DE19834727A1 - Pilotanlage für die Wasseraufbereitung - Google Patents
Pilotanlage für die WasseraufbereitungInfo
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Abstract
Eine Pilotanlage für die Wasseraufbereitung mit verschiedenen hintereinandergeschalteten Aufbereitungseinheiten sowie daran vorgesehenen Meß-, Probenentnahme-, Eindosierungs- und/oder Abzugsstellen (16, 34, 48, 50) kennzeichnet sich dadurch, daß sie in miniaturisierter Form für einen Wasserdurchsatz zwischen lediglich etwa 1 und 10 ml/min aus Modulen (2, 4, 6, 8, 10) aufgebaut ist. Die Module können bedarfsweise mit entsprechenden Wasserproben labormäßig getestet werden, ebenso wie auch die gesamte Anlage mittels am Ort des Wasservorkommens entnommener Wasserproben im Labor betrieben werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Anlage indessen mobil gestaltet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Pilotanlage für die Wasseraufbereitung
gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Wässer, die ohne Aufbereitung als Trinkwasser Verwendung finden
können, treten nur noch äußerst selten auf. Zumeist ist aufgrund
geogener und/oder anthropogener Belastungen eine Aufbereitung er
forderlich, mit der störende Substanzen ganz oder zumindest über
wiegend aus dem Wasser entfernt werden. Die Aufbereitungsverfahren
richten sich zu einem wesentlichen Teil nach der Natur der zu ent
fernenden Problemstoffe bzw. -stoffgruppen. Dabei finden üblicher
weise folgende Aufbereitungsstufen Anwendung:
Belüftung
Flockung
Filtration
Enteisenung
Entmanganung
Aktivkohlefiltration
biologische Aufbereitung und
Desinfektion.
Belüftung
Flockung
Filtration
Enteisenung
Entmanganung
Aktivkohlefiltration
biologische Aufbereitung und
Desinfektion.
Aufgrund der heute vorhandenen Kenntnisse auf dem Gebiet der Was
seraufbereitung las sen sich bei der Erschließung neuer Wasservor
kommen für die Trinkwasserversorgung bereits erste Angaben über
die Dimensionierung und den Betrieb der einzelnen Prozeßstufen ma
chen. Letzten Endes sind jedoch Untersuchungen in Pilotanlagen un
entbehrlich. Solche Pilotanlagen sind derzeit aufwendige, kosten
intensive ingenieurtechnische Anlagen, die Wasserdurchsätze in der
Größenordnung von m3/h oder zumindest l/h erfordern. Damit besitzen
diese Anlagen eine beschränkte Flexibilität und lassen nur noch
eine begrenzte Optimierung der einzelnen Prozeßstufen zu. Außerdem
müssen sie dort installiert werden, wo sich das aufzubereitende
Wasser befindet, häufig also in einer Umgebung ohne ausreichende
analytische Ausstattung. Im Interesse einer optimal angepaßten
Aufbereitungsanlage wären jedoch Voruntersuchungen wünschenswert,
mit denen sich sicherstellen ließe, daß beispielsweise nur die
tatsächlich notwendigen Aufbereitungsstufen und diese in optimier
ter Ausführungs- und Betriebsform installiert werden.
Andererseits gibt es im Bereich der automatisierten analytischen
Verfahren, wie zum Beispiel der Fließinjektionsanalyse, umfangrei
che Kenntnisse über die automatisierte Dosierung von Proben und
Reagenzien, das Vermischen von Flüssigkeitsströmen, die Abtrennung
fester oder hochmolekularer Bestandteile einer Probe oder die
Durchführung chemischer und biochemischer Reaktionen in Fest
bettreaktoren. Diese Systeme werden mit einem Flüssigkeitsbedarf
von ml/min betrieben und sind gewöhnlich modular aufgebaut. Außer
dem weisen sie unmittelbar darin integrierte Meßfühler auf, so daß
die Probe on-line beim Durchströmen des Systems analysiert werden
kann. Beispiele derartiger Meßfühler sind Photometer, pH- oder
sonstige ionensensitive Elektroden, Sauerstoffelektroden, Leitfä
higkeitselektroden und Enzymelektroden zur Bestimmung von Glucose,
Alkohol und dergl. Die in solchen Systemen verwendeten Komponen
ten, wie zum Beispiel Mischstücke, Pumpen, Ventile, Reaktions
strecken, Reaktionssäulen und Membrankammern, sind auf die analy
tische Anwendung hin optimiert. Das heißt aber, daß ihre Auslegung
und die Verweilzeit des Analyten in der jeweiligen Stufe nicht für
eine vollständige Umsetzung oder Abtrennung des Analyten ausgelegt
sind.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Pilotanlage für die Wasseraufbereitung der
art auszubilden, daß sie aufbau-, aufwands- und mobilitätsmäßig
einem Fließinjektionsanalysesystem vergleichbar ist dabei aber, im
gewünschten Maße, eine vollständige Umsetzung der betreffenden
Wasserprobe ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Pilotanlage mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
dazu vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.
Durch den modularen Aufbau ist es möglich, auf äußerst flexible
Weise eine gesamte Wasseraufbereitungsanlage nachzubilden. Dazu
erlaubt es die Miniaturisierung, die Anlage mobil zu gestalten, um
sie komplett zum Ort des jeweiligen Wasservorkommens transportie
ren wie aber auch labormäßig mit angelieferten Wasserproben be
treiben zu können. Ebenso können aber auch einzelne Prozeßstufen
für sich zunächst labormäßig getestet werden, bevor sie in die be
treffende Pilotanlage eingebaut werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Pilotanlage anhand der begleitenden Zeichnungen genauer beschrie
ben. Von diesen zeigt
Fig. 1 ein Schema der gesamten betreffenden Pilotanlage,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein darin
auftretendes Belüftungs- und Ausflockungsmodul,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein in der
Pilotanlage nach Fig. 1 auftretendes Enteisenungs- oder
Entmanganungsmodul und
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein in der
Pilotanlage nach Fig. 1 auftretendes Aktivkohle-Filtra
tionsmodul.
Die in Fig. 1 gesamtheitlich gezeigte Pilotanlage weist, in Was
serdurchflußrichtung aufeinanderfolgend, in diesem Beispiel nach
Art einer Reaktionssäule, ein Belüftungs- und Ausflockungsmodul 2,
ein Enteisenungsmodul 4, ein Entmanganungsmodul 6, ein Aktiv
kohle-Filtrationsmodul 8 und ein Desinfektionsmodul 10 auf. All diese
Module, mit Ausnahme allenfalls des Desinfektionsmoduls 10, sind
als zylinderförmige Behälter von beispielsweise rund 40 mm Durch
messer und 100 mm Länge entsprechend einem Volumen von etwa
100-150 ml ausgebildet.
Der Aufbau des Belüftungs- und Ausflockungsmoduls 2 geht genauer
aus Fig. 2 hervor. Hiernach tritt das aufzubereitende Wasser in
den aufrecht stehenden Behälter 12 zentral von oben her durch eine -
vorzugsweise positionseinstellbare - Sprühdüse 14 ein, wobei ihm
durch einen seitlichen Anschluß 16 bedarfsweise noch ein Fällungs
mittel zudosiert werden kann. Das Wasser wird von der Sprühdüse 14
auf die Innenwand des Behälters 12 wie auch eine zentral darin
vorgesehene konische Prallplatte 18 gesprüht und sammelt sich im
unteren Abschnitt 20 des Behälters 12, von wo aus es seitlich über
einen Anschluß 21 abgezogen werden oder abfließen kann, während
sich abgeschiedener Schlamm, wie vor allem Eisenhydroxidschlamm,
am unteren Ende des Behälters 12 sammelt, von wo er von Zeit zu
Zeit nach unten abgezogen werden kann.
Die beiden nachfolgenden Module 4 und 6 - vergl. Fig. 3 - sind
einfache Festbett-Filtermodule, bei denen das i.a. primär aus Kies
bestehende Filterbett 22 auf einer Siebplatte 24 aufruht, die un
ter sich einen Sammelraum 26 bestehen läßt. Das ankommende Wasser
tritt in den betreffenden Behälter 28 oberhalb des Filterbetts 22
durch einen seitlichen Zulauf 30 ein und nach unten durch das Fil
terbett hindurch in den Sammelraum 26 über, von wo es über einen
Stutzen 32 seitlich abgezogen wird. Durch einen gegenüberliegend
angeordneten Stutzen 34 kann dem Behälter 28 von Zeit zu Zeit
Spülluft zugeführt werden, die nach Durchströmen des Filterbetts
22 nach oben aus dem Behälter ins Freie entweichen kann. Anderer
seits kann Spülwasser oder ein Spülwasser-Luft-Gemisch den Behäl
ter durch einen dem Zulauf 30 gegenüber- jedoch etwas höherliegen
den Stutzen 36 verlassen.
In dem Filterbett 22 findet neben einer physikalischen Filterung
eine biologische Umsetzung statt unter Mitwirkung von sich an dem
Filterbett anlagernden Bakterien, durch die das in dem Wasser ent
haltene Eisen bzw. Mangan oxidiert wird. Um die etwas schwerer als
diejenige von Eisen vonstatten gehende Oxidation von Mangan zu un
terstützen, kann dem Wasser vor dem Eintritt in das Entmanganungs
modul 6 oder auch dort noch bedarfsweise Luft zugesetzt werden.
Auch das in Fig. 4 gezeigte Aktivkohle-Filtrationsmodul 8 ist ein
Festbett-Filtermodul, der allerdings aus aufeinandergesetzten
Teilmodulen, wie zum Beispiel 38, aufgebaut ist. Jedes dieser
Teilmodule mit Ausnahme des untersten, 40, das eine Sammelwanne
bildet, weist eine Siebplatte 42 auf, die ein Aktivkohle-Filter
bett 44 trägt. Die Zahl der Teilmodule 38 ist nach Belieben vari
ierbar. Das Wasser tritt in das oberste Teilmodul, 46, seitlich
ein, um sodann aufeinanderfolgend die Filterbetten 44 des Teilmo
duls 46 und sämtlicher Teilmodule 38 zu durchströmen, bevor es
sich in dem Teilmodul 40 sammelt. Zur Erneuerung des jeweiligen
Filterbetts sind zumindest die Teilmodule 38 leicht entnehmbar.
Sämtliche so weit beschriebenen Module, d. h. das Belüftungsmodul
2, das Enteisenungsmodul 4, das Entmanganungsmodul 6 und das Ak
tivkohle-Filtrationsmodul 8, weisen - vorzugsweise verschließ
bare - seitliche Anschlüsse, wie zum Beispiel 48 in Fig. 3 oder 50
in Fig. 4, für die dauerhafte Anbringung von Meßfühlern, beispiels
weise pH- und pO2-Sonden, oder aber auch für die Probenentnahme
zwecks außerhalb der Pilotanlage durchzuführender Analysen auf.
Daneben können solche Anschlüsse auch in den Verbindungs- sowie
Zu- und Ableitungen, wie z. B. 52, 54 und 56 in Fig. 1, vorgesehen
sein.
Das Desinfektionsmodul 10 besteht im einfachsten Fall aus einem
einfachen Durchflußrohr, in dem das hindurchtretende Wasser mit
UV-Licht bestrahlt wird.
Die Förderung des Wassers durch die Pilotanlage erfolgt gemäß Fig.
1 mittels zwischen den einzelnen Modulen 2-10 angeordneter Pum
pen 58, die als Dosierpumpen ausgebildet sein können. Es kann aber
auch der Pilotanlage ein Hochbehälter vorgeschaltet sein, wie er
in Fig. 1 gestrichelt angedeutet und mit 60 bezeichnet ist und aus
dem das Wasser durch die Anlage aufgrund von Gravitationskräften
hindurchtritt. In diesem Fall können an die Stelle der in Fig. 1
eingezeichneten Pumpen 58 bedarfsweise Drosselventile, mechanische
Filter oder dergl., treten. Die Pumpen 58 können, ebenso wie die
letztgenannten Drosselventile, mit Drucksensoren, Durchflußzählern
oder dergl. ausgestattet sein.
Claims (11)
1. Pilotanlage für die Wasseraufbereitung mit verschiedenen
hintereinandergeschalteten Aufbereitungseinheiten sowie daran
vorgesehenen Meß-, Probenentnahme-, Eindosierungs- und/oder
Abzugsstellen (16, 34, 48, 50), dadurch gekennzeichnet, daß
sie in miniaturisierter Form für einen Wasserdurchsatz zwi
schen lediglich etwa 1 und 10 ml/min im wesentlichen aus Modu
len (2, 4, 6, 8, 10) aufgebaut ist.
2. Pilotanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Module Belüftungs-, Enteisenungs-, Entmanganungs-, Aktivkohle
filtrations- und/oder Desinfektionsmodule (2, 4, 6, 8, 10) um
fassen.
3. Pilotanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die meisten der Module (2, 4, 6, 8, 10) eine im
wesentlichen zylindrische oder prismatische Form besitzen.
4. Pilotanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
betreffenden Module (2, 4, 6, 8, 10) nach Art einer Reaktions
säule aufrechtstehend im wesentlichen koaxial aufeinanderfol
gen.
5. Pilotanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Belüftungs- und Ausflockungsmodul (2)
mindestens eine - vorzugsweise positionseinstellbare - Sprüh
düse (14) für das eintretende Wasser aufweist.
6. Pilotanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Belüftungs- und Ausflockungsmodul (2) eine von zumindest einem
Teil des versprühten Wassers beaufschlagte - vorzugsweise ko
nische - Prallplatte (18) enthält.
7. Pilotanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eines der Module (4, 6, 8), wie
zum Beispiel ein Enteisenungs- oder ein Entmanganungsmodul (4,
6), ein Festbett-Filterbett (22; 44) enthält.
8. Pilotanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens eines der Module, wie zum Beispiel
ein Aktivkohlefiltrationsmodul (8), aus aufeinandergesetzten
Teilmodulen (38, 40, 46) besteht.
9. Pilotanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen eingangsseitigen Hochbehälter
(60) für eine aufzubereitende Wasserprobe aufweist.
10. Pilotanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einzelnen der Module
(2, 4, 6, 8, 10) eine Pumpe (58), ein Drosselventil und/oder
ein mechanischer Filter angeordnet ist.
11. Pilotanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Ganzes ortsbeweglich ist.
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