DE1642432A1

DE1642432A1 - Anlage zur hochgradigen Reinigung einer Fluessigkeit mittels eines seriengeschalteten Flotations- und Filtrierverfahrens

Info

Publication number: DE1642432A1
Application number: DE19671642432
Authority: DE
Inventors: Rubing Ernst Arne; Lundin Eric Gustaf
Original assignee: Purac AB
Current assignee: Purac AB
Priority date: 1964-12-05
Filing date: 1967-05-24
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE1642432B2; GB1184477A; DK114118B; FI44785B; DE1642432C3; US3433359A; SE302103B

Description

a ZUR HOCHGRADIGEN ftfilNIGUNG EINER FLÜSSIGKEIT MIl¹TJSLS" EINiSS SEÄIJSKGESCHALTETEH FLOTATIONS- UND

Fl LTHI ERVtIRFA HRENS.
Die vorliegende Erfindung besieht sich auf die //asser-

reinigungstechnik und betrifft hierbei eine Anlage zur hochgradigen Reinigung einer Flüssigkeit mittels eines seriengeschalteten Flotations- und Filtrierverfahrens, wobei ein Flotationsbecken und ein Sandfilter einbegriffen sind.

Sowohl Flotations- als auch Filtrierverfahren sind seit langem innerhalb der ./asserreinigungstechnik in Anwendung und werden dabei hauptsächlich bei hohen Anforderungen an das xCeinii;ungsver.iiö.~en bei dem angewandten 82/stem verwendet. Jie Flotation wird dabei in einem Flotationsbecken ausgeführt, wobei sich die flotierten Verunreinigungen als Jchla»nm auf der Flüssigkeitsoberfläche ansammeln, woraufhin der Schlamm mit Schiebern oder mit Hilfe von Absaugern entfernt wird. Das Flotationsbecken kann verschiedene Formen haben, aber die gewöhnlich benutzten Flot.ationsbecken sind zylindrisch oder.rechteckig. Auch bei Filtrierverfahren wird der Reinigungsprozess in einem hierfür vorgesehenen Becken durchgeführt, einem Filtrierbecken, wobei das Filter.bei ^ Gebrauch von Sandfilter^ auf einem Filterbett angeordnet ist·'

si/eder Flotations- noch Filtrierverfahren können im allgemeinen völlig kontinuierlich ausgeführt werden, zumindest nicht Filtrierverfahren. Um zufriedenstellend arbeiten zu können, muss also das Sandfilter gelegentlich gereinigt werden. Weiterhin muss der auf der überfläche des Flotationsbeckens sich ansammelnde Schlarrjn entfernt v/erden. Gemiiss der Erfindung, soweit dieses aus den jefcat eingereichten Patent-' ηηε Tuchen hervorgeht, wird auf oitie oLnfache ./eise eine kö^Liohkoi. fc zur Ζι,γκγ 'Mimfi.icurii': olnor /LotatLunsuinlioi tv und

209808/U32

BAD ORiGiNAt.

einer !''iltriereinneit gegeben. iJieses wird gctiäüs der ^rCi noun;;; erreicht, indem man den Boden des /lotationsbeckens als ^■πα-filter ausbildet, Ausser der Tatsache, dass man bei der so ausgeführten Anlage die in der Kontinuität des Verfahrens erforderlichen Eingriffe auf ein Minimum herabsetzen kann, welches,aus technischer Sicht wünschenswert ist und ausserdem den Betrieb verbilligt, kann man die Anlagekosten darüber hinaus sehr wesentlich verringern. Dieses letztere wird dadurch erreicht, dass das Flotations- und das i''iltrierbecken ein und dasselbe becken·sind, d.h. man braucht nur ein einziges der kostspieligen Aussenbecken.

Indem man die Flüssigkeit entgegengesetzt ajurch das filter strömen lässt, wird dieses sehr wirkungsvoll von den Verunreinigungen, die sich angesammelt haben, befreit. Während des Zeitraumes, den dieser Reinigungsvorgang in Ansy>ruch nimmt, kann natürlich nicht gefiltert werden. Da ausserdem für die Reinigung beträchtliche Mengen gereinigtes Jasser gebraucht werden, ist es wünschenswert, die Zahl der Filterreinigungen pro Zeiteinheit auf ein Minimum zu beschränken. Es ist erwiesen, dass sich der Hauptteil der Verunreinigungen bei der Piltrierung in der oberen Schicht ansammelt. Diese Tatsache wurde bei einer v7eiterentwicklung der vorliegenden Erfindung ausgenutzt, bei welcher :.\an Vorrichtungen eingebaut hat, die die oberste Schicht kontinuierlich oder intermittierend in Bewegung halten, wodurch einer Ansammlung von Verunreinigungen in der Aussenschicht entgegengewirkt oder diese ganz verhindert wird. Die Intervalle zwischen den mehr durchgreifenden

m m

Ueinigungsoperatiorien können hierdurch vergrüssert werden. Die Ürfindung ist daher iuunserdem dadurch ^okennseichnet, dass

209808/U32

BAOORIGINAi.

unmittelbar über der Oberfläche des Landfilters eine Sprühvorrichtung angeordnet ist.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den folgenden Ausführungsbeispielen hervor, welche unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, von denen Bild 1 einen Längsschnitt einer vorzuziehenden Ausführungsforra der Erfindung zeigt, wobei Bild 2 eine vergrösserte Einzelheit darstellt.

Die Anlage besteht hauptsächlich aus einem Behälter 1, welcher eine Vorderwand 2 aufweist, eine Rückwand 3» einen unteren schrägen Boden 4 sowie nicht gezeigte Seitenwände. Zwischen einem Fallschacht 12 und einem Steigschaeht 13 ist eine w^Tand 5 angeordnet. Der Steigschaeht 13 wird ausserdem durch eine v/and 6 begrenzt. Der obere Teil der Anlage besteht aus dem Flotationsteil 7. Unter dem Flotationsteil 7 befindet sich ein Sandfilter 8, auf einem filterbett 10 ruhend, mit einer grossen Anzahl Öffnungen 11 versehen. Der Raum 9 zwischen dem Filterbett 10 "und dem schrägen Boden 4 dient als Reinwassersumpf. Zum Oberteil des Fallschachtes 12 ist eine Zuleitung 14 » für verunreinigtes oder ausgeflocktes Wasser angeschlossen, und in seinem unteren Teil eine Zuleitung 15 für Flotations- : mittel, deren Mündung 16 in einem gewissen Abstand.von der tfand 5 angeordnet ist, und zwar so angepasst, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Flotationsmittels an der V/and gedämpft wird. Das Flotationsmittel kann beispielsweise aus einer Luft-Wasser-Dispersion bestehen. Statt dessen oder zusätzlich kann in dem Uebergang zwischen dem Fall- und Steigschaeht ein Flo£ationsmittelsprüher angebracht werden, und swar in Form einer Düse 10, die an eine Leitung 17 für ^lotaticmsmittel angeschlos-

209808/U32.

SAD ORIGIN«.

Auf der entgegengesetzten Seite 3 der Anlage befindet sich der Auslauf 19 für gereinigtes v/asser, der über ein Hegelventil 21 an eine Abflussleitung 20 angeschlossen ist. Um den für die Reinigung des Sandfilters erforderlichen Gegendruck zu erreichen, ist eine Druckleitung 22 an das Heglerventil 21 angeschlossen. Der Druck kann mit einer nicht gezeigten Pumpe erzielt werden.

Mit 40 und 41 werden in Bild 1 eine Anzahl Rohre bezeichnet, die in zwei Lagen angeordnet und mit einer groBsen Anzahl öffnungen 42 in ihren Mantelflächen versehen sind, wie aus Bild 2 hervorgeht. Die untere ilohrlage, die Rohre 40, sind teilweise im Filter eingebettet, während die obere Lage, die Kohre 41, sich ein wenig oberhalb der Oberfläche des Sandfilters befinden.

Der Flüssigkeitsstand 26 wird mit einem Schwimmer oder einem anderen Niveauregler 23 abgetastet, der über einen Flüssigkeitsstand-Signalumformer 24 den Vfert der augenblicklichen Flüssigkeitshöhe wiedergibt, dessen Grosse als Signal über die Leitung 27 zu einer Steuereinheit 25 geleitet wird. Die Steuereinheit 25 beinhaltet Vorrichtungen zur Regelung des Ventils, welches zum Teil.von der Höhe des Niveaus 26, zum Teil von einer Programmsteuerung abhängig ist. Ausserdem beinhaltet die Steuereinheit 25 eine Vorrichtung zur Schliessung eines Ventils 21 sowie zum Anschalten der nicht gezeigten, druckerzeugenden Pumpe in dem Augenblick, in dem der Flüssigkeitsstand 26 zwecks Abscheidung des Aussenschlam- ' nies a.ngehoben und das Sandfilter Ö gereinigt werden soll. _# Auch diese Zeitpunkte können von der in der Steuereinheit 25 angeordneten Programmsteuerung -festgelegt werden. Zur Uobertragung von Befehle« an d«t Regelventil 21 ist eine Befehls- ..-,.

209808/1432

BAD ORIGINAL

leitung 2Ö angebracht und zur Uebertragung von Befehlen an die nicht gezeigte, druckerzeugende Pumpe die Befehlsleitung 29.

Der obere Teil der Rückwand 3 ist in bezug auf die übriger. .vände des Behälters 1 etwas abgesenkt, sodass ein Ausschnitt 30 für den Überflächenschlamm entsteht. Unter diesem Ausschnitt befindet sich eine iiinne 31 zur Aufnahme des Schlammes. Gtatt eines solchen Ausschnittes 30 und einer Rinne 31 kann eine Schlamm- und Spülrinne 32 mit einer öffnung 33 über dem Flüssigkeitsspiegel 26 angebracht iferden.

Schliesslich sind Vorrichtungen 34 zum Ablassen von

flotiertem aber nicht filtriertem-Wasser eingebaut. Diese '

können benutzt werden, wenn allein die Flotation auszureichen • scheint, um die Forderungen an den Reinheitsgrad zu erfüllen, wobei das Sandfilter 8 nicht benutzt zu werden braucht. Gegebenenfalls kann auch, wenn das Filter für hochgradige Reinigung benutzt wird, die Vorrichtung 34 für Zwecke, für die keine hochgradige Reinigung erforderlich ist, zum Ablassen herangezogen werden· ' ■

Die gezeigten Vorrichtungen "arbeiten in folgender 'Weise. ; Durch die Zuführungsleitung 14 kommt das. Wasser, welches I

gereinigt werden soll, durch den Schacht 12 herein. Die Verunreinigungen werden dabei ausgeflockt, indem dem V/asser ein Ausflockungsmittel zugesetzt wird. Das Schmutzwasser strömt durch den Schacht 12 herunter und trifft in dem Unterteil des Schachtes auf das Flotationsmittel, welches durch die Öffnung 16 strömt. Dadurch, dass der Abstand zwischen der.Mindung 16 der Dispersionsleitung und der .ifond 5 in geeigneter Weise festge- * legt wird, wird die Geschwindigkeit des Uisperaionsmittels an

209808/U32

BAD ORIGINAL

der ./and gedämpft, sodass danach wenigstens ein Teil 'in dor bleichen »/and 5 herauffliesst und sich allmählich mit dern herunterströmenden Schmutzwasser innig vermengt. Statt dessen oder zusätzlich kann das Flotationsmittel durch die Düse 10 zugeführt werden.

Auf dem Wege durch den Steigschacht 13 geht die im viasser gelöste Luft, welche durch die Dispersion zugeführt wurde, infolge der Druckminderung in kleine Luftblasen über. Diese haben die Neigung, sich an den im Wasser befindlichen Schmutzteilchen zu bilden, sich daran festzuhalten und ihnen dadurch einen Auftrieb zur Überfläche zu verleihen, tfenn sich die Flüssigkeit im Flotj^tionsbecken 7 zum entfernteren Teil hinbewegt, d.h. nach rechts im,Bild, und die ausgeflockten Verunreinigungen»durch die Luftbläschen einen Auftrieb zur Oberfläche bekommen, sammelt sich allmählich eine Schicht von Verunreinigungen an der Flüssigkeitsoberflache 26, vorzugsweise im entfernteren Teil des Beckens.

Die auf diese Weise gereinigte Flüssigkeit wird dadurch einem weiteren Reinigungsprozeas unterzogen, dass sie. durch das Sandfilter S'gefiltert wird.. Hierdurch wird sie von den Verunreinigungen befreit, die nicht bei dem Flotationsprozess entfernt werden. Das gereinigte Wasser wird in dem Reinwassersumpf 9 gesammelt, von wo es durch das Hohr 19 abgezapft wird und über das Ventil 21 und die Leitung 20 zum Verbraucher gelangt*

Der Flüssigkeitsspiegel 26 ist, ausser wenn die auf der Oberfläche schwimmenden Verunreinigungen entfernt Werden

sollen, auf gleichbleibender H«he zu halten. Dieses kann dadurch erreicht werden, dass das Uegelvonti! 21 so eingestellt wird,

209B08/U32

BAD ORIGINAL

■-7- 1642A32

dass die öffnung zwischen den Leitungen 19 und 20 dem Flücsif*- keitsstand angepasst ist. Hierzu dient ein Kiveau-Kühler (ira Bild als Schwimmer dargestellt), der über geeignete Ucbertragungsvorrichtungen die Ventilöffnungen abhängig von besagter Flüssigkeitshöhe steuert. Die Uebertra^ungsvorrichtungen können natürlich in verschiedener V/eise ausgeführt werden, fteisrielsweise mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch. In Bild ist somit ein /lüssi^keitsstand-Signalumf ortner 24 gezeigt, der über die -Leitung 27 zur Steuereinheit 25 ein Signal proportional den augenblicklichen flüssigkeitsstand 26 überträgt. In der Steuereinheit wird dieses Signal in einen Befehl umgewandelt, der über die Befehlsle'itung 2Ö das Ventil, 21 so einstellt, dass eine passende Öffnung zwischen den Leitungen 19 und 20 entsteht.

Zu gewissen Zeiten wird der auf der Oberfläche 26 angestaute Oberflächenschlamm entfernt. Diese Zeiten werden von einer in der Steuereinheit 25 angebrachten Programmsteuerung festgelegt. Zu den Zeiten, die also von der besagten Programmsteuerung festgelegt werden, gibt die Steuereinheit 25 somit einen Befehl, der über die Befehlsleitung 2Ö das Regelventil 21 so beeinflusst, dass die Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 20 ganz unterbunden wird. Die Schmutzwasserzufuhr geht inzwischen weiter, wodurch sich das Niveau 26 über die Höhe des Ausschnittes 30 hebt oder auf die Höhe der Öffnung 33 der Schlammrinne 32. Infolge des hydrostatischen Druckes der Oberflächenschicht fliesst dadurch der angesammelte Schlamm zusammen mit einer gewissen l-icnge Flüssigkeit zu den hierfürvorgesehenen, 5chlar:.msa".Melnden Vorrichtungen 31 oder 32 ab.

2Q9808/U32

. ä - 1S42432

Wie schon erwähnt, setzt sich das bandfilter B nach und nach mit sich sammelnden Verunreinigungen zu. Dieses mucs daher von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Gemäss der Erfindung ist eine Möglichkeit gegeben, den erforderlichen UeinigungsVorgang mit dem Abscheiden des Oberflächenschlammes zu verbinden. Die Zeitpunkte, zu welchen das Sandfilter gereinigt und"der Gberflächenschlamm entfernt werden soll, werden durch die iroi*rammsteuerung in der Steuereinheit 25 festgelegt. Die Steuereinheit gibt dabei über die ßefehlsleitung 2ß einen Befehl an das Ventil 21, sodass die Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 20 unterbrochen und die Verbindung zwischen der Druckleitung 22 und der Leitung 19 geöffnet,wird. Gleichzeitig«wird ein Befehl über die Leitung 29 an die druckentwickelnde Vorrichtung abgegeben, die wie schon erwähnt, eine Pumpe sein kann, die . hierbei anläuft. Die druek$ntwickelnde^;Vorrichtung presst J hierdurch Wasser durch die Leitungen 22 und 19 rückwärts in den Reinwassersumpf 9 und von diesem durch die kleinen Öffnungen 11 in das Filterbett 10, durch das Sandfilter Ö hoch, welches dabei von den angesammelten Verunreinigungen befreit wird.

Dadurch dass iiasser durch das Sandfilter Ö gedrückt wird,, steigt der Flüssigkeitsspiegel 26 schnell. Obwohl dieses relativ rasch geschieht, entstehen trotzdem keine unerwünschten Strömungen oder V/irbel im Flotationsteil, welche den Flotationsvorgang stören könnten. Das liegt daran, dass sich die gesamte im Flotationsteil befindliche Flüssigkeitsmenge gleichmässig ■ in ihrer ganzen Breite hebt. Auf diese tfeise entsteht schnell und ohue schädliche Strömungen eine erhebliche Anhebung des Flüssigkeitsspiecels, ^fÜe eine sehr wirkungsvolle Entfernung der Oberschicht ermöglicht, dadurch dacs diese zusammen mit dem an der Überflüche an^esainmelten S.chlaum in die hierfür

209808/U32

BAD

vorgesehenen Schlammauffänger ablaufen können.

Durch die Art und ./eise, in der der überflächenschlan\m gernäss der Erfindung abgeschieden wird, führt der Schlamm eine gewisse Menge Flüssigkeit mit, oder besser gesagt der Gchlarim führt eine gewisse Menge Flüssigkeit zu den Schlatnmauffängern. Diese Flüssigkeit kann jedoch in einer Sedimentierungsanla^e oder mit einem Filter grob gereinigt werden, wonach die flüssigkeit zu dem Schmutzwasser, welches gereinigt werden soll, zurückgeführt wird.

Die Rohre sowohl in der unteren Lage 40 als auch in der oberen Lage 41 enthalten normalerweise ein Gas-Flüssigkeitsgemisch unter verhliltnisniässig hohem Druck, wobei das Gas, welches hauptsächlich aus Luft besteht, in der Flüssigkeit gelöst ist, die zweckmässigerweise aus reinem v/asser besteht.

tfenn das Gas-Flüssigkeitsgemisch 43 die Rohre durch die Öffnungen 42 verlässt, geht die Druckenergie in Bewegungsenergie über, wodurch das Gemisch mit ziemlicher Geschwindigkeit aus-' strömt. Die Geschwindigkeit ist in Bild 2 mit Pfeilen dargestellt Nach und nach wird jedoch die Geschwindigkeit geringer', wobei die gelösten Gase in kleine Blasen übergehen, die sich Vorzugsweise an den im Becken 7 befindlichen Flocken bilden sowie auch daran haften, wodurch diese einen Auftrieb,zur Oberfläche erhalten. Die Stoffe, die wenig oder nur sehr schwer flotiert werden können, sinken dagegen nach unten auf das Sandfilter. Beim Durchgang durch das Rohrbett, (die Rohre 40, 41), werden jedoch die sich absetzenden Stoffe der starken Flüssigkeitsströmung von den Öffnungen 42 ausgesetzt, wodurch die Seditnentierung er- schwert wird. In Wirklichkeit wird die ganze Überschicht des Sandfilters von dem ausströmenden Gas-u'luaaigkeitsgemisch

209808/U32 '

BAD ORIGINAI.

bearbeitet, wodurch den in der Oberschicht sich ansammelnden Verunreinigungen durch die von der Strömung verursachte Bewegung eine Möglichkeit gegeben wird, tiefer in das Sandlager einzudringen. Dies ist im besonderen der Fall, wenn die Rohre 40 etwas tiefer angebracht werden, als im Bild gezeigt. Durch die Bewegung ist es auch den für die Flotierung weniger geeigneten, leicht sedimentierenden Stoffen möglich, Flocken die an die Oberfläche flotiert werden, mitzuführen.

Unter gewissen Umstanden ist es auch möglich, beispielsweise wenn die iiohre 40 vollständig von Sedimenten bedeckt sind, den Druck in den dohrleitungen stark heraufzusetzen, um damit eine heftige Bewegung auszulösen, wodurch der Wasserdurchgang durch das Filter wieder in Gang gebracht wird.

Im Rahmen der Erfindung kann natürlich eine Vielzahl von Ergänzungen und Modifikationen der gezeigten Vorrichtungen vorgenommen werden. So sind zum Beispiel die Steuer- und Regelvorrichtungen nur schematisch gezeigt· Es ist offensichtlich, dass diese Einzelheiten von einem Fachmann mit Hilfe von innerhalb der Hegelungstechnik allgemein bekannten Grundsätzen leicht vervollständigt werden können, Weiter kann zum Beispiel den Sprühvorrichtungen für das Gas-Flüssigkeitsgemisch eine andere Form als die Rohrforra gegeben werden. Weiterhin können diese anders angeordnet werden,als in den Bildern gezeigt ist. Beispielsweise kann die untere Lage bedeutend tiefer angebracht werden, um dadurch eine heftigere Bewegung der Überflüche zu erreichen· Es ist auch möglich, die Sprühvorrichtungen in mehr als. zwei Lagen anzubringen, wobei nan beispielsweise die eine Lage, vorzugsweise die untere, intermittierend arbeiten lasst, d.h. dass man diese Rohre

209808/U32

BAD OFUQtPiAL

- li -

nur bei bestimmten Anlassen unter Druck setzt. vVas man durch das Patent schützen möchte, wird daher nicht nur auf die gezeigte Ausführung der Erfindung begrenzt, sondern lediglich durch die nachfolgenden Patentansprüche.

209808/U32

BAD

Claims

PATENTANSPRÜCHE.

1. Anlage zur hochgradigen Reinigung einer Flüssigkeit mittels eines seriengeschalteten Flotations- und Filtrierverfahrens, welches ein Flotationsbecken und ein Sandfilter einschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Flotationsbeckens (7) aus einem Sandfilter (Ö) besteht.

2j_ Anlage laut Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die einen entgegengesetzt gerichteten Flüssigkeitsstrom durch das Sandfilter zustandebringt, der bezweckt, das Filter von angesammelten Verunreinigungen zu reinigen und gleichzeitig den Flüssigkeitsspiegel im Flotationsbecken so zu heben, dass der auf der Oberfläche durch die Flotation angesammelte Schlamm zum Ablaufen gebracht wird.

3«, Anlage gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Sandfilter auf einem mit Öffnungen (11) versehenen Filterbett (10) ruht, sowie durch einen Reinwassersumpf (9) unter dem genannten Filterbett*..

4. Anlage.laut Patentanspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , dass das Flotationsbecken (7)> das Sandfilter (£), das Filterbett (10) und der Reinwassersumpf (9) in einem einzigen Behälter (1) untergebracht sind.

209808/U32
BADORiGtNAt

5. Anlage gemäss einem der vorerwähnten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar oberhalb der überfläche des Sandfilters Gas-Flüssigkeitssprüher (40, 41) angeordnet sind.

6. Anlage gemäss Patentanspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Sprüher in mindestens zwei Lagen angeordnet sind, wobei sich zumindest die obere Lage oberhalb der Oberfläche des Filters befindet.

7. Anlage gemäss Patentanspruch 5 oder 6 ," dadurch gekennzeichnet , dass die Sprüher aus Rohren bestehen, die mit einer grossen Anzahl von Öffnungen (42) versehen sind.

3» Anlage gemäss einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprüher 2ur Zuführung eines unter Druck befindlichen Gas- .ί

Flüssigkeitsgemisches bestimmt sind, wobei im Sandfilter. gelegene oder von Sediment bedeckte Sprüher angebracht sind, um das Gemisch nur bei bestimmten Gelegenheiten zuzuführen.

209808/1432

BAD ORIGINAL