DE102011009067A1

DE102011009067A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung eines flüssigen Mediums mit einem Gehalt an Verunreinigungen

Info

Publication number: DE102011009067A1
Application number: DE102011009067A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines flüssigen Mediums mit einem Gehalt an Verunreinigungen, wobei das flüssige Medium durch ein in einem Behälter vorgesehenes Bett mit einem Gehalt an körnigem Filtermaterial geleitet wird. Das Verfahren beginnt mit einem Zuführen verunreinigten flüssigen Mediums an der Oberseite des Filtermaterials in den Behälter, woraufhin das Medium als möglichst gleichmäßige Strömung über den Querschnitt des Behälters gesehen durch das Bett absinkt. Das Medium wird in einem zentralen unteren Bereich des Behälters gesammelt, wo mindestens ein Teilstrom umfassend mindestens einen Teil des Mediums in ein im Wesentlichen senkrecht und zentral in dem Behälter angeordnetes Rohr in einem Bereich dessen unteres Ende eintritt. Dabei wird eine Zirkulation mindestens des Mediums in dem Behälter dadurch gefördert, dass in dem Bereich des unteren Endes des Rohrs ein Fluid in das Rohr injiziert wird und als Folge einer Injektorwirkung des injizierten Fluids mindestens das Medium aus der Umgebung des unteren Endes des Rohr angezogen wird und das injizierte Fluid mindestens das angezogene Medium durch das Rohr nach oben treibt. Das nach oben geführte Medium wird aus einem über das Bett hinaus ragenden oberen Ende des Rohrs über das Bett verteilt. Ein gereinigtes Medium wird aus dem Filtermaterial abgezogen. Erfindungsgemäß wird das Filtermaterial mittels in einem Behälterboden und/oder in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens über dessen Fläche verteilt angeordneter, zentraler Düsen dezentral angeströmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung eines flüssigen Mediums mit einem Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere endokrinen Substanzen, Stickstoffverbindungen, und/oder Phosphor mit den Merkmalendes Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. den Merkmalendes Oberbegriffs des Anspruchs 3.
Die Nachklärung kommunaler Abwässer ist ein elementarer Bestandteil einer kommunalen Kläranlage. Hier werden durch biologisch-chemische Behandlung anfallende Schlämme zurückgehalten. Bei optimaler Schlammentfernung durch die Nachklärung gelangt kein Schlamm mehr in den sogenannten Vorfluter, beispielsweise einem Bach oder Fluss. Störungen können durch starke Niederschläge oder Prozessstörungen auftreten, wonach oft ein Schlammabtrieb in die Gewässer zu verzeichnen ist. Nicht nur vor dem Hintergrund zu erwartender Grenzwertfestsetzungen per Gesetzgeber besteht bezüglich des Schlammabtriebs Handlungsbedarf.
Ein weiteres Problemfeld der Abwasserreinigung ist die Klärung zu reinigendes von endokrinen Substanzen aus dem Abwasser, das als Medium verstanden werden soll.
Unter diversen Prozessen, die in dem Bereich des Vorfluters bekanntermaßen Anwendung finden, sind Reaktionsgefäße geläufig, die mit einem Bett aus körnigem Material als ein Filterbett befüllt sind. In den aus FR-A-2 583 406 oder EP 0 775 093 B1 bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen wird gelehrt, dass eine biochemische Reinigung von flüssigem Medium besonders effektiv stattfindet, wenn ein Fluid, insbesondere Sauerstoff in einem Behälter zirkuliert, während das Medium durch das Filterbett strömt.
Als Medium soll nicht nur Abwasser verstanden werden. Auch Frischwasser oder andere Medien, wie Sickerwässer kommen als Medium in Frage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Wasser zu reinigen und/oder Schlammabtrieb aus Abwasserreinigungsanlagen in Gewässer zu vermeiden und/oder Verunreinigungen durch endokrine Substanzen zu beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 3.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die indem Verfahren beschriebene Reinigung des flüssigen Mediums findet in einem Behälter statt, in dem ein Bett vorgesehen ist, welches körniges Filtermaterial enthält. Das flüssige Medium wird zum Reinigen durch das körnige Filtermaterial geleitet. Das Verfahren umfasst mindestens die aufeinander folgenden Schritte:
Zuführen verunreinigten flüssigen Mediums an der Oberseite des Filtermaterials in den Behälter, Absinken des Mediums als möglichst gleichmäßige Strömung über den Querschnitt des Behälters gesehen durch das Bett, Sammeln mindestens des Mediums in einem zentralen unteren Bereich des Behälters, Eintreten mindestens eines Teilstroms umfassend mindestens einen Teil des Mediums in ein im Wesentlichen senkrecht und zentral in dem Behälter angeordnetes Rohr in einem Bereich dessen unteren Endes. Dabei wird eine Zirkulation mindestens des Mediums in dem Behälter dadurch gefördert, dass in dem Bereich des unteren Endes des Rohrs ein Fluid in das Rohr injiziert wird und als Folge einer Injektorwirkung des injizierten Fluids mindestens das Medium aus der Umgebung des unteren Endes des Rohrs angezogen wird und das injizierte Fluid mindestens das angezogene Medium durch das Rohr nach oben treibt.
Besonders vorteilhaft ist es, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur das Medium zirkuliert, sondern ebenfalls ein Teil des Filtermaterials in dem Behälter zirkuliert, wenn auch das Filtermaterial der Strömung durch das Rohr nach oben folgt. Ob und in welchem Ausmaß das Filtermaterial der Strömung des Fluids und des Mediums folgt, hängt von der Behältergeometrie und der Art und Zusammensetzung des Filtermaterials ab.
In weiteren Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das nach oben geführte Medium aus einem über das Bett hinausragenden oberen Endes des Rohrs über das Bett -verteilt und schließlich als gereinigtes Medium aus dem Filtermaterial abgezogen. Unter Abziehen wird auch ein einfacher Ablauf des Mediums verstanden, sodass es nicht notwendig ist, einen Unterdruck an einem Auslauf anzulegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial mittels dezentraler Düsen angeströmt wird, die in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens oder in dem Behälterboden über dessen Fläche verteilt angeordnet sind. Ein durch die dezentralen Düsen geleitetes Fluid strömt das Filtermaterial und das Medium zusätzlich an. Auf diese Weise werden Verstopfungen vermieden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Filtermaterial ein Gemisch aus Lava und Sand.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Behälter mit einer Zuführeinrichtung für verunreinigtes flüssiges Medium, eine Entfernungseinrichtung für gereinigtes flüssiges Medium und Einrichtungen, um das als Bett im Behälter vorgesehene körnige Filtermaterial in Bewegung zu setzen, wobei eine erste der Einrichtung zum Inbewegungsetzen des körnigen Filtermaterials ein im Wesentlichen senkrechtes Rohr und mindestens eine Düse zur Injektion eines Fluids in das Rohr umfasst, das Rohr senkrecht und zentral in dem Behälter angeordnet ist und ein oberes Ende des Rohres über eine Oberseite des Bettes hinausragt. Erfindungsgemäß ist eine zweite Einrichtung zum Inbewegungsetzen des Filtermaterials vorgesehen. Die zweite Einrichtung umfasst vom Zentrum des Behälters beabstandet in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens oder in dem Behälterboden und über dem Querschnitt des Behälters verteilt in einem unteren Bereich des Filtermaterials angeordnete dezentrale Düsen, durch die ebenfalls ein Fluid in den Behälter einleitbar ist.
Die dezentralen Düsen sorgen für Turbulenzen und halten das Bett ausreichend mobil, um es möglichst vollständig an der Zirkulation teilnehmen zu lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die dezentralen Düsen der zweiten Einrichtung zum Inbewegungsetzen des Filtermaterials auf einem Kreis beabstandet zueinander in dem Behälterboden angeordnet, wobei die Länge des Durchmessers des Kreises etwa dem Radius des Behälters in Bezug auf die senkrechte Mittelachse durch das Rohr entspricht.
Bei Ausführungsformen des Behälters, die einen nicht zylindrischen Querschnitt aufweisen, sondern beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt, entspricht die Länge des Durchmessers des Kreises etwa einer halben Kantenlänge des Rechtecks Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die zweite Einrichtung zum in Bewegung setzen des Filtermaterials weitere Düsen, die in beliebiger Anordnung derart in den Behälterboden oder in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens angeordnet sind, dass eine Aufwirbelung des Bettes bewirkt wird und keine Toträume entstehen, in denen das Filtermaterial blockiert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist das Rohr vertikal verschiebbar in dem Behälter angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen umfassen mehrere Rohre und damit weitere Zentren, um die herum erfindungsgemäß dezentrale Düsen angeordnet sind.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung sowie vorteilhafte Ausführungsformen derselben werden bevorzugt als einem Vorfluter vorgeschalteter Prozess verwendet, um Schlammabrieb zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich werden das Verfahren bzw. die Vorrichtung sowie vorteilhafte Ausführungsformen derselben besonders vorteilhaft als Reinigungsprozess zum Abtrennen endokriner Substanzen und zur Beseitigung/Reduzierung von Stickstoffverbindungen und Phosphor verwendet.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass erfindungsgemäße Verfahren dem Vorfluter nachgeschaltet zur Reinigung endokriner Substanzen zu verwenden, weil im Regelbetrieb von sonstigen Verunreinigungen bereits befreites Medium gezielt auf die endokrinen Substanzen hin behandelt werden kann Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren an dieser Position einen Einsatz als Polizeifilter, der es in Sonderfällen erlaubt, eine Wasserrückfuhr zu schalten, wenn Schlammabrieb droht.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Behälters, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, und
2 einen Axialschnitt durch den Behälter aus 1, wobei der Behälter mit einem Bett aus Filtermaterial gefüllt ist.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem Behälter 1 mit einem Einlauf 7 in einem oberen Bereich des Behälters 1. Durch den Einlauf 7 wird verunreinigtes Medium in den Behälter 1 und auf ein darin vorzusehendes Bett aus Filtermaterial 4 ein- bzw. aufgebracht. Der Behälter 1 weist ferner eine zylindrische Wand auf, die wenigstens abschnittweise als Doppelwand 5 ausgeführt ist. Die Doppelwand 5 reicht über einen Großteil des Zylindermantels mindestens bis in einen unteren Bereich hinein, der sich oberhalb eines Behälterbodens 2 befindet. Gereinigtes Medium gelangt aus dem unteren Bereich durch einen Zwischenraum in der Doppelwand 5 des Behälters in einen Ablauf 6, der eine äußere Wand der Doppelwand 5 durchbricht.
Gemäß einer ersten Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Überlaufregelung zur Vermeidung von Schlammabtrieb in einer Kläranlage geschaltet werden. Dabei wird eine Zirkulation durch das Bett und eine schlimmstenfalls damit einhergehende Verschlammung des Bettes vermieden, in dem ein oben in Behälter vorgesehener Überlauf 12 geöffnet wird, sodass das ungereinigte Medium das Filterbett 4 überfließt, ohne darin oder damit zu zirkulieren.
Im Regelbetrieb, insbesondere zur Reinigung endokriner Substanzen, durchströmt mindestens ein Teilstrom des Mediums das verunreinigte Medium das Bett aus körnigem Filtermaterial 4 von oben nach unten in ein Zentrum des Behälters 1. Im Zentrum des Behälters 1 ist ein Rohr 8 senkrecht angeordnet, durch welches das Medium und Filtermaterial 4 strömen kann. Unterhalb des Rohrs 8 ebenfalls im Zentrum des Behälters 1 ist eine erste Düse 9 vorgesehen, die in dem Bereich des unteren Endes des Rohrs 8 ein Gas in das Rohr injiziert. Als Folge einer Injektorwirkung des injizierten Gases wird mindestens das Medium aus der Umgebung des unteren Ende des Rohres angezogen und das injizierte Gas treibt mindestens das angezogene Medium durch das Rohr nach oben. Besonders bevorzugt wird nicht nur zentral im Behälter angezogenes Medium durch das Rohr nach oben befördert, sondern außerdem auch das Filtermaterial.
Das nach oben geförderte Medium und mitgezogenes Filtermaterial verlassen das Rohr 8 durch dessen oberes Ende, welches oben im Behälter 1 aus dem Bett hinausragt, sodass sich dort austretendes Medium und Filtermaterial über dem Bett verteilen.
Das Rohr 8 ist mittels einer von oben außerhalb des Behälters 1 zugänglichen Spindel 11 vertikal in dem Behälter verschiebbar angeordnet. Dazu ist das Rohr 8 unten mittels einer Zentriereinrichtung 11 verschiebbar geführt. Diese Anordnung des Rohrs 8 erlaubt eine Prozesssteuerung mittels vertikaler Verschiebung, weil die Zirkulation beeinflusst wird.
In dem Behälterboden 2 sind ferner dezentrale Düsen 3 über dessen Fläche verteilt angeordnet. Durch die dezentralen Düsen 3 kann ein beliebiges Fluid in das Medium bzw. das Filtermaterial von unten eingeleitet werden, sodass es zu zusätzlichen Verwirbelungen kommt und das Bett mobil bleibt oder wird. Mithin wird die vorbeschriebene Zirkulation in dem Behälter 1 über den Querschnitt verteilt nach unten und zentral nach oben unterstützt, indem Blockaden verhindert bzw. gelöst werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die dezentralen Düsen auf einem Kreis in dem Behälterboden 2 angeordnet, der einen Durchmesser hat, der etwa einem Radius des Behälters 1 entspricht. Je nach Filtermaterial kann es vorteilhaft sein, den Durchmesser des Kreises weiter zu vergrößern und zusätzliche Düsen auf dem Kreis anzuordnen oder sogar weitere Düsen außerhalb des Kreises anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2583406 A [0004]
EP 0775093 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Reinigung eines flüssigen Mediums mit einem Gehaltan Verunreinigungen, wobei das flüssige Medium durch ein in einem Behälter vorgesehenes Bett mit einem Gehalt an körnigem Filtermaterial geleitet wird, mit aufeinander folgenden Schritten: 1.1 Zuführen verunreinigten flüssigen Mediums an der Oberseite des Filtermaterials in den Behälter, 1.2 Absinken des Mediums als möglichst gleichmäßige Strömung über den Querschnitt des Behälters gesehen durch das Bett, 1.3 Sammeln mindestens des Mediums in einem zentralen unteren Bereich des Behälters, 1.4 Eintreten mindestens eines Teilstroms umfassend mindestens einen Teil des Mediums in ein im Wesentlichen senkrecht und zentral in dem Behälter angeordnetes Rohr in einem Bereich dessen unteren Endes, 1.5 wobei eine Zirkulation mindestens des Mediums in dem Behälter dadurch gefördert wird, dass in dem Bereich des unteren Endes des Rohrs ein Fluid in das Rohr injiziert wird und als Folge einer Injektorwirkung des injizierten Fluids mindestens das Medium aus der Umgebung des unteren Endes des Rohrs angezogen wird und das injizierte Fluid mindestens das angezogene Medium durch das Rohr nach oben treibt, 1.6 Verteilen des nach oben geführten Mediums aus einem über das Bett hinaus ragenden oberen Ende des Rohrs über das Bett 1.7 Abziehen eines gereinigten Mediums aus dem Filtermaterial gekennzeichnet, durch 1.8 ein dezentrales Anströmen des Filtermaterials (4) mittels in einem Behälterboden (2) und/oder in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens über dessen Fläche verteilt angeordneter, dezentraler Düsen (3)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (4) ein Gemisch aus Lava und Sand umfasst.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen Behälter mit einer Zuführeinrichtung für verunreinigtes flüssiges Medium, eine Entfernungseinrichtung für gereinigtes flüssiges Medium und Einrichtungen, um das als Bett im Behälter vorgesehene körnige Filtermaterial in Bewegung zusetzen, wobei eine erste der Einrichtungen zum Inbewegungsetzen des körnigen Filtermaterials ein im Wesentlichen senkrechtes Rohr und mindestens eine Düse zur Injektion eines Fluides in das Rohr umfasst, das Rohr senkrecht und zentral in dem Behälter angeordnet ist und ein oberes Ende des Rohrs über eine Oberseite des Bettes hinausragt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Einrichtung zum Inbewegungsetzen des Filtermaterials (4) vom Zentrum des Behälters (1) beabstandet in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens (2) in einem unteren Bereich des Filtermaterials (4) oder in dem Behälterboden (2) und über den Querschnitt des Behälters (1) verteilt angeordnete dezentrale Düsen (3) aufweist, durch die ebenfalls ein Fluid in den Behälter einleitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentralen Düsen (3) der zweiten Einrichtung zum in Bewegung setzen des Filtermaterials (4) auf einem Kreis beabstandet zueinander in dem Behälterboden (2) angeordnet sind, wobei die Länge des Durchmessers des Kreises etwa dem Radius des Behälters (1) in Bezug auf die senkrechte Mittelachse durch das Rohr (8) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung zum Inbewegungsetzen des Filtermaterials (4) weitere Düsen umfasst, die in beliebiger Anordnung derart in dem Behälterboden (2) oder in einem Bereich oberhalb des Behälterbodens angeordnet sind, dass eine Aufwirbelung des Bettes bewirkt wird und keine Toträume entstehen, in denen das Filtermaterial blockiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8) vertikal verschiebbar in dem Behälter (1) angeordnet ist.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder der Vorrichtung nach Anspruch 3 oder nach einem der jeweiligen Unteransprüche als einem Vorfluter nachgeschalteter Prozess zur Verhinderung von Schlammabtrieb.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder der Vorrichtung nach Anspruch 3 oder nach einem der jeweiligen Unteransprüche als Reinigungsprozess von Stickstoffverbindungen und Phosphor sowie zum Abtrennen endokriner Substanzen.
Verwendung nach Anspruch 7 und 8.