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Flotationsanlage zur Reinigung von Abwässern
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Die Erfindung betrifft eine Flotationsanlage zur Reinigung von Abwässern,
die nach dem Prinzip der Druckentspannungsflotation arbeitet, enthaltend: ein Flotationsbecken,
in welches Abwasser an einer Einleitungsstelle eingeleitet wird und welches im Abstand
von der Einleitungsstelle einen Abzug für geklärtes Abwasser aufweist, ein mit dem
Abzug verbundenes Becken für geklärtes Abwasser, einen Druckkessel, wenigstens zwei
Pumpen, die in Parallelschaltung angeordnet und mit ihren Einlaß seiten mit dem
Becken für geklärtes Abwasser verbunden sind, ein Zulauf-Regelventil zwischen den
Auslaßseiten der Pumpen und dem Druckkessel, eine Druckluftquelle, welche mit dem
Luftraum des Druckkessels oberhalb der Wasseroberfläche desselben verbunden ist,
einen Wasserstandsfühler an dem Druckkessel, durch den das Zulauf-Regelventil im
Sinne einer Konstanthaltung des Wasserstandes verstellbar ist, eine Vielzahl von
Wasserauslässen, die in dem Flotationsbecken unterhalb der Wasseroberfläche in der
Nähe der Einleitungsstelle angeordnet und mit dem Druckkessel verbunden sind, einen
dicht unter der Wasseroberfläche im Abstand von der Einleitungsstelle angeordneten
Schlammabzug und Mitteln zum Fördern der zur Wasseroberfläche aufgeschwemmten Schwebstoffe
zu dem Schlammabzug.
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Flotationsanlagen dieser Art beruhen auf dem Prinzip, an die in dem
Abwasser enthaltenen Schwebstoffe kleine
Luftbläschen anzulagern
und diese Schwebstoffe so effektiv spezifisch leichter als das Wasser zu machen,
so daß die einzelnen Schwebstoffteilchen an die Wasseroberfläche aufsteigen. Dort
werden sie durch eine geeignete Fördervorrichtung zu einem Schlammabzug gefördert
und abgepumpt. Es sollten sehr fein verteilte kleine Luftbläschen gebildet werden.
Dies wird dadurch erreicht, daß in Druckkesseln, die teils mit Wasser teils mit
Luft gefüllt sind, die Luft unter hohen Druck gebracht wird, so daß sich die Luft
im Wasser löst. Dieses so mit Luft angereicherte Wasser wird durch Wasserauslässe
in das Flotationsbecken auf dessen Grund und in der Nähe der Einleitungsstelle für
das zu klärende Abwasser eingeleitet. Dabei entspannt sich das Wasser aus den Druckkesseln
und gibt Luft in sehr feinen Bläschen ab, die ein Aufschwemmen der Schwebstoffe
bewirken. Für die Druckkessel wird geklärtes Abwasser verwendet, welches einem Becken
für geklärtes Abwasser entnommen wird. Dieses Becken ist mit dem Flotationsbecken
über einen im Abstand von der Einleitungsstelle angeordneten Abzug für geklärtes
Abwasser verbunden. Es wird somit ein Teil des geklärten Abwassers über die Druckkessel
mit Luft angereichert und wieder in das Flotationsbecken zurückgeführt. Das Wasser
wird aus dem Becken für geklärtes Abwasser durch eine Mehrzahl von Pumpen abgezogen
und im allgemeinen in zwei getrennte Druckkessel geleitet. Eine Druckluftquelle
besteht aus einem Druckluftkessel, der über zwei parallel arbeitende Kompressoren
auf den gewünschten Überdruck gebracht wird und über eine Ventilanordnung mit der
Oberseite des Druckkessels in Verbindung steht. Es ist ein Wasserstandsfühler vorgesehen,
der auf Abweichungen des Wasserstandes im Druckkessel von einem vorgegebenen Sollwert
anspricht. Dieser Wasserstandsfühler wirkt auf ein Zulauf-Regelventil, daß zwischen
den in Parallelschaltung angeordneten Pumpen für das geklärte Abwasser und dem Druckkessel
angeordnet ist. Hierdurch wird der Wasserstand in jedem der Druckkessel geregelt.
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Es ist von außerordentlicher Wichtigkeit, daß eine solche Flotationsanlage
ständig fehlerfrei arbeitet. Die Abwässer fallen ständig an, ohne daß darauf Einfluß
genommen werden kann. Es muß verhindert werden, daß bei einem Defekt der Anlage
die Abwässer ungeklärt in den Vorfluter gelangen. Es ist daher bei bekannten Anlagen
eine Vermehrfachung der Bauteile vorgesehen. Bei einer bekannten Anlage ("Umwelt"
5/75 Seite 31 bis 36) sind außer zwei Flotationsbecken drei in Parallelschaltung
angeordnete Pumpen für das "Recycling" des geklärten Abwassers und zwei Druckkessel
vorgesehen. Eine solche Vermehrfachung sämtlicher Bauteile ist außerordentlich aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flotationsanlage der
Eingangs deffinierten Art mit einem Mindesmaß an Aufwand so auszubilden, daß-sie
auch bei Ausfall eines Bauteiles funktionsfähig bleibt und automatisch einer Anpassung
an den sich dadurch ergebenden Zustand vornimmt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Verwendung
von nur zwei Pumpen, von denen im Normalbetrieb nur eine eingeschaltet ist, ein
zweiter kontinuierlich oder in kleinen Stufen arbeitender Wasserstandsfühler vorgesehen
ist, durch den bei Unterschreiten eines vorgegebenen ersten Wasserstandes die zweite
Pumpe zuschaltbar ist.
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Wenn der Wasserstand in dem Druckkessel absinkt, so daß die Gefahr
einer Unterbrechung der Zufuhr an mit Luft angereichertem geklärten Abwasser und
damit einer Unterbrechung der Flotation besteht, wird zunächst die zweite, bisher
nur in Bereitschaft stehende Pumpe zugeschaltet. Es wird davon ausgegangen, daß
ein solches absinkendes Wasserstandes im Druckkessel auf eine Fehlfunktion der zunächst
in Betrieb befindlichen Pump#e zurückzuführen ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß durch
den Wasserstandsfühler bei Unterschreiten eines vorgegebenen zweiten Wasserstandes
ein zu dem Zulauf-Regelventil parallelgeschaltestes Umgehungsventil aufsteuerbar
ist.
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Wenn durch das Zuschalten der zweiten Pumpe der Wasserstand nicht
gehalten werden kann, dann ist ein Defekt an dem Zulauf-Regelventil zu vermuten.
Aus diesem Grund wird ein dazu parallelgeschaltetes Umgehungsventil aufgesteuert.
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Es ist mit diesen Maßnahmen auf jeden Fall eine Zufuhr von geklärtem
Abwasser zu dem Druckgefäß gewährleistet. Eine Vermehrfachung des Druckgefäßes erscheint
demgegenüber nicht erforderlich, da es sich dabei um einen unbeweglichen Bauteil
handelt, dessen Ausfall nicht zu befürchten ist.
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Weiterhin kann die Druckluftquelle ein durch Kompressoren unter Druck
gehaltener Druckluftkessel sein, der über eine Ventilanordnung mit dem Oberteil
des Druckkessels verbunden ist. Eine zweite Ventilanordnung kann zu der ersten parallelgeschaltet
angeordnet sein und es kann die zweite Ventilanordnung von dem Wasserstandsfühler
bei Überschreiten eines über dem Sollwert liegenden dritten Wasserstandes aufsteuerbar
sein.
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Wenn eine Unterbrechung oder Verminderung der Druckluftzufuhr eintritt,
so ist diese mit großer Warscheinlichkeit auf einen Mangel der Ventilanordnung zurückzuführen,
welche den Druckluftkessel mit dem Druckkessel verbindet. Ein Defekt des Druckluftkessels,
der ebenfalls ein stationärer Bauteil ist, ist nicht zu befürchten. Der Druck in
dem Druckluftkessel wird durch zwei Kompressoren erzeugt, so daß auch bei Ausfall
eines Kompressors der Druck in dem Druckluftkessel gehalten wird.
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Schließlich kann durch ein von dem Wasserstandsfühler beaufschlagtes
Steuerteil bei über oder Unterschreiten vorgegebener Wasserstandsgrenzen ein Alarmsignal
auslösbar sein.
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Hierdurch wird sichergestellt, daß ein aufgetretener Fehler nicht
durch die Umschaltung unendeckt beleiben kann, was die Gefahr mit sich bringen würde,
daß nach weiterem längerem Betrieb ein zweiter Fehler auftritt, der dann die Anlage
funktionsunfähig machen könnte.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Figur 1 ist schematisch eine Seitenansicht
einer nach der Erfindung aufgebauten Flo tationsanlage zur Reinigung von Ab wässern.
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Figur 2 ist ein zugehöriges Schaltbild.
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In Figur 1 ist mit 10 ein Flotationsbecken bezeichnet.
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Mechanisch vorgereinigtes Abwasser gelangt über eine Leitung 12 in
eine Kammer 14. In der Kammer 14 wird dem Abwasser ein Flockungsmittel aus einem
Behälter 16 über eine vom Abwasserdurchfluß, der mittels eines eines Durchflußsmessers
18 gemessen wird, gesteuerte Dosiervorrichtung 20 und eiffe Pumpe 22 zugesetzt.
Das Abwasser mit dem zugesetzten Flockungsmittel gelangt dann in Mischkammern 23,
in denen durch Rührwerke 24 eine Durchmischung des Abwassers mit dem Flockungsmittel
bewirkt wird. Von der stromabwärtigen Mischkammer 23 gelangt das mit Flockungsmittel
versetzte Abwasser an einer Eintrittsstelle 26, die auf dem Grunde der Flotationskammer
10 mündet, in diese Flotationskammer. Die Eintrittsstelle 26 ist durch eine schräg
nach oben geneigte Wand 28, die unterhalb der Wasseroberfläche endet, gegen den
Rest der Flotationskammer 10 abgeschirmt. Über Wasseraustritte 30, die dicht oberhalb
der Eintrittsstelle 26 angeordnet sind, wird mit Luft angereichertes Wasser aus
einem Druckkessel 32 in das zu reinigende und mit Flockungsmittel versetzte Abwasser
eingeleitet. Dabei
enspannt sich das mit Luft angereicherte Wasser,
so daß sich eine Vielzahl kleiner Luftbläschen bildet. Diese Luftbläschen lagern
sich an Schwebstoffen und den ausflockenden Bestandteilen des Abwassers an und aschw^-ern.=^n
diese nach oben. An der Wasseroberfläche ist,ein mit Leisten versehenes Förderband
34 vorgesehen, welches die so nach oben geschwemmte Flotte zu einem Schlammabzug
36 fördert, wo der Flotationsschlamm durch Pumpen 38 abgezogen wird. Auf dem Grund
des Flotationsbeckens 10 ist ebenfalls ein mit Leisten versehenes sehenes Förderband
40 vorgesehen, welches den sich am Boden des Flotationsbeckes absetzenden Schlamm
zu einem Auslaß 42 fördert. Ein ähnlicher Auslaß 44 ist an der Einleitungsstelle
26 stromauf von der geneigten Wandung 28 vorgesehen. Der dort abfließende Bodenschlamm-gelangt
ebenfalls in die Schlammleitung 46, in welche auch die Pumpen 38 fördern. Das von
den aufgeschwemmten Schwebstoffen gereinigte Abwasser (chemisch gereinigtes Abwasser)
gelangt über einen Abzug 48 in ein Becken 50 für gereinigtes Abwasser, von welchem
das gereinigte Abwasser über eine Leitung 52 in den Vorfluter abfließen kann. Ein
Teil dieses chemisch gereinigten Abwassers aus dem Becken 50 wird über eine Leitung
54 abgezogen, und zwar durch eine Pumpe 56 oder diese Pumpe in Verbindung mit einer
dazu parallel angeordneten Pumpe 58.
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Dieses Wasser gelangt im Normalzustand über ein Zulauf-Regelventil
60 in den Kessel 32. Dieses Zulauf-Regelventil ist von einem Wasserstandsfühler
62 gesteuert, derart, daß der Wasserstand in dem Druckkessel 32 auf einem vorgegebenen
Sollwert gehalten wird. Parallel zu dem Zulauf-Regelventil 60 ist ein Umgehungsventil
64 angeordnet, welches von einem zweiten, kontinuierlich oder in kleinen Stufen
arbeitenden Wasserstandsfühler 66 in noch zu beschreibender Weise aufsteuerbar ist.
Durch zwei Kompressoren 68, 70 wird in einem Druckluftkessel 72 ein vorgegebener
Überdruck aufrecht erhalten.
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Der Druckluftkessel 72 ist über eine Leitung 74 mit der Oberseite
des Druckkessels 32 verbunden.
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Der über die Leitung 54 abgezogene Teil des chemisch gereinigten Abwassers
wird in dem Kessel 32 mit Luft unter hohem Druck gehalten, wodurch sich Luft in
dem Wasser löst. Wenn dieses so mit Luft versetzte Wasser dann über die Wasserauslässe
30 in das Flotationsbecken 10 gelangt, dann entspannt sich das Wasser, wobei die
gelöste Luft in Form von kleinen Bläschen freigesetzt wird. Es ist wichtig, daß
dieser Vorgang ständig ohne Störung abläuft, da anderenfalls das Abwasser ungereinigt
in den Vorfluter gelangt und der Zufluß von Abwasser sich einer Kontrolle entzieht.
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Figur 2 zeigt'ein zugehöriges Schaltbild. Die Pumpe 56 fördert chemisch
gereinigtes Abwasser aus dem Becken 50 über ein Zulauf-Regelventil 60 in den Druckkessel
32. Das Zulauf-Regelventil 60 wird von dem Wasserstandsfühler 62 gesteuert.
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Die Pumpe 58 ist im Normalbetrieb nicht eingesetzt. Der zweite Wasserstandfühler
66 mißt den Wasserstand kontinuierlich oder in kleinen Schritten. Dieser Wasserstandfühler
66 beaufschlagt ein Steuergerät 76. Wenn der Wasserstand unter an vorgegebenes Maß
(erster Wasserstand) absinkt, dann wird von dem Wasserstandsfühler 66 über das Steuergerät
76 zunächst die Pumpe 58 zusätzlich eingeschaltet. Hierdurch soll ein Ausfall oder
eine verminderte Leistung der Pumpe 56 kompensiert werden. Wenn damit trotzdem der
Wasserstand nicht gehalten werden kann und ein zweiter Wert des Wasserstands unterschritten
wird, dann wird das Umgehungsventil 64 parallel zu dem Zulauf-Regelventil 60 aufgesteuert.
Man kann dann davon ausgehen, daß nicht eine ungenügende Pumpenkapazität die Ursache
für das Absinken des Wasserstandes ist sondern ein Fehler des Zulauf-Regelventils.
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Zur Aufsteuerung des Ventils 64 wird von dem Steuergerät 76 das elektromagnetisch
betätigte Wegeventil 78 umgeschaltet.
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Hierdurch wird über eine Leitung 80 und ein einstellbares Drosselventil
82 das Umgehungsventil 64 pneumatisch mit Druckluft aus dem Druckluftkessel 72 aufgesteuert.
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Die Druckluft aus dem Druckluftkessel 72 wird über eine Ventilanordnung
84 und die Leitung 74 auf den Druckkessel 32 gegeben. Die Ventilanordnung 84 bewirkt
dabei eine geregelte Dosierung der Luftzufuhr. Wenn der Wasserstand in dem Druckkessel
32 über einen vorgegebenen oberen Wert (dritter Wasserstand) ansteigt, spricht der
Wasserstandfühler 66 ebenfalls an. Ein solches ansteigen des Wasserstandes ist auf
einen Fehler in der Druckluftzufuhr zurückzuführen. Da der Druckluftkessel 72 parallel
von zwei Kompressoren 86 und 70, die von Druckfühlern 86 bzw.88 gesteuert sind,
unter Druck gehalten wird, liegt ein Fehler in der Druckluftzufuhr voraussichtlich
in der Ventilanordnung 84. Es wird daher durch das Steuergerät 76 eine zweite Ventilanordnung
90 eingeschaltet, die zu der ersten Ventilanordnung 84 parallelgeschaltet angeordnet
ist.
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Bei der beschriebenen Anlage sind alle beweglichen Bauteile, die eine
Fehlfunktion zeigen könnten, doppelt vorgesehen. Es kann davon ausgegangen werden,
daß gleichzeitig jeweils nur einer dieser Bauteile ausfällt. In diesem Falleoist
dafür gesorgt, daß durch automatische Zuschaltung paralleler Bauteile die Funktion
der Flotationsanlage sichergestellt bleibt. Es kann außerdem durch das Steuergerät
76 eine Alarmeinrichtung 92 betätigt werden, so daß eine solche Fehlfunktion festgestellt
und behoben werden kann. Es ergibt sich auf diese Weise mit geringstmöglichem Aufwand
eine weitestgehende Sicherung gegen einen Ausfall der Anlage.
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