-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung
der Flockungshilfsmittelzugabe bei der Fest/Flüssigtrennung eines Mediums, insbesondere
bei der Schlammentwässerung
auf einer Kläranlage
mittels einer Zentrifuge oder eines Dekanters.
-
Im
Bereich der Fest/Flüssigtrennung
mittels Zentrifugen/Dekanter, insbesondere auf Kläranlagen, werden
zur Schlammentwässerung
Flockungshilfsmittel eingesetzt, um eine verbesserte und beschleunigte
Entwässerung
zu erreichen. Die zu verwendenden Flockungshilfsmittel sind kostenaufwändige Chemikalien.
Daher ist eine Optimierung der zu verwendenden Menge unter Berücksichtigung
des Entwässerungsverhaltens
des Mediums besonders wünschenswert.
-
Bei
dem Betrieb einer Zentrifuge/Dekanter in der Schlammentwässerung,
zum Beispiel auf einer Kläranlage,
weist der zugeführte
zu entwässernde Schlamm
meistens wechselnde Eigenschaften im Bezug auf Trockengehalt, Temperatur,
mineralischer Anteil, PH-Wert, Leitfähigkeit, etc. auf. Die benötigte Menge
an Flockungshilfsmittel ist jedoch abhängig von den vorgenannten Eigenschaften.
In der Praxis wird daher die Zudosierungsmenge für einen durchschnittlichen
Schlammzustand zuzüglich
eines Sicherheitszuschlages angesetzt. Die Überwachung beschränkt sich
dem Betrieb häufig
nur auf eine visuelle Beurteilung des Filtratwasserablaufes. Im
Filtratwasser sollten nach Möglichkeit
keine Feststoffe vorhanden sein, da sonst durch die Feststoffe eine
zu hohe Fracht Rückbelastung
in die Kläranlage
erfolgt. Ebenso ist ein hoher Anteil an Flockungshilfsmittel im Filtratwasser
aus verfahrenstechnischen Gründen nicht
sinnvoll, da das Filtratwasser in die Kläranlage zur Behandlung zurückgeführt wird,
und sich störend auf
das Abwasserreinigungsverfahren auswirken kann.
-
Die
bisher bekannten Verfahren zur Optimierung der Flockungshilfsmittelzugabe
arbeiten mit vorgegebenen Ist/Sollwerten für den Flockungshilfsmittelbedarf
aus einem Messwert für
den Feststoffgehalt des zu entwässernden
Schlammes und dessen Menge, und bzw. oder Trübungsmesssonden im Filtratwasser.
All diese Messeinrichtungen arbeiten in der Praxis äußerst ungenau,
da die Feststoffmessungen in dem zu entwässernden Schlamm, auf Grund
der hohen Feststoffanteile, sehr störanfällig reagieren und somit einer
ständigen
Reinigung/Wartung unterliegen. Ebenso sind Messsonden im Filtratwasserablauf
der Zentrifuge/Dekanter durch den hohen Luftgasanteil des Filtratwassers, hervorgerufen
durch die Zentrifugalkräfte
der Zentrifuge/Dekanter, nur unzureichend einsetzbar.
-
Aus
der
DE 101 15 179
A1 ist ein Verfahren und eine Messanordnung bekannt, das
auf einer eindimensionalen Auflichtmessung ohne vorhergehende Entgasung
zur Erfassung der Flockenstruktur und anschließender Bestimmung von Sehnenlängen und/oder
Lauflängen
aus den Grauwertverläufen
beruht. Aus einer ermittelten Häufigkeitsverteilung
wird anschließend
ein Aufkonzentrierfaktor ermittelt.
-
Aus
der
DE 3545 839 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kreislaufschließung bei
der Reinigung von Wasser und Abwasser bekannt, bei dem zuerst Schlamm
ein Flockungsmittel zugeführt wird,
um anschließend
eine Entgasung durchzuführen.
Es folgen anschließend
das Trennen in Schlamm und Reinwasser, dass Absenken des pH-Wertes
sowie ein Reinigungsschritt, bevor eine Entsorgung durch Verbrennen
erfolgt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Filtratwasser bzw. einen
Teil des Filtratwassers so aufzubereiten, dass Messsonden z.B. für Feststoff oder
Trübung
problemlos einsetzbar sind, und auf Grund der zeitnahen Messdaten
eine sinnvolle Regelung der Flockungsmittelzugabe erfolgen kann,
sodass die Schlammentwässerung
mit der tatsächlichen
minimal benötigten
Menge an Flockungshilfsmittel betrieben werden kann.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1. Das
erfindungsgemäße Verfahren
nach Patentanspruch 1 geht aus von einem Verfahren zur Regelung
der Flockungshilfsmittelzugabe mit den Schritten:
- – Mischen
von zu entwässerndem
Schlamm mit einem Flockungshilfsmittel, und
- – Trennen
des mit Flockungshilfsmitteln versehenen Schlamms in entwässerten
Schlamm und Filtratwasser.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – wenigstens
ein Teil des Filtratwassers entgast wird,
- – der
Feststoffanteil des entgasten Anteils des Filtratwassers bestimmt
wird, und
- – auf
ein Abweichen von einem vorgegebenen Feststoffanteil hin ein Erhöhen oder
Erniedrigen der zugeführten
Menge an Flockungshilfsmitteln erfolgt.
-
Dabei
erlaubt das Entgasen wenigstens eines Teiles des Filtratwassers
eine zuverlässige
Bestimmung des Feststoffanteils, sodass anhand dieses Wertes eine
genaue Erhöhung
oder Erniedrigung der zugeführten
Menge an Flockungshilfsmitteln ermöglicht und insgesamt eine Reduzierung
des Verbrauchs an Flockungshilfsmitteln erreicht wird.
-
Der
Feststoffanteil kann dabei z.B. mittels Proben ziehender Messautomaten
in festen Zeitintervallen bestimmt werden. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen,
dass der Feststoffanteil kontinuierlich erfasst wird. Dies kann
nach dem Entgasen des Filtratwassers besonders vorteilhaft mittels
einer Trübungsmessung
oder einem anderen geeigneten kontinuierlich arbeitenden Messverfahren
zur Bestimmung des Feststoffanteils erfolgen.
-
In
einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass das Mischen mit einem Motormischer erfolgt,
wobei auf ein Abweichen von einem vorgegebenen Feststoffanteil hin
ein Erhöhen
oder Erniedrigen der Drehzahl des Motormischers erfolgt. So kann
zusätzlich
auf diesem Wege die jeweils benötigte
Mischenergie bei sich ändernden
Eigenschaften des Schlammes optimiert und der Verbrauch an Flockungshilfsmitteln
reduziert werden.
-
Die
Anpassung der zugeführten
Menge an Flockungshilfsmitteln bzw. der Drehzahl des Motormischers
kann kontinuierlich erfolgen, wobei hier bspw. ein PID-Regler oder
ein adaptiver Regler verwendet werden kann. Vorzugsweise ist jedoch
vorgesehen, dass das Erhöhen
oder Erniedriegen der zugeführten
Menge an Flockungshilfsmitteln und/oder der Drehzahl des Motormischers
schrittweise erfolgen, sodass nur ein einfacher Regler nötigt wird,
der bspw. mit einer SPS-Steuerung realisiert werden kann. Alternativ
kann auch ein Regler mit Fuzzy-Logic verwendet werden.
-
Die
Vorrichtung zur Regelung der Flockungshilfsmittelzugabe umfasst
eine Flockungshilfsmittelvorlage bzw. Vorratsbehälter und eine Entwässerungseinrichtung,
wobei aus der Flockungshilfsmittelvorlage bzw. dem Vorratsbehälter Flockungshilfsmittel
dem zu entwässernden
Schlamm zugeführt
werden kann und die Entwässerungseinrichtung
zur Trennung des mit Flockungshilfsmitteln versehenen, Schlamms
in entwässerten
Schlamm und Filtratwasser ausgebildet ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung wenigstens
einen Filtratwasserentgaser und eine Feststoffmesseinrichtung aufweist,
sowie eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, wobei der Filtratwasserentgaser
zur Entgasung wenigstens eines Teiles des Filtratwassers ausgebildet
ist, die Feststoffmesseinrichtung zur Bestimmung des Feststoffanteils
des entgasten Filtratwasser ausgebildet ist und die Regelungseinrichtung
derart ausgebildet ist, dass auf ein Abweichen von einem vorgegebenen Feststoffanteil
die zugeführte
Menge an Flockungshilfsmittel erhöht oder erniedrigt werden kann.
Somit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine zuverlässige
und genaue Bestimmung des Feststoffanteils und damit eine optimale
Dosierung der zugeführten
Menge an Flockungshilfsmitteln.
-
Dabei
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Entwässerungseinrichtung eine Zentrifuge
aufweist. Es können
jedoch anstelle einer Zentrifuge auch andere Einrichtungen zur Entwässerung
verwendet werden, bspw. Pressen oder Dekanter.
-
Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Feststoffmesseinrichtung zur Trübungsmessung
ausgebildet ist. Es können
jedoch auch andere, geeignete Messverfahren zur Bestimmung des Feststoffanteils Verwendung
finden.
-
Ferner
ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Motormischer zum Mischen des
zu entwässernden
Schlamms mit dem Flockungshilfsmittel vorgesehen ist, wobei die
Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass auf ein Abweichen
von einem vorgegebenen Feststoffanteil die Drehzahl des Motormischers
erhöht
oder erniedrigt werden kann und so die jeweils benötigte Mischenergie
bei sich ändernden
Eigenschaften des Schlammes optimiert und der Verbrauch an Flockungshilfsmitteln
reduziert wird.
-
Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Filtratwasserentgaser wenigstens einen Überlauf
aufweist, um eine langsame Fließgeschwindigkeit
des mit Flockungshilfsmitteln versehenen Filtratwassers zu erreichen
und damit eine Entgasung zu bewirken. Dabei ist bspw. der Überlauf
ringförmig
ausgebildet, wobei mit Flockungsmitteln versehenes Abwasser von
außerhalb
des ringförmig
ausgebildeten Überlaufs
zugeführt
und aus dem Inneren des ringförmigen Überlaufs
abgeleitet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Filtratwasserentgaser
auch mechanisch wirkende Hilfsmittel zur Unterstützung der Entgasung aufweisen,
bspw. Ultraschallquellen oder Unterdruck.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Filtratwasserentgaser einen im Wesentlichen
kegelförmig
ausgebildeten Grundkörper
aufweist. Dabei strömt
das Filtratwasser verlangsamt entlang der Innenfläche der
im Wesentlichen kegelförmigen
Grundform und sammelt sich in der nach unten gerichteten Spitze
der im wesentlichen kegelförmigen
Grundform.
-
Dabei
ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Filtratwasserentgaser einen
an seinem unteren Ende angeordneten Ablauf aufweist, sodass das
Filtratwasser selbsttätig
durch die Schwerkraft durch den Filtratwasserentgaser zum Ablauf
strömt.
-
Es
wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem Motormischer,
-
3 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Filtratentgasers,
-
4 eine
Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel
des Filtratentgasers,
-
5 eine
Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels
eines Filtratentgasers, und
-
6 eine
weitere Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels des Filtratentgasers.
-
Es
wird zunächst
auf die 1 und 2 Bezug
genommen.
-
Die
Vorrichtung zur Abwasserreinigung, die ein Teil einer mehrstufigen
Abwasserreinigungsanlage sein kann, umfasst einen Sammelbehälter 20,
in dem zu entwässernder
Schlamm gesammelt werden kann und so insbesondere Schwankungen der
Zulaufmenge ausgeglichen werden können. Eine erste Leitung 22 stellt
eine Verbindung mit einer als Zentrifuge ausgebildeten Entwässerungseinrichtung 4 her, wobei
eine erste Pumpe 24 zur Förderung des zu entwässernden
Schlamms vorgesehen ist.
-
Ein
Behälter 2 für Flockungshilfsmittel
weist eine Fördereinrichtung 28 auf,
mit der über
eine zweite Leitung 30 Flockungshilfsmittel an einer Anschlussstelle 32 in
die erste Leitung 22 gefördert werden können, wo
sich die Flockungshilfsmittel mit dem zu entwässernden Schlamm vermischen
und der Entwässerungseinrichtung 4 zugeführt werden.
-
Die
als Zentrifuge ausgebildete Entwässerungseinrichtung 4 trennt
den mit den Flockungshilfsmitteln versehenen Schlamm in entwässerten Schlamm,
der in einem Container 34 gesammelt wird und in Filtratwasser,
das durch eine Abwasserleitung 36 der weiteren Abwasserbehandlung
einer mehrstufigen Kläranlage
zugeführt
werden kann.
-
An
der Abwasserleitung 36 ist ein Messkanal 38 angeschlossen,
mit dem ein Teil des Filtratwassers einer Messeinrichtung 6 zur
Bestimmung des Feststoffanteils zugeführt werden kann. Die Messeinrichtung
umfasst einen Filtratwasserentgaser 8 und eine Feststoffmesseinrichtung 10.
Der Filtratwasserentgaser 8 ist zur Entgasung des durch
den Messkanal 38 strömenden
Filtratwassers ausgebildet und wird weiter unten unter Bezugnahme
auf die 3 bis 6 erläutert. Das
entgaste Filtratwasser wird der Feststoffmesseinrichtung 10 zugeführt, die
zur Bestimmung des Feststoffanteils mittels einer Trübungsmessung
ausgebildet ist. Anschließend
kann das entgaste Filtratwasser durch eine Rückführleitung 54 wieder
in die zweite Leitung 36 eingespeist werden.
-
Der
mittels der Trockensubstanzmesseinrichtung 10 ermittelte
Messwert wird über
eine Messleitung 40 einer Regelungseinrichtung 14 zugeführt, die
bspw. eine SPS-Steuerung aufweist und derart programmtechnisch ausgebildet
ist, dass kontinuierlich oder in festen, vorgebbaren Zeitintervallen
ein Vergleich mit einem vorgebbaren Wert für den Trockensubstanzgehalt
erfolgt und auf ein Abweichen von dem vorgegebenen Feststoffanteil
die zugeführte
Menge an Flockungshilfsmitteln in ebenfalls vorgebbaren Schritten
erhöht
oder erniedrigt wird. Hierzu stellt eine erste Steuerleitung 42 eine
Verbindung von der Regelungseinrichtung 14 mit der Fördereinrichtung 28 her,
mittels der die Fördereinrichtung 28 gesteuert
werden kann.
-
Das
in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel weist an der
Anschlussstelle 32 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
einen Motormischer 12 auf, der eine verbesserte Vermischung der
Flockungshilfsmittel mit dem zu entwässernden Schlamm bewirkt. Dabei
stellt eine zweite Steuerleitung 44 eine Verbindung mit
der Regelungseinrichtung 14 her, sodass die Regelungseinrichtung 14 zusätzlich programmtechnisch
derart ausgebildet ist, dass auf ein Abweichen von dem vorgegebenen Feststoffanteil
die Drehzahl des Motormischers 12 erhöht oder erniedrigt wird.
-
Es
wird nun auf die 3 bis 6 Bezug genommen.
-
Das
Ausführungsbeispiel
des Filtratwasserentgasers 8 weist einen im Wesentlichen
kegelförmigen
Grundkörper 46 mit
einer Befestigung 58 auf, wobei der Grundkörper 46 mit
seiner Kegelspitze nach unten gerichtet angeordnet ist. Dabei ist
an der Kegelspitze ein Ablauf 18 angeordnet. Zur Regulierung
der Menge des abfließenden
Filtratwassers bzw. zur bedarfsweisen Sperrung ist am Ablauf 18 ein
Ventil 56 vorgesehen, das mit einer zu einer Feststoffmesseinrichtung 10 führenden
Leitung verbunden werden kann. An der Oberseite des Filtratwasserentgasers 8 ist
ein Zulauf 48 angeordnet, durch den zu entgasendes Filtratwasser
einem ringförmig
ausgebildeten Überlauf 16 zugeführt werden
kann.
-
Der Überlauf 16 weist
einen äußeren Ring 50 und
einen inneren Ring 52 auf. Dabei strömt das Filtratwasser vom äußeren Ring 50 in
den inneren Ring 52 und dann an der Innenseite des Grundkörpers 46 selbsttätig durch
seine Schwerkraft abwärts
und sammelt sich in der Kegelspitze des Grundkörpers 46. Dabei kann
der innere Ring 52, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch Strömungsbleche
in vier gleichgroße
Abschnitte unterteilt ist, mit einer Vielzahl von Bohrungen (nicht
dargestellt) versehen sein, durch die das Filtratwasser hindurchströmen kann
und auf die Innenseite des Grundkörpers 46 geleitet
wird.
-
Während des
Betriebes wird das zu entgasende Filtratwasser über den Zulauf 48 dem
Filtratwasserentgaser 8 zugeführt. Durch die tangentiale Anordnung
des Zulaufes 48 wird eine rotierende Strömung im äußeren Ring 50 erzeugt.
Hierdurch erfolgt ein gleichmäßiger Überlauf
in den inneren Ring 52, wobei ein Teil des Filtratwassers
hier schon entgast. Durch angebrachte Strömungsbleche wird die rotierende
Strömung
beruhigt, sodass restliche Gasblasen in der Mitte aufsteigen und
entgasen können. Das
entgaste Filtratwasser fließt über den
an der Kegelspitze angeordneten Ablauf 18 aus dem Grundkörper 46.
Die Ablaufleitung ist außerhalb
des Grundkörpers 46 bis
auf die Höhe
des Überlaufes 16 hoch geführt, sodass
ein Siphon gebildet wird. Hierdurch befindet sich eine Messsonde
der Feststoffmesseinrichtung 10 ständig im Medium und ein Leerlaufen des
Grundkörpers 46 wird
vermieden.
-
- 2
- Vorratsbehälter
- 4
- Entwässerungseinrichtung
- 6
- Messeinrichtung
- 8
- Filtratwasserentgaser
- 10
- Feststoffmesseinrichtung
- 12
- Motormischer
- 14
- Regelungseinrichtung
- 16
- Überlauf
- 18
- Ablauf
- 20
- Sammelbehälter
- 22
- erste
Leitung
- 24
- erste
Pumpe
- 26
- Behälter
- 28
- Fördereinrichtung
- 30
- zweite
Leitung
- 32
- Anschlussstelle
- 34
- Container
- 36
- Abwasserleitung
- 38
- Messkanal
- 40
- Messleitung
- 42
- erste
Steuerleitung
- 44
- zweite
Steuerleitung
- 46
- Grundkörper
- 48
- Zulauf
- 50
- äußerer Ring
- 52
- innerer
Ring
- 54
- Rückführleitung
- 56
- Ventil
- 58
- Befestigung