DE4436524A1 - Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser - Google Patents

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft einen Reaktor für chemisches Aufbe­ reiten von Wasser mit mechanischer Homogenisation der Flocken­ suspension und mit ihrer nachfolgenden Separation durch Fluid­ filtration, der ein Homogenisationsraum enthält.

Stand der Technik

Fluidfiltration hat sich beim chemischen Aufbereiten von Wasser als bewährte Methode für Separation von Flockensuspen­ sion, die durch Gerinnen von Unreinigkeiten im Wasser durch Koa­ gulanten entsteht, erwiesen. Es ist bekannt, dar die Wirksamkeit der Fluidfitration dabei durch Homogenisation der Flockensuspen­ sion vor dem Eintreten in den Fluidfilter wesentlich erhöht wer­ den kann. Die Homogenisation wird durch mechanische Bewegungen der Homogensationsanlage realisiert, die eine entsprechende Tur­ bulenz in dem Homogenisationsraum bildet, der das aufzubereiten­ de Wasser mit Suspension für nötige Zeit unterworfen ist. Es ist auch ein integrierter Reaktor bekannt, der die Homo­ genisation der Flockensuspension und ihre nachfolgende Separati­ on durch Fluidfiltration in ein einziger Funktionsaggregat ver­ einigt, und zwar in ein integrierter Reaktor für chemisches Auf­ bereiten von Wasser, der in dem tschechoslowakischen Urheber­ schein Nr. 171 494 beschrieben und dargestellt ist. Der Homoge­ nisationsraum ist in diesem Reaktor in Form eines sich nach oben erweiternden Kegel- oder Pyramidenstumpfes gebildet, an den der Separationsraum für Fluidfiltration über einen verjüngten Durch­ gang anknüpft.

Ein Nachteil der bekannten Anordnung des integrierten Reak­ tors ist die Verbindung des Homogenisations- und Separations­ raums in der engsten Stelle in der Spitze des konischen Homoge­ nisationsraums. Diese Anordnung ist sehr empfindlich gegen Über­ tragung der durch Bewegungen der Homogenisationsanlage in dem Homogenisationsraum hervorgerufenen Kreisbewegungen, die sich sehr störend auf die Wirksamkeit der Separation in der Fluid­ filterschichte auswirkt. Um diese Kreisbewegungen in dem Homoge­ nisationsraum zu reduzieren, ist der Homogenisationsraum bei dem bekannten Typ des Reaktors mit einer komplizierten Mischanlage versehen, die die Form einer mechanischen Homogenisationsein­ richtung mit zwei gegeneinander zwangsläufig rotierenden, inei­ nander eingreifenden Rührarmen. Solche Anordnung des Homogenisa­ tionsraums ist kompliziert und seine Produktion und der Betrieb sind kostspielig.

Der oben erwähnte Nachteil vergrößert sich weiter, wenn es nötig ist, die Turbulenzintensität zu erhöhen und die Homogeni­ sationszeit zu verlängern, um die Anzahl an Kontakten unter Flockenteilchen zu erhöhen, zum Beispiel zur Herabsetzung der Koagulantdosis. Der integrierter Reaktor nach dem bisherigen Stand der Technik ist für diese Zwecke nicht geeignet, wodurch sein Anwendungsbereich begrenzt ist. Weil die Forderung der Er­ höhung der Turbulenzintensität in breitem Anwendungsbereich von integrierter Reaktoren steigt, ist diese Beschränkung des Anwen­ dungsbereichs bei dem bekannten Typ des integrierten Reaktors mit Fluidfiltration von großer Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und einen den gegenwärtigen Entwicklungstrenden im chemischen Aufbereiten von Wasser entsprechenden integrierten Reaktor mit Fluidfiltration zu schaffen.

Wesen der Erfindung

Die Nachteile von bekannter Lösungen sind beträchtlich durch den erfindungsgemäßen Reaktor beseitigt, dessen Wesen be­ steht darin, daß der Homogenisationsraum mit dem Separationsraum durch den zwischen der Abschlußwand des Homogenisationsraums und der ihr zugeordneten inneren Richtwand geformten Überleitungska­ nal verbunden ist, wobei die innere Richtwand die in der Ab­ schlußwand zur Verbindung des Homogenisationsraums mit dem Sepa­ rationsraum gebildete Verbindungspassage überragt, während in dem Homogenisationsraum eine Mischanlage vorgesehen ist.

Hinsichtlich der Effektivität der Homogenisation ist es von Vorteil, daß die Mischanlage aus den an der durch den Homogeni­ sationsraum geführten Welle befestigten Mischpaddeln, und den festen Anschlägen besteht, die mit ihrer Lage den Mischpaddeln zugeordnet sind.

Es ist bedeutsam für Erhaltung der Strömung in dem Homoge­ nisationsraum in der Richtung nach oben, daß der Mischanlage ei­ ne Pumpe zugeordnet ist.

Es ist bedeutsam für die Überleitung von aufzubereitendem Wasser mit Flockensuspension aus dem Homogenisationsraum in den Separationsraum, daß die Pumpe axial ist und ihr Grundteil durch Schaufeln gebildet ist, die an der Welle im oberen Teil des Ho­ mogenisationsraums im mit der inneren Richtwand gedeckten Be­ reich angeordnet sind.

Für die Produktion des Reaktors und den Ausmaß von hydrau­ lischer Verlusten ist es von Vorteil, daß die Abschlußwand und die innere Richtwand kegel- oder pyramidenförmig sind und sich nach unten erweitern.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, weil es eine fle­ xible Eingliederung des Homogenisationsraums in den integrierten Reaktor mit Fluidfiltration ermöglicht. Die Dimensionen des Ho­ mogenisationsraums können dabei nach der Dauer des Bleibens im Homogenisationsraum gemäß den Anforderungen des technologischen Prozesses und nach der benötigten Turbulenzintensität ohne jeden Einfluß auf die Separation durch Fluidfiltration bestimmt wer­ den. Das macht eine verbreitete Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch für progressive Technologien mit ausgeprägtem Ersparnis vom Koagulant möglich. Ein weiterer Vorteil stellt die hohe Separationseffektivität und hohe Leistung der Vor­ richtung dar.

Bedeutung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen integrierten Reaktors wird im folgenden unter Bezug auf die ein vertikaler Schnitt durch den integrierten Reaktor darstellende Zeichnung näher erläutert.

Beispiele der Ausführung der Erfindung

Der Reaktorbehälter ist durch einen Boden 1 und einen zy­ lindrischen Mantel 2 gebildet. Die Höhe des Mantels 2 ist in der Regel größer als der Durchmesser des Bodens 1 gestaltet und ist durch die angeforderte Reaktorkapazität und durch den Naß des angeforderten Homogenisationsprozesses bestimmt. Der Grundriß des Bodens 1 sowie des Mantels 2 kann auch in Form eines vor­ zugsweise regelmäßigen Polygons hergestellt sein, der Mantel 2 hat dann die Form eines Prismas.

Eine an eine kegelförmige auseinanderlaufende Wand 4 an­ knüpfende kegelförmige konvergente Wand 3 ist in dem Behälter angeordnet. Die konvergente Wand 3 ist vorzugsweise mit ihrer unterer Seite zum Mantel 2 befestigt und die auseinanderlaufende Wand 4 ist auf ihrem oberen Ende befestigt. Der größte Durchmes­ ser der konvergenten Wand 3 ist im wesentlichen gleich dem des Mantels 2, während der größte Durchmesser der auseinanderlaufen­ den Wand etwas kleiner ist, wie nachfolgend näher erklärt wird.

Eine Richtwand 5 ist anliegend und parallel zur auseinan­ derlaufenden Wand 4 angeordnet, wobei diese Richtwand 5 vorzugs­ weise im Mantel 2 geankert ist. Die auseinanderlaufende Wand 4 und die Richtwand 5 sind an ihren oberen Seiten in derselben Ebene beendet, das untere Ende der Richtwand 5 reicht jedoch nicht bis zum unteren Ende der auseinanderlaufenden Wand 4, es ist vorzugsweise in ungefähr zwei dritteln ihrer Länge beendet.

Ein Durchgang 6 ist zwischen der auseinanderlaufenden Wand 4 und der Richtwand 5 geformt. Der größte Durchmesser der Richtwand 5 stimmt nach dem Ausführungsbeispiel praktisch mit dem Durch­ messer des Mantels 2 überein und der größte Durchmesser der auseinanderlaufenden Wand 4 ist um ungefähr das doppelte des Durchmessers des Durchgangs 6 kleiner.

Es ist eine Abschlußwand 7 über die konvergente Wand 3 und als ihre Fortsetzung gebildet, wobei diese Abschlußwand die Form eines Kegels hat und mit einer auf nicht dargestellte Weise be­ festigen Rohr 8 verbunden ist. Zwischen der Abschlußwand 7 und der auseinanderlaufenden Wand 4, bzw. ringförmigen Schnittlinie der konvergenten Wand 3 und der auseinanderlaufenden Wand 4 ist eine Verbindungspassage 9 gebildet. Diese Verbindungspassage 9 ist am ganzen Umfang des kegelförmigen Mantels durchgeführt, der die Richtwand 5 bildet, bzw. diese ist nur durch nicht darge­ stellte Verbindungselemente, zum Beispiel Konsolen, die zur Ver­ bindung der konvergenten Wand 3 mit der Abschlußwand 7 angewen­ det werden können, unterbrochen. Es ist auch möglich die Verbin­ dungspassage 9 in Form einer Mehrzahl von am Umfang versehenen länglichen Öffnungen zu bilden. Die Verbindunspassage 9 ist also in der Abschlußwand 7 an ihrem unteren Ende vorgesehen. Es kann aber auch auf einer anderer Stelle in der Abschlußwand 7, nicht unmittelbar bei der konvergenten Wand 3 angeordnet sein.

Die oben beschriebene Anordnung definiert drei Funktions­ räume im Reaktor. Es handelt sich um den durch die konvergente Wand 3 und die Abschlußwand 7 begrenzten Homogenisationsraum 10, um den durch die konvergente Wand 3 und die auseinanderlau­ fenden Wand 4, bzw. die Richtwand 5 begrenzten peripherischen Verdickungsraum 11, und um den durch die auseinanderlaufende Wand 4 und die Abschlußwand 7 begrenzten, sich nach oben erwei­ ternden Separationsraum 12. Ein weiterer Funktionsraum stellt die Zone für aufbereitetes Wasser dar, die durch den Wasserspie­ gel 14 des Fluidfilters und den höheren Wasserspiegel 15 vom aufbereiteten Wasser definiert ist.

Die Funktionsräume sind untereinander in folgender Weise verbunden: Der Homogenisationsraum 10 kommuniziert mit dem Sepa­ rationsraum 12 über die Verbindungspassage 9. Der Separation­ sraum 12 kommuniziert mit dem Verdickungsraum 11 über den Durch­ gang 6, während der Homogenisationsraum 10 mit dem Verdickung­ sraum nicht verbunden ist.

Eine Welle 16 ist in der durch den Separationsraum 12 und die Zone 13 für aufbereitetes Wasser über den Reaktor laufenden Rohr 8 drehbar angeordnet, wobei diese Welle vorzugsweise axial in dem Fuß 17 am Boden 1 abgestützt und mit ihrem anderen Ende mit einem Antrieb, zum Beispiel einem Elektromotor 18 verbunden ist. Der durch den Homogenisationsraum 10 erstreckende untere Teil der Rohr 8 ist mit einer Pumpe und einer Mischanlage verse­ hen, wie nachfolgend beschrieben. Die Schaufeln 19, die den Grundteil der axialen Pumpe bilden, sind an der Welle 16 im obe­ ren Teil des Homogenisationsraums 10 befestigt. Es sind Misch­ paddel 20 weiter an der Welle angeordnet, die vorzugsweise mit festen, auf nicht dargestellte Weise an der konvergenten Wand 3, am Mantel 2 oder an einem anderen festen Teil des Reaktors befestigten Anschlägen 21 in der Richtung von oben nach unten abwechselnd untergebracht sind. Die Mischpaddel 20 sowie die An­ schläge 21 sind immer mindestens zwei auf derselben Ebene des Homogenisationsraums 10 vorgesehen. Ähnliche feste Anschläge 22 sind vertikal entlang des inneren Umfangs des Mantels 2 in sei­ nem unteren Teil geformt. Die Anschläge 21, 22 sind also mit ih­ rer Lage den Mischpaddeln 20 zugeordnet. Es kann auch andere Pumpe eingesetzt sein, zum Beispiel eine Schleuderpumpe oder ei­ ne Mammutpumpe. Sie kann unmittelbar über die Mischanlage ange­ ordnet sein, wie es im Ausführungsbeispiel der Fall ist, oder sie ist an jeder beliebigen Stelle im Homogenisationsraum 10 der Mischanlage zugeordnet. Es ist auch möglich die Pumpe ganz aus­ zulassen, was aber nicht vorteilhaft ist.

Eine im wesentlichen parallel zu der Abschlußwand 7 angeord­ nete, feste innere Richtwand 23 ist im oberen Teil des Homogeni­ sationsraums 10 angebracht. Weitere mindestens zwei feste lei­ tende Anschläge 24, die mit drehbar befestigten Schaufeln 19 der axialen Pumpe zusammenwirken, sind in dieser inneren Richtwand 23 angeordnet, und ein Überleitungskanal 25 ist zwischen der in­ neren Richtwand 23 und der Abschlußwand vorgesehen. Die Schau­ feln 19 sowie die leitende Anschläge 24 sind also im oberen Teil des Homogenisationsraums 10 in dem durch die innere Richtwand 23 gedeckten Bereich angeordnet. Die innere Richtwand ist vor­ zugsweise kegelförmig, so wie die konvergente Wand 3, die aus­ einanderlaufende Wand 4, die Richtwand 5 und die Abschlußwand 7. Es ist auch eine andere Form als die eines Kegels möglich, zum Beispiel die Form einer Pyramide, wo der horizontale Schnitt der Wände die Form eines Polygons hat. Es ist dann vorteilhaft, die Formen der Wände aneinander anzupassen, bzw. auch die Form des Mantels 2 anzupassen. Die Richtwand 23 überragt auf jeden Fall die Verbindungspassage 9, die in der Abschlußwand gebildet ist.

Der Rohwasserzufuhr 26 mündet im unteren Teil des Homogeni­ sationsraums 10. Es ist vorteilhaft, daß ein Ende der Leitung des Rohwasserzuflusses 26 bis beinahe zum Mittelpunkt des Behäl­ ters zwischen ein Mischpaddel 20 und ein Anschlag 21, bzw. zwi­ schen zwei Mischpaddel 20 reicht. Eine Übergußrinne 27 mit einer Abführungsrohrleitung 28 für die Ableitung von aufbereitetem Wasser ist in der Zone 13 für aufbereitetes Wasser vorgesehen und eine am Umfang vorgesehene Sammelschlammrohleitung 29 und eine Abführungsrohleitung 30 für den Schlammabfuhr sind im unte­ ren Teil des Verdickungsraums 11 untergebracht. Die Sammel­ schlammrohrleitung 29 ist dem Ausführungsbeispiel nach entlang mindestens eines Teils des Umfangs, vorzugsweise entlang des ganzen Umfangs der konvergenten Wand 3 nahe zum Mantel 2 ge­ formt. Die Sammelschlammrohrleitung 29 ist mit nicht dargestell­ ten Öffnungen versehen, durch die Schlamm in diese eintreten kann. Ein Sammelkranz 31 mit einem Abfuhr 32 von abgesetztem Wasser ist rund um die innere Richtwand 23 angeordnet. Der Sam­ melkranz 31 ist perforiert, bzw. ist mit Öffnungen für Eintritt von abgesetztem Wasser versehen und dieser ist rund um den gan­ zen Umfang der inneren Richtwand 23 oder mindestens eines Teils davon gebildet.

Es wird nachfolgend die Funktion der Vorrichtung beschrieben.

Rohwasser mit dosiertem Fällungsmittel wird nach Ablauf der perikinetischen Phase der Koagulation durch den Rohwasserzufuhr in den unteren Teil des Homogenisationsraums 10 geleitet. In dem Homogenisationsraum 10 wird die Homogenisation der während der Koagulation durch hydrolysierende Koagulanten entstandene Floc­ kensuspension durchgeführt. Die benötigte Turbulenzenintensität ist durch obengenannte Mischanlage hervorgerufen. Die Anschläge 21, 22 und die leitende Anschläge 24 vermeiden beim Drehen der Schaufeln 19 und der Mischpaddeln 20 unerwünschtes Auftreten von Rotationsbewegungen im Homogenisationsraum 10. Diese Anschläge 21, 22 und leitende Anschläge 24 verursachen die Umwandlung der Energie von Rotationsbewegungen in turbulente Wirbel, die zur Homogenisation der Flockensuspension genutzt werden. Das Bleiben - die Aufenthaltsdauer - im Homogenisationsraum 10 und die Tur­ bulenzintensität wird in Abhängigkeit vom Charakter von aufbe­ reitetem Wasser und vom Typ und Menge der benutzten Koagulanten gewählt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht zum Bei­ spiel den Einsatz vom Eisensulfat als Koagulant mit seiner nach­ träglichen Oxidation in die dreiwertige Form, was eine bedeutsa­ me Verringerung der notwendigen Koagulantenmenge zur Folge hat. In solchem Fall wird die verringerte Koagulantenmenge und somit die verringerte Anzahl der Interaktionen unter den Fällungsteil­ chen durch eine längere Zeit der Homogenisation und eine höhere Turbulenzenintensität ersetzt. Für diese effektive Verfahren zum chemischen Aufbereiten von Wasser mit großem Koagulantenerspar­ nis ist eine hohe Turbulenzenintensität notwendig, die einen negativen Einfluß auf die Stabilität des Fluidfilters durch Ein­ dringen der Perturbationen und Rotationsbewegungen aus dem Homo­ genisationsraum 10 über die Verbindungspassage 9 in den Separa­ tionsraum 12 für Fluidfiltration zur Folge hätte. Das wird durch die Anordnung der inneren Richtwand 23 vor der Verbindungspas­ sage 9 vermieden, wodurch auch der Überleitungskanal 25 gebildet ist. Der erfindungsgemäße Homogenisationsraum 10 macht eine ein­ fache Anpassung seines Volumens den Forderungen der Homogenisa­ tion möglich, und zwar nur durch Verlängerung des Homogenisa­ tionsraums 10 und entsprechende Erhöhung der Anzahl an Mischpad­ deln 20 und Anschlägen 21, bzw. durch Anwendung von längeren vertikalen Anschlägen 22.

Aufzubereitendes Wasser wird im Homogenisationsraum 10 mit­ tels der an der Welle befestigten Schaufeln 19 nach oben ge­ pumpt, so daß es in den Überleitungskanal strömt. Der Strom von aufzubereitendem Wasser mit homogenisierter Flockensuspension strömt gleichmäßig durch den Überleitungskanal 25 entlang der Verbindungspassage 9. Mittels der Strömung im Überleitungskanal 25 wird einerseits Zufuhr von homogenisierter Suspension in den Fluidfilter im Separationsraum 12 erreicht, andererseits wird ein Durchdringen von Perturbationen aus dem Homogenisationsraum 10 in den Separationsraum 12 vermieden. Falls keine Pumpe der Mischanlage zugeordnet ist, strömt das meiste von aufzubereiten­ dem Wasser in den Überleitungskanal 25 vom unten, das heißt, den kürzeren Weg entlang, und der obere Teil des Homogenisations­ raums 10 bleibt unausgenützt.

Im Fall einer Funktionsunterbrechung der Vorrichtung ermög­ licht die beschriebene Anordnung ein Ausfallen der Fluidfilter­ schicht aus dem Separationsraum 12 in den Homogenisationsraum 10. Bei erneuertem Anlassen wird der abgesetzte Schlamm im Homo­ genisationsraum 10 mittels der Mischanlage in die Schwebe ge­ bracht und progressiv wird die Fluidfilterschicht im Separati­ onsraum 12 ohne jeden Einfluß auf die Funktion der Vorrichtung geformt. Das ermöglicht eine bedeutsame Flexibilität des Betrie­ bes der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der im ganzen Umfang de­ ren möglichen Leistung, d. h. von Nulleistung bis zur Maximal­ leistung funktionieren kann.

Die in der Fluidfilterschicht aufgefangene Flockensuspensi­ on wird abgesaugt und von oben nach unten durch den Durchgang 6 in den Verdickungsraum 11 geführt, wo die Sedimentation der Flockensuspension stattfindet, und das abgesetzte Wasser wird mittels eines Sammelkranzes 31 abgeführt, der im oberen, konver­ genten Teil des Verdickungsraums 11 hinter der Richtwand 5 ange­ ordnet ist, mittels der der Sammelkranz 31 vom Durchgang 6 ge­ trennt ist. Das abgesetzte Wasser wird dann mittels des Sammel­ kranzes 31 und der Abfuhr 32 von abgesetztem Wasser abgeführt. Der verdickte Schlamm wird im unteren Teil des Verdickungsraums 11 mit der Sammelschlammrohrleitung 29 und der Schlammabfüh­ rungsrohrleitung 30 entzogen.

Aufbereitetes Wasser tritt nach Durchgehen durch den Fluid­ filter in die Zone für aufbereitetes Wasser ein und wird mit der Übergußrinne 27 gesammelt und durch die Abführungsrohrleitung 28 für aufbereitetes Wasser abgeführt. Die Abführungsrohrleitung 28 für aufbereitetes Wasser kann auf nicht dargestellte Weise mit der Abführungsrohrleitung 30 für abgesetztes Wasser verbun­ den sein, bzw. die Abführungsrohrleitung 28 für aufbereitetes Wasser und die Abführungsrohrleitung 30 für abgesetztes Wasser können in einen gemeinsamen Sammelbehälter oder in eine nicht dargestellte Sammelrohrleitung münden.

Industrielle Anwendbarkeit

Der erfindungsgemäße Reaktor ist insbesondere für kleinere und mittelgroße Aufbereitungsanlagen für Aufbereiten von Trink­ wasser aus Untergrund- und Tagewasser und für industrielle Zwec­ ke bestimmt. Es ist auch für chemische Reinigung von Abwasser geeignet.

Claims (6)

1. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser mit mechani­ scher Homogenisation der Flockensuspension und mit ihrer nach­ folgenden Separation durch Fluidfiltration, der mit einem Homo­ genisationsraum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Homogenisationsraum (10) mit dem Separationsraum (12) durch den zwischen der Abschlußwand (7) des Homogenisationsraums (10) und ihr zugeordneter inneren Richtwand (23) geformten Überleitungs­ kanal (25) verbunden ist, wobei die innere Richtwand (23) die in der Abschlußwand (7) zur Verbindung des Homogenisationsraums (10) mit dem Separationsraum (12) gebildete Verbindungspassage (9) überragt, während in dem Homogenisationsraum eine Mischanla­ ge vorgesehen ist.

2. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischanlage aus den an der durch den Homogenisationsraum (10) geführten Welle (16) befes­ tigten Mischpaddeln (20), und den festen Anschlägen (21, 22), die mit ihrer Lage den Mischpaddeln (20) zugeordnet sind.

3. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischanlage eine Pumpe zuge­ ordnet ist.

4. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe axial ist und ihr Grundteil durch Schaufeln (19) gebildet ist, die an der Welle (16) im oberen Teil des Homogenisationsraums (10) im mit der in­ neren Richtwand (23) gedeckten Bereich angeordnet sind.

5. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschluß­ wand (7) und die innere Richtwand (23) kegelförmig sind und sich nach unten erweitern.

6. Reaktor für chemisches Aufbereiten von Wasser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußwand (7) und die innere Richtwand (23) pyramidenförmig sind und sich nach unten erweitern.