DE2740308C2 - Vorrichtung zum Abscheiden von suspendierten Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von suspendierten Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-OS 24 27 698 ist eine derartige Vorrichtung insbesondere zur Reinigung bestimmter Abwässer bekannt, in deren zylindrischem Behälter ein unterer Suspensionszulauf, ein am trichterförmigen Behälterboden ausgebildeter Suspensionsverteiler, ein als sog. Schwcbcfiltcr wirkender Schlammraum und in seinem oberen Teil ein Schwimmschichtfilter aus einem besonders leichicn Granulat angeordnet sind. Die geklärte Flüssigkeit fließt über einen Überlauf ab. Die in der aufsteigenden Suspension aus dem Schwebefilter mitgerissenen feinsten Feststoffpartikel lagern sich beim Durchströmen des mittels eines Siebes in der Flüssigkeit gehaltenen Schwimmschichtfilters an die Oberflächen seines Granulates an. Sobald nach längeren Betriebszeiten die Durchlässigkeit des Schwinimschichtfilters durch die abgelagerten Feststoffpartikel auf einen gegebenen Grenzwert abgesunken ist, erfolgt eine Regeneration des Filtergranulats durch eine Rückspülung. Zu

ίο diesem Zweck wird ein Teil der im Behälter enthaltenen Suspension über eine an den Schlammraum angeschlossene Ablaufleitung in einen zusätzlichen Behälter abgeführt, was eine Rückströmung insbesondere auch der Flüssigkeit oberhalb des Schwimmschichtfilters und dami* eine Auflockerung des Filtergranulats zur Folge hat. Durch die gesonderte Zufuhr von Druckluft unter den aufgelockerten Schwimmschichtfilter kann die Granulatbewegung intensiviert werden, um dadurch die angelagerten Feststoffpartikel vom Granulat zu lösen. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist der relativ große bauliche Aufwand, der durch Vorsehen eines gesonderten Rücklaufbehälters bedingt wird. Die Regeneration des Schwimmschichtfilters verläuft wegen der Suspensionsrückführung durch eine Leitung relativ langsam und zur Erzielung eines ausreichenden Regenerationseffektes muß zusätzlich Druckluft in die Suspension eingeführt werden, was Rotation?-effekte und unerwünschte Blasenbildung im Klarwasserbereich zur Folge haben kann. Aus der US-PS 37 68 648 ist eine mehrstufige Reinigungsanlage zur Abscheidung von Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten bekannt, bei welcher der zu reinigenden Flüssigkeit in einem ersten Behälter Flockungsmittel zugesetzt werden, aus dem sie in den unteren Teil eines Abscheidebehälters fließen. Jn diesem Abscheidebehälter sind eine Vielzahl von Lamelleneinbauten unter einem Winkel von 5 bis 80° zur Horizontalen geneigt angeordnet, deren Winkel jedoch größer als der Ablagerungswinkel der abzuscheidenden Feststoffe ist. Die Flüssigkeit strömt in diesem Behälter tr« vorgegebener geringer Geschwindigkeit nach aufwärts, wobei die Feststoffe sich aufgrund der sich änderüden Strömungsverhältnisse im Bereich der Lamelleneinbauten abscheiden und im Gegenstrom nach unten sinken. Die teilweise geklärte Flüssigkeit gelangt über einen oberen Sammelbehälter zu einem gesonderten Filier. Da bei dieser bekannten Vorrichtung kein Schwimmschichtfilter vorgesehen ist. arbeitet sie mit entsprechend geringerem Trenneffekt ohne die Notwendigkeit einer Regeneration des Filtergranulats.

so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von suspendierten Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten derart weiterzubilden, daß bei verbessertem Abscheideeffekt der Regenerationsvorgang für das Schwimmschichtfilter intensiviert und verkürzt wird, ohne daß der Suspensionszulauf unterbrochen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch Vorsehen der Lamelleneinbauten in dem Absetzraum sowie durch den vergleichmäßigten Zulauf der zu reinigenden Flüssigkeit über die gesonderte Zulaufkammer und den horizontalen Spaltverteiler ergibt sich der angestrebte bessere Abscheideeffekt, weil unerwünschte Wirbelströmungen im Behälter vermieden

es und die besondere Trennwirkung der Lamelleneinbauicn ausgenutzt wird. Die Anordnung der im normalen Abscheidcbctricb mit Druckluft beaufschlagten Luflkiimmcr ermöglicht eine sehr intensive und schnelle Rc-

generation der Schwimmfilterschicht, weil nach Entlüften der Luftkammer die Flüssigkeit innerhalb kürzester Zeit in die Luftkammer von unten einfließt, wodurch der Flüssigkeitsspiegel im Behälter entsprechend abgesenkt und dabei der Schwimmschichtfilter bis zum Doppelten seiner Schichtdicke auseinandergezogen wird. Durch die Integration der Luftkammer in den Behälter ergibt sich der betriebstechnische Vorteil eines in sich geschlossenen Systems indem sich die Abscheidung ebenso wie die Regeneration des Schwimmschichtfilters vollzieht, ohne daß der Flüssigkeitszulauf und auch der Schlammaustrag unterbrochen werden müßten.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ί,τι einzelnen beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 und 2 eine Ausführung mit geraden Wänden,

F i g. 3 eine Schrägansicht auf den Kreisraum,

F i g. 4 den Spaltverteiler,

F i g. 5 und 6 senkrechte Schnitte durch die Einrichtung mit gemeinsamem Behälter zylindrische' Form, und

F i g. 7 und 8 alternative Ausführungen von Luftkammern.

Bei der Ausführung nach den F i g. 1 —4 ist ein aufrechter Behälter 1 von Wänden 2 begrenzt, die in einen Trichter 4 bzw. 5 übergehen, in dem eine Schnecke 6 für den eingedickten Schlamm und ein Abschlammsunzen 7 angeordnet sind. Eine Trennwand 8 im Inneren des Behällers I trennt einen Absetzraum 12 von einer Zulaufkammer 9, an deren unterster Stelle ein Spaltverteiler 10 mit einem Aufprallschild 11 angeschlossen ist In dem oberhalb des Spaltverteilers 10 angeordneten Absetzraum 12, der durch die nicht dargestellten senkrechten Seitenwände, einer schrägen Wand 3 und der Trennwand 8 begrenzt ist, sind Lamelleneinbauten 14 eingebaut, die aus einem System von profilierten, untere einem Winkel von 30° —80° zur Waagerechten verlaufenden Lamellen gestehen.

Unter dem Spaltverteiler 10 ist ein Schlammraum 15 gebildet, an dessen unterstem Niveau der Abschiammstutzen 7 angeschlossen ist. Der obere Teil des Schlammraums 15 kann mit Lamelleneinbauten 14 ähnlich wie der Absetzraum 12 versehen sein. Über dem Absetzraum i2 ist ein Schwimmschichvfilter 17 mit einer waagerechten durchlässigen Trennwand 18 vorgesehen, unter der eine schwimmfähige körnige Filterschicht 19 in der Flüssigkeit schwimmt. Oberhalb des Schwimmschichtfilters 17 ist ein abguchlossener Raum 20 für die gereinigte Flüssigkeit, dessen Höhe von der Trennwand 17 bis zu einom Überlauftrog 21 mindestens der Dicke der Filterschicht 19 entspricht.

Eine senkrechte Wand 16 mit nicht dargestellten senkrechten Stirnwänden sowie mit den den Absetzraum 12 und den Schlammraum 15 abgrenzenden schrägen Wänden 3 bildet eine Luftkammer 22, die über einen Siphonkanal 23 mit dem Absetzraum 12 bzw. in einer alternativen Ausführung mittels einer Öffnung 24 mit dem Schlammraum 15 verbunden ist. Den Spaltverteiler 10 gemäß F i g. 4 bilden schräge konvergierende Wände 25, wobei zwischen den unteren schrägen Wänden ein Spalt 26 gebildet ist, unter dem der Aufprallschild 11 aus beispielsweise einem Blech oder einem gewalzten T-Profil angeordnet if t.

Zur Regeneration des Schwimmschichtfilters 17 ist gemäß Fi g. 2 die Luftkaii.ner 22 mit dem oberen Teil des Schiammbehälters 15 über eine öffnung 24 an der tiefsten Stelle der Luftkammer 22 verbunden. Die Entlüftung der Luftkammer 22 geschieht über einen Druckluftanschluß 42, ein Entlüftungsventil 39 und einen Druckfühler 38. Druckluft strömt aus einem Speicher 41 in die Luftkammer 22 über ein Reduzierventil 40.

Aus F i g. 3 ist in Schrägsicht die Form des Schlammraums 15 mit der am tiefsten Punkt des keilförmigen Bodens gelagerten Schnecke 6 ersichtlich, wobei der Schlamm aus diesem Raum 15 über den Stutzen 7 abgezogen wird.

Bei der Ausführung nach F i g. 5 weist der Behälter 1 einen stehenden Zylinder 27 mit geschlossenem kegelförmigem Boden 28 auf, an dessen Spitze der Schlammstutzen 7 angeschlossen ist. Die Luftkammer 22 wird durch einen kegelförmigen Zwischenboden 29 gebildet, der am unteren Ende einen zylindrischen Stutzen 30 aufweist. Die Suspension fließt in die Vorrichtung durch einen Einlauf 31, der mit Vorteil tangential am Behälter 27 angebracht sein kann. Die Zulaufkammer 9 ist durch ein kegelförmiges Schild 33 zur Orientierung der Strömung begrenzt, das mit Hilfe von in; Verhältnis zur Ausrichtung des Zwischenbodens 29 mindestens um 10° verdrehten Orientierungsrippen 34 am kgelförmigen Zwischenboden 29 befestigt ist

Die Luftkammer 22 nach F i g. 6 wird durch den Zylinder 27, desr Boden 35 und oben durch eine kegelförmige Wand 28 abgeschlossen, wobei der Schlammstutzen 7 den Boden 35 durchquert Ein Siphonkanal 23 in Form einer Rohrleitung ist in der Luftkammer 22 so angeordnet, daß sein Austrittsstutzen 36 tangential nach außen gebogen ist.

Bei den Ausführungen nach den F i g. 7 und 8 ist die Luftkammer 22 und ihr Anschluß durch den Siphonkanal 23 an den Absetzraum 12 einer Einrichtung zwei symmetrisch um die senkrechte Achse angeordneten Absetz- und Filterteilen zugeordnet, wobei für die Luftkammer 22 mit Vorteil der Raum zwischen dem Boden 35 und den keilförmigen Seitenwänden 5 genutzt wird, der gemäß F i g. 7 durch eine senkrechte Trennwand 2? unterteilt ist

Bei der Ausführung nach F i g. 7 weist jede Luftkammer 22', 22" einen eigenen Siphonkanal 23', 23" auf, wogegen die Ausführung nach F i g. 8 einen gemeinsamen, vor der Mündung in die Absetzbecken 12 verzweigten und an der VerzweigungsstelL· mit einem Stellventil 43 versehenen Siphonkanal 23 hat.

Die durch suspendierte Stoffe verunreinigte Flüssigkeit strömt in die Zulaufkammer 9, wo aus dem Flüssigkeitsstrom die eventuell mitgerissene Luft ausgeschieden wird und wo bei Verwendung von Koagulationsbzw. Reinigungszusäizen die Flockung der Kolloidalstoffe bzw. der aufgelösten Stoffe verläuft. Die Suspension sinkt in der Zulaufkammer 9 zu einem Eintrittsstutzen 100 des Spaltverteilers 10 (Fig.4), durch den sie über die gesamte Bre'te des Absetzraums 12 -- im senkrechten Querschnitt gesehen — durch den Läiigsspalt 26 in Richtung auf das Aufprallschild 11 herausströmt und von diesem nach beiden Seiten waagerecht umgeleitet wird. Der sk'.i allmählich verringernde Querschnitt des Spaltverteüers 10 ermöglicht dieses Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Spalt 26, so daB entlang des Spaltverteüers 10 an jeder beliebigen Stsl'e etwa die gleiche Menge Flüssigkeit austritt. Somit ist für eine gleichmäßige Verteilung d~r Suspension im Absetzraum 12 praktisch in einer Ebene gesorgt, wodurch die Einrichtung sehr niedrig gebaut werden kann. Infolge der Geschwindigkeitsverringerung der ausströmenden Flüssigkeit nach Austritt aus dem Spaltverteiler 10 wer-

den die größeren Teilchen abgeschieden, deren Sedimentationsgeschwindigkeit größer ist als die Eintrittsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes,der im Absetzraum 12 hochsteigt.

Der Absetzraum 12 ist zur Erhöhung des Trenneffekts kleiner Teilchen durch Gravitation und den Masseunterschied der festen Teilchen bzw. deren Klumpen und der Flüssigkeit mit den Lamelleneinlagen 14 ausgefüllt. Durch die Unterteilung des gesmaten Absetzraums 52 in Mikroräume mittels der die Lamelleneinlagen 14 bildenden profilierten Lamellen 13 entstehen während des Durchflusses durch diese Mikroräume günstige hydrodynr.i.-.iche Bedingungen für eine wirkungsvolle Absonderung der Feststoffteilchen. Die gesamte Sedimentationsbahn der Teilchen wird bedeutend verkürzt, diese setzen sich verhältnismäßig rasch am Boden der Mikroräume ab und gleiten in den Schlammraum 15 ab, ohne sich an der Strömung der übrigen suspendierten Teilchen weiter zu beteiligen. Eine zusätzliche, die Sedimentation beschleunigende Wirkung besteht darin, daß in jedem Mikroraum ein ausgedehntes Konzentrationsfeld absetzbarer Teilchen entlang des gesamten Mikroraumes besteht, wo von seinem Eintrittsprofil feinere Teilchen herausgebracht werden und somit deren ungestörte Sedimentation in einem Raum mit geringerer Konzentration fester Stoffteilchen stattfinden kann.

Die abgesetzten grobkörnigen Teilchen sinken sogleich nach Eintritt der Tragflüssigkeit in den Schlammbehälter 15, in den auch der abgeschiedene feinkörnige Schlamm aus der Lamelleneinlage 14 abfließt.

Nachdem die Flüssigkeit im Absetzraum 12 von der meisten Menge suspendierter Stoffe befreit worden ist, steigt sie aufwärts und gelangt in die aus leichten Teilchen, beispielsweise aus kleinen Polystyrenschaumkugeln, expandiertem Perlit usw., bestehende, in der Tragflüssigkeit schwimmende Filterschicht 19. Diese Filterschicnt 13 ist durch die waagerechte durchlässige Trennwand 12, die beispielsweise als Sieb ausgeführt sein kann, vor dem Abschwemmen geschützt. Während des Durchströmens durch diese Filterschicht 19 werden die kleinsten festen Teilchen aus der Tragflüssigkeit entfernt. Diese setzen sich in der Filterschicht fest. Auf diese Weise wird die Filterschicht 19 allmählich durch die aufgenommenen Teilchen verunreinigt und leistet der durchströmenden Flüssigkeit einen größeren Widerstand.

Sobald der Widerstand der Schicht 19 den eingestellten Wert erreicht hat, wird die Regenerierung der Filterschicht 19 von dem Fühler 38 eingeleitet. Die Luft aus der Luftkammer 22 wird durch öffnen des Entlüftungsventils 39 in die Atmosphäre abgelassen. Dabei dringt in die Kammer 22 Flüssigkeit aus dem Sedimentationsraum 12 ein, der Spiegel der gereinigten Flüssigkeit im Behälter 20 sinkt ab. Während dieser Bewegung der Flüssigkeit in der Gegenrichtung des Filterdurchgangs wird die Dicke der Filterschicht 19 mindestens um das Doppelte vergrößert, wodurch sich aus den erweiterten Poren der Filterschicht 19 die anhaftenden festen Teilchen befreien und von dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden. Beim Absinken des Spiegels und bei der Ausdehnung der Filterschicht 19 kann ein Teil des Filtermaterials der Schicht 19 auch in die Mikroräume der Lameileneinlage 14 eindringen, wobei sich die Teilchen der Schicht 19 mit den Wänden der profilierten Lamellen 13 inicsiv berühren und die daran eveniueii haftenden festen Teilchen von dem absinkenden Flüssigkeitsstrom erfaßt und in den Schlammbehäller 15 geschwemmt und im Verlaufe des folgenden Filterablaufs eingedickt werden. Der eingedickte Schlamm wird aus dem Schlammbehälter 15 über den Schlammstutz.cn 7 periodisch abgelassen.

Die Verwendung leichter körniger Materialien für die Filterschicht 19 und die Regenerationsart dieser Schicht ermöglicht die Durchführung einer Regeneration in sehr kurzer Zeit, praktisch in 20 bis 100 s ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Abscheidungsprozesses und unter Gewährung einer hohen Qualität der gereinigten Flüssigkeit. Nach durchgeführten Versuchen kann das Abscheideverfahren gemäß der Erfindung je nach Verschmutzungsgrad der Tragflüssigkeit und der Art und Größe der Verunreinigungen vollautomatisch im Verlaufe von 2 bis 24 Stunden in einem Arbeitszyklus durchgeführt werden.

Die beschriebene Feststoffabscheidung kann auch mit der in Fig. 5 und 6 schematisch dargestellten Einrichtung durchgeführt werden, wobei sich die Unterschiede in der Funktion lediglich aus der unterschiedlichen Konstruktion der Zulaufkammer 9 ergeben, die hier als Ring ausgebildet ist, aus dem die Tragflüssigkeit in der Ausrichtung des kegelartigen Zwischenbodens 29 oder in einer absinkenden schraubenförmigen Bewegung herausströmt, die eine bessere Abscheidung größerer Teilchen durch eine entsprechende Einstellung der Richtrippen 34 ermöglicht, bei der der heraustretende Flüssigkeitsstrom mindestens eine annähernd tangentiale Richtung aufweist.

Die Abscheidung bietet betriebsmäßig und investitionsgemäß nicht nur auf dem Gebiet der Abwasserreinigung, sondern auch in den verschiedensten Herstellungstechnologien der chemischen, pharmazeutischen, der Lebensmittelindustrie sowie anderer Industriezweige wesentliche Vorteile. Das Verfahren und die Einrichtung eignen sich besonders für die Reinigung von saisonbedingten Quellen verunreinigter Flüssigkeiten, z. B.

der AbwäSSScr in LihuiuüiigSgcbictcii ü5W.

Von Vorteil ist besonders ihre schnelle Inbetriebsetzung, die in Verbindung mit einer Flockung kolloidaler bzw. aufgelöster Stoffe, welche direkt in der Zulaufkammer 9 vorgenommen werden kann, als selbtändige komplexe Reinigungseinheit dient.

Allgemein kann die Erfindung überall dort zur Anwendung gelangen, wo es sich um eine wirkungsvolle Abscheidung fester Teilchen aus Flüssigkeitssuspensionen handelt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von suspendierten Feststoffteilchen aus Flüssigkeiten, bestehend aus einem Behälter mit einem Suspensionszulauf, einem Schlammraum mit Schlammaustrag im unteren Behälterteil und einem oberen Oberlauf für die KJarflüssigkeit,

aus einem im Behälter oberhalb des Schlammraums angeordneten Schwimmschichtfilter und
aus einem Druckluftanschluß, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Schlammraum (15) und dem Schwimmschichtfilter (17) ein aus Lamelleneinbauten (14) gebildeter Absetzraum (12) angeordnet ist,
daß zwischen dem Absetzraum (12) und dem Schlammraum (15) ein horizontaler Spaltverteiler (10) angeordnet und an eine im Behälter (1) ausgebildete ZulaufkanmerP) angeschlossen ist und
daß eine mit iiem Druckluftanschluß (42) verbundene Luftkammer (22) im Behälter angeordnet und hydraulisch mit dem unteren Teil des Absetzraums (12) verbunden ist, die während des Abseheidebetriebes mit Überdruck beaufschlagt ist und in deren Druckluftanschluß (42) ein Entlüftungsvetnil (39) zur Erzielung einer Rückspülung des Schwimmschichtfilters (19) eingeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schlammraum (15) unterhalb des Spaltverteilers ilO) weitere schräge Lamelieneinbauten (14) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Ar.spruch c, dadurch gekennzeichnet, daß der Spa'itvertoiler (101 aus schräg konvergierenden Wänden (25) gebildet ist, wobei zwischen den unteren schrägen Wänden ein Spalt (26) gebildet ist, unter dem ein waagerechtes Aufprallschild (11) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltverteiler (10) die Form eines durch einen Teil der Behälterwand (27), einen kegelförmigen Zwischenboden (29) und ein kegelförmiges Schild (33) begrenzten Ringraum (9) aufweist, in dessen vom unteren Ende des Schildes (33) begrenzten Ringspalt (26) tangential ausgerichtete Richtrippen (34) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (22) mit dem Schlammraum (15) über eine gesonderte Rohrleitung (23) hydraulisch verbunden ist.