DE19618428A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von biologisch belastetem Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von biologisch belastetem, insbesondere aus Aquakulturen stammendem Wasser, das in einem Reaktor unter Druck stehend mit einem Gas vermischt und anschließend zur Lösung des Gases entspannt einem mit belastetem Wasser gefüllten Abschäumer zugeführt wird, in dem die aufsteigen­ den Gasblasen Schmutzpartikel binden und der sich dabei bildende verunreinigte Schaum gesammelt und abgeführt wird.

Dieses Verfahren ist seit langem als Entspannungsfiltration be­ kannt. In Aquarien und Aquakulturanlagen beruht die Flotation, das heißt die Abschäumung darauf, daß feinstperlige Luft Kontakt zu den im Wasser befindlichen Eiweißverbindungen und Schmutzpartikeln herstellt, durch die aufsteigenden Blasen die Verunreinigungen an die Wasseroberfläche getragen werden und dort in Form von Schaum aus dem Wasserkreislauf ausgetragen werden können. Zur Bindung der Verunreinigungen ist es notwendig, daß das Gas feinstperlig ist. Mit sinkender Blasengröße steigt die Effizienz.

In Meerwasser können feine Luftblasen mit einfachen Mitteln gebil­ det werden, da aufgrund der Anlagerung von Salzionen auf der Bla­ senoberfläche alle Blasen über gleiche Ladungen verfügen und sich daher untereinander abstoßen. Die Bildung großer Blasen durch Ver­ einigung bei Kontakt von zwei oder mehreren kleineren Blasen wird vermieden. Deshalb ist es in Meerwasser möglich, mit grobblasiger Belüftung beispielsweise mittels Belüfterstein einen Blasendurch­ messer von ca. 0,5 mm zu erzielen. Im Süßwasser ist mit gleichen Mitteln ein Blasendurchmesser von allenfalls 3 bis 5 mm erreich­ bar.

Um im Süßwasser den Blasendurchmesser zu reduzieren wird die Ent­ spannungsflotation eingesetzt. Hierzu wird das Wasser in einem Reaktor bei Überdruck mit Gas - vorzugsweise Luft - gesättigt und anschließend wieder entspannt. Bei der Entspannung sinkt die Lös­ lichkeit des Gases in Wasser und die entsprechende Gasmenge tritt in Form feinster Blasen mit einem Durchmesser kleiner als 0,1 mm aus. Diese Luftblasen werden dann in dem nachgeschalteten Flota­ tionsturm (Abschäumer) genutzt.

Mit diesem Verfahren kann bei einem Betriebsdruck von 3 bar eine Gasmenge von ca. 40 Liter pro Kubikmeter Wasser freigesetzt wer­ den. Die Schaumbildung und damit Reinigungswirkung kann gesteigert werden, wenn die dem Abschäumer (Flotationsturm) zuführbare fein­ perlige Gasmenge gesteigert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemä­ ßes Verfahren so fortzubilden, daß die freigesetzte Gasmenge zur Schaumbildung gesteigert wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Strömungsgeschwin­ digkeit des Wassers im Reaktor partiell so erhöht wird, daß sich bildende größere Blasen über die Höhe des Reaktors stetig verklei­ nert werden, wobei größere Blasen aufsteigen, kleinere mit dem Wasserstrom nach unten geleitet werden und das mit Luft gesättigte und kleinste Blasen aufweisende Wasser über das Entspannungsventil dem Abschäumer zugeführt wird.

Durch diese Maßnahme wird neben dem Löslichkeitsvolumen noch das weitere Volumen der kleinsten Blasen genutzt. Durch die plötzlich frei werdende Energie am Entspannungsventil werden diese kleinsten Luftblasen noch weiter zerrissen und dann wie das Löslichkeitsvo­ lumen des Gases auch dem Abschäumer zugeführt. Praktische Versuche haben ergeben, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Betriebsdruck von 3 bar eine deutlich höhere Gasmenge als bisher durchgesetzt werden kann.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit einem Reaktor und einem damit verbundenen Abschäumer, wobei zwischen Reaktor und Abschäumer ein Entspannungsventil angeordnet ist und in den Reak­ tor unter Druck stehendes mit Gas vermischtes Wasser im oberen Bereich zuführbar und im unteren Bereich abführbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Reaktor zur partiellen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers mit Füllkörpern gefüllt ist.

Das abwärts strömende Wasser führt die Luft mit nach unten. Diese hat das Bestreben aufzusteigen und sich zu großen Blasensystemen zu vereinigen. An der Grenze zwischen Füllkörpern und Wasser ent­ steht die relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit. Hierdurch werden die größeren Blasen zerschlagen. Bereits kleine Blasen werden vom Wasser weiter nach unten gefördert. Entsprechend an der Grenzflä­ che zwischen Füllkörper und Wasser weiter verkleinert. Am Grund des Blasenreaktors sind folglich sehr feine Blasen bereits ausse­ lektiert, was dadurch unterstützt wird, daß kleinere Blasen eine kleinere Steiggeschwindigkeit haben als größere. Dem Selektions­ prozeß ist der Prozeß der Lösung des Gases überlagert. Das aus dem Reaktor aus tretende Wasser beinhaltet folglich gelöstes Gas und feine Luftblasen.

Vorzugsweise sind die Füllkörper ringförmig ausgebildet und beste­ hen aus Kunststoff. Dadurch wird die Oberfläche der Füllkörper vergrößert, wodurch die partielle Steigerung der Strömungsge­ schwindigkeit an der Grenzfläche erhöht wird.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Wasserspiegel im Ab­ schäumer über der Öffnung des Schaumrohres liegt, so daß die Schaumbildung außerhalb des Schaumrohres erfolgt und im Bereich des Schaumrohres eine Sedimentation von Feststoffen erfolgen kann. Grobe Schmutzpartikel können dabei direkt abgeschieden werden, indem sie in dem Beruhigungsraum im Schaumtopf absinken können. Für schwere und große Schmutzpartikel kann deshalb die Schaumphase umgangen werden. Feine Schwebstoffe hingegen werden in die Schaum­ phase überführt, konglomerieren an der Wasseroberfläche zu größe­ ren Partikeln und werden dann nach außen wiederum in den Beruhi­ gungsraum geführt, wo sie absinken und sedimentieren.

Vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser des Reaktors in Strömungsrichtung des Wassers ansteigt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit vom oberen zum unteren Bereich stetig oder in Stufen reduziert werden, wodurch die Selektion immer klei­ nerer Blasen möglich wird, da kleinere Blasen eine kleinere Steig­ geschwindigkeit haben. Entsprechend der Wirksamkeit des Selek­ tionsprozesses steigt die Freisetzung von Gas pro Kubikmeter Was­ ser am Entspannungsventil.

Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 - die Seitenansicht eine Flotationseinrichtung in verein­ fachter Darstellung,

Fig. 2 - die weiter schematisierte Funktionsdarstellung der Vor­ richtung nach Fig. 1,

Fig. 3a bis 3c - verschiedene Ausführungen des Schaumsammelbehälters des Abschäumers.

Die Flotationsvorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Reaktor 1, dem Abschäumer 6, der Pumpe 5, dem Injektor 3 und dem Entspan­ nungsventil 4. In den Abschäumer 6 wird über den Anschluß 35 ver­ unreinigtes Wasser eingeleitet. Im unteren Teil des Abschäumers 6 wird das verschmutzte Wasser über den Wasserablauf 33 abgezogen und über die Pumpe 5 von oben in den Reaktor 1 gepumpt. Im Reaktor 1 herrscht ein Betriebsdruck von etwa 3 bar. Der Betriebsdruck kann am Manometer 2 abgelesen bzw. eingestellt werden. Zwischen der Pumpe 5 und dem Reaktor 1 ist ein Injektor 3 in die Leitung 31 integriert, über den Luft dem Wasserstrom zugeführt wird. Anstatt Luft kann optional auch Ozon eingesetzt werden.

Der Reaktor 1 ist mit ringförmigen Füllkörpern 11 aus Kunststoff gefüllt. Über seine Höhe weist er einen dreifach gestuften Durch­ messer auf, wobei das Reaktorrohr 12 im oberen Bereich einen ge­ ringeren Querschnitt aufweist als im unteren. Unter dem im Reaktor 1 herrschenden Druck sättigt sich das Wasser mit der über den In­ jektor 3 zugführten Luft. Das nach unten strömende Wasser muß die Füllkörper 11 passieren. An der Grenzschicht zwischen Füllkörper 11 und Wasser entsteht eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit. Größere Blasen, die sich im Wasser befinden, werden hier zerschla­ gen und als kleinere Blasen nach unten geführt. Dieses Phänomen spielt sich über die gesamte Höhe des Reaktors 1 ab, so daß am Reaktorboden 10 nicht nur mit Luft gesättigtes Wasser sondern auch feine Luftbläschen vorhanden sind, die durch die stetige Verklei­ nerung entstanden. Vom Reaktorboden 10 wird das Wasser durch das Entspannungsventil 4 geleitet. Am Entspannungsventil 4 fällt der Systemdruck spontan ab und die im Wasser gelöste Luft tritt ent­ sprechend dem vorhandenen Druckgefälle in Form feinster Blasen aus. Die im Wasserstrom vorhandenen feinen Luftbläschen aus dem Reaktor 1 passieren das Entspannungsventil 4 entweder unbeein­ trächtigt oder werden durch die plötzlich frei werdende Energie zu noch feineren Blasen zerrissen und dann über die Leitung 32 dem Reaktor 6 zugeführt. Hier steigen die feinen Luftblasen nun nach oben in Richtung des Schaumrohres 8. Die feinstperlige Luft stellt Kontakt zu den im Wasser befindlichen Eiweißverbindungen und Schmutzpartikeln her, die nach oben aufsteigenden Luftblasen för­ dern dann diese in den oberhalb des Abschäumers 6 angeordneten Schaumtopf 7. Über den im Schaumtopf 7 vorgesehenen Schmutzwasser­ ablauf 33 wird der Schaum bzw. das Sediment abgeführt. Zur Entlüf­ tung ist der Schaumtopf 7 mit einem Abluftrohr 34 versehen.

Die Fig. 3a zeigt den in Fig. 1 dargestellten Zustand im Schaum­ topf 7. Der Wasserstand W befindet sich oberhalb des Schaumsammelraumes 9 im Schaumrohr 8. Wie die rechte Darstellung von Fig. 3a zeigt, steigt der Schaum im Schaumrohr 8 auf und fließt dann in den Schaumtopf 7 ab, wo er über den Schmutzwasser­ auslauf 33 entfernt wird.

In Fig. 3b ist schematisch dargestellt, daß der Wasserspiegel oberhalb eines Blasenkonverters 13 steht. Dieser Blasenkonverter 13 wird dann verwendet, wenn die bei dem System erzeugte Feinheit der Luftblasen zwar eine Kontaktierung bewirkt, die Verunreinigun­ gen aber nicht vollständig in die Schaumphase überführt werden können, was von der Wasserhärte oder dem pH-Wert des Wassers oder einer geringen Verschmutzung abhängen kann. An dem Blasenkonverter 13 werden die feinen Luftblasen zu größeren Einheiten konglomerie­ ren. Sie erhalten dadurch eine größere Auftriebskraft und erzeugen folglich eine stärkere Schaumbildung.

Bei der in Fig. 3c dargestellten Ausbildung des Schaumtopfes 7 liegt der Wasserspiegel W noch über dem Ende des Schaumrohres 8. Wie die rechte Darstellung dieser Figur zeigt, bildet sich im Schaumtopf 7 oberhalb des Schaumrohres 8 eine Schaumschicht 50 Feststoffe 51 sedimentieren direkt. Für sie wird die Schaumphase umgangen. Die Schaumschicht 50 wird wie hier nicht dargestellt nach außen abgeführt und dann entsorgt.

Bezugszeichenliste

1 Reaktor
2 Manometer
3 Injektor
4 Entspannungsventil
5 Pumpe
6 Abschäumer
7 Schaumtopf
8 Schaumrohr
9 Schaumsammelraum
10 Reaktorboden
11 Füllkörper
12 Reaktorrohr
13 Blasenkonverter
30 Wasserablauf
31 Leitung
32 Leitung
33 Schmutzwasserauslauf
34 Abluftrohr
35 Zulauf
36 Ablauf
50 Schaumschicht
51 Feststoffe

Claims (8)

1. Verfahren zum Reinigen von biologisch belastetem, insbesonde­ re aus Aquakulturen stammendem Wasser, das in einem Reaktor (1) unter Druck stehend mit einem Gas vermischt und anschlie­ ßend zur Lösung des Gases entspannt und einem mit belastetem Wasser gefülltem Abschäumer (6) zugeführt wird, in dem die aufsteigenden Gasblasen Schmutzpartikel binden und der sich dabei bildende verunreinigte Schaum gesammelt und abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindig­ keit des Wassers im Reaktor (1) partiell so erhöht wird, daß sich bildende größere Blasen über die Höhe des Reaktors (1) stetig verkleinert werden, wobei größere Blasen aufsteigen, kleinere mit dem Wasserstrom nach unten geleitet werden und das mit Gas gesättigte und kleinste Blasen aufweisende Wasser über das Entspannungsventil (4) dem Abschäumer (6) zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit einem Reaktor (1) und einem damit verbundenen Abschäumer (6), wobei zwischen Reaktor (1) und Abschäumer (6) ein Entspannungsven­ til (4) angeordnet ist und in den Reaktor (1) unter Druck stehendes mit einem Gas vermischtes Wasser im oberen Bereich zuführbar und im unteren Bereich abführbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reaktor (1) zur partiellen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers mit Füllkörpern (11) gefüllt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper (11) ringförmig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper (11) aus Kunststoff bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserspiegel im Abschäumer (6) über dem oberen Ende des Schaumrohres (8) steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Reaktors (1) in Strömungsrichtung des Wassers ansteigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser sich stetig vergrößert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser abgestuft ist.