DE69627203T2

DE69627203T2 - Flotationsvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE69627203T2
Application number: DE69627203T
Authority: DE
Inventors: Jan Dahlquist; Torsten Hedberg
Original assignee: AW Creative Technologies Ltd
Current assignee: Lackeby Water Lackeby Se AB
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2016-12-07
Also published as: DE69627203D1; EA199800530A1; CZ169798A3; AU703164B2; ES2195028T3; SE9504386L; AU1048697A; DK0888246T3; WO1997020775A1; US6217777B1; BR9611694A; JP2000501645A; ATE236087T1; CN1207720A; EE9800169A; SE9504386D0; NO982594L; TR199801025T2; EP0888246B1; EP0888246A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Reinigung von verschmutztem Wasser, wie Oberflächenwasser, Grundwasser sowie Abwasser, und betrifft genauer eine Vorrichtung zur Reinigung und ein Verfahren, das in einer solchen Vorrichtung durchgeführt werden kann.
Bei der Reinigung von verschmutztem Wasser, wie Oberflächenwasser, Grundwasser sowie Abwasser sind die Trennungsverfahren immer äußerst wichtig. Bei der Herstellung von Trinkwasser oder bei anderer Reinigung von Abwasser werden Verschmutzungen in Form von Teilchen entfernt. Solche Teilchen treten natürlicherweise im Wasser auf, das in das Klärwerk gelangt oder sie werden bei der biologischen oder chemischen Behandlung gebildet. Üblicherweise sinken die Teilchen auf den Boden eines Behälters, wo sie als Bodenschlamm abgeschieden werden. Dies ist in der Vergangenheit das herkömmliche Verfahren zur Reinigung von Wasser gewesen.
Ein weiteres Verfahren für die Reinigung von Wasser ist die Flotation, die etwa 1950 entwickelt und seitdem verfeinert wurde. Bei der Flotation werden die Teilchen vom Wasser getrennt, indem sie mit Hilfe sehr kleiner Luftblasen an die Oberfläche transportiert werden. Diese hängen sich an die Teilchen und bilden sog. Aggregate, deren Auftriebsrate 5 bis 10 mal so hoch ist wie die Absinkrate entsprechender Teilchen.
In einer herkömmlichen Flotationsanlage zur Wasserbehandlung bewegt sich das zu behandelnde Wasser abwärts und verläßt den Tank durch einen Auslaß in Bodennähe. Eine übliche Flächenlast, beispielsweise in einem Verfahren für Trinkwasser liegt bei 7 bis 10 m/h. Wenn diese Last überschritten wird, steigt die Abwärtsgeschwindigkeit des Wassers so stark an, daß Luftblasen aus der Dispersion, die normalerweise zur Oberfläche steigen, den Behälter zusammen mit dem ausfließenden Wasser verlassen. Diese Luftblasen gelangen in die nachfolgende Filterstufe, wo sie sich wie Teilchen verhalten. Der Druckverlust des Filters steigt dramatisch an und verursacht häufigeres Rückspülen. Die Betriebskosten des Filterprozesses steigen dadurch. Es scheint, als ob die mitgerissenen Luftblasen keine oder nur sehr wenig Teilchen tragen, da die Trübung von Wasserproben mit Luftblasen nach der Entfernung der Luftblasen nur leicht verbessert ist.
Das Mitreißen der Luftblasen in der ausfließenden Flüssigkeit ist daher der begrenzende Faktor für die Flächenlast des Verfahrens, das auf Flotation mittels gelöster Luft beruht.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flotationsvorrichtung zur Reinigung von verschmutztem Wasser bereitzustellen, wobei die Vorrichtung eine signifikante Steigerung der Flächenlast ermöglicht, ohne daß Luftblasen im abgegebenen Wasser in nennenswerter Weise mitgerissen werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Flotationsverfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser bereitzustellen, in dem die mit dem bisherigen Stand der Technik zusammenhängenden Nachteile im wesentlichen ausgeschlossen oder zumindest deutlich verringert sind.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Offenlegung besonderer Ausführungsbeispiele klar.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem neuen Konzept, bei dem die Lamellenklärtechnologie auf Flotationstechnologien angewendet wird, indem eine Anordnung in Abständen zueinander angeordneter Elemente Wasserdurchflußwege durch die Elemente festlegen, bei der das behandelte Wasser, anstatt den Prozeß oben zu verlassen, wie bei der normalen. Lamellenklärung, nach unten durch die in Abständen zueinander angeordneten Elemente fließt, um am Boden abgeführt zu werden. Luftblasen und daran anhängende Teilchen haben zwar Auftrieb, werden aber durch den Fluß des Wassers mit hoher Geschwindigkeit abwärts geführt. Während ihrer Beförderung nach unten hängen sie sich an die Rückseite der in Abständen zueinander angeordneten Elemente, wo sie zusammenwachsen, um mit weiteren Luftblasen größerer Aggregate zu bilden, bis sie einen hinreichend starken Auftrieb haben, um die in Abständen zueinander angeordneten Elemente zu verlassen und nach oben zu steigen. Bei diesem neuen Konzept hat das gesamte zu reinigende Wasser die in Abständen zueinander angeordneten Elemente von oben nach unten zu passieren, um am Boden auszutreten.
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Lamellenflotationsvorrichtung zur Reinigung von verschmutztem Wasser bereit, die einen Flotationsbehälter umfaßt, der einen Einlaß zum Zuführen von verschmutztem Wasser in den Behälter umfaßt, eine Anordnung in Abständen zueinander angeordneter Elemente, die Wasserdurchflußwege durch die Elemente festlegen, einen Auslaß für Oberflächenschlamm und einen Auslaß für behandeltes Wasser, gekennzeichnet durch eine Flußleiteinrichtung, die das eintretende verschmutzte Wasser auf einen Pegel oberhalb der Anordnung führt und abwärts durch die Anordnung und zum Auslaß für das behandelte Wasser fließen läßt.
In so einer Flotationsvorrichtung ist der Wassereinlaß am Boden an einem Behälterende angeordnet.
Die die Anordnung bildenden, in Abständen zueinander angeordneten Elemente bestehen vorzugsweise aus einem Satz beabstandeter, geneigter paralleler Lamellen, die schmale Wasserdurchflußwege festlegen, sie können jedoch auch durch einen Satz in Abständen zueinander angeordneter, geneigter paralleler Rohre gebildet werden, die solche engen Durchflußwege bilden.
Der Wassereinlaß wird vorzugsweise durch einen Einlaßschlitz gebildet, der sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Behälters erstreckt.
Der Wasserauslaß ist am Boden des Behälters angeordnet. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird der Auslaß durch einen flachen Quader gebildet, der den Boden des Behälters bestimmt, wobei der Quader eine obere Wand und eine Bodenwand aufweist, die durch Seitenstreifen miteinander verbunden sind, und an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist, wobei die obere Wand mit mehreren Öffnungen versehen ist, die in kommunizierender Verbindung mit den engen Durchflußwegen für gereinigtes Wasser in Richtung Auslaß für das behandelte Wasser stehen, der durch das eine Ende des Quaders festgelegt wird.
Der flache Bodenquader kann auch aus einer Packung Rechteckrohre bestehen, die an einem Ende offen und am anderen Ende verschlossen sind und Öffnungen aufweisen, die in kommunizierender Verbindung mit den engen Durchflußwegen stehen und so die gleiche Funktion wie der oben beschriebene flache Bodenquader erfüllen.
Bei einer solchen Ausführung ist der Behälter geeigneterweise mit doppelten Seitenwänden versehen, von denen die inneren Wände jeweils am unteren Ende mit mehreren Öffnungen versehen sind, die in kommunizierender Verbindung mit den engen, durch die Lamellen festgelegten Wegen stehen, und das gereinigte Wasser durch die Öffnungen nach oben zwischen den Seitenwänden zum Auslaß für behandeltes Wasser fließt.
Darüber hinaus wird in der eben beschriebenen Ausführung der Auslaß für behandeltes Wasser durch einen Auslaßüberlauf gebildet, der oben an den Seitenwänden angeordnet ist, wobei jeder Überlauf mit einem Kanal verbunden ist, der sich von einer der Öffnungen aus erstreckt, entsprechend und überlagert zum zugehörigen engen Durchfluß, und innerhalb der Seitenwand angeordnet.
In der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung ist vorzugsweise eine Dispersionseinrichtung vorgesehen, die in Verbindung mit dem Einlaß angeordnet ist, um ein Flotationsgas zuzuführen.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser durch Flotation bereit, das folgende Schritte aufweist:
a) Einführen von verschmutztem Wasser, oben in einen Flotationsbereich, während das Wasser darin durch die Zufuhr eines Gases dispergiert wird;
b) Erzeugen eines Abwärtsflusses des dispergierten Wassers durch einen Bereich vergrößerter Oberfläche mit einer solchen Flußrate, daß kleine Gasblasen vom Wasser mitgerissen werden, die sich aber bei Berührung mit der Fläche an diese haften und so in den oberen Teil des Flotationsbereiches aufsteigen;
c) Abschöpfen des Schaums, oben im Flotationsbereich, und getrenntes Abführen des gereinigten Wassers.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Flächenlast am verschmutzten Wasser im Flotationsbereich vorzugsweise über 7 m/h und insbesondere über etwa 10 m/h.
Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das verschmutzte Wasser im wesentlichen auf Bodenhöhe des Flotationsbereiches zugeführt, wo es mit Gas dispergiert wird, und das dispergierte Wasser in einer Aufwärtsströmung aus dem Flotationsbereich geführt, dann über den Abwärtsflußbereich verteilt und durch diesen hindurch geleitet. Einige besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun detaillierter in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung zeigt;
Fig. 2 auch eine schematische und perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung zeigt;
Fig. 3 ebenfalls perspektivisch und schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung zeigt; und
Fig. 4 ein Diagramm zeigt, das herkömmliche Flotation der erfindungsgemäßen Lamellenflotation gegenüberstellt.
Das in Fig. 1 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung umfaßt einen Tank oder Container 3, mit einer Stirnwand 5, einer hinteren Wand 7, Seitenwänden 9, 11 und einen ebenen Boden 13. In Verbindung mit der Stirnwand 5 ist der Behälter 3 mit einem Ansatz 15 versehen, der einen Schlammauslaß 17 aufweist. Am anderen Ende des Behälters 3 ist ein Einlaß 19 für mit Druckluft gesättigtes Wasser mit Rohren 21 verbunden, um mit Druckgas, geeigneterweise Luft, gesättigtes Wasser am Boden des Behälters 3 an der hinteren Wand 7 einzuführen. Am unteren Ende der hinteren Wand 7 ist ein Einlaßschlitz für zu behandelndes, verschmutztes Wasser angeordnet.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Boden 13 aus einem flachen Quader 31, der eine obere Wand 33, eine Bodenwand 35 und Seitenstreifen 37, die die obere und die Bodenwand miteinander verbunden.
Der flache Quader 31 hat ein offenes Ende 39 zur Abgabe des behandelten Wassers, wobei das gegenüberliegende Ende des Quaders 31 verschlossen ist. Im Behälter 3 und auf dem flachen Quader 31 ist ein Satz 41 geneigter Lamellen 43 angeordnet, und zwischen den Lamellen 43 sind Öffnungen 45 angeordnet zur kommunizierenden Verbindung mit dem Innern des flachen Quaders 31.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Fig. 1 gezeigten, mit Ausnahme der folgenden Gestaltungsmerkmale.
Die Vorrichtung aus Fig. 2 ist anstatt des flachen Quaders der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit einem einwandigen Boden 13 versehen. Weiterhin ist der Tank oder Behälter mit doppelten Seitenwänden 51, 51b und 53a, 53b versehen. Innerhalb der doppelten Seitenwände sind Trennwände 55 angeordnet, eine gegenüber jeder innerhalb des Behälters angeordneter Lamelle, um Kanäle 67 zu bilden. Die Kanäle 67 sind an den unteren Enden mit Öffnungen 59 versehen, eine für jeden Kanal, und an ihren oberen Enden sind Überläufe 61 angeordnet, einer für jeden Kanal 67. Im übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit dem in Fig. 1 gezeigten überein.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Flotationsvorrichtung entspricht weitgehend dem in Fig. 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß der Satz Lamellen 43 durch einen Satz Rohre 65 ersetzt wurde, wobei jedes Rohr über Öffnungen 6 in kommunizierender Verbindung mit dem Innern des flachen Quaders 31 steht. Die Gestaltung des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht im übrigen der Gestaltung des Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die Funktion der in Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele ist etwa folgend:
Bevor das verschmutzte Wasser, wie etwa Abwasser, in die Flotationsvorrichtung gelangt, wird es auf herkömmliche Weise ausgeflockt und gelangt durch den Einlaßschlitz am Boden der hinteren Wand 7 in die Vorrichtung. Das ausgeflockte Wasser wird beim Eintritt durch den Schlitz 23 durch die Zufuhr von Luft durch den Einlaß 19 und die Rohre 21 über Spezialventile am Boden der Flotationsvorrichtung zugeführt. Der plötzliche Druckabfall in solchen Ventilen setzt die Luft in Form mikroskopischer Blasen frei. Die Luftblasen und die Flocken verbinden sich miteinander und bewegen sich im Behälter 3 nach oben und steigen über die Lamellen 43 oder die Rohre 65 an die Oberfläche.
Die Ansammlungen von Luftblasen und Flocken bilden eine Schlammdecke an der Oberfläche und werden über Abstreifer (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Oberflächenschlammauslaß 17 transportiert. Das klare Wasser fließt zusammen mit kleinen Luftblasen abwärts zwischen den Lamellen 43 bzw. in den Rohren 65. Kleine im Wasser mitgerissene Luftblasen verbinden sich bei Berührung mit den Lamellen oder den Rohren zu größeren Blasen, die sich entgegen dem Wasserstrom nach oben und an die Oberfläche bewegen. Das Wasser verläßt die Lamellen 43 oder Rohre 65 durch die kleinen Auslaßöffnungen 45 bzw. 67, und das Wasser ist gleichmäßig über die Lamellen oder Rohre verteilt. Durch die von den Auslaßöffnungen 45 verursachte Begrenzung wird ein kleiner Druckverlust erzeugt, der den Durchfluß so reguliert, daß dieser gleichmäßig über den Satz Lamellen oder Rohre verteilt wird.
Das behandelte Wasser verläßt den Flotationsbehälter oder Tank 3 durch den Wasserauslaß 39 über den Raum innerhalb des flachen Quaders 31.
In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung herrschen die gleichen Bedingungen wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 3 außer, daß das Wasser, welches die Lamellen abwärts passiert, seitlich über die Überläufe aus der Flotationsanlage fließt. Die Überläufe sind voneinander getrennt, und das Wasser ist so gleichmäßig auf die durch die Lamellen festgelegten Durchflußwege verteilt.
Das Konzept der Erfindung wird nun anhand eines besonderen Beispiels dargestellt, das jedoch nicht dazu herangezogen werden soll, um den in den anhängenden Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung einzuschränken.

BEISPIEL

Eine herkömmliche Pilotflotationsanlage wurde mit einem Extraboden oberhalb der normalen Auslaßrohre versehen. Auf diesem Extraboden wurden Lamellenplatten angeordnet, und zwischen jeder Platte wurden durch den Boden gleichmäßig verteilte Löcher gebohrt, die so groß waren, daß bei normaler Last ein kleiner Druckverlust entstand. Das Wasser wurde von oben nach unten zwischen den Lamellen geleitet. Wegen des Druckverlustes in den Löchern war der Durchfluß bei jeder Lamelle gleich. Nach dem Passieren der Löcher konnte das Wasser die Flotationsanlage durch die normalen Abflußrohre verlassen. Diese Pilotanlage arbeitete also weitgehend entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Ein Online-Trübungsmesser wurde mit dem Abfluß der Pilotanlage verbunden.
Die verwendete Pilotflotationsanlage wies folgende Betriebsdaten auf:
Rohwasser aus Lackarebäck, Gothenburg, Sweden, wurden in den Versuchen verwendet. Zwei Versuchsreihen wurden ausgeführt, eine mit Lamellenplatten und zum Vergleich eine zweite ohne Lamellenplatten, entsprechend einem herkömmlichen Flotationsverfahren. Unterschiedliche Flächenlasten wurden angelegt und die Trübung wurde ständig on-Line gemessen.
In der zweiten Versuchsreihe wurden alle Lamellenplatten mit Ausnahme der ersten und der letzten entfernt. Der zusätzliche Boden im Behälter, der einen kleinen Druckabfall verursachte, wenn das Wasser durch die Löcher trat, würde jedoch beibehalten. Dies erhöhte die Luftabscheidungseffizienz in den Experimenten. Angesichts des begrenzten Rohwasserstroms wurde die Flotationsoberfläche in allen Versuchen etwa auf halbe Größe begrenzt. Eine Kunststoffplane wurde vom Boden des Tanks ausgehend bis zu einem Pegel oberhalb der Wasseroberfläche eingebaut. Die Dichtigkeit der Anordnung wurde während der Versuche überwacht, indem kleine Mengen von Rodamin in der Nähe der Ecken und der Wände zugeführt wurde, an denen Leckagen erwartet werden konnten.
Die Ergebnisse sind im Diagramm der Fig. 4 dargestellt, in dem die Trübung über der Flächenlast aufgetragen wurde. Bei den zwei Kurven zeigt die obere Kurve die herkömmliche Flotation und die untere Kurve die erfindungsgemäße Verwendung von Lamellen, die die Effizienz bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts klar darstellt. Durch Verwendung des Lamellenflotationskonzepts kann die Flächenlast also deutlich erhöht werden und damit die Kapazität der Anlage. Eine Flächenlast über 10 m/h kann erfolgreich verwendet werden, und der Vergleich zeigt, daß die Flächenlast mindestens um etwa 50% erhöht werden kann, wobei der gleiche Trübungsgrad beibehalten wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und Abwandlungen und Änderungen für den Fachmann offensichtlich sind.

Claims

1. Flotationsvorrichtung (1) zur Abwasserreinigung mit einem Seitenwände und einen Boden aufweisenden Flotationsbehälter (3), einem Einlaß (23) zum Zuführen von Abwasser in den Behälter, einer Anordnung (41) paralleler, in Abständen zueinander angeordneter Elemente (43, 65), die Wasserdurchflußwege durch die Elemente festlegen, einem Auslaß für Oberflächenschlamm (15, 17) und einem Auslaß (39, 45, 57, 61) für behandeltes Wasser, wobei der Einlaß (23) am Boden (13) an einem Behälterende angeordnet ist, wobei die Flußleiteinrichtung so angeordnet ist, daß sie das eintretende Wasser auf einen Pegel oberhalb der Anordnung (41) führt und abwärts durch die Anordnung und zum Auslaß (39, 45; 57, 61) für das behandelte Wasser fließen läßt, wobei der Auslaß für Oberflächenschlamm oben am Behälter angeordnet ist, der Auslaß (39, 45) für behandeltes Wasser mindestens ein Abteil aufweist, der in kommunizierender Verbindung mit dem Behälterboden (13) steht, und wobei die in Abständen zueinander angeordneten Elemente (43, 15) auf der Bodenwand angeordnet sind und zwischen den Seitenwänden verlaufen, und wobei Auslaßöffnungen (45, 67) am Boden des Zwischenraumes zwischen jedem Paar angrenzender, paralleler Elemente vorgesehen sind, wobei das Wasser beim Passieren gleichmäßig über die Anordnung verteilt wird.

2. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der in Abständen zueinander angeordneten Elemente aus beabstandeten, geneigten, parallelen Lamellen (43) besteht, die schmale Wasserdurchflußwege festlegen.

3. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Behälter mit doppelten Seitenwänden (51a, b, 53a, b) versehen ist, von denen die inneren Wände jeweils am unteren Ende mit mehreren Öffnungen (59) versehen sind, die in kommunizierender Verbindung mit den engen, durch die Lamellen (43) festgelegten Wegen stehen, und das gereinigte Wasser durch die Öffnungen nach oben zwischen den Seitenwänden zum Auslaß (39) für behandeltes Wasser fließt.

4. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Auslaß für behandeltes Wasser durch einen Auslaßüberlauf (61) gebildet wird, der oben an den Seitenwänden (51a, b, 53a, b) angeordnet ist, wobei jeder Überlauf (61) mit einem Kanal (57) verbunden ist, der sich von einer der Öffnungen (59) aus erstreckt, entsprechend und überlagert zu einem zugehörigen engen Durchfluß, und innerhalb der Seitenwand angeordnet.

5. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung in Abständen zueinander angeordneter Elemente durch einen Satz (41) in Abständen zueinander angeordneter, geneigter, paralleler Rohre (65) gebildet wird, die enge Wasserdurchflußwege festlegen.

6. Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einlaß durch einen Einlaßschlitz (23) gebildet wird, der sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Behälters (3) erstreckt.

7. Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslaß durch einen flachen Quader (31) gebildet wird.

8. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der flache Quader eine mit Öffnungen (45) versehene obere Wand (33) aufweist, wobei das Wasser beim gleichmäßig über die Anordnung (41) verteilt wird, wenn es diese durchfließt.

9. Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich eine Dispersionseinrichtung (19, 25) aufweisend, die in Verbindung mit dem Einlaß (23) angeordnet ist, um ein Flotationsgas zuzuführen.

10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Verfahren für die Abwasserreinigung.