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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kompaktstripanlage zur Entfernung
von leichtflüchtigen
Verunreinigungen aus Grundwasser, aus einem Gehäuse mit Wasserzu- und Wasserablaufleitungen
und mit Zuluft- und Abluftleitungen sowie aus im Inneren des Gehäuses fest
angeordneten Trichtern und Schleudereinheiten, die von einem Motor über eine
zentrale Welle angetrieben werden. Verunreinigungen des Grundwassers
sind insbesondere chlorierte Kohlenwasserstoffe, u. dgl.
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Die
Verfahren, bei denen im Grundwasser gelöste Schadstoffe desorbiert
werden, werden Stripverfahren genannt. Hierbei werden durch Eintragen eines
Gases, meistens Luft, das Konzentrationsgleichgewicht zwischen Flüssig- und
Gasphase zugunsten des Gases verschoben und die Schadstoffe aus
dem Wasser ausgetrieben bzw. ausgestript. Zur Durchführung der
Desorption sind verschiedene Verfahren bekannt. Neben dem am häufigsten
in der Grundwassersanierung angewandten Verfahren mit einer Füllkörperkolonne
gibt es z. B. auch Wellenbahnkolonnen und Strahlapparate.
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Die
Reinigung von Grundwasser mit Füllkörperkolonnen
ist ein Basisverfahren in der Umwelttechnik, mit dem schon seit
vielen Jahren Altlasten saniert werden. Noch länger als zur Grundwassersanierung
wird das Strippen seit Jahrzehnten in der chemischen Industrie angewendet
und gilt auch hier als ein nach dem Stand der Technik arbeitendes,
betriebssicheres und zuverlässiges
Verfahren.
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Eine
gattungsgemäße Kompaktstripanlage dieser
Art ist aus
DE 299
17 416 U1 vorbekannt. Bei dieser sind im Gehäuse ein
mit der Wasserzulaufleitung verbundener Düsenring zum Versprühen des zugeführten Wassers
und darunter drei Trichter mit zwischen diesen von der Welle getragenen
und angetriebenen scheibenförmigen
Schleudereinheiten angeordnet. Nachteilig bei dieser Ausbildung
eines Kompaktstrippers ist, dass das verunreinigte Grundwasser von
oben nach unten und von Trichter zu Trichter durchläuft. Wenn
die Reinigungsleistung dieser Kompaktstripanlage nicht ausreichend
ist, müssen
mehrere Anlagen hintereinander geschaltet oder das Wasser im Kreislauf
zurückgeführt werden,
um in einem zweiten oder dritten Durchlauf vollständig gereinigt
zu werden.
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Der
Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Kompaktstripanlage
der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, bei der die vollständige
Reinigung des zugeführten
Grundwassers in einem Durchlauf erfolgt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass im äußeren Gehäuse mehrere oben offene und
unten geschlossene, von der Wand des Gehäuses beabstandete Behälter zur
Aufnahme des Wassers übereinander
angeordnet sind, dass in jedem Behälter eine von der zentralen
Welle mit Luft aus der Zuluftleitung versorgte Schleudereinheit
angeordnet ist und dass unterhalb eines jeden Behälters und
oberhalb des darunter befindlichen Behälters ein Trichter zur Überführung des
aus der freien Oberseite des oberhalb des Trichters befindlichen Behälters zwischen
dessen Wand und der Wand des Gehäuses
austretenden Wassers in den darunter befindlichen Behälter angeordnet
ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Kompaktstripanlage
wird das mit leichtflüchtigen
Verunreinigungen versehene Grundwasser in jedem der separaten Behälter über die
Schleudereinheit mit Zuluft versorgt, welche das im jeweiligen Behälter befindliche
Wasser belüftet,
viele kleine Blasen erzeugt und die Verunreinigungen bzw. Schadstoffe
in die Gasphase überführt, so
dass diese aus jedem separaten Behälter gesondert austreten und
aus der Abluftleitung abgeführt
werden. Anschließend
strömt
das im ersten Behälter
behandelte Wasser über
dessen Wand hinaus und zwischen der Wand des Gehäuses und der Wand des ersten
Behälters
hinunter über
den zugeordneten Trichter in den zweiten Behälter, um hier erneut behandelt
zu werden. Die Erfindung schafft dadurch eine mehrstufige Kompaktstripanlage,
die so viele Stufen aufweisen kann, wie für die vollständige Reinigung
des kontaminierten Grundwassers erforderlich sind.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, wobei das Gehäuse und
die darin angeordneten Behälter
im Querschnitt kreisrund ausgebildet sind, ist vorgesehen, dass
jeder Behälter
mit seiner Wand mit der Wand des Gehäuses mittels radialer Platten
verbunden ist. Dabei ragen die Platten als Strömungsbrecher in das Innere
der oben offenen Behälter
hinein. Die Trichter sind mit der Wand des Gehäuses fest verbunden und als
flache Schalen mit gelochtem Boden ausgebildet.
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In
noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Schleudereinheiten
mit sich von der hohl ausgebildeten, angetriebenen zentralen Welle
radial erstreckenden hohlen, mit Luftaustrittsöffnungen versehenen rohrförmigen Armen
ausgebildet. Das Gehäuse
ist modulartig aus einzelnen miteinander verschraubten Gehäusescheiben
zusammengesetzt, in denen je ein Behälter mittels der als radiale
Strömungsbrecher
dienenden Platten und ein Trichter angeordnet sind. Das Gehäuse ist
durch einen kugelschalenförmigen
Domdeckel abgeschlossen, in den die Luft- und Wassereinlassleitungen
münden,
dem ein erster Trichter zugeordnet ist und aus dem die Abluftleitung
austritt. Das Gehäuse
ist durch einen kugelschalenförmigen
Bodenabschluss abgeschlossen, in dem der Motor zum Antrieb der zentralen
Welle und oberhalb desselben die Wasserablaufleitung für das Reinwasser
angeordnet sind.
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In
noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist in die Wasserzulaufleitung
mindestens ein Wärmetauscher
zur Erwärmung
des zugeführten
verunreinigten Grundwassers eingeschaltet. Der Wärmetauscher wird von dem aus
der Wasserablaufleitung austretenden Reinwasser versorgt. Auch kann
dem Wärmetauscher
ein Solarpanel zur Erwärmung
des zugeführten
verunreinigten Grundwassers zugeschaltet sein.
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In
noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist der im Domdeckel angeordneten
Abluftleitung für
die kontaminierte Abluft eine konventionelle Abluftbehandlungseinrichtung
nachgeschaltet, die mindestens einen Biofilter, einen Kondensatabscheider
und einen Luftaktivkohlefilter umfasst.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand einer in den Zeichnungen dargestellten
Kompaktstrippanlage zur Entfernung von leichtflüchtigen Verunreinigungen aus
Grundwasser näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
prinzipiellen Aufbau der Kompaktstripanlage,
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2 einen
Vertikalschnitt durch das Gehäuse
des Kompaktstrippers,
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3 einen
Vertikalschnitt durch einen Baumodul des Gehäuses des Kompaktstrippers,
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4 einen
Horizontalschnitt durch das Baumodul nach 3,
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5 eine
perspektivische Ansicht auf eine Schleudereinheit eines jeden Baumoduls
und
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6 eine
Ansicht eines Rührarms
der Schleudereinheit.
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Die
Kompaktstrippanlage zur Entfernung von leichtflüchtigen Verunreinigungen aus
Grundwasser, insbesondere chlorierten Kohlenwasserstoffen u. dgl.,
umfasst einen Kompaktstripper 1 mit einem Gehäuse 2,
in dem mehrere Behälter 3 zur
Aufnahme und Behandlung des Grundwassers angeordnet sind, für dessen
Zufuhr auf der Oberseite 18 des Gehäuses 2 eine Wasserzulaufleitung 4 und
für dessen Abfuhr
als Reinwasser auf der Unterseite 19 des Gehäuses 2 eine
Wasserablaufleitung 5 angeschlossen sind.
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Das
mit Verunreinigungen versehene Grundwasser wird aus einem Sanierungsbrunnen 6 abgepumpt
und über
zwei Platten-Wärmetauscher 7, 8 geführt, die
in die Wasserzulaufleitung 4 eingeschaltet sind. An den
ersten Platten-Wärmetauscher 7 ist über eine
Pumpe 9 die Wasserablaufleitung 5 für aus dem
Kompaktstripper 1 kommendes erwärmtes Reinwasser angeschlossen,
das nach dem Durchlaufen des Platten-Wärmetauschers 7 über eine
Ablaufleitung 10 für
Reinwasser abgeführt
wird. An den zweiten Platten-Wärmetauscher 8 ist
ein Solar-Panel 11 zur Erwärmung des Grundwassers mittels
Sonnenenergie angeschlossen, wobei das Grundwasser über eine
Pumpe 41 zum Solar-Panel 8 gefördert wird.
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An
die Oberseite 18 des Kompaktstrippers 1 ist eine
Abluftleitung 12 mit einer Pumpe 13 angeschlossen,
in welche für
die aus dem Kompaktstripper 1 abgeführte kontaminierte Abluft eine
konventionelle Abluftbehandlungseinrichtung 14 eingeschaltet ist,
die mindestens einen Biofilter 15, einen Kondensatabscheider 16 und
einen Luftaktivkohlefilter 17 umfasst.
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In
jedem Behälter 3 des
Kompaktstrippers 1 ist eine Schleudereinheit 20 angeordnet,
welche von einer Zuluftleitung 21 mit Umgebungsluft über eine zentral
gelagerte Rohrwelle 22 versorgt wird, die von einem auf
der Unterseite 19 des Kompaktstrippers 1 angeordneten
Motor 23 angetrieben wird.
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Das
in 2 im Querschnitt dargestellte Gehäuse 2 des
Kompaktstrippers 1 ist modulartig aus einzelnen, übereinander
montierten und miteinander verschraubten Gehäusescheiben 24 aufgebaut,
von denen eine in 3 im Querschnitt und in 4 in der
Draufsicht dargestellt ist. Jede Gehäusescheibe 24 besteht
aus einer kreisrunden, auf der Ober- und Unterseite mit Verbindungsflanschen 25, 26 versehenen
Wand 27 und einem zentrisch mit geringerem Durchmesser
in dieser angeordneten Behälter 3,
der über
vier am Umfang unter 90° versetzt
angeordnete Platten 28 mit der Wand 27 der Gehäusescheibe 24 fest
verbunden ist. Die Platten 28 sind mit der Wand 27,
z. B. durch Verschweißen,
fest verbunden, durchdringen die Wand 29 des Behälters 3 und
bilden auf der Innenseite des Behälters 3 Strömungsbrecher 30.
Zwischen der Wand 29 des Behälters 3 und der Wand 27 jeder
Gehäusescheibe 24 ist
ein Freiraum 31 gebildet, der zum Durchströmen des
Wassers von einem Behälter 3 zum
darunter befindlichen Behälter 3 dient.
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Oberhalb
jeder Gehäusescheibe 24 ist
im Innern des Gehäuses 2 ein
Trichter 32 angeordnet, der mit einem radial umlaufenden
Bund 33 zwischen je zwei Verbindungsflanschen 26, 27 zweier
Gehäusescheiben 24 eingespannt
ist und der als flache Schale 34 mit gelochtem Boden 35 ausgebildet
ist.
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Das
Gehäuse 2 ist
auf der Oberseite 18 durch einen kugelschalenförmigen Domdeckel 36 abgeschlossen,
in den die Lufteinlass- und Wasserzulaufleitungen 21 bzw. 4 und
die Abluftleitung 12 münden.
Dem Domdeckel 36 ist ein erster Trichter 32 zugeordnet,
dem das Grundwasser aus der Wasserzulaufleitung 4 zugeführt wird.
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Das
Gehäuse 2 ist
auf der Unterseite 19 durch einen kugelschalenförmigen Bodenabschluss 37 abgeschlossen,
in dem der Motor 23 zum Antrieb der zentralen Rohrwelle 22 und
oberhalb desselben die Wasserablaufleitung 5 für das Reinwasser
angeordnet sind. Eine Füllstandsanzeige 42 ist
außen
an der unteren Gehäusescheibe 24 angeordnet.
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Wie
es in den 5 und 6 dargestellt ist,
sind die in jedem Behälter 3 angeordneten Schleudereinheiten 20 mit
von einer zentralen Scheibe 40 ausgehenden, rohrförmigen Armen 38 versehen,
die sich von der hohl ausgebildeten, vom Motor 23 angetriebenen,
zur Luftzufuhr dienenden zentralen Rohrwelle 22 und der
diese umgebenden zentralen Scheibe 40 radial nach außen erstrecken
und mit in Drehrichtung bzw. vertikal wirkenden Luftaustrittsöffnungen 39 versehen
sind.
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Die
einzelnen Module bzw. Gehäusescheiben 24 des
Gehäuses 2 und
die Behälter 3 mit
ihren Bestandteilen sowie die Trichter 32 bestehen aus Metall
oder aus Kunststoff, insbesondere PE.
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Die
hier beschrieben Kompaktstripanlage arbeitet mit Stoffaustausch
im Gegenstrom (Strippen) wie folgt:
Aus dem Sanierungsbrunnen 6 wird
kontaminiertes und kaltes Grundwasser gefördert und mittels der beiden
Platten-Wärmetauscher 7, 8 vorerwärmt über die
Wasserzulaufleitung 4 dem Kompaktstripper 1 zugeführt. Hier
tritt das Grundwasser auf der Oberseite 18 ein und wird
dem oberen Behälter 3 zugeführt. In
diesem rotiert eine Schleudereinheit 20, die über die
Luftaustrittsöffnungen 39 in
den vier sternförmig
angeordneten Armen 38 Luft zuführt, die über die Lufteinlassleitung 21 und
die hohle, vom Motor 23 angetriebene Rohrwelle 22 zugeführt wird.
Die im Wasser verteilte und versprühte Luft in dem mit Wasser
gefüllten
oberen Behälter 3 löst die Schadstoffe aus
dem Wasser heraus und überführt diese
in die gasförmige
Phase, so dass diese über
die Abluftleitung 12 abgeführt und der Abluftbehandlungseinrichtung 14 zugeführt werden.
Die Platten 28 im Behälter 3 dienen
als Strömungsbrecher 30 für das von
den rotierenden Armen 38 umgewälzte Wasser.
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Durch
den Rührvorgang
wird selbsttätig durch
die Drehung der Sprüharme 38 Außenluft
angesaugt. Es wird ein Unterdruck erzeugt, der die Luft von außen durch
die Lufteinlassleitung 21 einsaugt. Durch den erzeugten
Unterdruck wird der Übergang der
Schadstoffe aus dem Wasser in die Gasphase beschleunigt. Ein solcher
Kompaktstripper 1 wird auch Inferator genannt.
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Das
aus dem oberen Behälter 3 überfließende Wasser
durchströmt
den Freiraum 31 zwischen der Behälterwand 29 und der
Wand 27 des Gehäuses 2 hindurch
in den Trichter 32 oberhalb des darunter befindlichen zweiten
Behälters 3,
in dem das Wasser wie im ersten, oberhalb gelegenen Behälter 3 behandelt
wird. Anschließend
erfolgt eine Schlussbehandlung im unteren Behälter 3.
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Das
nunmehr dekontaminierte Wasser verlässt das Gehäuse 2 des Kompaktstrippers 1 unmittelbar
oberhalb des unteren Bodenabschlusses 37 durch die Wasserablaufleitung 5.
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In
der mehrstufigen Kolonne des Kompaktstrippers 1 mit dem
Gesamtdurchmesser von 1.200 mm und mit der Gesamthöhe von 2.600
mm findet in jeder der drei, durch je einen Behälter 3 mit zugeordnetem
Trichter 32 und zugeordneter Schleudereinheit 20 gebildeten
Austauschstufen vom Durchmesser 1.000 mm und einer Höhe von 400
mm sowie einem Volumen von ca. 310 Ltr. der Stoffübergang
der dem Wasser entzogenen Schadstoffe in die gasförmige Phase
statt. Über
die selbstansaugende, frequenzgesteuerte Rühr- bzw. Schleudereinheit 20 wird über die
Lufteinlassleitung 21 Außenluft angesaugt und über das
Unterdrucksystem abgeführt.
Die mittlere Kontaktzeit in jeder Desorptionsstufe beträgt bei maximalem
Grundwasserdurchsatz von 3 m3/h dann ca.
6 min. Sofern diese Kontaktzeit nicht ausreichend sein sollte, kann
eine Grundwasserumwälzung
mit Rückführung installiert
werden.
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Um
das Grundwasser für
einen wirkungsvolleren Stoffübergang
vorzuwärmen,
sind die beiden Platten-Wärmetauscher 7, 8 vorgeschaltet.
Danach wird das Grundwasser dem Kompakt- bzw. Inferatorstripper 1 zugeführt und
bei einer Temperatur von 30°C
im kontinuierlichen Betrieb gereinigt. Der Kompaktstripper 1 soll
mit einem Systemunterdruck von 400 mbar betrieben werden. Die Konstruktion
und Betriebsweise des Kompaktstrippers 1 erlaubt eine einfache
und vollständige
Reinigung des schadstoffbelasteten Grundwassers. Mit der Abwärme des
gereinigten Grundwassers oder mit Solarenergie wird das geförderte Grundwasser
vorerwärmt.
Die Abluft aus dem Kompaktstripper 1 wird über eine
Kombination aus Biofilter 15, Kondensatabscheider 16 und Aktivkohlefilter 17 gereinigt.
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Der
erfindungsgemäße Kompaktstripper 1 ist modulartig
aufgebaut und kann so viele Module bzw. Gehäusescheiben 24 mit
je einem Behälter 3,
einer Schleudereinheit 20 und einem zugeordneten Trichter 32 aufweisen,
dass die geforderte Reinigungsleistung erreicht wird. Mit der Erfindung
werden in den Behältern 3 mittels
der Schleudereinheiten 20 möglichst viele kleine Luftblasen
erzeugt, damit die Schadstoffe aus dem Wasser optimal herausgelöst werden
können.
Durch den erzeugten Unterdruck wird der Übergang der Schadstoffe aus
der Flüssigkeit
in die Gasphase beschleunigt. Auch wird durch die Erwärmung des
zu sanierenden Grundwassers der Stoffübergang erleichtert. Dabei
erfolgt auch eine Wärmerückgewinnung
der Abwärme
des im Kompaktstripper 1 behandelten Wassers zur Vorerwärmung des
frisch zugeführten
Grundwassers. Die Vorerwärmung
kann auch durch solarthermische Beheizung erfolgen.
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- 01
- Kompaktstripper
- 02
- Gehäuse
- 03
- Behälter
- 04
- Wasserzulaufleitung
- 05
- Wasserablaufleitung
- 06
- Sanierungsbrunnen
- 07,
08
- Platten-Wärmetauscher
- 09
- Pumpe
- 10
- Ablaufleitung
- 11
- Solar-Panel
- 12
- Abluftleitung
- 13
- Pumpe
- 14
- Abluftbehandlungseinrichtung
- 15
- Biofilter
- 16
- Kondensatabscheider
- 17
- Luftaktivkohlefilter
- 18
- Oberseite
- 19
- Unterseite
- 20
- Schleudereinheit
- 21
- Lufteinlassleitung
- 22
- Rohrwelle
- 23
- Motor
- 24
- Gehäusescheibe
- 25,
26
- Verbindungsflansch
- 27
- Wand
- 28
- Platte
- 29
- Behälterwand
- 30
- Strömungsbrecher
- 31
- Freiraum
- 32
- Trichter
- 33
- Bund
- 34
- flache
Schale
- 35
- gelochter
Boden
- 36
- Domdeckel
- 37
- Bodenabschluss
- 38
- Arm
- 39
- Luftaustrittsöffnung
- 40
- Scheibe
- 41
- Pumpe
- 42
- Füllstandsanzeige