DE2517617C3 - Wasserreinigungs-Reaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Reinigen von Wasser durch fluides Filtrieren, mit einem vertikalen Behälter, in dem ein Homogenisationsraum in Form eines sich nach oben verjüngenden Kegel- bzw. Pyramidenstumpfes, in den die Rohwasserleitung mündet, ein Trennraum in Form eines sich nach oben erweiternden Kegel- bzw. Pyramidenstumpfes und ein mit diesem durch Verbindungsleitungen verbundenen Eindickungsraum vorgesehen sind.

Zum Abscheiden der beim Aufbereiten und Reinigen von Wasser entstehenden Flockensuspension sind derzeit am leistungsfähigsten Reaktoren mit fluidem Filtrieren mit einer vollkommen schwebenden fluiden Flockenschicht im Trenn- bzw. Separationsraum. Der Wirkungsgrad des fluiden Filtrierens kann dabei durch Homogenisation der Flockensuspension vor dem Eintritt in den Raum für fluides Filtrieren wesentlich erhöht werden. Die Homogenisation wird durch eine mechanische Bewegung erreicht, die im Homogenisationsraum eine geeignete Turbulenz bildet, der das Wasser über einen genügend langen Zeitraum (ca. min) ausgesetzt ist, um eine genügende Einwirkung w> zu erzielen. Der Dauer der Einwirkung der Homogenisation muß auch die Größe des Homogenisationsraumes entsprechen, die mit der Größe des Trennraumes vergleichbar ist.

Die Homogenisation bildet bei einem fluiden <■■'> Filtrieren eine mehr homogene und kompakte Schicht mit einer besserer Sedimentationscharakteristik, beseitigt clic Abhängigkeit des Wirkungsgrades des fluiden Filtrierens von der Jahreszeit und ermöglicht ein wirksames Anwenden von polymeren Flockungsmitteln, die den Wirkungsgrad des Trennens erhöhen. Wegen einer Reihe schwerwiegender Nachteile, die eine gesonderte Anordnung des Homogenisationsraumes vom Trennraum mit sich bringt, werden Homogenisation und Trennung der Suspension in einem kompakten Reaktor ausgeführt Man kann im wesentlichen zwei Reaktortypen unterscheiden, und zwar mit vertikaler Homogenisatorachse und mit horizontaler Homogenisatorachse. In beiden pflegt der Homogenisationsraum im Reaktor zentral angeordnet zu sein. Bei vertikaler Homogenisatorachse hat der Homogenisationsraum die Form eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes und ist in seinem unteren Teil mit dem unteren Teil des Trennraumes verbunden. Das gereinigte Wasser strömt durch den Homogenisationsraum von oben nach unten, und dessen Strom wird am Übergang in den Trennraum nach oben umgekehrt Bei horizontaler Homogenisatorachse hat der Homogenisationsraum die Form eines liegenden Prismas oder Zylinders und ist entweder direkt oder mittels Verbindungskanälen an den Seiten mit dem unteren Teil des Trennraumes verbunden. Im ersten Fail strömt das gereinigte Wasser durch den Homogenisationsraum in radialer Richtung, im zweiten Fall entlang der Achse des Homogenisators und in umgekehrter Richtung durch die Verbindungskanäle.

Alle diene Reaktoren haben verschiedene Nachteile. Da bei der Homogenisation die größte Intensität der Turbulenz am Anfang optimal ist, mit folgendem fortlaufenden Verringern während des Prozesses, sind die Formen der Homogenisationsräume und das Strömen in diesen an bestehenden Anordnungen für die Homogenisation in verschiedenen Grad unzweckmäßig. Am ungeeignetsten sind in dieser Hinsicht Homogenisationsräume in Form eines Kegelstumpfes mit Strömung von oben nach unten und bei einem Prisma oder Zylinder mit horizontaler Achse mit einer radialen Strömungsrichtung. Dieser Nachteil kann zwar durch Aufteilen des Homogenisationsraumes in mehr Teile und durch Anwendung mehrerer mechanischer Homogenisatoren mit unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeit behoben werden, was jedoch kompliziert und teuer ist. Ein weiterer Nachteil bestehender Reaktoren ist eine wesentliche Herabsetzung des Trennwirkungsgrades bei Betriebsbeginn, bevor sich im Trennraum eine fluide Filtrationsschicht bildet, nach dem sogenannten »Anfahren«. Bei Reaktoren mit vertikaler Achse und bei Reaktoren mit horizontaler Achse des Homogenisators mit Längsdurchfluß ist ein weiterer Nachteil die Beschränkung des zulässigen Schwankens der Reaktorleistung auf einen Bereich von 50 bis 100%. Bei Schwankungen der Leistung über diese Grenzen kommt es zu Betriebsstörungen durch Verstopfen der Verbindungen des Homogenisations- und Trennraumes durch Schlamm aus dem Trennraum. Bei Reaktoren mit einem zylinderförmigen Homogenisationsraum mit vertikaler Achse ist ein weiterer Nachteil die Verringerung der Trennfläche, was die Leistung für die Gesamtfläche der Anordnung herabsetzt. An kleinen Reaktoren ist ein weiterer Nachteil, daß aus Konstruktionsgründen bei vertikaler Homogenisationsachse der Wassereinlaß in den Trennraum so eng ist, daß hier die Gefahr eines Verstopfens vorliegt, was durch zusätzliche Maßnahmen, z. B. durch Spülen, behoben werden muß. Bei horizontaler Homogenisationsachse sind wegen des komplizierten Aufbaus die Fertigungskosten höher als bei vertikaler Homogenisationsachse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile bei Reaktoren zum Reinigen von Wasser zu beheben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der am Boden des Behälters angeordnete Homogenisa- s tionsraum, in dessen unterem Teil die Rohwasserleitung mündet in seinem oberen Teil einen verengten Durchlaß aufweist, an den sich der über ihm angeordnete Trennraum anschließt, dessen Oberteil mittels Verbindungsleitungen mit dem Eindickungsraum verbunden ist, der durck die Wände des Homogenisationsraumes, des Trennraumes und des Behälters gebildet ist

Die Unteransprüche beinhalten Ausgestaltungen der Erfindung.

Der Homogenisationsraum ist mit einem mechanisehen Homogenisator versehen, der durch zwei gleichachsige Teile gebildet ist, die im wesentlichen eine für gegenseitigen Eingriff bestimmte Form eines Rührwerkes haben und die sich gegenläufig so bewegen, daß der der Flüssigkeit erteilte Integralimpuls im wesentlichen Null beträgt

Der erfindungsgemäße Reaktor hat eine Reihe von Vorteilen. Die Form des Homogenisationsraumes und die im wesentlichen nach oben gerichtete Strömung der Flüssigkeit in diesem Raum ermöglichen, mittels eines Homogenisators fast einen optimalen Verlauf der Intensität der Turbulenz während des Durchflusses der Flüssigkeit zu erzielen. Wegen der sich fortlaufend verringernden Fläche des Homogenisationsraumes in Strömungsrichtung der Flüssigkeit wird nämlich bei gegebener Drehzahl des Rührwerkes des Homogenhators fortlaufend die Intensität der Turbulenz, die auf die durchströmende Flüssigkeit einwirkt, herabgesetzt. Es ist somit möglich, bei der entstehenden Suspension bessere Separationsparameter als bisher zu erzielen und so den Wirkungsgrad der Separation und die Leistung des Reaktors zu erhöhen. Ein Verlängern der Verweildauer der Suspension im Homogenisationsraum bei Betriebesbeginn ist auch vorteilhaft, da Gravitationskräfte, die auf die Suspension gegen die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit wirken, ihren Durchgang durch den Homogenisationsraum im Vergleich zum Durchgang der Flüssigkeit verlangsamen. Dadurch wird bei Betriebsbeginn die Suspension im Homogenisationsraum konzentriert, und in den Separationsraum gelangt nur eine konzentrierte, gut homogenisierte Suspension. Dort wird wegen der genügenden Konzentration der Suspension sofort eine fluide Filterschicht gebildet. Es wird so ein vorübergehendes Verringern des Wirkungsgrades der Separation bei Betriebsbeginn unterdrückt. >o

Ein weiterer Vorteil ist die Beschleunigung der orthokinetischen Koagulation im Homogenisationsraum, die durch das erwähnte Erhöhen der Konzentration der Suspension im Homogenisationsraum verursacht wird, was die Separationswirkung und die '■>'■> Leistung des Reaktors weiter erhöht. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei manchen Reinigungsvorgängen zur Geltung, z. B. beim Enthärten des Wassers, wo die Erhöhung der Konzentration der Suspension im Homogenisationsraum die Kontaktreaktion beschleu- '-¹¹ nigt. Ein Vorteil des Reaktors ist ferner die Zulässigkeit einer Leistungsschwankung von 0 bis 100%, ohne die Zuverlässigkeit der Wirkungsweise zu beeinträchtigen, was dadurch gegeben ist, daß bei Herabsetzen der Leistung ein Teil der fluiden Filterschicht aus dem Separationsraum zurück in den Homogenisationsraum durchfällt, wo er durch Homogenisation in einer derartigen Form erhalten bleibt, daß er bei Erhöhen der Leistung sogleich in den Separationsraum zurückkommt, wo er den nötigen Teil der fluiden Schicht bildet

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktors ist, daß er auch bei kleinen Anlagen ermöglicht, einen weiten Durchgang in den Separationsraum zu bilden, was die Gefahr eines Verstopfens dieses Durchganges behebt und so die Betriebszuverlässigkeit erhöht Ein Vorteil ist auch, daß die Erfindung besser den Reaktorraum ausnutzt was zu einer höheren spezifischen Raumleistung vor allem bei großen Reaktoren beiträgt Die Erfindung ermöglicht ferner einen leichten Umbau vieler Reaktoren, die schon in Betrieb sind Dadurch wird eine wesentlich erhöhte Leistung bestehender Reaktoren unter geringem Kostenaufwand ermöglicht

Die erwähnten Vorteile führen zu einer wesentlichen Erweiterung des Anwendungsbereiches des Reaktors auch für Betriebe mit großen Schwankungen der Leistung, wie z. B. beim nachträglichen chemischen Reinigen von biologisch gereinigten Abfallwässern, und für Betriebe mit Unterbrechungen, wie zum Beispiel für Einschichtbetriebe.

In der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Reaktors in Längsschnitt dargestellt

Der Reaktor hat einen zylindrischen Behälter 1, in dem einerseits ein Homogenisationsraum H, vorteilhafterweise im unteren Teil des Behälters 1, vorgesehen ist, ferner ein Trennraum S, der sich oberhalb des Homogenisationsraumes H befindet, und schließlich ein Eindickungsraum Z, der sowohl den Homogenisationsraum H als auch den Trennraum S umschließt Der Eindickungsraum Z ist einerseits durch Trennwände 16 begrenzt die auch den Homogenisationsraum H und den Trennraum S begrenzen, andererseits durch die Wand des zylindrischen Behälters 1 und durch eine vertikale Führungswand 7, die sich an die Trennwand 16 des Trennraumes S anschließt. Der Homogenisationsraum H hat die Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes, der sich nach oben verjüngt. Der Trennraum S hat gleichfalls die Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes, der sich jedoch nach oben erweitert und weiter im Oberteil in eine zylindrische Form übergeht. Der Homogenisationsraum H, an den sich der Trennraum S anschließt, besitzt einen mechanischen Homogenisator 4, der die Form von zwei gegenläufig sich drehenden, ineinandergreifenden Rührrechen 17,

18 hat, deren jeder eine eigene Antriebswelle 14,15 hat und entweder durch einen eigenen Motor 5, 6 oder durch einen gemeinsamen Motor und erforderliche Getriebe (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Homogenisationsraum H steht mit dem Trennraum 5 mittels wenigstens eines verengten Durchlasses 2 in Verbindung, der Trennraum S ist mit dem Eindickungsraum Z mittels der Verbindungsleitung 3 verbunden. Im Oberteil des Eindickungsraumes Z ist ein Sammelkranz 8 mit einer Wasser-Saugleitung 9 vorgesehen. Der Ti^nnraum 5 hat in einem Oberteil einen oder mehrere Sammeltröge 10 mit einem Abfluß 11 des gereinigten Wassers. Im Unterteil des Eindickungsraumes Zist eine Entschlammungsleitung 12 mit einem Schlammauslaß

19 vorgesehen. Eine Rohwasser-Zuleitung 13 mündet am Boden des Homogenisationsraumes nahe dessen Umfanges.

Der erfindungsgemäße Reaktor arbeitet folgendermaßen:

Das Rohwasser mit den schon dosierten Fällmitteln wird über die Zuleitung 13 dem Homogenisationsraum

H zugeführt. Der mechanische Homogenisator 4 erzeugt mittels seiner gegenläufig sich drehenden Rührrechen 17, 18 eine geeignete Turbulenz der Flockensuspension, ohne dabei eine störende Strömung des Wassers zu verursachen, da der resultierende Integralimpuls, der der Flüssigkeit durch die Rührrechen 17, 18 erteilt wird, im wesentlichen gleich Null ist. Das Wasser strömt deshalb im Homogenisationsraum H wegen der Einmündung der Zuleitung 13 am Boden im wesentlichen von unten nach oben, d. h. ohne seitliche Strömung, Wegen der Kegelform des Homogenisationsraumes //ist das gereinigte Wasser während seines Überganges durch den Homogenisationsraum H einer abnehmenden Intensität der Turbulenz ausgesetzt, was sich in einer besseren Sedimentrationscharakteristik der ! entstehenden Suspension äußert Da das gereinigte Wasser nach oben strömt, tragen die auf die Suspension wirkenden Gravitationskräfte zu einer längeren Verweildauer der Suspension im Homogenisationsraum H bei, was die Verweildauer der Suspensiom im Homogenisationsraum H erhöht, wobei die Dauer der Einwirkung der Turbulenz auf die Suspension erhöht wird und vor allem bei Betriebsbeginn die Anfahrzeit des Reaktors verkürzt wird. Das gereinigte Wasser mit der homogenisierten Suspension tritt über den verengten Durchlaß 2 in den Trennraum S ein. Bei der Aufwärtsströmung im kegelig sich erweiternden Trennraum S wird eine vollkommen schwebende fluide Flockensuspensionsschicht gebildet, die als Filter wirkt, wo die im Homogenisationsraum H gebildete Suspension aufgehalten wird. Ein Teil des gereinigten Wassers mit der überschüssigen Suspension wird über die Verbindungsleitung 3 in den Eindickungsraum Z angesaugt. Dort wird das Wasser mit der überschüssigen Suspension durch die Führungswand 7 in den unteren Teil dieses Raumes gleich ausgerichtet, wo die Suspension sedimentriert und eingedickt wird. Das zugleich angesaugte Wasser, das sich im oberen Teil des Eindickungsraumes Z sammelt, wird mittels der Sammelkränze 8 aufgenommen und mittels der Saugleitung 9 aus dem Reaktor abgeführt. Der eingedickte Schlamm wird periodisch über die Entschlammungsleitung 12 und den Schlammauslaß 19 abgezogen. Das gereinigte Wasser wird im Oberteil des Trennraumes 5 in Sammeltrögen 10 aufgefangen und über den Abfluß 11 weitergeleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reaktor zum Reinigen von Wasser durch fluides Filtrieren, mit einem vertikalen Behälter, in dem ein Homogenisationsraum in Form eines sich nach oben verjüngenden Kegel- bzw. Pyramidenstumpfes, in den die Rohwasserleitung mündet, ein Trennraum in Form eines sich nach oben erweiternden Kegelbzw. Pyramidenstumpfes und ein mit diesem durch Verbindungsleitungen verbundenen Eindickungsraum vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der am Boden des Behälters (1) angeordnete Homogenisationsraum (H) in dessen unterem Teil die Rohwasserleitung (13) mündet, in seinem oberen Teil einen verengten Durchlaß (2) aufweist, an den sich der über ihm angeordnete Trehnraum (S) anschließt, dessen Oberteil mittels Verbindungsleitungen (3) mit dem Eindickungsraum (Z) verbunden ist, der durch die Wände des Homogenisationsraumes (H), des Trennraumes (S) und des Behälters (1) gebildet ist

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eindickungsraum (Z) in dessen unteren Teil eine Entschlammungsleitung (12) mit einem SchlammablaB (19) und in dessen oberen Teil zwischen der Trennwand (16) des Trennraumes (S) und einer Führungswand (7) der Verbindungsleitung (3) ein Sammelkranz (8) mit einer Saugleitung (9) für das gereinigte Wasser angeordnet ist

3. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Homogenisationsraum (H) ein mechanischer motorgetriebener Mischer (4) mit ineinandergreifenden Rührrechen (17,18) angeordnet ist

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