-
-
Verfahren und Vorrichtung
-
zur Aufbereitung von Flüssigkeiten Beschreibung Die Erfindung betrifft
Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Nitrifikation
von Trinkwasser, wobei die aufzubereitende Flüssigkeit durch einen Raktionskörper
hindurchströmt.
-
Die Aufbereitung von Flüssigkeiten ist eine auf den verschiedensten
technischen Gebieten zu lösende Aufgabe.
-
Durch die Erfindung wird in erster Linie der Bereich der Aufbereitung
von Wasser, insbesondere Abwasser, zur (Wieder-) Gewinnung von Trinkwasser angesprochen.
Verfahren und Vorrichtung sind aber auch auf anderen Gebieten einsetzbar.
-
Mit besonderen Vorteilen können Verfahren und Vorrichtung der Erfindung
bei der Nitrifikation von Trinkwasser eingesetzt werden. Bei dieser biologischen
Aufbereitung wird Ammonium aus dem Wasser entfernt, bevor dieses -gegebenenfalls
nach weiteren Behandlungsverfahren - dem menschlichen Verbrauch zugeführt wird.
Bei der Nitrifikation von Wasser werden - wie an sich bekannt - auf einem Träger
Bakterien-Kulturen angesiedelt, die das Ammonium in zwei Stufen im Wasser abbauen.
-
Zur Durchführung des vorstehenden Aufbereitungsverfahrens sind Festbettreaktoren
bekannt. In einfachster Form bestehen diese aus einem zylindrischen Gehäuse zur
Aufnahme eines ~Füllkörpers. Durch diesen wird die zu reinigende Flüssigkeit in
geeigneter Weise hindu-rchgeleitet. Der Füllkörper kann als Tropfkörper, als Kornfilter
oder als Aktivkohlefilter ausgebildet sein.
-
Bei diesen bisher bekannten Reaktoren zur biologischen Reinigung von
Trinkwasser ist die Leistungsfähigkeit sowie der Reinigungsgrad unbefriedigend.
Das Konzentrationsgefälle zwischen der aufzubereitenden Flüssigkeit einerseits und
der gereinigten andererseits ist nicht ausreichend.
-
Um diesen Mangel zu beheben, ist bereits vorgeschlagen worden, die
zu behandelnde Flüssigkeit mehrmals durch den Reaktionskörper hindurch zu leiten.
Hierfür wird ein Kreislauf unter Einschaltung von Pumpen erzeugt. Der Aufwand für
ein derartiges Arbeitsverfahren ist erheblich, und zwar in apparativer Hinsicht
wie auch in bezug auf den Energieaufwand.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen,
durch die eine bessere und leistungsfähigere Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere
durch Nitrifikation von Wasser, bei geringerem apparativen Aufbau und Energiebedarf
möglich ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch einen sich bewegenden Reaktionskörper
hindurchgeleitet und zugleich mit der Flüssigkeit ein weiteres strömendes Medium,
insbesondere Gas, in den Reaktionskörper ein- bzw. durch diesen hindurchgeleitet
wird.
-
Bei der Nitrifikation von Wasser wird erfindungsgemäß das zu behandelnde
Wasser mit Luft durch den Reaktionskörper hindurchgeleitet, und zwar vorzugsweise
von innen nach außen. Durch dieses Luft-Wasser-Gemisch ergibt sich in Verbindung
mit der Bewegung des Reaktionskörpers ein außerordentlich wirksamer Reinigungs-
bzw.
-
Nitrifikations-Effekt. Die Bewegung des Reaktionskörpers sollte dabei
im wesentlichen in einer Richtung verlaufen, also insbesondere um eine Achse drehend.
Zu diesem Zweck ist gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Reaktionskörper
im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und um die eigene (Mittel-)Achse drehbar.
Der Reaktionskörper sollte dabei ständig in (gereinigte) Flüssigkeit vollständig
eingetaucht sein. Die Medien (Luft und Wasser) werden über die bzw. im Bereich der
Drehachse dem Reaktionskörper zugeführt, derart, daß dieser in Radialrichtung durchströmt
wird.
-
Durch die Erfindung, nämlich durch die besondere Bewegung des Reaktionskörpers,
wird erreicht, daß sich die Wege des Stofftransports ständig verändern. In der Flüssigkeit
wird durch die Relativbewegung des Reaktionskörpers ein "Schereffekt" erzeugt, der
dem biologischen Aufbereitungs- bzw. Reinigungsprozess zu einer erhöhten Wirksamkeit
verhilft. Bei der Nitrifikation von Wasser wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
erreicht, daß die im Reaktionskörper angesiedelten Bakterien ihre volle Wirksamkeit
erhalten. Der pH-Wert ändert sich innerhalb der Vorrichtung nur unwesentlich.
-
Durch die gemeinsame bzw. gleichzeitige Versorgung des Reaktionskörpers
mit Flüssigkeit und Gas wird im Zusammenwirken mit der Bewegung des Reaktionskörpers
erreicht, daß Gasblasen im Inneren des Reaktionskörpers zerteilt werden und dadurch
eine ständige Grenzflächenerneuerung eintritt. Das Gas wird ferner am Bakterienbewuchs
vorbeigeleitet, so daß lose sitzende Mikroorganismen infolge der gesteigerten Scher-Beanspruchung
gelöst und mit ausgespült werden. Hierdurch wird der Verstopfungsgefahr begegnet.
-
Der Reaktionskörper ist erfindungsgemäß drehbar auf einer fest sitzenden
Hohlachse gelagert. Diese dient zugleich der Zuführung eines der strömenden Medien,
insbesondere des Wassers. Die Rohrwandung ist zu diesem Zweck durchlässig ausgebildet.
-
Konzentrisch zur Hohlachse ist vorzugsweise in dieser eine Gas- bzw.
Luftleitung angeordnet, über die Gas (Luft) ständig zugeführt wi-rd. Das Gas tritt
demnach zunächst in die sich in der Hohlachse befindende Flüssigkeit und sodann
mit dieser in den Reaktionskörper ein. Die in den Reaktionskörper eingeleitete Flüssigkeit
ist demnach bereits mit Gas durchsetzt, also vorbelüftet. Gas und Flüssigkeit werden
dabei erfindungsgemäß an entgegengesetzten Seiten des Reaktionskörpers zugeführt.
-
Der Reaktionskörper ist durch Materialauswahl und Gestaltung an den
vorliegenden Verwendungszweck angepaßt. Aus diesem Grunde besteht der Reaktionskörper
erfindungsgemäß aus mehreren Lagen eines aus extrudierten Kunststoff-Fäden bzw.
-Strängen gebildeten Netzes.
-
Die Lagen werden vorzugsweise durch schrauben- bzw.
-
spiralförmiges Aufwickeln der netz- bzw. gitterförmigen Bahn gebildet.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung im vereinfachten
Axial- bzw. Längsschnitt, Fig. 2: einen Längsschnitt durch einen Reaktionskörper
der Vorrichtung, bei vergrößertem Maßstab, Fig. 3: ein Detail der Struktur des Reaktionskörpers
in vergrößertem Maßstab, teilweise geschnitten, Fig. 4: eine Einzelheit IV, nämlich
ein Lager des Reaktionskörpers, in vergrößertem Maßstab, im Axialschnitt, Fig. 5:
eine Darstellung entsprechend Fig. 4 einer Einzelheit V der Fig. 1, Fig. 6: eine
Darstellung entsprechend Fig. 4 und 5 einer Einzelheit VI der Fig. 1, Fig. 7: eine
Darstellung entsprechend Fig. 4 - 6 einer Einzelheit VII in Fig. 1, Fig. 8: einen
Schnitt VIII-VIII in Fig. 7 mit der Darstellung einer Einzelheit über eine Rohrabstützung.
-
Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
ist besonders geeignet für die Nitrifikation von Wasser (Trinkwasser). Zu diesem
Zweck ist
in einem Behälter 10 ein Reaktionskörper 11 bewegbar,
nämlich um eine eigene, mittige Achse drehbar, gelagert.
-
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird dem Reaktionskörper 11 unmittelbar
über eine Zulaufleitung, nämlich eine Wasserleitung 12,zugeführt. Das behandelte
bzw. gereinigte Wasser verläßt den Behälter 10 über eine im oberen Bereich desselben
anschließende Ablaufleitung 13. Der Behälter 10 ist so weit mit (gerinigtem) Wasser
gefüllt (Flüssigkeitsspiegel 14), daß der Reaktionskörper 11 in Arbeitsstellung
vollständig in Wasser bzw. Flüssigkeit eingetaucht ist.
-
Der Reaktionskörper 11, der vorzugsweise eine zylindrische Gestalt
hat, wird drehend angetrieben. Zu diesem Zweck ist hier auf einer am Behälter 10
angebrachten Konsole 15 ein Elektromotor 16 für den Antrieb des Reaktionskörpers
11 über Keilriemen 17 und#Riemenscheiben 18 und 19 angeordnet.
-
Das Wasser wird dem Reaktionskörper 11 im Bereich der Drehachse desselben
zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Reaktionskörper 11 drehbar auf einem fest stehenden
Rohr, nämlich einer Hohlachse 20,gelagert. Diese besteht vorzugsweise aus Metall
und ist mit Bohrungen 21 für den Durchtritt des Wassers in Radialrichtung nach außen
versehen. An die Hohlachse 20 schließt an einem Ende die Wasserleitung 12 an. Zur
Abstützung des Reaktionskörpers 11 ist die Hohlachse 20 in Seitenwänden 22, 23 des
Behälters 10 gelagert.
-
Dem Reaktionskörper 11 wird als weiteres strömendes Medium Gas, nämlich
Luft (bei der Nitrifikation von Wasser),zugeführt. Auf der zur Wasserleitung 12
gegenüberliegenden Seite führt ein Luftrohr 24 zum Reaktionskörper 11, nämlich zur
Drehachse desselben. Das Luftrohr 24 ist hier - bei entsprechender Abmessung - in
die Hohlachse 20 eingeführt und erstreckt sich konzentrisch
innerhalb
derselben, also in dem Wasser führenden Organ.
-
Das Luftrohr 24 erstreckt sich dabei über die volle Länge des Reaktionskörpers
11 innerhalb der Hohlachse 20, und zwar mit einem Außendurchmesser, der deutlich
kleiner ist als der Innendurchmesser der Hohlachse 20.
-
Das freie Ende des Luftrohrs 24 ist durch eine Verschlußwandung 25
verschlossen. Die konzentrische Lagerung ist durch diesem Ende des Luftrohrs 24
zugeordnete Stützkörper 26 gewährleistet, die das Luftrohr 24 an der Hohlachse 20
abstützen Die Abmessungsverhältnisse sind so gewählt, daß das zugeführte Wasser
ungehindert das Luftrohr 24 innerhalb der Hohlachse 20 umspülen kann.
-
Das Luftrohr 24 ist mit Luftöffnungen 27 in ausreichender Anzahl und
mit ausreichenden Abmessungen versehen, so daß Luft auf voller Länge des Luftrohrs
24 innerhalb der Hohlachse 20 aus- und in das Wasser innerhalb der Hohlachse 20
einzutreten vermag. Durch die Druckverhältnisse, nämlich durch erhöhten Druck innerhalb
der Hohlachse 20, ist sichergestellt, daß ein Wasser-Luft-Gemisch in Radialrichtung
über die volle wirksame Länge der Hohlachse 20 in den Reaktionskörper 11 eintritt.
-
Das Wasser-Luft-Gemisch wird bei (fortwährender, gleichförmiger) Drehbewegung
des Reaktionskörpers 11 allseitig nach außen bewegt, wobei der gesamte Reaktionskörper
11 bzw. dessen Bakterienbewuchs zur Wirkung kommen.
-
Der Reaktionskörper 11 ist zu diesem Zweck in besonderer Weise ausgebildet,
besteht nämlich aus netz- bzw. gitterförmig angeordneten starken Fäden 28 bzw. Strängen
aus extrudiertem Kunststoff. Die Netz- bzw. Gitterstruktur wird in bekannter Weise
während des Extrudierens geschaffen. Die Fäden 28 sind vorzugsweise im Querschnitt
rechteckig ausgebildet. Im Bereich von Kreuzungsstellen liegen die Fäden aufeinander
(Fig. 3). Es wird dadurch eine günstige Hohlraumgestaltung innerhalb des Reaktionskör-
pers
11 geschaffen.
-
Dieser besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus mehreren
in Umfangsrichtung sich erstreckenden Lagen des vorstehenden Netz- bzw. Gitterwerks.
Konkret ist der Reaktionskörper 11 aus einer (endlichen) Bahn schrauben- bzw. spiralförmig
gewickelt. Die Stirnflächen 29 und 30 des so ausgebildeten Reaktionskörpers 11 sind
flüssigkeits- und gasdicht, vorzugsweise durch (thermische) Verschweißung bzw. Verschmelzung
der Randbereiche der aus Kunststoff bestehenden Bahn.
-
Im radial innen liegenden Bereich ist der in vorstehender Weise ausgebildete
Reaktionskörper 11 auf einem Stützrohr, nämlich einem Filterrohr 31,angeordnet.#
Dieses besteht ebenfalls aus sich kreuzenden (dicken) Fäden bzw. Strängen und wird
durch Extrudieren hergestellt.
-
Das tragfähige und belastbare Filterrohr 31 lagert an den Enden auf
Naben 32 und 33, vorzugsweise aus Kunststoff, die durch Verschweißen, Verkleben
oder auf andere Weise fest mit den Endbereichen des Filterrofrrs 31 und - wie im
vorliegenden Fall - mit einem Endbereich des Reaktionskörpers 11 verbunden sind.
Auf der Außenseite, nämlich gegenüber dem eigentlichen Reaktionskörper 11, ist das
Filterrohr 31 mit einer feinen Filterschicht versehen, im vorliegenden Fall in Gestalt
eines Feinstfilterschlauchs 34. Dieser besteht zweckmäßigerweise aus einem sehr
feinmaschigen Kunststoffgewebe oder -netz. Der Feinstfilterschlauch 34 ist sehr
eng, insbesondere durch Aufschrumpfen, auf das Filterrohr 31 aufgezogen.
-
Die Lager für die Hohlachse 20 in den Seitenwänden 22, 23 des Behälters
10 sind ähnlich ausgebildet. Das Lager zur Aufnahme des freien Endes der Hohlachse
20 (auf der zur Wasserleitung 12 gegenüberliegenden Seite) besteht aus einer Buchse
35, die mit einem Zylinderansatz 36
das Ende der Hohlachse 20 umgibt.
Die im Querschnitt winkelförmige Buchse 35 ist in einer entsprechenden Öffnung der
Seitenwand 22 angeordnet und mit dieser verbunden. Als Gegenstück ist eine im Querschnitt
ebenfalls winkelförmige Außenbuchse 37 vorgesehen, die mit einem Zylinderansatz
38 in die Hohlachse 20 ragt und diese einerseits nach außen abschließt und andererseits
gegenüber dem Luftrohr 24 abdichtet. Letzteres tritt mittig durch die Außenbuchse
37 bzw. durch den Zylinderansatz 38 hindurch in die Hohlachse 20. Der Zylinderansatz
38 hat dadurch in diesem Bereich zentrierende Funktion für das Luftrohr 24.
-
Fig. 5 zeigt ein Detail innerhalb des Behälters 10, nämlich die Lagerung
des Reaktionskörpers 11 auf der Hohlachse 20. Hierfür sind die Naben 32 bzw. 33
vorgesehen. An der ersteren ist die Riemenscheibe 19 angebracht bzw. - wie bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 -Riemenscheibe 19 und Nabe 32 bilden ein gemeinsames
Werkstück. Außen wird dieses Lager durch einen Stellring 39 fixiert, der zugleich
ein Justieren ermöglicht.
-
Auf der gegenüberliegenden Seite des Reaktionskörpers 11 ist auf der
Außenseite an die Nabe 33 ein Lagerring 40 gegengesetzt und mit der Nabe 33 verbunden.
Der Lagerring 40 kann - wie hier - ein Gleitlager bilden, alternativ aber auch ein
Wälzlager, wenn ein entsprechender Antrieb erforderlich ist. Des weiteren wird durch
den Lagerring 40 die Abdichtung des drehenden Reaktionskörpers, 11 gegenüber der
Hohlachse 20 hergestellt.
-
Die Abstützung der Hohlachse 20 in der Seitenwand 23 des Behälters
10 ist in Fig. 7 dargestellt. Eine - im Querschnitt winkelförmige - Buchse 41 (entsprechend
der Buchse 35) dient zur Abstützung der Hohlachse 20 in der Seitenwand 23. Auf der
Außenseite ist eine Abdeckscheibe
bzw. ein Gegenring 42 angesetzt
und mit der Buchse 41 verbunden. Dieser Gegenring 42 dient im vorliegenden Fall
zum Anschluß der Wasserleitung 12 bzw. zum Anschluß einer Schlauchtülle 43, die
wiederum mit dem zug#ekehrten Ende der Wasserleitung 12 verbunden ist. Die Schlauchtülle
43 ist durch Verklebung oder Verschweissung mit dem Gegenring 42 verbunden.
-
Jeweils an den geeigneten Stellen angeordnete Dichtungen, insbesondere
O-Ringe oder Simmerringeasorgen für die erforderliche Abdichtung der Luft oder Wasser
führenden Organe.
-
Ein für die Aufbereitung von Trinkwasser geeignetes Ausführungsbeispiel
dieser nach dem Prinzip der innenbelüfteten Tauchtropfkörperanlagen arbeitenden
Vorrichtung kann einen Reaktionskörper 11 mit einem Durchmesser von etwa 45 cm und
einer axialen Länge von 54 cm aufweisen. Die Hohlachse 20 als Wasser zuführendes
Organ kann einen Durchmesser von etwa 4 cm aufweisen und das Luftrohr 24 einen Durchmesser
von 2 cm. Die Drehgeschwindigkeit des Reaktionskörpers 11 kann etwa 1 U/sec betragen.
Die Vorrichtung kann aber auch erheblich größer dimensioniert sein.
-
Bezugszeichenl iste 10 Behälter 11 Reaktionskörper 12 Wasserleitung
13 Ablaufleitung 14 Flüssigkeitsspiegel 15 Konsole 16 E-Motor 17 Keilriemen 18 Riemenscheiben
19 Riemenscheiben 20 Hohlachse 21 Bohrung 22 Seitenwand 23 Seitenwand 24 Luftrohr
25 Verschlußwandung 26 Stützkörper 27 Luftöffnung 28 Faden 29 Stirnfläche 30 Stirnfläche
31 Filterrohr 32 Nabe 33 Nabe 34 Feinstfilterschlauch 35 Buchse 36 Zylinderansatz
37 Außenbuchse 38 Zylinderansatz 39 Stellring 40 Lagerring 41 Buchse 42 Gegenring
43 Schlauchtülle
L e e r s e i t e