DE4236756C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Phasentrennung wäßriger Systeme und Schlämme - Google Patents

Description

Bei der Weiterbehandlung und Entsorgung von Abwässern besteht häufig das Problem, die flüssige Phase möglichst weitgehend von der festen Phase zu trennen. Dies wird in der Regel durch immer weitere Eindickung des Rohschlammes bzw. des ursprünglichen wäßrigen Systemes vollzogen.

Dabei ist es bekannt, Hilfsstoffe wie Polyelektrolyte und Polymere zuzugeben, um eine Konzentration der Feststoffteilchen in der Flüssigkeit in Form von Flocken zu erzielen, die dann wesentlich leichter weiterbehandelt und separiert werden können, als eine große Anzahl fein verteilter, kleinster Feststoffteilchen.

Da die zugegebenen Stoffe nicht nur kostenintensiv sind, sondern beim Abwasser auch einen Massezuwachs mit sich bringen, muß selbstverständlich versucht werden, die Menge an eingesetzten Polyelektrolyten in Relation zum erzielten Flockungsergebnis möglichst gering zu halten.

Dies ist besonders dann wichtig, wenn das Ausgangsmaterial, also bspw. der Rohschlamm, nur sehr wenig Feststoffe enthält.

So enthält bspw. das Abwasser der Papierindustrie bei vielen Arbeitsschritten nur 0,5% bis 10% TS (Trockensubstanz), wobei die Hauptschwierigkeit darin besteht, zunächst einen Feststoffgehalt von ca. 15 bis 25% mit möglichst geringem Aufwand zu erzielen, da erst ab diesem TS-Gehalt die bekannten, konventionellen Methoden der Schlammentwässerung effizient anwendbar sind.

Die Wirkung der Flockungsmittel wie etwa der Polyelektrolyte beruht bekanntermaßen darauf, daß die einzelnen Feststoffteilchen jeweils elektrisch geladen sind und sich daher gegenseitig abstoßen, so daß es zu keiner Bildung größerer Feststoffeinheiten kommt, sondern die feine Dispersion erhalten bleibt.

Die Wirkung der Polyelektrolyte besteht nunmehr darin, die einzelnen Feststoffteilchen elektrisch zu neutralisieren und dadurch ein Zusammenschließen der Feststoffteilchen zu ermöglichen, wobei in der Regel langkettige Moleküle entstehen, die makroskopisch mehrere millimeter- oder sogar zentimetergroße Flocken bilden.

Als Regelgröße für die Regelung der Flockungsmittel­ zugabe sind grundsätzlich bereits folgende Methoden bekannt und angewandt worden:

Mittels Potentialmeßgeräten konnte die Veränderung der elektrischen Ladung der einzelnen, fein verteilten Feststoffteilchen gemessen werden, und in Abhängigkeit von ihr dann die Zugabe an Flockungsmittel gesteuert werden. Der Nachteil besteht darin, daß derartige Potentialmeßgeräte nicht nur auf Veränderungen der Ladung der Feststoffteilchen reagieren, sondern auch auf Verän­ derungen des pH-Wertes, der Leitfähigkeit der Flüssigkeit sowie deren Temperatur.

Bei einer anderen Methode wird die Viskosität des Rohwassers gemessen, indem bspw. ein Rührwerk im Rohwasser eingesetzt wird, und dessen elektrischer Widerstand gemessen wird. Abgesehen davon, daß diese Lösung konstruktiv relativ aufwendig ist, steht auch die Veränderung der Viskosität nicht nur in einem direkten Verhältnis zur Flockenbildung, sondern kann auch von anderen Faktoren, wie bspw. der Beschaffenheit des Rohwassers etc., beeinflußt werden.

Eine weitere Methode besteht in der Dichtemessung des Rohwassers, die jedoch nur einen Durchschnittswert der Dichte des Rohwassers, und damit im wesentlichen eine Aussage über deren Feststoff-Gehalt liefert, jedoch kaum gesicherte Aussagen über den Zustand ermöglicht, indem diese Feststoffe vorliegen. Also bspw. auch nicht darüber, inwiefern diese Feststoffteilchen noch fein verteilt oder zu Flocken koaguliert vorliegen.

Aufgrund dieser unerwünschten Fremdeinwirkungen wurde bereits versucht, die Veränderung der Trübung des Rohwassers durch die Zugabe des Flockungsmittels als Regelgröße für die Flockungsmittel-Zugabe zu verwenden. Die Trübungsmessung erfolgt dabei mittels Absorptions- oder Reflexionssonden, die in durchströmte Leitungen oder Zwischenbehälter eingebaut werden (DE 37 43 428), und den Anteil der - in Bezug zu den ausgesandten Strahlen - eingehenden Strahlung messen. Dementsprechend können diese Sonden einteilig sein, indem Sender und Empfänger nebeneinander in einem Bauteil untergebracht sind, und die Reflexion durch das Material der Feststoffteilchen, bspw. der Flocken, oder der gegenüberliegenden Wandung geschieht, oder die Sonden sind zweiteilig ausgebildet, mit räumlich getrenntem Sende- und Empfangsteil, welches bspw. in den einander gegenüberliegenden Wänden eines entsprechend ge­ stalteten Rohrzwischenstückes untergebracht sein können.

Der Grad der Reflexion bzw. Absorption hängt nicht nur vom prozentualen Anteil des Feststoffgehaltes im wäßrigen System ab, sondern auch vom Zustand deren Verteilung. Die zu Flocken koagulierten Feststoffe nehmen einen wesentlich geringeren Raum ein, als die gleiche Menge an Feststoffteilchen, die sich in feiner Verteilung in einem Flüssigkeitsvolumen befindet, und bedingt auch eine dementsprechend geringere Absorption.

Damit kann in guter Annäherung die Veränderung der Trübungsmessung als korrelative Aussage über die Veränderung, also die Zunahme der Flockenbildung und damit die Wirksamkeit des Flockungsmittels gesehen werden.

Bisher wurde in der Regel jedoch nur an einer Stelle des Systems, nämlich nach der Zugabe des Flockungsmittels, die Trübung gemessen, und in Abhängigkeit vom gemessenen Wert die Flockungsmittel-Zugabe reguliert. Damit war man auf die Interpretation absolut gemessener Trübungswerte angewiesen, die jedoch aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung des Rohwassers oder anderer Verfahrensparameter nicht immer aussagekräftig waren.

Um mit einem Minimum an Flockungsmittel-Menge ein Maximum an Wirkung zu erzielen bzw. einen vorgegebenen Trockensubstanz-Gehalt (TS) mittels Eindickung zu erreichen, ist es jedoch gerade bei sehr dünnflüssigem Rohwasser mit geringem TS-Gehalt für die ersten Anreiche­ rungsstufen notwendig, daß zum einen ein möglichst störungsfreier Zusammenhang zwischen dem verwendeten Meßwert und der Flockungswirkung besteht und daß zum anderen dieser Wirkungszusammenhang auch durch Veränderung der Ausgangsparameter des Rohwassers, also etwa Temperatur, chemische Zusammensetzung, physikalische Zusammensetzung etc., möglichst wenig beeinflußt wird.

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zu seiner Durchführung zu schaffen, welche einen optimal niedrigen Verbrauch an Flockungsmitteln bewirken, und hinsichtlich ihrer Durchführung sowie ihres apparativen Aufbaus möglichst einfach herzustellen und mit möglichst wenigen Störungen zu betreiben sind.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Trübung nicht absolut gemessen wird, sondern relativ durch Vergleich zweier Trübungsmeßwerte, die einmal vor und einmal in Durchflußrichtung nach der Flockungsmittel-Zugabe bei einem strömenden System erfolgen.

Bei chargenweisem Betrieb einer Entwässerungsanlage kann hierfür auch ein Pilotbehälter von der jeweiligen Charge aus bestückt werden, und die Trübungsmessung mit ein und derselben Apparatur in diesem Pilotbehälter vor und nach jeder zu testenden Flockungsmittel-Zugabe erfolgen.

Dar häufigere Fall wird jedoch die Trübungsmessung direkt im strömenden System sein, wobei die erste Messung möglichst unmittelbar vor der Zugabe des Flockungsmittels erfolgen sollte, die zweite Meßstelle jedoch soweit nach der Zugabestelle, daß der Reifeprozeß der Flockenbildung, der nicht verwechselt werden darf mit dem Reifeprozeß des Polymeres, bis zu dieser zweiten Meßstelle durchlaufen werden konnte. Zu diesem Zweck muß bspw. die Fließgeschwindigkeit bekannt sein, und auch die absolut benötigte Zeit für den Reifeprozeß der Flockenbildung. Zusätzlich kann diese Reifezeit verkürzt werden, indem die Einmischung der Flockungsmittel mit höherer Einmischenergie stattfindet, um eine möglichst gute Verteilung und auch eine möglichst gleichmäßige Viskosität zu erzielen. Es wird mittels eines sogenannten statischen Mischers erreicht, wobei es sich um in die Durchflußrichtung eingesetzte Leitbleche handelt, die eine gleichmäßige turbulente Strömung unmittelbar nach der Eindringstelle bewirken.

Dadurch wird die für den Reifeprozeß benötigte Zeit reduziert, und die zweite Meßstelle kann in der Rohrleitung relativ kurz nach der Zugabestelle angeordnet werden, so daß auch innerhalb einer relativ kurzen Rohrleitung die Zugabestelle mit den Meßvorrichtungen angeordnet werden kann.

Dabei wird die Erhöhung oder Reduzierung der Flockungsmittel-Zugabe - ausgehend von einem Standard- Anfangswert oder einem manuell eingestellten Anfangswert - in Abhängigkeit von der Veränderung der Trübungsmeßwerte von der ersten zur zweiten Meßstelle, also vor bzw. nach der Flockungsmittel-Zugabe einge­ stellt.

Dabei sind grundsätzlich mindestens zwei verschiedene Regelungsziele möglich: Wenn bspw. ein Mindestprozentsatz an Trockensubstanz-Gehalt zur Erfüllung behördlicher Auflagen notwendig ist, so wird - ausgehend von einer Anfangs-Zugabemenge - zunächst davon ausgegangen, ob der gemessene Trübungswert nach der Flockungsmittel-Zugabe erfahrungsgemäß einem Trockensubstanz-Gehalt nach den nachfolgenden Entwässerungsstufen über oder unter dem behördlichen Mindestwert entspricht.

Liegt der zu erwartende TS-Wert darunter, wird die Flockungsmittel-Zugabe stufenweise erhöht, und jeweils der nach der Flockungsmittel-Zugabe sich ergebende Trübungswert gemessen, bis der gemessene Trübungswert das Erreichen der vorgeschriebenen TS-Schwelle erwarten läßt. Dies wird nach vollständigem Anlaufen des Systems auch anhand direkt gemessener TS-Werte nach Durchlaufen der nachfolgenden Entwässerungsstufen überprüft.

Wenn es dagegen das Ziel der Regelung ist, mit einer bestimmten Menge an Flockungsmittel pro Masseeinheit des Rohwassers eine bestimmte Zunahme der Flockenbildung zu erreichen, so wird - wiederum ausgehend von einer Anfangs-Zugabemenge - die Veränderung der Trübungswerte zwischen der ersten und der zweiten Meßstelle, also vor und nach der Flockungsmittel-Zugabe, festgehalten, und zunächst die Zugabemenge um eine Mengeneinheit erhöht, und die dadurch bedingte Veränderung der Meßwertdifferenz zwischen erster und zweiter Meßstelle ausgewertet. Dadurch ergibt sich, ob die Zugabemengen schrittweise erhöht oder schrittweise erniedrigt werden müssen, um mit einer bestimmten Flockungsmittelmenge ein Optimum an Flockenbildung zu erzielen bzw. den gewünschten Grad der Flockenbildung durch ein Minimum an Flockungsmittel- Zugabe zu erhalten.

Dies kann unterstützt werden durch ein zusätzliches induktives Messen der Ladung der enthaltenen Feststoffe, wobei dieses Messen der Ladungen lediglich zur Kontrolle der sich aus der Trübungsmessung ergebenden Rückschlüssen dient, nicht jedoch eine die Trübungsmessung überlagernde oder gar ausschaltende Regelgröße darstellt.

Um den Flockungsmittelverbrauch zu minimieren, kommt es jedoch auch auf apparative Einzelheiten der Gesamtanlage an, bspw. auf die Anordnung und Art der verwendeten Trübungssensoren, die Art der Weiterbehandlung des mit Flockungsmitteln versetzten Abwassers und die Art der verwendeten mechanischen nachfolgenden Ent­ wässerungsstufen. Denn durch die Wahl und Anordnung der eingesetzten Einzelaggregate wird zwar nicht unbedingt die momentane Effizienz des Regelverfahrens erhöht, jedoch die Störungshäufigkeit des Systems, wodurch die über einen längeren Zeitraum betrachtete Effizienz des Regelverfahrens maßgeblich beeinflußt werden kann.

Bei den Bauformen für Trübungssensoren sind - unabhängig von derem Wirkprinzip, also Reflexionsprinzip einerseits oder Absorptionsprinzip andererseits - die Bauformen als Durchflußsonde oder als Einschubsonde bekannt.

Die Durchflußsonde, die nur in eine Strömungsstrecke eingebaut werden kann, ist in ein Rohrleitungs- Zwischenstück eingebaut, wobei die beiden Wirkflächen der Durchflußsonde, also bspw. der Sender und der Empfänger, einander in dem Rohrleitungs-Innendurchmesser diametral gegenüberstehen, und zwar in der Regel mit deren Verbindungslinie quer zur Durchflußrichtung. Dabei können die beiden Wirkflächen Teil der Rohr-Innenwandung sein, sind jedoch in der Regel eben ausgebildet und ragen in den freien inneren Querschnitt der Rohrleitung etwas hinein. Sie wirken dadurch als Drossel innerhalb der Rohrleitung, deren Drosselwirkung verstellbar ist, indem der gegenseitige Abstand der Wirkflächen durch weiteres Hineinschieben oder Zurückziehen in den Innenquerschnitt der Rohrleitung veränderbar ist.

Dadurch kann nicht nur die Auflösung der Trübungsmessung und damit die Genauigkeit der erhaltenen Regelgröße verbessert werden, sondern es sind auch die an dieser Stelle herrschenden physikalischen Faktoren wie Durchflußgeschwindigkeit und an der Meßstelle herrschender Druck beeinflußbar. Dies ist insbesondere sinnvoll, um durch Beeinflussung dieser Größen vor allem die Verschmutzung der Wirkflächen durch die im wäßrigen System enthaltenen Feststoffe zu reduzieren. Denn durch die gezielte Veränderung der Druck- und Störungsverhältnisse an der Meßstelle kann ein ständiges selbsttätiges Freispülen der Wirkflächen der Durchflußsonde erreicht werden. Zwar sind in der Regel in dem Rohrzwischenstück, in dem die Durchflußsonde eingebaut ist, auch sogenannte Spüldüsen eingebaut, die schräg in Durchflußrichtung auf die Wirkflächen, also die Gläser, der Durchflußsonde zielen, und mit denen eine Druckspülung, in der Regel mittels sauberem Wasser, bei etwa 40 Bar möglich ist. Da eine derartige Spülung jeweils bis zu 60 Sekunden Zeit beanspruchen kann, während welcher keine Trübungsmessung möglich ist, und auch eine Pumpe mit entsprechend großer Kapazität zur Verfügung stehen muß, ist es nicht nur für die Regelgenauigkeit des Verfahrens, sondern auch für die Erstinvestitionskosten nicht unerheblich, ob eine solche Spülung alle zwei Minuten oder nur alle 10 bis 15 Minuten notwendig ist. Denn mit sinkender Häufigkeit kann auch eine kleinere Pumpe über einen entsprechend großen Druckbehälter die notwendige Spülungs-Kapazität zur Verfügung stellen, so daß der apparative Aufwand deutlich niedriger ausfällt.

Auch bei den Einschubsonden, die quer zur Durchflußrichtung in das Innere einer Rohrleitung eingeschoben werden, und in deren - meist abgeschrägter - Stirnfläche sich beide Wirkflächen, also bspw. Sender und Empfänger oder Sender/Empfänger-Einheit und Reflektor befinden, ist die Art des Einbaus entscheidend für die Störungshäufigkeit:

Derartige Einschubsonden werden in der Regel durch ein Kugelventil, welches seitlich an der Rohrleitung angeflanscht ist, in das Innere der Rohrleitung hineingebracht. Dabei ist es bereits entscheidend, daß das Einschieben und Herausziehen der stabförmigen Einschubsonde nur möglich ist, wenn der Kugelhahn voll­ ständig geöffnet ist, um Beschädigungen durch den Verschlußkörper des nicht ganz geöffneten Kugelventiles an den Funktionsteilen der Einschubsonde zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann bspw. der Befestigungsflansch der Einschubsonde, der gegen den entsprechenden Gegenflansch des Kugelventiles gedrückt wird, ein Formschlußelement bspw. eine Ausnehmung aufweisen, welches mit einem entsprechenden Gegenelement, bspw. direkt dem Handgriff des Kugelventiles nur dann formschlüssig zusammenwirkt, wenn das Kugelventil vollständig geöffnet ist. Dadurch wird eine unvollständige Öffnung des Kugelventiles beim Einschieben oder Herausnehmen der Einschubsonde vermieden.

Um auch hier eine möglichst gute Selbstreinigung der Wirkflächen der Einschubsonde im Betrieb zu ermöglichen, sollte die Einschubsonde in geraden Rohrleitungen nach Möglichkeit schräg gegen die Durchflußrichtung eingesetzt werden, bevorzugt jedoch in den Krümmer einer Rohrleitung, und zwar in den Außenradius des Krümmers.

Dabei sollte die Längsachse der Einschubsonde mit ihren Wirkflächen gegen die Fließrichtung am Eingang des Krümmers weisen, und zwar etwas parallel zur Mittellinie der Rohrleitung am Eingang in den Krümmer versetzt, zur Innenwandung des Krümmers hin. Die Sonde selbst befindet sich dabei etwa in der Mitte des Krümmers, also nach etwa 45° bei einem 90°-Krümmer. Durch diese Positionierung und ein Hineinragen der Einschubsonde bis auf etwa 1/4 bis 1/3 des freien, inneren Krümmerquerschnittes, befindet sich diese an einer Stelle mit relativ hohen Turbulenzen innerhalb des Krümmers, wodurch bis zu einem gewissen Grad wiederum eine automatische Selbstreinigung der Wirkflächen der Sonde eintritt.

Auch hier wird in der Regel durch zusätzliche, schräg gegen die Wirkflächen, gerichtete Spüldüsen, die ebenfalls fest bzw. demontierbar im Krümmer befestigt sind, eine zusätzliche, angesteuerte Spülmöglichkeit sichergestellt, ohne zur Reinigung jedesmal die Einschubsonde aus der Rohrleitung entfernen zu müssen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Spüldüsen soweit oberhalb bzw. unterhalb der Wirkflächen der Einschubsonde bezüglich der Ebene der gekrümmten Mittellinie des Rohrkrümmers, eingebaut werden, daß durch die Spüldüsen keine Abschirmung der Wirkflächen der Einschubsonde gegenüber den Turbulenzen an der Einbaustelle, die die Selbstreinigung verursachen, eintritt.

Derartige Einschubsonden sind in der Regel doppelt aus­ gelegte Reflexions-Sensoren, die also mit zwei Sender- sowie zwei Empfänger-Flächen ausgestattet und damit eine parallele, doppelte Messung ermöglichen und im Spektralbereich von 300 bis 1100 nm arbeiten.

Für das Ergebnis der Entwässerungsleistung der Gesamtanlage ist es ferner wichtig, wie das mit Flockungsmittel versetzte Rohwasser in der Folge mechanisch behandelt wird. Beispielsweise muß die Beschädigung oder Zerstörung der durch das Flockungsmittel gebildeten Flocken durch mechanische Einwirkung, bspw. Pumpen, Mischaggregate u. ä., nach Durchlaufen des Reifeprozesses der Flockenbildung so gering wie möglich gehalten werden.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das strukturierte Rohwasser - in dieser Reihenfolge - zunächst einen mechanischen Filter, in der Regel einen Drehfilter, durchlaufen zu lassen, dann ein sogenanntes Seihband, und als letzte Stufe eine Schneckenpresse.

Durch diese drei Stufen kann bei dieser Abfolge der Trockensubstanzgehalt des Abwassers schrittweise von weit unter einem Prozent auf etwa 60 Prozent Trockensubstanz erhöht werden, was wiederum eine ausreichende Feststoffkonzentration für eine weitere Eindickung des erhaltenen Schlammes mittels thermischer Trocknung oder Biotrocknung darstellt.

Um jedoch eine derart starke Anreicherung durch diese drei Stufen zu erzielen, darf die einmal erzielte Flockenbildung nicht mehr umgekehrt werden, da sonst u. U. auch bei stark gestiegener Flockungsmittel-Zugabe eine derart hohe Entwässerungsleistung nicht mehr erreicht werden kann. Zu diesem Zweck sind die oben beschriebenen mechanischen Entwässerungsaggregate hintereinander auf verschiedenen in Durchflußrichtung jeweils niedrigeren, Höhenniveaus angeordnet, so daß der behandelte Schlamm von einem Aggregat zum nächsten zwar mit geringem Gefälle und damit abnehmenden Turbulenzen, jedoch ohne zwischengeschaltete Pumpen weiterfließen kann. Zwar wird dadurch der bauliche Aufwand der Gesamtanlage erhöht, auf der anderen Seite werden jedoch die Betriebskosten durch Wegfall energieintensiver Pumpen gesenkt, und zusätzlich wird aufgrund der bis zuletzt optimal vorhandenen Flockenstruktur nur ein minimaler Einsatz von Flockungsmittel notwendig.

Dabei kann es - vor allem bei einem Rohwasser mit extrem geringem und auch wechselndem Feststoff-Gehalt - durchaus sinnvoll sein, dem Rohwasser noch weit vor der Zugabestelle für die Flockungsmittel Strukturmaterial, also zusätzliche Feststoffe, hinzuzufügen, die einerseits durch ihr Aufweichen Wasser binden und durch das Aufsaugen des sie umgebenden Wassers auch automatisch die in ihrer Umgebung befindlichen, fein verteilten Feststoffteilchen an sich binden und im folgenden auch die Flockenbildung durch Zugabe des Flockungsmittels verbessern.

Dies können systemfremde Strukturstoffe wie Sägemehl etc. sein, die dann natürlich eine Massezunahme der zu bearbeitenden Materialien bedeuten. Vorteilhafter ist es daher, die Strukturstoffe aus den bei der Entwässerung des systemeigenen Rohwassers erhaltenen Feststoffen, also dem weiter eingedickten und mittels thermischer oder Biotrocknung gefestigten Schlamm, herzustellen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den mittels Biotrocknung verfe­ stigten und sterilisierten Schlamm mittels bekannter mechanischer Aggregate in die gewünschte Krümelstruktur zu bringen, um diese wiederum dem Rohwasser zuzusetzen. Dabei ist es auch möglich, den Feuchtegehalt des zugegebenen Rückgutes zu steuern, in dem das Rückgut zum richtigen Zeitpunkt der letzten Trocknungsstufe entnommen wird. Denn der richtige Feuchtegehalt des Rückgutes bestimmt in hohem Maße die Wirksamkeit des Rückgutes im Rohwasser. Der Feuchtegehalt sollte dabei in der Regel zwischen 40% und 60% liegen.

Das Ziel der Regelung der Polymerzugabe ist dabei die Verbesserung des Trockensubstanzgehaltes der am Ende erhaltenen festen, abgeschiedenen Phase durch Polymerzugabe, indem die Koagulation der feinen Feststoff-Teilchen fördert, und die koagulierten, größeren Feststoffe leichter von der flüssigen Phase zu trennen sind.

Das Ziel der Regelung besteht entweder darin, einen gewissen Mindestprozentsatz an Trockensubstanz in der abgetrennten festen Phase zu erzielen, wie er beispielsweise für die Deponierung meist vorgeschrieben ist, oder aber das Verhältnis der erzielten Verbesserung an Trockensubstanzgehalt in Bezug auf die zugegebene Polymermenge zu optimieren. Dabei kann zusätzlich der Mindestwert eine übergeordnete Regelgröße gegenüber der Optimierungsregelung darstellen.

Dabei wird nicht der tatsächliche Trockensubstanzgehalt in der abgeschiedenen Feststoff-Phase gemessen, sondern statt dessen die Veränderung der Trübung des Abwassers durch Zugabe des Polymers und die dadurch verbesserte Flockenbildung, also Koagulation.

Dabei ist weder bekannt, wie groß der minimal erreichbare Trübungswert ist, noch mit welchen absoluten Zugabemengen an Polymer, möglicherweise auch einzelnen Zugabemengen verschiedener Polymere, dieser erreicht werden kann. Dies ist vor allem deshalb nicht möglich, weil sich diese Absolutwerte aufgrund Verfahrensbeeinflussung oft ändern können.

Um diesen unbekannten Maximalpunkt der Trübungsverbesserung gegenüber den zugegebenen Polymer- Mengen bestimmen zu können, wird zum Starten des Regelsystems zunächst eine solche Menge m₁ an Polymer zugegeben, die mit Sicherheit eine Trübungs-Verringerung TR ergibt, die steigerungsfähig ist. Dabei wird die Trübungsverbesserung TR als Differenz der Trübungsmessung an der Meßstelle vor und einer zweiten Meßstelle in ausreichendem Abstand nach der entsprechenden Polymer- Zugabestelle ermittelt, wobei der ausreichende Nachlauf die Reifezeit der Flocken berücksichtigt.

Die Zugabemenge m₁ wird dann schrittweise solange erhöht, solange mit Steigerung der Zugabemenge m auch eine Steigerung der Trübungsverbesserung TR erzielt wird.

Dieser Regelkreis kann solange durchlaufen werden, bis die erreichte Trübungsverbesserung (TR) einen vorgegebenen Sollwert TR_soll erreicht hat. Falls vorher trotz erneuter Steigerung der Zugabemenge keine weitere Verbesserung von TR erzielt wird, wird der ursprünglich angestrebte Wert TR_soll (alt) auf einen neuen Sollwert reduziert, der in der in der Mitte zwischen dem alten erreichbaren Wert TR und dem nicht erreichbaren Wert TR_soll liegt.

Der Regelkreis wird dann von dem letzten erreichten Wert TR bzw. dessen zugeordnetem Wert m an Polymermenge aus erneut durchlaufen.

Je nachdem, ob dieser neue Sollwert erreicht wird oder nicht, wird dieser neue Sollwert anschließend wiederum um eine wieder halbierte Schrittweite erhöht oder reduziert und erneut angestrebt.

Wurde dagegen der ursprünglich angestrebte Sollwert ohne Probleme erreicht, so wird er um die Schrittweite zwischen dem erreichten Sollwert von TR und dem eine Schrittweite vorher erreichten Wert von TR höhergesetzt und erneut angestrebt.

Falls auf dem Weg zur Erreichung des neuen Sollwertes für die Trübungsverbesserung das Verhältnis innerhalb des letzten Schrittes zwischen der Trübungsverbesserung und der Polymermengen-Aufstockung negativ wird, also der neue gesetzte Sollwert nicht erreichbar ist, wird ein reduzierter neuer Sollwert TR festgesetzt, und zwar in der Mitte zwischen dem alten, erreichten Sollwert und dem neuen, nicht erreichbaren Sollwert, und die Regelschleife wiederum durchlaufen.

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtanlage zur Rohwasser-Bearbeitung,

Fig. 2 eine Durchflußsonde,

Fig. 3 die Einbauposition einer Einschubsonde in einem Rohrkrümmer und

Fig. 4 die Montagesituation einer Einschubsonde durch ein Kugelventil.

Fig. 1 zeigt den Zulauf des Rohwassers 1 über eine Rohrleitung, mit welcher ein Behälter 2 für das gegebenenfalls einzubringende Rückgut verbunden ist.

Im weiteren Verlauf dieser Rohrleitung folgen in Flußrichtung die erste Trübungsmeßstelle 4, ein mit der Rohrleitung verbundener Behälter für das in das Rohwasser 1 einzubringende Flockungsmittel 3, sowie die zweite Trübungsmeßstelle 5 in ausreichendem Abstand hinter der Zugabestelle für das Flockungsmittel 3, jedoch noch soweit vor der ersten mechanischen Entwässerungsstufe, dem Drehfilter 6, daß noch keine durch den Drehfilter 6 bewirkten Turbulenzen in der Rohrleitung auftreten.

Zwischen der Zugabestelle für das Flockungsmittel 3 und dem Drehfilter 6 ist durch ausreichende Neigung bzw. eine vor der Zugabestelle für das Flockungsmittel angeordnete, nicht dargestellte Pumpe für das Rohwasser 1, ein Zufluß des Rohwassers in den Drehfilter 6 sichergestellt. Auch vom Drehfilter 6 zum Seihband 7 und von dort zur Schneckenpresse 8 verläuft die Rohrleitung 9 mit ausreichender Neigung, so daß zwischen diesen Aggregaten ebenfalls keine Pumpen etc. notwendig sind. Zu diesem Zweck sind Filter 6, Seihband 7 und Schneckenpresse 8 auf unterschiedlichen, jeweils niedrigeren Höhen montiert.

Der am Auslaß der Schneckenpresse 8 anfallende Schlamm, der etwa 50 bis 60% TS enthält, wird dann mittels entsprechender Fördereinrichtungen, bspw. einer Schlammleitung 10, zum weiteren Eindicken transportiert, wobei sich in der Lösung gemäß Fig. 1 um eine Biotrocknung in separaten, verschlossenen und zwangsbelüfteten Containern 11 handelt, wie an sich bekannt.

Dabei sind die Container 11 mit einer Luftzufuhr 12 an ihrer Unterseite und einer Luftabfuhr 13 an ihrer Oberseite ausgestattet, über welche das im Schlamm enthaltene Wasser entzogen wird. Diesen Containern 11 wird das Substrat nach Erreichen eines geeigneten Feuchtegehaltes entnommen und nach einem Strukturieren bspw. in einer Mühle 38 dem Rückgutbehälter 2 zur Zugabe in das Rohwasser 1 zugeführt.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Trübungssensoren, wie sie im Verlaufe der Rohrleitung 9 an den Meßstellen 4 bzw. 5 zum Einsatz kommen können.

Fig. 2 zeigt dabei eine Durchflußsonde 17, die in einem geraden Rohrzwischenstück 14 montiert ist, welches mittels beidseitiger Befestigungsflansche 15 mit den entsprechenden Flanschen 15 der anschließenden Rohrleitungsstücke verbunden werden kann.

Die Durchflußsonde 17 besteht dabei aus zwei Teilsonden 19, die einander gegenüberliegend in die Wandungen des Rohrzwischenstückes 14 hineinragen und von Führungsrohren 20 umgeben werden, die fest und dicht mit dem Rohrzwischenstück 14 verbunden sind. Die Teilsonden 19 geben ihre Meßsignale über elektrische Leitungen 22 an die Regeleinheit ab, und können über Zustelleinheiten 21, bspw. Rändelmuttern, in axialer Richtung in den Querschnitt des Rohrzwischenstückes 14 hinein bzw. aus diesem zurückgezogen werden, um den gegenseitigen Abstand der Meßflächen 18 der Teilsonden 19 zueinander zu verändern.

Dadurch wird nicht nur die Meßstrecke und damit das Meßsignal verändert, sondern auch die in dem Rohrzwischenstück 14 eintretende Drosselwirkung.

Zusätzlich sind im Rohrzwischenstück 14 Spüldüsen 24 schräg in Durchflußrichtung angeordnet, die mit entsprechenden Druckleitungen zur Zufuhr des Spülmediums, in der Regel sauberem Wasser oder auch Druckluft, in Verbindung stehen. Jede der beiden Spüldüsen 24 ist auf eine der Meßflächen 18 der Teilsonden 19 gerichtet. Die Spüldüsen 24 ragen jedoch nicht in den Querschnitt hinein, der durch die Meßflächen 18 der beiden Teilsonden begrenzt wird, um die in diesem Strömungsquerschnitt fließenden Anteile nicht zu verwirbeln.

Zusätzlich ist in dem Rohrzwischenstück 14 im Bereich der Teilsonden 19 ein Schauglas 39 zum Beobachten der Strömung und auch der Verschmutzung an den Meßflächen 18 der Teilsonden 19 angeordnet.

Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Einschubsonde 25 in einem Krümmer 30 der Rohrleitung.

Die Einschubsonde 25 ist dabei in der Außenwandung 33 angeordnet, und ragt so in den Querschnitt des Krümmers hinein, daß ihre Meßfläche 18 in etwa tangential zur Mittellinie 29 des Krümmers 30 an dieser Stelle liegt.

Gleichzeitig ist die Anordnung so gewählt, daß die Längsachse 27 der Einschubsonde 25 etwa parallel zur Anflußrichtung 26 des Rohwassers am Einlaß in den Krümme 30 verläuft, jedoch um einen Abstand 28 von der Mittellinie 29 zur Krümmungsinnenseite hin versetzt. Der Abstand 28 beträgt etwa die Hälfte des Innenradius des Krümmers 30.

Die Einschubsonde 25 ist dabei in ihrer Arbeitsstellung soweit eingeschoben, daß sie sich in der äußeren Hälfte des Querschnittes des Krümmers 30 befindet.

Wie besser in Fig. 4 zu erkennen, wird die Einschubsonde 25 durch einen Kugelhahn 31 hindurch, der fest mit dem Krümmer 30 verbunden ist, eingeschoben.

Dabei wird die Einschubsonde 25 bei geschlossenen Kugelventil 31 in den vom Krümmer 30 abgewandten Einfüllstutzen 40 des Kugelventiles 31 eingeführt, bis das vordere Ende der Einschubsonde 25 den Ventilkörper 34 erreicht hat.

In diesem Zustand kann das Kugelventil durch Drehen des Ventilkörpers 34 geöffnet werden, ohne daß starker Flüssigkeitsverlust auftritt, da der Außenumfang der stabförmigen Einschubsonde 25 relativ genau den Innendurchmesser des Einfüllstutzens 40 ausfüllt.

Nach dem Öffnen des Kugelventils 31 steht der Handgriff 32 des Kugelventiles in Durchflußrichtung. Eine vom Handgriff 32 an dessen freiem Ende nach unten ragende Nase 36 fluchtet dann mit einer Ausnehmung 37 an der entsprechenden Stelle des Gegenflansches 35 am hinteren Ende der Einschubsonde 25. Die Einschubsonde 25 kann nunmehr weiter in das Kugelventil 31 hinein und durch dessen Ventilkörper 34 hindurch geschoben werden, bis der Gegenflansch 35 am hinteren Ende der Einschubsonde 25 am Befestigungsflansch 15 am hinteren freien Ende des Einführstutzens 40 anliegt und mit diesem verbunden werden kann.

Umgekehrt kann nur bei geöffnetem Kugelventil 31 ein Herausziehen der Einschubsonde 25 erfolgen, da nur in dieser Stellung die Nase 36 des Handgriffes 32 durch die Ausnehmung 37 hindurch paßt. Damit kann der Handgriff 32 erst nach ausreichendem Zurückziehen der Einschubsonde 25 verdreht werden, so daß nicht mehr die Gefahr besteht, daß bei einem nur teilweisem Zurückziehen der Einschubsonde 25 beim Schließen des Kugelventiles die Kanten des Ventilkörpers 34 die Meßfläche 18 der Einschubsonde 25 beschädigen.

Dies kann ferner durch seitliche Führungsflächen am Handgriff 32 zusätzlich abgesichert werden, die in den Bereich des Gegenflansches 35 der Einschubsonde herabreichen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Fest-/Flüssig-Trennung in wäßrigen Systemen und Schlämmen mit geringem Feststoffgehalt des Rohwassers von unter 10% mittels polymerer Flockungsmittel, wobei die Zugabe jedes Polymers in Abhängigkeit von der zu messenden Trübung der Flüssigkeit gesteuert wird dadurch gekennzeichnet, daß die Trübungsmessung vor und nach der Polymerzugabe erfolgt und die Zugabe des Polymers von der Relation der einander entsprechenden Trübungs-Meßwerte abhängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübungsmessung in einem vom Hauptsystem getrennten, chargenweise befüllten Pilot-Behälter durchgeführt wird und im Hauptsystem parallel dazu lediglich die Polymerzugabe erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübungsmessung im Durchlauf des Hauptsystems erfolgt, wobei die erste Trübungsmessung unmittelbar vor der Polymerzugabe-Stelle erfolgt und die zweite Trübungsmessung soweit nach der Polymerzugabe-Stelle, daß unter Berücksichtigung der Durchlaufgeschwindigkeit ein ausreichender Zeitraum für den Reifeprozeß der Flockenbildung bis zur zweiten Trübungsmessung vorhanden ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Polymer-Zugabestelle ein statischer Mischer eingesetzt ist zum Verkürzen der Reifezeit für die Flockenbildung.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch zusätzliche Messung der Ladungen der Feststoffteilchen nach der Zugabe des Polyelektrolyts die Regelung der Polyelektrolytzugabe überprüft wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung im Hauptsystem sowohl der Rohwasserdurchsatz als auch der Feststoffgehalt fortlaufend oder in kurzen zeitlichen Abständen gemessen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz mittels eines induktiven Meßverfahrens fortlaufend gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengendurchsatz mittels Messung des jeweiligen Druckes und der jeweiligen Fließgeschwindigkeit des Rohwassers im Hauptsystem ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mittels der Polyelektrolyte konditionierte Rohwasser in dieser Reihenfolge über einen Filter, ein Seihband sowie eine Schneckenpresse geleitet wird, wobei jedes der drei Aggregate auf einem umso viel niedrigeren Höhen- Niveau gegenüber dem vorhergehenden Aggregat angeordnet ist, daß ohne Zwischenschaltung von mechanisch auf das Rohwasser einwirkenden Aggregaten bei geringer Neigung ein Weiterfließen des Rohwassers von einem Aggregat zum nächsten aufgrund der Schwerkraft möglich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter ein Drehfilter ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Schneckenpresse abgeschiedene Feststoff mittels einer Trocknungseinrichtung weiter getrocknet, mechanisch zu Krümeln strukturiert und als Rückgut dem Rohwasser vor der Zugabestelle für den Polyelektrolyt und der ersten Meßstelle zugegeben wird.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zunächst eine relativ geringe Menge (m) an Polyelektrolyt zugegeben und die dadurch eintretende Trockensubstanz-Zunahme (TR₁) zwischen der Meßstelle (4) vor und der Meßstelle (5) nach der Polyelektrolyt- Einleitung gemessen wird,
• - (m) mit ausreichender Zwischenzeit zur Systemanpassung erhöht wird, solange (TR/m) positiv ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß (m) schrittweise mit ausreichender Zwischenzeit zur Systemanpassung erhöht wird, bis (TR = TR_soll) ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß TR_soll schrittweise gesenkt und der Regelzyklus neu durchlaufen wird, falls zusätzlich (ΔTR/δm) negativ wird, bevor (TR) den Wert (TR_soll) erreicht hat.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß (TR_soll) schrittweise um einen Wert (δTR_soll) erhöht wird, falls (TR) den Wert (TR_soll) erreicht und (TS/m) immer positiv war.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß (δTR_soll) halbiert wird, falls der neue, erhöhte Wert von (TR_soll) nicht erreicht wird, ohne daß (TS/m) negativ wird.