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Behandlungsgefäß zur chemisch-mechanischen Wasseraufbereitung Die
Erfindung betrifft ein Behandlungsgefäß zur chemischmechanischen Wasseraufbereitung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der Technologie der Wasseraufbereitung nimmt die Flockung einen
breiten und wichtigen Raum ein. Durch die Flockung werden die in kolliodaler Form
vorliegenden, ~uSsm wiegend organischen Trübstoffe zu gröberen Partikeln agglomeriert.
Dadurch wird die Klärung des Wassers durch Sedimentation und/oder Filtration ermöglicht
oder jedenfalls stark beschleuni"t. Die Flockung wird allgemein durch den Zusatz
von Chemikalien eingeleitet. Je nach der Art des Wassers und der zugesetzten Chemikalien
unterscheidet man verschiedene Mechanismen.
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Für die sogenannte primär Flockung setzt man dem Wasser meistens im
Verhältnis zum Volumenstrom des aufzubereitenden Wassers geringe Mengen Eisenchlorid,
Aluminiumsulfat oder Natriumalwninat zu. Diese Salze bilden Flocken von Eisenhydroxid
oder Aluminiumhydroxid, die positive elektrische Ladungen tragen und die überwiegend
negativ geladenen organischen Verunreinigungen einsohließen oder anlagern. Vielfach
ist die Beimischung weiterer Chemikalien erforderlich, um den p#-Wert in einem Bereich
zu 1alten, der für die Flockenbildung optimal ist.
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Anstelle von oder in Verbindung mit den genannten Mittel werden auch
kationische Polyelektrolyte eingesetzt. Dies wirken ebenfalls ladungsneutralisierend,
indem sich die positiven Ladungsträger an die negativ geladenen Kolloid partikel
anlagern. Dadurch werden die ursprünglich zwischen den Teilchen gleicher Ladung
bestehenden elektrostatischen Abstoßungskräfte ausgeschaltet. Das Kolloid wird so
destabilisiert, und man kann durch Mischen erreichen, daß sich die Partikel zusammenballen
oder an dez Oberfläche von Flockern anlagern.
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Die Flockung läßt sich noch verbessern, indem man n einer zweiten
Stufe sogenannte Flockungshilfsmitt#l zusetzt z.B. langkettige natürliche oder synthetische
Polymere.
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Diese verleihen den Oberflächen von agglomerierten Teilchen eine gewisse
Adhäsionsfähigkeit und bewirken dadurch die Entstehung von großen stabilen Agglomeraten.
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Alle diese Mechanismen setzen zunächst eine gründliche und gleichmäßige
Einmischung der Chemikalien voraus. Das erfordert eine hohe Mischenergie, d.h. eine
hohe Turbulenz beim Mischvorgang. Die anschließende Zusammengballun setzt zwar ebenfalls
eine gewisse Turbulenz voraus, um die nötigen Kollosionen der Mikroteilchen zu bewirken.
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Jedoch darf dabei die Turbulenz keinesfalls zu groß sein, damit nicht
die Flocken durch Scherkräfte wieder zerstört werden.
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Um diese einander widerstrebenden Forderungen zu erfüllen ist man
in den letzten Jahren dazu übergegangen, das Einmischen der Chemikalien (Destabilisieren,'
von der Flockenbildung (Agglomerieren) räumlich zu trennen, um für beide Vorgänge
möglichst optimale Bedingungen zu schaffen.
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Nach diesem Prinzip arbeitet eine in der DE-AS 19 36 805 beschriebene
Vorrichtung, die zur eingangs angegebenen
Gattung gehört und speziell
für die Beimischung eines Flockungshilfsmittels und die anschLießende Agglomeration
zu Grobflocken im Rahmen einer Scnwebstoffkontaktanlage ausgebildet ist. Bei dieser
Vorrichtung sitzt auf der Rührverkswelle ein Teller, der das Gefäß stirnseitig bis
auf einen engen, in Umfangsnähe befindlichen Einlaufspalt abschließt. Auf dem Teller
sind als Rührpaddel etwa in der Mitte zwischen Welle und Mantel Bleche befestigt,
die im Vergleich zu den Abmessungen der Mischzone ziemlich klein sind. An der Innenwand
des Gefässes sind außerhalb des von den Paddeln überstrichenen Bereiches radial
nach innen gerichtete feststehende sogenannte Bremspaddel befestigt, die ebenfalls
aus Blech bestehen und erheblich größer sind als die Rührpaddel. Oberhalb der Bremscaacel
ist in dem von unten nach oben durchströmten Gefäß ein Zwischenboden mit achsnahem
Durchlaß angeordnet. Darüber befindet sich eine sogenannte Reaktionszone, die im
3ereich des Auslaßspaltes mlt Bremsblechen ausgerüstet St.
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Mit dieser Vorrichtung ist es zwar möglich, durch das Rührwerk eine
hohe und genau kontrollierte Gesamtenercie einzutragen. Die Reaktionszone gewährleistet
eine beruhigte Strömung, die für die Ausbildung der Makroflocken unerläßlich ist.
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Unvorteilhaft ist aber der durch die konstruktive Ausbildung der Mischzone
zwangs3aufig bedingteinhomogene Strömungsverlauf. Dadurch werden die einzelnen Volumenteile
ungleichmäßig mit Energie beauçschlagt und haben unterschiedliche Verveilzeiten.
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Diese Unvollkommenheiten sind typisch für den einschlagigen Stand
der Technik. Die Folge kann darin bestehen, daß ein Teil der zugesetzen Chemikalien
ungenutzt mit dem Reinwasser angefanrt wird und daß ein relativ homer Restgehalt
an feindispersen Stoffen im Wasser verbleibt
Nachgeschaltete Filter
müssen daher mit sehr feinkörnigem Filtermaterial ausgestattet sein und haben nur
kurze Stanc zeiten. Um diesen kostspieligen Konsequenzen zu entgegen, hat man herkömmliche
Vorrichtungen energetisch mitunter bis zum Vielfachen überdimensioniert. Diese Maßnahme,
die naturgemäß mit erhöhten Investitions- und Betriebskosten verbunden ist, führt
aber nicht immer zum Ziel. Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein erhöhter Energieeintrag
in der Mischzone nicht in allen Fällen eine unzureichende Einwirkungszeit kompensieren
kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die geschilderten
Nachteile zu vermeiden und ein Behar.diungsgefäß zu schaffen, bei dem der Energieeinvrag
und die Verweilzeit vergleichmäßigt werden.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst. Durch diese konstruktiven Maßnahmen wird dem Wasser im Bereich der Mischzone
eine Art Verdrängungsströmung aufgezwungen. Dadurch werden Effekte, die das Verweilzeitspektrum
verbreitern, wie Toträume, Kurzschlußströme oder Rückströmungen, vermieden. Das
gesamte Volumen der Mischzone wird von den Paddeln beaufschlagt.
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Durch das Merkmal des Anspruchs 2 werden die bezüglich des Energieeintrages
noch bestehenden Ungleichmäßigkeiten, die durch die zum Umfang hin zunehmende Bahngeschwìndigkeit
der Paddel erzeugt und schon teilweise durch die ebenfalls zum Umfang hin zunehmenden
Abstände der Paddel kompensiert werden, auf ein Mindestmaß r#duziert.
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In Anspruch 3 ist die zweckmäßige Dimensionierung der Mischzone angegeben.
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Anspruch 4 beinhaltet eine besonders vorteilhafte konstru} tive Gestaltung.
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In Anspruch 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel angegeben, bei
dem die Dosiereinrichtung für die Chemikalien in das Behandlungsgefäß integriert
ist.
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Der Anspruch 6 betrifft eine Alternative zu Anspruch 5.
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Durch das Merkmal des Anspruchs 7 wird in einfacher Weise im Bereich
der Mischzone durch erhöhten Strömungswiderstand die Rotationssymmetrie der Strömung
erreicht bzw.
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vervollkommnet.
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Nach Anspruch 8 hat das Behandlungsgefäß vorzugsweise eine kompakte
Form.
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Die relativen Abmessungen der beiden Zonen des Behandlungsgefässes
sind so abzustimmen, daß sich sowohl für das Mischen als auch für die Flockenbildung
unter Berücksichtigung der unterschiedlichen axialen Geschwindigkeitskomponenten
die vorgegebenen Reaktionszeiten erheben ion der Regel erweist sich die in Anspruch
9 angegebene Dimensionierung als zweckmäßig.
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In jedem Falle t die Beruhigungszone konstruktiv so zu gestalten,
daß die Turbulenz im Vergleich zur Mischzone stark reduziert wird, jedoch ohne daß
die Strömung in eine Laminarströmung übergeht. Anspruch 10 gibt eine Möglichkeit
an, dies in besonders gleichmäßiger Weise zu erreichen.
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Die Zeichnung dient zur Veranscha#lichung der Erfindung anhand von
schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführu.ngsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1,
Fig.
3 zeigt in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 eine Einzelheit eines abgeänderten
Ausführungsbeispiels, Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Behandlungsgefäß hat ein senkrecht
stehendes zylindrisches Gehäuse 1, dessen Höhe sich zum Durchmesser wie etwa 5 :
4 verhält. An seinem als genau waagerechte Oberfallkante ausgebildete:' Ranc ist
es von einem ringförmigen, mit Zuflußstutzen 2 7ersehnen Verteilerkanal 3 umschlossen.
Im oberen Bereich des Gehäuses 1 befindet sich ein koaxialer, zylindrischer unten
geschlossener Verdrängungskörps 4. Dieser sitzt auf einer Welle 5, die mit einem
nicht dargestellten Antrieb verbunden ist. Sein Durchmesser steht zum lichten Durchmesser
des Gehäuses 1 etwa im Verhältnis 3 : 4. Zwischen dem Verdränyungskör-per 4 und
der Innenwand des Gehäuses 1 befindet sich ein Ringspalt von rechteckigem Querschnitt,
dessen Höhe, gemessen vom Boden des Verdrängungskörpers 4 bis zur Ebene der überfallkante,
sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Breite wie 3,5 : 1 verhält.
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Allgemein liegt dieses Verhältnis vorzugsweise zwischen 3 : 1 und
5 : 1.
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Der Verdrängungskörper hat in der oberen Hälfte einen Zwischenboden
6. Der darüber befindliche, oben offene Raur ist durch eine koaxiale, relativ niedrige
ringbrmige Wand in eine innere Zone und eine diese umgebende Ringzone unterteilt.
Die Ringzone ist durch gleichmäßIg verteilte radiale Zwischenwände 8 in eine Anzahl
von Kammern unterteilt. Ober der inneren Zone befindet sich die Aus flußöffnung
einer fest installierten Leitung 9 für die Zufuhr von gelösten Chemikalien. Ober
kleine, in gleicher Höhe angeordnete schießschartenartige Vertiefungen 10 steht
die
innere Zone mit den einzelnen Kammern der Ringzone in Verbindung. Jede Kammer ist
mit einer Öffnung 11 versehen, die die Wand des Verdrängungskörpers 4 durchdringt.
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Auf dem Verdrängungskörper 4 sitzen in gleichen Winkelabständen rechteckige
Paddel 12. Diese erstrecken sich mit geringem Spiel über die ganze Breite des zwischen
Verdrängungskörper 4 und Innenwand des Gehäuses 1 befindlichen Ringspaltes. Sie
reichen von der Unterkante des Verdrängungskörpers 4 bis etwa zu der Ebene der öffnungen
11, d.h. sie erstrecken sich nahezu über die Gesamthöhe des Ringspaltes. Sie bestehen
aus einem gitterartigen Drahtgeflecht mit einer Maschenweite von 1 bis 5 cm.
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Unter dem Verdrängungskörper 4 sind an der Gehäuseinnenwand feststehende
Paddel 13 befestigt, die ebenfalls als Gitter ausgebildet sind. Sie sind radial
nach innen gerichtet und reichen etwa bis zum halben Radius.
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Unter den feststehenden Paddeln 13 ist eine waagerechte kreisrunde
Platte 14 mit Abstand über dem Boden angeordnet. Diese ist sc gemessen, daß zwischen
ihrem Rand und der Gehäusewand ein breiter Spalt bleibt. In der Mitte des Bodens
ist eine Abflußöffnung 15 vorgesehen.
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Das zu behandelnde Wasser - sei es Rohwasser, sei es bereits vorbehandeltes
Wasser - wird über den Stutzen 2 dem Verteilerkanal 3 zugeführt und strömt von dort
in gleichmäßigem Schwall über den als Überlaufkante ausgebildeten Rand des Gehäuses
1 in den Ringspalt. Dort wird ihm die über die Leitung 9 zugeführte und durch die
Einbauten 7, 8 gleichmäßig auf den Umfang verteilte Chemikalienlösung durch die
öffnungen 11 des VerdrängungsKörpers 4 zugeführt, der mit 30 bis 60 Umdrehungen/min.
rotiert.
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Der untere Teil des Ringspaltes, der durch die Paddel 12 bestrichen
wird, ist die Mischzone. Darin wird der Wasse-
strom von den Gitterstäben
durchschnitten, die dabei gleichmäßig im gesamten Ringspaltvolumen eine kräftige
Turbulenz erzeugen und dadurch die zum gründlichen Einmischen der Chemikalien erforderliche
Energie eintragen.
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Durch die Wahl der Umdrehungsgeschwindigkeit und der Maschenweite
läßt sich die eingetragene Energie in weiten Grenzen variieren.
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Nachdem das Wasser die Mischzone passiert hat, gelangt es in Form
einer nach unten gerichteten kreisenden strömung in den unteren Teil des Behandlungsgefässes,
zur die Beruhigungszone bildet. Dort wird es durch cie Paddel 13 abgebremst, so
daß seine Rotationskomponente unter Aufrechterhaltung einer verringerten Turbulenz
allmählich gegen Null geht. Dies ist für die Ausbildung von großen und stabilen
Flocken von größter Bedeutung. Unter Aufrechterhaltung der Rotationssymmetrie umströmt
das Wasser den Rand der platte 14 und fließt durch die öffnung 1 ab.
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Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 fehlt der Verteilerkanal
am oberen Rand des Gehäuses 1.
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Zwecks gleichmäßiger Verteilung des durch den Stutzen 2 unsymmetrisch
zufließenden Wassers ist an der Oberseite der Paddel 12 ein Abdeckring 16 angebracht,
der mit dem Verdrängungskörper 4 dicht verbunden ist und am Umfang einen Spalt freiläßt,
dessen Breite wesentlich kleiner ist als die Breite des Ringspaltes. Unter den Paddeln
12 ist mit geringem Abstand ein weiterer Ring 17 angebracht.
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Dieser ist dicht mit der Gehäusewand verbunden und bildet mit dem
Verdrängungskörper 4 einen Spalt. Durch die beiden Ringe 16 und 17 wird eine Stauung
erzellgt, die eine Gleichverteilung auf dem Umfang bewirkt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 (die Bezugszeichen unterscheiden
sich dabei von den Bezugszeichen entsprechender Teile der Fig. 1 und 2 jeweils durch
Addition der Zahl 20) sitzt der Zuflußstutzen 22 in der Mitte des Gefäßbodens. Dementsprechend
befindet sich der rotierende Verdrängungskörper 24, der aus einem unten und oben
geschlossenen Zylinder besteht, in der unteren Hälfte des Gefässes 21. Ein separates
Dosiergerät 26 ist oberhalb des Gefässes 21 fest mit der Welle 25 verbunden. Es
ist ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt mit einer ringförmigen Wand 27 mit schießschartenartigen
Vertiefungen 30 und mit radialen Zwischenwänden 28 versehen, die die Gleichverteilung
der Chemikalienlösung auf dem Umfang bewirken. Von den einainen, durch die Zwischenwände
28 abgetrennten Kammern sind Rohrleitungen 31 nach unten in den Verdrängungskörper
24 hineingeführt, deren Ausflußöffnungen dessen Wand in Bodennähe durchdringen.
Der rotierende Verdrängungskörper 24 ist mit Gitterpaddeln 32 bestückt, die ähnlich
wie bei den anderen Ausführungsbeispielen die Form von schmalen, hochkant stehenden
Rechtecken haben. In der oberen Gefäßhälfte sind feststehende Paddel 33 angeordnet,
die sich von der Wand des Gefässes 21 radial nach innen erstrecken. Der Rand des
Gefässes 21 ist als Oberfallkante ausgebildet und von einem ringförmigen Kanal 35
umgeben.
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Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von
der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Wirkungsweise
im wesentlichen nur dadurch, daß die Strömung im Ringspalt in diesem Falle nach
oben gerichtet ist. Die rotationssymmetrische Verteilung des zuströmenden Wassers
wird dabei durch die axiale Anordnung des Zuflußstutzens 22 und den als Prallplatte
wirkenden Boden des Verdrängungskörpers 24 bewirkt.