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Verfahren zur Klärung von Flüssigkeitstrüben Die Erfindung betrifft
die Klärung von Feststoffe führenden Trüben, insbesondere Abwässern, durch Ausflocken
der Feststoffe und daran angeschlossenes Absetzen der Flocken. Dabei erfährt die
Trübe während der Flockenbildung einen auf-und abwärts gerichteten Strömungsverlauf.
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Es ist bekannt, eine mit Flocken beladene Flüssigkeit in einem Absetzbehälter
auf und ab zu führen und dabei die Flocken zum Absinken zu bringen. Es ist ferner
bekannt, eine geflockte Bestandteile enthaltende auf- und abwärts strömende Flüssigkeit
beim Aufwärtsströmen einer im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung erfolgenden
Rührung zu unterwerfen und dann, durch eine Rohrleitung zum Absetzbehälter zu führen.
Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung dadurch,daß dieTrübe
während der Flockenbildung bzw. im Flockungsbehälter sowohl beim Auf- wie beim Abwärtsströmen
einer solchen Rührung unterworfen und dann direkt dem Absetzbehälter zugeführt wird.
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Durch diese quer zurAuf-undAbwärtsströmung der Trübe ausgeübte Rührwirkung
wird, ohne die Kontinuität des Stromflusses an sich zu unterbrechen, eine örtliche
Strömungsdämpfung erzielt, und es wird hierdurch eine Rückhaltezone innerhalb des
Stromverlaufs geschaffen, in welcher die feinen Trübenteilchen sich zu gröberen
Gebilden zusammenschließen, während andererseits allzu große Flocken durch die Zusammenstöße
in der
Trübe in der Größenordnung verringert werden. Die Folge ist,
daß in dieser durch die Rührwirkung geschaffenen Rückhaltezone eine gegenseitige
Angleichung der Flocken bezüglich Form und Größe stattfindet, worin die vornehmlichste
Aufgabe der Erfindung erblickt ist. Man könnte die durch die Rührwirkung geschaffene
Zone als eine Flockennormalisierungszone bezeichnen. Aus dem Flockungsbehälter wird
dann die flockenbeladene Flüssigkeit in den direkt angeschlossenen Absetzbehälter
übergeführt. Damit nun die Flocken beim Übertritt in den Absetzbehälter nicht wieder
zerstört werden,ist eineZwischenkammer zwischen dem Flockungs- und dem Absetzbehälter
eingeschaltet, in der der Stromverlauf eine Dämpfung und Beruhigung erfährt. Aus
diesem Grunde ist auch der Absetzbehälter gegenüber dem Überlauf 33 aus dem Flockenbildungsbehälter
verbreitert. Die Trübe wird in übereinanderliegenden einzelnen Schichten aus der
Beruhigungskammer in den Absetzbehälter übergeführt, d. h. es sind weitgehende Vorkehrungen
getroffen, um die in dem Flockungsbehälter gebildeten Normalflocken in Form und
Größe zu erhalten und in sanftem Fluß in den Absetzbehälter zu überführen.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Es
zeigt Fig. I eine perspektivische Ansicht des aus der Rührkammer, der Zwischenkammer
und Absetzkammer bestehenden Behälters, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rührzellen,
Fig. 3 einen Querschnitt nach 3-3 der Fig.2, Fig. 4 einen Längsschnitt nach 4-4
der Fig. 2, Fig.5 eine schematische Draufsicht auf den Gesamtbehälter, .Fig.6 eine
diagrammatische Darstellung der Flockenbildung in einer Serie von Rührzellen. Der
in Fig. I dargestellte Behälter Io hat viereckige Form, besitzt eine Vorderwand
II, eine Rückwand I2, Seitenwände I3, I4 und einen Boden I5. Eine Wand I6 scheidet
die Rühr- und Flockenbehandlungskammer von der Sedimentationskammer. Durch eine
Mehrzahl von Querwänden ist die Rührkammer in eine größere Anzahl von einzelnen
Rührzellen geteilt. Durch eine Mittelwand I9 sind zwei Gruppen von Rührzellen gebildet,
von denen die Rührzellen 2o, 2I, 22, 23 in der Fig. I dargestellt sind. Die Rührzellen
einer solchen Rührkammer sind reihenweise miteinander verbunden. Die Einführungsöffnung
24, die im oberen Teil der Vorderwand I I vorgesehen ist, ist in zwei Zuführungsrohre
25, 26 unterteilt, deren jedes zu einer Zellengruppe führt. Am Boden der Wand 28
ist eine Durchtrittsöffnung 27 vorgesehen, welche die Zellen 20 und 2I verbindet.
Die Zelle 2I ist mit der Zelle 22 durch einen Überlauf 29 verbunden, welcher oben
an der Wand 3o ausgespart ist. Aus dieser dritten Zelle führt eine Verbindung durch
die am Boden der Wand 32 befindliche Passage 3I in die Zelle 23. Mittels eines ausgesparten
Überlaufs wird die Flüssigkeit in die Absetzkammer des Behälters geführt. Die Rührvorrichtungen
für die Zellen 2o bis 23 sind in den Fig. 2, 3, 4. und in Fig. 5 im einzelnen dargestellt.
Jede dieser Zellen ist mit einer vertikalen Welle 34 versehen, welche Rührflügel
35 trägt. Die Rührflügel verlaufen parallel zu der Welle, haben längliche Form und
sind daran mittels der Arme 36 befestigt. Die Welle 34 wird unten durch ein Fußlager
37 und oben durch ein Läger 38 gehalten. Da die Zellen der Rührkammer I7 reihenweise
nebeneinander angeordnet sind, so sind U-Eisen 39 angeordnet, die oberhalb dieser
Zellenreihen verlaufen und die Lager 38 tragen. Es kann natürlich jede Antriebsweise
für die Rührwellen verwendet werden, wobei es sich empfiehlt, die Antriebsvorrichtung
zentral anzuordnen. Die horizontalen Antriebswellen 40, 4I sind in Lagern 42 gelagert,
die an dem U-Eisen 39 befestigt sind und welche die vertikalen Rührwellen 34 mittels
zwischengeschalteter Kegelrädergetriebe antreibt. Am oberen Ende einer jeden Rührwelle
ist ein großes Kegelrad 43 vorgesehen. Dasselbe ist im Eingriff mit einem kleineren
Kegelrad 44, das auf den horizontalen Antriebswellen 40, 4I befestigt ist. Das kleinere
Kegellager kann lösbar angeordnet sein, beispielsweise mittels der Schrauben 4Ia,
um ein Auseinandernehmen des Antriebes zu gestatten.
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Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind zwei Reihen von Rührwellen in dem
gezeigten Rührkammerabteil vorgesehen, und entsprechend sind auch zwei horizontal
verlaufende Antriebswellen 4o und 41 angeordnet. Beide Wellen werden durch eine
dritte Welle 45 mittels dien Kegelrädergetriebe 46 und 47 angetrieben. In der schematischen
Draufsicht gemäß Fig. 5 ist ferner ein Antriebsmotor 48 gezeigt, welcher die Welle
45 antreibt. Eine Kupplungsvorrichtung 49 ist für die beiden Wellen 4o,41 vorhanden.
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Die kleineren Kegelräder 44 sind so angeordnet, daß je zwei Rührflügelwellen
34 in einander entgegengesetzter Richtung rotieren. Das begünstigt die Überführung
der flockenbeladenen Flüssigkeit von einer in die andere Rührzelle.
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Zwischen der Rührzone und der Absetzzone ist eine Beruhigungs- oder
Verteilungszone vorgesehen. Die Flüssigkeit, welche aus der letzten Rührzelle 23
überfließt, gelangt in einen in der Querrichtung verlaufenden Kanal 5o. Dieser Kanal
ist durch eine vertikale Wand 51 und einen Bodenteil 52 gebildet, welcher in einer
gewissen Entfernung unterhalb des Überlaufs aus der Rührzone mit der Wand 16 verbunden
ist. Im vorliegenden Fall sind Winkeleisen 53 vorgesehen, die an der Wand 16 befestigt
sind und an denen horizontal verlaufende Bohlen 54 angeordnet sind, welche von der
einen bis zur anderen Seite des Behälters sich erstrecken und so voneinander entfernt
sind, daß die Flüssigkeit durch die Zwischenräume 542a zwischen den einzelnen Planken
in die Sedimentationszone übertreten kann.
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Auf diese Weise wird der gedrängte Flüssigkeitsstrom, der aus der
Rührkammer 17 austritt, auf die Breite des Sedimentationsablaufs 18 verteilt,
und
zwar geschieht das in einer Mehrzahl von übereinander befindlichen flachen Flüssigkeitsströmen.
Die Flüssigkeit verläßt das Sedimentationsabteil durch einen nicht gezeigten Auslaß.
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Die Arbeitsweise des Behälters ergibt sich eindeutig aus den Fig.
I, 5 und 6.
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Der Flüssigkeit wird zunächst eine bestimmte Menge eines Fällmittels
zugesetzt, um die Verunreinigungen auszuflocken. Zu diesem Zweck kann eine Mischkammer
vorgesehen sein, bevor die Flüssigkeit in die Flockungszone I7 des Behälters Io
eintritt.
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Beim Passieren des Abteiles I7 erfährt die Flüssigkeit eine stufenweise
Flockenbehandlung, durch welche die in diese Abteilung eintretenden Flocken eine
Umbildung erfahren, welche dieselben für das Absetzen in dem Abteil I8 des Behälters
geeignet macht.
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Die Flüssigkeit wird durch das Zuführungsrohr 2,4 und 25 in die erste
Rührzelle 2o (Fig. I) geführt. Die Rührvorrichtung ist in Fig. I nicht dargestellt,
aber ihre Einwirkung auf die Flüssigkeit ist durch ein System von Pfeilen angezeigt.
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Die Flüssigkeit, welche in diese erste Rührzelle 2o eintritt, erfährt
eine sanfte Wirbelführung, durch die in derselben vorgesehenen Rührflügel, und zwar
in der Richtung des Uhrzeigers, wie das durch die Pfeile 55 angezeigt ist. Die Flüssigkeit
fließt dann in einer spiralförmigen Bahn nach dem Boden der Zellen, gelangt zu dem
Durchtritt 27 und von dort in die nächste Rührzelle 21 (Pfeil 56). Hier bewegen
sich die Rührflügel in einer dem Uhrzeiger entgegengesetzten Richtung, wie das durch
die Pfeile 57 angezeigt ist. Die Einwirkung der hydrodynamischen Verhältnisse in
der zweiten Zelle 21 und ihre Auswirkung auf die Flockenbildung ist von der ersten
Zelle 20 verschieden, d. h. in der ersten Zelle strömt die Flüssigkeit in der Richtung
der Schwere, wodurch Flocken und Flüssigkeit mit derselben Geschwindigkeit abwärts
strömen, und zwar unter konstanter Vermengung der Flocken in dem abwärts gerichteten
Flüssigkeitsstrom.
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In der zweiten Zelle 21 ist die Stromrichtung der Richtung, in der
die Schwerkraft wirkt, entgegengesetzt, und die Folge ist, daß die Flockenbewegung
gegenüber dem Flüssigkeitsfortschritt eine Verzögerung erfährt. Es findet eine Art
von verzögerter Absetzung statt, und hierdurch wird in dem aufsteigenden Flüssigkeitsstrom
eine Zone von konzentrierter Flockenaufschwemmung' gebildet, die, wie eingangs betont,
als Flockensieb bezeichnet ist. Während die aus der ersten Rührzone austretenden
Flocken bezüglich ihrer Größe in recht weitem Abstand variiert sind, wird dieser
Abstand in der zweiten Zone wesentlich eingeengt, und hierdurch wird der Charakter
der Flocken und ihre Größe so beeinflußt, daß sie bessere Absetzfähigkeiten erhalten.
Der Ausfluß der rotierenden Rührung auf den aufwärts steigenden Flüssigkeitsstrom
bewirkt andererseits die Kontinuität des Flockentransportes durch das Flockensieb
und verhindert, daß sich die Flocken auf dem Boden der Rührzellen absetzen.
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Diese Flockenbehandlung der Zellen 20 und 21 wiederholt sich in den
Zellen 22 und 23. Die Flüssigkeit mit den darin suspendierten Flocken und einer
gewissen Flockengröße gelangt über den Überlauf 29 in die dritte Zelle 22, in welcher
die Bewegung im entgegengesetzten Sinn der Pfeile 58 stattfindet. Nun fließt die
Flüssigkeit unter sanfter Vermengung der Flocken wiederum abwärts und dann durch
den Kanal 31 in der Richtung der Pfeile 59 in die vierte und letzte Zelle 23, wo
die Rührflügel ihr eine in der Richtung der Pfeile 6o gegen den Uhrzeigersinn verlaufende
Bewegung erteilen. Hier findet dieselbe Beeinflussung der Flocken statt, wie in
der Rührzelle 21. Die Verschiedenheit der Flockengröße verschwindet noch weiter,
und der Abstand zwischen den Flockengrößen wird des weiteren verringert, bis zu
jenem Punkt, wo die Flocken die gewünschte Form und die optimalen Absetzqualitäten
erhalten.
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Diese stufenweise Flockenbehandlung gestattet eine direkte Kontrolle
der angestrebten Flockenumwandlung. Es ist das insbesondere aus Fig.6 ersichtlich,
wo der Einfachheit wegen die Zellen a, b, c, d hintereinandergeschaltet sind. Die
Zellen a und b bezeichnen die erste Rühreinheit, die Zellen c und d die zweite Rührphase.
Entsprechend sind in der ersten Rührphase Flocken von größeren und kleineren Ausmaßen,
61, und in der zweiten Rührphase solche, 62, gezeigt, bei denen die Größen einander
angenähert sind.
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Gemäß Fig.1 tritt die floekenbeladene Flüssigkeit aus der Rührzone
durch den Überlauf 33 aus. Infolge der Anordnung der Rührzellen 20 bis 23 in dem
Behälter 10 ist der Überlauf 33 gewissermaßen verengt im Verhältnis zur Breite der
Sedimentationskammer 18. Es ist daher Vorsorge getroffen, daß die Flüssigkeit nach
der Seite hin über die Breite des Behälters in der Richtung der Pfeile 63 verteilt
werden kann, sobald sie den Verteilungskanal 50 erreicht. Die Wand 54 dieses
Verteilungskanals besorgt die Verteilung der Flüssigkeit mittels der Schlitze 54a,
die zwischen den einzelnen Planken vorgesehen sind, welche die Wand bilden. Die
Flüssigkeit wird daher in einer Mehrzahl von seitlich auseinandergezogenen, niedrigen
Strömen zum Austreten aus dem Verteilungskanal in der Richtung der Pfeile 64 gebracht.
Die Ausbildung des Verteilungskanals verhindert schädliche Einwirkungen auf die
gebildeten Flocken, welche die ihnen erteilten guten Absetzeigenschaften behalten.
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Wie sich aus Fig. i ergibt, erhält die Flüssigkeit, welche die Zellen
23 durch den Überlauf 33 v erläßt, infolge der Rotation der Rührflügel die Tendenz,
entlang des Kanals 5o nach der Seite 13 des Behälters io zu strömen.. Die Abstände
der einzelnen Planken 54 sind so gewählt, daß die Flüssigkeit eine optimale Geschwindigkeit
beim Durchtritt durch dieselben erhält. Auf Grund der großen Länge der Schlitze
54.9 zwischen den Wandplanken 54 haben die Flocken jede Möglichkeit, an
den
verschiedenen Punkten dieser Schlitze hindurchzutreten, vorausgesetzt, daß die sonstigen
Bedingungen für einen Durchfluß der Flüssigkeit vorhanden sind.
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Die Rührvorrichtung kann in beliebiger Weise ausgebildet sein. Im
vorliegenden Fall sind senkrechte Rührwellen gewählt, welche von horizontalen Wellen
unter Zwischenschaltung von Kegelrädern angetrieben werden. Die in den Fig. 2, 3,
4 und 6 dargestellte Antriebsvorrichtung benutzt die Tatsache, daß die Rührzellen
in zwei Reihen innerhalb eines viereckigen Behälters IO angeordnet sind. Die Welle
40 dient zum Betriebe der Rührvorrichtung der ersten Reihe, die Welle 4I der zweiten
Reihe.
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Es hat sich manchmal als wünschenswert erwiesen, die Rührgeschwindigkeit
in der ersten gegenüber der zweiten Behandlungsphase zu differenzieren. Wenn beispielsweise
als Geschwindigkeit der ersten Behandlungsphase IOO% angenommen werden, dann empfiehlt
sich in der zweiten Behandlungsphase eine Geschwindigkeit, die 6O% der der ersten
beträgt.
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Bei der vorliegenden Antriebsweise der Rührvorrichtung kann jede beliebige
Geschwindigkeit durch entsprechende Zahl der Kegelräder eingestellt werden. Die
Drehung jeder Rührwelle in der gewünschten Richtung kann in einer außerordentlich
einfachen Weise dadurch erreicht werden, daß das kleine Kegelrad 44 auf einer oder
der anderen Seite des großen Kegelrades angeordnet wird. Die einzelnen Rührvorrichtungen
können von den Antrieben beispielsweise dadurch abgekuppelt werden, daß man das
kleine Kegelrad außer Eingriff mit dem ihm entsprechenden größeren Kegelrad bringt.
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Die Gegenstromrotation innerhalb zweier benachbarter Rührzellen bewirkt
einen im wesentlichen S-förmigen Strömungsverlauf von einer nach der anderen Zelle.
Die Flüssigkeit verläßt den Bereich einer Rührvorrichtung in tangentialer Richtung,
um in gleichfalls tangentialer Richtung in den Bereich der zweiten Rührung einzutreten.
Eine solche Überführung der Flüssigkeit von einer in die andere Zelle ist mit Bezug
auf die Kon-