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Beschreibung
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zur Patentanmeldung Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen
chemischen Behandlung von gelöste, emulgierte und/oder kolloidale Stoffe enthaltenden
Flüssigkeiten und Abtrennung dieser Stoffe mit Hilfe der Schwerkraft Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen chemischen Behandlung von gelöste, emulgierte
und/oder
kolloidale Stoffe enthaltenden Flüssigkeiten, insbesondere
Abwässern, mit Ausflocken und Abtrennung (Flotation und Absetzen) dieser Verunreinigungen
mit Hilfe der Schwerkraft sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.
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Gemäß den bekannten Verfahrenstechniken beziehungsweise Technologien
der Abwasserreinigung werden die die Verunreinigungen gelöst, emulgiert und/oder
im kolloidalen Zustand enthaltenden Abwässer in mehreren Stufen gereinigt.
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In den einzelnen Reinigungsstufen werden im allgemeinen zuerst die
leichteren Verunreinigungen (Fett und Öl) flotiert, dann werden dem zu reinigenden
Abwasser chemische Fällungsmittel zum Koagulieren und Flocken zugesetzt, und danach
wird das Abwasser zum Z#i#e der Flockenbildung und des Absetzens durch entsprechende
Anlagen geleitet. Bei den bekannten Verfahrenstechniken beziehungsweise Technologien
werden wesentlich größere Reagenzmengen zugesetzt als die auf Grund des Zeta-Potentials
errechenbare Menge. Infolgedessen bildet sich auch wesentlich mehr Schlamm, und
daher sind die Kosten für Chemikalien und für die Schlammbeseitigung hoch (Mucsi-Urbányi:
Olajtartalmu szennyvizek tisztitásának ujabb hazai eredmenyei, 3. Vizminoségi és
Viztechnológiai Konferencia, Budapest, 9. bis 13. Oktober 1979). Die zur Reinigung
verwendete Chemikalienmenge kann durch Intensivierung der Reinigungsvorgänge verringert
werden.
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Bei einigen neueren Verfahren wird der entstandene Schlamm rezirkuliert
und dadurch der Chemikalienverbrauch gesenkt. Der Schlamm wird von einer mechanischen
Rührkonstruktion gerührt (unter Nr. T/11720 bekanngemachte ungarische Patentanmeldung).
FUr derartige Verfahren sind sehr aufwendige
Vorrichtungen mit langen
Antriebsachsen und aufwendigen Konstruktionen zum Reduzieren der Drehzahl und zur
Drehzahlregelung erforderlich. Nachteilig ist ferner, daß durch die Schlammzirkulation
die Flocken häufig zerfallen, ihre oberflächenaktive Wirkung geringer wird und sie
daher schwer absetzbar sind (R. Köhler: Wasser, Luft und Betrieb 19 21975],
,Nr. 2, Seite 72 bis 77). Nachteilig ist auch, daß sämtliche Verunreinigungen durch
Absetzen abgetrennt werden, obwohl Fette, Öle und leichtere schwebende Verunreinigungen
mit weniger Chemikalien, aber einem besseren Wirkungsgrad flotiert werden können
(Rediger: Gewässerschutz-Wasser-Abwasser, B. 19, Tagung vom 28.4. bis 30.4.1975
in Essen, Seite 505 bis 509).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile
des Standes der Technik ein Verfahren zur kontinuierlichen chemischen Behandlung
von gelöste, emulgierte und/oder kolloidale Stoffe enthaltenden Flüssigkeiten und
Abtrennung dieser Stoffe mit Hilfe der Schwerkraft, bei welchem die chemische Behandlung,
das Ausfällen und die Flockenbildung, und ein Rezirkulieren der Flocken sowie das
Absetzen des Schlammes ohne mechanisches Rühren in einer Stufe vorgenommen und die
leichteren Bestandteile, falls solche vorhanden sind, chemisch flotiert werden,
bei geringerem Chemikalienbedarf sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben
zu schaffen.
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Das Obige wurde überraschenderweise durch die Erfindung erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus drei unabhängig voreinander
regelbaren Verfahrensmaßnahmen:
a) Die notwendigen Chemikalien und
die zu behandelnde Flüssigkeit werden miteinander vermischt und in Berührung gebracht
und winzige Gasblasen werden in die Flüssigkeit eingemischt.
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b) Bei absinkender Strömungsgeschwindigkeit werden die Flocken vergrößert
und koaguliert, die aktiven Flocken werden rezirkuliert, und die leichteren Bestandteile
werden mit Hilfe der eingebrachten Gasblasen flotiert.
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c) Die mit den Chemikalien koagulierten Stoffe werden absetzen gelassen.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur kontinuierlichen
chemischen Behandlung von gelöste, emulgierte und/oder kolloidale Stoffe enthaltenden
Flüssigkeiten und Abtrennung dieser Stoffe mit Hilfe der Schwerkraft durch Vermischen
der Flüssigkeit und der jeweils erforderlichen Chemikalien mit Hilfe von am unteren
Ende eines senkrechten symmetrischen Mischabschnittes eingeführten Gasen und durch
Ausflocken und Abtrennen der in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffe in einem Misch/Flockungs/Koagulier-Raum
und einem von dessen senkrechter Symmetrieachse aus betrachtet radial an ihn sich
anschließenden mit ihm in Verbindung stehenden Absetzraum, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Einbringen der mit den Chemikalien vermischten Flüssigkeit in den Flockungs/Koagulier-Raum,
der auch ein Flotationsraum ist, mit Hilfe eines am unteren Ende von einer oder
mehreren im Mischraum angeordneten rohrförmigen Transportleitung (en) und/oder einem
oder mehreren im Mischraum angeordneten Rohr(en) eingeleiteten Gasstromes durchgeführt
wird, sie im Flokkungs/Koagulier/Flotations-Raum nach unten strömen gelassen
wird,
der ständig wachsende Flocken enthaltende Flüssigkeitsstrom mit dem in das Verfahren
eintretenden mit Chemikalien vermischten rohen Flüssigkeitsstrom vermischt wird
und die nach oben geschwommenen Stoffe aus dem oberen Teil des Flockungs/Koaguiier/Flotations-Raumes,
der abgesetzte Schlamm vom Boden des Absetzraumes und die gereinigte Flüssigkeit
aus dem oberen Teil des Absetzraumes abgezogen werden.
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Vorteilhaft wird die Geschwindigkeit des im Mischraum zirkulierenden
Flüssigkeitsstromes über die Menge des zum Mischen dienenden Gasstromes geregelt.
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Es ist auch vorteilhaft, das Verhältnis des in das Verfahren eintretenden
rohen Flüssigkeitsstromes und des durch den Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum
hindurchgeführten Flüssigkeitsstromes über die Menge des zum Bewegen des letzteren
verwendeten Gasstromes zu regeln.
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Die Geschwindigkeit der im Flockungs/Koagulier/Flotations ~Raum nach
unten strömenden Flüssigkeits kann kontinuierlich oder abschnittsweise verringert
werden.
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Vorzugsweise werden als Gasströme Luftströme verwendet.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus
den folgenden von die Strömung lenkenden zylindrischen beziehungsweise konischen
Wänden oder ebenen Flächen begrenzten drei Flüssigkeitsräumen besteht:
a)
einem von einer Wand begrenzten Chemikalieneinmisch/Ausfällungs-Raum, b) einem von
Wänden umgrenzten Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum und c) einem von Wänden umgrenzten
Absetzraum, die zweckmäßig konzentrisch um die Symmetrieachse von dieser radial
nach außen in der angegebenen Reihenfolge aufeinanderfolgend angeordnet sind.
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Zweckmäßig sind im Chemikalieneinmisch/Ausfällungs-Raum unten und
oben offene senkrechte Rohre angeordnet, an deren unterem Ende Gasverteilerorgane
angeordnet sind.
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Im Chemikalieneinmisch/Ausfällungs-Raum kann eine Transportleitung,
die über eine Verteilerkammer und mit ihr verbundene Leitungen an den Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum
angeschlossen ist, angeordnet sein.
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Vorteilhaft ist im oberen Teil des Flockungs/Koagulier/Flotaions-Raumes
eine zum Abführen der nach oben geschwommenen Stoffe eingerichtete Sammelmulde angeordnet.
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Zweckmäßig liegt am Boden des Absetzraumes ein von einer konischen
Wand begrenzter Schlammraum vor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
bringen die folgenden Vorteile mit sich:
a) Die zur Reinigung der
gelöste, emulgierte und/oder kolloidale Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeiten,
wie Abwässer, notwendigen Maßnahmen, die chemische Behandlung (AusfäIlen, Flocken
und Koagulieren), die Flotation und das Absetzen, werden in einer einzigen Stufe
verwirklicht.
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b) Die erforderlichen Chemikalien werden ohne mechanisches Rühren
mittels des zur Flotation verwendeten Gases, wie Luft eingemischt.
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c) Die Rezirkulation der entstehenden Flocken wird ebenfalls mittels
eines Gases, wie Luft, vorgenommen.
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d) Über die Menge der hindurchgeleiteten Gase, wie Luft, können das
Mischen und die Rezirkulation getrennt geregelt werden.
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e) Durch das Rezirkulieren der aktiven Flocken ist der Chemikalienbedarf
verringert, wobei weniger Chemikalienschlamm gebildet wird.
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f) Die Flocken wachsen während der Rezirkulation unter günstigen Bedingungen
und sind gut absetzbar.
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g) Bei Verwendung von Eisensalzen als Chemikalien wird der Sauerstoffbedarf
der chemischen Reaktion durch die eingeleitete Luft gedeckt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft zur Reinigung von
Fette, Öle, Waschmittel, organische Substanzen und/oder fällbare gelöste Verunreinigungen
enthaltenden Abwässern eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden beispielhaften Darlegungen
in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung stellt
eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt
dar.
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Die Vorrichtung, welche ein äußeres Gehäuse mit konischen beziehungsweise
zylindrischen Wänden 15, 16, das aber auch ebene Wände haben kann, aufweist, hat
einen außen von einer Wand 7 begrenzten, oben und unten offenen Chemikalieneinmisch/Ausfällungs#RaumAundeinen
außen von Wänden 8, 9, 18 und innen von der Wand 7 des Chemikalieneinmisch/Ausfällungs--Raumes
A begrenzten, unten offenen Flodwngs#oagulier#ta#ns-Raum B sowie einin##n<#nI#:nischen
beziehungsweise zylindrischen Wänden 15, 16 und äußeren Wänden 8, 9 des Flockungs/Koagulier/Flotations--Raumes
B umgrenzten Absetzraum C, welche Räume zum Strömen von Flüssigkeit eingerichtet
sind. Im oberen Teil des oben durch die betreffende Wand 18 abgeschlossenen Flockungs/Koagulier/Flotations-Raumes
B befindet sich eine Sammelmulde 14.
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Im von der betreffenden Wand 7 umgrenzten Chemikalieneinmisch/Ausfällungs-Raum
A befinden sich senkrecht angeordnete, oben und unten offene Rohre 10. Im gleichen
Raum A befindet sich eine Transportleitung 11, welche über eine Verteilerkammer
12 und mit ihr verbundene Leitungen 13 mit dem von den betreffenden Wänden 7, 8,
9, 18 umgrenzten Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum B in Verbindung steht.
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An den von der betreffenden Wand 7 umgrenzten Chemikalieneinmi8ch/Ausfällungs-Raum
A sind unter den Rohren 10 eine Flüsssgkeitsleitung 1 mit ihren Zweigen 1', 1 und
eine Luftleitung 2 mit ihren Zweigen 2', 2 " angeschlossen.
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An denselben Raum A ist unter der Transportleitung 11 eine andere
Luftleitung 2a angeschlossen. Eine Chemikalienzuführungsleitung 3 mit ihren Zweigen
3', 3 " ist mit dem oberen Teil des von der betreffenden Wand 7 umgrenzten Chemikalieneinmisch/Ausfäilungs-Raumes
A über den Rohren 10 verbunden.
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An die Sammelmulde 14 ist eine Austrittsleitung 4 angeschlossen. Die
zylindrische äußere Wand 16 des Absetzraumes C hat in ihrem oberen Teil einen von
ihr und einer anderen Wand 17 umgrenzten Sammelraum, an welchen eine andere Austrittsieitung
5 angeschlossen ist. Mit dem Boden der Vorrichtung ist eine Schlammåbziehleitung
6 verbunden. An die obere Wand 18 des Flockungs/Koagulier/Flotations-Raumes B ist
eine Luftaustrittsleitung 20, in welche ein Tropfenabscheider 19 eingebaut ist,
angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die Flüssigkeit
wird durch die Flüssigkeitsleitung 1 unter die Rohre 10 geführt und gleichzeitig
werden über die Chemikalienzuführungsleitung 3 die notwendigen Chemikalien zugeführt.
Durch die eine Luftleitung 2 wird Luft unter die Rohre 10 geleitet. Dadurch wird
die Flüssigkeit in senkrechter Richtung durchgemischt und die Verunreinigungen werden
ausgefällt, es werden Flocken gebildet und koaguliert und auch die zur Flotation
notwendigen Luftblasen werden eingemischt.
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In die Transportleitung 11 wird aus der anderen Luftleitung 2a ebenfalls
Luft eingeführt, durch deren Wirkung in der Verteilerkammer 12 und den mit ihr verbundenen
Leitungen 13 der Flüssigkeitstransport in der Richtung des Flockungs/Koagulier/Flotations-Raumes
B beginnt. Währenddessen schwimmen die leichteren Verunreinigungen zusammen mit
den Luftblasen an die Oberfläche der Flüssigkeit und treten durch die Sammelmulde
14 und die zugehörige Austrittsleitung 4 aus diesem aus. In dem von den betreffenden
Wänden 7, 8, 92 18 umgrenzten Flockungs/Koagulier/Flotations--Raum B strömt die
Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit, welche der Geschwindigkeit der in der Transportleitung
11 strömenden Flüssigkeit proportional ist, nach unten. In dem konischen Teil dieses
Raumes B wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeit immer geringer, wodurch die Bedingungen
für die Flockenbildung und das Flockenwachstum günstig sind.
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Die in der Transportleitung 11 strömende Flüssigkeitsmenge ist größer
als die eingespeiste zu reinigende Flüssigkeitsmenge, und daher wird die zur Reinigung
gelangende Flüssigkeit mehrmals in dem durch die betreffenden Wände 7, 8, 9, 18
begrenzten Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum B bewegt, wobei sie die kleineren,
aktiven Flocken mit sich reißt und dadurch eine vielfache Berührung zwischen den
Flocken und den Verunreinigungen stattfindet. Die von der Transportleitung 11 bewegte
Flüssigkeitsmenge hängt von der Menge der zugeführten Luft ab, das heißt, daß die
Rezirkulation über die Menge der in der betreffenden Luftleitung 2a strömenden Luft
geregelt werden kann. Die Transportleitung 11 ist kürzer als die Rohre 10; auf diese
Weise können die chemikalienhaltige Flüssigkeit und die Flocken enthaltende
rezirkulierte
Flüssigkeit wirksam miteinander vermischt werden.
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Die chemisch behandelte Flüssigkeit strömt unter der unteren Kante
der äußeren konischen Wand 9 des Flockungs/Koagulier/Flotations-Raumes B in der
Richtung des Pfeiles a und verliert einen Teil ihres Schlammgehaltes. Bei der weiteren
Aufwärtsströmung im Absetzraum C werden auch die kleinen Flocken ausgeschieden.
Die gereinigte Flüssigkeit läuft über die obere Kante der genannten Wand 9 und tritt
durch die betreffende Austrittsleitung 5 aus der Vorrichtung aus. Der abgesetzte
Schlamm rutscht an der konischen Wand 15 des Absetzraumes C entlang in den Schlammraum
und kann durch die Schlammabziehleitung 6 abgezogen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit der obigen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt durchgeführt werden.
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Die Flüssigkeit wird durch die Flüssigkeitsleitung 1 in den von der
betreffenden Wand 7 begrenzten Chemikalieneinmisch/Ausfällungsraum (Belüftungs-
und Mischabschnitt) A eingeführt. Durch die zugehörige Luftleitung 2 wird am unteren
Ende der senkrechten Rohre 10 Luft eingeleitet. Durch die infolge des Einleitens
der Luft eintretende Verringerung des spezifischen Gewichtes der Flüssigkeit steigt
diese in den Rohren 10 nach oben, im Raum zwischen den Rohren 10 bewegt sie sich
nach unten, und infolgedessen wird in dem von der betreffenden Wand 7 abgegrenzten
Chemikalieneinmisch/Ausfällungs-Raum A eine intensive Durchmischung erzeugt. Durch
diese gelangen die von der Chemikalienzuführungsleitung 3 eingeführten Chemikalien
und die in der Flüssigkeit gelösten,
emulgierten und/oder kolloidalen
Stoffe intensiv miteinander in Berührung. In diesem Raum A werden ferner die zur
Flotation der leichteren Verunreinigungen notwendigen winzigen Luftblasen eingemischt.
Für die Intensität des Durchmischens ist die Geschwindigkeit des zirkulierenden
Flüssigkeitsstromes charakteristisch, die über die Menge des zum Mischen dienenden
Luftstromes beziehungsweise sonstigen Gasstromes geregelt werden kann.
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Durch die Transportleitung 11 wird eine mittels der durch die zugehörige
Luftleitung 2a eingeführten Luft geregelte Menge der mit den Chemikalien vermischten
Flüssigkeit in die Verteilerkammer 12 geführt und gelangt von dieser durch die mit
ihr verbundenen Leitungen 13 in den von den betreffenden Wänden 7, 8, 9, 18 begrenzten
Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum B, in dem die Flüssigkeit mit abnehmbarer Geschwindigkeit
nach unten strömt, während die leichteren Bestandteile zusammen mit den Luftblasen
an die Oberfläche der Flüssigkeit schwimmen. Die an der Oberfläche schwimmenden
Verunreinigungen treten durch die Sammelmulde 14 und die zugehörige Austrittsleitung
4 aus der Vorrichtung aus. In dem von den genannten Wänden 7, 8, 9, 18 begrenzten
Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum B strömt die Flüssigkeit mit von der Einspeisung
abhängiger Geschwindigkeit nach unten, wobei der durch die Zugabe der Chemikalien
ausgelöste Vorgang der Flockenbildung und des Flockenwachstums weitergeht. Das die
wachsenden Flocken enthaltende Wasser strömt an der Kante der äußeren Wand 9 des
Flockungs/Koagulier/Flotations-Raumes B in der Richtung der Pfeile a und b. Die
an den Flocken haftenden Verunreinigungen setzen sich in dem von den betreffenden
Wänden 8, 9, 15, 16
abgegrenzten Absetzraum C ab, und die gereinigte
Flüssigkeit strömt über die Überlaufkante der zylindrischen äußeren Wand 16 dieses
Raumes C in den von ihr und der zugeordneten anderen Wand 17 umgrenzten Sammelraum
und tritt durch die zugehörige Austrittsleitung 5 aus der Vorrichtung aus. Der abgesetzte
Schlamm rutscht entlang der konischen äußeren Wand 15 des Absetzraumes C in den
Schlammraum, von welchem er durch die Schlammabziehleitung 6 abgezogen werden kann.
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Die Menge der in dem von den .betreffenden Wänden 7,8, 9, 18 umgebenen
Flockungs/Koagulier/Flotations-Raum B nach unten strömenden Flüssigkeit kann durch
die Menge der in die Transportleitung 11 eingeführten Luft geregelt werden.
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Die in dem Rohr 11 nach oben strömende Flüssigkeit reißt die leichteren
schwebenden Teilchen mit sich, und auf diese Weise kommen die eine aktive Oberfläche
aufweisenden, zirkulierenden Flocken mehrmals mit den in der Flüssigkeit befindlichen
Verunreinigungen in Berührung.
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Die in dem Verfahren verwendete Luft dient nicht nur dem Mischen
und Transportieren und der Flotation, sondern nimmt in zahlreichen Fällen auch am
chemischen Vorgang teil.
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Bei Verwendung von Eisensalzen für die-chemische Behandlung ist zur
Flockenbildung Sauerstoff erforderlich, der aus der hindurchgeleiteten Luft in Lösung
geht.
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Die Luft tritt aus dem geschlossenen oberen Teil des Flockungs/Koagulier/Flotaions#Raumes
B über den Tropfenab scheider 19 und die Luftaustrittsleitung 20 aus der Vorrichtung
aus.
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Ferner wird die Erfindung an Hand des folgenden'Beispieles näher
erläutert.
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Beispiel Es wurde von einer Wäscherei stammendes Abwasser, welches
20 bis 40 mg/l anionenaktives Waschmittel, 130 bis 200 mg/l Fett und Öl sowie 200
bis 500 mg/l Schwebstoffe enthielt, nach vorherigem Äquilibrieren und Einstellen
des pH-Wertes mit einer Volumgeschwindigkeit von 4 m3/Stunde in eine erfindungsgemäße
Vorrichtung eingespeist. Dem Abwasser wurden 0,5 g/l Aluminiumsulfat und 2 mg/l
eines Polyelektrolytes zugesetzt. Die Menge der in der Vorrichtung zirkulierenden,
aktive Flocken enthaltenden Flüssigkeit betrug 16 bis 20 m3/Stunde, das heißt das
4- bis 5-fache der eingespeisten Abwassermenge. Das aus dem Absetzraum ausgetretene
gereinigte Wasser enthielt noch 3 bis 6 mg/l anionenaktives Waschmittel, 20 bis
25 mg/l Fett und Öl sowie 20 bis 50 mg/l Schwebstoffe.
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Der Wirkungsgrad der Reinigung betrug (Durchschnittswerte des Betriebes
über mehrere Monate): Anionenaktives Waschmittel 83% Fett- und Ölgehalt 87,5% Schwebstoffe
90,5% Der anfallende Schlamm machte 3% des eingespeisten Abwasservolumens aus.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e