DE3835938A1

DE3835938A1 - Anlage zur kontinuierlichen aufbereitung von kontaminiertem wasser

Info

Publication number: DE3835938A1
Application number: DE3835938A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Goergens; Guenter Ing Grad Petzolt
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung von kontaminiertem Wasser.

In einem Katastrophenfall oder Verteidigungsfall ist es möglich, daß kontaminiertes Wasser mit Hilfe einer chemischen Behandlung zu Trink- und Brauchwasser aufbe reitet werden muß. Die einzelnen Phasen der Aufbereitung umfassen Chlorung im alkalischen und sauren Medium, Adsorption, Fällung, Sedimentation und Filtration. Diese erfolgt adsorptiv und/oder entkeimend.

Die bisher bekannten und eingeführten Verfahren führen diese Aufbereitung im Satzbetrieb durch. Hierfür wird ein Becken (Fassung 0,1 bis 15 m³, je nach Leistung) mit Wasser gefüllt. Die Aufbereitungschemikalien werden nach jeweils der Reaktionszeit der vorherigen Chemikalien zu dosiert. Nach der Sedimentation wird filtriert.

Diese Verfahren sind arbeitsintensiv und es muß viel Personal eingesetzt werden. Bei entsprechenden Anlagen sind 4 Reaktionsbehälter und die Filteranlage gleich zeitig zu bedienen. Darüber hinaus sind diese Verfahren auch sehr zeitaufwendig, da die erforderlichen chemischen Reaktionen nur nacheinander durchgeführt werden können.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung von kontaminiertem Wasser zu entwickeln. Eine solche Anlage muß ein Verfahren er möglichen, welches arbeits-, raum- und zeitsparend agieren kann. Die Anlage soll kompakt, robust und damit auch ver lastbar sein, um an allen Orten, wo eine schnelle Dekontamination von Wasser benötigt wird, einsatzfähig zu sein.

Die bisher bekannten Anlagen benötigen viele Reaktions becken und sind dadurch sehr unbeweglich. Eine Ortsver änderung ist nur sehr umständlich und aufwendig durchzu führen. Durch die diskontinuierliche Arbeitsweise werden für die Aufbereitung von Wasser auch erhebliche Zeitaufwände benötigt. Bei der Anwendung von offenen Reaktionsbecken besteht außerdem die Gefahr der Rekontamination.

Die drastische Senkung des Zeitaufwandes konnte nur durch ein kontinuierliches Verfahren erreicht werden, bei dem in einem geschlossenen System durch eine ausreichende Durch mischung der Reaktionspartner Wasser und Chemikalien die Reaktionszeiten verkürzt werden.

Diese Aufgabenstellung wurde im wesentlichen durch den Ein satz eines Rohrreaktors gelöst. Hierbei werden Flüssig keiten durch ein Rohrsystem gepumpt. Nach bestimmten Weg strecken - bei konstanter Fördermenge entspricht das be stimmten Reaktionszeiten - werden Chemikalien mittels Dosierpumpen zudosiert. Am Ende einer solchen Einrichtung wird ein Produkt erhalten, daß physikalisch einfach zu be stimmen ist. Das Verfahren beruht auf folgenden Prinzipien:

a) konstanter Wasserfluß,
b) Chemikalienzugabe an vorausberechneten Stellen im System, somit konstante Reaktionszeiten,
c) Ändern der Fließgeschwindigkeiten innerhalb des Systems mit Erzeugen von Turbulenzen zum einwandfreien Durch mischen der Reaktionspartner.

Durch die Anwendung eines von Wasser durchflossenen Systems mit bekannten Volumen und Fließgeschwindigkeiten kann die Wasservorbehandlung kontinuierlich durchgeführt werden. Bei ausreichender Vorklärung nach der Fällung können maximale Standzeiten von Adsorptions- und Entkeimungsfiltern er reicht werden.

Die chemische Vorbehandlung des Wassers erfolgt kontinuierlich. Das Bedienungspersonal muß nur noch von Zeit zu Zeit die Vorratslösungen der Behandlungschemikalien auffüllen. Über die Messung der pH-Werte kann die Anlage geregelt werden. Mit Hilfe einer einfachen 2stufigen Vor klärung kann die endgültige Filtration mit maximaler Standzeit betrieben werden.

Der erfindungsgemäße Rohrreaktor besteht aus vier auf einander folgenden Teilstrecken, an deren jeweiligen Be ginn die Aufbereitungschemikalien nach einem Zeitplan mittels Dosierpumpen eingespeist werden. Vor dem Eintritt in die Flockungsstrecke des Reaktors wird der pH-Wert durch eine automatische pH-Steuerung nahe pH=9 mit Natronlauge eingestellt.

Nach der Wasservorbehandlung im Reaktor erfolgt eine Vor klärung des Produktwassers in einem sogenannten Flocken abscheider und anschließend eine Klär- und Entkeimungs filtration.

Vor Eintritt des Produktwassers in den Flockenabscheider wird zur Sedimentationsbeschleunigung ein Flockungshilfs mittel zudosiert.

Gemäß dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung be steht die Anlage aus einem Rohrreaktor mit einer reak tionsabhängigen Ausbildung der Rohrstrecken (Reaktions strecken) und Dosierpumpen für die Zusätze der er forderlichen Reaktionschemikalien, aus einem Flockenab scheider und einem Klar- und Entkeimungsfilter.

Nach dem Unteranspruch 2 der Erfindung weisen die Reaktionsstrecken in Abhängigkeit von den vorbestimmten Reaktionszeiten und -mengen unterschiedliche Längen und Durchmesser auf. Hiermit sollen folgende Reaktionen durch geführt werden:

- alkalische Hochchlorung, z. B. mit Calciumhypochlorit
- saure Hochchlorung, z. B. mit Eisen(III)-chlorid
- Adsorption mit Aktivkohle
- Anhebung des pH-Wertes und Flockung mit Natriumhydroxid.

Entsprechend dem Unteranspruch 3 wird als Flockenabscheider ein flexibles oder aus festem Material konstruiertes Becken verwendet und es wird dem vorbehandelten Wasser ein Flockungsmittel zur Sedimentationsbeschleunigung zugesetzt.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Unteranspruches 4 wird als Klar- und Entkeimungsfilter ein Schichtenfilter oder ein Anschwemmfilter verwendet.

Schematisch ist der erfindungsgemäße Aufbau der Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung von kontaminiertem Wasser in Fig. 1 dargestellt. Das kontaminierte Rohwasser läuft in 12 in den Rohrreaktor 1 der Aufbereitungsanlage ein. Unter 4 wird über eine Dosierpumpe 3 Calciumhypochlorit zugesetzt. Dann beginnt in der ersten Reaktionsstrecke 2 die alkalische Chlorung. Anschließend wird über eine Dosierpumpe 3 Eisen (III)-chlorid bei 5 zugegeben für die saure Chlorung. In 6 wird ebenfalls über eine Dosierpumpe 3 Aktivkohle zu gesetzt, welche in der entsprechenden Rohrstrecke 2 reagiert. Über 7 wird der pH-Wert gemessen und geregelt. Schließlich wird in 8 über eine Dosierpumpe Natrium hydroxid zugegeben, welches in einer Rohrstrecke 2 die Flockung bewirkt. Die Flockung wird unterstützt durch die Zugabe eines Flockungshilfsmittels 10 über eine Dosier pumpe. In dem Flockenabscheider 9 fällt nach unten Schlamm an 14. Das vorbehandelte Wasser wird in 13 abgezogen in den Klar- und Entkeimungsfilter 11. Nach der Filtration kann unter 15 das aufbereitete Wasser entnommen werden.

Die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage und das kontinuierliche Verfahren sollen in dem nachfolgenden Beispiel verdeutlicht werden. Der Rohrreaktor ist für eine Durchsatzleistung von 1 m³/h ausgelegt. Beim Eintritt in den Rohrreaktor wird dem kontaminierten Rohrwasser Calciumhypochlorit in einer Menge von 360 mg/l zugesetzt. Die hierfür zugehörige Reaktionsstrecke besteht aus einem Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 100,8 mm und einer Länge von 13 350 mm. Die Verweilzeit in der Strecke beträgt etwa 6 Minuten.

Zur Entlüftung der Teilstrecke wurde ein automatisches, schwimmergesteuertes Entlüftungsventil vorgesehen. Am An fang der Strecke ist das Dosierventil für die Calcium hypochlorit-Lösung vorgesehen. Ein Prallblech sorgt für die Verwirbelung dieser Lösung. Danach wird über eine Dosierpumpe Eisen(III)-chlorid in einer Menge von 300 mg/l eingegeben. Die Reaktionsstrecke weist die gleichen Maße wie bei der Calciumhypochloritreaktion auf. Die Reaktionszeit beträgt auch hier etwa 6 Minuten. Danach erfolgt die Zugabe aufgeschlämmter gepulverter Aktivkohle in einer Menge von 700 mg/l. Das Stahlrohr weist hier einen Innendurchmesser von 51,2 mm und eine Konstruktions länge von 57 800 mm auf. In diese Teilstrecke wurde eben falls ein automatisches Entlüftungsventil eingebaut. Die Verweilzeit beträgt auch hier ca. 6 Minuten. Es folgt das Steuern (Messen und Regeln) des pH-Wertes.

Hierzu ist hinter der Aktivkohle-Reaktionsstrecke eine pH-Meßzelle eingebaut, deren Meßwerte aufgenommen und in dazu analoge Impulse umgewandelt werden, die den Stell motor der Dosierpumpe steuern. Zur pH-Steuerung wie auch zur Flockung wird eine pH-wertabhängige variable Menge von Natriumhydroxid zugesetzt. Die Flockungsstrecke be steht aus einem Stahlrohr von 51,2 mm Innendurchmesser und einer Länge von 19 100 mm. Nach einer Verweilzeit von 2 min kann vor Verlassen der Anlage ein Flockungshilfs mittel, z. B. Polyelektolyt zugesetzt werden, um die Sedimentation im Flockenabscheider zu beschleunigen.

Durch den Einsatz von Schläuchen mit geringerem Durch messer als der Natriumhydroxid-Reaktionsstrecke kann der Strömungsquerschnitt verringert werden. Die Schlauchlänge entspricht dabei auch einer Verweilzeit von 2 Minuten. Durch diese Maßnahme kann eine bessere Turbulenz erreicht werden.

Für den Flockenabscheider wurde zunächst ein flexibles Becken von 1,5 m³ Inhalt verwendet. Es kann hierfür je doch auch ein entsprechend großes Becken aus einem festen Material, wie z. B. Stahlblech verwendet werden. Aus dem Flockenabscheider wird im unteren Bereich der angefallene Flockungs- oder Sedimentationsschlamm abgezogen. Darüber wird das vorbehandelte, das vorgeklärte Wasser abgesaugt. Das Wasser ist infolge des hohen Kohlezusatzes getrübt. Diese Trübung wird vollständig entfernt durch Filtration über ein Maschenfilter (20 µm). Durch kurzzeitiges Rück spülen oder Einblasen von Luft in Gegenrichtung kann das Filtern lange Zeit gängig gehalten werden. Nach der 2. Vorklärstufe gelangt das Wasser auf adsorbierende und/oder entkeimende Filter. Aufgrund der guten Vorklärung sind diese Filter optimal zu nutzen. Eingesetzt werden zur Filtration Schichtenfilter oder Anschwemmfilter.

Der gesamte Rohrreaktor kann auch aus Schlauchmaterial er stellt werden. Durch deren Flexibilität kann das Transport volumen erheblich gesenkt werden.

Als Reaktionsstrecken sind auch Behälter mit entsprechenden Volumen mit eingebauten Umlenkblechen einsetzbar.

Durch Parallelschalten mehrerer Reaktorstrecken läßt sich die Kapazität der Anlage erhöhen.

Die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage kann so kompakt konstruiert werden, daß sie im Kastenaufbau eines Last kraftwagens Platz findet.

Zusammengefaßt sollen noch einmal die Vorteile der Anlage nach der Erfindung erwähnt werden:

a) in deutlich kürzerer Zeit Verfügbarkeit von Trink wasser (ca. 30 Minuten),
b) geringerer Platzbedarf für die Erzeugung von Trink wasser,
c) die Verlagerung der Anlage von einem Einsatzort zu einem anderen ist wesentlich schneller zu bewerkstel ligen, da sich eventuell nur das oder die Reinwasser becken und eine Förderpumpe außerhalb des Transportfahr zeuges befinden, wodurch eine deutlich höhere Mobilität erreicht wird,
d) einfachere, da automatisierbare, Handhabung der Auf bereitungsanlage.

Bezugszeichenliste:

1 Rohrreaktor
2 Rohr- bzw. Reaktionsstrecken
3 Dosierpumpen für Chemikalienzusätze
4 Zusatz von Calciumhypochlorit
5 Zusatz von Eisen(III)-chlorid
6 Zusatz von Aktivkohle
7 pH-Steuerung
8 Zusatz von Natriumhydroxid
9 Flockenabscheider
10 Zusatz von Flockungshilfsmittel
11 Klar- und Entkeimungsfilter
12 Einlauf von Rohwasser
13 Auslauf von vorbehandeltem Wasser zur Klar- und Entkeimungsfiltration
14 Austrag von Sedimentationsschlamm
15 Auslauf von aufbereitetem Wasser

Claims

1. Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung von kontaminiertem Wasser, gekennzeichnet durch

- einen Rohrreaktor mit reaktionsabhängiger Ausbildung der Rohrstrecken und Dosierpumpen für Chemikalienzu sätze
- einen Flockenabscheider
- einen Klar- und Entkeimungsfilter

2. Anlage zur kontinuierlichen Wasseraufbereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrreaktor Reaktionsstrecken aus Metallrohr mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern in Ab hängigkeit von den vorbestimmten Reaktionszeiten und -mengen zur Durchführung folgender Reaktionen aufweist:

- alkalische Hochchlorung, z. B. mit Calciumhypochlorit
- saure Hochchlorung, z. B. mit Eisen(III)-chlorid
- Adsorption mit Aktivkohle
- Anhebung des pH-Wertes und Flockung mit Natrium hydroxid

3. Anlage zur kontinuierlichen Wasseraufbereitung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flockenabscheider ein flexibles oder aus festem Material konstruiertes Becken verwendet wird und daß dem vorbehandelten Wasser zur Sedimentationsbe schleunigung ein Flockungshilfsmittel zugesetzt wird.

4. Anlage zur kontinuierlichen Wasseraufbereitung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Klar- und Entkeimungsfilter ein Schichtenfilter oder ein Anschwemmfilter Verwendung findet.