DE4200802A1 - Vorrichtung zur reinigung von abwasser - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser durch Flockung
und Flotation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Abwasserreinigungsanlagen dienen der Säuberung von mit kolloi
dalen Teilchen vermengtem Abwasser, wie es beispielsweise in Industrie, Landwirt
schaft, Werkstatt oder Haushalt anfällt. Da sich die kolloidalen Teilchen infolge ihrer
gleichartigen Oberflächenladung gegenseitig elektrostatisch abstoßen, ist es notwen
dig, das Kolloid zunächst zu entstabilisieren. Dies geschieht durch Zugabe von
sogenannten Flockungsmitteln. Üblicherweise werden hierzu Metallsalze, beispiels
weise Aluminium- oder Eisensalze verwendet. Die Entstabilisierung des Kolloids
geschieht in einer typischen Zeit von 0.1 Sekunde. Zeitgleich mit dem Entstabilisie
rungsvorgang wird das Kolloid mit Luftbläschen durchströmt, was entweder durch
sogenanntes Durchperlen oder durch Entspannung druckgelöster Luft erfolgen kann.
Die Kolloidteilchen wachsen zu Mikroflocken zusammen, welche sich durch Zugabe
eines sogenannten Flockungshilfsmittels zu Makroflocken aneinanderlagern können.
Als Flockungshilfsmittel wird meist ein Polyelektrolyt, z. B. ein synthetisches oder
natürliches Polyacrylamid verwendet. Bei dieser sogenannten Agglomeration wer
den die an den Mikroflocken anlagernden Luftbläschen teilweise in den Makroflocken
eingeschlossen, wodurch eine Auftriebskraft entsteht. Die Makroflocken steigen dem
zufolge in der Lösung nach oben und können dort abgetrennt werden, das gereinigte
Wasser bleibt unten zurück.
Bei einer bekannten Abwasserreinigungsanlage erfolgt die Zugabe des Flockungsmit
tels (Metallsalz) in einem der Flotation vorgeschalteten Behälter durch Einrühren.
Diese Methode hat den Nachteil, daß sich keine gute Mischung zwischen Abwasser
und Flockungsmittel ergibt, was umso mehr auf eckige Behälter zutrifft, in welchen
beim Rührprozeß Toträume der Strömung entstehen. Die Folge dieser mangelhaften
Durchmischung ist, daß erheblich mehr Flockungsmittel verwendet werden muß als
chemisch notwendig ist. Oft ist die doppelte Menge an Flockungsmittel erforderlich.
Bei anderen Abwasserreinigungsanlagen erfolgt die Flockung in Rohrleitungen. Hier
bei wird das Flockungsmittel unter Druck in die das Abwasser enthaltende Rohr
leitung injiziert. Unmittelbar danach weitet sich die Rohrleitung auf, um die im
Wasser gelöste Luft durch Entspannung in Bläschen überzuführen. Dies hat jedoch
zur Folge, daß die anfangs turbulente Strömung nach der Rohraufweitung laminar
wird. Das Flockungsmittel wird daher nur am Anfang, also im Bereich der turbu
lenten Strömung, effektiv mit dem Abwasser vermischt, in dem langen Bereich der
laminaren Strömung findet praktisch keine Durchmischung mehr statt.
Die DE 39 00 731 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Abwasserreinigung durch
Flockung und Entspannungsflotation. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Flockungsmodul, in welches zwei Leitungen münden. Die eine Leitung
führt Abwasser, die andere mit Luft angereichertes Frischwasser. Außerdem weist
das Flockungsmodul Dosieranschlüsse für Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel
auf. Zur Durchmischung ist eine Flocken-Agglomerationsstrecke innerhalb dieses
Flockungsmoduls vorgesehen, welche als Aufeinanderfolge von verschiedenartigen
Lochblechen ausgebildet ist. Im Anschluß an diese Serie von Lochblechen befindet
sich ein Flotationsrohr, welches in den Trennbereich einer Flotationszelle ragt.
Auch bei diesem Verfahren ist der Bereich turbulenter Strömung zu kurz, um eine
innige Durchmischung zu erreichen. Außerdem weisen die Lochbleche mit den klei
nen Bohrungen einen großen Strömungswiderstand auf, wodurch sich die notwendige
Pumpenleistung erhöht. Schließlich setzen sich die kleinen Löcher der Strömungs
bleche rasch zu, was eine häufige Wartung der Anlage erfordert.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Abwasserreinigungsanlage, welche mit
Flockung und Entspannungsflotation arbeitet, so auszubilden, daß bei geringstmögli
chem Chemikalienbedarf eine innige Durchmischung des Wassers mit allen anderen
Substanzen stattfindet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden, unter Zuhilfenahme der
Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Abwasserreinigungsanlage;
Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. 1 entlang der Linie I-I.
Die in Fig. 1 dargestellte Abwasserreinigungsvorrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Flockungsmodul 2, einer Flotationszelle 3 mit einem Flotationsrohr 4
sowie den an das Flockungsmodul 2 angeschlossenen Leitungen. Diese Leitungen
sind die Abwasserleitung 5, die Frischwasserzuleitung 6 und die Zuleitungen für
Flockungsmittel 7 und Flockungshilfsmittel 8. Innerhalb der Abwasserleitung 5
befindet sich eine Förderpumpe 8, welche das Abwasser zum Flockungsmodul 2
hinpumpt. Innerhalb der Frischwasserzuleitung 6 befindet sich eine Luftdrossel 9, in
welcher das Frischwasser mit Luft angereichert wird. Es folgen eine Druckerhöhungs
pumpe 10 und eine Luftlösestrecke 11. Die Frischwasserzuleitung 6 mündet über eine
Rohrverengung 12 in das Flockungsmodul 2 ein.
Die Flotationszelle 3 weist wie üblich einen Schlammablauf 13 und einen Frisch
wasserablauf 14 auf. Dabei kann das aus dem Frischwasserablauf 14 austretende
Frischwasser über eine Leitung 15 teilweise der Frischwasserleitung 6 zugeführt wer
den und somit den Frischwasserbedarf aus der Leitung erniedrigen.
Fig. 2 stellt einen Querschnitt entlang der Linie I-I durch das Flockungsmo
dul 2 aus Fig. 1 dar. Zur besseren Veranschaulichung des Aufbaus weisen die
Zuleitungen 5, 6, 7 und 8 jedoch nach außen. Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht
das Flockungsmodul 2 aus einem ersten, zu einer Spirale gebogenen, Rohr 16, an
dessen Peripherie die Zuleitungen für Abwasser 5, luftangereichertes Frischwasser
6, Flockungsmittel 7 und Flockungshilfsmittel 8 sind. Die durch die vier Zuleitun
gen zugeführten Substanzen strömen durch das Rohr 16 von außen nach innen zum
Zentrum der Spirale. Zur Erzielung einer turbulenten Strömung im Anfangsbereich
enthält das Rohr 16 an seinen Wänden große und kleine Strömungsbrecher 17 und
18. Der Abstand dieser Strömungsbrecher 17 und 18 nimmt im Verlauf des Rohres
von außen nach innen zu. Die Querschnittsfläche des Rohrs 16 nimmt im Verlauf
von außen nach innen ebenfalls zu, die Spirale ist also bei konstanter Rohrhöhe nicht
archimedisch.
Unmittelbar über dem spiralförmig gebogenen Rohr 16 schließt sich ein weiteres,
ebenfalls spiralförmig gebogenes, Rohr 19 an, welches mit dem Rohr 16 im Zentrum
der beiden Spiralen der Rohre 16 und 17 verbunden ist. Das Rohr 19 weist im we
sentlichen die Form einer archimedischen Spirale auf, d. h. seine Querschnittsfläche
bleibt in seinem Verlauf konstant. Es enthält außerdem keine Strömungsbrecher 17
und 18. Im Anschluß an das Rohr 19 befindet sich ein weiteres, spiralförmig ge
bogenes, Rohr 20. Dieses ist mit dem Rohr 19 an der Peripherie verbunden, weist
im wesentlichen die gleiche Form auf wie das Rohr 19 und enthält ebenfalls keine
Strömungsbrecher 17 und 18. In seiner Mitte weist das spiralförmig gebogene Rohr
20 einen Auslaß 21 zum Flotationsrohr 4 auf.
Die Vorrichtung funktioniert wie folgt.
Über die Abwasserleitung 5 und die Förderpumpe 8 wird das zu reinigende Ab
wasser dem Flockungsmodul 2 zugeführt. Gleichzeitig wird dem Flockungsmodul
2 mit Luft angereichertes Frischwasser über die Leitung 6, die Luftdrossel 9, die
Druckerhöhungspumpe 10, die Luftlösestrecke 11 und die Rohrverengung 12 zu
geführt. Dabei kann dieses Frischwasser über die Leitung 15 mit bereits gereinigtem
Wasser aus der Frischwasserablaufleitung 14 der Flotationszeile 3 vermischt sein.
Weiterhin wird dem Flockungsmodul 2 über die Leitungen 7 und 8 Flockungsmittel
bzw. Flockungshilfsmittel zugeführt. Als Flockungsmittel wird beispielsweise ein
Metallsalz, als Flockungshilfsmittel ein Polyelektrolyt verwendet.
Innerhalb des Flockungsmoduls 2 werden die vier Teilströme dem ersten, spi
ralförmig gebogenen, Rohr 16 zugeleitet. Zu Beginn des Rohres werden annähernd
gleichzeitig Frischwasser, Abwasser und Flockungsmittel eingeleitet. Durch den in
der Peripherie geringen Querschnitt des Rohres 16 entsteht eine schnelle Strömung,
welche durch die Strömungsbrecher 17 und 18 in eine turbulente Strömung über
geführt wird. Noch im Bereich der Peripherie des Rohres 16, jedoch ca. 120° nach
der Einmündung der Rohre 5, 6 und 7, mündet das Rohr 8 mit dem Flockungs
hilfsmittel in das Rohr 16 ein. Im weiteren Verlauf des Rohres 16 wachsen also
Makroflocken, an welche sich Luftbläschen anlagern. Diese Luftbläschen bilden sich
aus dem luftgesättigten Wasser, weil sich im weiteren Verlauf des Rohres 16 dessen
Querschnitt erweitert, wodurch sich der Druck verringert. Die druckgelöste Luft
geht also in Gasform über. Die Luftbläschen lagern sich an den Makroflocken an.
Ein weiterer Effekt des immer größer werdenden Querschnitts des Rohres 16 ist,
daß sich die Strömungsgeschwindigkeit dadurch verlangsamt. Durch die immer ge
ringer werdende Anzahl der Strömungsbrecher 17 und 18 im Verlauf des Rohres 16
wird also die turbulente Strömung in eine laminare Strömung übergeführt, nach
dem bereits eine innige Durchmischung aller Substanzen stattgefunden hat und sich
luftbläschenbesetzte Makroflocken gebildet haben.
Zur weiteren Ausbildung von Makroflocken wird die Emulsion im Zentrum des spi
ralförmig gebogenen Rohres 16 in das Rohr 19 geleitet und durchläuft dessen Spirale
von innen nach außen bei laminarer Strömung. Die Emulsion verläßt das Rohr 19
an dessen Peripherie und tritt in das Rohr 20 ein, welches sie von innen nach außen
in ebenfalls laminarer Strömung durchläuft. Nach Durchlaufen dieser drei Rohre 16,
19 und 20 ist die Bildung der Makroflocken abgeschlossen und die Emulsion verläßt
das Rohr 20 über den Auslaßstutzen 21 zum Flotationsrohr 4 hin. Im Flotationsrohr
4 steigt die Emulsion langsam auf in die Flotationszelle 3. Darin steigen die Ma
kroflocken in bekannter Weise zur Oberfläche auf und können über den Auslaß 13
abgesaugt werden. Das Frischwasser kann über den Auslaß 14 ablaufen.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser durch Flockung und Flotation,
umfassend ein Flockungsmodul, welchem über eine Abwasserleitung Abwas
ser, über eine Frischwasserleitung relativ sauberes Wasser und über Do
sieranschlüsse Flockungsmittel sowie Luft zugeführt werden, wobei sich das
Flockungsmodul innerhalb des unteren Bereiches eines Flotationsrohres be
findet, dessen oberer Bereich in eine Flotationskammer ragt, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Flockungsmodul (2) mindestens ein erstes Rohr (16)
umfaßt, dieses erste Rohr (16) zu einer ersten Spirale geformt ist, an deren
Peripherie die Abwasser- (5) und die Frischwasserleitung (6) in das erste Rohr
(16) münden, innerhalb des ersten Rohres (16) mindestens in dessen äußerem
Bereich Schikanen (17,18) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung vorhan
den sind und das im Zentrum der ersten Spirale gelegene Ende des ersten
Rohres (16) offen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich über dem
ersten, zu einer ersten Spirale geformten, Rohr (16) ein zweites, zu einer zwei
ten Spirale geformtes, Rohr (19) befindet, das zweite Rohr (19) im Zentrum
der beiden Spiralen mit dem offenen Ende des ersten Rohres (16) verbunden
ist und das an der Peripherie der zweiten Spirale gelegene Ende des zweiten
Rohres (19) offen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich über dem
zweiten, zu einer zweiten Spirale geformten, Rohr (19) ein drittes, zu einer
dritten Spirale geformtes, Rohr (20) befindet, das dritte Rohr (20) an der
Peripherie der zweiten und dritten Spirale mit dem offenen Ende des zweiten
Rohres (19) verbunden ist und das im Zentrum der dritten Spirale gelegene
Ende des dritten Rohres (20) offen ist.
4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rohre (16, 19, 20) im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
aufweisen, von dem zwei einander gegenüberliegende Seiten durch ebene Plat
ten und die beiden weiteren Seiten durch ein spiralförmig gebogenes Band
gebildet werden.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schikanen (17, 18) zur Erzeugung der turbulenten Strömung
kantige Hervorhebungen der Innenwandung des ersten Rohres (16) sind.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens das erste Rohr (16) einen Querschnitt aufweist,
der sich zumindest entlang eines Teils des spiralförmigen Verlaufes des ersten
Rohres (16) von außen nach innen vergrößert.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Rohr (19) und/oder das dritte Rohr (20) einen Querschnitt
aufweist, der entlang des spiralförmigen Verlaufes des zweiten bzw. dritten
Rohres (19, 20) konstant bleibt.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Abstand der Schikanen (17, 18) zur Erzeugung der turbu
lenten Strömung im Verlauf des ersten Rohres (16) von außen nach innen
zunimmt.
9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Dosieranschlüsse (7) für die Flockungsmittel im
Mündungsbereich der Abwasser- (5) und der Frischwasserleitung (6) in das
erste Rohr (16) befinden.
10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich im Verlauf der Peripherie des ersten Rohres (16) ein wei
terer Dosieranschluß (8) für die Zugabe eines Flockungshilfsmittels befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wei
tere Dosieranschluß (8) etwa 120° entfernt von der Einmündung der Abwasser-
(5) und Frischwasserleitungen (6) befindet, wobei der Bezugspunkt für diese
Winkelangabe das Zentrum der ersten Spirale ist.
12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Frischwasserleitung (6) eine Luftdrossel (9), eine
Druckerhöhungspumpe (10) und eine Luftlösestrecke (11) zur Anreicherung
des Frischwassers mit Luft enthält.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frisch
wasserleitung (6) über eine Rohrverengung (12) in das Flockungsmodul (2)
mündet.
14. Verfahren zur Reinigung von Abwasser durch Flockung und Flotation unter
Verwendung einer der voranstehenden Vorrichtungen (1).
Priority Applications (1)
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DE19924200802 DE4200802C2 (de) | 1992-01-15 | 1992-01-15 | Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser |
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DE4200802C2 DE4200802C2 (de) | 1994-12-08 |
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