DD234158A3 - Verfahren und einrichtung zur reinigung von wasser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung von Wasser durch Flockung, Filtration, Adsorption und Biofiltration zur Herstellung von Trinkwasser. Ihr Ziel ist eine weitgehende raeumliche und zeitliche Kombination dieser Aufbereitungsstufen bei der Reinigung von Rohwasser durch Oberflaechenfiltration. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, mit denen synchron eine Biofiltration und eine kontinuierliche Abtrennung von ausgeflockten Wasserinhaltsstoffen und/oder synchron eine Biofiltration und eine Abtrennung von Adsorbenzien beliebiger Korngroesse ohne Betriebsunterbrechung der Filter ermoeglicht wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess geloest, indem die Flockung im Ueberstauraum eines Oberflaechenfilters durchgefuehrt, der Flockenschlamm auf der Filterschicht zurueckgehalten und das filtrierte Wasser mit Adsorptionsmitteln beliebiger Korngroesse versetzt auf eine weitere feinkoernige Filterschicht aufgebracht wird und diese Filterschichten in vorbestimmten Abstaenden partiell innerhalb von umschlossenen Raeumen aufgewirbelt werden, in den umschlossenen Raeumen ein geringerer hydrostatischer Druck als in den uebrigen Reaktoren eingestellt und die aufgewirbelten Stoffe abgezogen werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Reinigung von Rohwasser durch Flockung, Filtration, Adsorption und Biofiltration zur Herstellung von Trinkwasser für kommunale und industrielle Nutzung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Stark verschmutzte Rohwässer erfordern eine mehrstufige Reinigung. In Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad und der Art der gelösten und suspendierten Wasserinhaltsstoffe wird das Wasser den Stufen Flockung, Filtration, Adsorption und Biofiltration einzeln oder in unterschiedlicher Kombination unterzogen. In der ersten Stufe werden die Wasserinhaltsstoffe in einer .Grobaufbereitung durch Zugabe von Chemikalien, wie z. B. Aluminiumsulfat, ausgeflockt und durch Sedimentation abgetrennt. Dazu sind aufwendige Anlagen mit zum Teil komplizierten Einbauten erforderlich. Die weitere Reinigung erfolgt in einer Schnellfilterstufe, um vor dem Aufbringen des Wassers auf biologische Oberflächenfilter oder auf Adsorptionsfilter Restchemikalien und feindisperse Partikel zu beseitigen. Zur Filtration werden rückspülbare Schnellfilter mit Düsenböden und einem Filternkorn von über 0,8mm Korngröße verwendet. Auf Grund des relativ groben Filterkorns wird nur ein Teil der suspendierten Stoffe zurückgehalten. Feineres Filterkorn führt zu kürzeren Filterlaufzeiten und höherem Spülwasserbedarf. Weniger verunreinigte Rohwässer können durch Flockungsfiltration gereinigt werden. Dabei werden im Filterüberstau kleine Flocken gebildet, die sich im relativ grobkörnigen Schnellfilter, der als Tiefbettfilter arbeitet, abscheiden. Bei höherem Verschmutzungsgrad muß wegen der geringen Filterlaufzeiten eine Grobaufbereitungsstufe vorgeschaltet werden. Als dritte Stufe wird bisher in vielen Fällen ein biologischer Oberflächenfilter, oft in Verbindung mit einer Grundwasseranreicherung genutzt. Diese Filter werden auf Grund des hohen Aufwandes für die Reinigung in Abständen von 10...30 Tagen bei mechanischer Reinigung und von 1-...4mal jährlich bei manueller Reinigung regeneriert. Ihre Filtrationsleistung ist gegenüber Schnellfiltern mit 0,5 bis 6m/d gering, jedoch werden sie auf Grund ihrer hohen Reinigungsleistung und biologischen Wirksamkeit benötigt. Nach dieser guten Vorreinigung wird das Wasser zum Schluß der Aufbereitungstechnologie auf Aktivkohlefilter gefördert, wo die biologisch nicht abbaubaren Wasserinhaltsstoffe adsorptiv entfernt werden. Hierfür werden bisher ebenfalls rückspülbare Schnellfilter eingesetzt, weil die Aktivkohle in kurzer Zeit auf einem Oberflächenfilter eine nahezu undurchlässige Kolmationsschicht ausbilden würde.

Ein Nachteil des Standes der Technik ist, daß die Aktivkohlefilter als letzte Stufe eingesetzt werden müssen, um sie mit möglichst geringen Schmutzmengen zu belasten, damit die Regenerierbarkeit der Aktivkohle erhalten bleibt. Damit werden bei Einsatz von Ozon und anderen Oxydationsmitteln die gebildeten Zwischenverbindungen nur in ungenügendem Maße von der Aktivkohle adsorbiert.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß vor der biologischen Reinigungsstufe die nur durch Adsorption entfernbaren abbauhemmenden und biologisch nicht oxydierbaren organischen Wasserinhaltsstoffe nicht beseitigt werden. In der PE-OS 2606451 wird ein Adsorptionsfilter beschrieban, bei dem durch Vorschalten eines Schnellfilter?, dessen Filtermittel aus normaler Kohle besteht, die Schmutzlast vor Aufbringung des Wassers auf die Aktivkohle verringert wird. Damit wird eine Verschlammung des Aktivkohlefilters verhindert. In der DE-OS 2724254 wird ebenfalls ein Kornkohlefilter beschrieben, bei dem die Kornkohle zur Erhöhung der Phosphateliminierung mit Chemikalien beladen wird. Nachteilig ist bei beiden Verfahren, daß eine periodische Aufwirbelung zur vollständigen Nutzung der Adsorptionskapazität und der Einsatz unfraktionierter Aktivkohle nicht möglich ist. Weiterhin sind Wirbelschichtreaktoren mit Kornaktivkohle bekannt (DE-OS 2410007), die jedoch keine Filterschicht als Festbettreaktor zur gleichzeitigen Rückhaltung der Unterkornfraktionen haben.

Ein weiterer Nachteil des Standes dcrTechnik besteht darin, daß Oberflächenfilter nicht zur Flockungsfiltration und als Pulveraktivkohlefilter eingesetzt werden können, da die für ihre Regenerierung benötigten Zeiten selbst bei Einsatz mechanischer Reinigungsgeräte keine kürzeren Regenerierintervalle als 8 bis 10 Tage ermöglichen, die Filterlaufzeiten für diese Filtrationsarten jedoch nur 5...24 Stunden betragen und somit der Zeitaufwand für die Regenerierung die Filterleistung beschränkt.

Ziel der Erfindung

Das ZieLder Erfindung ist es, eine weitgehende räumliche und zeitliche Kombination der Aufbereitungsstufen Flockung, Filtration, Biofiltration und Adsorption bei der Reinigung von Rohwasser durch Oberflächenfiltration zu erreichen. Durch einen wesentlich vereinfachten Aufbau der Anlagen soll die Senkung der Investitionskosten beeinflußt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zu entwickeln, mit denen synchron eine Biofiltration und eine kontinuierliche Abtrennung von ausgeflockten Wasserinhaltsstoffen sowie dispergieren Partikeln und/oder synchron eine Biofiltration und eine Abtrennung von zugegebenen Adsorbentien beliebiger Korngröße mit hohem Feinkornanteil ohne Betriebsunterbrechung der Filter bei geringen hydraulischen Verlusten ermöglicht wird. Die Anordnung der Aufbereitungsstufen in der technologischen Linie soll in unterschiedlicher Kombination erfolgen können, aber auch die separate Anwendung jeder Aufbereitungsstufe in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad des zu reinigenden Rohwassers muß gegeben sein. Die Infiltrationsanlagen sollen lange Zeit ohne Regenerierung arbeiten. Es soll eine hochgradige Reinigung des Rohwassers erreicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohwasser in der ersten Aufbereitungsstufe dertechnologischen Linie mit Flockungschemikalien versetzt, danach in den Filterüberstau raum eines feinkörnigen Oberflächenfilters eingeleitet und die gebildeten Flocken mit den dispersen Partikeln durch Kuchenfiltration auf der feinkörnigen Filterschicht zurückgehalten werden, wobei die gebildete Schlammkolmationsschicht ständig oder in vorbestimmten Abständen ohne Unterbrechung der Filtration unter dem Filterüberstau dadurch beseitigt wird, daß die als Oberflächenfilter arbeitende feinkörnige Filterschicht innerhalb eines von durch Umfassungswänden von der übrigen Filterfläche abgeschlossenen Raumes mechanisch aufgewirbelt, im Bereich des umschlossenen Raumes ein geringerer hydrostatischer Druck als im unmittelbar angrenzenden Reaktorbereich eingestellt und der ausgespülte Schlamm aus dem umschlossenen Raum abgezogen wird.

Das so gereinigte Wasser durchfließt die Filter- und Stützschicht des Oberflächenfilters, wo die gelösten organischen Inhaltsstoffe durch Mikroorganismen und immobilisierte Biokatalysatoren verringert werden.

Zur weiteren Aufbereitung wird es in vorbestimmter Menge zur Grundwasseranreicherung versickert oder vollständig direkt oder über eine Oxydationsstufe in die zweite Reinigungsstufe geleitet. Dort wird es mit Adsorbienten, z.B. unklassierte Aktivkohle mit hohem Feinkornanteil oder völlig pulverförmig, dispergiert und die Suspension auf die feinkörnige Filterschicht eines Oberflächenfilters aufgebracht, dessen Filterbett vorzugsweise aus Sand im Korngrößenbereich bis zu etwa 0,8 mm Durchmesser besteht. Die Aufenthaltszeit des Wassers im Filterüberstauraum beträgt vorzugsweise 5... 7 min. Auf dem Filterbett wird die gröbere Fraktion des Adsorptionsmittels abgelagert, die pulverförmige Fraktion im Überstauraum dieses Oberflächenfilters als Suspension gehalten und das Adsorptionsmittel ohne Unterbrechung des Filterbetriebes in vorbestimmten Abständen unter dem Filterüberstau durch eine rotierende Trommel mit horizontaler Achse, die sich innerhalb eines von Umfassungswänden umschlossenen Raumes befindet, partiell aufgewirbelt. Im Bereich des umschlossenen Raumes wird dabei ein geringerer hydrostatischer Druck als im unmittelbar angrenzenden Bereich eingestellt und das beladene suspendierte Adsorptionsmittel aus dem abgeschlossenen Raum abgezogen. Auf Grund der geringen Belastung der zweiten Behandlungsstufe mit abfiltrierbaren Stoffen kann das Adsorptionsmittel wieder regeneriert werden. Das Wasser durchfließt die Filter- und Stützschicht des Oberflächenfilters, wo die noch verbliebenen gelösten Wasserinhaltsstoffe weitgehend biologisch abgebaut werden, und wird danach in vorbestimmter Menge zur Grundwasseranreicherung versickert oder infiltriert. Zur Infiltration dient ebenfalls ein Oberflächenfilter, der mit einer Filtergeschwindigkeit von über 24m/d betrieben wird, wobei auf Grund der hochgradigen Vorreinigung trotz der hohen hydraulischen Belastung ein langzeitiger Betrieb möglich ist.

In Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad und der Art der Wasserinhaltsstoffe sind die vorgenannten Reinigungsstufen auch einzeln oder in unterschiedlicher Kombination anwendbar. Vorteilhaft kann eine Oxydationsstufe, z. B. durch Ozonisierung, vor der Adsorptionsstufe und diese vorder Infiltration angeordnet werden, wodurch gewährleistet wird, daß keine überschüssigen Oxydationsmittel und teilweise abgebauten organischen Stoffe in das Trinkwasser und keine den biologischen Abbau hemmenden Stoffe auf den Biofilter gelangen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einer über einer feinkörnigen Filterschicht beweglich angeordneten rotierenden Trommel, die von Umfassungswänden umgeben ist, die einen umschlossenen Raum bilden, der mit einer Entnahmevorrichtung für den Abzug der aufgewirbelten Stoffe und zur Absenkung des Flüssigkeitsspiegels versehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist ein ununterbrochener Betrieb von Oberflächenfiltern möglich, wodurch sich bildende Kolmationsschichten aus Schmutzstoffen, Flockenschlamm oder Adsorptionsmitteln in Kurztaktfolge beseitigt werden können und die Filterleistung nicht mehr durch den Zeitaufwand für die Regenerierung beschränkt wird. Die Flockung im Überstauraum eines Oberflächenfilters ermöglicht durch die Aufwirbelung einen häufigen Kontakt mit älteren Schlammflocken und damit eine Erhöhung der Adsorptionsleistung des Flockenschlamms. Durch das feine Korn eines Oberflächenfilters wird pulverförmige Aktivkohle betriebssicher abfiltriert. Die Verwendung beliebiger unklassierter Adsorptionsmittel ist möglich. Damit werden Verfahrenskombinationen in einem Reaktor, wie Flockungs-Bio-Filter sowie Adsorptions-Bio-Filter, und technologische Linien wie Flockung-Oxydation-Adsorption-Biofiltration möglich, wodurch eine höhere Qualität des aufbereiteten Trinkwassers erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert werden: In einem Wasserwerk zur Aufbereitung von hoch belastetem Oberflächenwasser sind drei offene Filterbecken 1; 2; 3 hintereinander angeordnet. Die Filterbecken haben zum Zweck der Versickerung zur Grundwasseranreicherung eines Teiles des die jeweilige Reinigungsstufe passierenden Wassers offene Filterböden 15, deren Abfluß regelbar ist. Darüber sind Drainagen 14 innerhalb von Stützschichten 7; 8; 9 angeordnet. Darüber befinden sich feinkörnige Filterschichten 4; 5; 6 von 0,4 bis 0,63mm Korngröße. Der Filterüberstauraum 10; 11; 12 beträgt jeweils 20cm. Die Fiiterbecken und das Infiltrationsbecken sind so hintereinander angeordnet, daß das Wasser die Kaskade im freien Gefälle durchfließen kann.

Das mit Flockungsmitteln versetzte Rohwasser gelangt in das offene Filterbecken für Flockungs-Bio-Filtration 1, das mit einer Filtergeschwindigkeit von 1,2m/h betrieben wird. Die hohe Leistung der Filterschicht 4 wird durch die in einer Taktfolge von 2 Stunden erfolgende partielle Aufwirbelung der Schlammkolmationsschicht mit der rotierenden Trommel 19 erreicht. Diese befindet sich innerhalb eines von den Umfassungswänden 20 umschlossenen Raumes 21, aus dem der aufgewirbelte Schlamm

täglich dreimal durch die Entnahmevorrichtung 22 abgezogen wird, wobei im umschlossenen Raum durch Absenkung des Flüssigkeitsspiegels ein geringerer hydrostatischer Druck als im unmittelbar angrenzenden Reaktorbereich eingestellt wird. Die dazu benutzte Einrichtung besteht aus einer über derfeinkörnigen Filterschicht beweglich angeordneten rotierenden Trommel, die von Umfassungswänden umgeben ist, welche einen, zur Filterfläche offenen, umschlossenen Raum bilden. Dieser ist mit einer Entnahmevorrichtung für den Abzug der aufgewirbelten Stoffe und zur Absenkung des Flüssigkeitsspiegels versehen.

Das Wasser durchfließt die Filter- und Stützschicht des Flockungs-Bio-Filters, wo die gelösten organischen Inhaltsstoffe durch Mikroorganismen und immobilisierte Biokatalysatoren verringert werden. Das so gereinigte Wasser wird in vorbestimmtem Maße zur Grundwasseranreicherung versickert oder vollständig durch die Drainage 14 in den Mischbehälter für Oxydations- und/oder Adsorptionsmittel 17 geleitet. Dort werden Aktivkohle und bedarfsweise Oxydationsmittel zugegeben. Das offene Filterbecken für Adsorptions-Bio-Filtration 2 ist wie das Filterbecken 1 gestaltet. Es wird mit einer Filtergeschwindigkeit von 2 m/h betrieben. Der gröbere Anteil des abgelagerten Adsorptionsmittels 13 von mehr als 0,15... 0,25 mm Komdurchmesserwird auf derfeinkörnigen Filterschicht 5 abgelagert, während der feinere Anteil als Suspension im Filterüberstauraum 11 gehalten wird. Soweit dieser bis an die feinkörnige Filterschicht 5 gelangt, wird er an der Oberfläche zurückgehalten. Der Austrag erfolgt ebenso wie im Filterbecken 1. Auf Grund der hochgradigen Vorreinigung im Filterbecken 1 ist es möglich, die ausgetragene beladene Pulverkohlesuspension einer Regenerierung zuzuführen. Das abgelagerte Adsorptionsmittel 13 wird periodisch in bekannter Weise entnommen und regeneriert. Auch im Filterbecken 2 durchfließt das Wasser die Filter- und Stützschicht des Oberflächenfilters, wo die noch verbliebenen gelösten Wasserinhaltsstoffe weitgehend biologisch abgebaut werden und wird danach in vorbestimmter Menge zur Grundwasseranreicherung versickert oder durch die Drainage 14 in das Belüftungsbecken 18 und das Infiltrationsbecken 3 geleitet. Dazu dient ebenfalls ein Oberflächenfilter, der mit einer Filtergeschwindigkeit von über 24m/d betrieben wird, wobei auf Grund der hochgradigen Vorreinigung trotz der hohen hydraulischen Belastung ein langzeitiger Betrieb möglich ist.

Durch die Möglichkeit der Versickerung eines Teilstromes des teilweise aufbereiteten Wassers wird eine erhebliche Flächeneinsparung erzielt und kann jede beliebige Mischwasserrezeptur realisiert werden.

Claims (4)

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Reinigung von Wasser, wobei das Wasser in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad und der Art der Inhaltsstoffe den Aufbereitungsstufen Flockung, Filtration, Adsorption und Biofiltration einzeln oder in unterschiedlicher Kombination unterzogen wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Flockung im Filterüberstauraum (10) einer feinkörnigen Filterschicht (4) eines Oberflächenfilters durchgeführt und der Flockenschlamm auf derfeinkörnigen Filterschicht (4) zurückgehalten wird, das filtrierte Wasser mit Adsorptionsmitteln beliebiger Korngröße und beliebigem Feinkornanteil versetztauf eine weitere feinkörnige Filterschicht (5) aufgebracht wird, wobei die gröbere Fraktion des Adsorptionsmittels auf dem Filterbett abgelagert und die pulverförmige Fraktion im Filterüberstauraum (11) dieses Oberflächenfilters als Suspension gehalten wird sowie die feinkörnigen Filterschichten (4; 5) in vorbestimmten Abständen partiell innerhalb von durch Umfassungswände (20) von den übrigen Filterflächen abgeschlossenen Räumen (21) mechanisch aufgewirbelt werden, im Bereich der umschlossenen Räume ein geringerer hydrostatischer Druck als in den unmittelbar angrenzenden Reaktorbereichen eingestellt wird und der ausgespülte Schlamm und/oder das ausgespülte Adsorptionsmittel aus den umschlossenen Räumen (21) abgezogen werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser auf der Adsorptions-Bio-Filtrationsstufe in ein Infiltrationsbecken zur Grundwasseranreicherung geleitet wird.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach der Flockungs-Bio-Filtration und/oder der Adsorptions-Bio-Filtration ein Teil des Wassers in den Untergrund versickert wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine rotierende Trommel (19) über einer feinkörnigen Filterschicht (4; 5; 6) beweglich angeordnet ist, wobei diese von Umfassungswänden (20) umgeben ist, die einen umschlossenen Raum (21) bilden, der mit einer Entnahmevorrichtung (22) für den Abzug der aufgewirbelten Stoffe und zur Absenkung des Flüssigkeitsspiegels versehen ist.

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