DE2129349B2

DE2129349B2 - Schwebefilter-Klärvorrichtung zum Klären von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2129349B2
Application number: DE2129349A
Authority: DE
Inventors: Shogu Tokio Tsunoda
Original assignee: Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1978-09-21
Also published as: NL7108128A; HU166387B; NL171664B; US3744643A; NL171664C; DE2129349C3; GB1356842A; FR2097898A5; CS175420B2; DE2129349A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwebefilter-Klärvorrichtung zum Klären von Flüssigkeiten mit einem oberen Überlauf zur Ableitung geklärter Flüssigkeit aus der Klärzone oberhalb der Schwebefilterschicht, mit einem Überlauf zur Ableitung von Teilen der Schwebefilterschicht in eine Absetzkammer mit Schlammabzug, mit einer zentralen Vorbereitungskammer für zugeführte, zu klärende Flüssigkeit und mit von der Vorbereitungskammer ausgehenden Verteilerrohren zu einer Reaktionszone unterhalb der Schwebefilterschicht.

Es ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Wasser mit Hilfe einer Suspension bekannt (DE-AS 11 60 375, DE-PS 11 69 885), bei welcher von einer in einer zentralen Mischkammer aufgenommenen Rührpumpe mit Umwälzpropeller Suspension aus dem unteren, mit einer Schlamm-Kontaktzone in Verbindung stehenden Teil der Mischkammer nach oben geführt, mit dem etwa horizontal zulaufenden Wasser vermischt und über radial nach außen weisende Leitungen weiter in einen äußeren Ringraum und darin abwärts in die Schlamm-Kontaktzone zurückgeführt wird. In der zwischen äußerem Ringraum und zentraler Mischkammer gebildeten und nach unten von einem zur Mitte der Vorrichtung hin geneigten Boden begrenzten Schlamm-Kontaktzone sind Schlamm-Sammeltaschen vorgesehen, die den unteren Teil der Mischkammer umgebend angeordnet sind und deren Überlaufkanten in der Schlamm-Kontaktzone die Trennebene zwischen unterer Kontaktzone und oberer Klärzone mit Sammel- und Ablaufrinnen für geklärtes Wasser bestimmen. Bei dieser Vorrichtung wird stets ein Teil der Suspension aus der Kontaktzone umgewälzt und durch die Einwirkung eines Rührers mit dem Zulauf für das Wasser in Kontakt gebracht. Der Ausbildung und der Erhaltung von aktiven Schlammflocken ist diese hier angewendete Rührtechnik äußert abträglich und steht einer Steigerung der Trenngeschwindigkeit in der Schlamm-Kontaktzone entgegen.

Danach ist der Erfindung die Aufgabe als zugrundeliegend anzusehen, eine Vorrichtung der einleitend umrissenen Gattung zu schaffen, bei der mit einfachen und eine kompakte Bauweise erlaubenden Mitteln durch eine aktive Flocken bildende und bewahrende Behandlung in der Vorbereitungskammer und auf dem Wege zur Schwebefilterschicht ohne Beeinträchtigung des Kläreffekts die Trenngeschwindigkeit erhöht ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der Vorbereitungskammer durch darin eingeordnete Trennwände ein aus mehreren Kanälen aufgebauter, mehrfach gewundener Strömungskanal ausgebildet ist, der in die Verteilerrohre mündet, und daß die Verteilerrohs e in Bodennähe in trichterförmige Vertiefungen der Reaktionszone münden.

Dadurch wird erreicht, daß Flüssigkeit und Flocken gleichmäßig über die Fläche verteilt aufwärts strömen, wodurch die für die Ausbildung der Schwebefilterschicht benötigte Zeit verringert und die Trenngeschwindigkeit erhöht ist, daß die Entstehung von aktiven Flocken gefördert und die Zerstörung von Flocken vermieden wird und daß ein Absetzen von Flocken auf dem Strömungsweg und in den trichterförmigen Vertiefungen der Reaktionszone praktisch weitgehend vermieden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der im Anspruch 1 gekennzeichneten Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine erste Ausführungsform als senkrechter Schnitt längs der Linie I-I durch die Vorrichtung nach Fig. 2,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung,

so Fig.3 eine zweite Ausführungsform als senkrechter Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 4,

Fig.4 eine Draufsicht auf die in Fig.3 dargestellte Vorrichtung,

Fig.5 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf eine Vorbereitungskammer der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4,

F i g. 6 eine dritte Ausführungsform in der Draufsicht,

Fig. 7 und 8 Ansichten von Einzelheiten an der Vorbereitungskammer in vergrößertem Maßstab,
F i g. 9A eine vierte Ausführungsform in der Draufsicht,

Fig.9B, 1OA und 1OB die vierte Ausführungsform, jeweils mit einer Variante der Vorbereitungskammer, Fig. 11 einen senkrechten Schnitt längs der Linie IV-IVderFig.9Aund9B,

Fig. 12 einen senkrechten Schnitt längs der Linie V-V der F ig. 1OA und 1OB und

Fig. 13 in vergrößertem Maßstab einen senkrechten

Schnitt längs der Linie Vl-VI der F i g. 5.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform der Schwebefilter-Klärvorrichtung weist einen in etwa hohlzylindrischen Behälter 1 auf, in dem eine zentrale Vorbereitungskammer 6 unter Belassung eines Abstands vom Boden des Behälters 1 angeordnet ist und von einer vom Boden des Behälters 1 aufragende Wandung 2 umgeben ist, deren Oberkante im Abstand unterhalb des durch Überlaufrohre 31 für geklärte Flüssigkeit bestimmten Flüssigkeitsspiegels in to der Schwebefilter-Klärvorrichtung gelegen ist. Eine zwischen Wandung 2 und Vorbereitungskammer 6 belassene Überlauföffnung 10 stellt den Zugang zu einer von der Wandung 2 und der Außenwandung der zentralen Vorbereitungskammer 6 sowie dem Boden des Behälters 1 gebildeten Absetzkammer 9 dar. Die etwa kegelstumpfförmig ausgebildete Absetzkammer 9 weist eine zentrale, kegelstumpfförmige Vertiefung 25 auf, in der eine Leitung 12 zum Schlammabzug angeschlossen ist Im Bodenbereich der Absetzkammer 9 ist ein über eine senkrechte Welle 15,16 antreibbarer Abstreicher 14 drehbar angeordnet.

Der zwischen Wandung 2 und Innenwandung des Behälters 1 belassene Raum bildet eine Reaktionszone 3, deren Boden trichterförmige Vertiefungen aufweist, in welchen in Bodennähe von einer an die Vorbereitungskammer 6 angeschlossenen Verteilerkammer 7 ausgehende Verteilerrohre 8 münden. An der tiefsten Stelle der Vertiefungen sind Leitungen 32 angeschlossen.

Im oberen Teil des Behälters 1 innerhalb der oberhalb der Reaktionszone 3 gelegenen Klarzone 4 sind Überlaufrohre 31 für geklärte Flüssigkeit vorgesehen. Diese Überlaufrohre 31 stehen mit einer um den Behälter 1 umlaufenden Sammelrinne 23 mit Abzugsleitung 11 in Verbindung.

In der Vorbereitungskammer 6 ist durch Trennwände

5 ein aus mehreren — hier horizontalen — Kanälen 26 aufgebauter, mehrfach gewundener Strömungskanal ausgebildet. Der Zulauf der zu klärenden Flüssigkeit, der Chemikalien zugesetzt sind, zur Vorbereitungskammer

6 erfolgt hier durch eine von unten in die Vorbereitungskammer 6 mündende Zuleitung 13. Nach Durchströmen des von Kanälen 26 gebildeten Strömungskanals läuft die Flüssigkeit in die Verteilerkammer 7 und von dort in die Verteilerrohre 8.

Die mit Chemikalien versetzte, zu klärende Flüssigkeit, Rohwasser, wird durch die Zuleitung 13 der Vorbereitungskammer 6 mit dem aus umlaufenden Kanälen 26 gebildeten Strömungskanal zugeführt. Während des Fließens durch diesen Strömungskanal findet die Flockung statt. Danach wird die Flüssigkeit mit den Flocken durch die Verteilerrohre 8 der Reaktionszone 3 zugeführt. Durch die Ausbildung der trichterförmigen Vertiefungen entwickelt sich eine über 5^r> die Fläche gesehen im wesentlichen gleichmäßige Aufströmung der Flocken und Flüssigkeit. Die Flocken sammeln sich, in der Schwebefilterschicht, die sich im durch die Oberkante der Wandung 2 bestimmten Niveau ausbildet, während die geklärte Flüssigkeit 6» weiter steigt und über die Überlaufrohre 31 fließt. Ein Überschuß der Schwebefilterschicht wird selbsttätig durch die Überlauföffnung 10 in die Absetzkammer 9 eingetragen.

Vollzieht sich die Flockung in der Vorbereitungskam- tr> mer 6 in der geschilderten Weise, so setzen sich Verunreinigungen, wie Sand oder andere Feststoffe, die im Rohwasser vorhanden sind, ab und können dann sicher über die Schlammabzugs-Leitung 12 aus der Klärvorrichtung abgeführt werden. Des weiteren nimmt die Größe der sich in der Schwebefilterschicht bildenden Flocken zu, so daß man eine hohe Steiggeschwindigkkeit von 150 bis 500 mm/min erhalten kann, was bisher als unmöglich angesehen worden war. Man erhält eine gleichmäßige Verteilung in der Reaktionszone 3 und Ungleichmäßigkeiten des Strömungsverlaufs werden vermieden. Die Strömungsverhältnisse sind also sehr stabil und die Konstruktion der gesamten Vorrichtung sehr kompakt, einfach und ohne störanfällige Teile. Es wird der Platz, der für die Aufstellung benötigt wird, verringert und der bauliche Aufwand ist vergleichsweise klein. Die Vorrichtung hat eine große Leistungsfähigkeit, sie läßt sich einfach betreiben und selbst bei Änderungen in den Eigenschaften des Rohwassers ergeben sich weitgehend stabile Verhältnisse. Die Betriebskosten sind vergleichsweise gering.

In den F i g. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform der Schwebefilter-Klärvorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Anders als in der ersten Ausführungsform ist hier vor allem ein Abstreicher 14 in der Absetzkammer 9 nicht vorgesehen, der Abfluß der geklärten Flüssigkeit erfolgt hier nicht durch Überlauf rohre 31, sondern lediglich durch Überlauföffnungen 37 zur um den Behälter 1 umlaufenden Sammelrinne 23, die Verteilerkammer 7 ist unterhalb der Vorbereitungskammer 6 angeordnet, die Vorbereitungskammer 6 ist durch Trennwände 5 in senkrecht angeordnete Kanäle 26, die über abwechselnd oben und unten vorgesehene Durchgänge 36 miteinander verbunden sind, unterteilt und wird über eine oben mündende Zuleitung 13 beschickt.

Wie aus F i g. 4 und 5 in der Draufsicht ersichtlich, sind am Boden der den Strömungskanal bildenden Kanäle 26 über eine Platte 19 verschließbare Bodenöffnungen 18 vorgesehen. Zur Betätigung der Platte 19 sind in Rohren 22 geführte Stangen 20 vorgesehen, die am oberen, über die Vorbereitungskammer 6 hinausragenden Enden Betätigungsmittel 21 tragen. In vergrößertem Maßstab ist diese Einzelheit in F i g. 13 dargestellt.

In F i g. 5 ist durch Pfeile die Strömung der Flüssigkeit durch die Vorbereitungskammer 6 und damit auch die Anordnung und Ausbildung der senkrechten, durch Trennwände 5 gebildeten Kanäle aufgezeigt. Die Kanäle weisen hier Dreieck-Querschnitt auf und sind so angeordnet, daß sich Einheiten von Sechseck-Querschnitt bilden, beispielsweise die Sechseck-Einheit mit den Eckpunkten a, b, d, e, f, h und dem Mittelpunkt /, in dessen Bereich sich die von einer Platte 19 verschließbare Bodenöffnung für jeden der sechs folgenden Kanäle a, b, I; b, d, /,· d, e, I; e, f, 1; f, h, I; h, a, I befinden. Die beiden an diese Sechseck-Einheit nach außen angrenzenden Kanäle b, c, dund f,g, Λ sind hier ohne Bodenöffnung 18.

Die beim Betrieb in der Klärvorrichtung anfallenden Verunreinigungen, wie Sand od. dgl., setzen sich ab und werden nach einer entsprechenden Betriebszeit durch Betätigung der Betätigungsmittel 21, beispielsweise Handgriffe, evtl. durch eine Zeitschaltvorrichtung, betätigt, um durch Entfernen der Platte 19 die Bodenöffnungen freizugeben. Sobald der angesammelte Schla..im durch die öffnungen 18 ausgetragen ist, wird die Platte 19 wieder in Schließposition gebracht und die Strömungswege haben wieder den ursprünglichen Verlauf. Der herausgefallene Schlamm setzt sich im unteren Teil der Absetzkammer 9 ab und wird von dort abgezogen.

Die Strömung ist also nicht durch angesammelte Feststoffe in den Durchgängen am Boden der Kanäle gehemmt, so daß aus diesem Grund eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nicht erforderlich ist. Dadurch ist eine sehr wirksame und stabile Behandlung der zu klärenden Flüssigkeit gegeben. Man kann also die zur Flockenbildung erforderliche niedrige Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten. Während ohne diese Maßnahmen die Strömungsgeschwindigkeit wegen der Gefahr der Verstopfung des Strömungskanals nicht unter einen bestimmten Wert abgesenkt werden kann. Man erhält bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit größere Flocken.

In der in F i g. 6 dargestellten dritten Ausführungsform hat der Behälter 1 eine Rechteckform. Die geklärte Flüssigkeit fließt auch hier in eine oben am Behälter 1 an dessen Außenseite angebrachte Sammelrinne 23 mit Abzugsleitung 11. Innerhalb der Ecken des Behälters ί sind hier Wände 24 vorgesehen, deren Oberkanten einen ausreichenden Abstand von den durch in die Sammelrinne 23 abfließende Flüssigkeit bestimmten Flüssigkeitsspiegel haben. Die Wände 24 teilen jeweils Absetzkammern 9 ab, an denen unten Rohre 27 zur Schlammabführung angeschlossen sind.

Die Vorbereitungskammer 6 ist durch eine Anzahl von Trennwänden unterteilt, deren Oberkanten über dem Flüssigkeitsspiegel der geklärten Flüssigkeit in der Klärvorrichtung und deren Unterkanten oberhalb des Bodens der Vorbereitungskammer abwechselnd so angeordnet sind, daß eine nach unten gerichtete Strömung m und eine nach oben gerichtete Strömung η in der Vorbereitungskammer 6 entsteht. Die Trennwände 5 bilden also auf diese Weise hintereinander angeordnete, senkrechte Kanäle 26, die der Strömung abwechselnd eine Auf- und Ab-Bewegung vom Zulauf der zu klärenden Flüssigkeit bis zur Mitte hin aufzwingen, wobei der letzte Strömungsweg in der Mitte nach unten verläuft. Der Strömungsweg durch die Vorbereitungskammer 6 ist durch Pfeile verdeutlicht.

Es ist wünschenswert, daß die Verweilzeit 2 bis 10 min bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,7 m/sec in den senkrechten Kanälen beträgt. Die Geschwindigkeit der aus der Vorbereitungskammer 6 in den Behälter 1 austretenden Strömung soll 0,001 bis 0,3 m/sec sein.

Es ist auch zweckmäßig, die oberen Abschnitte der Trennwände 5, welche die Kanäle bilden, in denen die Strömung nach unten oder nach oben verläuft, als bewegbare Wandabschnitte 30 auszubilden, so daß die Strömungsgeschwindigkeit und die Verweilzeit innerhalb der Vorbereitungskammer 6 nach Bedarf eingestellt werden kann. So kann beispielsweise der Wandabschnitt 30 in Führungen 38 verschoben (siehe Fig. 7) oder um eine Achse 40 aus einer durch Anschläge 39 bestimmten Position ausgeschwenkt (siehe F i g. 8) und damit eine Kurzschließung der Strömung erreicht werden, indem man Öffnungen in den Trennwänden unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Klärvorrichtung freigibt. Man kann aber auch, anders als bei den dargestellten Ausfuhrungsbeispielen die Trennwände so ausbilden, daß sie als ganze anhebbar oder verschiebbar sind oder man kann anders darstellbare Öffnungen vorsehen.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform wird die zu klärende Flüssigkeit, Rohwasser, mit Flockungs-Chemikalien versetzt, durch die Zuleitung 13 in den oberen Teil der Kanäle der Vorbereitungskammer 6 zugeführt. Die Flockungswirkung tritt ein, während die Flüssigkeit im nach unten gerichteten Strom m bzw. im nach oben gerichteten Strom π durch die Kanäle fließt. Wenn der Strom den letzten Kanal erreicht, der in der Mitte oder in der Nähe des äußeren Umfangs der Vorbereitungskammer liegt, wird er nach unten umgelenkt, damit er gleichmäßig in die nicht dargestellte Verteilerkammer 7 verteilt wird. Der aus der Verteilerkammer 7 austretende Strom wird nach oben umgelenkt und dem Schwebefilter zugeführt. Die Flockungswirkung wird dabei beschleunigt. Wenn die Flüssigkeit die Reaktionszone 3 passiert hat, erfolgt die Abtrennung der Flocken durch Zurückhalten in der ausgebildeten Schwebefilterschicht. Die geklärte Flüssigkeit fließt weiter und über in die Sammelrinne 23 und von dort nach außen durch die Ableitung 11. Da überschüssige Schlammflocken über die Oberkante der Wände 24 in die Absetzkammer 9 fließen, wird die Schwebefilterschicht in der Reaktionszone 3 stets auf einer bestimmten Höhe gehalten. Der überschüssige Schlamm, der in die Absetzkammer 9 gelangt ist, setzt sich dort ab, verdichtet sich und wird dann durch Rohre 27 nach außen weggeführt. Der Schlamm, der sich am Boden des Behälters 1 absetzit, kann durch eine Leitung 12 abgezogen werden. Sand, der sich im unteren Teil der Vorbereitungskammer 6 abgesetzt hat, kann ebenfalls durch nicht dargestellte Leitungen nach außen abgeführt werden.

Der zeitliche Ablauf der Vorgänge bei der Flockungsreaktion ist wichtig, um in der Vorbereitungskammer gute Ergebnisse zu erhalten. Werden die am besten geeigneten Strömungsgeschwindigkeiten und die Verweilzeit mit Rücksicht auf die Eigenschaften der zu behandelnden Flüssigkeiten bestimmt, so erhält man Höchstwerte bei der Flockung und der Wirkung des Schwebefilters.

Bei den Ausführungsformen nach F i g. 9 bis 12 ist, wie bei den anderen Ausführungsformen, eine Sammelrinne 23 oben und an der Außenseite des Behälters 1 vorgesehen und an eine Leitung 11 zum Abzug der geklärten Flüssigkeit angeschlossen. Durch die Wände 24, die seitlich im Behälter 1 angeordnet sind, wird eine Absetzkammer 9 abgeteilt. Eine Leitung 12 für den Schlammabzug ist in der Mitte des Behälterbodens angeschlossen. Der obere Teil der Vorbereitungskammer 6 liegt über dem durch den Überlauf zur Sammelrinne 23 bestimmten Flüssigkeitsspiegel der geklärten Flüssigkeit und ihr unterer Teil hat einen Abstand vom Behälterboden. Die Vorbereitungskammer 6 ist durch Trennwände 5 in waagerecht verlaufende Kanäle 26' unterteilt, in welchen die Flüssigkeit wie durch die Pfeile angedeutet, strömt. Bei der in Fig.9 veranschaulichten Ausführungsform verläuft die Strömung in Zick-Zack-Form und bei der ir Fig. 10 dargestellten Variante der Vorbereitungskammer in Spiralform. Der Strömungsverlauf geht ir mehreren, waagerecht übereinanderliegenden Kanäler 26' vor sich, die untereinander durch Durchgänge 18 verbunden sind. Der unterste dieser Durchgänge 18 öffnet sich in die Verteilerkammer 7, die mit dei Reaktionszone 3 über die Verteilerrohre 8 in Verbindungsteht.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwebefilter-Klärvorrichtung zum Klären von Flüssigkeiten mit einem oberen Überlauf zur Ableitung geklärter Flüssigkeit aus der Klärzone oberhalb der Schwebefilterschicht, mit einem Überlauf zur Ableitung von Teilen der Schwebefilterschicht in eine Absetzkammer mit Schlammabzug, mit einer zentralen Vorbereitungskammer für zugeführte, zu klärende Flüssigkeit und mit von der Vorbereitungskammer ausgehenden Verteilerrohren zu einer Reaktionszone unterhalb der Schwebefilterschicht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorbereitungskammer (6) durch darin eingeordnete Trennwände (5) ein aus mehreren Kanälen (26; 26') aufgebauter, mehrfach gewundener Strömungskanal ausgebildet ist, der in die Verteilerrohre (8) mündet, und daß die Verteilerrohre (8) in Bodennähe in trichterförmige Vertiefungen der Reaktionszone (3) münden.

2. Schwebefilter-Klärvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal aus in der Vorbereitungskammer (6) senkrecht angeordneten Kanälen (26) aufgebaut ist.

3. Schwebefilter-Klärvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Trennwänden (5) verschiebbare oder schwenkbare Wandabschnitte (30) vorgesehen sind (F i g. 7,8).

4. Schwebefilter-Klärvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorbereitungskammer (6) den Kanälen (26) zugeordnete, verschließbare Bodenöffnungen (18) vorgesehen sind (F i g. 13).

5. Schwebefilter-Klärvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absetzkammer (9) unterhalb der Vorbereitungskammer (6) angeordnet ist und daß der Überlauf (10) als konzentrischer Kanal die Vorbereitungskammer (6) umgibt und die Reaktionszone (3) nach innen begrenzt.