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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer
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Kalkmilch insbesondere für die Aufkalkung des Rohabwassers bei mechanisch-biologischen
Klärwerken Auf dem Gebiet der Abwasser-Behandlung in mechanischbiologischen Klärwerken
hat das Verfahren der Aufkalkung des Rohabwassers in neuerer Zeit steigende Bedeutung
gefunden. Bei diesem Verfahren wird dem Rohabwasser ständig eine etwa 5 -15teige
Kalkmilch zudosiert, um einen bestimmten, konstanten pH-Wert einzustellen. Dadurch
ergeben sich erhebliche Vorteile sowohl im Klärwerksbetrieb als auch hinsichtlich
der Eigenschaften des vom Klärwerk gelieferten Schlammes. So wird durch verbesserte
Sedimentation der Sinkstoffe der Wirkungsgrad der mechanischen Vorklärung erhöht,
zugleich die Abbauleistung in der biologischen Reinigungsstufe verbessert, die Geruchsentwicklung
im
Klärwerksbereich vermindert und auch die Anzahl pathogener Keime im Ablauf des Klärwerks
auf einen Bruchteil des bisherigen Wertes herabgesetzt. Weiterhin wird die Entwässerungsfähigkeit
des ausgefaulten Schlammes, besonders bei Verwendung rotierender Separationsmaschinen,
wesentlich verbessert. Außerdem bekommt der teilentwässerte Schlamm auch eine beträchtlich
bessere Eignung für eine landwirtschaftliche Verwertung. Schließlich ist auch noch
die Tatsache von Bedeutung, daß durch die Aufkalkung eine größere Menge an Nährsalzen,
vor allem Phosphat, in die Schlammphase eingebunden werden, was nicht nur den Wert
des Schlammes erhöht, sondern auch den gefürchteten Eutrophie-Effekt durch die Ableitung
von zwar gereinigtem, aber nährsalzbelastetem Abwasser in Flüsse und dergleichen
wesentlich reduziert.
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Die praktische Durchführung der Aufkalkung des Rohabwassers ist jedoch
bislang noch unbefriedigend gewesen, was im wesentlichen darauf zurückzuführen ist,
daß als Kalk-Ausgangsprodukt nur das handelsübliche Kalkhydrat (Ca(OH)2) zur Verfügung
stand. Aus diesem Kalkhydrat wurde dann in Rührbehältern durch Vermischen mit Wasser
die Kalkmilch der erforderlichen Konzentration hergestellt. Der Hauptnachteil dieser
Methode besteht darin, daß Kalkhydrat einen verhältnismäßig großen, über den stöchiometrischen
Wert des Verhältnisses CaO:H20 hinausgehenden Wassergehalt besitzt, so daß der Gehalt
an der aktiven Komponente CaO entsprechend gering ist. Dies bedeutet, daß, bezogen
auf reines CaO, entsprechend größere Gewichtsmengen an Kalkhydrat transportiert
und verarbeitet werden müssen, was sich bei dem erheblichen Bedarf der Klärwerke
an Kalkmilch als spürbar erhöhter Kostenfaktor bemerkbar macht. Hinzu kommt aber
auch noch, daß die Herstellung der benötigten großen Chargen an homogener Kalkmilch
aus Kalkhydrat, das mit Wasser versetzt
und dann verrührt wird,
technologisch keineswegs einfach ist.
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Der Einsatz von Feinkalk anstelle von Kalkhydrat wurde bislang wegen
der beim Vermischen von Feinkalk mit Wasser ablaufenden exothermen Hydratisierungsvorgänge
als nicht möglich angesehen. Tatsächlich ist es auch nicht möglich, eine größere
Charge an Kalkmilch dadurch herzustellen, daß die entsprechenden endgültigen Mengen
an Feinkalk und Wasser einfach miteinander verrührt werden. Die Erfindung schafft
jedoch in diesem Punkt Abhilfe, indem sie ein neues Verfahren angibt, welches es
gestattet, aus Feinkalk und Wasser in einem Arbeitsgang eine beliebig große Charge
an Kalkmilch der erforderlichen Konzentration herzustellen. Dadurch wird es nunmehr
möglich, insbesondere die kostenmäßigen Vorteile des Einsatzes von Feinkalk im Vergleich
zu Kalkhydrqt voll nutzbar zu machen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß zunächst eine etwa
drei- bis fünffache Gewichtsmenge der für eine Charge erforderlichen Gesamtmenge
an Feinkalk entsprechende Menge an Löschwasser in einen Rührbehälter gefüllt wird,
dann die Gesamtmenge an Feinkalk zugesetzt wird, danach die Mischung bis zur Beendigung
der Hydratisierung gerührt wird und anschließend mit weiterem Wasser bis zur endgültigen
Konzentration der Kalkmilch verdünnt wird, wonach der Rührbehälter als Vorratsbehälter
für die dosierte Abgabe der Kalkmilch verwendet wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird konsequent die Erkenntnis
ausgenutzt, daß sich die Hydratisierungsvorgänge auch bei der Kalkmilch-Herstellung
durch Vermischen von Feinkalk
mit Wasser durchaus beherrschen lassen,
wenn dafür gesorgt wird, daß sich bei der Hydratisierung des Feinkalks eine exotherme
Anfangs-Reaktionstemperatur von etwa 800C einstellt, die auch während des Verlaufs
der Hydratisierung möglichst lange beibehalten werden sollte. Dies wird durch das
Verhältnis Feinkalk:Löschwasser von etwa 1:3 bis 1:5 sichergestellt. Es wurde gefunden,
daß sich bei dieser Anfangs-Reaktionstemperatur von etwa 800C im Verlaufe vertretbarer
Reaktionszeiten (von ca.
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1 bis 3 Stunden) ein~gleichmäBiges-Kalkhydrat optimaler Beschaffenheit
ergibt, das keine Klumpen bildet. Bei höherer Reaktionstemperatur wird das Kalkhydrat
dagegen zu grobkörnig, während bei zu niedriger Reaktionstemperatur die Reaktionszeiten
unvertretbar lang werden.
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Nach dem Verdünnen des solcherart gelöschten Feinkalks auf die endgültige
Konzentration ist die Kalkmilch sofort verarbeitungsfähig, so daß der Rührbehälter
sowohl als Reaktionsbehälter für die Herstellung der Kalkmilch als auch als Vorratsbehälter
für die dosierte Abgabe der Kalkmilch verwendet werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorgenannten Verfahrens, die sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch
kennzeichnet, daß der Rührbehälter ein geschlossener isolierter Behälter ist, der
an seinem oberen Ende einen Feinkalk-Einlaß besitzt, welcher über eine Dosierschnecke
mit einem Feinkalk-Silo verbunden ist, sowie an seinem unteren Ende einen Rohranschluß,
welcher mit Ventilen wahlweise als Löschwasser-Zulauf oder als Abzugsrohr für die
fertige Kalkmilch schaltbar ist.
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Die Dosierschnecke ermöglicht ein sehr genaues Eindosieren des Feinkalks,
während der untere, wahlweise als Löschwasser-Zulauf oder als Abzugsrohr schaltbare
Rohranschluß einer Ansammlung größerer Feststoff-Sedimente am Behälterboden entgegenwirkt.
Die Isolierung des Rührbehälters unterstützt die gewünschte Aufrechterhaltung der
Anfangs-Reaktionstemperatur über einen längeren Zeitraum.
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Zweckmäßig hat sich eine im Wechselbetrieb arbeitende Vorrichtung
erwiesen, die mit zwei (ggfs. aber auch mehr als zwei) im wesentlichen gleich ausgebildeten
Rührbehältern arbeitet, welche jeweils mit einer Dosierschnecke an einen gemeinsamen
Feinkalk-Silo angeschlossen sind. Es kann dann nämlich der eine der beiden Rührbehälter
zur Herstellung der Kalkmilch eingesetzt werden, während zur gleichen Zeit der zweite
Rührbehälter, in dem zuvor eine Charge an Kalkmilch hergestellt war, zum laufenden
Abzug der fertigen Kalkmilch herangezogen wird. Auf diese Weise läßt sich erreichen,
daß ständig eine für einen Dauerbetrieb ausreichende Menge an fertiger Kalkmilch
vorhanden ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt: schematisch eine erfindungsgemäß
arbeitende Anlage zur Herstellung einer Kalkmilch mit Hilfe von zwei Rührbehältern.
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Die Hauptbestandteile der zeichnerisch dargestellten Anlage sind
ein Feinkalk-Silo 1 sowie zwei einander gleich ausgebildete, mit einer Isolierung
19 bzw. 19' versehene Rührbehälter 2 und 2', die je über eine Dosierschnecke 3 bzw.
3' mit dem Silo 1 verbunden sind. Weiterhin ist ein Rohrleitungssystem vorgesehen,
welches aus zwei von einem gemeinsamen Wasserzulauf 4 ausgehenden Wasser-Zufuhrrohren
5 und 5' besteht sowie aus zwei an einen gemeinsamen Kalkmilchablauf 6 geführten
Kalkmilch-Abzugsrohren 7 und 7'. Im Kalkmilchablauf 6 ist dabei noch ein Regelventil
12 oder alternativ eine Dosierpumpe angeordnet.
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Im Rührbehälter 2 befindet sich ein kräftiges, motorisch angetriebenes
Rührwerk 8. Weiterhin ist am Boden des Rührbehälters 2 ein Rohranschluß 9 vorgesehen,
der über ein Absperrventil 10 mit dem Wasser-Zufuhrrohr 5 und über ein weiteres
Absperrventil 11 mit dem Kalkmilch-Abzugsrohr 7 verbunden ist.
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Verschlossen ist der Rührbehälter 2 durch einen Deckel 13, der mit
einem Entlüftungsstutzen 14 versehen ist sowie mit einem Fallrohr 15, welches an
das Auslaßende der Dosierschnecke 3 angeschlossen ist und als Feinkalk-Einlaß für
den Rührbehälter 2 dient. Der Deckel 13 kann weiterhin noch die Halterung und Lagerung
für das Rührwerk 8 bilden. Am unteren Ende des Fallrohres 15 ist zweckmäßig noch
eine gewichtsbelastete Abschlußklappe (nicht weiter dargestellt) vorgesehen, die
ein Eindringen von Wasserdampf über das Fallrohr in die Dosierschnecke verhindern
soll. Eine ähnliche Abschlußklappe kann sich auch am oberen Ende des Entlüftungsstutzens
14 befinden, um Wärmeverluste infolge eines zu intensiven Luftaustausches des Behälter-Inneren
mit der Atmosphäre zu verringern.
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Der andere Rührbehälter 2' besitzt genau den gleichen Aufbau, die
zu diesem Rührbehälter gehörenden Teile sind mit den gleichen, jedoch durch einen
Index-Strich unterschiedenen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der Feinkalk-Silo 1 dient zur Aufnahme einer größeren Menge an Feinkalk,
die für einen längeren Bedarf ausreicht.
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Der Feinkalk wird zweckmäßig in Silowagen angeliefert und über einen
Einlaß 16 in den Silo 1 eingespeist. Der Wasserzulauf 4 ist an eine Wasserleitung,
einen Wasser-Vorratsbehälter oder dergleichen angeschlossen, und der Kalkmilch-Ablauf
6 ist über eine nicht weiter dargestellte Rohranlage zum Klärwerk geführt.
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Es sei nunmehr die Betriebsweise der Anlage erläutert, und zwar unter
der Annahme, daß sich der Rührbehälter 2 gerade in der Phase der Herstellung einer
neuen Charge von Kalkmilch befindet, während der Rührbehälter 2' fertige Kalkmilch
enthält.
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In diesem Betriebszustand sind die Absperrventile 11 und 10' geschlossen,
während die Absperrventile 10 und 11' geöffnet sind.
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Dadurch ist das Rohrleitungssystem so geschaltet, daß der Rührbehälter
2 an den Wasserzulauf 4 und der Rührbehälter 2' an den Kalkmilch-Ablauf 6 angeschlossen
sind.
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In den Rührbehälter 2 wird zunächst bei geöffnetem Absperrventil
10 die für den Löschvorgang erforderliche Wassermenge eingespeist, die etwa dem
drei- bis fünffachen der für die Herstellung der Charge erforderlichen Gesamtmenge
an Feinkalk entspricht. Dann wird das Absperrventil' 10 geschlossen, was zweckmäßig
automatisch über einen Flüssigkeitsstand-Meßwertgeber erfolgt. Dadurch werden zugleich
auch die Dosierschnecke 3 und das Rührwerk 8 in Betrieb gesetzt, um die Feinkalk-Menge
unter
Rühren in das Löschwasser zu bringen. Die Dosierung der Feinkalk-Menge
erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Zeitrelais, das auf den Antriebsmotor 17 der
Dosierschnecke 3 wirkt und diesen nach einer vorbestimmten Zeit abschaltet.
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Durch das Vermischen des Löschwassers und des Feinkalks hydratisiert
der Feinkalk zu Kalkhydrat, wobei sich eine Reaktionstemperatur von etwa 80"C einstellt,
die wegen der Isolierung des Rührbehälters auch nur verhältnismäßig langsam absinkt.
Die Reaktionszeit beträgt je nach der Löschwassermenge etwa 1 bis 3 Stunden. Im
praktischen Betrieb wird dabei zweckmäßig eine bestimmte, ausreichend sicher bemessene
Reaktionszeit vorgegeben, nach deren Ablauf das Absperrventil 10 wieder geöffnet
wird, um das gebildete Kalkhydrat auf die endgültige Kalkmilch zu verdünnen. Das
anschließende Schließen des Absperrventils 10 erfolgt wiederum über einen Flüssigkeitsstand-Meßwertgeber
automatisch. Das Rührwerk 8 läuft auch während und nach beendetem Verdünnen zweckmäßig
noch weiter, um den Inhalt des Rührbehälters 2 weiterhin kräftig zu durchmischen.
Dieser Behälterinhalt besteht nach beendetem Verdünnen aus der verbrauchs fertigen
Kalkmilch.
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Im gleichen Zeitraum der Herstellung der Kalkmilch im Rührbehälter
2 wird ständig die fertige Kalkmilch aus dem Rührbehälter 2' entnommen. Dies erfolgt
über den Rohranschluß 9', das Kalkmilch-Abzugsrohr 7' und den Kalkmilchablauf 6,
wobei die entnommene Menge an Kalkmilch dem jeweiligen Bedarf entsprechend durch
das Regelventil 12 (bzw. die Dosierpumpe) geregelt wird. Dieses Regelventil 12 ist
zweckmäßig mit einem automatischen, nach Maßgabe des pH-Wertes des zu behandelnden
Abwassers arbeitenden Steuergerät verbunden.
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Sobald der Rührbehälter 2' entleert ist (was ebenfalls wieder über
einen Flüssigkeitsstand-Meßwertgeber automatisch abgetastet wird), werden die Ventile
10 und 10' sowie 11 und 11' so umgeschaltet, daß sofort im Anschluß daran weitere
Kalkmilch aus dem Rührbehälter 2 entnommen werden kann. Zugleich beginnt dann im
Rührbehälter 2' die Phase der Herstellung einer neuen Charge von Kalkmilch. Das
Arbeitsspiel wiederholt sich also entsprechend.
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Eine mit zwei Rührbehältern ausgerüstete Anlage ist, wie schon eingangs
erwähnt, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, da sie es ermöglicht, für
einen Dauerbetrieb ständig eine ausreichende Menge an fertiger Kalkmilch im Vorrat
zu halten. Wegen der erforderlichen Reaktionszeit für die Herstellung einer Charge
von Kalkmilch muß aber der in dem zweiten Rührbehälter vorhandene Vorrat an fertiger
Kalkmilch ausreichend sein, um den während dieser Zeitdauer maximal auftretenden
Bedarf an Kalkmilch zu decken. Das läßt sich durch entsprechende, den Gegebenheiten
des Klärwerks angepaßte Größenbemessung der beiden Rührbehälter 2 und 2' normalerweise
ohne weiteres erreichen. SOllte jedoch in Ausnahmefällen es nicht möglich sein,
mit zwei Rührbehältern so zu fahren, daß der Rührbehälter mit der fertigen Kalkmilch
langsamer geleert wird als der zur Herstellung neuer Kalkmilch dienende Rührbehälter
gefüllt werden kann, dann können der Anlage ohne weiteres noch weitere zusätzliche
Rührbehälter zugefügt werden, die dann ebenfalls mit in das Arbeitsspiel der wechselnden
Füllung und Entleerung einbezogen werden. Solche weiteren Rührbehälterkönnen auch
dann zweckmäßig sein, wenn der Bedarf des Klärwerks besonders stark schwankend ist,
so daß der maximale Bedarf stark von dem durchschnittlichen Bedarf an Kalkmilch
abweicht. In einem
solchen Fall kann es mitunter wirtschaftlicher
sein, anstelle von zwei großen, nach dem maximalen Bedarf bemessenen Rührbehältern
zwei kleinere, auf den durchschnittlichen Bedarf abgestellte Rührbehälter zu verwenden
und die Anlage dann noch mit weiteren kleinen, nur bei überdurchschnittlichem Bedarf
in Tätigkeit tretenden Rührbehältern zu ergänzen.
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Die zeichnerische Darstellung ist in erster Linie zur Veranschaulichung
des Verfahrensprinzips gedacht, nicht so sehr dagegen zur Erläuterung der konstruktiven
Ausgestaltung der Anlage. Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung bestehen
zahlreiche naheliegende Abwandlungsmöglichkeiten.
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So kann beispielsweise (was häufig auch zweckmäßiger ist) der Feinkalk-Silo
in solcher Höhenlage angeordnet werden, daß dessen unterer Entnahmetrichter 18 oberhalb
des Deckels 13 der Rührbehälter zu liegen kommt, so daß die Dosierschnecken 3 und
3' waagerecht verlaufend angeordnet werden können. Anstelle zweier mit je einem
gesonderten Antrieb versehener Dosierschnecken 3 und 3' kann dann auch eine einzige
Dosierschnecke vorgesehen sein, die zwei wahlweise verschließbare, jeweils zu einem
der beiden Rührbehälter führende Fallrohre besitzt oder die insgesamt so schwenkbar
angeordnet ist, daß sie wahlweise über den einen oder den anderen Rührbehälter gebracht
werden kann. Auch kann in einem solchen Fall die Dosierschnecke durch eine analog
wirkende Zellenradschleuse ersetzt sein. Weiterhin braucht der Feinkalk-Silo 1 auch
kein stationärer Silo zu sein, sondern kann gebildet sein durch einen transportablen
Silo-Container, der mit einem Containerfahrzeug vom Kalkwerk zum Verbrauchsort gebracht
wird, dort zunächst als Silo belassen wird und nach seiner Entleerung durch einen
gefüllten neuen Silo-Container ersetzt wird.
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Bei einer stationären Anlage sind im allgemeinen stehende zylindrische
Rührbehälter am zweckmäßigsten. Die Anlage kann aber ebenso auch als fahrbare Anlage
für wechselnde Einsatzorte konzipiert sein, und in dem Fall ist es im allgemeinen
günstiger, die Rührbehälter als liegende zylindrische Behälter auszubilden. Dabei
kann sich im Bedarfsfall das Feinkalk-Silo 1 auf einem gesonderten Fahrzeug befinden
bzw. in der schon erwähnten Weise wiederum durch einen Silo-Container gebildet sein.
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Auch für die Anordnung und Ausbildung der Rührwerke 8 in den Rührbehältern
gibt es, den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend, verschiedene Möglichkeiten.
So können pro Rührbehälter mehrere voneinander unabhängige Rührwerke vorgesehen
sein, um während der Herstellung des Kalkhydrats bzw. der Kalkmilch und der Lagerhaltung
der fertigen Kalkmilch unterschiedliche Rührbedingungen einstellen zu können. Die
Rührwerke brauchen auch keine Propellerrührer zu sein, wie sie der Schemazeichnung
zugrunde liegen, sondern es kann sich ebenso um z.B. Turbinenrührer, Siphon-Rührer
oder dergleichen handeln.
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Weiterhin braucht nicht unbedingt ein gemeinsamer Rohranschluß 9 für
den Löschwasser-Zulauf und den Kalkmilch-Ablauf in den Rührbehältern vorgesehen
zu sein, sondern das Wasser-Zufuhrrohr 5 und das Kalkmilch-Abzugsrohr 7 können über
gesonderte Anschlüsse an die Rührbehälter angeschlossen sein.
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Schließlich sei noch erwähnt, daß die Erfindung zwar mit besonderem
Blick auf das Problem der Aufkalkung des Rohabwassers bei mechanisch-biologischen
Klärwerken entwickelt worden ist, daß sie aber ebenso auch an anderen Stellen einsetzbar
ist, an denen größere Mengen an Kalkmilch benötigt werden.
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. = Patentansprüche -