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Verfahren und Anlage zur Neutralisation von Abwässern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisation von Abwässern,
insbesondere zur Rauchgas-Neutralisation alkalischer Abwässer z.B. der GetrEnke-,
Milch-, Seifen-, Textil-, Papier-, Betonindustrie od. dgl., bei dem Rauchgas in
das zu neutralisierende Abwasser eingeleitet, in diesem verteilt und mit diesem
zusammen zum Ablauf des Neutralisationsvorganges eine Zeit lang bewegt wird, worauf
das neutralisierte Abwasser und der Rauchgasrest voneinander getrennt abgeführt
werden, sowie eine Anlage für das Verfahren mit einem Reaktor zur Durchführung der
Neutralisation zwischen dem C02 des Rauchgases und den alkalischen Bestandteilen
des Abwassers, mit einer Einrichtung zum Zuführen des Rauchgases zum Reaktor unter
Überdruck, mit einem Feinverteiler für das Rauchgas in dem Abwasser innerhalb des
Reaktors, mit einer Abflußeinrichtung für das neutralisierte Abwasser und mit einer
Abzugseinrichtung für den Rachgasrest.
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Derartige Neutralisationsvorgänge, die im Hinblick auf die immer strikter
gehandhabten Umweltschutzbestimmungen in zunehmendem Maße eingesetzt werden, basieren
auf der chemischen Reaktion zwischen den Metallionen der Abwasserlauge und dem im
Rauchgas mit ca. 10 bis 13 Vol.% vorliegenden C02 In der Getränkeindustrie treten
beispielsweise vor allem Natronlauge-haltige Abwässer auf, die man bisher durch
ninleiten von reinem C02, das å a in diesem Gewerbezweig umfangreich - auf Flaschen
abgezogen - vorliegt, neutralisiert hat.
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Dabei wird das Natriumhydroxyd in Natriumbikarbonat unter Abspaltung
von Wasser umgewandelt, worauf das Na2C 0 3 dann in NaHCO3 umgewandelt wird.
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Verfahrensmäßig wird bisher so vorgegangen, daß man entweder das alkalische
Abwasser in einer C02-Atmosphäre über Rieselkörper, Prallbleche, Sprühdüsen od.
dgl. fein verteilt oder das C02 mit Hilfe von Rührwerksbelüftern, Sinterkerzen,
Düsen od. dgl. in einen Bottich mit dem alkalischen Abwasser einleitet. Die letztere
Möglichkeit ist dabei die günstigere.
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Gegenüber der Neutralisation mit reinem CO2, das relativ teuer ist,
hat es sich als günstiger herausgestellt, Rauchgas zu verwenden, das in zahlreichen
Gewerbebetrieben aus den dort vorhandenen Kesselfeuerungen ohnehin zur Verfügung
steht. Ein besonderes Problem bietet sich bei der Verwendung von Rauchgas allerdings
dadurch, daß dieses sehr aggressive Bestandteile wie S02 enthält, die leicht zu
einer Zerstörung der Anlage führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zur Neutralisation
alkalischen Abwassers zu schaffen, mit denen in einfacher Weise eine Neutralisation
mittels Rauchgases auf den jeweils gewünschten pH-Wert möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst
das Rauchgas mit einem Teil des Abwassers zusammengeführt und mit diesem verdichtet
wird, wobei dem Rauchgas aggressive saure Bestandteile, vor allem S02, durch Neutralisation
entzogen werden, und der das ausgefällte Produkt enthaltende Abwasserteil von dem
Rauchgas getrennt und abgeführt wird, daß das Rauchgas einem Rohr-Reaktor zugeleitet
sowie fein verteilt in das dem Rohr-Reaktor zufließende Abwasser eingeführt wird,
daß sich über eine ausreichende Wegstrecke hinweg Rauchgas und Abwasser miteinander
in inniger Verbindung befinden und die Neutralisation des Abwassers mittels des
C02-Gehaltes des Abgases erfolgt.
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Damit erreicht man in vorteilhafter Weise, daß der Neutralisationsvorgang
ausschließlich mit den dafür ohnehin zur Verfügung stehenden Mitteln durchgeführt
werden kann.
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Das von den Kesselfeuerungen her zur Verfügung gestellte Rauchgas
liegt an sich nur drucklos vor und wird mit Hilfe einer Flüssigkeitsringpumpe, in
der das Abwasser, d.h. ein Teil desselben den Flüssigkeitsring bildet, verdichtet,
wobei durch das Zusammenführen des Rauchgases und eines Teils des Abwassers zugleich
eine Bindung des im Rauchgas vorhandenen SO, erfolgt. Dadurch ist man in der Lage,
den Ausfall von Schwefelsäure zu vermeiden und gegenüber dem sonst vorliegenden
Erfordernis, besonders hochwertige Stähle für die Rohre, die Pumpe etc. verwenden
zu müssen, nunmehr Teile aus normalem Stahl einsetzen zu können. Denn das SO, wird
von dem der Verdichtung zugeführten Abwasserteil chemisch völlig gebunden. Durch
die Verwendung eines Rohr-Reaktors für die Hauptstufe des Neutralisationsvorganges
stehen Rauchgas und Abwasser über eine genügend lange Strecke in inniger Verbindung
miteinander, und es sind wesentlich günstigere und wirtschaftlichere Verfahrensabläufe
möglich als beispielsweise in Rührwerkbottichen. Man erzielt in solchen Rohr-Reaktoren
vor allem, bei entsprechend feiner Verteilung des Rauchgases, eine gleichmäßige
Gasverteilung und damit eine große spezifische Oberfläche zwischen Rauchgas und
Abwasser, die für eine vollständige Neutralisation der Metallionen unbedingt erforderlich
ist, und zugleich eine umweltfreundliche Aufbereitung des Abgases.
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Um einen besonders günstigen Wirkungsgrad zu erzielen, sollte vorzugsweise
das Rauchgas vor seiner Verdichtung gekühlt werden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise
durch das dem Rauchgas zwecks folgender Verdichtung zugeführte Abwasser, das in
das Rauchgas eingesprüht wird.
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Vorzugsweise erfolgt die Verdichtung mittels einer Flüssigkeitsringpumpe,
wobei der Flüssigkeitsring von dem Abwasser gebildet wird. Dies ist günstig im Hinblick
auf die Kosten des Verfahrens, da man eben auch mit den ohnehin zur Verfügung stehenden
Mitteln arbeiten kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung soll die
Neutralisation des Abwassers mittels des CO2-Gehaltes des Rauchgases im Rohr-Reaktor
mehrstufig erfolgen, wodurch man in der Lage ist, eine ausreichend lange Reaktionsstrecke
zu schaffen und die Zahl der Stufen und damit die Länge der Reaktionsstrecke auf
den Durchsatz und die Alkalität des Abwassers abzustimmen. Dabei sollte vorteilhaft
das Abwasser die Reaktionsstufen hintereinander durchlaufen, in jeder Reaktionsstufe
neues Rauchgas in das Abwasser eingeführt und dieses Rauchgas nach Reaktion mit
dem Abwasser aus derselben Reaktionsstufe abgeführt werden, so daß also immer ;tfrisches?;
Rauchgas zur Verfügung steht und eine wirklich vollständige Neutralisation auf den
jeweils gewünschten pH-Wert hin erfolgen kann. Die Reaktionsstufen können wechselweise
im Gegenstrom- und Gleichstromverfahren arbeiten, wodurch sich ein besonders enger
ontakt und eine großflächige Berührung zwischen Abwasser und Rauchgas ergibt, obwohl
es zum gleichen Zweck auch denkbar ist und günstig sein kann -was sich nach den
konstruktiven Möglichkeiten richtet -, die Reaktionsstufen ausschließlich im Gegenstromverfahren
arbeiten zu lassen.
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Um in jeder Beziehung sicherzugehen, daß das den Reaktor verlassende
Abwasser weder durch das eingeleitete Rauchgas übersäuert ist noch durch ungenügende
Neutralisation eine zu hohe Ausgangsalkalität vorliegt, soll nach einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung am Ende der Reaktionsstrecke der pH-Wert des Abwassers
gemessen werden, worauf ein Soll-Ist-Wertvergleich stattfindet. Sodann kann bei
einem gegenüber dem Sollwert übersäuerten abzuführenden Abwasser über ein Regelventil
alkalisches Abwasser zugemischt werden, wodurch man leicht den gewünschten pH-Wert
einstellen bzw.
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regulieren kann. Hingegen kann bei einem gegenüber dem Sollwert alkalischen
Ausgangsabwasser dieses in ein Sammelbecken für das alkalische Wasser zurückgegeben
werden, von wo es erneut in den Prozeß gelangen kann.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einer
Anlage mit einem Reaktor zur Durchführung der Neutralisation zwischen dem CO2 des
Rauchgases und den alkalischen Bestandteilen des Abwassers, mit einer Einrichtung
zum Zuführen des Rauchgases zum Reaktor unter Überdruck, mit einem Feinverteiler
für das Rauchgas in dem Abwasser innerhalb des Reaktors, mit einer Abflußeinrichtung
für das neutralisierte Abwasser und mit einer Abzugseinrichtung für den Rauchgasrest
wobei in weiterer, erfindungsgemäß besonders vorteilhafter Ausbildung als Zuführeinrichtung
für das Rauchgas ein Flüssigkeitsverdichter, in dem das Rauchgas mit einem Teil
des Abwassers zusammengebracht und verdichtet wird, und ein Flüssigkeitsabscheider
vorgesehen sind und wobei als Reaktor ein Rohr-Reaktor vorgesehen ist, der aus mehreren
hintereinandergeschalteten Reaktionsrohren besteht, in denen sich jeweils ein Feinverteiler
für das von der Zuführeinrichtung kommende Rauchgas befindet, deren erstes mit einem
Zuführungsrohr und deren letztes mit einem Austrittsrohr für das Abwasser ausgerüstet
ist und die jeweils an ihrem.
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den Feinverteilern für das Rauchgas gegenüberliegenden Ende mit einem
Abzug für das Rauchgas nach der Neutralisation verbunden sind. Eine solche Anlage
läßt sich mit konstruktiv relativ einfachen Mitteln und unter verhältnismäi geringem
Kostenaufward gegenüber bekannten Anlagen verwirklichen, wobei gleichzeitig eine
hohe Effektivität bezüglich des Neutralisationsvorganges erreicht wird.
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Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsverdichter als Flüssigkeitsringpumpe
ausgebildet, in der das Abwasser bzw. der für die Bindung des 502 erforderliche
Abwasserteil gleich die Betriebsflüssigkeit bilden. Damit das aus dem Kamin abgeleitete
Rauchgas nicht mit zu hohen Temperaturen in den Kreislauf kommt, kann der Flüssigkeitsringpumpe
eine Kühlkammer für das Rauchgas vorgeschaltet sein und die Kühlung wiederum durch
das eingesprühte Spritzwasser erfolgen.
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Aus Gründen der konstruktiven Vereinfachung sollten Flüssigkeitsverdichter
und Flüssigkeitsabscheider eine Montageeinheit bilden. Sie können beispielsweise
auf einer gemeinsamen Platte montiert und mit den entsprechenden Anschlußstutzen
versehen sein. In diese Montageeinheit kann auch die Kühlkammer einbezogen sein,
die übrigens zum gleichmäßig verteilten Einspritzen des Abwassers und damit zur
Erzielung eines besonderen Kühleffektes eine Düse aufweisen sollte.
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Nach einer weiteren Ausbildungsmöglichkeit der Erfindung können die
Reaktionsrohre als Vertikalrohre ausgebildet sein, die im Bereich ihres oberen Endes
mit je einem Anschlußstutzen für die vom Flüssigkeitsabscheider kommende Rauchgasleitung
versehen sind, während sich in ihrem Inneren von diesem Stutzen zum unteren Ende
hin ein Rauchgasrohr erstreckt, das an seinem unteren Ende als Feinverteiler ausgebildet
ist.
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Gerade diese Konstruktion ist verfahrenstechnisch und konstruktiv
besonders wirkungsvoll, weil dadurch ein gleichmäßiges Bewegen des aufsteigenden
Gases in der Flüssigkeit über eine optimale Weglänge erreicht wird. Auch hat man
so die Möglichkeit, in besonders einfacher Weise wechselweise Gegenstrom- und Gleichstromverfahren
oder ein reines Gegenstromverfahren zu verwirklichen, um damit einen optimalen Berühungsgrad
zwischen Rauchgas und Abwasser zu erreichen.
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Zu diesem Zwecke können auch die Feinverteiler die Form an sich bekannter
Sinterkerzen aufweisen, wobei diese gerade eine besonders feine Verteilung des Rauchgases
in der Flüssigkeit bewirken.
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Um in besonders vorteilhafter Weise die Soll-Ist-Wertregelung durchzuführen,
kann das Austrittsrohr einen pH-Meßwertgeber aufweisen, der über eine automatischen
Kontrolleinrichtung und einen Regler mit einem Regelventil verbunden ist, das zwischen
dem Abwasserzulauf und dem das Austrittsrohr aufweisenden letzten Reaktionsrohr
sitzt. Das Regelventil kann dann ggf.
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geöffnet werden, damit zur Verhinderung von Übersäuerungen des neutralisierten
Abwassers unmittelbar am Ende der Reaktionsstrecke
weiteres, alkalisches
Abwasser zufließen kann.
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Vorzugsweise teilt man das Abwasseraustrittsrohr in zwei Stränge auf,
von denen einer mit einem Abflußventil versehen ist und in das Abwassersammelbecken
führt, während der zweite ins Freie führt. So wird im Normalfall das auf den Sollwert
gebrachte Abwasser frei abgeleitet, während bei nach wie vor vorhandener Alkalität
das Abflußventil geöffnet und das Abwasser in das Sammelbecken zurückgeführt wird,
von wo aus es erneut in die Anlage gepumpt werden kann.
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Für bestimmte Montagezwecke kann es günstig sein, die Reaktionsrohre
mit den Anschlußstutzen und -rohren für den Abzug und den Abwasserzulauf sowie mit
einem den Meßwertgeber tragenden Austrittsrohrstutzen und einem Regelventilstutzen
als Baueinheit auszubilden, die, als Ganzes angeliefert, eine Montage der Einzelteile
am Einsatzort vermeidet.
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Die mit der Erfindung insgesamt erzielten Vorteile bestehen darin,
daß man mit einer klein bauenden Vorrichtung und raumsparenden Reaktionsstrecken
große Durchsätze erzielen kann, wobei die Reaktionsstrecke eine gleichmäßige Gasverteilung,
eine große spezifische Oberfläche zwischen Rauchgas und Abwasser und ein optimales
Verweilzeitverhalten gewährleistet. Die Tatsache, daß das Rauchgas unter Druck in
das Abwasser eingegeben wird, bewirkt eine schnelle Grenzflächenerneuerung mit maximaler
CO2-Differenz in der Grenzschicht. Infolge der in der ersten Verfahrensstufe vor
der Verdichtung stattfindenden Reinigung des Rauchgases von 502 lassen sich die
Herstellungskosten durch das einsetzbare preiswertere Material erheblich reduzieren.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der schematisehen Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näherbeschrieben, und zwar ist eine Anlage zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ansicht mit den entsprechenden
Schaltungen für die pll-Wertregelung dargestellt.
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Von einem Kamin 1, in dem das für den l#eutralisationsprozeß benötigte
Rauchgas anfällt, führt eine Saugleitung 2 zu einer Kühlkammer 3, an deren oberem
Ende sich eine Düse 7 zum Einspritzen von Abwasser befindet. Dieses alkalische Abwasser
gelangt aus einem nicht dargestellten Sammelbecken von einem Abwasserzulauf 13 über
eine Teilwasserleitung 5 zu der Düse 7, vor der sich in der Teilwasserleitung 5
noch ein Drosselventil 6 befindet.
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In der Kühlkammer 3 wird das heiße Rauchgas mit Hilfe des eingedüsten
Abwassers heruntergekühlt und von einer Flüssigkeitsringpumpe 4 angesaugt, der alkalisches
Abwasser als Betriebswasser dient und in der das Rauchgas verdichtet wird.
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Durch das alkalische Abwasser wird der SO2 Anteil des Rauchgases chemisch
gebunden, so daß die sonst übliche Schwefelsäurebildung bei der Abkühlung des Rauchgases
unterbleibt.
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Von der Flüssigkeitsringpumpe 4 wird das gekühlte und verdichtete
Rauchgas über eine Druckleitung 8 in einen Flüssigkeitsabscheider 9 gefördert, in
dem Rauchgas und Betriebswasser = Abwasser wieder getrennt werden. Das Abwasser
wird, da es neutralisiert ist, über einen automatischen Flüssigkeitsableiter 11
und eine Rohrleitung 12 einem Abwasseraustrittsrohr 24 zugeleitet.
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Das S02-befreite Rauchgas gelangt vom Flüssigkeitsabscheider 9 über
eine Rauchgasleitung zu der Hauptneutralisationsanlage, die im wesentlichen aus
einem Rohr-Reaktor 30 besteht. Dieser eigentliche Neutralisations-Reaktor wird von
mehreren, hier vier Reaktionsrohren 31, 32, 33, 34 gebildet.
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Die Zahl der Rohre ist jeweils dem Erfordernis der Reaktionsstreckenlänge
angepaßt, wobei sich diese nach dem erforderlichen Durchsatz und der Alkalität des
Abwassers richtet.
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Die Reaktionsrohre sind hintereinandergeschaltet urdmittels Verbindungsrohren
312, 323 und 334 miteinander verbunden.
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Die Reaktionsrohre können eine bauliche Einheit bilden und die erforderlichen
Anschlüsse tragen, nämlich einen Anschlußstutzen 150 für einen Abwasserzulauf 15
und ein Anschlußrohr
170 für einen Rauchgasabzug 17. In der Nähe
ihres oberen, in das Anschlußrohr 170 einmündenden Endes tragen die Reaktionsrohre
31, 32, 33, 34 Anschlußstutzen 101, 102, 103 und 104 für die Rauchgasleitung 10.
Von diesen Anschlußstutzen erstreckt sich im Inneren jedes der Reaktionsrohre nach
unten jeweils ein Rauchgasrohr 161, das an seinem unteren Ende als Feinverteiler
in Form einer Sinterkerze 16 ausgebildet ist. Das letzte Reaktionsrohr 34 trägt
außerdem einen Austrittsrohrstutzen 180 mit einem Heßwertgeber 18, woran sich ein
Abwasseraustrittsrohr 181 anschließt, während unterhalb des Austrittsrohrstutzens
180 ein Regelventilstutzen 220 vorgesehen ist, an den ein Regelventil 22 angesetzt
ist. Der Regelventilstutzen 220 führt zu dem Abwasserzulauf 13 bzw. 15, in den hinter
dem Abzweig der Teilwasserleitung 5 ein Drosselventil 14 eingebaut ist. Der Abwasserzulauf
13 führt zu dem erwähnten, nicht dargestellten Abwassersammelbecken.
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Das Austrittsrohr 181 ist in zwei Stränge geteilt. Der erste Strang
25, in dem sich ein Abflußventil 23 befindet, führt zu dem bereits erwähnten, nicht
dargestellten Abwassersammelbecken, während der zweite Strang 24 ins Freie führt.
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Das zu neutralisierende Abwasser gelangt von dem Abwassersammelbecken
über den Abwasserzulauf 13 und 15 in den Rohr-Reaktor 30 und durchläuft nacheinander
die Reaktionsrohre 31, 32, 33 und 34. Gleichzeitig wird von der Rauchgasleitung
10 über die Rauchgasrohre 161 und die Sinterkerzen 16 Rauchgas gleichmäßig verteilt
in das alkalische Abwasser eingeblasen. In dem Reaktor 30 wird dem Rauchgas das
für die Neutralisation des alkalischen Abwassers erforderliche C02 entzogen. Das
verbleibende Rauchgas, das überwiegend aus N2 besteht, wird über den Abzug 17 abgeleitet.
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Das den Reaktor durch den Austrittsrohrstutzen 180 verlassende neutralisierte
Abwasser wird von dem Meßwertgeber 18 gemessen, durch den über einen Ileßwertschreiber
20 und einen
Regler 21 eine automatische Steuerung des Abflußventils
23 erfolgt. Dies geschieht im wesentlichen folgendermaßen: Ein Schaltschrank 200
enthält neben der elektrischen Steuerung für die Förderpumpen, den Rauchgasverdichter
und die iveau-Schaltung im Abwassersammelbecken die gesamte Meß-und Regeltechnik
für die pH-Werterfassung, -regelung und -aufzeichnung. Die Anschlüsse sind mittels
strichpunktierter Linien mit den entsprechenden Bezugszeichen der gesteuerten Organe
angedeutet.
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Der vom Meßwertgeber 18 gemessene pH-Wert wird von dem Meßwertschreiber
20 als Kontrollwert angezeigt und aufgezeichnet. Er wird gleichzeitig dem Regler
21 als Istwert zugeführt, der ihn mit dem vorgegebenen Sollwert vergleicht.
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Liegt eine Übersäuerung des Abwassers vor, so wird das Regelventil
22 geöffnet und dem im letzten Reaktionsrohr 34 befindlichen Abwasser alkalisches
Abwasser aus dem Abwasserzulauf 13 zugespeist. Ist hingegen die Alkalität des neutralisierten
Abwassers noch zu hoch, so daß die behördlich vorgeschriebenen Grenzbereiche überschritten
werden, so wird das Abflußventil 23 geöffnet, und das Abwasser fließt direkt in
das Abwassersammelbecken zurück.