DE19801735C2 - Vorrichtung zur Konditionierung von Schlämmen und Reinigung von Schmutzwässern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konditionierung von Schlämmen zur Entwässerung und Behandlung von Schmutzwässern mit Hilfe von plattenförmig ausgebildeten Eisen-, Aluminium-, Kupfer- und/oder Platinelektroden, die parallel mit ihren Flächen in einem vorgegebenen Abstand nebeneinander in einem Becken angeordnet sind. DOLLAR A Das zu behandelnde Medium wird mit strömungstechnischen Hilfsmitteln zirkulierend in dem Behandlungsraum, den Reaktionszonen, gezielt zwischen den Elektrodenblechen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bewegt. DOLLAR A Der Aufbereitungsprozeß erfolgt in Chargen mit der Vorgabe von elektrolytischen Reaktionszeiten durch die Energiezufuhr an den Elektrodenbleche und getaktete Bewegungs- und Ruhezeiten des Mediums.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konditionierung von Schlämmen zur Entwässerung und Behandlung von Schmutzwässern mit Hilfe von plattenförmig ausgebildeten Eisen-, Aluminium-, Kupfer- und/oder Platinelektroden, die parallel mit ihren Flächen in einem vorgegebenen Abstand nebeneinander in einem Becken angeordnet sind.

Das zu behandelnde Medium wird mit strömungstechnischen Hilfsmitteln zirkulierend in dem Behandlungsraum, den Reaktionszonen, gezielt zwischen den Elektroden­ blechen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bewegt.

Der Aufbereitungsprozeß erfolgt in Chargen mit der Vorgabe von elektrolytischen Reaktionszeiten durch die Energiezufuhr an die Elektrodenbleche und getaktete Bewegungs- und Ruhezeiten des Mediums. In Abhängigkeit von den Inhaltsstoffen des Mediums wird auf dem elektrophysikalischen, elektrochemischen Wege, mit stufenförmiger, geregelter Stromzufuhr der Elektrodenbleche, die molekulare Struktur von Schlammpartikeln aus Belebtschlammanlagen zur Erreichung der Filtrierbarkeit verändert, von den Eisen- und/oder Aluminiumopferanoden Eisen oder Aluminium in Form von Hydroxiden in Feinstform zur Flockung abgegeben. An die Hydroxidflocken legen sich in der Ruhephase Metall- und Schwebstoffe.

Durch die elektrolytische Wirkung zwischen der Anode und der Kathode wird H₂O im Status nascendi in Wasser- (H₂) und Sauerstoff (O₂) zerlegt und es werden feinste Gasbläschen gebildet. Wasserstoff wirkt auf verschiedene Inhaltsstoffe reduzierend, Sauerstoff oxidierend und Schadstoffe werden umgewandelt. Durch die feinsten Gasbläschen entsteht ein Strip-Effekt und die Sauerstoffanreicherung vermindert die Geruchsbildung. Im Grenzflächenbereich der Elektrodenbleche bilden im Medium befindliche Hydroxidionen und Metallsalze schwerlösliche Metallhydroxyde.

In der kathodischen Reduktion werden u. a. Metalle und Wasserstoff abgeschieden, Anionen, neutrale Moleküle, mehrwertige Kationen durch Ladungsverringerung, reduziert. In der anodischen Oxydation werden u. a. Metalle aufgelöst, Anionen, neutrale Moleküle, Kationen durch Ladungserhöhung, oxidiert.

Die unterschiedlichen Elektrodenmaterialien (Fe, Al, Cu, Pt) können durch separate Stromzufuhr je nach Notwendigkeit und Bedarf gemeinsam oder in bestimmten Zyklen durch Vorgabe der einzelnen Behandlungszeiten in Reaktion gebracht werden. Hierdurch wird gezielt bzw. dosiert das Hydroxid abgegeben und die Oxidations-/Reaktionszeit geregelt. Dies ermöglicht u. a. die Vorbehandlung/Reaktion mit einem bestimmten Metall (Fe, Al, Cu, Pt) und die gezielte Nachbehandlung mit anderen einzelnen Metallen oder Kombinationen von Metallen (Fe, Al, Cu, Pt) in einer Charge in dem gleichen Reaktionsbehälter.

Vorrichtungen für die Behandlung, Reinigung von Abwässern in Chargen oder im Durchlaufprinzip sind allgemein bekannt und mit ihrer Anordung und Verfahrenstechnik mit vielen Nachteilen behaftet, die hohe Behandlungszeiten mit folglich hohen Kosten benötigen, oder durch mangelnde Strömungstechnik und Strömungsgeschwindigkeit nicht ausreichend das Ziel der Aufbereitung erreichen. So wird z. B. das zu behandelnde Wasser, aus der DE 36 41 365 C2 bekannt, entsprechend der Rohwasserzuführung mit daraus resultierend geringer Strömungs­ geschwindigkeit durch senkrecht stehende, mäanderförmig angeordnete Plattenpa­ kete zwecks Reaktion geleitet. Bedingt durch die nachteilige Strömungstechnik bilden sich zwischen den Anodenblechen Schlamm- und Reststoffansammlungen, die bis zur vollständigen Verschlammung (Brückenbildung) führen, wobei das Medium nur noch an einer geringen Reaktionsfläche vorbeigeleitet wird oder sich das Medium einen einfacheren Weg an den Reaktionsräumen vorbeisucht und folglich nicht ausreichend reagiert. Durch die Verschlammung in den Reaktionsräumen wird die elektrische Energie im Überschuß in den bereits ausreichend behandelten Schlamm eingebracht und vernichtet. Des weiteren wird von den Opferanoden das Hydroxid freigesetzt, aber trifft nicht für die erforderliche Flockenbildung mit den Inhaltsstoffen zusammen. Die geregelte Zugebe der unterschiedlichen Al/Fe-Hydroxide ist nur durch feste Anordnung der Plattenmaterialien bedingt möglich und nicht variabel. Die benannte Vorrichtung ist u. a. als Flotation ausgelegt.

Die Erfindung, unter DE 42 36 723 C1 bekannt, basiert im wesentlichen auf der Erfindung DE 36 41 365 C2, in der jedoch die Elektroden als Flachmaterial mit den Abmessungen von L 3.000 mm, B 100 mm in einem festen Paket nicht variabel (feststehend) mäanderförmig angeordnet sind, zwar in dem definierten Behandlungs- /Strömungskanal durch geringen Querschnitt im Vergleich zur Erfindung DE 36 41 365­ C2 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird, aber durch die minimale Breite eine Einschränkung der Durchsatzleistung bestimmt ist.

Das fest zusammengesetzte Plattenpaket gibt durch die fixierte Materialanordung der zwei Metalle (Fe, Al) eine nur geringe Anpassung der Hydroxiddosierung und durch die vorgegebene Strömungskanallänge die nicht veränderbare Behandlungszeit bei unterschiedlich zu behandelnden Medien vor. Verlängerung der Behandlungszeit würde die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzen. In Randzonen neigt diese Erfindung ebenfalls zu Verschlammung, die durch den geschlossenen Reaktionsraum nur mit hohem Spülaufwand beseitigt werden kann. Im Vergleich zu anderen im Markt erprobten derartigen Erfindungen ist bei den o. a. Nachteilen noch eine relativ hohe Investition zu tätigen und durch den kompletten Austausch des gesamten Plattenpakets (keine auswechselbaren Einzelplatten) sind auch die Verbrauchskosten für Opferanoden entsprechend hoch.

Weitere bekannte Vorrichtungen zeigen ebenfalls die angeführten Nachteile und vor allem wesentliche strömungstechnische Nachteile auf. Rührtechnische Mittel wurden so angeordnet, daß ein hoher Energieeintrag bei geringem Nutzen zu verzeichnen war. Ebenfalls wurden nachteilige Randzonen außerhalb der Reaktionszonen zwischen den Reaktionsblechen nicht strömungstechnisch berücksichtigt bzw. abgeschirmt. Hierdurch wurde das zu behandelnde Medium im Hauptstrom außerhalb der Reaktionsbereiche vorbeigeführt.

Die Konditionierung von Schlämmen aus biologischen Belebtschlammanlagen wurde bisher mit Zuschlagstoffen ((Kalkmilch (Aufschlämmung von Kalkhydrat), Eisen­ salzen, Polyelektrolyten)) zur Entwässerung durch Filtration/Feststoffabscheidung durchgeführt. Die o. a. Erfindungen konnten nicht, bedingt durch den hohen Feststoffgehalt und nicht variable, notwendige Metallvariationen (Fe, Al, Cu, Pt) eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung strömungs- und verfahrenstechnisch so auszubilden, daß alle genannten Nachteile zugunsten der Ökonomie und Ökologie bei hoher Flexibilität und Anlagenverfügbarkeit ausgeschlossen werden.

Hauptteil hierzu bildet die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 mit den ergänzenden Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Schlammkonditionierung und der Mini­ mierung von unterschiedlichen Wasserinhaltsstoffen durch elektrolytische Reduktion, Oxydation, Flockung, Fällung und Stoffumwandlung in einem Chargenbehälter mit möglichst großem Reaktionsvolumen. Der Reaktions-Chargenbehälter ist rechteckig aus Kunststoff (PPH) ausgeführt, in dem mittig ein schnelllaufendes Rührwerk auf einer Traverse angeordnet ist und mit dem Schaft bis zu ca. 2/3 der Behälterhöhe senkrecht in den Reaktionsraum ragt. Am Ende der Rührwerkswelle befindet sich ein schiffsschraubenähnlicher Propeller. Mit einem geringen Abstand zum Propeller endet wiederum mittig der spitzdachförmige Bodeneinbau, der im Querschnitt w-förmig ausgebildet ist, so daß die vom Rührwerk produzierte Strömung äußerst effektiv bei vernachlässigbarem Widerstand gleichmäßig zu beiden Seiten aufgeteilt und gezielt gerichtet von der nach unten gerichteten Strömungsrichtung wieder in die Aufwärtsströmung geleitet wird. Über dem Propeller entsteht ein Sog- und darunter ein Druckbereich, der durch die geringen Druckverluste großräumige Strömungen und Wasserbewegungen verursacht. Der Druck verteilt sich auf den gesamten Reaktionsraum.

Rechts und links von der Rührwerkswelle sind in verstellbaren/wechselbaren Halterungen die Reaktionsbleche (Anoden/Kathoden) mit bedarfsorientierter Zusammenstellung aus Fe, Al, Cu oder Pt angeordnet. Die aus einem Stück bestehenden Bleche liegen auf zwei Traversen, die in gleicher Höhe des Propellers liegen, und im oberen Bereich mit den jeweils zugehörigen Gleichstromanschlüssen +/- versehen sind. Die inneren Reaktionsbleche neben dem Rührwerksschaft sind so angeordnet, daß der Rührer frei das Medium aus dem Zwischenraum ansaugen kann. Der Plattenabstand an dieser Stelle beträgt mindestens 1,3 Propellerdurch­ messer. Der Abstand zwischen den übrigen Anoden-/Kathodenblechen richtet sich variabel nach den Reaktionserfordernissen und dem Leitwert des Rohwassers oder Schlammkonzentration. Er kann von 12 bis zu 60 mm betragen. Da nur eine elektrolytische Reaktion in den Reaktionsräumen zwischen der Anode und Kathode erfolgt, wird die vom Rührwerk produzierte und mittels w-förmigem Bodeneinbau umgeleitete Wasserströmung durch Leit-/Sperrbleche an den beiden Außenwänden und des jeweils letzten Reaktionsbleches abgeleitet.

Mittels zwei von oben nach unten auf den Propeller zugerichteter Leitbleche zwischen den inneren Reaktionsblechen wird die strömungstechnische Effektivität des Rührwerks weiter optimiert.

Durch die zuvor beschriebenen Mittel wird das Medium gezielt mit hoher Umwälzgeschwindigkeit nur durch die Reaktionsräume von unten nach oben gefördert. Nachteilige Verschlammung und Brückenbildung wird verhindert. Das zwischen den Reaktionsplatten aufströmende Medium fließt über die Kanten der Reaktionsbleche wieder zur Umwälzung in den mittigen Rührerbereich. Weitere strömungstechnische Mittel sind bei dieser Erfindung nicht notwendig.

Die Reaktionsbleche sind aus einem Stück mit integrierter Anschlußlasche für den Kabelanschluß ausgeführt, so daß keine nachteiligen Schweißnähte, die zu höherem Verschleiß und Bruch führen, erforderlich werden. Die Anzahl der Reaktionsbleche (Anoden/Kathoden) richtet sich nach der jeweils notwendigen Durchsatz- /Chargenleistung und kann in Großanlagen bis zu 30 Stück mit einer realen Reaktionsfläche von 15.000 cm² in einem Chargenbehälter betragen. Diese Reaktionsfläche kann durch die Umwälzung mittels Rührwerk um ein Vielfaches zur Reaktion genutzt werden.

Der durch die aufströmenden Feinstgasbläschen entstehende Schaum wird im Bedarfsfall durch eine Schaumniederschlagseinrichtung, bestehend aus einem Düsenstock und interner Kreislaufwasserversorgung niedergeschlagen und/oder über eine Ablaufrinne abgeleitet.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Erfindung in Schnittdarstellung.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Behältereinheit.

Neben den zahlreichen strömungstechnischen Ansprüchen ist die Verfahrenstechnik nahezu von gleicher Bedeutung.

Zu Beginn des Behandlungszyklus wird der Reaktionsbehälter mittels Zuführpumpe, Niveauerfassung (Schwimmerschalter, Druckmeßdose) über ein Rohrsystem bis zur Erreichung der Plattenoberkante gefüllt. Dabei ist das Zufuhrrohr jeweils über den Platten (links, rechts) angeordnet, so daß Rückstände aus der vorherigen Behandlung von den Platten abgespült werden. Anschließend wird die elektrolytische Behandlung durch geregelte Stromzufuhr und Zeitsteuerung durchgeführt. Da für verschiedenartige Medien mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen auch die Zugabe bestimmter Mengen an Hydroxiden in einer bestimmten Reihenfolge notwendig ist, werden die Reaktionsbleche nach den einzelnen Metallgruppen unterschiedlich, zeitabhängig, bedarfsorientiert mit unterschiedlichen Spannungen betrieben. Die Spannungsregelung richtet sich ebenfalls nach den Erfordernissen und kann zwischen 2-36 V je Metallgruppe (Fe, Al, Cu oder Pt) geregelt werden. Bei der Schlammkonditionierung werden vorwiegend die Edelmetallbleche verwendet.

Das Rührwerk wird während der Behandlung getaktet betrieben, so daß sich in den Ruhephasen die Flocken bilden, vergrößern und sich andere Stoffe (Metalle und Schwebstoffe) anlagern können.

Der Strombedarf wird über eine Ampereerfassung und die Wassertemperatur über Thermofühler während der Behandlung überwacht.

Nach erfolgter elektrolytischer Behandlung kann in besonders gelagerten Fällen zur zusätzlichen Adsorption von Farbstoffen, AOX, CSB etc. ein Kohlepulver mit dem Rührwerk gleichmäßig in die Charge eingerührt werden. Hierdurch wird keine weitere zusätzliche Behandlungsstufe notwendig. Zur Dosierung werden handelsübliche Dosiereinrichtungen verwendet.

Über zwei im w-förmig ausgebildeten Bodenbereich angeordnete Ventile wird der Behälter nach abgeschlossener Behandlung entleert.

Das Verfahren arbeitet im Wesentlichen ohne Zugabe von zusätzlichen Behandlungschemikalien (Flockungshilfsmittel), abgesehen von dem über die Opferanoden in Feinstform eingetragenen Hydroxide.

Mit der Vorrichtung der Erfindung konnte in einem Unternehmen, bei gleichen Voraussetzungen, ein Schmutzwasser im Vergleich mit anderen Abwasser­ behandlungsanlagen aus der Erfindung DE 36 41 365 C2 und einem ähnlichen Rührreaktor, einer aus der Erfindung DE 36 41 365 C2 resultierenden Vorrichtung, behandelt werden. Die Vorrichtung der Erfindung benötigte im Vergleich der Energiekosten pro m³ behandeltes Schmutzwasser nur 1/8 Energie zur Erfindung DE 36 41 365 C2 und 1/4 zu einem herkömmlichen Rührreaktor.

Anhand der beiliegenden Abbildung wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Erfindung in Schnittdarstellung und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Behältereinheit.

Der Rechteckbehälter besteht aus den Seitenwänden und dem w-förmig ausgebil­ deten Boden Pos. 3. Die Rührwerkseinrichtung 9, 10, 12 ist in der Behältermitte auf einer Traverse 11 montiert. Wichtig ist, daß der w-förmige, spitzdachförmige Boden 3 mittig unter dem Propeller 12 zur gleichmäßigen Strömungsverteilung angeordnet ist. Auf den Traversen 4 sind die Reaktionsbleche (Anoden/Kathoden) 7/8 in gleicher Höhe des Propellers 12 aufgelegt. Die Anoden 7 und Kathoden 8 werden wechselseitig angeordnet und die Fig. 2 zeigt die aus einem Stück bestehenden Bleche mit Anschlußlasche.

Die durch den w-förmig ausgebildeten, spitzdachförmigen Boden umgeleitete Strömung des Mediums wird durch die Leit-/Sperrbleche 6 an beiden Außenwänden 1 u. 2 so umgeleitet, daß keine Strömung durch den Bereich der Reaktionsbleche 7/8 und die Wandungen 1 u. 2 vorbeiströmt, da hier mangels fehlender Polarität (gegenpolig) keine Reaktion stattfinden kann.

Durch die Mittel 12, 3, 6, 1 u. 2 wird das Medium gezielt durch die Reaktionsräume zwischen den Anoden 7 und Kathoden 8 gefördert. Der Motor 9 wird getaktet betrieben, um vorgegebene Ruhezeiten für die Flockenbildung und Adsorption zu erreichen.

Des weiteren ist in Fig. 1 der beidseitige Zulauf über den Plattenbereichen, die zwei Ablaufstutzen und die optionale Kohledosierung gezeigt.

In der Fig. 2 sind die seitlichen Leitbleche 5 zur gezielten, saugseitigen Strömungsführung Richtung Propeller 12 dargestellt. Die zwei Traversen 4 bilden die Auflage für die Reaktionsplatten 7 u. 8.

Durch die Strömungspfeile in Fig. 1 u. 2 wird die wichtige strömungstechnische Erfindung untermauert und verdeutlicht, daß mit dieser Vorrichtung auch Medien mit hohem Feststoffanteil ohne Gefahr der Verschlammung/Brückenbildung oder nicht ausreichender Reaktion behandelt werden können. Des weiteren wird durch den w- förmigen Boden 3 unterhalb des Propellers 12 eine gezielte Strömungsverteilung ohne größeren Strömungswiderstand deutlich.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Konditionierung von Schlämmen und Reinigung von Schmutzwässern mit Hilfe von Fe-, Al-, Cu- und/oder Pt-Elektrodenblechen 7/8, die parallel mit ihren Flächen in einem rechteckigen Becken senkrecht stehend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein w-förmiger Boden 3, seitliche Leitbleche 5, Leit-/Sperrbleche 6 und ein Propeller 12 vorgesehen sind, die für eine optimale Strömungsverteilung und Zirkulation des zu behandelnden Mediums, bei geringstem Druckverlust, zwischen den Reaktionsplatten sorgen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenbleche 7/8 aus einem Blech (Stück) bestehen und in dem rechteckig ausgebildeten Reaktionsbecken in variablen Abständen mit ihren Flächen zueinander angeordnet sind und entsprechend des zu behandelnden Mediums, nach Reaktionsbedarf, aus einem Metall, zwei Metallen oder mehreren Metallkombinationen bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenbleche 7/8, je nach Reaktionsbedarf während der Chargenbehandlung entweder nach­ einander in bestimmter Kombination und Reaktionszeitvorgabe, oder gemeinsam als Gruppe durch separate oder gemeinsame Energiezufuhr zur Reaktion verwendet werden, oder entsprechend den elektrochemischen Erfordernissen einzeln (separate Metallgruppen) mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der w-förmige Boden 3 spitzdachförmig im Bodenbereich des Rechteckbehälters ausgebildet ist und die Dachspitze mittig unter dem Propeller 12 angeordnet ist, der ebenfalls mittig im Behälter unter einer Traverse 11 und in nahezu gleicher Höhe der Plattenunterkante 7/8 auf Höhe einer Traverse 4 angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit-/Sperrbleche 6 zwischen den Platten 7/8 und den Außenwänden 1 und 2 so angeordnet sind, daß eine Strömung des Mediums in den nicht reaktionsfähigen Raum verhindert wird und ausschließlich die Zonen zwischen den Anoden und Kathoden durchströmt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerkseinrichtung 9, 10, 12 mittig im Reaktionsbehälter auf der Traverse 11 angeordnet ist und die Platten 7/8 im Abstand von 1,3 Durchmesser des Propellers 12 zu beiden Seiten der Rührwerkswelle 10 in Richtung Außenwand 1 und 2 angeordnet sind und die seitlichen Leitbleche 5 als Leitbleche zur Strömungsführung saugseitig angebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerks­ einrichtung 9, 10, 12 getaktet betrieben wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwerks­ einrichtung 9, 10, 12 im Reaktionsbehälter auch zur Vermischung von Zusatzstoffen (Kohlepulver) zur Erhöhung der Reinigungsqualität, in einer Chargenbehandlung eingesetzt wird.