DE1517435B2

DE1517435B2 - Vorrichtung zum reinigen von wasser mit hohem magnesium- und/oder aluminiumgehalt

Info

Publication number: DE1517435B2
Application number: DE1963J0024712
Authority: DE
Inventors: Hilding B Tucsaon Anz Gustafson (VStA)
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 1963-01-11
Filing date: 1963-11-09
Publication date: 1977-07-14
Also published as: BE642292A; GB993335A; DE1517435A1; ES287210A1; DE1517435C3; US3247105A; NL292215A

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

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.