DE4242199A1 - Verfahren und Anordnung zum Abtrennen von festen Reaktionsprodukten aus Suspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Abtrennung von festen Reaktionsprodukten aus Suspensionen, wie sie typischerweise bei Neutralisations- oder Fällungsreaktionen entstehen.

Neutralisations- und Fällungsreaktionen werden in Wasser­ aufbereitungsanlagen zur Gewinnung von Reinwasser verwendet. Zur Abtrennung der festen Reaktionsprodukte werden in der Was­ sertechnik bevorzugt mechanisch wirkende Schwerkraftabscheider (Eindicker) oder Kläreinrichtungen in Form von Platten-, Schräg-, Lamellen- oder Röhrenklärern eingesetzt. Ein Prinzip­ schaltbild einer konventionellen Wasseraufbereitungsanordnung ist in Fig. 1 gezeigt.

Rohwasser aus einer Leitung 1 wird in einem Reaktor 2 mit Chemikalien zur Reaktion, beispielsweise zur Neutralisationsre­ aktion gebracht. Aus der im Reaktor 2 entstehenden Suspension werden in einer als Eindicker 3 ausgebildeten ersten Abtrenn­ stufe feste Reaktionsprodukte abgetrennt. Der Schlammaustrag in der Leitung 4 hat einen Feststoffgehalt von nur 10 bis 30%. Das aus dem Eindicker 3 ausgetriebene Wasser wird über eine Leitung 5 in einen zweiten Reaktor 6 geleitet, in welchem es unter Zugabe von Chemikalien einer zweiten Reaktion zur Feinreinigung unterworfen wird. In einer als Platten-Kompaktklärer ausgebil­ deten zweiten Abtrennstufe 7 werden schließlich die Feststoff­ produkte aus der vorhergehenden Fällungsreaktion abgetrennt. Der Schlammaustrag des Plattenklärers 7 wird ebenso wie derje­ nige des Eindickers 3 einer Schlammeindickungsstufe 8 und von dort einer Schlammpresse 9 zugeführt. Das Reinwasser wird am oberen Ablauf 10 des Platten-Kompaktklärers 7 gewonnen. Die Reglerarmaturen und Fördergeräte sind in Fig. 1 nicht gezeigt, da sie in diesem Zusammenhang ohne Belang sind. Diese bekannte Wasseraufbereitungsanlage arbeitet zwar kontinuierlich und mit hoher betrieblicher Zuverlässigkeit; nachteilig ist aber ihr erhebliches Bauvolumen bei den heute benötigten Klärleistungen. Ursächlich für das erhebliche Bauvolumen sind vor allem die Ab­ trennstufen, die bei den konventionellen Wasseraufbereitungsan­ lagen durch Schwerkraftabscheider oder Kläreinrichtungen reali­ siert wurden. Ein Schwerkraftabscheider hat eine geringe Raum­ belastung von 1-2 m³/m²h und ein dementsprechend großes Bauvolu­ men pro Durchsatzmengeneinheit. Die Schlammeindickungs- und -pressenstufen 8 und 9 tragen wesentlich zu den Anlagenkosten bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Bauvo­ lumen und den Kostenaufwand von Anlagen zum Abtrennen fester Reaktionsprodukte aus Suspensionen zu verringern und hohe Ab­ trennleistungen selbst im Dauerbetrieb zu erreichen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer bevorzugten Verfah­ rensalternative der Erfindung dadurch, daß die Suspension ab­ wechselnd durch wenigstens zwei Kerzenfilter geleitet wird; und daß die Kerzenfilter jeweils in der Zeit abgereinigt werden, in der wenigstens ein anderes Kerzenfilter mit dem Suspensions­ strom beaufschlagt wird, wobei die Reaktionsprodukte durch zy­ klisches Umschalten des Suspensionsstroms auf unterschiedliche Kerzenfilter quasi-kontinuierlich abgetrennt werden.

Eine alternative Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungs­ gemäß darin, daß die Reaktionsprodukte in wenigstens einem Ker­ zenfilter abgetrennt werden; daß das Filtrat nach Austritt aus dem Kerzenfilter zwischengespeichert wird; und daß das wenig­ stens eine Kerzenfilter zyklisch abgereinigt wird, während zur Weiterbehandlung benötigtes Filtrat dem Zwischenspeicher ent­ nommen wird.

Der Ersatz herkömmlicher Schwerkraftabscheider und Klärein­ richtungen durch abreinigbare Kerzenfiltersysteme führt gerade bei leistungsstarken Wasseraufbereitungsanlagen zu erheblichen verfahrens- und anlagentechnischen Verbesserungen.

• a) Das Abtrennen von festen Reaktionsprodukten kann inner­ halb eines breiten Spektrums von Feststoffgehalten in den Sus­ pensionen erfolgen, und zwar zwischen etwa 10 mg/l bis 20 g/l in einer oder mehreren Stufen.
• b) Der Filterrückstand wird mit einer Feststoffkonzentra­ tion im Bereich von ca. 30 bis 90% ausgetragen.
• c) Es lassen sich spezifische Filterleistungen bis zu 40 m³/m²h erreichen.
• d) Das Filtrat hat einen Feststoffgehalt < 10 mg/l.
• e) Zusätzliche Schlammeindickungs- und Entwässerungsein­ richtungen - wie die Einrichtungen 8 und 9 in der konventionel­ len Wasseraufbereitungsanlage gemäß Fig. 1 - entfallen.
• f) Die erzielte Abtrennleistung bleibt weitgehend unemp­ findlich gegenüber Lastschwankungen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Abtrennen von festen Re­ aktionsprodukten aus Suspensionen zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens eine Abtrennstufe als abreinigbares Kerzenfil­ tersystem ausgebildet ist; daß in der Suspensionsleitung eine Absperrarmatur zur Unterbrechung der Suspensionszufuhr zu we­ nigstens einem Kerzenfilter angeordnet ist; und daß Mittel zur Abreinigung jedes Kerzenfilters bei Unterbrechung der Suspensi­ onszufuhr vorgesehen sind.

Die zyklische Abreinigung jedes Kerzenfilters ist für den zuverlässigen Betrieb von Verfahren und Vorrichtung insbeson­ dere in einer Wasseraufbereitungsanlage wesentlich. Dies gilt vor allem angesichts der Tatsache, daß das behandelte Wasser nach der Feststoffabtrennung einen sehr niedrigen Feststoffge­ halt hat und dementsprechend große Mengen an Filterrückständen mit hoher Feststoffkonzentration vom Filtermittel gelöst und aus dem Filter abgeführt werden müssen. Dies ist während des Betriebs des jeweiligen Filters nicht möglich. Während der Rei­ nigungsphase wird die Suspensionszufuhr zu dem zu reinigenden Kerzenfilter unterbrochen.

In einer Wasseraufbereitungsanlage, in der die Erfindung bevorzugt Anwendung findet, sind vorzugsweise mehrere Reaktor- und Abtrennstufen hintereinander geschaltet, wobei die Abtrenn­ stufen übereinstimmende Ausbildung haben und prinzipiell in gleicher Weise erfindungsgemäß betrieben werden können. Ande­ rerseits können die Abtrennstufen aber auch in Anpassung an die vorhergehenden Reaktionen (beispielsweise Neutralisations- oder Fällungsreaktionen) unterschiedlich ausgebildet und/oder quasi- kontinuierlich oder chargenweise betrieben werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer konventionelle Wasseraufbereitungsanlage; und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Wasseraufbereitungsan­ lage, in der die Erfindung realisiert ist.

Die beiden Reaktoren 2 und 6 der Wasseraufbereitungsanlage gemäß Fig. 2 entsprechen nach Funktion und Aufbau den Reakto­ ren I und II der konventionellen Wasseraufbereitungsanlage ge­ mäß Fig. 1. Sie tragen daher die gleichen Bezugszeichen. Es ändert sich in der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 2 die Einbindung und Ausbildung der an der Feststoffabtrennung beteiligten Komponenten.

Die im Reaktor 2 entstehende Suspension wird in üblicher Weise über eine Pumpe 11 den Abtrennaggregaten zugeführt. Diese bestehen bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 aus zwei Kerzenfiltersystemen 13a und 13b, die nicht gleich­ zeitig, sondern abwechselnd in den Wasserbehandlungsweg einge­ schaltet sind. Zu diesem Zweck ist eine Umschaltvorrichtung 12 vorgesehen, die, gesteuert von einem Regler 17, in jeder der beiden möglichen Schaltstellungen nur eine ihrer beiden Aus­ gangsleitungen 12a oder 12b freigibt. Über die Leitung 12a er­ folgt die Suspensionszufuhr zum Kerzenfiltersystem 13a und über die Ausgangsleitung 12b zum Kerzenfiltersystem 13b. Der Fest­ stoffaustrag erfolgt nur während derjenigen Phasen, in denen die Suspensionszufuhr über die zugehörige Leitung 12a bzw. 12b zum jeweiligen Filtersystem 13a bzw. 13b unterbrochen ist. Zu diesem Zweck sind die Feststoffausträge der beiden Filtersy­ steme 13a und 13b durch Absperrarmaturen 14a und 14b ver­ schließbar. Eine vom Regler 17 gesteuerte Umschaltvorrichtung 16 dient der alternativen Betätigung der Absperrarmaturen 14a und 14b.

Jedes Kerzenfiltersystem 13a und 13b muß zyklisch gereinigt werden. Dies geschieht, wie gesagt, bei unterbrochener Suspen­ sionszufuhr und unter Druckbeaufschlagung von der Innenseite des Filtersacks. Zu diesem Zweck ist eine weitere Umschaltvor­ richtung 15 vorgesehen, die nach Maßgabe des Reglers 17 entwe­ der die Druckmittelleitung 15a zum Kerzenfiltersystem 13a oder die Druckmittelleitung 15b zum Kerzenfiltersystem 13b beauf­ schlagt. Wie zu sehen ist, sorgt der Regler 17 für eine ge­ eignet abstimmte bzw. synchronisierte Betätigung der Umschalt­ vorrichtungen 12, 15 und 16. Während der Betriebsphase des Ker­ zenfiltersystems 13a wird die Suspension aus dem Reaktor 2 über die Umschaltvorrichtung 12 und die Suspensionsleitung 12a in die äußere Filterkammer des Kerzenfilters 13a eingeführt. Das Filtrat des Filtersystems 13a wird über die Leitung 5 zum zwei­ ten Reaktor 6 geleitet. Während der Betriebsphase des Kerzen­ filters 13a wird das Kerzenfilter 13b abgereinigt. Dabei werden die Druckmittelleitungen 15b und 16b beaufschlagt, die Ab­ sperrarmatur 14b wird geöffnet, so daß die Filterrückstände aus der Außenkammer in eine geeignete Aufnahme abgeleitet werden können, und die Filterinnenkammer wird über die Leitung 15b mit Druckmittel beaufschlagt, wodurch am Filtertuch haftende Fest­ stoffe gelockert und abgeworfen werden.

Nach der Abreinigung des Kerzenfiltersystems 13b wird zunächst dessen Absperrarmatur 14b geschlossen, danach die Um­ schaltvorrichtung 12 vom Regler 17 betätigt, die Suspensionszu­ fuhr über die Leitung 12a zum Kerzenfilter 13a unterbrochen und über die Leitung 12b zu dem zuvor gereinigten Kerzenfiltersy­ stem 13b geöffnet. Danach wird das Kerzenfiltersystem 13a in der gleichen Weise wie zuvor das Kerzenfiltersystem 13b dem Reinigungszyklus unterworfen.

Es ist klar, daß jedes Kerzenfiltersystem 13a und 13b auch aus einer Batterie mehrerer parallel geschalteter Kerzenfilter bestehen kann. Ebenso können mehr als zwei Kerzenfiltersysteme in analoger Anordnung zu dem Kerzenfiltersystem 13a und 13b vorgesehen sein, wobei jeweils mindestens ein Kerzenfiltersy­ stem zur Feststoffabtrennung genutzt wird, während die anderen Kerzenfiltersysteme in den Ruhephasen geeignet abgereinigt wer­ den.

Eine Alternative zu dem zuvor beschriebenen System aus ab­ wechselnd wirksamen und gereinigten Kerzenfiltersystemen ist durch einen strichpunktiert dargestellten Zwischenspeicher 20 gezeigt. Dieser Zwischenspeicher schafft die Voraussetzung da­ für, daß die Abtrennung der aus dem Reaktor 1 anfallenden Sus­ pension im Chargenbetrieb stattfinden kann. Bei dieser Verfah­ rensalternative kommt die Erfindung mit nur einem Kerzenfilter­ system 13a oder 13b aus. Die Vorrichtung 12 ist als Absperrar­ matur ausgebildet, welche die Suspensionszufuhr über beispiels­ weise die Leitung 12a zum Zwecke des Reinigens des Kerzenfil­ ters 13a unterbricht. Nach dem Reinigungszyklus wird die Lei­ tung 12a über die Armatur 12 wieder geöffnet und der Abtrennbe­ trieb im Kerzenfilter 13a wieder aufgenommen. Das Filtrat wird in den jeweiligen Betriebsphasen des Kerzenfilters in den Zwi­ schenspeicher 20 geleitet, und zwar mit einer Rate, die höher ist als die im Reaktor 6 für die dort stattfindende kontinuier­ liche Reaktion pro Zeiteinheit benötigte Wassermenge. Aus dem Vorrat im Zwischenspeicher 20 kann daher der Bedarf des Reak­ tors 6 während derjenigen Phasen gedeckt werden, in denen das eine Kerzenfiltersystem 13a gereinigt wird. Ein derartiger Speicher kann aber auch in Kombination mit der abwechselnden Reinigung und betrieblichen Einbindung von zwei oder mehr Ker­ zenfiltern mit Vorteil verwendet werden, um die Schaltinter­ valle für den Reaktor 6 zu puffern.

Bei dem anhand der Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung hat die sich an den zweiten Reaktor 6 an­ schließende Abtrennanordnung mit den Kerzenfiltersystemen 23a und 23b die gleiche Ausbildung und Anordnung wie die erste Ab­ trennanordnung mit den Kerzenfiltern 13a und 13b. Die zugehöri­ gen Steuer- und Regelkomponenten haben daher die gleichen Be­ zugszeichen wie diejenigen der ersten Abtrennstufe 13a und 13b. Das am Ende der Behandlung gewonnene Reinwasser wird entweder am Filtrataustrag 10a des Kerzenfiltersystems 23a oder am Fil­ trataustrag 10b des Kerzenfiltersystems 23b zur Verfügung ge­ stellt. Wie oben gesagt, hat der bei der Abreinigung aus den Kerzenfiltern 13a, 13b, 23a und 23b gewonnene Filterkuchen eine erhebliche Feststoffkonzentration, die eine Nachverdichtung durch eine Schlammeindickung oder Schlammpresse in der Regel überflüssig macht.

Claims (10)

1. Verfahren zum Abtrennen von festen Reaktionsprodukten aus Suspensionen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension abwechselnd durch wenigstens zwei Ker­ zenfilter geleitet wird; und
daß die Kerzenfilter jeweils in der Zeit abgereinigt wer­ den, in der wenigstens ein anderes Kerzenfilter mit dem Suspen­ sionsstrom beaufschlagt wird,
wobei die Reaktionsprodukte durch zyklisches Umschalten des Suspensionsstroms auf unterschiedliche Kerzenfilter quasi-kon­ tinuierlich abgetrennt werden.

2. Verfahren zum Abtrennen von festen Reaktionsprodukten aus Suspensionen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionsprodukte in wenigstens einem Kerzenfilter abgetrennt werden;
daß das Filtrat nach Austritt aus dem Kerzenfilter zwi­ schengespeichert wird; und
daß das wenigstens eine Kerzenfilter zyklisch abgereinigt wird, während zur Weiterbehandlung benötigtes Filtrat dem Zwi­ schenspeicher entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei oder mehr Reaktions- und Abtrennschritte nachein­ ander durchgeführt werden.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Wasseraufbereitung.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Abtrennstufe als abreinigbares Kerzen­ filtersystem (13a, 13b) ausgebildet ist;
daß in der Suspensionsleitung eine Absperrarmatur (12) zur Unterbrechung der Suspensionszufuhr zu wenigstens einem Kerzen­ filter (13b) angeordnet ist; und
daß Mittel (15, 14a, 14b, 16) zur Abreinigung jedes Kerzen­ filters bei Unterbrechung der Suspensionszufuhr vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrarmatur eine Umschaltvorrichtung (12) aufweist, wel­ che die Suspensionsleitung (12a, 12b) alternativ auf wenigstens zwei Kerzenfilter (13a, 13b) umschaltet und dabei jeweils die Suspensionszufuhr zu einem Kerzenfilter (13b) unterbricht.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Zwischenspeicher (20) dem Filtratausgang nachge­ schaltet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Suspensionsleitung zwischen Reaktor (2; 6) und Kerzenfiltersystem (13a, 13b; 23a, 23b) eine Pumpe (11) zur Förderung der Suspension angeordnet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Kerzenfilter (13a, 13b; 23a, 23b) zur Abreinigung von der Filtratseite her Druckmittel beaufschlagbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Reaktor- und Abtrennstufen hinterein­ ander geschaltet sind, so daß die zu behandelnde Suspension nacheinander mindestens zwei Abtrennprozessen unterworfen wird.