DE4200802C2 - Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser - Google Patents

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 der 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.

Der SU 16 11 872 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, Ref. Nr.: 91-244 311/33) ist entnehmbar, daß die Rohre, welche der Flotati­ onszelle Schmutzwasser und Luft zuführen, spiralförmig ausgebildet und perforiert sind. Es findet sich jedoch weder eine Aussage über die Aufteilung von Schmutzwas­ ser, Frischluft und Luft auf diese Rohre, noch über deren Anzahl und Anordnung. Welches der Rohre perforiert ist und wie bei einer derartigen Anordnung eine effi­ ziente Durchmischung stattfindet, ist der Druckschrift nicht entnehmbar. Es findet sich auch kein Hinweis auf die Anbringung von Schikanen zur Erzeugung einer tur­ bulenten Strömung.

Die GB-PS 14 44 984 beschreibt unter anderem eine Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen aus einem flüssigen Medium. Hierbei durchströmt die Flüssigkeit ein Rohrsystem, welches zur Strömungsrichtung hin geöffnete Taschen aufweist. In die­ sen Taschen bilden sich Kreisströmungen, aus denen sich der abzutrennende Feststoff an der Innenwandung der Tasche absetzt. Es treten keine turbulenten Strömungen auf, da sowohl die Hauptströmung als auch die geschlossenen Kreisströmungen in den Taschen laminar sind.

Klärvorrichtungen für Abwässer sind auch Gegenstand der Druckschriften DE-PS 6 79 906, SU 15 33 729 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, Ref. Nr.: 90-216 102/28), SU 14 77 442 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, Ref. Nr.: 90-036 093/05), SU 13 22 216 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, Ref. Nr.: 88-04 2050/06), SU 14 01 017 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, Ref. Nr.: 88-366 801/51), JP 60-12 52 88 - A (Ref. aus Chemical Patents Index, Der­ went Publications LTD, Ref. Nr.: 85-200005/33) und DE 39 18 213 A1. Sämtliche genannten Druckschriften ermöglichen jedoch keine raumsparende Durchmischungs­ anordnung. Obwohl in den begleitenden Texten von einer spiralförmigen Bewegung des zu durchmischenden Wassers die Rede ist, handelt es sich tatsächlich um eine schraubenlinienförmige Bewegung des Wassers. Dies benötigt einen hohen Raum­ bedarf und ist auch schlecht geeignet, turbulente Strömungen zu erzeugen.

Die DE 29 38 264 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wasserreini­ gung und/oder -belüftung zur Entspanungsflotation. Diese Vorrichtung sieht jedoch keine turbulente Durchmischung des zu reinigenden Abwassers mit den Flockungs­ mitteln und Flockungshilfsmitteln vor, was zu einem schlechten Reinigungswirkungs­ grad führt. Gleiches gilt für die in der DE 37 13 439 A1 beschriebene Anordnung zur Wasserreinigung. Die JP 63-77 589 - A (Ref. aus Patents Abstracts of Japan, Sektion C, C-522, 1988, Bd. 12/Nr. 306) beschreibt eine zur Phasentrennung von Feststoffen und Flüssigkeiten verwendete Flotationsanlage. Auch diese Anlage kann jedoch keine hinreichend gute Durchmischung des Abwassers mit den Flockungs­ mitteln und Hilfsmitteln gewährfeisten, da es an Vorrichtungen zur Erzeugung einer Turbulenz fehlt. Die in der Druckschrift beschriebenen Bleche dienen lediglich als Leitbleche für die Strömung.

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 zeigt:

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 Leitun­ gen 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 19 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 Flotationszelle 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 außen nach innen 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 (13)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser durch Flockung und Flotation, umfassend ein Flockungsmodul (2), welchem über eine Abwasserleitung (5) Abwasser, über eine Frischwasserleitung Wasser und über Dosieranschlüsse Flockungsmittel sowie Luft zugeführt wird, wobei sich das Flockungsmodul (2) innerhalb des unteren Bereiches eines Flotationsrohres (4) befindet, dessen oberer Bereich in eine Flotationskammer (3) ragt, dadurch gekennzeich­ net, daß das Flockungsmodul (2) mindestens ein Rohr (16) umfaßt, welches zu einer horizontal angeordneten Spirale geformt ist, an deren Peripherie die Abwasser- (5) und die Frischwasserleitung (6) in das Rohr (16) münden, inner­ halb dessen mindestens im äußeren Bereich der Spirale Schikanen (17, 18) zur Erzeugung einer turbulenten Strömung vorhanden sind und das im Zentrum der Spirale gelegene Ende des Rohres (16) offen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich über dem ersten, zu der ersten Spirale geformten, Rohr (16) ein zweites, zu einer zweiten 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 der 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 das oder jedes Rohr (16, 19, 20) im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Ober- und Unterseite durch ebene Platten und die beiden weiteren Seiten durch ein spiralförmig gebogenes Band gebil­ det werden.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schikanen (17, 18) kantige Hervorhebungen der Innenwan­ dung 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 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 Frischwasser mit Luft enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frisch­ wasserleitung (6) über eine Rohrverengung (12) in das Flockungsmodul (2) mündet.