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Vorrichtung zum Klären feststoffhaltiger Abwässer durch Flotation
und Sedimentation Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klärung feststoffhaltiger
Abwässer durch Flotation und Sedimentation. Abwässer die schwimmfähige und sedimentierbare
Feststoffe enthalten, sind beispielsweise kommunale Abwässer und die bei ihrer Aufbereitung
anfallenden dünnen Schlammsuspensionen, die Weißwässer aus der Papierfabrikation
oder öl-
haltige trübe Industrieabwässer.
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Es ist bekannt, feststoffhaltige, trübe Flüssigkeiten gegebenenfalls
unter Belüftung durch Sedimentation zu klären, klare Flüssigkeit über einen überlauf
zu dekantieren und das Sediment mittels mechanischer Vorrichtungen vom Boden des
Klärbehälters in einen Sumpf abzuräumen (USA.-Patentschrift 2 647 869).
Derartige
mechanische Räumvorrichtungen sind beispielsweise mittels einer auf den Längswänden
eines Klärbeckens fahrbaren Räumerbrücke über den Beckenboden geführte Schlammkratzer
mit vom Boden abhebbaren, gegebenenfalls in ihrem Neigungswinkel zur Beckensohle
verstellbaren Räumschilden, die so weit angehoben werden können, daß die Räumschilde
zeitweilig auch den Flüssigkeitsspiegel zur Abräumung dort angesammelter Schwimmstoffe
bestreichen. Andere Räumvorrichtungen bestehen aus Räumschilde tragenden endlosen
Bändern, deren vorlaufendes Trum die Schilde über den Beckenboden in Richtung zum
Schlammsumpf führt, während das rücklaufende Trum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
liegt (deutsche Patentschrift 22507).
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Es ist ferner bekannt, trübe Flüssigkeiten durch Flotation, gegebenenfalls
nach Zusatz von schäumenden und sammelnden Chemikalien, durch Einblasen von Luft
zu behandeln und die aufschwimmenden Feststoffe mittels mechanischer Vorrichtungen
vom Flüssigkeitsspiegel abzuschöpfen und über eine geneigte Fläche in einen Sammelraum
auszutragen (F. S i e rp, Handbuch der Lebensmittelchemic, Bd.
8,
Teil 1, Berlin 1939, S. 604; deutsche Patentschrift
865732).
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Die Klärprozesse, in denen schwimmfähige und sedimentierende Stoffe
aus einer Flüssigkeit abgetrennt werden, werden gewöhnlich in länglichen Behältern,
denen zu klärende Flüssigkeit an einer Seite zufließt und geklärte Flüssigkeit an
der gegenüberliegenden Seite entnommen wird, ausgeführt. Eine Klärung durch Sedimentation
und Aufschwimmen tritt in vielen Absetzbecken ein, in denen die schweren Schlammstoffe
zu Boden sinken, während die leichten öl- und Fettstoffe zum Flüssigkeitsspiegel
aufsteigen und eine Schwimmschicht bilden. Zur Abtrennung solcher Schwimmstoffe
werden Ab-
setzbecken mit Abstreifern ausgerüstet (K. 1 m h o
f f ,
Taschenbuch der Stadtentwässerung, 13. Auflage, 1950, S. 92
und 93).
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In einer derartigen Vorrichtung wird das zu behandelnde Abwasser an
einer Stirnseite, an der sich auch der Schlammsumpf befindet, etwa in der Höhe des
Flüssigkeitsspiegels zugeführt und, in dem über dem Schlammsumpf liegenden Bereich
belüftet. Beim Durchströmen des Längsbeckens trennen sich die aufschwimmenden und
die absinkenden Feststoffe von der Flüssigkeit ab. Die abgesetzten Feststoffe werden
am Beckenboden entgegen der Strömungsrichtung des Abwassers zum Schlammsumpf gefördert,
während die Schwimmstoffe mit der Strömungsrichtung des Abwassers zu einem vor dem
Klarwasserüberlauf am Flüssigkeitsspiegel liegenden Schwimmstoffsammler geschoben
werden.
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Die Räumvorrichtungen für die Schwimmstoffe und das Sediment sind
Abstreifblätter, welche mittels mechanischer Vorrichtungen, z.B. endloser Ketten,
über die Behälterlänge am Flüssigkeitsspiegel und am Behälterboden entlanggeführt
werden (USA.-Patentschrift 2 370 974).
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Wirksamkeit von Vorrichtungen,
in denen Abwässer durch Sedimentation und Flotation geklärt werden sollen, dadurch
zu erhöhen, daß zwei den beiden Trennvorgängen angemessene Zonen vorgesehen werden.
Während die Flotation durch eine Aufwärtsströmung und durch eine turbulente Durchmischung
mit dem aufschwemmenden Gas begünstigt wird, verlangt
die Sedimentation
einen strömungsarmen, turbulenzfreien Raum.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Klären feststoffhaltiger
Abwässer durch Flotation und Sedimentation, bestehend aus einem Längsbecken mit
einem Schlammsammelraum und einer Gaszuführung an der Seite des Rohabwasserzulaufs,
einer Ableitung für behandeltes Abwasser an der dem Einlauf gegenüberliegenden Seite
des Längsbeckens, einem umlaufenden mechanischen Entschäumer und einem Schlammräumer.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb
der Sohle des Schlammraumes eine lotrecht verlaufende und unterhalb des Wasserspiegels
endende Tauchwand angeordnet ist, die das Längsbecken in eine kleine primäre Flotationszone
und in eine in bezug auf diese Flotationszone größere sekundäre Flotation- und Sedimentationszone
mit dem Entschäumer und dem Schlammräumer unterteilt, und daß im unteren Bereich
der primären Flotationszone eine gemeinsame Zuleitung für das Rohwasser und Gas
einmündet.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
2 bis 4.
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F i g. 1 ist die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;
F i g. 2 ist ein vertikaler Schnitt längs der Linie 2-2 in F i
g. 1;
F i g. 3 ist ein vertikaler Schnitt längs der Linie
3-3
in F i g. 2.
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Der Behälter 10 hat im allgemeinen rechteckige Form und einen
im wesentlichen flachen Boden 11.
Er wird durch Seitenwände 12,
13 und Stirnwände 14,15 begrenzt. Die Stirnwand 14 an der Einlaßseite des
Behälters kann gerundet werden. Die Seitenwand 12 ist mit einer Nische 12 a versehen,
wie in F i g. 1 dargestellt ist. Die Stirnwand 15 an der Flüssigkeitsaustrittsseite
ist mit einem verstellbaren Wehr 16 versehen, welches den Flüssigkeitsstand
im Behälter 10 bestimmt. Über das Wehr 16 fließt geklärte Flüssigkeit
in einen Sammelraum 17, aus welchem ein Ablauf 18 zu nicht dargestellten
Speichern oder Verbrauchsstellen führt. Stromaufwärts zum Wehr ist eine Staukammer
19 vorgesehen.
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In dem Behälter ist nahe der Flüssigkeitseintrittsseite die vertikale
Tauchwand 20 angeordnet, welche oberhalb des Bodens 11 beginnt und sich bis
zu einer Höhe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, der durch das Wehr 16 eingestellt
wird, erstreckt. In dieser Wand kann eine öffnung 21 angebracht werden. Die Tauchwand
20 bildet mit der Stirnwand 14 die primäre Flotationszone 25, in welche eine
Zuleitung 26
für mit Gas beladene Flüssigkeit führt. Die Mündung der Zuleitung
26 ist in aus der Zeichnung ersichtlicher Weise mit Leitflächen versehen,
welche die austretende mit Gas beladene Flüssigkeit seitlich ablenken und über den
Querschnitt der primären Flotationszone 25 verteilen.
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Die sekundäre Flotations- und Sedimentationszone 30 liegt zwischen
der Tauchwand 20 und einer Wand 31, die die Endwand des Behandlungsraumes
bildet. Zwischen der Wand 31 und der Staukammer 19 liegt als Schaumbehälter
der Trog 32, zu welchem in bekannter Weise eine geeignete Fläche
33 führt. Der Schaum, welcher sich im Trog 32 sammelt, wird durch
ein Rohr 34 abgelassen. Eine Vertiefung im Boden 11, welche teilweise unter
der primären Flotationszone 25 und teilweise unter der sekundären Flotations-
und Sedimentationszone 30 liegt, dient als Schlammsumpf für die sedimentierten
Feststoffe, welche durch das Rohr 36 abgezogen werden.
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Die geklärte Flüssigkeit wird durch Kanäle 40 abgezogen. Diese erstrecken
sich längs der Seitenwände 12 und 13 der sekundären Flotations- und Sedimentationszone
30 und münden außerhalb der Wand 31 in einer Sammelleitung 41, welche
durch eine Verbindungsleitung 42 mit dem unteren Teil der Staukammer 19 verbunden
ist.
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Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich ist, haben die Kanäle
40 dreieckigen Querschnitt, und sie werden von schräg abwärts an den anliegenden
Seitenwänden 12 und 13 angeordneten Platten gebildet. Die Flüssigkeit muß,
um in diese Sammelleitung zu gelangen, um die unteren Ränder der Platten 45 und
durch gelochte Platten 46, welche die unteren Eintrittsöffnungen dieser Leitungen
abdecken, strömen.
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Aufschwimmendes Material wird von der Flüssigkeitsoberfläche in der
sekundären Flotations- und Sedimentationszone 30 durch eine Abschöpfvorrichtung,
welche als Ganzes mit 50 bezeichnet ist, entfernt. Absitzende Feststoffe
werden vom Boden der sekundären Flotations- und Sedimentationszone 30
in den
Schlammsumpf 35 mit Hilfe einer Räumvorrichtung befördert, welche als Ganzes
mit 51
bezeichnet ist.
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Der Entschäumer 50 besteht aus einem Förderband, das von einem
Paar endloser Ketten 52 gebildet wird, an welchem Abschöpfblätter
53 befestigt sind. Die Ketten 52 werden über leer laufende Kettenräder
54 und 55, welche sich auf einer Welle 56 drehen, und über leer laufende
Kettenräder 57
und 58, welche auf einer Welle 59 drehbar sind,
geführt. Eine dritte Welle 60 trägt die Antriebskettenräder 61 und
62. Die Wellen 56, 59 und 60 werden in geeigneten Lagern geführt,
welche an den Seitenwänden 12 und 13 in solcher Höhe befestigt sind, daß
die Abschöpfblätter am unteren Kettentrum in die Schaumschicht reichen und den Schaum
auf die geneigte Fläche 33 zu und über diese hinweg bewegen, so daß der Schaum
in den Trog 32 gelangt. Im oberen Kettentrum befinden sich die Abschöpfblätter
oberhalb der Schaumoberfläche. Ein Ende der Welle 60 erstreckt sich über
die Seitenwand 12 hinaus und trägt an seinem Ende ein Antriebskettenrad
65, welches durch einen Motor 66 über ein Reduziergetriebe
67 und eine Antriebskette 68 angetrieben wird und die Abschöpfblätter
entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, wie es in F i g. 2 durch den Pfeil angedeutet
ist. Der Motor 66 und das Reduziergetriebe 67 sind in dem Zwischenraum
unterhalb der geneigten Fläche 33 angeordnet und auf einem Gestell
69 befestigt.
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Der Schlammräumer 51 besteht ebenfalls aus einem Kettenförderer,
welcher von zwei endlosen Ketten 70, zwischen denen Kratzblätter
71 befestigt sind, getrieben wird. Die Ketten 70 werden von zwei Paaren
leer laufender Kettenräder 75 und 76, welche auf Wellen
77 und 78 angeordnet sind, geführt. Die beiden Wellen 77 und
78 sind in geeigneten, nicht dargestellten Lagern an den Seitenwänden 12
und 13
in solcher Höhe angeordnet, daß die Kratzblätt#r am unteren Trum der
Ketten in die Schlammschicht hineinreichen, welche sich am Boden des Behälters bildet.
Die Räumvorrichtung kann unabhängig durcfi einen besonderen Motor angetrieben werden.
In der bevorzugten Ausführungsform wird sie jedoch vom
Motor
66, welcher auch den Entschäumer 50 antreibt, bewegt. Die Welle
56 des Entschäumers erstreckt sich durch ihre Lagerung bis in die Nische
12a und ist an diesem Ende mit einem Zahnrad 80
versehen, das in ein Zahnrad
81 eingreift. Dieses Zahnrad 81 ist durch eine Welle 82 starr
mit dem Kettenrad 83 verbunden, welches das Kettenrad 75
der Räumvorrichtung
mittels einer Kette 84 antreibt. Wenn sich der Entschäumer 50 entgegen dem
Uhrzeigersinn bewegt, wird der Schlammräumer 51 im Uhrzeigersinn bewegt,
so daß die Kratzblätter am unteren Trum den auf dem Boden 11 abgesetzten
Schlamm in den Sumpf 35 fördern.
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Zum Betrieb der Vorrichtung wird die Flüssigkeit, welche durch die
Zuleitung 26 in die primäre Flotationszone 25 eintritt, zuvor in geeigneter
Weise mit einem unter Druck stehenden Gas beladen, beispielsweise durch einen Luftinjektor,
welcher mit der Saug- und Förderseite einer Pumpe verbunden ist. Zweckmäßig wird
die mit Gas beladene Flüssigkeit auch noch durch einen an sich bekannten Sättigungstank
geleitet, um ungelöstes überschüssiges Gas abzutrennen. Diese an sich bekannten
Vorrichtungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Gas, mit dem die Flüssigkeit
vor ihrem Eintritt beladen worden ist, kann in Lösung gehalten werden. Vorzugsweise
wird jedoch ein Druckentspannungsventil, welches nicht dargestellt ist, in der Zuleitung
26
stromaufwärts in geeignetem Abstand von der Klärvorrichtung so angeordnet,
daß das Gas wenigstens teilweise aus der Lösung in Form feiner Blasen ausgeschieden
ist, wenn es mit der Flüssigkeit in die primäre Flotationszone 25 in wesentlichem
Abstand unter dem Flüssigkeitsspiegel eintritt. Diese Gasblasen setzen sich sehr
schnell an Feststoffteilchen an, so daß die Flotation in der primären Flotationszone
25 unverzüglich beginnt. Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit vor Eintritt
in die Anlage mit einem Koagulationsmittel versetzt werden.
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Die Flüssigkeit und die Gasblasen steigen in der primären Flotationszone
25 aufwärts und gelangen über den oberen Rand der Tauchwand 20 in die sekundäre
Flotations- und Sedimentationszone 30.
Unter den ruhigen Strömungsverhältnissen
dieser großen Zone trennen sich die Gasblasen, die sich an Feststoffteilchen angelagert
haben, von der Flüssigkeit, welche langsam in Richtung auf die Kanäle 40 für gereinigtes
Wasser strömt, und steigen zur Flüssigkeitsoberfläche auf, wo sie eine Schaumschicht
bilden, welche mit Hilfe der Abschöpfvorrichtung 50 in den Trog
32 befördert wird. Diese Trennung wird durch den wiederholten Wechsel in
der Strömungsrichtung der Flüssigkeit begünstigt, erstmals, wenn die Flüssigkeit
in die sekundäre Flotations- und Sedimentationszone 30 eintritt, und danach,
wenn sie abwärts zu den Kanälen 40 fließt. Schwere Teilchen sinken zum Boden des
Behälters ab, wo sie sich als Schlamm ablagern und von der Räumvorrichtung
51 in den Schlammsumpf 35 befördert werden. Teilchen, die als Suspension
in der Zwischenschicht der Flüssigkeit bleiben, weil sie zum Absetzen durch die
eigene Schwere noch zu leicht sind oder nicht genug Luftblasen angelagert haben,
wn aufzuschwimmen, können infolge der öffnung21 in der Tauchwand 20 einer wiederholten
Behandlung unterzogen werden. Durch die Wirkung des aufströmenden Gases in der primären
Flotationszone wird beständig Flüssigkeit aus dieser Zwischenschicht durch die öffnung
21 in die Flotationszone 25 gezogen und mit frisch zugeführter Flüssigkeit
und Gas gemischt. Beim neuerlichen Durchlaufen der Flotationszone 25 können
die aus der sekundären Flotationszone zurückkehrenden Feststoffteilchen durch Agglomeration
mit anderen Teilchen wachsen, bis sie in der Flotations- und Sedimentationszone
30
sedimentieren können, oder aber es werden an diese Feststoffteilchen Gasblasen
angelagert, so &ß sie zur Flüssigkeitsoberfläche aufgeschwemmt werden.
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Die primäre Flotationszone 25 wird zweckmäßig so bemessen,
daß die Geschwindigkeit der Aufwärtsströmung verhältnismäßig gering ist. Die Tauchwand
20 soll einerseits von genügender Höhe sein, um die sekundäre Flotations- und Sedimentationszone
30
von der in der primären Flotationszone 25 sich einstellenden Turbulenz
abzuschirmen. Andererseits soll ihr oberer Rand genügend weit unter dem Flüssigkeitsspiegel
liegen, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit über diesen Rand, welche die Vorgänge
in der Flotations- und Sedimentationszone 30
stören würde, zu vermeiden. In
manchen Fällen genügt es, nur einen Teil der eingeleiteten Flüssigkeit mit Gas zu
beladen, und es ist bekannt, einen Teil der aus einer Kläranlage abfließenden Flüssigkeit
mit Gas zu beladen und dann mit der zu behandelnden Flüssigkeit zu mischen. Bei
der praktischen Durchführung solch einer teilweisen Druckbeladung der Flüssigkeit
können die Teilströme der beladenen und der unbeladenen Flüssigkeiten vor Eintritt
in den Behälter 10 gemischt und zusammen durch die Zuleitung 26 in
der oben beschriebenen Weise eingeleitet werden. In manchen Fällen ist es jedoch
vorzuziehen, die beiden Teilströme getrennt zuzuführen und erst in der primären
Flotationszone 25
zu vereinigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in der beschriebenen
Form für die Behandlung verschiedener Arten von Abwässern. Beispielsweise wurden
Abwässer einer Flugzeugfabrik, die von der Reinigung von Maschinenteilen und dem
Entfernen von Anstrichfarben herrühren, bei einem Durchsatz von 4,5 M3 Abwasser
je Quadratmeter und Tag unter Verwendung von 0,82 g Eisensulfat
je Liter Ab-
wasser behandelt. Über das Ergebnis unterrichtet die folgende
Tabelle.
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In dieser Tabelle sind der Phenolgehalt, der biologische Sauerstoffbedarf
(BSB), der Feststoffgehalt und der Gehalt an ätherlöslichen Stoffen für das rohe
und das erfindungsgemäß behandelte Wasser in Teilen zu
je 1 Million Teile
Wasser (ppm) zusammengestellt. In der dritten Zeile ist als Grad der Reinigung die
prozentuale Verminderung der Ausgangswerte angegeben.
| S-spen- Äther- |
| Phenol BSB dierte lösliche |
| Fest- Stoffe |
| Stoffe |
| Rohes Wasser, ppm 640 3933 176 1476 |
| Geklärtes Wasser, |
| ppm ............ 261 670 51 42 |
| Grad der |
| Reinigung, (O/o) 59 83 71 97 |
Das Schaumvolumen betrug
15 1/o des Durchsatzes.
Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann ohne Beeinträchtigung der Wirkung abgeändert werden. Es kann beispielsweise
die Wand31 die Stirnwand des Behälters10 darstellen, so daß der Schaumtrog
32, die Staukammer
39, das Wehr
16 und der Sammelraum
17 außerhalb des Tanks angeordnet sind anstatt innerhalb der Begrenzungsflächen,
wie oben dargestellt. Die Erfindung ist in Verbindung mit einem rechteckigen Behälter
beschrieben, und einige ihrer neuen strukturellen Merkmale erfordern auch einen
rechteckigen Behälter. Die Verbesserung der Eignung der Feststoffsuspension für
die Abscheidung durch Sedimentation und Flotation mittels einer Rückführung von
Feststoffen, welche weder absetzen noch aufschwimmen, aus der sekundären Flotationszone
in die primäre Flotationszone ist
je-
doch nicht an einen rechteckigen Behälter
gebunden, sondern kann in einem Behälter von jeder gewünschten Gestalt ausgeführt
werden, beispielsweise in einem runden Behälter.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die beiden Zonen den Bedingungen
der Flotation und der Sedimentation, soweit sie verschieden sind, angepaßt.
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In der primären Flotationszone werden bei hoher Turbulenz schwimmfähige
Partikel zur Anlagerung an die Gasbläschen gebracht. Durch die Tauchwand einerseits
und die wesentlich unter dem Flüssigkeitsspiegel liegende Zuführung von Flüssigkeit
und Gas andererseits ist eine Aufwärtsströmung vorgeschrieben, aus der sich auch
überschüssiges Gas zur Atmosphäre hin abtrennen kann. Oberhalb der Tauchwand wird
die Flüssigkeit unter starker Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und der
Turbulenz in die Längsrichtung des Beckens umgelenkt. Hier sind die günstigen Voraussetzungen
für die Sedimentation gegeben und auch für die Flotation, soweit diese, wie bei
Imhoff beschrieben, der Sedimentation vergleichbar sind.