DE2710373A1

DE2710373A1 - Wirbelkoagulationsverfahren und -vorrichtung zum reinigen von abwasser

Info

Publication number: DE2710373A1
Application number: DE19772710373
Authority: DE
Inventors: Dennis Leigh Johnson; Ernest Robert Ramirez
Original assignee: Swift and Co Inc
Current assignee: JBS USA LLC
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-09-15
Also published as: CA1068833A; GB1577621A; JPS52112166A; US4031006A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Wirbelkoagulationsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser. Hierbei erfolgt ein schnelles Mischen eines Abwasserstrons mit einem Bläschenvorrat bzw. einer Bläschenzufuhr zum Bilden von schwimmfähigen Agglomeraten.

Es besteht ein erheblicher städtischer und industrieller Bedarf für eine leistungsfähige und wirksame Entfernung von Verunreinigungen, wie von Schmutz stoffen und wertvollen Substanzen, aus verschiedenen Abwässern. Hierzu gehören das Entfernen und Wiedergewinnen von Fetten sowie Ölen aus Fleischfabrikabwässern, das Entfernen von Feststoff- und emulgiertem Material aus rohen bzw. unbehandelten Abwasserausflüssen, das Entfernen von Verunreinigungen aus Gerbereiabwässern und das Entfernen von Kies bzw. Sand und anderen Schmutzstoffen aus Wäschereiabflüssen.

In bekannter Weise werden verschiedene Mittel zum Aufschwimmen bzw. Flotieren von Verunreinigungen zur Oberfläche des Abwassers benutzt, wo die Verunreinigungen abgestrichen oder in anderer Weise entfernt werden können. Zum bekannten Stand der Technik gehört das Leiten von Gasen durch ein Abwasser, um Verunreinigungen zur Abwasseroberfläche aufschwimmen zu lassen, damit sie von dem Abwasser getrennt werden können. Eine bessere Abwasserreinigung kann erreicht werden, wenn ein unbehandelter Abwasserstrom zunächst in einer Zelle bzw. Kammer mit Bläschen gemischt wird, um schwl—rniiige Agglomerate zu bilden, und wenn dann die Agglomerate und das Abwasser zusammen aus der Zelle und in einen Flotationstank strömen, und zwar für eine nachfolgende Flotation und ein Entfernen der Agglomerate von dem so gereinigten Abwasserstroau

Es wurde nunmehr festgestellt, daß wirkungsvollere Ergebnisse erzielt werden können, und zwar insbesondere in Verbindung mit der Behandlung großer Volumina, wenn die Zelle bzw. die Kammer in der nachfolgenden Weise aufgebaut und das vorliegende Verfahren zum Bilden srhwl—Γ?»ι Iger Agglomerate befolgt werden. - 7 -

71*38 37/09 53

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung zum Mischen eines rohen Abwassers mit Bläschen, um schwimmfähige Agglomerate in dem Abwasser zu bilden. Ferner soll ein verbesserter aufwärtsgerichteter Wirbelmischvorgang eines strömenden Abwassers mit Mikrobläschen vor dem Zuleiten des Abwasser-Stroms zu einem Flotationstank erreicht werden, in dem schwimmfähige Agglomerate von Verunreinigungen und Bläschen von dem Abwasserstrom getrennt werden können. Und schließlich soll ein Koagulieren von Verunreinigungen in einem Abwasserstrom und ein Mischen dieser koagulierten Verunreinigungen mit Mikrobläschen durchgeführt werden, um schwimmfähige Agglomerate in einem strömenden Abwasser zu bilden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnen sich ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 13 aufgeführten Merkmale aus. Die Erfindung beinhaltet ein verbessertes Verfahren und ein Mittel zum schnellen Bilden von schwimmfähigen Agglomeraten in einem Abwasserstrom mit einem tangentialen Zufluß zum Bilden einer aufwärtsgerichteten, spiralförmigen Abwasserwirbelsäule in einer zylindrischen Kammer, die über einer dichten Bläschenzufuhr angeordnet ist. In der Wirbelsäule werden die Verunreinigungen im Abwasser zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben, wo ein Koagulieren der Verunreinigungen begünstigt wird. Gleichzeitig strömt der Bläschenvorrat nach oben durch die Wirbelsäule, wobei der Bläschenstrom längs der Achse der Säule konzentriert ist. Die koagulierten Verunreinigungen und der Bläschenstrom gelangen in einer venturiähnlichen Art durch einen tangentialen Ausflußpfad, um eine wirksame Berührung der Bläschen und der koagulierten Verunreinigungen zu bilden, damit schwimmfähige Agglomerate in dem Abwasserstrom entstehen, die später nach einem gemeinsamen Ausfluß der schwimmfähigen Agglomerate und des Abwassers aus der zylindrischen Kammer von dem Abwasser flotiert werden können.

Die Erfindung w'rd nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: - 8 -

709837/095T

271Q373

Figur 1 - in einer perspektivischen, teilweise auseinandergezogenen Ansicht die bevorzugte Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - die bevorzugte Vorrichtung in einer Seitenansicht, Figur 3 - die bevorzugte Vorrichtung in Draufsicht, Figur 4 - die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Darstellung zum Aufzeigen alternativer Ausführungsformen und der bevorzugten Strömungsverbindung mit einer typischen Flotationseinrichtung und Figuren 5 bis 8 - alternative Ausführungsformen der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Wirbelsäule (vortex column) durch einen tangentialen Zufluß und einen tangentialen Abfluß eines AbwasserStroms in einer zylindrischen Kammer gebildet, während ein dichter Vorrat an Bläschen in das Unterteil eintritt und nach oben durch die Wirbelsäule gelangt. Dieser aufwärtsgerichtete Bläschenstrom neigt dazu, sich durch einen zentralen Kern längs der Achse der Wirbelsäule vorzubewegen, während Verunreinigungen in dem Abwasser zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben werden, wo sie sich konzentrieren. Die so konzentrierten Verunreinigungen koagulieren und beginnen sich mit den Bläschen zu kombinieren bzw. zu verbinden, wenn diese in der Wirbelsäule strömen. Die koagulierten Verunreinigungen und die axial strömenden Bläschen berühren sich gegenseitig in einer venturiähnlichen Weise, wenn sie von der Wirbelsäule gelangen, um schwimmfähige Agglomerate zu bilden. Diese Agglomerate können zur Oberfläche des Abwassers schwimmen, wobei diese Oberflächenflotierung möglich ist, nachdem die Agglomerate, die sich noch in dem Abwasserstrom befinden, die Wirbelsäule verlassen haben.

Bei dem bevorzugten Verfahren wird ein Abwasserstrom tangential in das Unterteil einer zylindrischen Kammer eingeführt, wobei eine Abwasserwirbelsäule gebildet wird. Der Wirbelstrom treibt das Abwasser zur Peripherie der Wirbelsäule und entwickelt eine Zentrifugalkraft auf dl· Verunreinigungen in dem Abwasser, was ihre Koagulation nahe der Peripherie des Wirbels begünstigt. Mittlerweile werden sehr feine Bläschen in eine Zone eingeführt, die

709837/0953

sich unter der Wirbelsäule befindet und zu dieser offen ist. Viele der Bläschen wandern durch einen zentralen Kern längs der Achse der Wirbelsäule nach oben. An der Oberseite derselben ist ein tangentialer Ausflußpfad vorgesehen. Die durch den zentralen Kern aufsteigenden Bläschen und die allgemein am Umfang der Wirbelsäule nach oben strömenden koagulierten Verunreinigungen vereinigen sich in dem tangentialen Ausflußpfad, um schwimmfähige Agglomerate aus Bläschen und Verunreinigungen zu bilden. Die Agglomerate bleiben mit dem Abwasserstrom gemischt, wenn die Mischung durch den und aus dem Ausflußpfad der Wirbelsäule gelangt.

Die so nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten schwimmfähigen Agglomerate sind durch Schwimmen bzw. Flotieren derselben in dem Abwasser nach dem Herausströmen aus der Wirbelsäule leicht trennbar. Dieser FlotationsVorgang kann das Hinzusetzen eines Flockungsmittels zu der Mischung aus Abwasser und schwimmfähigen Agglomeraten beinhalten. Flockungsmittel, die dazu dienen, die schwimmfähigen Agglomerate zu größeren, leichter abtrennbaren Flocken zu kombinieren, umfassen Polymere, die als Flockungsmittel bekannt sind. Bevorzugte Flockungsmittel sind Polyelektrolyt-Flockungsmittel, wie Polyacrylacrylamide, insbesondere diejenigen der anionischen Art.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird ein besserer Wirbeleffekt erreicht, wobei das Abwasser tangential an der Unterseite der Wirbelsäule eintritt und tangential an der Oberseite derselben austritt. Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verläuft der Ausflußpfad im wesentlichen parallel zum eintretenden Abwasserstrom und im wesentlichen in einer entgegengeeetzten Richtung hierzu. Hierdurch wird die größte geradlinige Distanz zwischen dem Zuflußbereich und dem Ausflußbereich der Wirbelsäule gebildet, um hierdurch jede mögliche Störung zwischen dem Zuflußpfad und dem Ausflußpfad zu verringern, die das Ausbilden und Aufrechterhalten der verbesserten Wirbelsäule nachteilig beeinflussen könnte.

Die Wirbelsäule hat an ihrer Peripherie eine maximale Abwasserge-

- Io -

709837/0953

schwindigkeit, während sich die Geschwindigkeit des kreisförmigen Stroms nahe der Achse der Wirbelsäule dem Wert Null nähert. Beispielsweise beträgt die berechnete Strömungsgeschwindigkeit an der Peripherie einer durch das bevorzugte Verfahren erzeugten typischen Wirbelsäule 24,38 m (80 ft) pro Minute bei einer Säule mit einem Durchfluß von 1136 1 (3oo gallons) Abwasser in einer Minute; die Geschwindigkeit beträgt 45,72 m (15o ft) pro Minute bei einem Durchfluß von 2271 1 (600 gallons) in einer Minute; die Geschwindigkeit beträgt 91,44 m (3oo ft) pro Minute bei einem Durchfluß von 3785 1 (I000 gallons)in einer Minute; und die Geschwindigkeit beträgt 152,4 m (5oo ft) pro Minute bei einem Durchfluß von 6435 1 (17oo gallons) in einer Minute. Der Wirbel beaufschlagt so die Verunreinigungen in dem Abwasserstrom mit großen zentrifugalen Kräften, durch die die Verunreinigungen zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben werden, wodurch die Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit vergrößert wird, daß die Verunreinigungen sich gewöhnlich mit einer beträchtlichen Kollisionsgeschwindigkeit gegenseitig berühren. Durch diesen Effekt ergibt sich eine bessere Koagulation von Verunreinigungen, wobei die Verunreinigungskoagulate selbst durch Zentrifugalwirkung spiralförmig nach oben zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben werden.

Die von der Bläscheneinführungszone unter der Wirbelsäule zugeführten Bläschen steigen in der Wirbelsäule nach oben. Da die Bläschen eine bedeutend geringere Dichte als das Abwasser oder die Abwasserverunreinigungen haben, neigen sie zu einem Wandern zur Achse der Wirbelsäule, wobei sie längs der Achse strömen und das Bilden des zentralen Kerns der Wirbelsäule unterstützen. Der Kern besteht in erster Linie aus einem Strom von Bläschen, die sich durch das Abwasser nach oben bewegen, welches sich in der Nähe der zentralen Achse der Wirbelsäule emporschraubt. Wie es zuvor erwähnt wurde, ist die Kreisstromgeschwindigkeit des Abwassers an der zentralen Achse etwa gleich Null, während die Geschwindigkeit des die Achse umgebenden zentralen Kerns wesentlich kleiner als die Kreisstromgeschwindigkeit des Abwassers an der Peripherie der Wirbelsäule ist. Dieser Geschwindigkeitsgradient äußert sich in der zentrifugalen Kraft, die auf jedes Partikel

- 11 -

709837/095T

in der Wirbelsäule ausgeübt wird, wobei die dichtesten Partikel (allgemein die Verunreinigungen) längs der sich nach oben schraubenden Peripherie der Wirbelsäule bewegt werden, während die weniger dichten Partikel (die Bläschen) zum zentralen Kern getrieben werden, in dem sie aufsteigen. Demgemäß ergibt sich eine forcierte Ausscheidung bzw. Abtrennung der Verunreinigungen von den Bläschen beim Durchströmen eines großen Teils der Wirbelsäule. Diese Abtrennung ist mit ausgesprochenen Vorteilen verbunden.

Erstens werden die Verunreinigungen durch diese Ausscheidung zur Peripherie geleitet. Dort können sie sich ohne bedeutende Störung durch die Bläschen zusammenballen. An der Peripherie liegen auch gewisse Bedingungen vor, die das erwünschte Koagulieren unterstützen. Die von der Wirbelsäule entwickelte Zentrifugalkraft vergrößert die Kollisionsgeschwindigkeit der Verunreinigungen zum Begünstigen der Koagulierung. Auch treibt die Zentrifugalkraft die Feststoffe in ein reduziertes Wasservolumen, um den mittleren Abstand zwischen den Partikeln zu vermindern und die Wahrscheinlichkeit einer gegenseitigen Berührung der Feststoffe zu vergrößern .

Zweitens führt die Abscheidung bzw. Abtrennung zu dem Vorteil, daß die sich zusammenballenden Verunreinigungen eine längenvergrößerte Strecke durchlaufen, in der sich die Verunreinigungen zusammenballen können. Da die Verunreinigungen zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben werden, .. hat ihre Pfadlänge in der Wirbelsäule einen Wert, der etwa dem Umfang der Wirbelsäule multipliziert mit der von derselben durchgeführten Anzahl der Umdrehungen entspricht. Die Anzahl der Umdrehungen ändert sich mit dem Durchmesser sowie der Höhe der Wirbelsäule und der Geschwindigkeit sowie Dauer des Abwasserstroms durch die Wirbelsäule, wie es an anderer Stelle detaillierter erörtert wird. Entsprechend dem bevorzugten Verfahren werden diese Parameter so verändert, daß ein vollständiger Durchgang durch die Wirbelsäule in einer Zeit von etwa o,5 bis etwa 3 Minuten erfolgt. Diese ziemlich große Strömungsgeschwindigkeit durch den langen Spiralpfad kann durch das vorliegende Verfahren ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit bei der Bildung ..chwimmfähiger Agglomerate realisiert werden.-12-

709837/0953

Drittens erzeugt die Abtrennung der Bläschen von den Verunreinigungen, die sich in der Wirbelsäule zusammenballen, einen besseren venturiartigen Mischvorgang der Bläschen und Verunreinigungen, wobei dieser Vorgang längs des tangentialen Ausflußpfades auftritt. Dieser Mischvorgang vom Venturityp erfolgt durch schnelles und vollständiges Kontaktieren der zusammengeballten Verunreinigungen mit Bläschen, wobei die erwünschten schwimmfähigen Agglomerate in dem Abwasserstrom gebildet werden. Der Venturimischvorgang entsteht, wenn der zentrale Bläschenkern plötzlich die Oberseite der Wirbelsäule erreicht und die Bläschen zur Peripherie beschleunigt sowie dem Einfluß der großen Umfangsgeschwindigkeit der koagulierten Verunreinigungen und dem zugehörigen umfangsmäßigen Abwasserstrom ausgesetzt werden. Nachdem der Bläschenstrom zur Peripherie der Oberseite der Wirbelsäule nahe des tangentialen Ausflußpfades getrieben worden ist, werden die Bläschen, die allgemein vertikal durch den zentralen Kern aufgestiegen sind, auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die etwa der Umfangsgeschwindigkeit entspricht. Die beschleunigten Bläschen und zusammengeballten Verunreinigungen werden dann in der Nähe des Ausflußpfades in einer ventur!ähnlichen Weise kontaktiert, und zwar durch Beschleunigen des Bläschenstroms zur Peripherie der Oberseite der Wirbelsäule, die an dieser Stelle den Strom aus koagulierten Verunreinigungen und Abwasser enthält.

Die erwünschte Abtrennung der Bläschen von dem peripheren Strom koagulierter Verunreinigungen wird weiter verbessert, wie es auch für die Koagulierungsbedingungen allgemein zutrifft, wenn auch die folgenden günstigen Schritte beachtet werden. Eine Ladungseinstellungschemikalie wird dem Abwasser zugesetzt, bevor dieses in die Wirbelsäule einströmt. Ferner umgibt ein elektrischer Ladungsvorhang die Wirbelsäule an deren Umfang. Es wurde festgestellt, daß die besten Resultate für die meisten Abwässer erzielt werden, wenn die Chemikalie den Verunreinigungen eine schwache positive Ladung erteilt und wenn der Ladungsvorhang kathodisch ist. Dieser Aufbau führt zu dem weiteren Vorteil, daß eine Korrosion der metallischen Wandung, die den elektrischen Vorhang trägt, wegen der kathodischen Ausbildung ziemlich vollständig vermieden wird. - 13 -

709837/0953

Bs wird angenommen, daß dieser Aufbau die Neigung der Verunreinigungen begünstigt, in Richtung zur Peripherie der Wirbelsäule zu wandern« das heifit xu dem negativ geladenen Vorhang, und zwar aufgrund der Wirkung elektrostatischer Kräfte. Zusätzlich haben viele dme Verunreinigungen nach einem Kontakt mit der Chemikalie eine schwache positive Ladung, und nach einer Berührung des negativ geladenen Vorhangs wird die vorhandene schwache positive Ladung der einzelnen Verunreinigungen vermindert. Dieser Ladungsverminderungseffekt verringert die Wahrscheinlichkeit, daß sich zwei Verunreinigungsbestandteile wegen einer gleichartigen Ladung nicht zusammenballen. Die Koagulierung von Verunreinigungen wird selbstverständlich weiter begünstigt, wenn die Ladungseinstellungschemikalie selbst ein Koagulierungsmittel ist, wie Ferrisulfat oder Alaun.

Wegen der relativ großen Geschwindigkeiten in der Wirbelsäule ist es bevorzugt, daß eine relativ hohe und schmale stehende Abwassersäule direkt über und in Strömungsverbindung mit der Wirbelsaule vorhanden ist. Eine solche stehende Säule ermöglicht das Entlüften unerwünschter Fluidgegendrücke, die im Fall einer unvorhersehbaren Unterbrechung des Abwasserstroms stromabwärts von der Wirbelsäule entstehen können. Es ist auch möglich, daß einige Bläschen durch diese stehende Säule gelangen, wenn die Bläschenzufuhr die Bläschenabwicklungskapazität des tangentialen Ausflußpfades übersteigt.

Nach den vorliegenden Verfahren ergibt sich ein besseres Ausbilden von schwimmfähigen Agglomeraten aus Verunreinigungen und/oder koagulierten Verunreinigungen mit Bläschen innerhalb einer sehr kurzen leitperiode auch bei der Behandlung bedeutender Mengen betriebsmäßiger, industrieller oder städtischer Abwässer. Die Verweilzeit in der Wirbelsäule muß unabhängig von ihrem Volumen nur im Bereich von etwa o,5 bis 3 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 Minuten liegen.

Die für dieses Verfahren benötigten sehr feinen Bläschen können elektrolytisch, durch Gasdispersion oder-lösung oder aber durch

- 14 -

709837/0953^

271Q373

eine Kombination einer elektrolytischen Erzeugung und einer Gasdispersion oder-lösung erzeugt werden. Gasdispersions- oder -lösungsmethoden können die Vorteile mit sich bringen, daß sie preis werter als eine elektrolytische Bläschenerzeugung sind und daß eine Bläschenquelle mit beträchtlichen Verwirbelungs- oder Turbulenzeigenschaften zum Begünstigen des Mischvorgangs von Bläschen und Verunreinigungen in der Wirbelsäule gebildet wird. Unabhängig von der tatsächlichen Art der Bildung der Bläschen werden dichte Wolken sehr feiner Bläschen in die Bläschenzufuhrzone unter der Wirbelsäule eingeführt, um die dichte Mikrobläschenzufuhr zu bilden. Die Bläschen sollten einen Durchmesser im Bereich von etwa 1o bis 5oo JU, vorzugsweise 2o bis 3oo u, und im Idealfall 3o bis 15o u haben. Die dichte Zufuhr dieser Bläschen sollte etwa 1o

8
bis 1o Bläschen pro Liter und etwa o,1 bis 1o Volumenprozent des durch die Wirbelsäule fließenden Abwassers ausmachen. Wenn die Leitfähigkeit (in erster Linie bei einer elektrolytischen Erzeugung) und/oder die Oberflächenspannung (in erster Linie bei einer Gasdispersion) eines bestimmten Abwassers nicht passend sind, um Bläschen innerhalb der Größen- und Dichteparameter zuzuführen, dann sollten ionische Arten bzw. Stoffe und/oder oberflächenaktive Mittel zugesetzt werden.

Xonische Stoffe, oberflächenaktive Mittel oder den Lösungsvorgang begünstigende Stoffe können direkt zum Hauptstrom des Abwassers zugesetzt werden, bevor dieser in die Wirbelsäule eintritt. Dieses hat jedoch den Nachteil, daß die Leitfähigkeit, die Oberflächenspannung oder eine andere Eigenschaft des gesamten Abwasserstroms eingestellt werden muß, obwohl der Einstellvorgang in erster Linie nur wichtig für das «ersetzte Wasser ist, das als ein Gaslösungsmedium oder Dispersionsmedium benutzt wird. Wenn das jeweilige Abwasser nach diesem Verfahren behandelt wird, ist ein Einstellen seiner physikalischen Eigenschaften erforderlich. Demgegenüber ist es bevorzugt, daß die Einstellung nicht bei dem gesamten Abwasserstrom vorgenommen wird.

Dieses kann durch Hinzufügen eines zusätzlichen Wasserzuflusses direkt in die Bläscheneinfuhrungszone erfolgen. Dieses Wasser

- 15 -

709837/0953

kann ein unbehandeltes oder gesiebtes Abwasser sein, das von dem rohen Abwasserstrom abgezweigt wird; es kann Abwasser sein, das durch das vorliegende Verfahren gereinigt wurde; oder es kann aus einer separaten Flüssigkeitszufuhr stammen. Welche Mittel auch immer benutzt werden, werden die Chemikalien, sofern solche zugesetzt werden, in den zusätzlichen Wasserzufluß eingespritzt, bevor das Wasser in die Bläscheneinführungszone eintritt und bevor es mit Gas zersetzt und/oder dispergiert oder gelöst wird.

Wenn zu dem zusätzlichen Zufluß ionische Stoffe zugesetzt werden, können diese ebenfalls koagulieren«! und/oder ladungseinstellend wirken. Geeignete ionische Stoffe sind Alaun, Ferrisulfat, Schwefelsäure, Kalziumhydroxid, ein einwertiges Salz, ein mehrwertiges Salz und Kombinationen dieser Stoffe. Die benötigte Menge an ionischen Stoffen verändert sich natürlich mit der Leitfähigkeit des benutzten Wassers. Vorzugsweise sollte die Einstellung ein passendes Ausbilden einer dichten Zufuhr von Bläschen auch bei niedrigen Spannungen im Bereich von etwa 6 bis 15 Volt ermögliche!

Die Menge und Art des gegebenenfalls benutzten Oberflächenmittels hängt von dem benutzten Wasser ab. Wenn die Ausfuhrungsform mit der Gasdispersion praktiziert wird, ist es wichtig, daß das Dispersionsmedium eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 6o Dyn pro Quadratzentimeter hat, so daß Bläschen der erforderlichen Bläschengröße erzeugt werden. Bläschen der richtigen Größe und Dichte entstehen nur bei einer Oberflächenspannung im.Bereich von 2o bis 6o, vorzugsweise 3o bis 5o Dyn pro Quadratzentimeter. Es kann ziemlich jedes die Oberflächenspannung verminderndes Mittel, oder oberflächenaktives Mittel, für diesen Zweck benutzt werden. Mittel, die die Oberflächenspannung herabsetzen, können als Benetzungsmittel, Reinigungsmittel oder Emulsionsbildner charakterisiert werden. Sie können anionisch, kationisch oder nichtionisch sein. Spezifische Beispiele sind anionische oder aichtionische Aminsulfonate eines Kokosnuß Alkylolamide, nichtionische oberflächenaktive Mittel eines äthoxylierten Nonyl-Phenols, Seifen, die einen Stearate, Cleate oder Laurate enthaltenen Grundstoff haben, und anionische Reinigungsmittel aus der Familie der Alkyl-Ary!-Sulfonate. - 16 -

709837/0953

Der zusätzliche Wasserzufluß verstärkt nicht nor die Wirksamkeit von zugesetzten Chemikalien, wie oberflächenaktiven Mitteln oder ionischen Stoffen, sondern er sorgt auch für einen ständigen, nach oben gerichteten Bläschenstrom in der Wirbelsäule, wodurch die Steuerung disruptiver Effekte unterstützt wird, die durch eine übermäßige nach unten gerichtete Strömung des rohen Abwassers am Zufluß der Wirbelsäule herbeigeführt werden können. Es wurde festgestellt, daß dieser Aufbau optimal ist, wenn die zusätzliche Wasserstromrate in der Zone etwa 7 Volumenprozent des Volumens der Zone pro Einheitszeit der Bläschenerzeugimg -beträgt. Ein annehmbarer Bereich für diesen Wert liegt zwischen etwa 5 und etwa 15 Volumenprozent.

Wenn die Bläschen elektrolytisch erzeugt werden, kann die Wirksamkeit dieses Vorgangs verstärkt werden, indem das Wasser im wesentlichen in einer elektrisch abgeschirmten Umgebung zersetzt wird. Hierdurch wird das Bilden elektrischer Brücken verhindert, die den für das Zersetzen zu benutzenden Strom aufbrauchen und die einen gefährlichen elektrischen Stoß begründen . Die Abschirmung kann dadurch gebildet werden, daß ausgewählte metallische Teile mit Plastisol oder dergleichen beschichtet und ein nichtleitendes Blatt aus einem Material wie Popylen zwischen ausgewählten metallischen Teilen und den elektrolytischen Zersetzungsmitteln angeordnet werden.

Die bevorzugte Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindimg ist in Figur 1 perspektivisch dargestellt und allgemein mit der Hinweiszahl 11 bezeichnet. Eine zylindrische Kammer 12, die im wesentlichen keine innere Hindernisse aufweist, ist über und JLn Strömungsverbindung mit einer Bläschenversorgungs- bzw. — »wfwiiT-icji—t»r-

13 angebracht. Ein Einlaß 14 verläuft tangential zum Boden der Kammer 12, und ein Auslaß 15 ist tangential längs der Oberseite der Kammer 12 angebracht. Es ist die bevorzugte Ang des Einlasses 14 in bezug auf den Auslaß 15 dargestellt; !Der Einlaß

14 verläuft im wesentlichen parallel zum Auslaß 15« wobei der Einlaß 14 und der Auslaß 15 im wesentlichen dieselbe relative Richtung zur Kammer 12 einnehmen, so daß das Abwasser in den Ein-

- 17 -

709837/0953

■-i*

- 17 -

IaB 14 in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen eintritt. In der das Abwasser durch den Auslaß 15 strömt. Natürlich sind auch andere relative Anordnungen des Einlasses 14 sowie des Auslasses 15 unter der Voraussetzung möglich, daß der letztere entsprechend angeordnet ist, damit die Austrittsrichtung mit der Richtung des Wirbelstroms übereinstimmt.

Vorzugsweise hat die Kammer 12 ein im wesentlichen geschlossenes Oberteil 21 mit einem durch dieses geführten Standrohr 22. Wenn die Bläschen elektrolytisch erzeugt werden sollen, enthält die Kammer 13 eine Vielzahl von Elektroden 23, die vorzugsweise horizontal in ein oder mehreren horizontalen Reihen angebracht sind. Es wurde festgestellt, daß dieser bevorzugte Aufbau zu optimal vorteilhaften Ergebnissen führt, da er die kleinsten Bläschen erzeugt und die dichteste Bläschenversorgung gewährleistet, während eine Störung zwischen den Bläschen verringert wird. Abwechselnde Elektroden sind entweder mit einem positiven oder einem negativen Anschluß einer Gleichstromversorgung über Verbindungs- bzw. Anschlußsteckerglieder 24 verbunden. Unabhängig von der Art der Erzeugung der Bläschen ist es bevorzugt, daß eine elektrische Leitung 25 die Kammer 12 mit dem negativen Anschluß verbindet, um einen kathodischen Korrosionsschutz zu bilden. Es können geeignete Schaltmittel (nicht dargestellt) zum Umkehren der Polarität einer jeden Elektrode 23 vorgesehen sein, um sie in einem relativ krusten- bzw. schuppenfreien Zustand zu halten, während die Kammer 12 in ihrer Funktion als eine Kathode beibehalten wird.

Figur 2 zeigt Einzelheiten bezüglich der bevorzugten Elektrodenanbringung. In der Kammer 13 ist eine Vielzahl von Arm- bzw. Trägerpaaren 31, 31' angebracht, und es ist zum Festlegen jeder horizontalen Reihe von Elektroden 23 ein solches Paar erforderlich, wie es auch für ein Paar von Sattel- bzw. Auflagergliedern 32, 32' zutrifft. Die letzteren sind aus einem nichtleitenden Material, wie Holz oder Kunststoff, hergestellt, um die elektrische Funktion einer jeden Elektrode 23 beizubehalten und das Bilden der elektrisch erzeugten Bläschen zu verstärken, wenn durch die Elektroden 23 Gleichstrom geleitet wird. Es sind auch eine Ablaß-

- 18 -

709837/0953

271Q373

bzw. Reinigungsöffnung 33 und ein Rohr 34 zum Erleichtern des Entfernens von Schlamm bzw. Abfall aus der Kammer 13 dargestellt, die sich vorzugsweise gemäß der Darstellung in Richtung zur Ablaß- bzw. Reinigungsöffnung 33 verjüngt. Die letztere oder das Rohr 34 kann auch in ein Mittel zum Einführen eines zusätzlichen Wasservorrats oder eines Vorrats mit ionischen Arten bzw. Eigenschaften und/oder eines oberflächenaktiven Stoffes in die Kammer 13 eingeschlossen werden. Figur 3 zeigt in einer präziseren Weise die bevorzugten tangentialen Relatiwerbindungen zwischen der Kammer 12 sowie dem Einlaß 14 einerseits und zwischen der Kammer 12 sowie dem Auslaß 15 andererseits.

Wie es aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, enthält die bevorzugte Vorrichtung allgemein mit der Hinweiszahl 35 bezeichnete Abschirmungsmittel zum Verhindern eines elektrischen überbrückung: Stroms zwischen den Elektroden 23 und den angrenzenden leitenden Teilen der Kammer 13. Zu den bevorzugten Abschirmungsmitteln 35 gehören seitliche Abschirmungen 36, 37 und Abschirmungen 38, 39, 38', 39' und versetzte Querabschirmungen 4o, 4o*. Zu den Abschirmungen kann auch eine nichtleitende Beschichtung auf den Sattelbzw. Auflagergliedern 32, 32' und auf den Armen bzw. Trägern 31, 31' wie auch auf anderen Armen oder leitenden baulichen Gliedern gehören, die in der Nähe der Elektroden angeordnet sind.

Um die Elektrodenanschlußglieder 24 und die zugeordnete elektrische Verdrahtung vor beschädigenden bzw. zerstörenden Stößen zu schützen, ist es bevorzugt, daß an der Außenseite der Elektrodenkammer 13 eine Abdeckung 41 quer zu einem Ende der Elektroden 23 vorgesehen wird. Ein ähnlicher Schutz ergibt sich vorzugsweise für das andere Ende der Elektroden 23 durch einen angelenkten Dekkel 42, dem Arme 43, 44 und Bolzen 45 zugeordnet sind. Der Deckel 42 ermöglicht ferner einen leichten Zutritt zu den Elektroden 23 zwecks Austauschens oder Instandsetzens derselben oder zum Zwecke einer Hinzufügung oder Wegnahme von Elektroden, um die Anzahl der in der Kammer 13 angebrachten Elektroden zu verändern.

Die bevorzugte Verbindung der Vorrichtung 11 mit nachfolgenden Flotationsmitteln ist in Figur 4 dargestellt. In dieser Figur ist

^Z-I ■ - 19 -

709837/0953

genau gezeigt, daß die in der Kammer 12 gebildeten schwimmfähigen Agglomerate ungetrennt von der Kammer 12 durch den Auslaß 15 strömen, und zwar zusammen mit im wesentlichen dem gesamten Wasser strom. Der Strom aus Wasser und schwimmfähigen Agglomeraten tritt dann in eine Leitung 51 ein, die sich in Strömungsverbindung mit einem offenen Flotationstank 52 befindet. Wenn es erwünscht ist, kann ein Flockungsmittel in die Leitung 51 eingespritzt bzw. eingeleitet werden, um die gegenseitige Bindung der echwiamfähigen Agglomerate zu begünstigen. Nachdem sich die Agglomerate und der Abwasserstrom in dem Tank 52 befinden, können die Agglomerate zur Oberfläche des Abwassers schwimmen, um durch geeignete Mittel, wie sich drehende, abstreichende Leisten bzw. Schienen 53, entfernt zu werden, wobei das auf diese Weise gereinigte Abwasser durch eine Ablaßöffnung 54 fließt. Die Flotation von Schaum zur Oberfläche des Tanks 52 kann dadurch unterstützt werden, daß ein Flotationsbläschenzufuhrmittel (nicht dargestellt) vorgesehen wird, um einen im wesentlichen laminaren Bläschenstrom von dem Bodenbereich zur Oberfläche des Tanks 52 zu leiten.

Die vorrichtung kann auch eine Bückleitung 55 zum Leiten von gereinigtem Wasser aus dem Tank 52 und zum Auffüllen des in der Kammer 13 aufgeschlossenen (decomposed) Wasservorrats enthalten. Die Leitung 55 kann mit der Kammer 13 über die öffnung 33, das Bohr 34 oder andere ähnliche Mittel in Strömungsverbindung stehen Das An—all des Wasserstroms kann in geeigneter Weise durch ein Ventil 56 oder ein ähnliches Mittel gesteuert werden. Alternativ kann eine unabhängig ventilgesteuerte Wasserquelle zum Auffüllen des Wasservorrats in der Kammer 13 vorgesehen werden.

Figur 4 zeigt auch alternative Ausführungsformen der Vorrichtung 11. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht ein Einschließen von Bläschen, die nicht elektrolytisch erzeugt sind, in die Bläschenzufuhrkanimer 13. In Abhängigkeit von der jeweiligen Art des zu behandelnd Abwassers können diese alternativen Ausführungsformen Elektxoc η 23 enthalten oder nicht enthalten. Da die An-

, 709837/0953 bad original ~ ^2o '

- 2ο -

zahl der Elektroden 23 reduziert oder die Elektroden vollständig eliminiert werden können, ist hierdurch gewöhnlich eine Senkung der Investitions- und Betriebskosten möglich, die mit der Verwendung von elektrischer Energie zum Aufschließen von Nasser verbunden sind.

Bei einer dieser Ausführungsformen befindet sich eine allgemein mit der Hinweiszahl 61 bezeichnete Gasdispersions- bzw. -auflösungseinrichtung in stromaufwärts gelegener Strömungsverbindung mit der Bläschenvorratskammer 13. Die Einrichtung 61 entwickelt, wenn sie zum Dispergieren bzw. Zerstreuen oder Zerstäuben von Gas benutzt wird, eine große Scherung (high shear) zwischen einer Gasphase und einer wässrigen Phase. Die Einrichtung enthält eine Gasquelle 62 zum Einführen von Gas, wie Luft, in das flüssige Medium, gewöhnlich Wasser. Die Einrichtung 61 kann eine schnelllaufende Rührvorrichtung, ein Schnellauf ender Mischer oder eine Zerstäubervorrichtung sein, wie es in Figur 5 dargestellt ist; auch kann sie eine Zentrifugalpumpe gemäß Figur 6 sein; ferner kann sie ein statischer Mischer gemäß Figur 7 sein; oder sie kann ein Druckgasauf löser gemäß Figur 8 sein. Insbesondere wenn die Einrichtung 61 eine Dispergier- bzw. Zerstäubervorrichtung ist, kann ein Injektor 63 für ein oberflächenaktives Mittel vorhanden sein, um die Oberflächenspannung des zugefübrten Mediums auf den zum Dispergieren bevorzugten Bereich zwischen etwa 2o bis 6o Dyn pro Quadratzentimeter abzusenken. Bei diesem Oberflächenspannungsbereich kann die erforderliche ΒΊ flJraflM¹«»*» "**+** in der Einrichtung 61 erreicht werden, auch wenn nur Dispersionstechniken benutzt werden. Diese Dichtewerte liegen im allgemeinen im Bereich von etwa 5 bis etwa 2o Volumenprozent «1SfWThff»n in der Einrichtung 61. Wenn diese Dichtewerte nicht erreicht werden, ergibt sich eine erhebliche Verminderung bezuglich der Entfernung vom Verunreinigungen, nachdem das Gas la die Einrichtung 61 eingeführt worden ist, setzt sich der Nasserstrom in die Γι— ι 13 fort, um zwar entweder durch eine einzelne leitung yi min Darstellung oder durch eine Vielzahl von Leitungen, um die Verteilung der Mikrobiäscfcten über das horizontale VrTmIl der Kammer 13 zu begünstigen.

Diese !leitungen können den AbIaB bzw. *"ir^1aff 33 oder die Leitung 34 enthalten. 709837/0953 - 21 -

In Figur 4 1st noch eine andere alternative Ausführungsform dargestellt/ bei der ein Verbindungsglied 71 Im Strömungspfad des rohen bzw. unbehandelten Abwassers vorgesehen 1st. Ein Auslaß 72 steht mit dem Einlaß 14 in Strömungsverbindung, während der andere Auslaß 73 eine ventilgesteuerte Strömungsverbindung mit der Kammer 13 hat, um diese mit einem zusätzlichen Wasserzufluß zu versorgen.

Die Einrichtung 61 aus Figur 5 enthält bewegliche Schaufeln 64 zum Dispergieren bzw. Zerstreuen oder Zerstäuben von Gas der Gasquelle 62 im Wasser von der Leitung 55, um Mikrobläschen zu erzeugen. Figur 6 zeigt eine Einrichtung 61 in Form einer Zentrifugalpumpe mit Flügeln 74 zum Entwickeln der erforderlichen großen Scherung zwischen dem Gas von der Quelle 62 und dem Wasser von der Leitung 55, um auf diese Weise eine wässrige Gasdispersion zu bilden.

Im Gegensatz zu der mechanischen Dispersionseinrichtung aus den Figuren 5 und 6 wird bei der Einrichtung 61 aus Figur 7 die Dispersion ohne sich bewegende Teile erreicht. Statt mittels bewegter Teile wird die erforderliche große Dispersionsscherung durch eine Vielzahl von Flügeln .bzw. Schaufeln 84 entwickelt, die stationär und in weitgehendem Kontakt mit der Innenwand 83 der Einrichtung 61 angeordnet sind. Das durch die Leitung 55 fließende Wasser und das durch die Quelle 62 zugeführte Gas strömen gemeinsam durch die Einrichtung 61, wobei ein Auftreffen bzw. Aufprallen auf die Flügel oder Schaufeln 84 sowie ein Drallvorgang längs derselben erfolgen, um hierdurch eine wässrige Gasdispersion zu bilden, die dann zur Kammer 13 strömt.

In der Einrichtung 61 aus Figur 8 wird die Gasquelle 62 vorzugsweise von einer Quelle komprimierter Luft (nicht dargestellt) unter Druck gesetzt, deren Druck etwas größer als derjenige unmittelbar stromabwärts ist und beispielsweise 4,22 kg/cm (6o psi) beträgt. Der Strom der Quelle 62 wird durch einen Strömungsmesser 91 gemessen, so daß die Bläschendichte in der Einrichtung 61 aufrechterhalten werden kann, um in der Größenordnung von o,1 bis

709837/0953 - 22 -

Volumenprozent Bläschen in das durch die Kammern 12 fließende Abwasser zu leiten. Die Quelle 62 1st mit der Einrichtung 61 stromabwärts von einer Flüssigkeitspumpe verbunden, vorzugsweise einer Zentrifugalpumpe 92. Stromabwärts von der Gasquelle 62 befindet sich ein Druckbehälter 93 zum Halten des Gases und der Flüssig-

2 keit auf einem Druck von etwa 2,46 bis 5,27 kg/cm (35 bis 75 psi

2
vorzugsweise auf etwa 3,52 kg/cm (5o psi). Die Verweilzeit in den Behältern ist kurz und beträgt etwa o,5 bis 5 Minuten, vorzugsweise etwa 2 Minuten. Der Behälter 93 enthält gewöhnlich ein konstantes Spül- bzw. Ablaßventil (constant purge release valve) 94, das ein Austreten von überschüssigem Gas ermöglicht, welches gewöhnlich von einem Flüssigkeitsnebel begleitet wird.

In dem Auslaß des Behälters 93 befindet sich ein Konstantdruckauslaßventil 95 zum Aufrechterhalten des Drucks im Behälter 93, während ein Strömen eines gelösten Gas/Flüssigkeits-Stroms in die Kammer 13 ermöglicht wird. Durch diesen Aufbau fällt der Druck des gelösten Gas/Flüssigkeits-Stroms beim Hindurchströmen durch das Ventil 95 auf atmosphärischen Druck, so daß sich dieser Strom beim Eintreten in die Kammer 13 schon unter etwa denselben Druckbedingungen befindet, die in der Kammer 13 vorliegen. Obwohl bei der in Figur 8 dargestellten Aus führung s form zum Lösen des Gases Druck angewendet wird, ist der Strom des der Kammer 13 zugeführten gelösten Gases nicht unter Druck gesetzt. Hierdurch werden in der Kammer 13 und der Wirbelkammer 12 dieselben allgemeinen Bläschenströmungscharakteristiken erreicht, die vorstehend erörtert wurden und in allen Ausführungsformen dieser Erfindung vorliegen.

Die nachfolgenden Beispielen dienen nur zur Erläuterung der Erfindung und sollen diese in keiner Weise beschränken.

Beispiel I

Unter Chargenbedingungen wurde ein Labortest durchgeführt, um die durch die Wirbelsäule des bevorzugten Verfahrens erreichten Wirkungen zu bestimmen. Ein Rohrreinigungsabwasser, das ätzende Laugenlösungen, Öle und andere organische Stoffe enthielt, wurde in eine 1o1,6 mm (4 Zoll) Kammer über einem Gitter aus 25 Edelmetallelektroden eingebracht. Die Kammer hatte eine Aufnahmekapazität

709837/0953

von 5,68 1 (1-1/2 gallons). Das Abwasser wurde mit 8oo ppm Ferrisulfat und 2oo ppm Kalziumhydroxid behandelt, bevor es in die eingeleitet wurde.

Bei einem Versuch wurde das Abwasser dann einem Stromfluß von 3,5 Ampereminuten pro 3,79 1 (1 gallon) Abwasser unterworfen, um eine dichte Zufuhr von Mikrobläschen zu erzeugen, die sich willkürlich bzw. zufällig in dem Abwasser verteilen konnten. Es wurde keine verbesserte Wirbelsaule nach der vorliegenden Erfindung gebildet. Der Strom wurde begrenzt bzw. beendet, und es wurde ein anionisches Polymer—Flockungsmittel zugesetzt, um eine endgültige Agglomeration zu erreichen. Die untere, gereinigte Abwasserschicht zeigte einen Jackson-Trübungsmeßwert von 85 Einheiten.

ein an sich identischer Versuch durchgeführt, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Wirbelsäule entsprechend dem

liegenden Verfahren simuliert wurde, und zwar mittels einer itiaiitMi, motorgetriebenen Schaufelrührvorrichtung, die vertikal längs dgr zentralen IVfhnf* der Kammer angeordnet war. Die Rührvorrichtung wurde während des Erzeugens des dichten Mikrobläschenvorrats erregt. Das gereinigte Abwasser zeigte einen bedeutend verbessertem Jackson-Trübunqsmeßwert von nur 18 Einheiten.

Bei

spiel II

Es wurden versuche ähnlich denjenigen aus dem Beispiel I durchgeführt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Elektrodenkammer durch einen Mi scher ersetzt wurde, so daß statt elektrolytisch erzeugter Mikrobläschen dispergierte Lnftaikrobläschen zugeführt wurden Bsi dienen Versuchen wurde ein Gerbereiabwasser mit 14oo ppm BOD, 88o ppm fein verteilten Feststoffen und 48o ppm Hexan Extrahier— baren Ρ""™»» extractables) mit 12oo ppm Ferrisulfat und 6oo ppm Kalk (lime} behandelt. Dann wurden dispergierte Luftmikrobläschen

Bei ölra» Versuch wurde eine Wirbelsäule entsprechend -liegenden Verfahren mittels eines manuell betätigten, vertikalen Schaufelrührers simuliert, der auf einem kreisförmigen

Pfad zwischen der zentralen Achse und den innenseitigen Wandungen

der Kammer bewegt wurde. Bei einem anderen Versuch wurde keine

- 24 -

709837/0953

Wirbelsäule ausgebildet, und das behandelte Abwasser sowie die Mikrobläschen waren zufällig verteilt. Nach der endgültigen Agglomeration mit 1o ppm Polymer-Flockungsmittel wurden Wasserklarheitsversuche durchgeführt. Das mit der Wirbelsäule behandelte Abwasser hatte einen Jackson-Trübungsmeßwert von 25 Einheiten, während das mit einer zufälligen Verteilung behandelte Abwasser einen Jackson-Trübungsmeßwert von 52 Einheiten aufwies.

Beispiel III

Die im wesentlichen in den Figuren 1,2 und 3 dargestellte Vorrichtung wurde an eine herkömmliche Gerberei, mit einem mittleren Abwasserausstoß von etwa 1514 1 (4oo gallons) pro Minute angeschlossen. Stromabwärts von dieser Vorrichtung befand sich ein Flotationstank ebenfalls mit Elektroden. Alle Elektroden waren parallel über einen einzigen Gleichrichtersatz für 43oo Ampere bei 6,6 Volt an die Leistungsquelle bzw. das Netz angeschlossen. Der gesamte Abwasserausstoß wurde durch den tangentialen Einlaß geleitet. Insgesamt 1ooo ppm 'ferrifloc' und 6oo ppm Kalk wurden dem Zufluß zugesetzt. Dem Strom von der zylindrischen Kammer wurden 8 ppm eines Polyacryl-Acrylamid-Polymer-Flockungsmittels mit etwa 5o bis 9o Gewichtsprozent Acrylamiden oder Methacrylamiden und etwa 1o bis 5o % Acryl- oder Methacrylsäure oder wasserlöslichen Salzen zugesetzt, wobei sich der Stoff durch ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2 Millionen, gewöhnlich etwa 7 bis 12 Millionen, auszeichnete,wie es durch Lichtstreutechniken gemessen wurde. Der schwimmende und in dem Tank entfernte Schaum bzw. Bestandteil hatte gemäß einer Analyse 1o Gewichtsprozent Feststoffe und es erfolgte eine Ansammlung mit einer mittleren Geschwindigkeit von 22,71 1 (6 gallons) pro Minute. Eine Analyse des Abwassers selbst ergab folgende Werte:
Verunreinigung Zufluß Abfluß

BOD gesamt 674 ppm

feinverteilte Feststoffe 1o92 ppm

Hexan Extrahierbare 592 ppm

gelöster Sauerstoff 6,3 ppm

pH-Wert 5,1

dreiwertiges Chrom 65 ppm

709837/0953

216	ppm
1c	ppm
ι	ppm
Ti	ppm
7,
4,	ppm
	25 -
51
14
r3
,5
J

Beispiel IV

Dieses Beispiel zeigt, daß die bevorzugte Vorrichtung leicht modifizierbar ist, um kontinuierlich einen weiten Bereich von Abwasserströmungsgeschwindigkeiten zu behandeln, während eine konstante Kammerverweilzeit von nur etwa einer Minute aufrechterhalten wird. Für dieses Beispiel wird der Durchmesser der zylindrischen Kammer mit einem quadratischen horizontalen Querschnitt erhalten, der an jeder Seite 2,29 m (7,5 ft) ausmacht. Die Höhe beträgt etwa o,5o8 m (2o Zoll). Der Einlaß und der Auslaß haben jeweils einen Innendurchmesser von etwa o,254 m (1o Zoll). Damit die berechnete Verweilzeit von etwa einer Minute beibehalten werden kann, wenn der zugemessene Abwasserstrom durch die Zelle bzw. den Hohlraum ansteigt, ist es notwendig, die Höhenzunahme der zylindrischen Kammer, die ungefähre Anzahl der Umdrehungen in der Kammer und die zum Aufrechterhalten der passenden Bläschendichte erforderlichen Einstellungen zu bestimmen. Wenn die Bläschen elektrolytisch erzeugt werden, erfolgt die Bläschendichteveränderung durch Einstellen der Elektrodenzahl und/oder des Stroms, um den Gesamtstromwert bei etwa 1 bis etwa 4 Ampereminuten pro 3,79 1 (1 gallon) Abwasserfluß zu halten. Die anderen Variablen ergeben etwa folgende Werte:

Abwasserstrom	Verweilzeit	Beispiel	Höhe der	V	Ungefähre Anzahl
(Gallonen pro	(Minuten)	Wirbelkammer	der Umdrehungen
Minute)		(mm)	in der Kammer
68o	1	6o9,6	7
85o	1	762	9
1o2o	1	914,4	12
119o	1	1o66,8	15
136o	1	1219,2	16
153o	1	1372	17
17oo	1	1524	18

Dieses Beispiel zeigt vorteilhafte Ergebnisse, die für bestimmte Abwässer erreicht werden können, indem die alternative Ausführungsform praktizieret wird, bei der ein zusätzlicher Wasserzufluß zur Bläscheneinfuhrungszone zur Anwendung kommt. Der Gesamtstrom

709837/0953 " ²⁶ "

des Abwassers von einer algenüberschwemmten Lagune (lagoon) wurde so aufgeteilt, daß 9o Volumenprozent des Abwassers in den Einlaß der Wirbelsäule flössen, während die abgespaltenen 1o Volumenprozent mit 15oo ppm Alaun als eine ionische Art behandelt und dann in den Boden der Bläschenvorratskammer, die eine Vielzahl von Elektrodenpaaren hatte, eingeführt wurden. Es wurde eine Gesamtspannung von nur 18 Volt benötigt, um einen Strom von 16o Ampere zu erzeugen. Die so in dem abgespaltenen Strom erzeugten Mikrobläschen wurden mit den übrigen 9o % Abwasser in der Wirbelsäule kombiniert. Die schwimmfähigen Agglomerate begleiteten den Ausfluß der Wirbelsäule. Es wurde ein Polymer-Flockungsmittel zugesetzt, und es erfolgte ein Aufschwimmen der Verunreinigungen von dem so gereinigten Abwasser. Es wurden insgesamt 3o28 1 (8oo gallons) Abwasser zufriedenstellend gereinigt.

Dieselbe Abwasserquelle wurde dann in der gleichen Weise behandelt, jedoch mitddem Unterschied, daß nicht 1o % des Stroms abgezweigt wurden. Dieselbe Menge an Alaun wurde zum Gesamtstrom zugesetzt, um eine 15o ppm Konzentration vor dem Eintreten in die Wirbelsäule zu erreichen. Wiederum wurde eine zufriedenstellende Reinigung erzielt, doch wurde eine Spannung von mehr als 3o Volt erforderlich, um einen Strom von 16oo Ampere zu erreichen, der benötigt wurde, um die Mikrobläschen geeigneter Größe und Dichte zu erzeugen.

Beispiel VI

Im Rahmen eines weiteren Beispiels für die alternative Ausführungsform aus dem Beispiel V wurde ein KonservenfabrJJt-Abwasserstrom von 2271 1 (6oo gallons) pro Minute behandelt. Bei einem Versuch wurde der gesamte unbehandelte Abwasserstrom mit 3oo ppm Ferrisulfat unmittelbar vor dem Eintritt in die Wirbelsäule behandelt; beim Anlegen einer Spannung von 14 Volt führten die Elektroden einen Strom von nur 45o Ampere. Durch folgende Modifikation ergaben sich bei einer Spannung von 14 Volt 95o Ampere. Ein Strom von 1o Volumenprozent des gesamten Abwassers (total wastewater floc) wurde zu der Bläschenvorrats- bzw. -versorgungskammer und den Elektroden abgezogen. Der abgezweigte Strom betrug

709837/0953 - ²⁷ -

227 1 (6o gallons) pro Hinute, und diesem Strom wurden 3ooo ppm Ferrisulfat zugesetzt« so daß die Konzentration in der Wirbelsäule nur 3oo ppm betrug.

Beispiel VII

Dieses Beispiel zeigt eine andere alternative Ausfuhrungsform, bei der die Oberflächenspannung des Abwassers eingestellt wird, um das Ausbilden einer durch Dispersion erzeugten Bläschenzufuhr geeigneter Dichte zu ermöglichen. Es wurde das Abwasser einer Rindfleisch-Konservenfabrik behandelt. Dieses Abwasser hatte 12oo ppm gesamt BOD, 7oo ppm fein verteilte Feststoffe, 65o ppm Hexan Extrahierbare und eine Oberflächenspannung von etwa 7o Dyn pro Quadratzentimeter. Bei dieser Oberflächenspannung, die grosser als diejenige ist« welche für die vorliegende Erfindung erforderlich ist, konnten nur Luftbläschen relativ großen Durchmessers gebildet werden, und die Dichte der so dispergierten Bläschen war kleiner als o,4 Volumenprozent des Abwassers. Beim Anwenden der so dispergierten Bläschen zum Behandeln des Abwasserstroms bei einem Volumenverhältnis von etwa 1 : 1o wurde festgestellt, dafi diese Bläschendichte zum Ausflocken und Aufschwimmen der Abwaseerverunreinigungen ungeeignet war.

Ein Volumen von 15o cc Leitungswasser wurde mit 2o ppm eines Amin Sulfonat Kokosnuß Alkyl Olamid oberflächenaktiven Mittels kombiniert, um die Oberflächenspannung auf etwa 42 Dyn pro Quadratzentimeter abzusenken. Das so behandelte Leitungswasser wurde dann in einen Luftdispergierapparat geleitet, bis ein Gehalt von etwa to Volumenprozent Hikrobläschen vorlag, was innerhalb des bevorzugten Bereichs von 5 bis 2o Volumenprozent des Dispersions Stoffs liegt. Diese Luftdispersion wurde in einen Liter des unbenandelten Abwassers geleitet, wobei ein Mischvorgang während 3o Sekunden zugelassen wurde; die Menge der Mikrobläschen betrug etwa 1,5 Volumenprozent des Abwassers. Nach Hinzufügung eines PoIy-

er -Flockungsmittels und nach einer Flotation enthielt das behandelte Wasser 4oo ppm gesamt BOD, 32o ppm fein verteilte Feststoffe und 75 ppm Hexan Extrahierbare.

709837/0953

- 28 -

Beispiel VIII

Ein dem Beispiel VII ähnelnder Versuch wurde in Verbindung mit einem Gerbereiabwasser mit 14oo ppm gesamt BOD, 88ο ppm fein verteilten Feststoffen und 480 ppm Hexan Extrahierbaren durchgeführt Diesem Abwasser wurden direkt 12oo ppm Alaun und 600 ppm Kalk zugesetzt. Da dieses Abwasser eine annehmbare Oberflächenspannung von 38 Dyn pro Quadratzentimeter hatte, wurde es direkt in einen Mischer eingebracht, bis 15 Volumenprozent Mikrobläschen erzeugt waren. Nach dem Zusetzen desselben zum Abwasser, wonach eine Poly merxausflockung und eine Flotation erfolgten, wurde festgestellt, daß das behandelte Abwasser 25o ppm gesamt BOD, I80 ppm fein verteilte Feststoffe, 15 ppm Hexan Extrahierbare und einen Trübungsmeßwert von 25 Jackson-Trübungseinheiten hatte.

Beispiel IX

Gerbereiabwasser mit 1100 ppm BOD, 85o ppm fein verteilten Feststoffen, 62o ppm Hexan Extrahierbaren und einer Trübung von etwa 5ooo Jackson-Trübungseinheiten wurde mit gelösten Mikrobläschen in einer Wirbelkammer behandelt. Dieses Abwasser wurde mit II00 ppm Ferrisulfat, 600 ppm Kalziumhydroxid behandelt und dann einer Druckbelüftung mit vollständig gelöster Luft während 3 Minuten bei einem Druck von 3,515 kg/cm (5o psi) unterworfen. Nach dem Druckabbau wurde dieses Abwasser der simulierten Wirbelsäule aus Beispiel I eine Minute lang ausgesetzt. Dann wurden 6 ppm Polymer' Flockungsmittel zugesetzt, und es erfolgte ein Aufschwimmen der so gebildeten Flocken zur Oberfläche, um dort abgenommen zu werden. Das so gereinigte Wasser wurde analysiert und ergab folgende Werte: 21ο ppm BOD, 12o ppm fein verteilte Feststoffe, 25 ppm Hexan Extrahierbare und einen Trübungswert von 3o Jackson-Trübungseinheiten .

7Q9837/09S3

Leerseite

Claims

G 5o 791 -su

Fixma Swift ft Company, 115 West Jackson Boulevard, Chicago, Illinois 6o6o4, (USA)

Wirbelkoagulationsverfahren und -vorrichtung zum Reinigen von Abwasser

Patentansprüche

Wirbelkoagulationsverfahren zum Reinigen von Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwasserstrom mit Verunreinigungen tangential in den Unterteil einer Wirbelsäule bzw. -kammer mit einer vertikalen Achse eingeführt wird, daß der Abwasserstrom zu einem nach oben erfolgenden spiralförmigen Fließen durch die Wirbelsäule veranlaßt wird, daß die Verunreinigungen zur Peripherie der Wirbelsäule getrieben werden, daß die Verunreinigungen nahe der Peripherie koaguliert werden, daß eine dichte Zone aus Bläschen unter der Wirbelsäule zugeführt wird, daß die Bläschen durch die Wirbelsäule nach oben geleitet werden und der Bläschendurchgang in einem längs der Achse verlaufenden zentralen Kern konzentriert wird, daß ein tangentialer Ausflußpfad für das Wasser, die Bläschen und die Verunreinigungen gebildet wird und daß die Bläschen mit den Verunreinigungen in Berührung gebracht werden, um schwimmfähige Agglomerate aus Bläschen und Verunreinigungen zu bilden, wobei der Kontakt- bzw. Berührungsvorgang in einer venturiähnlichen Weise |a dem Ausflußpfad erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bläschendurchgang bzw. -durchfluß durch Zuführen eines zusätzlichen Wasserstroms in die dichte Bläschenzone unterstützt wird, wobei der zusätzliche Wasserstrom in einem Strömungsbereich von etwa 5-15 Volumenprozent der dichten Zone liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

eine aufrechte Abwassersäule direkt über und in StrSmungsver-

709837/0953

ORIGINAL INSPECTED

bindung mit der Wirbelsäule gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, das beim Zuführen der dichten Bläschenzone ein ionischer Stoff, ein oberflächenaktives Mittel oder beide Stoffe in die Zone zugesetzt werden, wodurch die Bläschen einen Durchmesserbereich von etwa 2ο bis 3oo u und eine Dichte von etwa 1o bis 1o Bläschen pro Liter haben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusetzen eines oberflächenaktiven Mittels die Oberflächenspannung des Wassers auf etwa 2o bis 6o Dyn pro Quadratzentimeter herabgesetzt, wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasserstrom vor dem tangential en Einführen desselben eine Ladungseinstellungschemikalie zugesetzt wird, um den Verunreinigungen eine schwache positive Ladung zu erteilen wodurch das Treiben der geladenen Verunreinigungen zur Peripherie der Wirbelsäule das Bilden von Koagulat aus geladenen Verunreinigungen unterstützt, daß ein negativ geladener Vorhang zugeführt wird, der die Wirbelsäule am Umfang umgibt, und daß einige der geladenen Verunreinigungen und geladenen Koagulate mit dem Vorhang in Berührung gebracht werden, um die positive Ladung weiter zu schwächen und eine weitere Koagulation von Verunreinigungen und Koagulaten zu fördern.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bläschenzufuhr- bzw. -Versorgungsschritt elektrolytisch in einer elektrisch abgeschirmten Umgebung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bläschenversorgungsschritt durch Zerstreuen bzw. Dispergieren eines Gases in einem Dispersionsmedium mit einer Oberflächenspannung zwischen etwa 2o bis 6o Dyn pro Quadratzentimeter durchgeführt wird.

709837/0 95
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas unter Druck in einem flüssigen Medium gelöst wird, wonach der Druck etwa auf atmosphärischen Druck abgebaut wird, bevor die dichte Bläschenzone unter der Wirbelsäule zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die schwimmfähigen Agglomerate zur Oberfläche des Abwasserstroms stromabwärts von dem tangentialen Ausflußpfad aufschwimmen bzw. flotiert werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem tangentialen Einführen und dem Strom durch den tangentialen Ausflußpfad eine Zeit von etwa o,5 bis etwa 3 Minuten vergeht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser ein Strom von unbehandeltem-(rendering) Wasser ist.
13. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, gekennzeichnet durch eine Bläschenzufuhr- bzw. -versorgungskammer (13), durch ein Mittel (33, 34) zum Eifüren eines zusätzlichen Wasservorrats in die Kassier (13), durch eine zylindrische Kammer (12) mit einei im wesentlichen vertikalen Achse, wobei die Kammer (12) über und in Strömungsverbindung mit der Bläschenzufuhr- bzw. -fversorgungskammer angebracht ist, durch einen Einlaß (14) in tangentialer Strömungsverbindung mit dem Umfangsunterteil der Kammer (12) und durch einen Auslaß (15) in tangentialer Strömungsverbindung mit dem Umfangsoberteil der Kammer (12).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Kammer (12) im wesentlichen frei von inneren Hindernissen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (15) im wesentlichen parallel zum Einlaß (14)

7Ü9837/0 553

verläuft und daß der Einlaß (14) sowie der Auslaß (15) im wesentlichen in derselben Richtung relativ zur Kammer (12) ausgerichtet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 15, ferner gekennzeichnet durch eine mit der zylindrischen Kammer (12) verbundene kathodische elektrische Leitung (25), die mit einer Gleichstromversorgung elektrisch verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Kammer (12) ein im wesentlichei geschlossenes Oberteil (21) und ein Standrohr (22) aufweist, welches über und in Strömungsverbindung mit dem Oberteil (21) angebracht ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 17, gekennzeichnet durch eine den tangentialen Auslaß (15) mit einem Flotationstank (52) strömungsmäßig verbindende Leitung (51).
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 18, ferner gekennzeichnet durch eine Rückleitung (55), die eine Ablaßöffnung (54) des Flotationstanks (52) mit dem Mittel zum Einführen eines zusätzlichen Wasservorrats verbindet.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zuführen von Bläschen in die Kammer (13) eine Vielzahl von horizontal angebrachten Elektroden

(23) und von Abschirmungsmitteln (36, 37, 38, 39, 38', 39', 4o, 4ο¹) aufweist, wobei diese Abschirmungen zwischen den Elektroden (23) und Abschnitten der hieran angrenzenden Kammer (13) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (61) zum Zuführen von Bläschen in die Kammer (13) eine Gasdispersionseinrichtung ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die

Gasdispersionseinrichtung (61) ein statischer Mischer mit

709837/0953

- 5 stationären Flügeln (84) ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (61) zum Zuführen von Bläschen in die Kanmer (13) eine Druckgasauflösungseinrichtung (pressurised gas dissolving meanρ)ist.

709837/0953