DE2158290B2 - Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser oder zum Klären von Abwasser in strömenden Zustand - Google Patents

Description

Bei der Aufbe -eitung von Flüssigkeiten, z. B. von Wasser und Abwasser wird durch Zugabe von Reaktionsmitteln zur Ausfällung von Wasserinhaltsstoffen in Reaktions- und/oder Abset:<räurren eine beträchtliche Leistungssteigerung erzielt.

So ist es bekannt, zur Ausfällung von Wasserinhaltsstoffen einen sogenannten Kontaktschlamm zu benutzen, welcher durch Umwälzung, Pulsation oder andere Maßnahmen in ständig neuen Kontakt mit dem zugegebenen Reaktionsmittel und zugegebenen Flüssigkeit gebracht wird. Der Kontaktschlamm und die ausfallenden Wasserinhaltsstoffe werden danach in einer besonderen Klärzone von der behandelten Flüssigkeit durch Absetzung abgetrennt.

Bei den bekannten Verfahren kann durch Umwälzströme und Turbulenzen sowie ungleichmäßige Belastung in der Klärzone des Reaktors nur eine begrenzte Aufstiegsgeschwindigkeit erreicht werden, wodurch großvolumige Bauweisen erforderlich sind.

Andere bekannte Vorrichtungen versuchen durch Einbauen in der Klärzone, wie horizontale und vertikale Verteilrohre, Rückführrohre sowie Parallelbleche und Tubmoduls Turbulenzen in der KJärzone und ungleichmäßige Klärgeschwindigkeiten zu vermeiden.

Es ist auch bekannt, nach Schlammkontaktanlagen die ablaufende Flüssigkeit durch Filtration weiter zu behandeln, ohne daß diese Filtermasse auf den Reak-(ionsverlauf und die Gleichverteilung eine Einwirkung haben kann.

Diese bekannten Vorrichtungen sind aufwendig und an wechselnde Wassermengen und Behandlungsgeschwindigkeiten wenig anpassungsfähig sowie in ihrer Leistung begrenzt, weil eine gleichmäßige Verteilung der Strömung trotz der erwähnten Einbauten nicht mit Sicherheit erreichbar war.

Eine gleichmäßige Verteilung auch bei wechselnden Mengen konnte bei einer bekannten Vorrichtung zum Reinigen von Wasser mittel« Flockung nicht erreicht werden, bei welcher oberhalb der Austrittsöffnungen von in einem Zwischenboden angeordneten Tauchrohren eine Kiesschüttung angeordnet war.

■ Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser oder Abwasser zu schaffen, bei der in der Strömung gearbeitet wird und eine gute Vergleichmäßi£ung der Strömung unter der Möglichkeit einer großen Anpassung an wechselnden Flüssigkeiismengen und Behandlungsgeschwindigkeiten gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung am Aufbereiten von Wasser

ι oder zum Klären von Abwasser im strömenden Zustand, bei der vor der Aufbereitungs- bzw. Klärzone eine aus einem Bett von körniger Masse bestehende Einrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit über den Eintrittsquerschnitt vorgesehen ist und besteht im wesentlichen darin, daß die Einrichtung aus einem Bett aus körniger Masse besteht, dessen Packungsdichte sich in Abhängigkeit von der Fließj;eschwindigkeit der Flüssigkeit ändert.

Durch die Strömung der Flüssigkeit im Reaktor wird die lose geschüttete körnige Wirbelmasse verwirbelt und ausgedehnt.

Durch den dabei entstehenden Stiömungswiderstand bildet die Wirbelmasse einen idealen Flüssigkeitsverteiler, welcher sich je nach Wassermenge und Strömung mehr oder weniger ausdehnt und sich dadurch wechselnder Strömungsintensität und Flüssigkeitsmenge elastisch anpaßt.

Im einzelnen kann die gute Anpassungsfähigkeit an wechselnde Flüssigkeitsmengen und Behandlungsgeschwindigkeiten noch dadurch verbessert werden, daß man eine körnige Masse mit in Strömungsrichtung abnehmender Korngröße als Wirbelschicht anwendet. Je nach der Behandlungsgeschwindigkeit wird eine derartige Masse in Strömungsrichtung verschieden aufgewirbelt bzw. ausgedehnt, v»obei im.ner eine gleichmäßige Verteilung der strömenden Flüssigkeit gesichert wird.

Auf der anderen Seite ist es auch möglich, die erwünschte Anpassungsfähigkeit dadurch zu erreichen,

. daß die körnige Masse in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit in einem sich erweiternden bzw. verengenden Raum zur Aufwirbelung gebracht wird.

Ähnliche Vorteil·; und Wirkungen lassen sich gemäß der Erfindung dadurch erzielen, daß man eine körnige Masse aus Bestandteilen verschieden hohen spezifischen Gewichts verwendet oder Massen zur Anwendung bringt, welche durch ihre Gestaltung und Formgebung große Strömungswiderstände aufweisen. Eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Erfindung ist durch die Verwendung einer elastischen Masse gegeben, welche'in einem begrenzten Raum durch die verschiedene Strömungsgeschwindigkeit in verschieden große Packungsdichte gebracht wird und so einen verschieden hohen Strömungswiderstand entwickelt.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die körnige Masse zur Vergrößerung oder Verkleinerung ihres Strömungswiderstandes in verschiedenen Niveauhöhen teilweise zu fluten.

Im gesamten wird durch die eine oder andere Ausführungsform der Arbeitsweise nach der Erfindung, die auch untereinander kombiniert werden können.

im ganzen Belastungsbereich des Reaktors bei großen und kleinen Durchflußmengen eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung bei gleichgerichteter Strömung erzielt.

Durch die Verwirbelung und die dabei entstehende Reibung der Körner untereinander wird eine Selbstreinigung der Verteilmasse und der berührten Reaktorteile erreicht.

Die Verteilermasse kann aus einer oder mehreren Schichten bestenen, welche untereinander fein verteilt oder geschichtet in, um, über oder unter dem Reaktionsraum bzw. dem Abtrennraum angebracht sind.

Dabei kann die Verteil- oder Wirbelmasse durch einen flüssigkeitsdurchlässigen Boden begrenzt in einer in Strömungsrichtung durchlässigen Zone eingeschlossen oder freischwimmend im Reaktionsraum vorhanden sein.

Allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Weise verwirklicht werden, daß die Verteilmasse bei einer horizontalen oder vertikalen Aufwärts- ader Abwärtsströmung zur Anwendung gebracht wird, wobei grundsätzlich auch die Möglichkeit der Anwendung pulsierender Strömung gegeben ist.

Um eine maximale Belastbarkeit der Verteilschicht zu erreichen, kann die Vorrichtung mit Vor- und Nachbehandlungselementen in einem Baukörper kombiniert werden.

So können z. B. in der praktischen Anwendung kombiniert werden:

1. Schlammkontaktflocker mit mechanischer Umwälzung und Wirbelmasseschicht.

2. Schlammkontaktanlage mit Wirbelmasse und Massefilter zur Aufstromfiltration.

3. Flockungstank mit hydraulischer Umwälzung, Wirbelmasseschicht und Filtration.

4. Mehrfachabsetzbecken mit Wirbelmasse und Filtermasse.

5. Absetzbehälter mit nachgeschaltetem Flokkungsraum, schwimmendem Wirbelbett und Abwärtsfilter.

6. Hydrocyklon mit Wirbelschicht und Zweischichtfilter.

7. Frei schwebende Wirbelmasse mit pulsierender Flüssigkeit.

8. Nebeneinander angeordnete Schlammkontakt- und Abtrennzcne.

9. Nebeneinander angeordnete Schlammkontakträume mit schwimmender Wirbelmasse im Reaktionsraum und sinkender Wirbelmasse im Abtrennraum.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung an einigen Anwendungsfällen und Ausführungsbeispielen erläutert ist.

Fig. 1 zeigt ein^n Druckfiockungs-Reaktor mit mechanischer Schlammumwälzung und Wirbelmasseschicht über dem Flockungs- und Reaktionsraum.

Das Rohwasser und Reaktionsmittel treten bei 11 in den Reaktor ein und werden durch die Rührwerke 12 und 13 in dem Behälter umgewälzt und durchmischt, danach durchströmt es die Zone 14 und passiert die körnige Wirbelmasse 15, die zur Gleichverteilung und/oder Reaktion eingesetzt ist, wobei der die Masse aufnehmende Ringquerschnitt zur Regulierung der Masseausdehnung sich nach oben erweitert.

Oberhalb der Mass^; 15 erfolgt die Entnahme des Klarwassers aus dem Raum 16 über schwimmende Abzugsrohre 17 oder einen getauchten Luftpolsterüberlauf 18. Schlamm und Reaktionsprodukte werden bei 191 und 151 aus dem Reaktor abgezogen.

Fig. 2 zeigt einen Druckfiockungs-Reaktor kombiniert mit einem eingebauten Preßmassefilter zur Aufstromfiltration. Die Rohfiüssigkeit tritt bei 21 in den Behälter ein und wird über den Verteiler 22 mit dem Tauchrührwerk 221 und den angeschlossenen Rührflügeln 222 in Umwälzung gebracht, bevor sie die Masse 23 durchströmt und im Preßmassefilter 24 einer Nachbehandlung unterzogen wird. Die filtrierte Flüssigkeit verläßt den Behälter bei 25. Schlamm und Reaktionsprodukte werden bei 28 und 281 abgezogen. Zur Rückspülung des Filters wird die Füllmasse 26 bei 27 aus dem Behälter ausgeschwemmt. Danach kann der Preßmassefilter 24 einer Reinigung durch Rückspülung unterzogen werden. Nach der Reinigung wird die Füllmasse 26 wieder in den Behälter eingeschwemmt.

Bei kleinen von unten nach oben in das Filterbett 24 einströmenden Wassermengen Heibt die körnige Masse 23 in der Packung in der in der Zeichnung dargestellten, im wesentlichen durch die Schüttung bedingten Packungsdichte. Sobald jedoch die Wassergeschwindigkeit ansteigt, wird die Masse 23 in ihrer Packungsdichte verändert und gibt dadurch dem in größerei Menge aufsteigenden Wasser einen größeren freien Strömungsquerschnitt frei, ohne daß hierbei die Funktion der körnigen Masse 23, nämlich einer gleichmäßigen Verteilung des aufströmenden Wassers vor dem Filter 24, beeinträchtigt wird. Diese gleichmäßige Verteilung wird im Gegenteil durch die der entsprechend größeren Wassermenge veränderte Packungsdichte aufrechterhalten. Die Veränderung der Packungsdichte kann entweder beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Masse 23 aus verschiedener Körnung oder verschiedenen Körnern besteht, die ein teilweises Aufschwimmen der Körnung und damit eine Lockerung der Packungsdichte ermöglichen, oder die körnige Packung wird im wesentlichen im gesamten angehoben und erweitert ihre Packungsdichte durch den ihr von unten nach oben sich erweitenden, zur Verfügung gestellten Raum. Dieser Raum ist nach oben durch das in der Zeichnung veranschaulichte Sieb unterhalb des Filters 24 begrenzt.

Fig. 3 zeigt einen Druckfiockungs-Reaktor mit hydraulischer Umwälzung, ähnlich Fig. 2, zur Reinigung der Verteil- oder Wirbelmasse durch Rückspülung. Das Wasser tritt bei 31 in den Behälter ein und wird in der Injektordüse 32, die zur hydraulischen Umwälzung dient, mit dem Inhalt des Reaktionsraumes vermischt. Danach durchströmt es die Wirbelmasse 33 und die schwimmende Filtermasse 34, welche wechselweise außerhalb des Behälters durch Ausschwemmung Lei 35 oder durch Rückspülung im Reaktor gereinigt werden kann. Im Raum 38 schv'immt die Entnahmevorrichtung 36. Der Luftinhalt des Raumes 37 kann durch automatische Ent- und Belüftung dem Wasserstand angepaßt werden. Die Wirbelmasse 33 ist mit Wasser und/'ider Luft rückspülbar, wobei der Auflageboden 39 zur Abstützung und Luftpolsterhalterung dieni. Schlamm und Reaktionsprodukte können bei 301 und 302 abgezogen und, wersn erforderlich, erneut in Umlauf gesetzt werden.

Fig. 4 zeigt die Kombination eines Mehrfachabsetzbeckens 41 mit ei/>er Wirbelmasseschicht 42 und einer schwimmenden Filterschicht 43. Die Rohflüssigkeit und Reaktionsmittel treten bei 40 in den Behälterraum 41 ein. Durch die Aufteiliinp in Tcikirrimr

wird der als Klärfläche zur Verfugung stehende Behältcrt|ucrst'hnitt mehrfach zur Sedimentation genutzt. Die vorgereinigte Flüssigkeit durchströmt dann die Wirbelmasse 42. bevor sie in der schwimmenden Filterschicht 43 nachgercinigt und aus dem Raum 44 über 45 austritt.

Zur Reinigung kann die schwimmende Filterschicht 43 hei 46 aus dem Behälter abgezogen werden.

Die Trennboden 47 drehen sich langsam und werden dadurch durch die feststehenden Kratzer 48, welche die Sedimente in die Mitte der Trennböden schieben, gereinigt. Über die mittleren Füllrohre und den unteren Trichter werden die Sedimente hei 49 aus dem Behälter abgezogen.

Fig. 5 zeigt die Kombination eines Absetzbeckens 51 mit einem oberen Flockungsraum 52 und schwimmender Wirbelmasse 53 sowie einem Abwärtsfilter 54.

Die Flüssigkeit und Reaktionsmittel treten bei 50 in den Behälter ein. Sinkstotte werden im Absetzbckken 51. welches gleichzeitig als Reaktionsraum dient, abgetrennt. Danach strömt die Flüssigkeit in den Flockungsraum 52 und danach von oben nach unten durch die schwimmende Wirbelmasse 53, die sich bei der Diirchströmung nach unten ausdehnt. Zur Nachreinigung dient der Abwärtsfilter 54, welcher in bekannter Weise rückgespült bzw. gereinigt werden kann. Die Flüssigkeit verläßt den Behälter bei 55. Rückspül- und Sedimentationsschlamm werden bei 56 und 57 abgezogen.

Fig. 6 zeigt die Kombination eines Hydrozyklons 61 mit einer Wirbelschicht 62 und einem Füllmassefilter 63.

Die Flüssigkeit tritt bei 60 in bekannter Weise tangential in den Zyklonbehälter 61 ein und wird dabei in Rotation gebracht, wodurch sich im Zyklon abscheidbare Flüssigkeitsinhaltsstoffe infolge der Fliehkraft an der äußeren Wand langsam nach unten bewegen. Die nach oben steigende Klärflüssigkeit durchströmt danach die Wirbelmasse 62, die gepackt gehaltene Filterschicht 63 sowie die Füllmasse 64 und verläßt den Behälter bei 65. Der Zyklonschlamm wird im Unterlauf des Hydrozyklons bei 66 abgezogen, während der Rückspülschlamm aus der Filtermasse nach vorheriger Entfernung der Füllmasse bei 67 abgeführt wird.

Fig. 7 zeigt eine im Reaktionsraum frei schwebende Wirbelrnasst* 71 mit darüberliegendem Klar wasserraum 72, wobei die Wirbclmasse durch Pulsa tionsströme, welche bei 70 eintreten, zur Aufwirbe lung gebracht wird. Das Pulsationsvolumen 76 kam durch Luftzugabe und Entnahme in bekannter Weisi variiert werden. Das Klarwasser tritt bei 73 aus den Behälter aus. Kontaktschlamm kann bei 74 und 7! abgezogen werden.

Fig. 8 zeigt einen Wirbelmasse-Flocker für großi Leistungen in offener Bauweise. Die Rohflüssigkei tritt bei 81 in den Behälter ein und wird durch eil Rührwerk im Raum 82 mit Kontaktschlamm und Re aktionschemikalien versetzt, im Raum 83 erneut um gewälzt und über Kanal 84 unter die Wirbelmasse schicht 85 gedrückt, welche zur Gleichverteilung de Flüssigkeitsstromes und/oder als Kontaktmasse ein gesetzt ist. Danach strömt die Flüssigkeit in den Klar wasserraum 86, aus dem sie über die Schwimmerrohn

87 austreten kann. Für stark verschmutzende Flüssig keiten kann die Wirbelmasse 85 über ein Spülsysten

88 einer Intensiv-Spülung zur periodischen Reinigunj unterzogen werden. Bei 89 kann in den mittleren Re aktionsraum ein Gas zur Behandlung im Reaktions raum 82 zugegeben werden. Schlamm wird bei 80 au! dem Behälter abgezogen. Zur Reinigung des Behäl terbodens dient der Räumer 801.

Fig. 9 zeigt einen Schlammkontakt-Reaktor, be dem verschiedene Wirbelmassen als Mischbett übei die obere cJffnung der Rohre 91 in den unteren Teil des Wirbelmassebettes zurückströmen. In der Pulsationszone befindet sich eine schwebende Kontaktmasse 92, die wahlweise im Raum 93 und 94 in Umlauf gebracht werden kann, wobei dann dei Auflageboden 95 entfällt. Die Flüssigkeit tritt bei 9C in den Pulsationsraum 94 ein, in welchem Luft in gewünschtem Rhythmus ein- und ausgeblasen wird. Schlamm wird im Trichter 96 konzentriert und bei 97 aus dem Behälter abgezogen.

In dieser und ähnlicher Weise kann durch die Erfindung bei der Behandlung im strömenden Medium eine Vergleichmäßigung der Strömung erzielt werden, wodurch sich eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit und der Leistung bei gleichbleibender Raumbeanspruchung erzielen läßt. Ferner wird eine sehr gute Anpassung an verschiedenen Zufluß- und Entnahmemengen ohne komplizierte Regelorgane erreicht.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser oder zum Klären von Abwasser im strömenden Zustand, bei der vor der Aufbereitungs- bzw. Klärzone eine aus einem Bett von körniger Masse bestehende Einrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit über den Eintrittsquerschnitt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Bett aus körniger Masse (z. B. 15) besteht, dessen Packungsdichte sich in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett aus einer körnigen Masse mit vorzugsweise in Strömungsrichtung abnehmender Korngröße besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse aus Bestandteilen versciüeden hohen spezifischen Gewichtes besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige Masse aus Körnern mit unterschiedlichem Strömungswiderstand besteht.