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Die
Erfindung betrifft eine Anlage für
die Wasserbehandlung, die eine Flotationszelle umfasst, in welche
Rohwasser geleitet wird, das zuvor ausgeflockt und anschließend mit
Wasser vermischt worden ist, das derart mit Druck beaufschlagt und
entspannt wurde, dass die im Rohwasser enthaltenen suspendierten
Stoffe von den Mikroblasen, die aus dieser Entspannung resultieren,
mitgerissen und an die Oberfläche
der in der Zelle enthaltenen Flüssigkeit
befördert
werden, wobei das behandelte Wasser vom Boden dieser Zelle abgeleitet
wird.
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Aus
EP-A-0 659 690 ist
eine Anlage des zuvor beschriebenen Typs bekannt, die eine Ausflockungszone,
eine Zone für
das Mischen des ausgeflockten Rohwassers in einem aufsteigenden
Strom mit mit Druck beaufschlagtem Wasser, das von einem Druckbeaufschlagungs-Entspannungs-System
geliefert wird, und eine Flotationszone, aus deren oberen Teil die
in dem Rohwasser enthaltenen suspendierten Stoffe abgezogen und
zur Oberfläche
von Mikroblasen gebracht werden, umfasst, wobei diese Flotationszone
in ihrem unteren Teil mit einer perforierten Aufnehmeinrichtung
(beispielsweise Zwischenboden, gegebenenfalls mit Stutzen, und Sammler)
derart versehen ist, dass die gesamte Oberfläche der Flotationszone einen
identischen und einheitlichen Fluss der geklärten Flüssigkeit aufweist.
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In
diesem Stand der Technik weisen die in der Aufnehmeinrichtung vorgesehenen
Perforationen Abmessungen auf, die am Ende der Flotationszone (das
heißt
an dem Ende, aus welchen der Abfluss der geklärten Flüssigkeit erfolgt) kleiner als
als Anfang (in welchen das zu behandelnde Rohwasser eingeleitet
wird) sind, oder sich die Abstände,
welche die Perforationen trennen, vom Anfang bis zum Ende vergrößern. Aufgrund dieser
ungleichmäßigen Verteilung
der Perforationen, durch welche eine Asymmetrie in der Aufnehmeinrichtung
realisiert wird, ist der Strömungswiderstand,
der von dieser Aufnehmeinrichtung der Flotationszone erzeugt wird,
am Ende dieser Zone höher
als an ihrem Anfang und nimmt der Strömungswiderstand zum Anfang dieser
Zone hin ab. Somit wird die gesamte Oberfläche der Flo tationszone von
einem identischen und einheitlichen Fluss des zu behandelnden Wassers
durchströmt.
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Ein
Merkmal dieses Anlagentyps besteht in der Bildung eines dicken Betts
aus Mikroblasen, durch welches sich das Ausflocken in zwei Stufen
vollzieht, zunächst
in der Ausflockungszone, und anschließend wird in der Flotationszone
in dem Mikrobläschenbett
aufgrund der großen
Kontaktmasse, die auf die Mikroblasen zurückzuführen ist, außerdem die
Trennung der suspendierten Stoffe durch Flotation sichergestellt.
So wird realisiert, was üblicherweise
als turbulente Ausflockung bezeichnet wird: Das Blasenbett erlaubt
i) die Behandlungsgeschwindigkeit zu erhöhen und ii) das Ausflocken
und Auffangen der ausgeflockten Teilchen zu verbessern.
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In
diesen Anlagen des Standes der Technik und, wenn die Behandlungsgeschwindigkeit
hoch oder das zu behandelnde Rohwasser sehr kalt ist, führt die
Verwendung einer Flotationszelle gemäß
EP-A-0 659 690 dazu, dass
von dem behandelten Wasser Blasen mitgerissen werden. Bei sehr hoher
Geschwindigkeit trägt
das Vorhandensein dieser Blasen zu einer Vergrößerung der Trübung am
Ausgang aus der Flotationszelle bei. Zu diesem Nachteil kommt noch
einer hinzu, der aus dem Vorhandensein einer großen Menge von Blasen am Ausgang
der Flotationszelle resultiert, das zu einer Senkung des Wirkungsgrades
eines (beispielsweise Sand/Anthrazit-)Filters, der sich danach befindet,
wenn die Anlage für
die Erzeugung von Trinkwasser vorgesehen ist, führen kann.
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Deshalb
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anlagen für die Wasserbehandlung
durch Flotation gemäß dem weiter
oben beschriebenen Stand der Technik zu perfektionieren, indem die
mit der Behandlung von Wasser mit hoher Geschwindigkeit und/oder
sehr niedriger Temperatur verbundenen Probleme gelöst werden.
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Demgemäß hat die
Erfindung zum Gegenstand eine Anlage für die Wasserbehandlung durch
Flotation mit einer durch eine Flotationszelle gebildeten Flotationseinrichtung,
in die ausgeflocktes und mit durch ein Druckbeaufschlagungs- Entspannungs-System
erzeugten Mikroblasen vermischtes, unbehandeltes Wasser eingebracht
wird, wobei die Zelle mit einer perforierten Aufnehmeinrichtung
ausgestattet ist, die derart ausgebildet ist, dass die Oberfläche der
Flotationszelle von einem identischen und einheitlichen Fluß zu behandelnden
Wassers durchströmt
ist, gekennzeichnet durch Auffangmodule (vom Typ "Lamellenmodul" oder "Umlenkmodule" mit parallelem oder
gekreuztem hydraulischem Fluß),
die derart in der Flotationszelle angeordnet sind, dass ihr unterer
Abschnitt sich in einem Abstand von der perforierten Aufnehmeinrichtung
befindet, wobei der Abstand derart bestimmt ist, dass jede Störung der
durch die Aufnehmeinrichtung erzeugten einheitlichen Verteilung
vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist der
Abstand, der die Oberfläche
der Aufnehmeinrichtung von dem unteren Abschnitt der Auffangmodule
trennt, insbesondere abhängig
von der Geometrie der Flotationseinrichtung, dem Durchfluss und
der Temperatur des zu behandelnden Rohwassers.
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Entsprechend
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
beträgt
dieser Abstand zwischen 0,05 Meter und 1 Meter und vorzugsweise
zwischen 0,15 und 0,60 Meter.
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Es
sind Lamellenmodule enthaltende Flotationsanlagen bekannt. So ist
in
WO 97/20775 eine
Flotationsvorichtung beschrieben, die einen Boden umfasst, auf welchem
Lamellenmodule angeordnet sind, um die Geschwindigkeit in der Flotationszelle
zu erhöhen.
In diesem Stand der Technik ist es erforderlich, über eine gleichmäßige Verteilung
der Öffnungen,
die in dem Boden vorgesehen sind, zu verfügen, wobei die Lamellenmodule
weiterhin mit diesem Boden fest verbunden sind. Außerdem findet
sich in
WO 00/43320 eine ähnliche Vorrichtung,
in welcher der Boden der Flotationszelle, der feststehend oder drehbar
ist, fest mit den Lamellenmodulen verbunden ist. So wird, wie weiter
oben erwähnt,
in
EP-A-0 659 690 in
der Flotationszelle eine Aufnehmeinrichtung verwendet, deren Perforationen
derart ausgeführt
und angeordnet sind, dass eine Asymmetrie in dieser Aufnehmeinrichtung
erzeugt wird, die es erlaubt, einen identischen und einheitlichen
Fluss des zu behandelnden Wassers über die gesamte Oberfläche der
Flotationszelle zu erhalten. Von der Patentanmelderin ist jedoch
für den
Fachmann vollkommen überraschend
festgestellt worden, dass der über
die gesamte Oberfläche
der Flotationszelle identische und einheitliche Fluss vom Vorhandensein
von Auffangmodulen unter der Bedingung nicht gestört wird,
dass diese mit einem gewissen Abstand von der perforierten Aufnahmeeinrichtung
angeordnet werden.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, die Ausführungsbeispiele
veranschaulichen, wobei
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1 einen
schematischen vertikalen Längsschnitt
durch eine Flotationseinrichtung entsprechend einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
die mit Lamellenmodulen mit Parallelfluss versehen ist,
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2 eine
Draufsicht auf 1, in welcher nur eine Hälfte der
von den Modulen bedeckten Fläche dargestellt
ist,
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3 eine 1 ähnliche
Ansicht, die ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
in welchem Umlenkmodule mit gekreuztem Fluss verwendet werden, und
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4 eine
schematische Ansicht, die das Funktionsprinzip eines Umlenkmoduls
mit gekreuztem Fluss, das in der von 3 veranschaulichten
Ausführungsform
verwendet wird,
zeigt.
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Es
wird sich in erster Linie auf die
1 und
2 bezogen,
in welchen eine Flotationszelle gemäß
EP-A-0 659 690 , die erfindungsgemäß perfektioniert
worden ist, gezeigt wird.
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Diese
Flotationszelle, die insgesamt mit der Bezugszahl 10 nummeriert
ist, nimmt das Rohwasser auf, das mit dem mit Druck beaufschlagten
Wasser vermischt ist, das von einem schematisch in 11 dargestellten Druckbeaufschlagungs-Entspannungs-System
geliefert wird. Die suspendierten Stoffe, die in dem Rohwasser enthalten
sind und an die Oberfläche
von den Mikrobläschen,
die von dem Druckbeaufschlagungs-Entspannungs-System 11 erzeugt
worden sind, gebracht werden, werden im oberen Teil der Zelle 10 von
einer Rinne 12 abtransportiert. In ihrem unteren Teil umfasst
die Zelle ein System zur Aufnahme des behandelten Wassers, das von
einer mit Perforationen versehenen Aufnehmeinrichtung 13 gebildet
wird. So weisen, wie bereits weiter oben erwähnt, diese Perforationen Abmessungen
auf, die am Ende der Zelle 10 kleiner als am Anfang sind, oder
sich die Abstände,
welche die Perforationen voneinander trennen, vom Anfang bis zum
Ende vergrößern, wobei
durch diese Anordnung eine Asymmetrie der Aufnehmeinrichtung 13 realisiert
wird, durch welche ein Fluss sichergestellt wird, der über die
gesamte Oberfläche
der Flotationszelle identisch und einheitlich ist.
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Erfindungsgemäß ist diese
Zelle mit Auffangmitteln versehen, die über der perforierten Aufnehmeinrichtung 13 angeordnet
sind und deren unterer Teil sich in einem gewissen Abstand von dieser
Einrichtung befindet, der derart festgelegt wird, dass jede Störung der
einheitlichen Verteilung des zu behandelnden Wassers, die von der
perforierten Aufnehmeinrichtung erzeugt worden ist, vermieden wird.
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In
dem in den
1 und
2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind diese Auffangmittel in Form von Auffangmodulen
14 mit
parallelen Lamellen oder Röhren
realisiert, die dem Fachmann bekannt sind. So können beispielsweise diese Module
von dem in
WO 97/20775 beschriebenen
Typ sein und ein röhrenförmiges, sechseckiges
oder anderes Profil und eine beispielsweise 60° in Bezug auf die Horizontale
betragende Orientierung aufweisen. Diese Auffangmodule leiten den
zu behandelnden Fluss in eine genaue Richtung.
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In 2 ist
nur eine Hälfte
der von den Modulen 14 bedeckten Fläche gezeigt.
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Der
Abstand h, der die Oberfläche
der Aufnehmeinrichtung 13 von dem unteren Teil der Auffangmodule 14 trennt,
ist insbesondere von der Geometrie der Flotationseinrichtung, dem
Durchfluss und der Temperatur des zu behandelnden Wassers abhängig. Beispielhaft
lässt sich
feststellen, dass dieser Abstand zwischen 0,05 Meter und 1 Meter
und vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,60 Meter betragen kann.
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Die
Höhe E
(oder Dicke) der Module 14 wird in Abhängigkeit von der Betriebsgeschwindigkeit
und der "projizierten
Oberfläche" der Auffangmodule
ausgewählt.
Diese Höhe
kann zwischen 0,10 und 1 Meter und vorzugsweise zwischen 0,2 und
0,70 Meter variieren. Um eine ordnungsgemäße Abtrennung zu erhalten,
beträgt
unter Berücksichtigung
der vorgesehenen Verwendungen und Geschwindigkeiten (etwa 20 m/h
bis 60 m/h) die projizierte Oberfläche der Module (das heißt die aktive
Oberfläche
der Auffangzone, die auch als Trennungs-/Ansammlungszone bezeichnet
wird) 2 bis 20 m2 pro m2 Oberfläche der
mit Modulen ausgerüsteten
Flotationseinrichtung.
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In
der in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsform
sind die Auffangmittel in Form von Umlenkmodulen 15 ausgeführt, wobei
die Ausführung
sonst identisch mit der in den 1 und 2 gezeigten
ist. Solche Umlenkmodule, im Allgemeinen mit ungeradlinigem Fluss,
sind schematisch in 4 gezeigt. Es können insbesondere
die Module "Brentwood
CF" oder "Munters FB 10" verwendet werden,
die üblicherweise
zur Verbesserung von beispielsweise Gas/Flüssigkeits-Übergang und Öl/Wasser-Trennung
verwendet werden. Wie 4 zu entnehmen, erlauben sie,
zwei Strömungsrichtungen
des zu behandelnden Wassers miteinander zu kombinieren, wodurch
die Turbulenz in den Modulen erhöht
und die Koaleszenz der Mikroblasen begünstigt wird.
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Anschließend werden
vergleichende Durchführungsbeispiele
gegeben, die es erlauben, die Vorteile und technischen Effekte,
die erfindungsgemäß beigetragen
werden, gegenüber
dem bisherigen Stand der Technik zu erkennen.
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Beispiel 1
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Es
wurden Versuche mit einer Anlage zur Behandlung von Rohwasser entsprechend
EP-A-0 659 690 durchgeführt. Diese
Versuche wurden mit sehr hoher Geschwindigkeit (40 m
3/m
2·h)
und kaltem Wasser, das heißt
mit einer Temperatur von 0,1 bis 1,0°C, durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde
ein starkes Mitreißen von
Luftbläschen
durch die Aufnehmeinrichtung der Flotationszelle hindurch festgestellt,
das selbstverständlich
unerwünscht
ist. Die mit dem behandelten Wasser mitgerissene Luftmenge verursachte
Probleme bei der anschließenden
Filtration dieses Wassers in einem Sand/Anthrazit-Filter. Die Dauer
des Filtrationszyklus war aufgrund der großen Menge an Luftbläschen, die
gasförmige
Verstopfungen im Filtermedium verursachten, was den Effekt hatte,
dass der Druckverlust des Filters erhöht wurde und dessen Eigenschaften
verschlechtert wurden, sehr verkürzt.
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Das
Vorhandensein von Luftbläschen
in der Flotationszelle in dem behandelten Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit
hat weiterhin den Nebeneffekt, dass suspendierte feste Stoffe mitgerissen
werden, wodurch die Trübung
des behandelten Wassers verstärkt
wird. Diese Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Anlage ist ebenfalls
unerwünscht,
da eine Vergrößerung der
Trübung
auch eine Verkürzung
des Filtrationszyklus in einem danach befindlichen Filter verursachen
kann.
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Bei
Verwendung dieser bekannten Anlage wurden die Eigenschaften erhalten,
die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind:
| Flotationsgeschwindigkeit m3/h/m2 | Wassertemperatur (°C) | Trübung Zellenausgang
NTU | Filtergeschwindigkeit
m/h | Filtrationsdauer Stunden |
| 40 | 0,2 | 2,5 | 10 | 12 |
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Die
Ergebnisse dieser Versuche bestätigten,
dass diese bekannte Anlage für
die Behandlung von Wasser unter den weiter oben beschriebenen Bedingungen
nicht geeignet war.
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Beispiel 2
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Mit
einem Wasser mit gleichen Eigenschaften wurde ein weiterer Versuch
mit derselben Anlage gemäß
EP-A-0 659 690 durchgeführt, die
mit Lamellenmodulen versehen war, die von Platten gebildet wurden, die
parallel (eine Höhe
von 30 cm aufwiesen und 60° in
Bezug auf die Horizontale geneigt waren) und mit der Aufnehmeinrichtung
der Flotationszelle verklebt waren. Diese Versuche ergaben sehr
schlechte Ergebnisse, die sich in einer beträchtlichen Erhöhung der
Trübung
des Wassers und der Dichte der Luftbläschen am Ausgang der Flotationszelle
ausdrückten.
Daraus wurde geschlussfolgert, dass das Vorhandensein einer perforierten
Aufnehmeinrichtung mit einer asymmetrischen Verteilung der Ausgangslöcher für das Wasser
nicht kompatibel mit der Verwendung von lamellaren Dekantiermodulen
war, deren untere Fläche
direkt auf der Oberfläche
dieser Aufnehmeinrichtung ruht. Diese Anordnung erlaubt es nicht,
einen identischen und einheitlichen Fluss über die gesamte Oberfläche des
Flotationsbeckens zu erhalten, wobei aber dieses Merkmal für das Erhalten
einer effizienten Flotation mit hoher Geschwindigkeit vorrangig
ist. Diese Versuche ergaben eine deutliche Verschlechterung der
Wasserqualität.
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In
der nachstehenden Tabelle sind die unter Verwendung dieser Anlage
erhaltenen Ergebnisse zusammengefasst.
| Flotationsgeschwindigkeit m3/h/m2 | Wassertemperatur (°C) | Trübung Zellenausgang
NTU | Filtergeschwindigkeit
m/h | Filtrationsdauer Stunden |
| 40 | 0,3 | 4,5 | 10 | 6 |
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Die
Ergebnisse dieses Versuches zeigen, dass diese Ausführungsform
einer Anlage nicht geeignet ist.
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Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
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Erneut
wurden unter denselben Behandlungsbedingungen und mit denselben
Wassereigenschaften Versuche mit der in Beispiel 2 beschriebenen
Anlage durchgeführt,
wobei die einzige vorgenommene Abänderung darin bestand, den
unteren Teil der Lamellenmodule 30 cm über der Aufnehmeinrichtung
gemäß den 1 und 2 anzuordnen.
Diese Versuche erlaubten, Ergebnisse zu erhalten, die sehr viel
besser als die erwarteten waren. Nach den Lamellenmodulen war die
Konzentration der Luftbläschen
im Wasser aufgrund der Abtrennung und der Koaleszenz dieser Bläschen an
den Lamellen stark verringert. Weiterhin war eine gewisse Menge
an suspendierten Stoffen von den Lamellen und den koaleszierten
Bläschen
eingefangen worden.
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So
wurde eine Verringerung der Trübung
und der mitgerissenen Luftmenge erhalten. Die in diesen Versuchen
erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
| Flotationsgeschwindigkeit m3/h/m2 | Wassertemperatur (°C) | Trübung Zellenausgang
NTU | Filtergeschwindigkeit
m/h | Filtrationsdauer Stunden |
| 40 | 0,2 | 1,0 | 10 | 18 |
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Es
ist festzustellen, dass die Trübung
des behandelten Wassers 1 NTU betrug, was zu vergleichen ist mit
den Werten 2,5 und 4 NTU, die in den Beispielen 1 und 2 erhalten
worden waren; weiterhin betrug hier die Filtrationsdauer (bis zum
Verstopfen des stromabwärtigen
Filters) 18 Stunden anstelle von 12 bzw. 6 Stunden in den Beispielen
1 und 2.
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Beispiel 4 (erfindungsgemäß)
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Es
wurden Versuche mit der unter Bezugnahme auf die
3 und
4 weiter
oben beschriebenen Anlage durchgeführt, das heißt mit einer
Anlage, in welcher die Flo tationszelle mit Umlenkmodulen ausgerüstet war,
deren unterer Teil sich 30 cm über
dem Niveau der perforierten Aufnehmeinrichtung befand. Diese Versuche
erbrachten ausgezeichnete Ergebnisse: Es ist eine sehr starke Verringerung
der von dem behandelten Wasser mitgerissenen Luftmenge festzustellen,
wodurch die Eigenschaften der Anlage beträchtlich verbessert werden.
In der nachstehenden Tabelle sind die in diesen Versuchen erhaltenen
Ergebnisse zusammengefassst:
| Flotationsgeschwindigkeit m3/h/m2 | Wassertemperatur (°C) | Trübung Zellenausgang
NTU | Filtergeschwindigkeit
m/h | Filtrationsdauer Stunden |
| 40 | 0,4 | 0,4 | 10 | 32 |
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Die
Auswertung der Tabellen, die den Beispielen 3 und 4 entsprechen,
bestätigt
die ausgezeichneten Ergebnisse, die durch die erfindungsgemäße Durchführung erhalten
wurden, gegenüber
den Anlagen des Standes der Technik (Beispiele 1 und 2).
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Dazu
ist weiterhin festzustellen, dass im Rahmen der Versuche des Beispiels
4 Behandlungsgeschwindigkeiten von etwa 60 m3/h/m2 realisiert werden konnten, ohne die Stärke der
Trübung
des behandelten Wassers nach Flotationszelle zu verschlechtern,
wobei ein zufriedenstellender Betrieb des Sand/Anthrazit-Filters,
der stromabwärts
von der Flotationszelle angeordnet war, sichergestellt wurde.