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Auf
dem Gebiet der Wasserbehandlung gibt es verschiedene Behandlungstechniken,
die sich der Schwerkraft als Mittel zur Trennung zwischen einer festen
und einer flüssigen
Phase bedienen.
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Insbesondere
gibt es einfache Dekantiertechniken mit oder ohne Lamellen zur Vergrößerung der
Dekantierfläche,
mit denen dekantierfähiges,
in einem Rohwasserstrom einströmendes
Material von dem behandelten Wasser durch Dekantieren ohne Einschaltung
eines Reagens bei Hazen-Dekantiergeschwindigkeiten
(behandelte Durchflussmenge, dividiert durch die einfache Dekantierfläche oder
durch die auf eine horizontale Ebene projizierte Fläche der eventuellen
Lamellen) in der Größenordnung
von 1 bis 2 Meter pro Stunde getrennt wird.
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Diese
Art des Dekantierens erlaubt eine Abscheidung des dekantierfähigen, in
dem Rohwasser suspendierten Materials. Diese Technik erlaubt keine Abscheidung
kolloidaler Substanzen aus dem Wasser. Sie ist beim Betrieb in dem
Umfang wirtschaftlich, in dem kein Reagens verwendet wird, erfordert jedoch
wegen der geringen möglichen
Hazen-Geschwindigkeiten große
Dekantierflächen,
sodass die zu behandelnde Spitzendurchflussmenge groß ist, zum
Beispiel bei der Behandlung von Abwässern aus Mischkanalisationsnetzen
in Regenperioden.
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Diese
Technik wird häufig
zur Primärbehandlung
von Abwässern
vor einer biologischen Behandlung, zum Beispiel mit Biofiltern,
eingesetzt.
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Es
gibt auch sogenannte Flockungs-/Dekantiertechniken, bei denen dem
Rohwasser zur Destabilisierung der Kolloide ein Koagulationsmittel,
gewöhnlich
bestehend aus einem Eisen- oder Aluminiumsalz und/oder einem kationischen
Polymer, und anschließend
dem koagulierten Wasser in einem Flockungsbecken ein gewöhnlich aus
einem organischen Polymer bestehendes Flockungsmittel zugesetzt
wird, um dichte Flocken zu erzeugen, die von dem behandelten Was ser
in einer einfachen Dekantierzone oder Lamellenzone ähnlich der
vorherigen zugesetzt wird.
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Die
Verweilzeiten in dem mittels Rührwerk bewegten
Flockungsbecken liegen in der Größenordnung
von 10 bis 30 Minuten und die Hazen-Dekantiergeschwindigkeiten liegen gewöhnlich in
der Größenordnung
von 1 bis 3 Meter pro Stunde.
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Diese
Technik hat den Vorteil, kolloidale Substanzen dekantierfähig zu machen
und somit den Schutz gegen Umweltverschmutzung im Vergleich zum
einfachen Dekantieren zu verbessern.
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Ihr
Nachteil liegt darin, dass dabei Reagenzien verbraucht und große Dekantierflächen benötigt werden,
um Spitzenbelastungen wie bei der Behandlung von Abwässern in
Regenperioden zu behandeln.
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Schließlich gibt
es eine sehr schnelle Dekantiertechnik, die sogenannte Flockung
mit Beschwerung durch ein körniges
Material wie Feinsand, die Dekantiergeschwindigkeiten von 50 bis
200 Meter pro Stunde zulässt.
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Diese
Technik, die beispielsweise in den Patenten
FR2719234 und
FR2627704 der Anmelderin beschrieben
wurde, erfordert den Einsatz eines Koagulationsmittels vor dem Eintritt
in die Anlage zur Destabilisierung der Kolloide und zu ihrer Umwandlung in
Mikroflocken, anschließend
den Zusatz eines Flockungsmittels und eines körnigen Beschwerungsmaterials
zur Bildung von Flocken hoher Dichte aus koagulierten Mikroflocken.
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Das
Flockungsmittel und das körnige
Beschwerungsmaterial, bei dem es sich um Mikrosand oder jedes körnige Material
handeln kann, dessen Dichte größer ist
als die der zu behandelnden Flüssigkeit,
werden in eine mittels Rührwerk
in Bewegung versetzte Einspritzzone eingeleitet, gefolgt von einer sogenannten
Reifezone, die den Zweck hat, die direkte Einleitung von Sand, Reagens
oder ungeflocktem Wasser in die der Reifezone nachgeschaltete Dekantierzone
zu verhindern. Die aus Einspritzzone und Reifezone bestehende Einheit
wird gewöhnlich als
mit körnigem
Material beschwerte "Flockungszone" bezeichnet.
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In
der einfachsten Ausführung
sind die Einspritz- und die Reifezone im gleichen, mittels Rührwerk in
Bewegung versetzten Becken angeordnet, wobei die Hydraulik des Beckens
so beschaffen ist, dass dadurch eine direkte Einleitung von körnigem Material,
Reaktionsmittel und ungeflocktem Wasser in die Dekantierzone minimiert
wird, zum Beispiel durch Einspritzen von Sand und Flockungspolymer auf
der dem Flockungsbecken hydraulisch vorgeschalteten Seite, wobei
der nachgeschaltete Teil als Reifezone dient.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
befinden sich die Einspritz- und die Reifezone in verschiedenen,
aufeinanderfolgenden Becken, und zwar in der Reihenfolge: Einspritzbecken,
anschließend Reifebecken.
Die hydraulischen Verweilzeiten liegen dann normalerweise in der
Größenordnung
von 1 Minute im Einspritzbecken und 2 bis 6 Minuten im Reifebecken.
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Diese
Technik hat den Vorteil, den kolloidalen Anteil der zu behandelnden
Verschmutzung dekantierfähig
zu machen und gleichzeitig die für
die Behandlung größerer Durchflussmengen,
wie zum Beispiel einmaliger Durchflussmengen in Regenperioden, erforderlichen
Dekantierflächen
zu minimieren. Diese Technik hat leider den Nachteil eines ständigen Verbrauchs
von Reagenzien, während
die zu behandelnden Verschmutzungslasten, zum Beispiel bei trockener
Witterung, eine Behandlung der kolloidalen Verschmutzung nicht mehr
rechtfertigen: Tatsächlich bewirkt
das vollständige
Anhalten der Einspritzung von Reagenzien Beschwerungsmittelverluste,
die vorzugsweise zu vermeiden sind, wenn es möglich ist, die Einspritzung
der Reagenzien, insbesondere des Koagulationsmittels, stark zu verringern:
Tatsächlich
weisen die kleinsten Sandkörner,
die nicht mehr in den chemisch-physikalischen Flocken eingeschlossen
sind, geringere Dekantiergeschwindigkeiten auf als die chemisch-physikalischen
Flocken mit großem
Durchmesser, die mehrere Sandkörner
enthalten, wie sie bei Einspritzung des Reagens entstehen.
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Es
ist auch möglich,
eine ähnliche
Flockung wie die Flockung mit körnigem
Beschwerungsmaterial zu realisieren, indem ein Teil der in der Dekantierzone
dekantierten Schlämme
in die Flockungszone rückgeführt wird.
Diese Technik erlaubt bei stabiler Betriebsweise die Erzielung von
hohen Dekantiergeschwindig keiten, wenn Reagenzien in das System eingespritzt
werden, und gestattet in Perioden, in denen keine chemische Behandlung
erforderlich ist, zum Beispiel bei trockener Witterung mit geringer Wasserdurchflussmenge,
das Anhalten der Einspritzung von chemischen Produkten und den Betrieb
mit einfachem Dekantieren ohne Reagensverbrauch.
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Diese
Technik wiest nichtsdestoweniger den Mangel auf, dass damit nicht
die gleichen, hohen Dekantiergeschwindigkeiten wie bei dem Dekantieren mit
einem körnigen
Beschwerungsmittel erzielt werden und eine nicht zu vernachlässigende
Stabilisierungszeit erforderlich wird, die häufig mit dem plötzlichen
Einsetzen von Regen oder mit Spitzendurchflussmengen nicht verträglich ist.
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Ebenfalls
bekannt ist eine Technik, die in dem Dokument
EP 0 767 143 beschrieben wurde, welches
ein Verfahren und eine Anlage zur Sandabscheidung und chemisch-physikalischen
Klärung
von städtischen
oder industriellen Abwässern
betrifft. Gemäß dieser
Technik gelangt normalerweise während Sandabscheidungsperioden
eine Abwasser-Rohmenge in einen Sandabscheider, worin ein sandfreier Ausfluss
von dem Sand getrennt wird.
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Während anderer
Zeiten, zum Beispiel in Regenperioden, werden ein Koagulationsmittel,
Beschwerungssand und ein Flockungsmittel eingeleitet, der koagulierte
Ausfluss wird in eine reife Zwischenzone und anschließend, im
Wesentlichen mit dem gesamten Sand und den Kolloiden oder darin
zusammengeballten Teilchen, in den Sandabscheider befördert, wo
mittels Dekantieren ein geklärter
Ausfluss, der abgeführt
wird, sowie Schlämme,
bestehend aus Sand und Kolloiden und zusammengeballten Teilchen,
die extrahiert werden, abgeschieden werden.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Zweck, ein Verfahren und eine Anlage
zur Behandlung von Wasser mittels Flockung/Schwerkraftabscheidung vorzuschlagen,
womit diese Probleme gemäß dem Stand
der Technik beseitigt werden können.
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Dieser
Zweck wird erreicht dank der Erfindung betreffend ein Verfahren
zur Wasserbehandlung durch chemisch-physikalische Behandlung des Wassers,
das eine Flockungsphase umfasst, die in mindestens einer Flockungszone
realisiert wird, bei der ein körniges
Material zur Beschwerung, das dichter als Wasser ist, zugesetzt
wird, anschließend
erfolgt eine Abscheidungsphase (Schwerkraftabscheidung) durch Dekantieren
des behandelten Wassers und der Flocken, dann eine Phase der Abscheidung des
in die Flockungsphase rückgeführten körnigen Materials
und der Schlämme,
wobei die besagten Schlämme
einer Schlammbehandlungsphase zugeführt werden und das besagte
Verfahren eine Phase umfasst, bei der von einem Betriebsmodus durch
beschwerte Flockung/Schwerkraftabscheidung unter Verwendung von
Koagulations- und Flockungsmitteln zu einem Betriebsmodus durch
einfache Schwerkraftabscheidung ohne Verwendung von Koagulations-
und Flockungsmitteln übergegangen wird,
wobei der Übergang
von einem zum anderen Betriebsmodus auf der Grundlage mindestens
einer Information bezüglich
des Wassers in einer beliebigen Phase der Behandlung oder vor der
Behandlung bestimmt wird. Das Verfahren ist in Anspruch 1 definiert.
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Man
wird bemerken, dass das körnige
Material chemisch inert sein kann oder auch nicht. Es kann aus Sand
oder Mikrosand, aus Granat, Basalt, Eisenoxiden, Magnetit usw. bestehen.
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Das
genannte körnige
Beschwerungsmaterial ist vorzugsweise ein Mikrosand mit einem effektiven
Durchmesser zwischen 30 und 200 Mikrometer und die besagte Abscheidungsphase
ist eine Dekantierphase.
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Bei
einer anderen möglichen
Ausführungsform
ist das körnige
Material Mikrosand mit einem effektiven Durchmesser zwischen 30
und 200 Mikrometer, wobei die besagte Schwerkraft-Abscheidungsphase
eine Zentrifugierphase, zum Beispiel mittels Zyklon- oder Wirbelstrombehandlung,
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst ferner einen Zwischenbetriebsmodus ohne körniges Beschwerungsmaterial,
jedoch mit Verwendung von mindestens einem chemischen Koagulations-/Flockungsmittel.
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Nach
einem bevorzugten Aspekt der Erfindung liegt (liegen) die untere(n)
Geschwindigkeiten) des oder der verwendeten Rührwerke(s), damit das körnige Beschwerungsmaterial
in der Flockungsphase nicht in Resuspension gebracht wird, zwischen
2,5 und 20 Zentimeter pro Sekunde, vorzugsweise zwischen 5 und 10
Zentimeter pro Sekunde.
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Die
besagte Phase des Übergangs
von einem Betriebsmodus zu einem anderen läuft automatisch ab.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls jede speziell entwickelte Anlage zur
Durchführung
eines solchen Verfahrens, die Folgendes umfasst: Zugabemittel zum
Einspritzen mindestens eines Koagulationsmittels, mindestens eine
Flockungszone mit mindestens einem Rührmittel zur Aufnahme eines
körnigen
Materials zur Beschwerung, das dichter als Wasser ist, wie zum Beispiel
Mikrosand, und mindestens eines Flockungsmittels, gefolgt von einer
Dekantierzone mit oder ohne Dekantierlamellen zur Trennung des im
oberen Teil extrahierten dekantierten Wassers von den Schlämmen, die
entweder direkt der Schlammbehandlung oder der Hydrozyklonierung
zugeführt werden,
um das eventuell darin enthaltene körnige Material rückzugewinnen,
wobei
die Anlage dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Mittel zur Messung
mindestens einer Information bezüglich
des Wassers und automatische Mittel umfasst, die es erlauben:
- • zum
Betriebsmodus mit beschwerten Flocken überzugehen, wenn die besagte
mindestens eine Information bezüglich
des Wassers einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wobei die chemischen
Koagulations-/Flockungsmittel
eingespritzt werden, das Wasser in der Flockungszone zirkuliert,
das beschwerende Material durch die vereinte Wirkung der Geschwindigkeit
des Wassers und der Inbetriebnahme des (der) Rührmittel(s) mit angemessener
Geschwindigkeit in Suspension gebracht wird und das nach Abscheidung
der abgesetzten Schlämme,
die es enthalten, durch Hydrozyklonierung in die Flockungszone rückgeführt wird;
- • zum
Betriebsmodus ohne Koagulations-/Flockungsmittel und ohne Beschwerung
der Flocken überzugehen,
wenn die besagte mindestens eine Information oder eine ihrer Kombinationen
wieder unter einen bestimmten Schwellenwert sinkt, wobei das Einspritzen
dieser Mittel gestoppt wird, die Rührmit tel angehalten oder auf
geringe Betriebsgeschwindigkeit eingestellt werden, sich das körnige Material
am Boden der Flockungszone absetzt, das zu behandelnde Wasser mit
einer Geschwindigkeit in die Flockungszone gelangt, die geringer
ist, als die zur Resuspension des körnigen Materials notwendige
Geschwindigkeit, oder um den unteren Teil dieser Zone, wo sich der Sand
abgesetzt hat, herumgeleitet wird, und die Schlämme direkt ohne Hydrozyklonierung
extrahiert werden, und dass die besagte mindestens eine Information
bezüglich
des Wassers, die eine Entscheidung über den besagten Betriebsmodus erlaubt,
unter folgenden Informationen ausgewählt wird: Durchflussmenge des
zu behandelnden Wassers, Trübung
des zu behandelnden Wassers, Trübung
des behandelten Wassers, chemischer Sauerstoffbedarf des zu behandelnden
Wassers, organischer gebundener Gesamtkohlenstoff (Cges),
spezifischer Widerstand, und dass die besagten automatischen Mittel
Folgendes aufweisen:
- • mindestens
eine Sonde zur Messung der Durchflussmenge, der Trübung oder
der Konzentration eines charakteristischen Parameters des behandelten
oder zu behandelnden Wassers;
- • eine
Automatik, die das von der oder von den Sonde(n) erhaltene Signal
mit den vorher festgelegten Schwellenwerten, die den Übergang
zum einen oder anderen vorgesehenen Betriebsmodus steuern, vergleicht
und die Rührmittel
in der Flockungszone anhält,
mit geringer oder hoher Geschwindigkeit in Betrieb setzt, das Anhalten oder
die Inbetriebnahme der Vorbereitungs- und Einspritzsysteme der Reagenzien
und der Abscheidung/Rückführung des
körnigen
Materials oder das direkte Extrahieren der Schlämme steuert und die Mittel
zur Umgehung der Flockungszone oder der Reduzierung der Geschwindigkeit
des Wassers im unteren Teil dieser Zone öffnet und schließt.
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Die
vorgesehenen Mittel ermöglichen
vorzugsweise auch einen Zwischenbetriebsmodus, wenn die besagte
Information bezüglich
des Wassers zwischen zwei vorher festgelegten Werten liegt, wobei
bei diesem Betriebsmodus die Reagenzien ohne Verwendung des Materials
zur Beschwerung eingespritzt werden, das oder die Rührwerke)
mit geringer Geschwindigkeit betrieben wird (werden) und so die Suspension
des körnigen
Materials verhindern und die Schlämme mit oder ohne vorherige
Hydrozyklonierung in Richtung Behandlungszone extrahiert werden.
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Ebenfalls
ist die Flockungszone vorzugsweise unterteilt in eine erste Einspritzzone,
die mit mindestens einem ausschaltbaren Rührmittel, worin das Flockungsmittel
eingespritzt und das Beschwerungsmaterial rückgeführt werden kann, und in eine
zweite Reifezone, die mit mindestens einem ausschaltbaren Rührmittel,
worin ein Flockungsmittelzusatz und das Material zur Beschwerung
eingespritzt werden kann, versehen ist, wobei diese beiden Zonen
durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, die mit einer tiefliegenden Öffnung versehen
ist, die deren Verbindung ermöglicht.
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Die
Anlage weist vorzugsweise Mittel zur automatischen Vergrößerung der
tiefliegenden Öffnung zur
Verbindung der Einspritzzone mit der Reifezone auf, wobei durch
die besagten Mittel die Geschwindigkeit des Wassers zwischen diesen
beiden Zonen unter die zur Resuspension des verwendeten Materials
zur Beschwerung notwendige Geschwindigkeit gesenkt werden kann,
falls die Verwendung des Materials zur Beschwerung nicht erforderlich
ist.
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Der
obere Teil der Trennwand zwischen der Einspritzzone und der Reifezone
ist vorzugsweise durch eine Hubvorrichtung oder Stauklappe automatisch
entfernbar, um die Umgehung des unteren Teils dieser Zonen zu ermöglichen,
falls der Betriebsmodus ohne Reagenzien erforderlich ist.
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Ebenfalls
kann die tiefliegende Öffnung
zur Verbindung der Einspritzzone und der Reifezone vorzugsweise
geschlossen sein, damit das körnige
Material ausschließlich
in dieser Kammer abgelagert wird, falls die Verwendung von körnigem Material nicht
erforderlich ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante umfasst die erfindungsgemäße Anlage ein automatisches Mittel
zur Umgehung der Flockungszone, wenn ein Betrieb ohne Reagenzien
erforderlich ist.
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Diese
Erfindung erlaubt im gleichen System die Kombination einer chemischphysikalischen
Behandlung mit beschwerter Flockung bei hoher Geschwindigkeit unter
bestimmten Bedingungen, zum Beispiel bei Regenwetter, mit der Möglichkeit
einer chemisch-physikalischen Behandlung mit Reagens, jedoch ohne
Beschwerungsmittel, zum Beispiel in Spitzenzeiten von trockenem
Wetter, wobei unterhalb die Gefahr einer biologischen Überlastung
besteht, und mit der Möglichkeit
einer Behandlung durch einfaches Dekantieren, ohne Anwendung von
Reagenzien oder Beschwerungsmitteln, zum Beispiel bei mittlerer
und vertiefter Verschmutzung bei trockener Witterung.
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Die
Erfindung besteht im Rahmen eines Systems zur chemisch-physikalischen
Behandlung von Wasser mittels Flockung mit körnigem Beschwerungsmittel aus
Mitteln, die eine Einspritzung oder Nichteinspritzung von Reagens
bei Wasserdurchfluss-Schwellenwerten oder zu behandelnden Verschmutzungslasten
erlauben, und Mittel zur Vermeidung des körnigen Beschwerungsmaterials,
wenn die Koagulations- und/oder Einspritzreagenzien nicht eingespritzt
werden.
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Die
Erfindung wie auch die dadurch erreichten Vorteile werden besser
verständlich
anhand der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu
verstehenden Anwendungsbeispielen, wobei auf die Zeichnungen Bezug
genommen wird, die Folgendes darstellen:
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die 1a, 1b, 1c zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäß drei Betriebsarten,
nämlich:
- – Betriebsmodus
Flockung/Dekantieren mit Beschwerung in 1a,
- – Betriebsmodus
Flockung/Dekantieren ohne Beschwerung und Betriebsart einfaches
Dekantieren ohne Reagens in 1b,
- – Betriebsmodus
einfaches Dekantieren in 1c.
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die 2a, 2b, 2c zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung, ebenfalls gemäß diesen
drei Betriebsarten.
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In
diesen Figuren ist der Weg des Wassers durch wellenförmige Pfeile
bezeichnet. N bezeichnet die Betriebsgeschwindigkeit der Belüfter.
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Die
in den 1a, 1b, 1c dargestellte
Anlage ist für
die Behandlung eines Rohwassers mit sehr unterschiedlicher Durchflussmenge oder
Verschmutzungs konzentration bestimmt, zum Beispiel für Abwässer, deren
Zulaufmenge in einem Verhältnis
von durchschnittlich eins bei trockener Witterung bis zwei bei Spitzenwerten
in trockener Witterung und bis zu zehn bei starken Niederschlägen schwankt,
oder auch für
trinkwasserfähiges Oberflächenwasser,
dessen Trübung
zum Beispiel je nach Hochwassersituation sehr unterschiedlich sein kann.
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Die
Anlage umfasst Zulaufmittel für
zu behandelndes Wasser 9, eine Koagulationszone, oberhalb
derer ein Koagulationsmittel 7 eingespritzt werden kann,
eine Einspritz-/Reifezone, in der ein Flockungsmittel 8 eingespritzt
werden kann und eine Beschwerung wie zum Beispiel Mikrosand. Die
Koagulations- und Einspritz-/Reifezonen
werden entweder in einem einzelnen, mit Rührwerk versehenen Becken 1,
wie in den 1a, 1b, 1c dargestellt,
oder aber vorzugsweise in zwei Becken 1', 1'', die
nacheinander durch Rührwerke
in Bewegung gesetzt werden, ausgeführt, wie in 2 dargestellt, wobei
ein Einspritzbecken 1' das
Flockungsmittel und die Mikrosand-Beschwerung aufnehmen kann, gefolgt
von einem Reifebecken 1'', welches eventuell einen
Flockungsmittelzusatz aufnehmen kann.
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Eine
mit Lamellen 4 versehene Dekantierzone 2 erlaubt
das Dekantieren der dekantierfähigen Stoffe,
die zur Ablagerung oder zur Behandlung der Schlämme 3 abgeführt oder
oberhalb entweder direkt in die Einspritzzone rückgeführt oder über eine Abscheidervorrichtung 5 für einen
Teil der Beschwerung in die Einspritzzone zurückgeleitet werden können, und
andererseits das Dekantieren der Schlämme, die zur Ablagerung oder
Behandlung der Schlämme
abgeführt
werden.
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In
den Einspritz- und Reifezonen erlauben Rührmittel 6 das Mischen
des Flockungsmittels, des Sandes und des Wassers bei hoher Geschwindigkeit und
die weitere Suspension der gebildeten Flocken mit Beschwerung, damit
sie in die Dekantierzone gelangen können.
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Wenn
diese Rührmittel 6 bei
geringer Geschwindigkeit arbeiten, ermöglichen sie ein Dekantieren
des Beschwerungsmaterials und gewährleisten gleichzeitig eine
ausreichende Vermischung der Reagenzien und des Wassers, um die
Flockung und die weitere Suspension der gebildeten Flocken ohne
Beschwerung sicherzustellen.
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Schließlich ist
das Anhalten der Rührmittel 6 möglich, wenn
die Einspritzung der Reagenzien angehalten wird, oder ihr Betrieb
bei geringer Geschwindigkeit ist möglich, wodurch die Ablagerung von
suspendierten Substanzen in der Einspritz-/Reifezone verhindert wird, ohne die
Resuspension oder weitere Suspension des in dem Becken oder in den Becken
enthaltenen Beschwerungsmaterials zu bewirken.
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Es
sind Mittel zur Messung der Durchflussmenge und/oder der Verschmutzungslast
(nicht dargestellt) vorgesehen, die es ermöglichen, die Durchflussmengen
und/oder Verschmutzungslasten zu kennen, die behandelt werden oder
durch das System ununterbrochen behandelt werden müssen.
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Schließlich ist
die Systemhydraulik so ausgelegt, dass, wenn die zu behandelnde
Durchflussmenge auf unterhalb eines festgelegten Werts absinkt,
es möglich
ist, den Mikrosand in die Flockungszone rückzuführen und diesen Mikrosand sich
dort ablagern zu lassen, ohne dass die Gefahr besteht, dass er in
die nachgeschaltete Dekantierzone mitgeführt wird oder bei einem Betrieb
ohne Reagenzien durch Überlauf
verloren gehen könnte.
Diese Anordnung kann entweder durch Umgehung der Wannen, worin der
Mikrosand abgelagert ist, oder durch Reduzierung der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Rührwerke
auf einen Wert unterhalb der Geschwindigkeit sichergestellt werden,
bei der der Sand in Suspension gehalten wird, sowie eventuell durch
Reduzierung der Wassergeschwindigkeit in Nähe der Oberfläche des
abgelagerten Sands bzw. durch Anwendung einer beliebigen Kombination
dieser Mittel.
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Die
Betriebsweise des Systems kann beispielsweise wie folgt beschaffen
sein:
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Behandlung von Abwässern aus
Mischkanalisationsnetzen
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Bei
trockener Witterung, von der auszugehen ist, wenn die am Einlauf
gemessene Durchflussmenge zum Beispiel weniger als 1,5 Q beträgt (wobei Q
die mittlere Durchflussmenge der Abwasserbehandlungsanlage bei trockener
Witterung be zeichnet), wird die Einspritzung der Koagulations- und
Flockungsmittel angehalten und die Durchflussmenge wird durch einfaches
Dekantieren behandelt und dann der biologischen Behandlung zugeführt, die
der beschriebenen Dekantiereinheit nachgeschaltet ist.
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Der
in der Anlage vorhandene Mikrosand wird im Wesentlichen am Boden
der Einspritzzone und im Übrigen
am Boden der Reifezone dekantiert.
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Die
Hydraulik der Wasserzirkulation ist so organisiert, dass die Resuspension
dieses Sandes durch jedes, dem Fachmann bekannte Mittel, wie z.B.
die beschriebenen Mittel, vermieden wird, jedoch ohne einschränkenden
Charakter und nur mittels beispielhafter Darstellung in den Figuren:
In
den 1b und 2b ist
die rechteckige Öffnung 11,
die die hydraulische Verbindung mit dem Flockungsbecken 1' (1b)
oder Reifebecken 1'' (2b)
sicherstellt, so dimensioniert, dass, wenn die Durchflussmenge kleiner
ist als die für
den Betrieb ohne Mikrosandbeschwerung gewählte Durchflussmenge, eine
Spülgeschwindigkeit
an der Oberfläche
des am Boden der Wannen abgelagerten Sands sichergestellt wird,
die weit geringer ist als die Resuspensionsgeschwindigkeit, die
vom Typ und vom Durchmesser des verwendeten Beschwerungsmaterials
abhängt
und für
Mikrosand von 60 bis 150 Mikrometer normalerweise unter 1 m/s und
vorzugsweise 0,3 m/s beträgt.
Die Höhe
dieser Öffnung
kann, wenn gewünscht,
mit Hilfe einer Gleittrennwand justiert werden, die vertikal durch
Hubvorrichtungen oder Schnecken so verschoben werden kann, dass dadurch
die Spülgeschwindigkeit
verringert wird.
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In
den 1c und 2c wird
die Flockungszone umgangen, zum Beispiel durch Öffnen einer Stauklappe 13 am
Scheitel der Trennwand, die im Fall gemäß 1c die
Flockungszone speist, oder durch Öffnen einer Stauklappe am Scheitel
der Trennwand 12, die im Fall der 2 die
Einspritz- und Reifebecken trennt, oder aber durch Ableitung der
Durchflussmenge in einen nicht dargestellten Seitenkanal.
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In
diesen verschiedenen Fällen
können
die Rührwerke 6 bei
einer Geschwindigkeit in Betrieb gesetzt werden, die ausreichend
niedrig ist, um die Resuspension oder Aufrechterhaltung der Suspension der
organischen Substanzen ohne Resuspension oder Aufrechterhaltung
der Suspension des Mikrosands sicherzustellen, um die Risiken eines
anaeroben Gärungsprozesses
am Boden der Einspritz- und Reifewannen
zu begrenzen. Die bei dieser Betriebsart durch den Rührvorgang
erzeugten Oberflächen-geschwindigkeiten
(Pumpenförderleistung,
dividiert durch die Fläche
der Wanne) liegen dann in dem Bereich von 2,5 cm/sec bis 20 cm/sec,
je nach Sandtyp und Art der Behandlung (Primär- oder Tertiär-Abwasser,
Trinkwasser), normalerweise zwischen 5 und 10 cm/sec.
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Die
Dekantierzone 2, in dem beschriebenen Fall in Lamellenausführung, ist
so dimensioniert, dass sie zum Beispiel bei einer Spiegelgeschwindigkeit
(Division der zu behandelnden Durchflussmenge durch die Fläche der
Dekantierzone) von max. 25 m/h ohne Reagenzien arbeitet.
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Die
erzeugten Schlämme
werden dann direkt der Schlammbehandlung 3 zugeführt, ohne
unbedingt die Hydrozyklonierung 5 zu passieren, da die Schlämme keinen
Mikrosand enthalten.
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Steigt
die Durchflussmenge auf einen Wert über 1,5 Q (Dekantiergeschwindigkeit
25 m/h) an, bleibt jedoch zum Beispiel unter 2Q (Dekantiergeschwindigkeit
33 m/h), d.h. unterhalb der Durchflussmenge bei Regenwetter, erlaubt
das in 1b oder vorzugsweise das in 2b dargestellte
Schema durch das Starten von Einspritzpumpen, die auf zu behandelnde
Durchfluss-Schwellenwerte eingeregelt sind, die Einspritzung des
Koagulationsmittels 7 in die Leitung oberhalb des Einspritzbeckens
oder in eine spezielle, in dem Schema nicht dargestellte Koagulationsvertiefung,
und des Flockungsmittels 8, zum Beispiel eines Polymers,
in das Einspritzbecken.
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Die
Stauklappe 13, die eine Umgehung der Einspritz- und Reifebecken
im oberen Teil erlaubt, wird angehoben, damit diese Wannen nur noch über ihre
unteren Teile kommunizieren können.
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Die
aus Einspritz- und Reifebecken bestehende Einheit funktioniert somit
wie eine klassische Flockungswanne mit zwei aufeinanderfolgenden
Zonen bei einer Verweilzeit in der Größenordnung von 15 Minuten und
einer ausreichenden Rührwirkung, um
das Mischen des zu behandelnden Wassers und des Flockungsmittels
sicherzustellen, ohne jedoch zu viel Mikrosand in Resuspension zu
bringen.
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Die
Behandlung wird somit dank der chemischen Flockung der kolloidalen
Verschmutzung verbessert und die mittels biologischer Behandlung
in einer nachgeschalteten Stufe zu behandelnde Verschmutzungslast
wird auf einem annehmbaren Niveau gehalten.
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Auch
hier können
die aus der Dekantierzone extrahierten Schlämme direkt der Schlammbehandlung 3 zugeführt werden
(bei 5 ist auch eine Hydrozyklonierung möglich, wenn
die kleinen, dort eventuell vorhandenen Sandmengen entfernt werden
sollen).
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Sinkt
die Durchflussmenge z.B. auf einen Wert unter 1,2Q (Dekantiergeschwindigkeit
20 m/h) ab, werden die Reagens-Einspritzpumpen 8 angehalten
und die Behandlung schaltet wieder auf einfaches Dekantieren gemäß den Diagrammen
1c oder 2c um, bis die Durchflussmenge wieder über den Schwellenwert von 1,5Q
ansteigt.
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Steigt
die Durchflussmenge andererseits auf einen Wert über 2Q (33 m/h) an, was als
biologisch schwer behandelbares Regenwetter gilt, wird die Geschwindigkeit
der Rührwerke 6 bis
auf den Wert erhöht,
der als Optimum für
die Behandlung mittels Flockung/Dekantieren mit Beschwerung gewählt wird, der
Mikrosand wird durch die vereinte Wirkung der höheren Durchflussmenge und der
erhöhten
Rührgeschwindigkeit
in Resuspension gebracht, die Hydrozyklonierung des Gemisches aus
Schlämmen
und Mikrosand wird wieder eingeschaltet, um die der Schlammbehandlung
zugeführten
Schlämme
von dem in die Einspritzzone rückgeführten Sand
zu trennen, und das Ganze funktioniert wie eine Flockungs-/Dekantieranlage
mit beschwerten Flocken, wobei die Dekantiergeschwindigkeiten 200
m/h, d.h. Durchflussmengen in der Größenordnung von 12Q, erreichen
können
und wobei die Verweilzeiten in der Einspritz-/Reifezone auf 2,5
Minuten zurückgehen, was
mit dieser Art von Behandlung kompatibel ist.
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Das
behandelte Wasser wird dann mit dem Teil der Durchflussmenge, die
dort verarbeitet werden kann, der biologischen Behandlung und mit
dem Teil der Durchflussmenge, die in der biologischen Behandlung
nicht verarbeitet werden kann, der Umwelt zugeführt.
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Sinkt
die Durchflussmenge z.B. wieder unter einen Wert von 1,8Q, geht
das System wieder auf Betriebsmodus ohne Mikrosand über (Rückgang in
der Geschwindigkeit der Rührwerke,
Rückleitung
des gesamten Mikrosandes zur Einspritzwanne, anschließend Anhalten
der Schlamm-Hydrozyklonierung und dann, wenn die Durchflussmenge
weiter zurückgeht, Anhalten
der Reagenzeinspritzung und eventuell Öffnen der Umgehung der Einspritz-
und Reifewannen).
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Sonden
zur Messung der Verschmutzungskonzentration oder Trübungsmesser,
die zum Beispiel an die Durchflussmessung gekoppelt sind, können dem
Fachmann helfen, die Automation des Übergangs von einem Betriebsmodus
auf einen anderen entsprechend der Veränderung der zu behandelnden
Gesamtverschmutzungslasten zu verbessern.
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Aufbereitungsbehandlung
von Wasser mit starken Trübungsschwankungen
zu Trinkwasser:
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Bestimmte
Arten von Wasser, zum Beispiel Karstwasser, können bei normaler Witterung
eine sehr geringe Trübung
von nur wenigen NTU-Einheiten aufweisen, sodass eine Direktbehandlung
mittels Filtration möglich
ist, und es kann zu plötzlichen
Episoden sehr starker Trübung
(zum Beispiel über
100 oder 1000 NTU-Einheiten)
kommen, wodurch vor der Filtration eine Flockungs-/Dekantierbehandlung
erforderlich wird.
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Die
Flockung/das Dekantieren mit Beschwerungssand ist dank der spezifischen
Fähigkeit,
innerhalb weniger Minuten sehr schnell eingesetzt werden zu können, für diese
Art von Szenario gut geeignet, jedoch ist praktischerweise ein System
zu installieren, welches in Perioden geringer Trübung mit Direktfiltration betrieben
werden kann, um unnötigen
Reagensverbrauch auf ein Minimum zu beschränken.
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In
diesem Fall wird zum Beispiel der Übergang vom Betriebsmodus der
direkten Filtration (mit Kurzschließung oder Nichtbenutzung der
Einspritz- und Reifewannen, Ablagerung des Sandes am Boden dieser
Wannen, Rührwerke
angehalten oder mit geringer Geschwindigkeit laufend, Anhalten der
Einspritzung von Reagenzien, Rückführkreislauf
und Hydrozyklonierung der Schlämme
angehalten) auf Flockung/Dekantieren mit Beschwerung (Hydrozyklonierung
der Schlämme
und Sand wieder eingeschaltet, normaler Serienbetrieb der Einspritz-
und Reifewannen, Koagulations- und Flockungsmittel eingespritzt,
Rührwerke
bei voller Geschwindigkeit in Betrieb, um den Sand zu halten oder
rückzuführen und
die Flocken in Suspension zu halten) während Episoden mit Trübung und
die Rückleitung
zur Direktfiltration durch einen Trübungsmesser kontrolliert, wenn
die geringe Trübung
diesen Betriebsmodus begünstigt.
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Diese
Beispiele sollen lediglich das Interesse des beschriebenen allgemeineren
Verfahrens demonstrieren, wodurch es möglich wird, den Betriebsmodus
des gleichen Systems mit einfachem Dekantieren ohne Reagens an den
Betriebsmodus mit Dekantieren mittels Beschwerungsreagens anzupassen,
wobei eventuell eine klassische chemisch-physikalische Flockungs-/Dekantierphase
mit Reagens, jedoch ohne Beschwerungsmaterial, entsprechend den
eintretenden hydraulischen und Verschmutzungsmengen und/oder Mengen
von zu behandelndem oder behandeltem Wasser eingeschaltet werden
kann.