-
"Verfahren zur Aufbereitung von Grund-, Oberflächen- und Abwässern
mittels Flockungs- und Flockungshilfsmitteln in Anlagen mit Suspensionskreislauf
(Zusatz zu P 1 936 805) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von
Grund-, Oberflächen- und Abwässern mittels Flockungs- und Flockungshilfsmittel.
-
In der Hauptanmeldung P 1 936 805 ist ein Verfahren zur Aufbereitung
von Grund-, Oberflächen- und Abwässern mittels Flockungs- und Flockungshilfsmitteln
in Anlagen mit Suspensionskreislauf beschrieben, bei dem das (die) Flockungshilfsmittel
in eine eigene, bei Anwendung mehrerer Flockungshilfsmittel auch in je eine(n) eigene(n),
ganz oder teilweise von den Ubrigen Reaktionsräumen (-zonen) abgetrennte(n, speziell
der Zumischung und der Einwirkung des oder der Flockenhilfsmittel(s) auf das Schlamm-Wasser-Gemisch
dienenden Reaktionsraum (-zone) zugesetzt wird (werden), die dort gegebene mittlere
Aufenthaltszeit des Schlan-Wasser-Gemisches (J8) 30 Sekunden nicht unterschreitet
und 5 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten nicht überschreitet, weiterhin das Schlamm-Wasser-Gemisch
während des Aufenthaltes in einem solchen Reaktionsraum oder einer solchen Reaktionszone
mittels einer Rührvorrichtung kräftig bewegt wird, wobei eine RUh Meistung von mindestens
20 Watt, vorzugsweise von 50 - 200 Watt pro cbm Reaktionsraum (-zonen)-Volumen eingehalten
wird. Vorteilhaft kann in Verbindung mit diesen Maßnahmen der Energieeintrag in
dem der Phase 2 zugeordneten Reaktionsraum erhöht werden, so daß anstelle der üblichen
10
- 30 Watt mind. 40 - 100 Watt/m3 Reaktionsraum-Volumen angewendet wird.
-
Dieses Verfahren ist von großem praktischen Interesse, da es gestattet,
ohne wesentliche Erhöhung der Investitions-und Betriebsmittelkosten auch bei Vorliegen
von stark verunreinigten Rohwässern gute Reinwasserqualitäten zu erzielen.
-
Bei der in bekannter Weise durchgeführten Aufbereitung von Wässern
aller Art sind nämlich im Ablauf von Anlagen mit Suspensionskreislauf stets noch
ungelöste Stoffe sowohl disperser als auch kolloiddisperser Natur enthalten, die
sowohl aus dem Rohwasser als auch von den zugesetzten Flockungsmitteln bzw. deren
Reaktionsprodukten stammen.
-
Die Art und Menge sowie die Partikelgrößen dieser Stoffe bestimmen
weitgehend Laufzeit und Filtratqualität eines einer solchen Anlage nachgeschalteten
Filters. Größere Flocken und Teilchen lassen sich dabei im allgemeinen gut abfiltrieren,
feinst- und kolloiddisperse Teilchen hingegen durchwandern aufgrund ihrer geringeren
Haftfähigkeit das Filterbett schneller und stellen somit sehr häufig die Ursache
für verkUrzte Durchbruchslaufzeiten und unbefriedigende Filtratqualitäten dar.
-
Bei den bekannten Verfahren der Wasser- und Abwasseraufbereitungstechnik
kann selbst bei Verwendung von Anlagen mit Suspensionskreislauf eine weitgehende
oder praktisch vollständige Entfernung der feinst- und kolloiddispersen Stoffe noch
vor der Filterstufe nur bei relativ gutartigen Wässern ausreichend realisiert werden,
bei Vorliegen weniger gutartiger Wässer, beispielsweise vieler Oberflächenwässer,
Uferfiltrate, reduzierter Grundwässer und abwässer, müssen mehr oder weniger hohe
Kolloidgehalte im Ablauf der genannten Anlagen als praktisch unvermeidlich hingenommen
werden.
-
Zwar kann auch in solchen Fällen die QualitEt des Filtrates wenigstens
etwas dadurch verbessert werde daß man beispielsweise feinkörnige/ Filteraaterial,
höhere Filterschichten und geringere Filtergeschwindigkeiten wählt, Jedoch sind
Maßnahmen
dieser Art mit gravierenden Nachteilen, wie kurzen Filterlaufzeiten, hohem Spülwasserverbrauch
und großen Investitions- sowie Betriebsmittelkosten verbunden.
-
Mit Hilfe des in der Hauptanmeldung vorgeschlagenen Verfahrens gelingt
es, durch geeignete Maßnahmen die Reinigungsleistung von Suspensionskreislaufanlagen
beliebiger Grundkonstruktion so weit zu steigern, daß auch bei Vorliegen schwieriger
Rohwässer ein zumindest sehr weitgehend von feinst- und kolloiddispersen Stoffen
freier Ablauf dieser Anlagen erhalten werden kann.
-
Die dort angestellten Betrachtungen der dem Suspensionskreislaufverfahren
zugrunde liegenden Teilvorgänge lassen sich beispielsweise für das Schwebstoffkontaktverfahren,
der am meisten gebräuchlichen Variante des Suspensionskreislaufverfahrens, idealisiert
wie folgt darstellen: Phase 1 : Flockungsphase.
-
Zumischung des Flockungsmittels (Eisen- oder/ und Aluminiumsalze
oder salzlösungen) und/ oder eines pHtKorrektivs (Soda, Kalkmilch, Natronlauge etc.)
zum bewegten Rohwasser.
-
Phase 2 : Kontaktphase Vermischung des in Phase 1 geflockten Rohwassers
mit dem Kontaktschlamm und Bewegung des Schlamm-Wasser-Gemisches.
-
Phase 3 : Zumischung des oder der Flockungshilfsmittel(s) (aktivierte
Kieselsäure, Stärkeprodukte, Alginate, synthetische Flockungshilfsmittel etc.) zum
Schlamm-Wasser-Gemisch.
-
Phase 4 : Ausbildung der absetzfähigen Grobflocke.
-
Phase 5 : Sedimentation der absetzfähigen Grobflocke und Rücktransport
des Kontaktschlammes nach Phase 2.
-
In keiner der bekannten Typen von Schwebstoffkontaktanlagen Jedoch
ist ein solcher idealer Phasenablauf mit eigenen -von den anderen ganz oder teilweise
abgetrennten - Reaktionsräumen bzw. Reaktionszonen für jede einzelne Phase realisiert.
-
Stets sind entweder mehrere Phasen miteinander kombiniert oder einzelne
fehlen ganz, Gemeinsam ist allen diesen Anlagen, daß zumindest für die Phasen 2
und 5 je ein eigener Reaktionsraum vorhanden ist.
-
Gelegentlich findet man den Reaktionsraum für Phase 1 vom eigentlichen
Gerät abgetrennt (Vormischer), sehr häufig koppelt man auch die Phasen 1 und 2,
wobei dann die Dosierung des Flockungsmittels in den Reaktionsraum der Phase 2 erfolgt.
-
FUr die Phase 3 allein steht jedoch in keiner der bekannten Schwebstoffkontaktanlagen
ein eigener, ganz oder teilweise von den übrigen Reaktionsräumen abgetrennter, in
sich geschlossener Reaktionsraum zur Verfügung, die Zugabe eines Flockungshilfsmittels
erfolgt stets entweder in Kombination mit Phase 2 oder Phase 4 d .h. entweder bereits
während der Kontaktphase oder zu Beginn bzw. während der Ausbildung der absetzfähigen
Grobflocke.
-
Bei praktisch allen bekannten Schwebstoffköntaktanlagen wird ferner
im Reaktionsraum der Phase 2 mittels mechanisch betriebener Rührwerke, die oft auch
gleichzeitig als Umwälz-bzw. Förderaggregate ausgebildet sindseine Wasserbewegung
mäßiger Intensität eingestellt, wobei stets die Absicht hervortritt, zwar eine Kontaktwirkung
zu erzielen, die vorhandenen gröberen Flocken Jedoch nicht durch zu hohen Rnerm
gie eintrag zu zerschlagen.
-
Ähnliche Gesichtspunkte bestimmen auch die Art der Zugabe des Flockungshilfsmittels.
Bei allen bekannten Verfahren und Verfahrensvarianten erfolgt ein Flockungshilfsmittelzusatz,
sofern ein solches angewendet wurde stets bei geringer bis mäßiger Rührintensität
(Phase 2 oder 4)s wodurch vermieden werden soll, daß die bei Zusatz des Flockungshilfsmittels
sich fast momentan bildenden groben Flockenagregate weit
ren Scherkräften
ausgesetzt werdend,sie ansonsten wieder zerschlagen und nach bisheriger Erkenntnis
damit schlecht Sedimentierbar würden. Gelegentlich wird auch das Flockungshilfsmittel
zum Zwecke besserer Verteilung in der Nähe eines Rühr- bzw. Förderaggregates zugegeben,
aber auch in diesen Fällen ist das Schlamm-Wasser-Gemisch nach erfolgter Zugabe
des Flockungshilfsmittels nur sehr kurze Zeit, höchstens wenige Sekunden, einer
turbulenteren Bewegung unterworfen.
-
Im Anschluß an die Behandlung des Schlamm-Wasser-Gemisches dem Reaktionsraum
für die Phase 3 kann dann eine Nachbehandlung mit geringer Turbulenz (Phase 4) vor
der eigentlichen Sedimentation (Phase 5) erfolgen. Das Besondere und Uberraschende
des eingangs skizzierten Verfahrens ist die Feststellung, daß bei gegebenen Rohwassereigenschaften
und Flockungsmittelzusätzen die Restgehalte an feinst- und kolloiddispersen Stoffen
im Ablauf von Suspensionskreislaufanlagen, also auch von Schwebstoffkontaktanlagen,
zunächst einmal ein. Funktion der im Reaktionsraui der Phase 2 eingestellten Kontaktschlammkonzentration,
des dort erfolgenden bergieeinträges und der Kontaktzeit sind, Restgehalte können
bei dem Verzahnen der Hauptanieldung durch Zusatz von Flockungshilfsmitteln beeinflußt
werden. Erfolgt der Zusatz in bekannter und üblicher Weise während der Verfahrensphasen
2 oder 4, wird zwar meist eine große und gut absetzfähige Flocke erhalten, der im
Ablauf der Anlage auch ansonsten enthaltene Restgehalt an feinst- und kolloiddispersen
Stoffen im übrigen durch das Flockungshilfsmittel Bau oder nur verhältnismäßig wenig
vermindert. Dieser bekannte, Jedoch recht einseitige Effekt der Flockungshilfsmittel
kann zusätzlich mit bedeutsasen Effekten bezüglich der Reduzierung der genannten
Restgehalte verbunden werden, wenn die Flockungshilfsmittelzugabe in einem eigenen
Reaktionsraum unter bestimmten Bedingungen bezüglich der Kontaktzeit und des während
der Kontaktzeit erfolgenden Energieeintrages vorgenommen wird.
-
Wie in diesem Zusammenhang gefunden wurde, unterscheidet sich der
Mechanismus der Reduktion der feinst- und-Rolloiddipersen Stoffe in dieser Phase
3 grundsätzlich von dem der Phase 2. Während man nämlich in Phase 2 bei Anwendung
kürzerer Kontaktzeiten durch einen entsprechend höheren Energieeintrag den gleichen
Effekt erreichen kann wie bei geringerem Energieeintrag und längeren Kontaktzeiten,
ist in Phase 3 der optimale Effekt an eine optimale Kontaktzeit" gebunden, die in
bestimmten Grenzen konstant gehalten werden muß. Die Größe dieser optimalen Kontaktzeit
ist praktisch unabhängig von der Kontaktschlammkonzentration und der Rührwerkleistung,
sie hängt vornehmlich von der chemischen Beschaffenheit des verwendeten Flockungshilfsmittels
ab und beträgt beispielsweise bei den bekannten synthetischen Flockungshilfsmitüels
ca. 1 1/2 Minuten. Bei Unterschreitung der optimalen Kontaktzeit verringert sich
der Effekt der Reduzierung der feinst- und kolloiddispersen Stoffe stark, bei Überschreitung
erfolgt hingegen praktisch keine weitere Reduktion lehr. Längere Überschreitungen
haben schließlich eine Verschlech@erung der Ausbildung der absetzfähigen Grobflocke
in de nachgeschalteten Phase 4 zur Folge.
-
Weiterhin besteht eine außerordentlich stark ausgeprägte Abhängigkeit
der Reduktionseffekte von dos in der optimalen Kontaktzeit erfolgenden Energiesintrag
in Phase 3. Bei gegügend hohem Energieeintrag, das heißt, bei Anwendung von Rühnleistungen
von u.U. bis mehrere hundert Watt pro cbm Reaktionsraumvolumen, lassen sich auch
relativ hohe Ausgangskolloid- und Feinststoffgehalte praktisch vollständig oder
zumindest weitgehend roduzieren. Die für ein gegebenes Rohwasser optimale Größe
des Energieeintrages ist experimentall unschwer zu ermitteln. Eine Begrenzung des
Energieointrages nach oben ist nur dadurch gegeben, daß die an sich gewünschte Zerteilung
der Flocken in Phase 3 so stark wird, daß eine Rückbildung in Phase 4 nicht mehr
in ausreichondem Maße erfolgen kann-.
-
Im Zusammenhang mit dem Verfahren der Hauptanmeldung konnte gezeigt
wurden, daß bei der Flockungshilfsmittelzugabe in Phase 3 eine erheblich größere
Wirkung bezüglich der genannten Effekte erzielt werden kann, als dies in Phase 2,
selbst bei optimaler Gestaltung dieser Phase, möglich ist. Die Gestaltung der Phase
3 gestattet zudem, den Energieeintrag in Phase 2 weit über das übliche Maß hinaus
zu steigern. Die dabei resultierende unvermeidliche Zerschlagung der Kontaktflocken
in Phase 2, die ansonsten unerwünscht ist, wird hierbei bedeutungslos, da sich diese
im Anschluß an die erfindungsgemäße Behandlung im Reaktionsraum der Phase 3 in der
nachfolgenden Phase 4 sogar besser ausbilden als bei den bekannten Fahrweisen. Damit
ergibt sich weiterhin die Möglichkeit, den Reaktionsraum für die Phase 2 zu verkleinern
oder auch, sofern der gesamte Reaktionsprozeß allein in Phase 3 durchgeführt werden
soll, diesen ganz wegzulassen.
-
Es konnte weiterhin gezeigt werden, daß selbst bei einem geringersn
als optimalen Energieeintrag in Phase 3 die räumliche Abtrennung dieser Phase und
die Einhaltung der optimalen Kontaktzeit noch eine sehr bedeutsame Verbesserung
der Haftfähigkeit der dann verbleibenden feinst- und kolloiddispersen Stoffe im
nachgeschalteten Filter erreichen läßt. Dadurch ist auch eine optimale Ausnützung
des Flockungshilfsmittels verbunden, so daß dessen Zugabemenge vermindert werden
kann, Es wurde Jetzt gefunden, daß trotz der mit dem Verfahren der Hauptanmeldung
erzielbaren hohen Filtratqualität insbesondere bei schwierigen Grund-, Oberflächen-
und Abwässer Ergebnisse erzielt werden, die nicht in allen Punkten befriedigen.
So können z.B. die Restgehalte an dispersen Verunreinigungen Je nach beabsichtigter
Verwendung des gereinigten Wassers zu hoch oder aber die Filtrierbarkeit des behandelten
Wassers nicht optimal sein. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden.
Die Erfindung schafft außerdem die Möglichkeit, auf einem mitunter nur mit einem
gewissen Autwand erreichbare Optimierung des Verfahrens der Hauptanmeldung verzichten
zu können,
Das Verfahren zur Aufbereitung von Grund- Oberflächen-und
Abwässern mittels Flockungsmittel(n) und Flockungshilfsmitte)/(z.B0 aktivierte Kieselsäure,
Stärkeprodukte, Alginate, synthetische Flockungshilfsmittel aller Arten) in an sich
bekannten Suspensionskreislaufanlagen beliebiger Grundkonstruktion, wobei das (die)
Flockungshilfsmittel einem (einer) eigenen, bei Anwendung mehrerer Flockungs hilfsmittel
auch in Je einem (einer) eigenen, ganz oder teilweise von den übrigen Reaktionsräumen
(-zonen) abgetrennten, speziell der Zumischung und der Einwirkung des oder der Flockungshilfsmittel
(s) auf das Schlamm Wasser-Gemisch dienenden Reaiftionsraum (-zone) zugesetzt wird
(werden) und wobei die dort gegebene mittlere Aufenthaltszeit des Schlamm-Wasser-Gemisches
(je) 30 Sekunden nicht unterschreitet und 5 Minuten, vorzugsweise 2 Minuten, nicht
überschreitet, weiterhin das Schlamm-Wasser Gemisch während des Aufenthaltes in
einem solchen Reaktionsraum oder einer solchen Reaktionszone mittels einer Rührvorrichtung
kräftig bewegt wird, wobei eine Rührleistung von mindestens 20 Watt, vorzugsweise
von 50 - 200 Watt pro cbm Reaktionsraum (-zonen)-Volumen eingehalten wird, nach
Patentanmeldung P 1 936 805,%iG prechend der Erfindung derart weiter gebildet, daß
anschließend,jedoch vor einer Filtrationsstufe, zur Sekundärflockung ein oder mehrere
Flockungsmittel in geringen Mengen zugesetzt werden.
-
In Verbindung mit dem Verfahren der Hauptanmeldung bewirken die in
geringen Mengen zugesetzten Flockungsmittel eine gesteigerte Haftfähigkeit der ausgeschiedenen
Flocken welche bei geeigneter Vorreinigung selektiv die ansonsten sehr schwierig
zu beseitigenden Kolloide entfernen. Bei einem vorgegebenen Klarwasser, da s das
Verfahren gemäß Hauptanmeldung durchlaufen hat, steigt der Filtrationseffekt mit
der Menge an Sekundärflockungsmittel zunächst an und erreicht schließlich eine "wirksame
Maximalmenge" von etwa 0,2 -1 mg Fe/1. Durch weitere Erhöhung wird eine wesentliche
Verbesserung im allgemeinen nicht mehr erreicht.
-
Der durch ein Sekundärflockungsmittel erzielbare Filtrationseffekt
hängt unter der Prämisse des Zusatzes der "wirksamen Maximalmenge" wiederum ab vom
Grad der Vorreinigung. Das heißt, die durch ein Sekundärflockungsmittel überhaupt
erreichbare Filtratqualität ist um so besser Je höher der Grad der Vorreinigung
ist. Der Vorzug der Erfindung liegt Jedoch in erster Linie darin, daß auch bei geringer
Qualität des aus der Vorreinigung stammenden Wassers eine gute Filtratqualität erreicht
werden kann. Ist mit der Erfindung die Herstellung eines hochwertigen Wassers z.B.
Trinkwassers vorgesehen, ist eine weitgehende Vorreinigung allerdingeboten.
-
Die wirksame Maximalmenge" an Sekundärflo ckungsmitt el ist abhängig
vom Grad der Vorreinigung. Sie schwankt in einer bestimmten Anlage Je nach Art der
Vorreinigung zwischen etwa 0,2 und 2,5 mg Fe/l bzw. entsprechenden Mengen Squivalenter
Flockungsmittel. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei weniger guter Vorreinigung
auch mit 2,5 mg/i Fe Sekundärflockungsmittel nicht die gleichen guteNWerte erhalten
werden können wie bei guter Vorreinigung und nur 0, 2 mg/l Fe. Mit einer erforderlichen
höheren "wirksamen Maximalmenge" verringert sich zudem die Filterlaufzeit sehr stark,
da die Aufnahmefähigkeit des Filterbettes (konstante Wassertemperatur vorausgesetzt)
annähernd konstant bleibt, während die Scbwebstoffzufuhr ansteigt.
-
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Reinigung von
Grun, Oberflächen- und Abwässern ist es vorteilhaft, zunächst die Menge an Sekundärflockungsmittel
auf einen konstanten Wert innerhalb der Grenzen von 0,2 - 2,5 mg/l einzustellen
und die Vorreinigung derart zu betreiben, daß die Reinigungswirkung des Gesamtverfahrens
möglichst hoch wird. Zur weiteren Optimierung kann dann die Menge an Sekundärflockungsmittel
variiert werden mit dem Ziel, die Gesamtreinigungswirkung noch zu steigern. Die
gegenseitige Abstimmung kann bei Bedarf ein- oder mehrfach wiederholt werden.
-
Eine weitere Form der Ausgestaltung der Erfindung ist die gleitende
Dosierung des Flockungsmittels für die Sekundärflockung. Dazu wird bei Beginn eines
Filterlaufes, also bei noch unbeladenem Filter, Flockungsmittel zunächst überdosiert
und kontinuierlich oder stufenweise bis auf die für den Dauerbetrieb notwendig-e
Grundmenge reduziert. Die Einarbeitungszeit liegt üblicherweise zwischen 10% und
30% der Gesamtfilterlaufzeit. Beispielsweise kann bie einem Soll-Wert von 1, 3 mg/1
FoCl3 anfänglich die Flockungsmittelmenge 5 mg/1 betragen, die nach 2 Stunden auf
3,2 mg/1, nach 4 Stunden auf 2,2 mg/1, nach 8 Stunden auf 1,7 mg/1 und nach 16 Stunden
auf den Soll-Wert abgesenkt sind.
-
Die Art der Abstufung der Sekundärflockungsmittelmenge sowie die anfangs
angewandte Maximalmenge und die gleitzeit sind naturgemäß nicht unabhängig von der
Beschaffenheit des Ausgangswassers, dem Grad der Optimierung der Vorreinigungsanlage
und dem Aufbau bzw. der Betriebsweise des Filters. Es ist jedoch vorteilhaft, die
Abstufung so vorzunehmen, daß die Verminderung der Sekundärflockungsmittelmenge
etwa einer @@ Funktion entspricht.
-
Auf diese Weise wird die Einlaufzeit eines Filters stark verz ringert,
ohne daß die Gesamtfilterlaufzeit merklich vermindert wird. In Fällen in denen infolge
Verwendung gröberen Filter materials insbesondere bei niedrigen Wassertemperaturen
ansonsten vorzeitige Filterdurchbrüche auftreten, wird sogar mehrfach verlängerte
Filterlaufzeit erreichte Neben der Flockung oder Verwendung von- Flockungsmitteln
können auch an sich bekannte Flockungshilfsmittel zudosiert werden Dabei kann die
Dosierung kontinuierlich oder absatzweise während oder nach der Flockungsmittelzugabe
erfolgen.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
ein Ozonzusatz vor der Filtration. Die Ozonung kann dabei gleichzeitig mit der Sekundärflockung
oder aber auch danach vorgenommen werden, Es wurde nämlich gefunden, daß ein Zusatz
von
Bzon per weniger als 1 g 03/m3, z.B. 0,6 g 03/m3 betragen kann, die Wirkung des
Sekundärflockungsmittels in hervorragender Weise verstärkt, Die Ozonung stellt eine
Vergütung der Sekundärflockung dar, insbesondere bezüglich der erreichbaren Filtratqualitäten,
aber auch hinsichtlich der Filterlaufzeiten.
-
- Patentansprüche -