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Vorrichtung zur flockulativen Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere
von Wasser und Abwasser.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur flockulativen Aufbereitung
von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser und Abwasser, bestehend aus einem sich
trichterförmig nach oben erweiternden Sedimentati3nsbehälter mit Flockenwirbelschichtraum
und darüberliegendem Klarflüssigkeitsraum mit Abzug für die KlarflUssigkeit, in
Baueinheit mit zentralem Schlammeindicker.
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Das Entfernen von unerwünschten mechanisch nicht abscheidbaren Inhaltsstoffen
aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Wasser und Abwasser, erfolgt nach neueren wissenschaftlichen
Erkenntnissen durch Umwandlung dieser Inhaltsstoffe in eine sedimentierbare Form.
Die unerwünschten Inhaltsstoffe sind im wesentlichen feindisperse Stoffe, deren
Dichteunterschied im Verhältnis zur
Flüssigkeit so klein ist, da#
sie in Schwebe bleiben, hierzu gehören in natürlichen Wässern sowie in Abwässern
u.a. Algen und andere Mikroorganismen sowie organische Substanzen. Des weiteren
gehören zu den unerwünschUen Inhaltsstoffen die sogenannten Kolloide, d.h. Partikel,
deren Größe zwischen 10-7 un 10-4 liegt, z.B. feine Tonteilchen, meist mit organischen
Bestandteilen vermischt, sowie Huminstoffe, Eiwe#-stoffe~und andere hochmolekulare
organische Stoffe. Letztlich gehören hierzu echt gelöste Inhaltsstoffe wie Kalzium-,
Eisen- und Manganionen, die allein oder in Verbindung mit den vorgenannten Innaltsstoffen
dem Verwendungszweck der Flüssigkeit entgegenstehen. - -Die Umwandlung -der genannten
Inhaltsstoffe in eine sedimentierbare Forrn erfolgt durch Flockulation, auch Koagulation
genannt, oder durch chemische Fällung. Diese wird durch Zumischung von Chemikalien
zur Flüssigkeit bewirkt. Als klassische Flockungsmittel kommen Aluminium- und EiSensalze
zum Einsatz, die in chemischer Reaktion mit in der Flüssigkeit vorhandenen oder
in dieser zugegebenen Hydroxylionen zu den entsprechenden Hydroxiden umgewandelt
werden. Das gebildete Aluminium- oder Eisenhydroxid liegt zunächst kolloidal gelöst
vor, durch-weitere Aufnahme von Hydroxylionen wachsen die positiv geladenen Mizellkolloide
und flocken aus. Die positiven Mizellkolloide der Aluminium- bzw. Eisenionen bewirken
bei Beginn der Hydrox idbildung den Effekt, daß die negativ geladenen in der Flüssigkeit
vorhandenen Kolloide neutralisiert werden. In die sich im weiteren Reakticnsverlauf
bildenden -Aluminium- bzw.
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Eisen-Hydroxidflocken makroporöser Struktur werden di-e-neutralisierten
aus der Flüssigkeit abzuscheidenden Ko@2oidmizellen mit eingeschlossen. Gleichfalls
werden die aus der Flüssigkeit abzuscheidenden suspendierten Feststoffe-in das
Nakrogerüst
mit eingeschlossen. Im gleichen Aufbereiturigs prozess kann auch die Entfernung
echt gelöster Bestandteile wie z.B. Bikarbonat aus der Flüssigkeit erfolgen. Durch
Zugabe umsetzungsäquivalenter Mengen an Hydroxid wird z. B. Kalziumbikarbonat zu
unlöslichem Kalziurnkarbonat umgewandelt.
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Die durch die vorbeschriebenen chemischen Reaktionen erzeugten Ausscheidungsprodukte
aus der Flüssigkeit sind je nach Ursprung mehr oder weniger gut sedimentierbar.
Der Wirkungsgrad der flockulativen Aufbereitung von Flüssigkeiten hinsichtlich Reinheitsgrad
der aufbereiteten Flüssigkeit sowie Menge und Konsistenz der abgeschiedenen Verunreinigungen
hängt in Verbindung mit dem vorbeschriebenen chemischen Aufbereitungsprozess wesentlich
von der apparativen Gestaltung der Vorrichtung ab, in der die Aufbereitung der Flüssigkeit
durchgeführt wird. Es sind eine Vielzahl von Anlagensystemen zur flockulativen Aufbereitung
von Flüssigkeiten bekannt, die im wesentlichen nach gleichen verfahrenstechnischen
Prinzipien aufgebaut sind. Dazu gehören die sogenannten Schlammkontaktanlagen, in-denen
der die Flockulation verbessernde Effekt des Schlammkontaktes ausgenutzt wird. Der-Schlammkontakt
erfolgt hier durch Schaffung-eines Suspensionskreislaufes höherer Feststoffkonzentration,
in den die mit Flockungschemikalien versetzte zu reinigende Flüssigkeit eingeleitet
wird.
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Die Überschussuspensionsmenge wird kontinuierlich in einen Klärraum
verdrängt, wo durch Schwerkraft die Sedimentation der ausgeflockten Feststoffe erfolgt.
Nachteilig wirkt sich bei diesen Anlagesystemen aus, daß durch die -erforderlicheständige
Umwälzung der Suspension die einmal gebildeten Makros flocken einer hohen mechanischen
Beanspruchung~ausgesetzt werin. Dadurch werden diese Flocken zu Mikroflocken zerstört
und verlieren ihre gute Sedimentationseigenschaft. Ein weiterer Nachteil ist der,
daß die erste Stufe der Flockung, und zwar
die Neutralisierung der
in der aufzubereitenden Flüssigkeit enthaltenen Kolloide, durch zu hohe Suspensionsdichte
des Suspensionskreislaufes behindert oder sogar unterbunden werden kann.
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Außer den vorerwähnten Systemen kommen vielfach auch sogenannte Schwebefilter
zur flockulativen Aufbereitung von Flüssigkeiten zum Einsatz. In diesen Anlagen
wird der sogenannte Flockenwirbelschiqhteffekt ausgenutzt. Die mit den entsprechenden
Flockungschemikalien versetzte Flüssigkeit wird in den unteren Teil eines sich nach
oben konisch erweiternden Behälters eingeführt. In diesem Behälter verlaufen die
einzelnen Flockungsstufen, d.h. die Neutralisation, Mikro- und Makroflockenbildung.
Durch die Maktroflocken wird im Behälter eine Flockenwirbelschicht gebildet, die
durch die von unten nach oben vertikal strömende Flüssigkeit in Bewegung gehalten
wird. In dieser Flockenwirbelschicht werden die Mikroflocken von den Makroflocken
adsorbtiv gebunden.
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Durch die nach oben sich erweiternde Form des Behälters reduziert
sich nach oben die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit soweit, daß in der Trennzone
zwischen- Flockenwirbelschicht und Klarflüssigkeit die Steigegeschwindigkeit der
Flüssigkeit der Sinkgeschwindigkeit der Flocken entspricht. Der Abzug des Schlammes
erfolgt in dieser Trennzone.
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Die Feststoffkonzentration des abgezogenen Schlammes liegt bei den
erläuterten bekannten Systemen relativ niedrig, die Flüssigkeitsverlustmengen sind
also entsprechend hoch. Zur weiteren Einengung der Feststoffe sind daher zusätzliche
Vorrichtungen wie Schlammeindicker außerhalb der Systeme erforderlich, bevor die
Abscheidung der Restflüssigkeit aus dem Schlamm mit Schlammpressen oder dergleichen
vorgenommen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur flockulativen
Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesendere von Wasser und Abwasser zu schaffen,
die sich durch optimalen Wirkungsgrad hinsichtlich des Rèinheitzgrades der aufbereiteten
Flüssigkeit sowie der Menge und Konsistenz der abgeschiedenen Verunreinigungen bzw.
der Feststoffkonzentration des abzuführenden Überschusschlammes auszeichnet.
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Diese Aufgabe löst ie Erfindung -bei einer Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art dadurch, daß in dem Sedimentationsbehälter ein Eindickungsbehälter
angeordnet ist) der über Flockendurchtrittsöffnungen mit dem Sedimentationsbehälter
in Verbindung steht und im oberen Behälterbereich einen Verteiler mit einem oder
mehreren daran angeschlossenen zu dem Flockenwirbelschichtraum des Dedimentationsbehälters
führenden Ableitungskanälen für die aufzubereitende Flüssigkeit besitzt, während
im Bodenbereich des Eindickungsbehälters ein Schlammeindickerraum mit Schlammabzug
vorgesehen ist.
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Dabei besteht der Sedimentatlonsbehälter regelmäßig aus einem kegel
stumpf- oder pyraniidenstumpfförmigen s-ich nach oben erweiternden Körper, in dem
zentral der Eindickungsbehälter, z.B. in Form eines Zylinders, angeordnet ist. In
den durch diese Behälteranordnung gebildeten Räumen werden die zwei Hauptverfahrensschritte,
und zwar im äußeren ringförrnigen Raum der Flockulationsprozess, im zentralen zylindrischen
Raum die Eindickung der beim Flockulationsprozess ausgeschiedenen Feststoffe vorgenommen.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt.
So empfiehlt die Erfindung auf den Sedimentationsbehälter eine um die Behältermittelachse
kreisförmig verfahrbare Brücke mit motorgetriebenem Fahrwerk aufzusetzen und an
dieser Brücke einen Schlammräumer zur Räumung s-edimentierenden
Schlammes
aus dem FlockenwirbeIschichtraum zu befestigen. Vorzugsweise ist zusätzlich die
Brücke mit einer Schlammförderpumpe ausgerüstet, die über Förderleitungen Schlamm
aus einer im Boden des Sedimentationsbehälters ange ordneten Sammelrinne in den
Eindickungsbehälter fördert.
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Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung, der selbständige
Bedeutung- zukommt, weist der Eindickungsbehälter eine SchIammrückSörderpumpe auf,
die im oberen Behälterbereich aus dem Sedimentationsbehälter eintretenden Schlaiiirri
ansaugt und über eine die Pumpe oberhalb des Verteilers-umgebende Ablaufeinrichtung
an den Verteiler abgibt. Ferner empfiehlt die Erfindung, daß innerhalb des Eindickungsbehälters
an die Schlammrückförderpumpe ein verlängertes Pumpenleitrohr angeschlossen und
an dem Leitrohr ein Schlammkrählwerk mit Schlammräumern im Bereich des Eindickerraumes
befestigt ist. Der-Boden des Eindickerbehälters kann eine Vertiefung besitzen, mit
der dsr Schlammabzug verbunden ist. Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung
ist die Schlammrückförderpumpe mit dem Schlanlmkrählwerk und den Schlammräumern
ebenfalls an die Brücke angeschlossen, so daß sämtliche mit der Brücke verbundenen
Aggregate ohne zusätzliche besondere motorische Antriebseinrichtung mit Brückengeschwindigkeit
oder auch hiervon unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden können. Zweckmäßigerweise
sind die Flockendurchtrittsöffnungen zwischen Sedimentations- und Eindikungsbehälter
im oberen Mantelbereich des Eindickungsbehälters angeordnet und weisen eine Flockenüberlaufkante
auf. Der Verteiler kann als über den äußeren Umfang des Eindickungsbehälters verlaufender
Ringkannal ausgebildet sein. Im übrigen besteht die Möglichkeit, daß im Übergangsbereich
von den Ableitungskanälen zu dem Flockenwirbelschichtraum des Sedimentationsbehälters
eine ringförmige Verteilerkammer angeordnet ist.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin
zu sehen, daß nach Lehre der Erfindung eine Vorrichtung zur flockulativen Aufbereitung
von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser und Abwasser, verwirklicht wird, die
sich durch optimalen Wirkungsgrad hinsichtlich des Reinheitsgrades der aufbereiteten
-Flüssigkeit sowie der Menge und Konsistens der abgeschiedenen Verunreinigungen
auszeichnet. Gleichzeitig wird eine maximale Feststoffkonzentration des abzuführenden
Überschußschlammes erreicht, so daß der mit dem Schlammabzug aus der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verbundene Flüssigkeitsverlust auf ein Minimum reduziert ist,Mlt der
Erzielung einer maximalen Feststoffkonzentration des abgezogenen Schlammes können
gleichzeitig die sonst erforderlichen Schlammeindicker außerhalb des Systems entfallen
und der Schlamm kann zur Restentwässerung direkt einer Schlammpresse oder ähnlichen
Restentwässerungseinrichtungen zugeführt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsoeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur flockulativen Aufbereitung von Flüssigkeiten,
insbesondere von Wässern und Abwässern.
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Die dargestellte Vorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau
aus einem sich trichterförmig nach oben erweiternden Sedimentationsbehälter 1 mit
Flockenwirbelschichtraum 2 und darüberliegendem Klarflüssigkeitsraum 3 mit Abzug
4 für die Klarflüssigkeit. In dem Sedimentationsbehälter 1 ist ein Eindicktungsbehälter
5 angeordnet. der über Flockendurchtrittsöffnungen
6 mit dem Sedimentationsbehälter
1 in Verbindung steht und im oberen Behälterbereich einen Verteiler 7 mit einem
oder mehreren daran angeschlossenen zu dem Flockenwirbelschichtraum 2 des Sedimentationsbehälters
1 führenden Ableitungskanälen 8 für die aufzubereitende Flüssigkeit besitzt, während
im Bodenbereich des Eindickungsbehälters 5 ein Schlamnleindickerraum 9 mit Schlammabzug
10 vorgesehen ist. Auf den' Sedimentationsbehälterlist eine um die Behältermittelachse
kreisförmig verfahrbare Brücke 11 mit motorgetriebenem Fahrwerk 12 aufgesetzt. Am
dieser Brücke 11 ist ein Schlammräumer l 15 zur Räumung sedimentierenden Schlammes
aus dem Flockenwirbelschichtraum 2 befestigt. Zusätzlich ist die Brücke 11 mit einer
Schlammförderpumpe 14 ausgerüstet, die über Förderleitungen 15 Schlamm aus einer
im Boden des Sedimentationsbehälters 1 angeordneten Sammelrinne 16 in den Eindickungsbehälter
5 fördert. Der Eindickungsbehälter 5 wiest eine Schlammrückförderpumpe 17 auf, die
im oberen -Behälterbereich aus dem Sedimentationsbehälter 1 eintretenden Schlamm
ansaugt und über eine die Pumpe 17 oberhalb des Verteilers 7 umgebende Ablaufeinrichtung
18 an den Verteiler 7 abgibt. Innerhalb desEindickungsbehälters 5 ist an die Schlammrückförderpumpe
17 ein verlängertes Pumpenleitrohr 19 angeschlossen, während an dem Leitrohr 19-ein
Schlammkrählwerk 20 mit Schlammräumern 21 befestigt ist. Der Boden des Eindickerbehälters
5 besitzt eine Vertiefung 22, mit der der Schlammabzug 10 verbunden ist. Die Schlammrückförderpumpe
17 ist mit dem Schlammkrählwerk 20 und den Schlammräumern 21 ebenfalls an die Brücke
11 angeschlossen. Die Flockendurchtrittsöffnungen 6 zwischen Sedimentation- und
Eindiclçungsbehälter sind im oberen Mantelbereich des Eindickungsbehälters 5 angeordnet
und weisen eine Flockenüberlaufkante 23 auf.
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Der Verteiler 7 ist als über den äußeren Umfang des Eindickungsbehälters
5 verlaufender Ringkanal 24 ausgebildet.
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Im Übergangsbereich von den Ableitungskanälen 8 zu dem Flockenwirbelschichtraum
2 des Sedimenationsbehälters 1 ist eine ringförmige Verteilerkammer 25 angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vori;ichtung arbeitet wie folgt: Über eine ZuführungsIeitung
26 wird die mit entsprechenden Flockungschemikalien versetzte aufzubereitende Flüssigkeit
in den Ringkanal 24 eingeleitet. Von dort tritt die sich in der Anfangsphase des
Flockungsprozesses, d.h. der Neutralisation der Kolloide und Mikroflockenbildung
befindliche Flüssigkeit über die Ableitungskanäle 8 in die ringförmige Verteilerkammer
25 ein. Aus der Verteilerkammer 25 tritt die flockulierte Flüssigkeit gleichmäßig
in den Reaktions- und Flockenwirbelschichtraum 2 ein. Im Reaktions- und Flockenwirbelschichtraum
2 wird die Endphase des Flockungsprozesses, .d.h. die Ausbildung von Markroflocken
guter Sedimentationseigenschaft erreicht-. Durch den sich volumen- und- flächenmäßig
nach oben vergrößernden Flockenwirbelschichtraum 2 und die sich dadurch ergebende
stetig reduzierende Vertikalströmung der Flüssigkeit werden die aus der Flüssigkeit
ausgeflockten Verunreinigungen in Schwebe gehalten bis zu der Grenzfläche, in der
die Sedimentationsgeschwindigkeit der Flocken größer ist als die Steiggeschwindigkeit
der Flüssigkeit.
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Oberhalb dieser Grenzfläche befindet sich der Klarflüssigkeitsraum
3, aus dem die Klarflüssigkeit über eine Abzugsrinne 4 einer Klarflüssigkeitsablaufleitung
zugeführt und abgeleitet wird.
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Im Flockenwirbelschichtraum 2 reichert sich die ausgeflockten Flüssigkeitsverunreinigungen
bis zu einer von verschiedenen
Faktoren abhängige-n Feststoffkonzentration
an. Entsprechend den Strömungsverhältnissen im Flockenwirbelschichtraum 2 stellt
sich die höchste Feststoffkonzentration im Bereich der geringsten Strömungsgeschwindigkeit
ein, d.h. in der Grenzfläche zwischen Flockenwirbelschichtraum 2 und Klarflüssigkeitsraum
3. Über die Flockenüberfallkante 23 tritt der Überschußschlamm in den Schlammeindickerraum
9 ein und sedimen- -tiert. Bereits im Flockenwirbelschichtraum 2 ergibt sich ein
den -Flockulationsprozess günstig beeinflussender Schlammkontakt, indem die frisch
koagulierte Flüssigkeit durch die Flockenwirbelschicht geführt wird. Zur weiteren
Erhöhung des Schlammkontakteffektes ist im Zentrum desSchlammeindickerraumes 9 die
Schlammrückförderpumpe 17 angeordnet,- die aus dem oberen Bereich des Schlammeindickerraumes
9 eine variable Menge an eintretendem Überschußschlamm durch Öffnungen ansaugt und
über die, -Ablaufeinrichtung 18 gleichmäßig in dem Ringkanal 24 der Rohflüssigkeit
zumischt.
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-Die Sedimentation und Eindickung des in den Schlammeindickerraum
9 eintretenden Überschußschlammes wird durch das dort angeordnete Schlammkrählwerk
20 unterstützt. Der eingedickte, auf den Boden des Eindickerraumes 9 sedimentierte
Schlammwird mit den Schlammräumern 21 in die Vertiefung 22 geräumt und vor dort
über den Schlammablauf 10 abgeführt.
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Das Schlammkrählwerk 20 mit den Schlammräumern 21- am verlängerten
Leitrohr 19 der Schlammrückführpumpe 17 befestigt und das Leitrohr der Schlammrückführpumpe
17 auf der Brücke 11 -aufgelagert. Durch das motorische Fahrwerk 12' wird die Brücke
11 kreisförmig um eine Zentralachse bewegt. Das am
verlängerten
Leitrohr der Schlammrückführpumpe 17 befestigte Schlammkrählwerk 20 mit Schlammräumern
21 bewegt sich ohne besondere motorische Antriebseinrichtung in Brückengeschwindigkeit
oder auch hiervon unterschiedlicher Geschwindigkeit.
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An der Brücke 11 ist gleichfalls ein Schlammräumer 15 zur Räumung
eventuell sedimentierenden Schlamms aus dem Flockenwirbelschichtraum 2 in die Schlammsammelrinne
16 befestigt.
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Aus dieser Schlammsammelrinne 16 wird der Schlamm mit einer gleichfalls
auf der Brücke installierten Schlammpumpe 14 in den Eindickungsbehälter 5 gefördert.
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Ansprüche: