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Einrichtung zur Neutralisation von Abwässern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Neutral; sation
von Abwässern, insbesondere von alkalischen Abwässern.
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In der Industrie, insbesondere der Getränkeindustrie, fallen erhebliche
Mengen alkalischer, teils auch saurer Abwässer an, die z. B. aus Flaschenreinigungsvor
chtungen und den Reinigungsanlagen. für Getränke-Rohrleitungen und - behälter stammen.
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Diese Abwässer dürfen nach bestehenden und in Vorbereitung befindlichen
Bestimmungen nur im neutralisierten Zustand, d.h.
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mit einem pH-Wert von 8,0 bis 8,5 in das öffentliche Abwassernetz
eingeleitet werden.
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Es ist bekannt, alkalische Abwässer durch Zugabe starker Säuren, wie
Salzsäure oder Schwefelsäure, zu neutralisieren. Es ist weiter bekannt, alkalische
Abwässer mit Hilfe von Kohlendioxid zu neutralisieren. Hierbei ist auch die Verwendung
von kohlend'ioxidhaltigen Rauchgasen bekannt geworden.
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Bei einem in Brauereien vielfach verwendeten Verfahren wird z.B. in
mehrere entsprechend ausgebildete Laugenbehälter um, schichtig Kohlendioxid eingeblasen
solange, bis ein pH-Wert; von 7,5 bis 9,0 erreicht ist. Bei diesem Verfahren wird
zurt Neutralisation ein Mehrfaches der theoretisch benötigten Menge an Kohlendioxid
verbraucht, so daß nur Brauereien, denen genügend Gärungskohlensäure zur Verfügung
steht, nach diese Verfahren neutralisieren können.
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Es sind verschiedene Einrichtungen zut-Neutrålisation alkan~ lischer
Abwässer mit Kohlendioxid bekannt,-die - -als gemeiflsames Merkmal - alle einen
sogenannten Neutralisations-Reaktor" besitzen. Diese Reaktoren sind im Prinzip Behälter:,
welche je nach dem Typ der Einrichtung verschiedene Einbauten aufweisen und in denen
die eigentliche Neutralisations-Reaktion stattfindet.
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So wird beispielsweise bei einer bekannten derartigen Einrichtung
das Kohlendioxid unter Druck einem mit einem Rührwerk versehenen Reaktor zugeführt
Bei einer anderen Einrichtung wird das Kohlendioxid ebenfalls unter Druck einem
Reaktor, der innen mit Steigrohrlanzen versehen ist, über eine Düse mit einem Diffusor
zugeführt.
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Es ist, beispielsweise in der Getränkeindustrie, grundsätzlich bekannt,
Wasser mit Kohlendioxidgas zu sättigen, unter Verwendung eines Strahlapparates,
bestehend aus einer Spritzdüse für das Wasser, einer mit der Gaszufuhr verbundenen
Unterdruckkammer, einer Fangdüse, einem zylindrischen Mischrohr und einem an dieses
angeschlossenen Diffusor. Ein solcher zum Sättigen von Wasser mit gasförmigem Kohlendioxid
geeigneter Strahlapparat wird beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
1 517 502 beschrieben. Der bekannte Strahlapparat kann z. Bo bei der Herstellung
von Limonaden verwendet werden.
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Es ist auch schon bekannLgeworden, einen Strahlapparat zur Vermischung
von Kohlendioxid und einer au neutralisierenden Lauge zu verwenden. Aber auch bei
dieser bekelrltell Einrichtung findet die eigentliche Neutralisations-Reaktion in
dem erwähnten Reaktor statt, der als Druckbehälter ausgebildet ist. Auch dem Strahl
apparat muß das Kohlendioxidgas unter Druck zugeführt werden. Bei diesem bekannten
Verfahren wird die Lauge solange umgewälzt, bis der gewünschte pH-Wert erreicht
ist.
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Alle bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie schon infolge
des notwendigen Reaktors großdimensioniert und technisch aufwendig sind. Außerdem
sind sie sämtlich wenig flexibel in der Anwendbarkeit verschiedenartiger Neutralis
ationsmi Ütel.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung
zur Neutralisation von Abwässern zu schaffen, die relativ einfach aufgebaut: ist,
automatisch und kontinuierlich und mit möglichst hohem Durchsatz arbeitet, möglichst
in einem Durchlauf eine ausreichende Neutralisation ergibt und bei der die Verwendung
verschiedenartiger gasförmiger und flüssiger NeutralisationsmitLel möglich ist.
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Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, daß es bei Verwendung
eines entsprechend ausgebildeten und dimensionierten Strahlapparates möglich ist,
bei einer derartigen Einrichtung auf den oben beschriebenen Reaktor zu verzichten
und das Verfahren so durchzuführen, daß die Neutralisationsreaktion im Mischrohr
des Strahlapparates selbst stattfindet. Es geht also nicht lediglich darum, wie
bei den bekannten Einsatzmöglichkeiten des Strahlapparates, eine Flüssigkeit mit
einem Gas zu sättigen, -sondern es soll eine chemische Reaktion und eine möglichst
vollständige chemische Umsetzung der beteiligten Komponenten erzielt werden.
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Zur Lösung der oberagenanrten Aufgabe ist die Einrichtung erfindungsgemäß
gckennzeichne h dilch einen Strahlapparat, dessen Spi-itzdüse an die Afr.aserzuleitung
und dessen Mischrohr an die Abwasserableitung angeschlossen sind, wobei sich die
freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes, des Fangdüseneintrittes in
der Ebene des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres vertialten wie 1: (2,5
bis 4,0) (3,5 bis 4,5) und die Länge des zylindischen Mischrohres dem (10,75 bis
15) -fachen Durchmesser des Mischrohres entspricht, und die Unterdruckkammer des
Strahlapparates an mindestens zwei Zuleitungen anschließbar ist, von denen eine
zur Zuführung eines Neutralisationsmittels hoher Konzentration dient und ein von
einem Regelkreis her ansteuerbares Steuerventil enthält, während die andere zur
Zuführung eines Neutralisationsmittels niedriger Konzentration dient.
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Als Neutralisationsmittel hoher Konzentration können dabei bei alkalischen
Abwässern beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure, aber auch gasförmiges Kohlendioxid
unter Druck verwendet werden, während als Neutralisationsmittel niedriger Konzentration
Rauchgase oder andere Kohlendioxid-Luft-Gemische, wie beispielsweise in Betrieben
des Gärungsgewerbes, Gärungskohlensäure, unkomprimierte Abfallkohlensäure oder anfallende
Vorspanngase der Abfüllmaschinen verwendet werden können.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird erhalten, wenn sich die freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes,
des Fangdüseneintrittes in der Ebene des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres
verhalten wie 1:3,4 :4,05 und die Länge des zylindrischen Mischrohres dem 12,6-fachen
Durchmesser des Mischrohres entspricht. Weiterhin kann es besonders vorteilhaft
sein, wenn sich die Querschnittsfläche des Mischrohres zum Austrittsquerschnitt
des Strahlapparates verhält wie 1:1,54.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausfühiungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung ist die Urterdruckkammer des Strahlapparates an eine dritte Zuleitung
anschließbar die zur Zuleitung von Luft oder Saueistoff dient. Diese Ausführungsfoim
eröffnet die Möglichkeit, bei der Neutralisation unabhängig von den verwendeten
Neutrallisationsmitteln gleichzeitig eine intensive Belüftung oder Sauerstoffßosierung
vorzunehmen, die der Flotation von Schwebstoffen ind der Anreic@@ng des Abwassers
mit Sauerstoff dient.
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Weiterhin Kann es zweckmäßig sein, wenn die Unterdruckkammer des Strahlapparates
an eine vierte Zuleitung anschließbar ist die zur Zuleitung eines weiteren Neutralis
d ioismit:tels dient. kuf diese Weise bietet sich die Möglichkeit, B.
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durch die zweite Zuleitung Rauchgase und als weitere neutralisationsmittel
durch die vierte Zuleitung ein Kohlendioxid-Luftgemisch zuzuleiten, während durch
die erste Zuleitung je nach Bedarf Salzsäure zugeführt wird. Die Anlage ist dabei
zweckmäßig so ausgelegt, daß bei alkalischen Abwässern die Neutralisationsmittel
niedriger Konzentration, die beispielsweise aus Abfallprodukten gewonnen werden,
also Rauchgase, Gärungskohlensäure usw-., ständig und ungeregelt zugeführt werden.
Dies wird im allgemeinen zur Erreichung einer vollständigen Neutralisation nicht
ausreichen, so daß zusätzlich geregelt in Abhängigkeit von dem in der Ableitung
herrschenden pH-Wert Salzsäure zugeführt wird Fällt nun beispielsweise. eine der
ungeregelt zugeführten Substanzen zeitweise vollständig aus oder die Zufuhr geht
zurück, so wird vom Regelkreis gesteuert sofort die entsprechende Dosierung bei
dem starken Neutralisationsmittel, also beispielsweise der Salzsäure, erhöht, bis
wieder Neutralisation erreicht ist, Einzelheiten hIerzu werden weiter unten genauer
beschrieben.
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Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, wenn die Zuleitung
zur Zuführung des Neutralisationsmittels hoher Konzentration wahlweise über ein
weiteres vom Regelkreis her ansteuerbares
Steuerventll an eine
Quelle für ein basisches oder saures NcuW-alisaLi&nsmItLel ar.schließbar-ist.
Dies hat den großen Vorteil, daß ein plötzlicher Umschlag des Abwassers vor. alkalisch
auf sauer oder urngekehrL sehr schnell ausgegleichen werden kann Ein solcher Umschlag
kann beispielsweise erfolgen, wenn einem normalerweise alkalischen Abwasser plötszlich
vom Betrieb her größere Mengen saurer Abwässer zugesetzt werden, wie dies bei dr
Verwendung saurer Reinigungsmittelansätze für die Reinigung großer Tankanlagen mit
entsprechenden Rohr leitungskrei sen eintreten kann.
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Zuz Ansteuerung des Regelkreises ist zweckmäßigerweise unterhalb des
Strahlapparates in der Abwasserableitung eine Vorrichtung zur Messung des pH-Wertes
angeordnet, deren Ausgangssignal dem Regelkreis als Ist-Wert zugeführt wird.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Abwasser-Ableitung und die Abwasser-Zuleitung
über eine Rücklaufleitung miteinander verbunden sind, wobei unterhalb des Verbindungspunktes
der Rücklaufleitung mit der Abwasserableitung sowie in der Rücklaufleitung je ein
vom Regelkreis her ansteuerbares Ventil angeordnet ist und durch die beiden Ventile
bei einem vorgegebenen pH-Wert die Ableitung geschlossen und die Rücklaufleitung
geöffnet wird. Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Veränderung des pH-Wertes
des Abwassers den Abfluß solange zu sperren und das behandelte Abwasser zurückzuführen,
bis wieder der erforderliche Neutralisationsgrad erreicht ist.
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Neben den bereits oben erwähnten Vorteilen hat die erfindungsgemäße
Einrichtung den weiteren großen Vorteil, daß der verwendete Strahlapparat selbstansaugend
ist, d.h. die verwendeten Neutralisierungsmittel müssen nicht über Pumpen gefördert
werden, sondern werden von der Unterdruckkammer des Strahlapparates in der benötigten
Menge angesaugt. Bei der teilweise hohen Aggressivität der verwendeten Substanzen
spielt dies beim Kostenfaktor der Einrichtung eine große Rolle.
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Die Einrichtung bietet weiterhin beispielsweise den Brauereien die
Möglichkeit der VerwerUlng von Kohlcndioxidgas aus der Angärphase und der Endgärphase
der Bierbereitung. Diese Kohlendioxidgas kostet nichts, da es für die Kohlensäurerückgewinnung
nicht geeignet is L uiid bisher als unveiwertbarer Abfall. in die Atmosphäre abge]eitt
wurdc, Die bereits oben erwähnte Neutralisierung mitL-cls Rauchgas ist möglich,
wenn dieses Kohlendioxldgehalte von ca. 10% bis 12% aufweist. Die Entnahme des Rauchgase
aus einer Kesselfeuerungsanlage erfolgt dabei ebenfalls durch Selbstansaugung vom
Strahlapparat her. Die im Abwasser nicht zu bindenden Rest-Rauchgase werden über
ein dem Strahlapparat nachgeschalteten Entgaser in den Kamin oder auf andere geeignete
Weise ins Freie abgeleitet.
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Die chemischen Reaktionen der Neutralisierung im Mischrohr des Strahlapparates
verlaufen quantitativ. Es werden also nicht mehr Neutralisationsmittel verbraucht,
als es die Alkalität oder die Acidität des zu neutralisierenden Abwassers auigrund
der stöchiometrischen Rechnung erfordert.
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Im folgenden wird anhand der beigefügten Figuren ein Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in einem Prinzip-Schaltbild.
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Figur 2 zeigt in einem vertikalen Teilschnitt einen Strahlapparat
zur Verwendung bei der Einrichtung gemäß Figur 1.
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Figur 3 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Strahlapparat nach
der Linie III-III in Figur 2.
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Wie aus Figur 1 LU ersehen, gelangt das zu neutralisierende alkalische
Abwasser aus einem nicht dargestellten Lagertank über eine Pumpc 10 uird eine AbwasserzuleiLung
1 zu einem StrahlappaiaL- 3, der weiter unt:e1' anhand der Figuren 2 und 3 näher
erläutert wird. Dcm Strahlapparat werden als Neutralisatlonsmittel üLer eine Leitung
4 und ein Ventil 5 Rauchgas, uber ie Leituila 6 und ein Ventil 7 ein Kohlendioxld-Luftgemisch
und über eine Leitung 11 und ein Steuer ventil 12 wahlweise Salzsäure oder Natronlauge
zugeführt. Dabei gelangt die Salzsäure aus einer Leitung 15 über ein ansteuerbares
Dreiwegeventil 13 in die Leitung 11, während die Natronlauge aus einer Leitung 14
und dem Ventil 13 der Leitung 11 zugeführt werden keim.
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Zusätzlich wird über eine Leitung 8 und ein Ventil 9 Luft oder Sauerstoff
zugeführt.
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Die Neutralisation erfolgt: dann in der Weise, daß die über die Leitung
4 und 6 zugeführten Neutralisationsmittel zur erforderlichen Neutralisation gerade
noch nicht ausreichen, und die Rest-Neutralisation durch geregelte Zugabe der Salzsäure
über die Leitung 11 durchgeführt wird. Die Neutralisationsreaktion erfolgt im Strahlapparat
3, und das neutralisierte Abwasser verläßt den Strahlapparat 3 über die Abwasserableitung
2. In der Abwasserableitung 2 ist ein Meßgerät: 17 zur Messung des pH-Wertes des
Abwassers angeordnet. Der gemessene pH-Wert wird einem Regler 16 zugeführt und dort
mit einem eingestellten Soll-Wert verglichen. Ist der gemessene pH-Wert zu hoch,
so wird das Regelventil 12 weiter geöffnet und eine größere Menge Salzsäure zugegeben.
Übersteigt der pH-Wert einen weiteren vorgegebenen Grenzwert, so wird gleichzeigt
vom Regler 16 aus das Ausgangsventil 18 geschlossen und ein Ventil 23 geöffnet,
das sich in einer Rücklaufleitung 22 befindet. Das Abwasser wird dann solange dem
nicht dargestellten Vorratsbehälter wieder zugeführt, bis der vom Meßgerät
17
festgestellte pH-Wert wieder Innerhalb des zulässigen Bereiches liegt. Sodann wird
das Ventil 18 wieder geöffnet.
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Erfolgt durch irgendwelche Gründe ein Umschlag der Abwasserreaktion
von alkalisch auf sauer, so wird dies von dem Meßgerät 17 festgestellt und ein entsprechendes
Signal an den Regler 16 gegeben. Durch den Regler 16 wird in diesem Falle das Ventil
13 so umgesteuert, daß anstelle von Salzsäure nunmehr Natronlauge durch die Leitung
11 dem Strahlapparat 3 zugeführt wird und war solange, bis wiederum der durch das
Meßgerät 17 gemessene pH-Wert wieder im zulässigen Bereich liegt.
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Im Anschluß an das Ausgangsventil 18 sind in der Abwasserableitung
2 noch ein Meßgerät 19 zur Endkontrolle des pH-Wertes und ein Meßgerät 20 zur Bestimmung
der Temperatur angeordnet.
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Die Meßergebnisse dieser beiden Geräte können auf einem Schreiber
21 festgehallen werden.
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Im folgenden wird anhand der Figuren 2 und 3 der bei der Einxichtwig
gemäß Figur 1 verwendete Strahlapparat 3 näher bechrieben.
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Der Strahlapparat 3 weist eine Spritzdüse 31 auf, der das alkalische
Abwasser zugeführt wIrd. Die Spritzdüse 31 ist umgeben von der UatOrdruckkammer
33, In die die Zuleitungen 4, 6, 8 und 11 eiilmünden, durch welche, wie anhand von
Figur 1 beschriebei, die Neutralisationsmittel sowie Luft zugeführt werden. Gegenüber
der Spritzdüse 31 ist die Fangdüse 32 angeordnet, an die sich das Mischrohr 34 anschließt.
Das Mischrohr 34 setzt sich fort in einem nicht dargestellten Diffusor, der einen
Öffnungswinkel von ca. 80 aufweist.
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Der Eintrittsquerschnitt der Fangdüse 32 in der Ebene E (strichpunktiert)
des Austrittsquerschnittes fg der Sprltzdüse 31 ist mit f2 bezeichnet und wird in
der Ebene E gemessen.
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Die Länge L des Mischrohres 34 wird vom Ende E1 der Fangdüse 32 an
gemessen und beträgt das 10,75 bis 15-fache,
vorzugsweise das 12,6-fache
des Durchmessers dM des Mischrohres 34. Der Querschnitt des Mischrohres 34 ist mit
fM bezeichnet. Die Querschnittsverhältnisse f1: f2: fM betragen 1: (2,5 bis 4,0)
: (3>5 bis ,5), vorzugsweise 1:3,4 :4,05 Wird während des Ausströmens von Abwasser
aus der Spritzdüse 31 die Zufuhr für eines der Neutralisierungsmittel zur U.terdruckkammer
33 geöffnet, so tritt eine bestimmte Gas- und/ oder Flüssigkeitsmenge durch den
Querschnitt f2 In die Fangdüse 32 ein. Im Mischrohr 39 werden das Abwasser und das
neutralisierende Gas bzw. die neutralisierende Flüssigkeit dani innig miteinanäer
vermengt, und es findet die gewünschte Neutralisations-Reaktion statt Patentansprüche