-
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Flotationsanlage zur mehrstufigen Druckentspannungsflotation wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dargelegt.
-
In der
DE 43 02 358 A1 sind ein Verfahren und eine Verfahrensanordnung zur zweistufigen Druckentspannungsflotation in einem Behälter beschrieben. Der Behälter weist zwei übereinanderliegende Bereiche auf, die miteinander über ein Ansaugrohr, durch welches gereinigtes Wasser aus der ersten Flotationsstufe in die zweite Flotationsstufe gesaugt wird, verbunden sind. Zur Durchführung der Druckentspannungsflotation wird gereinigtes und mit Luftversetztes Wasser über einen so genannten Dispergatverteiler in den oberen Behälterbereich und damit in die zweite Flotationsstufe eingedüst. Das Flotat wird über eine Flotatablaufrinne aus dem Behälter entfernt.
-
Durch die Zweistufigkeit der Druckentspannungsflotationsanlage wird eine verbesserte Abwasserreinigung möglich. In der Praxis zeigte die in der oben bezeichneten Offenlegungsschrift dargestellte Flotationsanlage jedoch gewisse Nachteile. Ein Nachteil ist darin zu sehen, dass die für die Flotation benötigte Luft bzw. Gasbläschen durch den in der Patentanmeldung beschriebenen Dispergatverteiler nicht sehr effektiv einzubringen ist. In der Praxis wurde deshalb dazu übergegangen, den Dispergatverteiler, anders als er in der genannten Patentanmeldung zeichnerisch dargestellt ist, immer weiter zu verästeln und im oberen Behälterbecken möglichst großräumig zu verteilen – in der Art eines verzweigten Hirschgeweihs –, um zu einer möglichst guten und überall im Behälter gleichmäßigen Gasverteilung zu gelangen. Die weitverzweigten Dispergatverteiler haben jedoch diverse Nachteile, so zum Beispiel sind sie verhältnismäßig teuer in der Herstellung und erschweren eine spätere Reinigung und Wartung der Anlage. Ein weiterer Nachteil der Anlage liegt darin, dass in der ersten Flotationsstufe nicht durch die Luft- bzw. Gasblasen aufgeschwemmten Partikel sich im Behälterboden sammeln und von Zeit zu Zeit in einem gesonderten Arbeitsschritt entnommen werden müssen. Damit erfüllt die Anlage zwar insofern ihren Zweck, nämlich das bereits vorgeklärte Wasser aus der ersten Flotationsstufe weiter aufzureinigen, nichtsdestotrotz wäre es wünschenswert, wenn die Anlage ohne zusätzliche Sonderreinigungsschritte betrieben werden könnte.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Flotationsanlage zur mehrstufigen Druckentspannungsflotation bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Flotation als Ganzes in der erfindungsgemäßen Anlage verbessert werden und es sollen aufwändige Dispergatverteiler wie in der zitierten deutschen Patentanmeldung vermieden werden.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Flotationsanlage nach Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die Flotationsanlage zur mehrstufigen Druckentspannungsflotation ist insbesondere zweistufig ausgestaltet. Es können jedoch auch drei oder mehr Stufen vorgesehen sein. Die erste Flotationsstufe ist entsprechend dem Stand der Technik ausgestaltet, das heißt in einem Behälter sind Rohwasserzulauf, Recyclingwasserablauf und Klarwasserablauf vorgesehen. Das einströmende Rohwasser wird mit Luft versetzt und in den Behälter eingeströmt. Dort steigt das Flotat, d. h. die an den Luft- bzw. Gasbläschen anhaftenden Partikel des Rohwassers, auf und werden über den Schlammaustrag ausgetragen. Als Klarwasser wird das zu Boden sinkende und über eine Trennwand, die als Tauchglocke ausgeführt ist, gelenkte Wasser gesammelt und über den Klarwasserablauf abgeführt. Anders als bei der Flotationsanlage entsprechend der oben zitierten Patentanmeldung wird dieses Klarwasser bereits vor Erreichen des zweiten Behälterkompartimentes, in welchem die zweite Flotationsstufe stattfindet, mit Luft beaufschlagt. Diese Luftbeaufschlagung erfolgt in dem Klarwasserablauf, d. h. in dem Steigrohr, über welches das Klarwasser abgezogen wird. Die Luftbeaufschlagung erfolgt über die Zufuhr von mit Luft angereichertem Recyclingwasser. Dieses Recyclingwasser stammt vorzugsweise aus demselben Kreislauf, d. h. es handelt sich um Klarwasser, das bevorzugt in der zweiten Flotationsstufe abgezogen wird, mit Luft versetzt wird und wieder zugesetzt wird.
-
Durch die Zufuhr von Luft zum Klarwasser im Klarwasserablauf ist es möglich, den Dispergatverteiler entsprechend der obigen Patentanmeldung vollständig entfallen zu lassen. Weiterhin wird auf diese Art und Weise das gesamte der zweiten Flotationsstufe zugeführte Klarwasser gleichmäßig mit Luft bzw. Gas versetzt. Das Klarwasser erreicht bereits im mit Luft gesättigten Zustand den zweiten Behälterbereich und damit die zweite Flotationsstufe. Ferner findet die Druckentspannung bereits am Ausgang des Klarwasserablaufs der ersten Stufe und damit des Rohwasserzulaufs der zweiten Flotationsstufe statt. Dies hat verbesserte Strömungsverhältnisse in der Flotationsanlage zur Folge. Der Überlauf des Steigrohrs dient zugleich als Blasenabscheider. Die großen Luft- bzw. Gasblasen werden abgeschieden. Große Blasen sind der Flotation hinderlich, wichtig sind für die Flotation die kleinen und feinsten Blasen. Beim Dispergatverteiler des Standes der Technik findet keine Grobblasenabscheidung statt; die großen Blasen verbleiben im Wasser und behindern die Flotation.
-
Die Flotationsanlage weist einen Behälterboden auf, der den Behälter nach unten abschließt. Im Behälter wird jedoch ein Zwischenboden ausgebildet, der trichterförmig ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass der Zwischenboden geneigt gestaltet ist, mit zunehmender Steigung in Richtung zur Behälterwand. Der Abstand des Zwischenbodens vom eigentlichen Behälterboden nimmt folglich von der Behältermitte zur Behälterwand stetig zu. Die trichterförmige Gestaltung des Bodens hat sich als sehr vorteilhaft für eine effizientere Reinigung erwiesen. Da der Boden schräg gestaltet ist, werden von den Gasbläschen nicht erfasste Partikel in der ersten Flotationsstufe, welche zu Boden sinken, automatisch im mittleren Bereich zentriert. Über dem mittleren Bereich befindet sich die Trennwand, die als Tauchglocke ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass die sich im mittleren Bereich des Behälterbodens ansammelnden Partikel durch den Klarwasserstrom mitgerissen werden und somit in die zweite Flotationsstufe überführt werden. Dadurch entfällt ein gesondertes Ausräumen der Flotationsanlage, da zu Boden sinkende Partikel automatisch in die nächste Flotationsstufe überführt werden. Durch die Luftbeimischung unmittelbar im Zustrom zur zweiten Flotationsstufe werden auch diese Partikel sich an Gasbläschen bzw. Luftbläschen anlagern und so in der zweiten Flotationsstufe abgereinigt werden. Die Kombination der beiden erfindungsgemäßen Gestaltungen führt zu der angestrebten effizienten Aufreinigung der Anlage als Ganzes. Es ist jedoch hervorzuheben, dass bereits durch das Einbringen der Luft im Rohwasserzustrom zur zweiten Rotationsstufe eine wesentliche Reinigungseffizienzverbesserung erzielt worden ist. Durch die konische Gestaltung des Behälterbodens bzw. des Zwischenbodens wird noch eine weitere Effizienzsteigerung erzielt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Zwischenboden selbststabilisierend ausgeführt. Dies wird dadurch erzielt, dass er mit Durchbrechungen versehen ist, durch welche Prozesswasser hindurchtritt. Der Zwischenboden ist lediglich im Umfangsbereich des Behälters befestigt und braucht an sich nicht besonders druckfest bzw. stabil ausgeführt zu sein. Das durch die Durchbrechungen hindurchtretende Wasser, das sich folglich zwischen dem Zwischenboden und dem eigentlichen Behälterboden sammelt und aufhält, wird folglich einen Gegendruck gegen das von oben auflastende Wasser ausbilden und führt sozusagen zum „Aufschwimmen” des Zwischenbodens, der jedoch durch die Fixierung an der Behälterwand gehalten wird und so seine Position beibehält. Mit dieser Konstruktionsweise ist es möglich, den Zwischenboden so auszulegen, dass er als solcher, ohne die selbststabilisierende Wirkung des durchtretenden Wassers, für sehr viel geringere Auflasten geeignet wäre.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flotationsanlage; und
-
2 eine Draufsicht auf die Flotationsanlage der 1 in schematischer Darstellung.
-
Die Flotationsanlage 1 ist in einem Behälter 2 untergebracht. Sie weist zwei Flotationsstufen auf, eine erste Flotationsstufe, die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist, und eine zweite Flotationsstufe, die mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist. Die erste Flotationsstufe 3 findet im ersten Behälterkompartiment 6 statt; die zweite Flotationsstufe 5 findet im zweiten Behälterkompartiment 7 statt.
-
Rohwasser gelangt über den Rohwasserzulauf 15 in die Anlage, wie angedeutet durch den Pfeil 40. Wie im Stand der Technik bekannt, wird das Rohwasser mit Luft oder Gas versetzt (nicht dargestellt). Üblicherweise geschieht dies bereits im Rohwasserzulauf. Es sind auch Anlagen bekannt, in welchen Luft bzw. Gas im Behälter eingebracht wird, in dem die Flotation stattfindet. Mit Luft bzw. Gas versetztes Rohwasser steigt anschließend nach oben, wie angedeutet durch den Pfeil 41. Dabei gelangt das Prinzip der Flotation zur Anwendung, wonach sich in dem Rohwasser befindliche Partikel an die Luft- bzw. Gasblasen anlagern und mit diesen nach oben getragen werden. Durch die konische Form des ersten Behälterkompartimentes 5, den so genannten Flotationskegel 4, werden die aufgeschwemmten Partikel, als Flotat oder Schlamm bezeichnet, im oberen Bereich des Konus, mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet, angesammelt. Das von Partikeln befreite Wasser sinkt zu Boden und wird unter einer ersten Tauchwand 12 hindurchgeführt, wie angedeutet durch die Pfeile 42. Anschließend tritt es in ein Steigrohr 33 ein, der als erster Klarwasserablauf 8 bezeichnet wird. Über dieses Steigrohr steigt das Klarwasser aus der ersten Flotationsstufe 3 in die zweite Flotationsstufe 5 auf.
-
Erfindungsgemäß wird das Klarwasser aus der ersten Flotationsstufe 3 im ersten Klarwasserablauf 8, d. h. im Steigrohr 33, mit Luft bzw. Gas angereichert (Pfeil 49). In der dargestellten Ausführung erfolgt dies, indem mit Luft bzw. Gas versetztes Recyclingwasser über den Recyclingwasserzulauf 18 dem ersten Klarwasserablauf 8 zugeführt wird. Alternativ ist beispielsweise auch möglich die Luft bzw. das Gas direkt, d. h. in Gasform, dem Steigrohr 33 zuzusetzen, beispielsweise durch eine Lufteinblasdüse. Das Recyclingwasser entstammt bevorzugt der zweiten Flotationsstufe 5 und wird über den Recyclingwasserablauf 19 entnommen (Pfeil 50) und mit Luft versetzt über den Recyclingwasserzulauf 18 wieder zugeführt. Das über dem Recyclingwasserablauf entnommene Recyclingwasser kann beispielsweise auch dazu verwendet werden, das Rohwasser mit Luft bzw. Gas zu versetzen. Das mit Luft bzw. Gas versetzte Klarwasser aus der ersten Flotationsstufe 3 verlässt das Steigrohr 33 und gelangt in die zweite Flotationsstufe 5, wie angedeutet durch die Pfeile 43. In der zweiten Flotationsstufe 5 wird wiederum das bekannte Flotationsprinzip angewendet. Sich noch im Klarwasser aus der ersten Flotationsstufe 3 möglicherweise befindliche Partikel lagern sich an die Gas- bzw. Luftblasen an und werden so nach oben geschwemmt. Das gereinigte Wasser wird unter der zweiten Tauchwand 13 hindurchgeführt und gelangt auf diese Weise in den zweiten Klarwasserablauf 11, dargestellt durch den Pfeil 44. Wird die Anlage nicht als zweistufige Flotationsanlage ausgeführt sondern als drei- oder vierstufige Flotationsanlage, so wird das Klarwasser aus dieser beschriebenen zweiten Flotationsstufe 5 einer oder mehreren weiteren Flotationsstufe entsprechend zugeführt (nicht dargestellt).
-
Die Klarwasserabläufe 8 und 11 sind bevorzugt nach oben offene Rohre. In der dargestellten Ausführung haben diese jeweils einen kreisrunden Querschnitt. Es sind jedoch auch andere Querschnitte einsetzbar, insbesondere gerundete Querschnitte wie ovale.
-
Wie erwähnt, wird das Klarwasser aus der ersten Flotationsstufe 3 im Steigrohr 33, d. h. im ersten Klarwasserablauf 8, mit Luft bzw. Gas versetzt. Neben einer ausgezeichneten Anreicherung mit Luft, weit besser als in der oben beschriebenen deutschen Offenlegungsschrift, in welcher die beschriebenen Dispergatverteiler eingesetzt werden, bringt das Zusetzen von Luft im Klarwasserablauf 8 der ersten Flotationsstufe 3 und damit im Rohwasserzulauf der zweiten Flotationsstufe 5 den Vorteil mit sich, dass der Rohrüberlauf 26 als Blasenabscheider wirkt. Die großen Luftblasen werden abgeschieden, wodurch kleinere und kleinste Luftblasen, Feinstblasen und Mikroblasen, welche die Flotation bewirken, im Wasser verbleiben. Dies verbessert die Effizienz der Reinigungswirkung der Flotation aufgrund der vergrößerten Oberfläche, an welche sich Partikel anlagern können.
-
Der Schlammaustrag erfolgt aus der ersten Flotationsstufe 3, indem ein erster Schließzylinder 9 verschlossen wird. Dadurch wird der erste Klarwasserablauf 8 verschlossen. Dies hat zur Folge, dass im ersten Behälterkompartiment 6 der Wasserspiegel ansteigt, wodurch der sich im oberen Konusbereich 25 angesammelte Schlamm aus diesem heraus und in den durch den Schlammaustragkegel 34 gebildeten Schlammraum 35 geschwemmt wird, wie angedeutet durch die Pfeile 45. Über den ersten Schlammaustrag 16 verlässt der auf diese Weise gesammelte Schlamm die Flotationsanlage 1 (Pfeil 52). In der zweiten Flotationsstufe 5 wird zum Austragen des angesammelten Schlamms, der sich an der Wasseroberfläche angesammelt hat, der zweite Schließzylinder 10 verschlossen. Hierdurch wird der zweite Klarwasserablauf 11 versperrt, wodurch der Wasserstand im zweiten Behälterkompartiment 7 angehoben wird. Die Wasserstandslinie im unversperrten Zustand ist durch die gestrichelte Linie 27 in 1 angedeutet. Durch das Ansteigen des Wasserstandes im zweiten Behälterkompartiment 7 wird auf der Wasseroberfläche angesammeltes Flotat in den zweiten Schlammaustrag 17 geschwemmt und damit aus dem Behälter entfernt, wie angedeutet durch die Pfeile 46 und 51. Die Schlammaustragperiode wird jeweils durch Öffnen des jeweiligen Schließzylinders 9 bzw. 10 beendet, wodurch der Wasserspiegel aufgrund des Abführens von Klarwasser wieder sinkt.
-
Wie erwähnt, sind eine erste und eine zweite Tauchwand 12 bzw. 13 in der ersten und zweiten Flotationsstufe 3 und 5 jeweils vorgesehen. In der dargestellten Ausführung ist die Tauchwand 13 im zweiten Behälterkompartiment 7 eine Kreissehne, die einen Bereich 28 des zweiten Behälterkompartimentes 7 abtrennt. Die erste Tauchwand 12 im ersten Behälterkompartiment 6 ist dagegen zylinderförmig als eine so genannte Tauchglocke ausgeführt. Hierfür weist sie eine zylinderförmige Tauchwandwandung 31 und eine Abdeckung 14 auf. Die Abdeckung 14 ist in der dargestellten Ausführung als waagerecht liegender Deckel dargestellt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung kann diese Abdeckung 14 jedoch auch schräg gestaltet sein, wie angedeutet durch die punktierte Linie 32. Auf diese Weise wird auf der Abdeckung 14 angesammeltes Sediment von der Abdeckung 14 herab und in Richtung zum Behälterboden 20 sinken, wie angedeutet durch den Pfeil 47. Auf diese Weise wird eine Sedimentablagerung auf der Tauchglocke und damit im Behälter 2 vermieden.
-
Die dargestellte Flotationsanlage 1 weist einen Behälterboden 20 auf. Über diesem Behälterboden 20 ist ein Zwischenboden 21 ausgebildet. Dieser Zwischenboden 21 ist an der Behälterwand 22 befestigt, bezeichnet durch das Bezugszeichen 23. Wie in 1 zu erkennen ist, ist der Zwischenboden 21 trichterförmig gestaltet, dies bedeutet, dass der Zwischenboden geneigt ist. Man könnte die Form auch konisch bezeichnen. Bewegt man sich von der Mitte 29 der Flotationsanlage 1 in Richtung zur Behälterwand 22, so nimmt der Abstand, mit d bezeichnet und beispielhaft an einer Stelle eingetragen, stetig zu. Anstelle einer strengen Trichterform mit stetig sich ändernder Neigung kann auch eine konvexe Form vorgesehen sein, d. h. eine gerundete Form, bei welcher die Steigung im äußeren Bereich, d. h. im Bereich der Behälterwand 22, stark abnimmt und dann in Richtung zur Mitte 29 hin immer weniger abnimmt. Entscheidend ist, dass die Form so gestaltet ist, dass zu Boden sinkende Partikel, häufig in der Fachwelt als Sediment bezeichnet, sich im Bereich der Mitte 29 des Behälters 2 ansammeln, wie angedeutet durch den Pfeil 48. Zu Boden sinkendes Klarwasser reißt beim Aufsteigen in den Klarwasserablauf 8 auf dem Zwischenboden 21 befindliche und/oder in Richtung zur Mitte 29 hin gesunkene Partikel mit hoch und überführt sie so in die zweite Flotationsstufe 5. Dort können die aus der ersten Flotationsstufe 3 mitgeführten Partikel abgereinigt und über den zweiten Schlammaustrag 17 entfernt werden. Die geneigte Form des Zwischenbodens 21 bewirkt eine effektivere Gesamtreinigungsleistung der Flotationsanlage 1. In Kombination mit der Luft- bzw. Gasbeimengung im Steigrohr 33 des ersten Klarwasserablaufs 8 und damit im Rohwasserzulauf zur zweiten Flotationsstufe 5 wird eine noch weitere Effizienzoptimierung bewirkt. Hervorzuheben ist, dass anstelle eines Behälterbodens 20 und eines Zwischenbodens 21 auch der Behälterboden 20 an sich trichterförmig gestaltet sein kann, wodurch der Zwischenboden 21 entfällt. Es mag jedoch gewisse fertigungstechnische Vorteile haben, einen Zwischenboden 21 vorzusehen.
-
In einer bevorzugten Ausführung, wie sie in 1 dargestellt ist, ist der Zwischenboden 21 mit Durchbrechungen 24 versehen. Bei diesen Durchbrechungen 24 handelt es sich um Löcher, die beispielsweise gebohrt oder gestanzt werden können, und über den Zwischenboden 21 verteilt sind. Diese Durchbrechungen können einen Durchmesser von beispielsweise 5–50 mm haben. Sie sollten nicht allzu groß sein, da ansonsten Partikel durch sie hindurch gelangen und im Zwischenbodenbereich 30, d. h. im Bereich zwischen Behälterboden 20 und Zwischenboden 21, liegen bleiben könnten. Die Durchbrechungen 24 haben den Zweck, dass Wasser durch sie hindurchtreten kann. Auf diese Weise wird der Zwischenboden 21 selbsttragend bzw. selbststabilisierend. Dies bedeutet, dass das sich im Zwischenbodenbereich 30 befindliche Wasser, das quasi nicht komprimierbar ist, einen Gegendruck gegen das auflastende Wasser auf der Oberseite des Zwischenbodens 21 bildet. Das darunter befindliche Wasser will sozusagen den Zwischenboden 21 aufschwemmen und das darüber befindliche Wasser will ihn nach unten drücken. In seiner Position gehalten wird er durch die Befestigung 23 an der Behälterwand 22. Durch die erfindungsgemäße Gestalt kann der Zwischenboden 21 verhältnismäßig leicht, d. h. dünn und damit materialsparend ausgelegt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Flotationsanlage
- 2
- Behälter
- 3
- Erste Flotationsstufe
- 4
- Flotationskegel
- 5
- Zweite Flotationsstufe
- 6
- Erstes Behälterkompartiment
- 7
- Zweites Behälterkompartiment
- 8
- Erster Klarwasserablauf
- 9
- Erster Schließzylinder
- 10
- Zweiter Schließzylinder
- 11
- Zweiter Klarwasserablauf
- 12
- Erste Tauchwand
- 13
- Zweite Tauchwand
- 14
- Abdeckung
- 15
- Rohwasserzulauf
- 16
- Erster Schlammaustrag
- 17
- Zweiter Schlammaustrag
- 18
- Recyclingwasserzulauf
- 19
- Recyclingwasserablauf
- 20
- Behälterboden
- 21
- Zwischenboden
- 22
- Behälterwand
- 23
- Befestigung
- 24
- Durchbrechung
- 25
- Oberer Konusbereich
- 26
- Rohrüberlauf
- 27
- Wasserstand
- 28
- Bereich
- 29
- Mitte
- 30
- Zwischenbodenbereich
- 31
- Tauchwandwandung
- 32
- Linie
- 33
- Steigrohr
- 34
- Schlammaustragkegel
- 35
- Schlammraum
- 40
- Pfeil
- 41
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 43
- Pfeil
- 44
- Pfeil
- 45
- Pfeil
- 46
- Pfeil
- 47
- Pfeil
- 48
- Pfeil
- 49
- Pfeil
- 50
- Pfeil
- 51
- Pfeil
- 52
- Pfeil
- d
- Abstand
