DE4225957C2

DE4225957C2 - Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE4225957C2
Application number: DE4225957A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dr Ing Nagy
Original assignee: Adalbert Dr Ing Nagy
Current assignee: EPURAMAT S.A., CONTERN, LU
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1992-08-06
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2012-08-07
Also published as: WO1994003252A1; AU4707493A; DE4225957A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.

Man hat festgestellt, daß eine Vielzahl zu reinigender Flüssigkeiten, wie Abwässer und Schlämme aus dem industriel len und kommunalen Bereich äußerst heterogene, polydisper sive Systeme darstellen, die verschiedene gelöste und unge löste Substanzen und chemische Elemente beinhalten, wobei deren Anzahl die etwa 500 bekannten chemischen Kombinationen übersteigt. Die Vielzahl dieser Substanzen wird in der Zu kunft zweifellos weiterhin steigen.

Die in typischen Abwässern sich befindenden Substanzen können in Abhängigkeit von ihren Eigenschaften in vier Grup pen unterteilt werden: Zwei davon sind heterogene Gruppen, in denen die (Schmutz)Partikel nicht vollständig in Wasser lösbar und als Suspensionen, Kolloide oder makromolekulare Kombinationen bekannt sind. Die beiden anderen sind homogene Gruppen, welche im aufgelösten Zustand mit dem Wasser ver bunden sind, wie z. B. molekularische und ionische Lösungen. Zwischen diesen vier Gruppen existieren Übergangszustände/- gruppen, wodurch eine dynamische Verbindung der Einzelgrup pen vorhanden ist oder entstehen kann. Es ist daher möglich, notwendigenfalls die im Wasser befindlichen Verschmutzungen durch chemisch-physikalische Prozesse aus einem Phasenzu stand in einen anderen zu überführen.

Aus dem Vorerwähnten ergibt sich, daß im Allgemeinen Abwässer und Schlämme sich als ein polydisperses dynamisches System zeigen, in dessen Zusammensetzung neben gröberen, kolloidalen Teilchen, Mikroorganismen, Bakterien, Viren etc. auch Gase sowie mineralische und organische Substanzen im aufgelösten Zustand sich befinden.

Für die Trennung von Verschmutzungen aus Flüssigkei ten, insbesondere aus Wasser, werden im allgemeinen physika lische und/oder chemische Methoden angewendet, z. B. Adhä sion, Koagulation, Flockulation, Filtration etc.. Bei den konventionellen Flüssigkeitsreinigungseinrichtungen ist festzustellen, daß die Reinigung von Verschmutzungen klas senbezogen ist, d. h., daß sie von den Schmutzteilchencha rakteristika abhängig ist. Ein auf Kolloidalsysteme oder ma kromolekularische Verbindungen spezialisiertes Reinigungs system erreicht deshalb für die in der Flüssigkeit gelösten bzw. im ionischen Zustand sich befindenden Elemente nur un genügende Reinigungswirkung. Deshalb sind zur vollständigen Reinigung der Flüssigkeit eine Mehrzahl nacheinander wirksam werdender Reinigungsstufen erforderlich.

Um die Vielzahl von Reinigungsstufen zu vermindern, sind Klärreaktoren mit vorgeschalteter Konditioniereinheit der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art vor geschlagen worden (DE 34 09 107 A1 und DE 36 12 313 A1). Bei diesen bekannten Systemen wird ein Abwasser od. dgl. gleich zeitig chemisch und mechanisch (durch Rühren und In-Schwin gung-Versetzen) in der Konditioniereinheit behandelt. Trotz der relativ kurzzeitig andauernden Potentierungswirkung wäh rend des 5-20 Sekunden dauernden Durchflusses durch die Kon ditioniereinheit, wird durch diese Behandlung neben einer sehr hohen Fest/Flüssig-Trennleistung auch eine Verbesserung hinsichtlich der in der Flüssigkeit gelösten Schadstoffe er zielt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine möglichst umfas sende Flüssigkeitsreinigung in einem zusammenhängenden Schritt ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren und ei ne Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 vorgeschlagen.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß neben dem bekannten In-Mechanische-Schwingung-Versetzen der Kondi tioniereinheit eine erhebliche Destabilisierungswirkung auf die zu reinigende Flüssigkeit und damit verbunden ein höhe rer Reinigungsgrad sowie eine schnellere Trennung von Fest stoff und Trägerflüssigkeit und damit einer Verkürzung der Behandlungsdauer der Flüssigkeit erzielt wird, wenn die nach unten strömende Suspension zwangsweise einer der die Strö mung der Suspension durch den Klärreaktor bewirkenden Schwerkraft überlagerten, nach unten, das heißt in im wesentlichen vertikal gerichteten Beschleunigung unterworfen wird. Es handelt sich mithin bei den erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zu ihrem Durchführen um ein Reinigungssystem von Flüssigkeiten, bei dem das herkömmliche Absetzen der Feststoffe von der Trägerflüssigkeit nur noch eine vergleichsweise untergeord nete Rolle spielt, da der überwiegende Teil der Fest/ Flüssig-Trennung unter der zwangsweisen Beschleunigungswir kung auf die Suspension erfolgt. Dies führt nicht nur zu verkürzten Durchflußdauern der Flüssigkeit durch den Reini gungsreaktor, sondern gestattet es auch, den Klärbehälter außerordentlich kleinvolumig im Vergleich zur durchgesetzten Flüssigkeitsmenge zu gestalten. Darüber hinaus wird es durch die Erfindung möglich, selbst solche Flüssigkeiten, insbe sondere Abwässer, in einem einzigen, ein geschlossenes hy draulisches System bildenden Reinigungsreaktor und ohne auf wendige Vor- oder Nachreinigungsmaßnahmen zu reinigen, bei denen eine Vielzahl von Substanzen unterschiedlicher Eigen schaftsgruppen enthalten sind und entfernt werden müssen. Die Trägerflüssigkeit, insbesondere Wasser, läuft in wei testgehend gereinigter Form aus dem Reinigungsreaktor ab, während die abgetrennten Feststoffe in eingedickter, aber noch pumpfähiger Form abgezogen werden. Mit dem erfin dungsgemäßen System ist es sogar möglich, die Konditionie rung der zu reinigenden Flüssigkeit in solcher Weise durch zuführen, daß der aus dem Reinigungsreaktor abgezogene Fest stoff nur noch vergleichsweise geringe Bestandteile an um weltschädigenden Substanzen enthält. Eine Vielzahl solcher schädlichen Substanzen kann nämlich durch chemische Umwand lung in dem Reinigungsreaktor unschädlich gemacht werden.

Es ist nun auf verschiedene Weise möglich, die unter Schwerkrafteinfluß nach unten strömende Suspension zwangs weise einer im wesentlichen vertikal gerichteten, der Schwerkraft überlagerten Beschleunigung zu unterwerfen: Eine erste Möglichkeit besteht darin, eine nach unten gerichtete Saugwirkung zu erzeugen, und zwar insbesondere unterhalb des unteren freien Mündungsendes des die Suspension innerhalb des Klärbehälters nach unten führenden Rohres. Dies ge schieht vorteilhaft dadurch, daß der am unteren Ende des den Klärbehälter nach unten abschließenden Trichters abzuziehen de, mehr oder minder eingedickte Schlamm durch ein hierfür geeignetes Förderorgan, insbesondere eine Schneckenpumpe, aktiv abgesaugt wird. Die Saugwirkung, die bis in das die Suspension nach unten führende Rohr hineinreichen kann, nimmt nach unten hin permanent zu.

Eine zweite, mit der ersten auch vorteilhaft zu kombi nierende Möglichkeit, die Suspension einer vertikal gerich teten, zwangsweisen, der Schwerkraftförderung überlagerten Beschleunigung zu unterwerfen, besteht darin, daß ein Teil der am unteren freier Mündungsende des besagten, die Suspen sion nach unten führenden Rohres austretenden Suspension ei ner Rezirkulierung unterworfen wird, d. h., daß ein Teil der Suspension oberhalb des unteren freien Mündungsendes des be sagten Rohres durch in der Rohrwandung vorgesehene Öffnungen in das Rohr wiedereintreten kann. Die erfindungsgemäßen Maß nahmen wirken besonders intensiv und vor allem ohne das Vor sehen besonderer Förderorgane, wenn das untere freie Mün dungsende des Rohres und vorzugsweise auch die eine Rezirku lierung ermöglichenden Rohrwandungsdurchbrechungen innerhalb des den Klärbehälter nach unten abschließenden Trichters an geordnet sind. Kegelig nach oben zulaufende Strömungsleit flächen, die oberhalb der die Rezirkulierung ermöglichenden Rohrwanddurchbrechungen an der Rohrwand enden, fördern die Intensität der Rezirkulierung. Durch diese Rezirkulierungs maßnahme steigt die Durchflußgeschwindigkeit im untersten, die Suspension nach unten führenden Rohrabschnitt. Diese Ge schwindigkeitssteigerung kann - in der Hauptströmungsrich tung gesehen - bis zum Mündungsende des Rohres allmählich oder stufenweise erhöht werden, wenn die Rohrwanddurchbre chungen nicht nur radial, sondern auch axial über den Rohr mantel verteilt vorgesehen sind.

Eine weitere Möglichkeit, die Suspension zwangsweise einer im wesentlichen vertikal gerichteten, der Schwerkraft überlagerten Beschleunigung zu unterwerfen, besteht - alter nativ, vorzugsweise aber kommulativ - darin, daß innerhalb der trichterförmigen, sich nach unten verjüngenden und in das die Suspension nach unten durch den Klärbehälter führende Rohr übergehenden Kammer oder, wie besonders bevor zugt, innerhalb einer einen Bestandteil des geschlossenen hydraulischen Systems bildenden und unmittelbar oberhalb oder innerhalb der trichterförmigen Kammer vorgesehenen Kon ditioniereinheit ein Rührwerk vorgesehen ist, welches entge gen der allgemeinen Strömungsrichtung eine Rezirkulierung der zu reinigenden Flüssigkeit innerhalb der Konditionier einheit bzw. der trichterförmigen Kammer erzeugt. Vorteil hafterweise bewirkt ein derartiger Rührer gleichzeitig eine spiralförmige Abwärtsbewegung der zu reinigenden Flüssigkeit, die sich bis in die trichterförmige Kammer und nach Möglich keit sogar bis in das sich daran nach unten anschließende Rohr fortsetzt.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der energe tische Potentierungs- und Destabilisierungseffekt in der zu reinigenden Flüssigkeit dadurch erheblich gesteigert und die Trennleistung verbessert werden kann, daß die zu reinigende Flüssigkeit bzw. Suspension einem, insbesondere inhomogenen Magnetfeld ausgesetzt wird. Besonders vorteilhaft sind solche Magnetfelder in der Konditioniereinheit und im Bereich des Feststoffabzuges aus dem den Klärbehälter nach unten abschließenden Trichter vorgesehen. Die Wirkung derar tiger Magnetfelder ist besonders intensiv, wenn der zu rei nigenden Flüssigkeit magnetische Bestandteile enthaltende Zuschläge, wie Magnetit oder ferromagnetische Substanzen zu geführt werden.

Eine weitere, der magnetischen Einwirkung vorteilhaf terweise überlagerte, Behandlung der zu reinigenden Flüssig keit bzw. der Suspension besteht darin, die Konditionierein heit und/oder die nachfolgende trichterförmige Kammer als Elektolysezelle auszubilden. Besonders bevorzugt ist es, als den einen an eine Stromquelle angeschlossenen Spannungspol den schon erwähnten Rührer zu verwenden und als zweiten Pol einen in der trichterförmigen Kammer, insbesondere koaxial, eingebauten Trichtermantel vorzusehen.

Schließlich kann zur abschließenden Behandlung der be reits geklärten Flüssigkeit eine, ggf. gasdurchströmte Fil trationskolonne vorgesehen werden, die einen integralen Be standteil des geschlossenen hydraulischen Systems des Reini gungsreaktors bildet.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstan des, die insbesondere eine intensive, vollständige und viel seitige Reinigung der Flüssigkeit bzw. eine hohe Durchsatz leistung durch den Reinigungsreaktor sowie eine kompakte Bauweise des Reinigungsreaktors gewährleisten, sind in wei teren Ansprüchen enthalten.

Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen, erfindungsgemäß zu ver wendenden Bauteile bzw. Verfahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption bzw. Verfahrensbedingungen keinen besonderen Aus nahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsge biet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegen standes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reinigungsreaktors dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Reinigungsreaktor im Vertikalschnitt (Schnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 2);

Fig. 2 denselben Reinigungsreaktor in Ansicht von oben sowie

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Reaktors nach Fig. 1 mit die in Vertikalrichtung gesehenen Ge schwindigkeitsverteilungen anzeigenden Pfeilen wobei die einzelnen Angabe in Fig. 3 bedeuten:
Q = Aufgabegutleistung
Q₁ = Überlaufleistung
Q₂ = Eingedickter-Schlammleistung
Q₃ = geschlossene Kreislaufleistung
p = hydrostatischer Druck
V₀ = aufwärtsgerichtete Strömungsgeschwindigkeit in der Trennungs- und Klärkammer
V_1-3 = Abwärtsströmungsgeschwindigkeit durch Reak tionskammer 40, 81, Rohr 50 und Trichter 60
V_d = dynamische Strömungsgeschwindigkeit (vom Rührer erzeugte mittlere Umlaufgeschwindig keit
ΣV = V_1-3 + V_d
V_s = Geschwindigkeit durch Absaugeffekt der Pum pe 70
U = Sinkgeschwindigkeit von Aggregaten
U₀ = Sinkgeschwindigkeit von Partikeln
R₅ = Reagenzmittel (Flockulant)

Der insgesamt mit 100 bezifferte Reinigungsreaktor be steht aus einem mit Doppelmantel 32, 32 versehenen Klärbe hälter 30, der in seinem oberen Bereich eine trichterförmi ge, sich nach unten verjüngende Kammer 40 aufnimmt, deren unteres Ende in ein koaxial innerhalb des Klärbehälters 30 sich erstreckendes, an seinem unteren Ende frei mündendes Rohr 50 übergeht.

Der im wesentlichen kreiszylindrisch geformte aufrecht ste hende Klärbehälter 30 wird nach unten hin durch einen schlanken Trichter 60, der vorzugsweise einen Öffnungswinkel von weniger als 90°, insbesondere zwischen 30 und 70° auf weist, abgeschlossen. An das untere Mündungsende 61 des Trichters 60 ist eine Schneckenförderpumpe 70, vorzugsweise der in der DE 41 10 943 A1 beschriebenen Art angeschlossen. Die im oberen Endbereich des Klärbehälters 30 vorgesehene Kammer 40 geht - nach oben gesehen - in eine oben und unten offene Kammer 81 einer Konditioniereinheit 80 über. Schließ lich weist der Reinigungsreaktor 100 an seinem äußeren Um fang gleichverteilt angeordnete etwa senkrecht stehende Fil terkolonnen 90 auf. Ein derartiger Reinigungsreaktor stellt mithin eine Kompakteinheit dar, die bereits bei einer gesam ten Bauhöhe von weniger als 2 m und einem Umfang von weniger als 1 m für Abwasserreinigungszwecke kommerziellen Umfangs ausreichend groß und als geschlossenes hydraulisches System ausgestaltet ist.

Die Arbeitsweise und der Aufbau des Reinigungsreaktors 100 im einzelnen wird nachfolgend anhand eines Beispiels zur Abwasserreinigung erläutert.

Das durch Leitung 1 in die Konditionierkammer 81 ein tretende Rohwasser wird bei 16a hinsichtlich seiner magne tischen Permeabilität künstlich verändert, z. B. durch Zu satz von Magnetitpartikeln. Auch die durch Leitungen 4 und 5 zugeführten Reagenzien für die Koagulation bzw. Flockulation können, z. B. bei 16b ebenfalls einer vormagnetisierenden Behandlung unterzogen werden. Bei diesen Reagenzien kann es sich z. B. um Polymer-Lösungen handeln. Die vormagnetisie rende Behandlung kann auch durch Beimengung ferromagne tischer Substanzen erfolgen oder ergänzt werden.

Das derart vorbehandelte Rohrwasser und Reagenzmittel gemisch werden einem rotierenden, hydraulischen, nicht homo genen magnetischen, elektrischen und akustischen Kraftfeld innerhalb der Konditionierkammer 81 und der trichterförmigen Kammer 40 ausgesetzt. Hierzu dient zum einen ein die Kondi tionierkammer 81 umschließender ringförmiger Magnet 82, ein als Kathode dienender, an eine Gleichspannungsquelle 85 an geschlossener Rührer 83 und ein als Anode dienender und an die gleiche Spannungsquelle angeschlossener beidseitig offe ner Trichter 41 sowie ein akustische Schwingungen auf die Konditionierkammer 81 in an sich bekannter Weise übertra gender Vibrationsmotor 84. Der Rührer 83 einerseits und der Trichter 41 andererseits sind gegenüber den übrigen Bautei len elektrisch isoliert angeordnet. Zu diesem Zweck ist der Trichter 41 koaxial in die trichterförmige Kammer 40 einge setzt und gegenüber dieser mittels Isolatoren 42 gehalten, so daß die - unter der Wirkung des Rührers 83 spiralförmig - nach unten durch die Kammer 40 strömende Suspension sowohl innerhalb des Trichters als auch in dem kegelstumpfförmigen Ringraum 44 außerhalb des Trichters 41, welchen dieser mit der trichterförmigen Wand 43 der Kammer 40 bildet, strömen kann.

Zur Trennung der Feststoffe von der Trägerflüssigkeit ist es vorgesehen, daß das Rohr 50 etwa in halber Höhe des Trichters 60 frei mündet und der wesentliche Teil der Fest/ Flüssig-Trennung in der näheren Umgebung der Mündungsöffnung 51 des Rohres 50 stattfindet, wobei die im wesentlichen ge reinigte Flüssigkeit innerhalb des von der inneren Mantel fläche 31 des Klärbehälters 30 und dem Rohr 50 bzw. Trichter 40 gebildeten, als Klärzone dienenden Ringraumes 15 unter Schwerkrafteinfluß nach oben steigt. Das Zulaufniveau des Rohwassers in dem geschlossenen hydraulischen System - nach Art kommunizierender Röhren - höher als der Reinwasserüber lauf 33 a, b gelegen ist. Die an der Mündungsöffnung 51 des Rohres 50 austretenden Partikel, wie Flocken u. dgl. unter liegen einer nach unten gerichteten Beschleunigung, weil ein Teil an der Mündungsöffnung 51 austretenden Suspension in das Rohr 50 rezirkuliert wird und die als Saugpumpe ausge bildete Fördereinrichtung 70 die am unteren Mündungsende 61 des Trichters 60 anfallenden Feststoffe nebst gewisser Flüs sigkeitsmengen absaugt. Die Rezirkulation im unteren Bereich des Rohres 50 wird durch in der Rohrwandung in radialer und axialer Verteilung vorgesehene Wanddurchbrechungen 52 mög lich. Segmente aus kegelstumpfförmigen Leitflächen 53, 54 enden oberhalb der Wanddurchbrechungen 52 und unterstützen damit die Rezirkulation. Zur weiteren Unterstützung der Fest/Flüssig-Trennung ist im unteren Endbereich des Trich ters 60 ein diesen umgebender Ringmagnet 62, 63 angeordnet.

Weitere, dem Schwerkrafteinfluß überlagerte Vertikal beschleunigungen erfährt die Suspension im Bereich der Kon ditionierkammer 81 aufgrund der verwendeten Bauart des Rüh rers 83, welcher, wie die Strömungspfeile zeigen, im radial innersten Bereich der Konditionierkammer 81 eine verstärkte Abwärtsströmung der Flüssigkeit/Suspension erzeugt und eine Aufwärtsströmung im radialen Randbereich der Konditionier kammer 81 zuläßt.

Vom oberen Ende 34 des Klärbehälters 30 strömt die weitestgehend gereinigte Flüssigkeit in den von der inneren Mantelfläche 31 und der äußeren Mantelfläche 32 des Klärbe hälters 30 gebildeten Ringraum 35 über, innerhalb dieses Ringraumes nach unten - etwa bis auf das Niveau des oberen Endes des Trichters 60 - und nachfolgend durch umfangsver teilt angeordnete, durch Bajonettverschlüsse od. dgl. leicht austauschbare Röhren 91, die insbesondere als Filterkolonnen dienen und von einem über Leitungen 92 und 93 zugeführten Gasstrom von unten nach oben gerichtet durchperlt werden können. Eine weitere Gasbehandlung kann über Leitung 94 in nerhalb der Trichterkammer 40 durchgeführt werden. Typische Gase für eine solche, insbesondere oxidative Behandlung sind Sauerstoff, Ozon, Wasserstoffperoxid und andere. Die Nachbe handlung des geklärten Wassers kann auch auf dem Adsorp tionsvermögen von in den Röhren 91 vorhandenen Aktivkohle partikeln od. dgl. beruhen.

Vom oberen Ende der Röhren 91 strömt die geklärte Flüssigkeit über einen Ringraum 36 und den Überlauf 33 a, b ab.

Durch den zuvor erläuterten Aufbau der Konditionier einheit 80 und der sich nach unten daran anschließenden trichterförmigen Kammer 40 wird ein rotierendes magnetisches Feld in dem flüssigen Medium erzeugt. An diesem Feld wirken sowohl das nicht homogene starke Magnetfeld des Ringmagneten 82 als auch das von dem Rührer 83 und dem Trichter 41 mit tels Gleichstroms oder pulsierenden Gleichstroms induzierte Magnetfeld mit, wobei die energetische Potentierungswirkung durch die Vorbehandlung des Rohwassers durch Zugabe magne tischer Stoffe unterstützt wird. Es ist zu beobachten, daß nur allein durch das starke Magnetfeld, d. h. auch ohne Aus gestaltung der Konditionierkammer und der Trichterkammer als Elektrolysezelle ein mit der Flüssigkeit wechselwirkendes elektrisches und magnetisches Feld erzeugt wird. Jede zeitliche und räumliche Änderung eines dieser Felder wird eine entsprechende Änderung der anderen hervorrufen. So wirkt in dem, zwischen den Polen des Magneten sich befinden den Medium neben den ponderomotorischen, magnetischen und magnetohydrodynamischen Kräften auch eine schwache elek trische Kraft.

Durch die Ausgestaltung als Elektrolysezelle erfolgt eine Dissoziation von Molekülen in Anionen und Kationen, die sich unter der hydrodynamischen Wirkung der strömenden Flüs sigkeit im Magnetfeld bewegen und ebenfalls einen Strom in duzieren, der einer Kraftwirkung unterliegt, welche von der Induktion des magnetischen Feldes, der Geschwindigkeit und der Ladungsmenge der bewegten Ladung abhängig ist.

Die als Reagenzmittel verwendeten Lösungen, die an zwei verschiedenen Stellen in die Konditionierkammer dosiert werden, bewirken eine effektive Koagulation/Flockulation in der zu reinigenden Flüssigkeit. Der Dualismus des Koagula tionsvorganges und des physikalischen Transportprozeses de stabilisieren die aus der Flüssigkeit zu entfernenden Stoffe und fördern einen besonders raschen Reinigungseffekt.

Durch die magnetische Vorbehandlung des Rohrwassers und unterstützt durch die Verwendung Polyelektrolyt- und Po lymerlösungen können vorzeitige submikroskopische Embryonen, ionische oder sogar makroskopische Gruppierungen sich bil den, die als neue Kristallisationszentren dienen. Das gebil dete polydisperse System einerseits und das heterogene Kraftfeld, dem das System ausgesetzt wird, andererseits führt zu einer wechselseitigen Heterokoagulation. Dieser chemophysikalische Vorgang beinhaltet neben dem Aggregatbil dungsmechanismus Teilchen mit verschiedenen Ladungen, die Umwandlung von potentiellen Substanzen in echte Elektroly ten, die Veränderung ihrer chemischen Bindungsstruktur, die Destabilisierung von organischen Substanzen, wie z. B. Propan, Äther, Tetrachlorethan usw.. Die sich summierenden Kräfte lassen großvolumige, metastabile Aggregate und Klum pen entstehen, die eine rasche Fest/Flüssig-Trennung gestat ten.

Die vorgesehene Elektrolysebehandlung erfolgt unter Beteiligung aller sich in der Flüssigkeit befindenden Ionen, der elektrischen Ladungen, der Kolloiden und im Schwebezu stand befindenden Partikel. Diesbezüglich spielen die K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺-Kationen, die HCO₃⁻, SO₄ ^2- und Cl⁻-Anionen, die H⁺ und OH^--Ionen und von den angegriffenen Anoden aufge löste Ionen eine besondere Rolle.

Die optimale Stromstärke bei der Elektrolyse ist von der Polwechselfrequenz des Stromes abhängig, und variiert bei einem Elektrodenabstand von 100 bis 150 mm zwischen 5 und 200 mA/cm² _.

Die kombinierte Wirkung der Elektrokoagulation und Elektrolyse zeigt sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei der Entfernung von festen Partikeln (mineralischer, organi scher und biologischer Herkunft), Kolloiden (eisenhaltigen Zusammensetzungen verschiedener Substanzen, die den Trü bungsgrad der Flüssigkeit bewirken etc.) und Elementen aus dem Wasser, die in molekularer und ionischer Form vorkommen.

Die magnetische Koagulation/Flockulation beginnt bei 16a und 16b und verstärkt sich während des Transportes in die Kammer 40. Während die Reagenzmittel-Lösung und das mit Magnetitpartikeln angereicherte Rohrwasser die Magnetfelder passieren, vollzieht sich eine Änderung in ihrer Struktur, in ihrem Hydratationsvermögen, in der Asymmetrie der Hydrat hüllen etc.. Dadurch bilden sich optimale chemische und phy sikalische Bedingungen für die Entstehung neuer Ionengrup pen, die ihrerseits zur Entstehung einer neuen Phase führen.

Die komplexe elektromagnetische Koagulation zwischen den neu gebildeten Ionengruppierungen, Magnetitpartikeln etc. laufen unter der direkten Aktion des starken, rotieren den, magnetischen bzw. magnetohydrodynamischen Feldes, im wesentlichen in der Einflußzone des Ringmagneten 82, wobei eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der Molekülan zahl, bei der Koagulation der Teilchen zu Flocken, Aggrega ten und Klumpen, die in dieser Zone zudosierte Polymerlö sung spielt. Nachdem die flockulierte Phase fortlaufend in der u. a. als Flockulationskammer dienenden Kammer 40 unter den vom Rührer 83 erzeugten Zentrifugalkräften weiterhin verdichtet wird, kann in dem zentralen Rohr 50 unter relativ ruhigen hydrodynamischen Bedingungen die Aggregatstruktur der festen Phase sich stabilisieren.

Unter dem Saugeffekt der Schneckenpumpe 70, der erhöh ten Strömungsgeschwindigkeit des flockulierten Schlammes beim Durchfluß des Rohres 50 und unter den Anziehungskräften des starken Ringmagneten 62, 63 wird die flockulierte Masse unter beschleunigter Bewegung durch die Austrittsöffnung am Mündungsende 61 des Trichters 60 den Klärreaktor verlassen. Die sowieso mit Magnetitpartikeln beschwerten Flocken und Aggregate, deren Dimensionen das Dreifache der unter norma len chemischen Bedingungen erreichten Flockengröße und Ge wichte übersteigen, führen zu einer resultierenden Kraft, die die Fest/Flüssig-Trennung noch effektiver gestalten.

Für die wirkungsvolle Flockulation sollte die Behand lung des Abwassers in anisotropen Magnetfeldern durchgeführt werden, wobei der Gütewert des verwendeten Dauermagneten ei ne steigende Tendenz aufweisen sollte:

Für die Magnetisierung der Reagenzien	5-10 kJ/m³
für die Magnetisierung des Rohwassers	10-20 kJ/m³
in der Konditionierkammer	20-50 kJ/m³
bei der Entleerungsöffnung	50-150 kJ/m³

Ausführungsbeispiel:

Zur Dekontaminierung eines kommunalen Abwassers wurde eine Vormagnetisierung in einem 24-40 kA/m starken und mit 8-16 Hz pulsierenden magnetischen Feld während 20-40 Minuten vorgenommen, nachdem dem Wasser ferromagnetische Eisenparti kel in einer Größe bis 0,5 mm mit einer Konzentration von 40-60 mg/l zudosiert worden waren. Bakterizide Substanzen wurden der Konditionierkammer durch einen Zerstäuber zuge führt. Der Konditionierkammer wurden ferner wässrige Chlor lösungen, Natriumhydrochlorit und Chlorkalk zugesetzt. Nach der Flockulation wurden 31,4-42% von in der Flüssigkeit enthaltenen Darmbakterien und ca. 50% aller Bakterien zu rückgehalten. Außerdem wurde die trichterförmige Kammer 40 mit Ozon mit einem Verbrauch von 0,5-1,5 mg/l durchperlt. Alternativ wurde hierzu Wasserdampf verwendet, wobei die bakterizide Leistung bei dieser Methode höher liegt, als bei der Chlorbehandlung der Suspensionen.

Aus dem Vorangehenden ist verständlich, daß sowohl die magnetische als auch die elektrische Einwirkung auf die zu reinigende Flüssigkeit auch für sich genommen außerordent lich vorteilhafte und wirkungsvolle Maßnahmen darstellen, die auch unabhängig von der Maßnahme nach Anspruch 1 bei der Flüssigkeitsreinigung eingesetzt werden können.

Weitere vorteilhafte Verfahrensbedingungen und Vor richtungsmerkmale für das erfindungsgemäße System ergeben sich aus der nachfolgenden Auflistung:

- Vormagnetisierung des Rohwassers und der verwendeten che mischen Reagenzmittel in einem insbesondere anisotropen Magnetfeld mit vorzugsweise H = 50-100 kA/m;
- künstliche Veränderungen der elektromagnetischen Eigen schaften, z. b. der magnetischen Permeabilität, der zu be handelnden flüssigen Phase, z. B. durch Magnetit, Eisen und/oder ferromagnetische Partikel, vorzugsweise bis zu einer Partikelgröße von 0,5 mm, mit einer Konzentration kleiner oder gleich 1,5-2,0 g/l;
- Durchführung eines elektromagnetischen-chemischen Koagula tions-, Flockulations- und Dekontaminierungsprozesses un ter hydrostatischem Druck in zwei getrennten, jedoch kom munizierenden Kammersysteme, nämlich einerseits in einer zentral plazierten rohrleitungsähnlichen Flockulationskam mer (entsprechend der trichterförmigen Kammer 40) mit va riablem Querschnitt unter der Wechselwirkung von elek trischen, magnetischen, akustischen, gravitationellen und hydraulischen Kräften unter dynamischen Bedingungen und, andererseits, in einer Klärungskammer (Ringraum 15) unter quasi stationären hydraulischen Bedingungen;
- Fest/Flüssig-Trennung in zwei verschiedenen Zonen des Reaktors, nämlich einerseits in der von dem Trichter 60 gebildeten Trennungskammer 14 unter der kumulativen Wir kung von gravitationellen und magnetischen Kräften und un ter dem Saugeffekt der Schneckenpumpe 70, wobei aus dieser Zone bis zu 90 oder gar 95% der flockulierten Masse in beschleunigter Bewegung entfernt wird und, andererseits, in der Klärungskammer 15 unter der im Gegenstrom wirkenden Schwerkraft, wobei sich die Partikel unter laminaren hy draulischen Bedingungen mit Endfallgeschwindigkeit bewe gen;
- Durchführung einer Filtration in Kolonnenfilter 90 unter Ausnutzung des hydrostatischen Drucks der geklärten Flüs sigkeit;
- zusätzliche Fest/Flüssig-Trennung im Filtergranulat (Ak tivkohlepartikel 95 der Kolonnenfilter 90);
- Entgiftung und Dekontaminierung der Flüssigkeit, insbeson dere eines Abwassers unter Zudosierung von Desinfektions medien 6a, 6b bei 24;
- zusätzliche Entgiftung und Dekontaminierung der gereinig ten Flüssigkeit durch Zudosierung von Desinfektionsmedien 6a, 6b bei 24a;
- Zudosierung von hochmolekularen Polymerlösungen durch Lei tung 5 an drei verschiedenen Punkten: In der Konditionier kammer 81, in der Flockulationskammer 40 und in der Re flockulationszone 13;
- Rezyklieren eines Teilstroms von bis zu 30% der Suspen sion in geschlossenem Kreislauf;
- Verteilung des Hauptstromes der zu reinigenden Flüssigkeit in mehrere spiralförmige, inklusiv aufwärts gerichtete Teilstromschichten durch einen mit Flügeln versehenen Rüh rer 83;
- Realisierung eines rotierenden, elektrischen, relativ zur Flüssigkeit magnetischen, anisotropen Feldes, die zur De stabilisierung, zu neuen Ionengruppierungen und Kristalli sationszentren und zum Transport der destabilisierten Teilchen der zu reinigenden Flüssigkeit führen;
- im Rohr 50 wirkt das gleichmäßige und reduzierte Strö mungsfeld zur Entwicklung von Aggregaten und Klumpen mit;
- durch mechanische Vibrationen der Konditioniereinheit 80 mittels des Vibrationsmotors 84 erzeugte Schallenergie hat Auswirkungen auf die Koagulation und Desinfizierung von zu reinigendem Abwasser;
- der als Unwuchtmotor ausgebildete Vibrationsmotor 84 ar beitet bei 500-1.000 U/min bei einer Amplitude von 0,1-1,5 mm, wobei die Konditionierkammer 81 aus Glas oder nicht magnetisierbarem Stahl besteht;
- die Rührgeschwindigkeit des Rührers 83 beträgt 200-300 U/min.
- die Flockulationskammer (40) ist mit einem doppelten Boden 41, 43 und einer verlängerten Beruhigungszone (Rohr 50) ausgestattet;
- die Elektrolysezelle mit rotierender Kathode (Rührer 83) und trichterförmiger Anode (Trichter 41) arbeitet mit ei ner Stromdichte von 20-200 A/m², wobei das Elektrodenmate rial - in Abhängigkeit von den Füssigkeitscharakteristika
- aus unangreifbarem Material, wie Graphit oder Titan oder aus angreifbarem Material, wie Eisen, Aluminium oder Kupfer besteht;
- Erzeugung von Magnetfeldern durch ringförmige Dauermagnete 82, 62, 63, insbesondere aus Kunststoff gebundenen, oxi dischen und anderen Legierungen oder durch Elektromagne ten, wobei die magnetische Feldstärke
- - für die Magnetisierung der Reagenzien (Leitungen 4, 5) 50-100 kA/m,
- - für die Magnetisierung des Rohwassers (Leitung 1) 100-200 kA/m,
- - für die Entleerung der flockulierten Masse (3) 200- 450 kA/m und
- - für die Konditionierkammer (81) 150-350 kA/m
beträgt und die magnetischen Feldlinien mehrpolig innen oder axial innen verlaufen; wenn die Magnetpole in der Haupt strömungsrichtung Flüssigkeit bzw. des Feststoffes hinterein ander angeordnet sind, konzentrieren sich im Zentrum des Strömungsquerschnittes parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufende magnetische Feldlinien;
- die in der Reflockulationszone 13 vorgesehene Rezirkulierung erfolgt mittels um 120° versetzter Tellersegmente (Leitflächen 53, 54), wobei das Rohr 50 unter den lamellenartigen Leit flächen mit Eintrittsöffnungen (Wanddurchbrechungen 52) ver sehen ist.

Bezugszeichenliste

1

Leitung (Rohwasser)

3

flockulierte Masse

4

Leitung

5

Leitung

13

Reflockulationszone

14

Trennungskammer

15

Ringraum

16

a/bmagnetische Behandlungszone

24

Dosierstelle

24

aDosierstelle

30

Klärbehälter

31

innere Mantelfläche

32

äußere Mantelfläche

33

a/bÜberlauf

34

oberes Ende

35

Ringraum

36

Ringraum

40

Kammer

41

Trichter

42

Isolator

43

Wand

44

Ringraum

50

Rohr

51

Mündungsöffnung

52

Wanddurchbrechung

53

Leitflächen

54

Leitflächen

60

Trichter

61

Mündungsende (Austritts öffnung)

62

Ringmagnet

63

Ringmagnet

64

Abschnitt

65

Abschnitt

70

Fördereinrichtung

80

Konditioniereinheit

81

Konditionierkammer

82

Magnet

83

Rührer

84

Vibrationsmotor

85

Gleichstromspan nungsquelle

90

Filterkolonnen

91

Röhren

92

a/bLeitung

93

Leitung

94

Leitung

95

Filterpartikel

100

Reinigungsreaktor

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten, wie Ab wässern und Schlämmen unter Konditionieren der Flüssigkeit in einer Konditioniereinheit und anschließendem Trennen der Feststoffe von der Trägerflüssigkeit der sich in dem Reini gungsprozeß bildenden oder von vornherein bereits vorliegen den Suspension in einem Klärreaktor, bei dem die Suspension von der Konditioniereinheit ausgehend in einem geschlossenen hydraulischen System, insbesondere über eine trichterförmig sich nach unten verjüngende Kammer, nachfolgend durch ein zentral durch einen Klärbehälter nach unten führendes Rohr zum unteren freien Mündungsende des Rohres geleitet wird und die Trägerflüssigkeit nachfolgend nach oben durch den Klär behälter strömt und der Feststoff nach unten durch einen sich an den Klärbehälter anschließenden Trichter abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Schwerkrafteinfluß nach unten strömende Suspension wenigstens entlang eines Teiles des Strömungswe ges der Suspension, der sich zwischen der Kondionierein heit und der Austragsöffnung des sich an den Klärbehälter nach unten anschließenden Trichters ausgedehnt, zwangsweise einer nach unten gerichteten, der Schwerkraft überlagerten Beschleunigung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schwerkraft überlagere Beschleunigung durch ei ne nach unten gerichtete, auf die Suspension einwirkende Saugwirkung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugwirkung durch aktives Absaugen des am unteren Ende des den Klärbehälter abschließenden Trichters anfallenden Fest/Flüssig-Gemisches erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Teil der am unteren freien Mündungsende des besagten, die Suspension nach unten führenden Rohres austretenden Suspension einer Rezirkulierung durch einen un teren Abschnitt dieses Rohres unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Flüssigkeit in einem oberhalb des die Suspension nach unten leitenden Rohres ge legenen, nach unten gerichteten Strömungsabschnitt teilweise rezirkuliert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigenden Flüssigkeit magne tische Substanzen zugemischt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Flüssigkeit magne tische Substanzen zugemischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Flüssigkeit in wesent lichen vor ihrem Eintritt in das die Suspension nach unten führende Rohr von elektrischem Strom durchflossen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Feststoff getrennte Flüssig keit innerhalb des geschlossenen hydraulischer Systems des Reinigungsreaktors gefiltert wird.

10. Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus ei nem Klärreaktor (100)
mit einem etwa zylindrischen, an seinem unteren Ende von einem Trichter (60) abgeschlossenen Klärreaktor (30)
mit einem etwa zentral durch den Klärbehälter (30) nach unten führenden, eine oberhalb einer Austragsöffnung (61) des Trichters (60) angeordnete untere freie Mündungs öffnung (51) aufweisenden Rohr (50),
mit einer mit ihrem unteren Ende in das Rohr (50) übergehenden Reaktionskammer (81, 40) für eine die innerhalb des Klärbehälters (30) und des Trichters (60) stattfindende Fest/Flüssig-Trennung vorbereitende Behandlung (Konditionie rung) der Flüssigkeit,
mit einer Aufgabestelle für die zu reinigende Flüssig keit in die Kammer (81, 40), der Austragsöffnung (61) für den Austrag für mehr oder minder eingedickte Feststoff/ Trägerflüssigkeit-Suspension und einer Abzugseinrichtung (33a/b, 36) für die gereinigte, den Klärbehälter (30) an seinem oberen Ende (34) verlassende Flüssigkeit, gekennzeichnet durch
eine innerhalb des Trichters (60) eine nach unten ge richtete Saugwirkung erzeugende Fördereinrichtung (70) für eine Beschleunigung des Sinkens von Fesstoffpartikeln in nerhalb des Trichters (60) und deren Abförderung aus den Trichter (60).

11. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, insbesondere nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch im unte ren Bereich des Rohres (50) vorgesehene, ggf. mit Strömungs leitflächen (53, 54) ausgestattete Rohrwanddurchbrechungen (52) für eine Rezirkulierung eines Teiles der an der Mün dungsöffnung (51) des Rohres (50) austretenden und nach oben steigenden Flüssigkeit oder Suspension durch den unteren Be reich des Rohres (50).

12. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, insbesondere nach Ansprüchen 10 oder 11 gekennzeichnet durch eine in der Kammer (81, 40) vorgesehene Rezirkulierungsein richtung, welche einen Teil der zu reinigenden Flüssigkeit entgegen der allgemeinen Strömungsrichtung in einem inneren Kreislauf innerhalb der Kammer (80, 41) strömen läßt.

13. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeich net durch mindestens einen Magne ten (82; 62, 63), welcher am Umfang eines den zu reinigenden Flüssigkeitsstrom oder den abzuführenden Feststoffstrom füh renden Rohr- oder Behälterabschnittes (64, 65') angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß der Magnet (82; 62, 63) ringförmig ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Magnetpole in der Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit bzw. des Feststoffes innerhalb des Abschnittes (64, 65) hintereinander angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, insbesodere nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kammer (81, 40) als Elektrolysezelle ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet net, daß ein in der Kammer (81, 40) angeordneter Rührer (83) sowie ein innerhalb der Kammer (81, 40) angeordnetes Strö mungsleitprofil (Trichter 41) als elektrische Polflächen der Elektrolysezelle dienen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, ge kennzeichnet durch radial außerhalb des Klärbehälters (30) um diesen umfangsverteilt angeordnete, den Strömungsweg für gereinigte Flüssigkeit zwischen dem Klärbehälter (30) und der Stelle des Flüssigkeitsabzuges (33a/b, 36) des Reini gungsreaktors (100) herstellende Röhren (91).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, ge kennzeichnet durch eine zentrale Gasverteilvorrichtung (92a/b, 93, 94) zum zentralen Zuführen von Reaktionsgas und Verteilen auf Zudosiereinrichtungen (24, 24a) in der Reak tionskammer (81, 40) und/oder stromab des Klärbehälters (30) in im Strömungsweg der gereinigten Flüssigkeit angeordneten Filterkolonnen (90).