnden Flüssigkeit ist.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1,'gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturerhöhung über einen Wärmeaustauscher (12) durch die aufzubereitende Flüssigkeit (2) oder einen anderen Wärmeträger erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturerhöhung durch Zumischung wärmerer Flüssigkeit erfolgt.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem vertikal durchflossenem Reaktor (1) mit aufwärts, gerichteter Flüssigkeitsströmung im Sedimentationsraum (5) im oberen Bereich (6) ein Wärmeaustauscher (12) oder eine Mischeinrichtung (22) vorhanden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Ablaufleitung des Wärmeaustauschers (13) mit der Zulaufleitung (2) verbunden ist.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenleitung mit einem Kühler (15) und einer Armatur (16) versehen ist.

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