DE1517435B2 - Vorrichtung zum reinigen von wasser mit hohem magnesium- und/oder aluminiumgehalt - Google Patents
Vorrichtung zum reinigen von wasser mit hohem magnesium- und/oder aluminiumgehaltInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Wasser mit hohem Magnesium- und/oder Aluminiumgehalt,
mit einer Misch- und Reaktionskammer, einem Flockungsrohr und einer Klärkammer, wobei die
Misch- und Reaktionskammer ringförmig um das Flockungsrohr angeordnet ist, und eine das Flockungsrohr
umschließende rohrförmige Trennwand ein Wehr für das aus der Misch- und Reaktionskammer in die
Flockungskammer überfließende Wasser bildet, und auf einer gemeinsamen Welle in der unteren Hälfte des
Flockungsrohres ein Flockungsrührer, sowie über dem Boden der Klärkammer ein Schlammrührer angeordnet
sind.
Eine vergleichbare Vorrichtung ist aus der US-Patentschrift 23 55 069 bekannt. Die bekannte Vorrichtung
dient zur Behandlung einer Aufschlämmung, welche einen beträchtlichen Anteil an suspendierten Feststoffen
enthält, von denen einige aus vorher behandeltem Wasser stammen. In der Misch- und Reaktionskammer
ist eine solch hohe Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen, daß der vollständige Austausch der Flüssigkeit
innerhalb der Misch- und Reaktionskammer innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 1 min erfolgt. Wegen
dieser kurzen Verweilzeit kann bei der bekannten Vorrichtung die Misch- und Reaktionskammer nicht
wesentlich zur Verdichtung der Schlämme beitragen.
Die US-Patentschrift 24 28 418 betrifft ein Verfahren
zur Entfernung von Siliciumdioxid und anderen Verunreinigungen aus Wasser, wobei diese Verunreinigungen
mittels rückgeführtem Schlamm ausgefällt werden. Zu einer hierfür geeigneten Vorrichtung gehört
ebenfalls eine Misch- und Reaktionskammer, ein Flockungsgefäß und eine Klärkammer. Eine Rührwelle
reicht durch die Misch- und Reaktionskammer und das Flockungsgefäß hindurch bis in die Klärkammer; an
dieser Welle sind in dem Flockungsgefäß Flockungsrührer und am Boden der Klärkammer ein Schlammrührer
angebracht. Konzentrisch zu dieser Rührwelle ist in der Misch- und Reaktionskammer ein getrennt angetriebenes
Rohr vorgesehen, an dem entsprechende Rührer
angebracht sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung is
die Misch- und Reaktionskammer oberhalb von dci:
Flockungsgefäß angeordnet und die aus der Misch- un>
Reaktionskammer austretende Flüssigkeit wird de Flockungskammer über ein getrenntes Rohr zugeführt.
Für Schlämme, die als Niederschläge bei chemische;
Fällungsreaktionen in wäßrigen Lösungen anfallen, wire
angestrebt, daß der abgesetzte Schlamm ein verhältnis mäßig kleines Volumen und ein verhältnismäßig hohe1
ίο Gewicht an Trockensubstanz aufweist. Bekanntlicl
stört die Anwesenheit von Magnesium- und/ode:
Aluminiumionen in der wäßrigen Lösung die Ausfällung
dichter Schlämme.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine kompakte Anlage für die Reinigung von Wasser bereitzustellen,
mit der auch dann in verhältnismäßig kurzer Zeit aus leichten voluminösen Schlämmen dichte Schlämme
erzeugt werden können, wenn die wäßrige Aufschlämmung Aluminium- und/oder Magnesiumionen enthält.
Ausgehend von einer Vorrichtung zum Reinigen von Wasser, mit einer Misch- und Reaktionskammer, einem
Flockungsrohr und einer Klärkammer, wobei die Misch- und Reaktionskammer ringförmig um das Flockungsrohr
angeordnet ist, und eine das Flockungsrohr umschließende rohrförmige Trennwand ein Wehr für
das aus der Misch- und Reaktionskammer in die Flockungskammer überfließende Wasser bildet, und auf
einer gemeinsamen Welle in der unteren Hälfte des Flockungsrohres ein Flockungsrührer sowie über dem
Boden der Klärkammer ein Schlammrührer angeordnet sind, ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle über der oberen Kante der rohrförmigen Trennwand horizontale
Arme befestigt sind, von denen abwärts in die Misch- und Reaktionskammer sich vertikale Arme mit Rührblättern
erstrecken, und daß für die zwangsweise Rückführung von Schlamm aus dem Bodenteil der
Klärkammer in die Misch- und Reaktionskammer ein Schlammrückführungsrohr angeordnet ist.
Zur Erläuterung der Erfindung dient auch eine Figur, mit der ein vertikaler Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung beispielsweise dargestellt ist.
Zu dieser Vorrichtung gehört ein vorzugsweise zylindrisch ausgebildeter vertikaler Behälter 10 mit der
vertikalen Wand 11 und dem horizontalen Boden 12. In
der Mitte des Behälters 10 ist ein rohrförmiger vertikaler Einbau 15 angeordnet, welcher sich von einer
Höhe kurz über dem max. Flüssigkeitsstand bis in den Behälter 10 hinab erstreckt.
Ein horizontaler Einbau 16, der den ringförmigen Raum zwischen dem rohrförmigen Einbau 15 und der
Behälterwand 11 ausfüllt, trennt die oben gebildete Misch- und Reaktionskammer 18 von der unten
gebildeten Klärkammer 19; der untere Teil der Klärkammer 19 erstreckt sich über den gesamten
Innenraum des Behälters 10.
Längs der Mittellinie des Behälters 10 ist eine von einem Motor über ein Reduziergetriebe 21 angetriebene
Welle 20 angeordnet. Der Motor und das Reduziergetriebe sind in geeigneter Weise auf dem
Behälter 10 angebracht, beispielsweise auf einer Brücke oder mittels Trägern 22. Die Welle 20 erstreckt sich
durch das Rohr 15 hindurch bis in den unteren Bereich des Behälters 10 und endet dort in einigem Abstand über
dem Boden 12. An der Welle 20 sind über die obere Kante des Rohres 15 hinwegragende horizontale Arme
23 befestigt. Von diesen horizontalen Armen 23 erstrecken sich vertikale Arme 24 mit Rührblättern 25
abwärts in die Misch- und Reaktionskammer 18. Innerhalb des Rohres 15, das als Flockungsrohr dient,
sind auf der Welle 20 in der Nähe des oberen Rohrendes ein Mischrührer 26 und in der Nähe des unteren
Rohrendes ein Flockungsrührer 27 befestigt. Weiterhin ist auf der Welle 20 im unteren Bereich des Behälters 10
ein dort über den Behälterquerschnitt hinwegreichender Schlammrührer 28 befestigt. Unterhalb des Flockungsrührers
27 sind im unteren Ende des Flockungsrohres 15 eine größere Anzahl Leitflächen angeordnet.
Die zu behandelnde rohe Flüssigkeit wird über eine Leitung 30 in die Misch- und Reaktionskammer
eingeführt. Ein Rohr 32 für die Zuführung von Flockungsmitteln mündet im unteren Bereich des
Flockungsrohres 15 in der Nähe des Flockungsrührers 27. Ein Schlammrückführungsrohr 35 führt aus dem
Inneren des Behälters 10 an einer Stelle unterhalb des Rührers 28 aus dem Behälter 10 heraus, ist außerhalb
von dem Behälter 10 nach oben geführt und tritt dann im Bereich der Misch- und Reaktionskammer 18 wieder in
den Behälter 10 ein. Die Förderung von Schlamm aus dem Bodenteil des Behälters 10 in die Misch- und
Reaktionskammer 18 kann in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Pumpen, durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist hierfür ein Ejektor 36 vorgesehen, welcher mit Rohwasser aus einerAbzweigung 37 von
der Rohwasserleitung 30 betrieben wird. Im unteren Bereich des Behälters 10 ist ein Schlammaustragsrohr
38 angeordnet. Die Fällungsmittel für die Behandlung des Rohwassers werden über die Leitung 39 in die
Schlammrückführleitung 35 stromabwärts vom Ejektor 36, jedoch noch vor der Einmündung der Schlammrückführleitung
35 in die Misch- und Reaktionskammer 18 eingeführt. Dadurch wird das Fällungsmittel mit dem
rückgeführten Schlamm vermischt, bevor es mit der Hauptmenge des Rohwassers in Berührung gebracht
wird.
Behandeltes und geklärtes Wasser wird aus dem oberen Bereich der Klärkammer 19 über Öffnungen 40
in eine Sammelleitung abgegeben, welche an der Innenseite der Wand 11 unterhalb der horizontalen
Trennwand 16 befestigt ist. Eine Klarwasserleitung 42 führt von der Sammelleitung 41 aufwärts bis kurz unter
die Oberkante des Flockungsrohres 15 und dient zur Einstellung des max. Flüssigkeitsstandes im Flockungsrohr
15.
Zum Betrieb der Vorrichtung werden Fällungsmittel und eine ausreichende Menge von rückgeführtem
Schlamm gemeinsam in die Misch- und Reaktionskammer 18 eingeführt, wo sie mit dem durch die Leitung 30
zugeführten Rohwasser mittels der rotierenden Mischvorrichtung 23, 24 und 25 gemischt wird. In der Misch-
und Reaktionskammer 18 wird eine hohe Konzentration an ausgefällten Feststoffen aufrechterhalten, so daß dort
die Reaktionen sehr schnell voranschreiten. Die Mischung von in Behandlung stehender Flüssigkeit,
zugesetzten Reagenzien und von rückgeführtem Schlamm fließt über eine, als Wehr ausgebildete, das
Flockungsrohr umschließende rohrförmige Trennwand und trifft dort auf den Flüssigkeitsspiegel im Flockungsrohr
15. Innerhalb des Flockungsrohres 15 wird eine weitere Mischung durch den Mischungsrührer 26
herbeigeführt. Die Fällungsreaktionen werden im wesentlichen beendet, während die Mischung im
Flockungsrohr 15 abwärts fließt. Im unteren Teil des Flockungsrohres 15 wird das Fällungsmittel, beispielsweise
Separan oder aktivierte Kieselsäure, über die Leitung 32 zugegeben und von dem Flockungsrührer 27
in der Mischung verteilt. Die Leitflächen 29 verhindern, daß der Flockungsrührer die Flüssigkeit lediglich in
Rotation versetzt, und fördern die Flockung durch eine gute Durchmischung.
Infolge des großen Querschnitts des unteren Teils der Klärkammer wird dort die Strömungsgeschwindigkeit
der Mischung beim Eintritt in die Klärkammer 19 wesentlich vermindert. Der Schlamm trennt sich von
der behandelten Flüssigkeit und setzt sich im unteren Bereich des Behälters 10 ab, während die Flüssigkeit zur
Sammelleitung 41 aufsteigt und über die Klarwasserleitung 42 abgezogen wird. Der Schlammrührer 28 hält
den Schlamm in einem halbflüssigen Zustand, so daß dieser mit Hilfe des Ejektors 36 über die Rückführleitung
35 in die Misch- und Reaktionskammer 18 zurückgeführt werden kann. Es ist klar, daß die für das
Absitzen des Schlammes erforderliche Zeitspanne um so kürzer wird, je dichter der Schlamm durch
wiederholte Rückführung geworden ist.
Die zentrale Welle 20, an der sowohl der Schlammrührer 28, der Flockungsrührer 27, der Mischungsrührer
26 wie die Rühreinrichtungen 23,24 und 25 in der Misch- und Reaktionskammer fest angebracht sind, wird mit
einer vergleichsweisen geringen Geschwindigkeit angetrieben, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von
5 Upm.
Sofern Kalk- und/oder Natriumkarbonat als Fällungsmittel zugeführt werden, kann die zugeführte Menge
automatisch nach dem Verhältnis der Leitfähigkeit, die einerseits in der Misch- und Reaktionskammer 18 und
andererseits im Rohwasser herrschen, gesteuert werden. Zu diesem Zweck sind die Elektroden 45 und 46
eines Paares von Leitfähigkeitszellen einerseits in der Rohwasserleitung 30 und andererseits in der Misch- und
Reaktionskammer 18 angeordnet. Die Leitfähigkeitszellen sind an einem vom Leitfähigkeitsverhältnis gesteuerten
Impulsgeber angeschlossen, welcher den Fällungsmittelstrom durch die Leitung 39 nach Maßgabe
der von den Elektroden 45 und 46 abgegebenen Meßwerte ein- oder ausschaltet, um das vorgegebene
Leitfähigkeitsverhältnis einzuhalten. Dieses Verhältnis wird stets dahingehend geregelt, daß ein wesentlicher
Überschuß von Fällungsmitteln über diejenige Menge vorhanden ist, welche für die Behandlung des in die
Misch- und Reaktionskammer 18 eintretenden Rohwassers erforderlich ist. Sofern überschüssiges Fällungsmittel
für die Behandlung von zusätzlichem Rohwasser nutzbar gemacht werden soll, kann eine Zweigleitung
48, welche vom Rohwasserzulauf 30 ausgeht, in das Rohr 15 in die Nähe des Mischungsrührers 26 eingeführt
werden.
Die Steuerung nach dem Leitfähigkeitsverhältnis stellt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für
die Dosierung gewisser Chemikalien dar; andererseits können hierfür auch übliche Steuervorrichtungen oder
eine Handregelung der Zugabe der Fällungsmittel in die Misch- und Reaktionskammer 18 vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die wiederholte Rückführung von Schlamm in einer
einfachen, kompakt gebauten Vorrichtung. Wird diese Rückführung von, aus einer Fällungsreaktion abgetrenntem,
abgesetztem Schlamm in die Reaktionszone sowie der Zusatz von Fällungsmittel zu diesem
rückgeführten Schlamm und die nachfolgende Reaktion mit einem angemessenen Anteil an zusätzlichem
Rohwasser ständig wiederholt, dann ergibt sich nach einer gewissen Anlaufperiode eine stetige Zunahme der
scheinbaren Dichte des abgesetzten Schlammes, so daß
ein ursprünglich leichter und voluminöser Schlamm
verhältnismäßig dicht wird. Mit der zunehmenden Zahl solcher Rückführzyklen nimmt die Dichte des Schlammes
ohne eine entsprechende Volumenzunahme zu. Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind
wenigstens 50 Rückführzyklen, vorzugsweise jedoch noch wesentlich mehr Rückführzyklen vorgesehen,
wodurch sich eine außerordentlich hohe Feststoffkonzentration im schließlich ausgetragenen Schlamm
ergibt. Im Gegensatz dazu arbeiten andere bekannte Anlagen mit 5 bis 10 Zyklen der Schlammrückführung.
Die Vorteile einer stark erhöhten Anzahl von Schlammrückführungszyklen ergibt sich aus der nachfolgenden
Betrachtung.
Wasser mit einer Methylorangealkalität von 136 mit 180 mg/1 Calcium und 162 mg/1 Magnesium (alle als
Calciumcarbonat gerechnet) reagiert bei Zusatz einer ausreichenden Menge Kalk nach folgenden Gleichungen:
unverändert bleibt und während der letzten 10 Zyklen geringfügig abnimmt. Andererseits nimmt das Gewicht
der Trockensubstanz pro Liter Schlamm im wesentlichen gleichförmig über alle Zyklen hinweg zu, und es
wird hierfür ein Endwert vom nahezu 13fachen des Ausgangswertes erreicht.
Ein künstlich hergestelltes mineralhaltiges Wasser mit 500 mg/1 Magnesiumbicarbonat wurde mit Kalk
behandelt, wobei ungefähr 800 mg/1 Ca(OH)2 zugesetzt
wurden. Der erhaltene Schlamm wurde wie oben beschrieben im Kreislauf zurückgeführt. Anstelle der
Verwendung von 0,5 mg Polyacrylamid als Flockungsmittel wurden 17 mg/1 Aluminiumsulfat als Flockungsmittel
zugesetzt. Hierbei ergaben sich die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Ergebnisse.
H2O
MgSO4-I-Ca(OH)2- Mg(OH)2-I-CaSO4
Der abgetrennte Niederschlag enthält 272 Tei-Ie = 74% Calciumcarbonat und 94 Teile = 26% Magnesiumhydroxid.
Werden von diesem Wasser 500 ml mit der zur Ausführung der oben angegebenen Reaktionen erforderlichen
Menge Kalk und mit 0,5 mg/1 Polyacrylamid (als Flockungsmittel) versetzt, dann beträgt das
Schlammvolumen nach 5 min Absitzzeit 50 ml. Das geklärte Wasser wird durch Dekantieren abgetrennt.
Der notwendige Kalk wurde als Aufschlämmung, die 10 g Ca(OH)2 pro Liter Wasser enthält, dem Schlamm
zugegeben und mit diesem vermischt. Sodann wurden 400 ml Rohwasser der oben angegebenen Analyse
zugegeben. Anschließend wurde die Probe 10 min lang gemischt, mit 0,5 mg/1 Flockungsmittel versetzt und
nochmals 1 min lang vermischt. Daraufhin wurde die Probe 5 min lang zum Absitzen abgestellt. Anschließend
wurde das abgesetzte Schlammvolumen abgelesen. Dieses Verfahren wurde 5.1 mal wiederholt, wobei die in
der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Ergebnisse ermittelt wurden.
Zyklus | Schlamm volumen | Trockensubstanz im |
nach 5 Minuten | Schlammvolumen | |
nach 5 Minuten | ||
(ml) | (Gramm je Liter) | |
1 , ·. | 50 | 3,66 |
4 | 87 | 7,10 |
10 | 155 ·.. | 9,65 |
15 | 163 | 13,70 |
20 | 162 | 18,20 |
25 | 158 | 23,40 |
30 | 160 | 27,70 |
35 | 163 | 31,50 |
40 | 163 | 36,00 |
45 | 158 | 41,80 |
51 | 158 | 47,20 |
Den Versuchsergebnissen ist ohne weiteres zu entnehmen, daß bis zum 15. Rückführungszyklus das
Schlammvolumen bis zum etwa 3fachen ursprünglichen Wert ständig zunimmt, anschließend im wesentlichen
Zyklus | Schlammvolumen nach | Trockensubstanz je |
15 Minuten Absitzzeit | 11 Schlamm | |
nach 15 Minuten | ||
Absitzzeit | ||
(%) | (Gramm) | |
8 | 31 | 33 |
10 | 32 | 41 |
14 | 34 | 52 |
18 | 36 | 63 |
Aus diesen Versuchsergebnissen geht ohne weiteres hervor, daß auch aus Abwasser abgetrennte, magnesium-
oder aluminiumhaltige Schlämme zu einem Schlamm mit hoher Dichte verdichtet werden können,
wenn diese Schlämme ausreichend oft zurückgeführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere
zur wiederholten Rückführung derartiger Schlämme ausgebildet, so daß diese Vorrichtung
besonders zum Reinigen von Wasser mit hohem Magnesium- und/oder Aluminiumgehalt geeignet ist.
Erfolgt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die wiederholte Rückführung derartiger Schlämme, so wird
schließlich ein verdichteter Schlamm erhalten, der die nachfolgenden Vorteile aufweist:
1. Die zum Abtrennen des Schlammes erforderlichen Verluste an behandeltem Wasser sind gering.
2. Die Schlammbeseitigung wird vereinfacht, da das abzustoßende Schlammvolumen wesentlich vermindert
ist.
3. Die Schlämme sedimentieren rasch, so daß die erforderliche Klärfläche klein sein kann. Beispielsweise
wurden bei einem dichten, geflockten, .magnesiumreichen Schlamm aus der Wasserenthärtung eines
verhältnismäßig magnesiumreichen Wassers Absitzgeschwindigkeiten von 30 cm/Min, beobachtet, was einem
Durchsatz von 18 m3/m2 · Std. entspricht. Demgegenüber
wurde in üblichen Suspensionskreisläufen bei der Behandlung von Wässern mit hohem Magnesiumgehalt
lediglich ein Durchsatz von 3,6 m3/m2 - Std. erreicht.
4. Die erforderlichen Reaktionen verlaufen mit höherer Ausbeute und die Chemikalien werden besser
ausgenützt, wenn die Behandlung in Gegenwart eines dichten Schlammes erfolgt. Die Reaktionen verlaufen
auch schneller, so daß kleinere Reaktionsvolumen möglich sind.
5. Die Flockung hindernde Stoffe wie Phosphate, weiche bei bekannten Enthärtungsverfahren empfindlich
stören können, wirken sich in wesentlich vermindertem Ausmaß aus, wenn dichte Schlämme vorhanden
sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Vorrichtung zum Reinigen von Wasser mit hohem Magnesium- und/oder Aluminiumgehalt, mit einer Misch- und Reaktionskammer, einem Flockungsrohr und einer Klärkammer, wobei die Misch- und Reaktionskammer ringförmig um das Flockungsrohr angeordnet ist, und eine das Flockungsrohr umschließende rohrförmige Trennwand ein Wehr für das aus der Misch- und Reaktionskammer in die Flockungskammer überfließende Wasser bildet, und auf einer gemeinsamen Welle in der unteren Hälfte des Flockungsrohres ein Flockungsrührer, sowie über dem Boden der Klärkammer ein Schlammrührer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (20), über der oberen Kante der rohrförmigen Trennwand (15) horizontale Arme (23) befestigt sind, von denen abwärts in die Misch- und Reaktionskammer (18) sich vertikale Arme (24) mit Rührblättern (25) erstrecken, und daß für die zwangsweise Rückführung von Schlamm aus dem Bodenteil der Klärkammer (19) in die Misch- und Reaktionskammer (18) ein Schlammrückführungsrohr (35) angeordnet ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |