DE9402859U1

DE9402859U1 - Wasserrecyclinganlage

Info

Publication number: DE9402859U1
Application number: DE9402859U
Authority: DE
Original assignee: REETZ TEJA PROF DR RER NAT HAB
Current assignee: REETZ TEJA PROF DR RER NAT HAB
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2004-02-17

Description

Wasserrecyclinganlage

Wasserrecyclinganlagen können notwendig werden, wenn mit Abprodukten belastete Abwässer anfallen, deren Inhaltsstoffe eine Abgabe in die im allgemeinen kommunale Kanalisation oder natürliche Umgebung nicht erlauben.

Ein besonderer Vorzug von Wasserrecyclinganlagen tritt auf, wenn an das Wasser spezielle Anforderungen bezüglich geringer Salz- und Schwebestoflkonzentrationen gestellt werden. Ein weiterer Grund zum Einsatz von Wasserrecyclinganlagen kann eine allgemeine Wasserknappheit oder der Bedarf an reinem Wasser von Destillatqualität sein.

Wasserrecycling ist ein Kreislaufprozeß, bei dem nach Nutzung des Wassers und der damit verbundenen Verunreinigung ein Reinigungsprozeß stattfindet, der zu einer Abtrennung der VerunreinigungsstofFe und Wiederverwendungsmöglichkeit des Wassers fuhrt.

Für die Wasserreinigung werden verschiedene Verfahren eingesetzt.

Mechanische Verfahren für die Wasserreinigung (Sedimentation, Flotation, Filtration) laufen auf eine Phasentrennung hinaus, bei der die wäßrige Phase von festen Partikeln bzw. Schwebestoffen oder mit Wasser nicht mischbaren flüssigen Phasen abgetrennt wird. Gelöste Substanzen werden durch mechanische Verfahren nicht beseitigt.

Biologische Wasserreinigungsverfahren beseitigen alle die Verunreinigungen, welche von biologischen Kulturen als Nährstoffe aufgenommen oder von biologischen Wirkstoffen zersetzt werden können. Das sind in erster Linie organische Substanzen, aber auch bestimmte anorganische Salze. Eine Totalreinigung des Wassers ist auf diesem Wege jedoch nicht möglich. Zudem sind die biologischen Kulturen nur in bestimmten Bereichen der Wasserqualität (pH-Wert, Inhaltsstoffe) lebensfähig.

Chemischen Verfahren der Wasserreinigung (Zusatz von Chemikalien, Zusatz von Oxidantien, Mitfällung, Ionenaustausch, strahlenchemische Reinigung) überstreichen eine breite Spanne der Selektivität. Es gibt sowohl sehr selektiv wirkende Verfahren wie die Beseitigung von Ammonium mit Hypochlorit als auch universelle Reinigungsverfahren wie die Abtrennung gelöster Salze durch Ionenaustauschverfahren. In allen Fällen (mit Ausnahme der selektiv wirkenden strahlenchemischen Reinigung) wird aber die Menge der Abprodukte durch den Zusatz von Chemikalien, Ionenaustauschern oder anderen Stoffen vergrößert.

Physikalische Verfahren (Osmose, Elektrolyse, Verdampfung/Destillation) ermöglichen eine weitgehende Trennung der Verunreinigungen - Schwebestoffe wie gelöste Stoffe - vom Wasser. Die Destillation hat hierbei die größte Verbreitung gefunden. Bei der Destillation wird das Wasser im allgemeinen unter Atmosphärendruck bis zum Siedepunkt erhitzt. Nach Kondensation des Dampfes fällt reines Wasser an. Die Verunreinigungen verbleiben im Destillationsrückstand. Die Verdampfung kann auch unterhalb des Siedepunktes ausgeführt werden. Hierbei sind jedoch zur Erzeugung gleicher Brauchwassermengen wesentlich größere Verdampferflächen erforderlich. In energetisch günstigen Ausführungen wird zur Destillation/Verdampfung in stationären Anlagen Abwärme, z. B. heiße Abgase (DE 39 04 025) oder Sonnenenergie (DE 28 34 667, DE 31 23 409, DE 35 35 279, DE 37 07 989 Al) eingesetzt, d. h., die Sonnenenergie wird unmittelbar zur Aufheizung des zu verdampfenden Wassers genutzt.

In den letzten Jahren ist die Destillation durch Einsatz eines offenen Wärmepumpenprozesses energieökonomisch wesentlich verbessert worden. Dabei wird das Wasser unter Vakuum oder im Normaldruck- bzw. Überdruckbereich verdampft. Die Brüden werden verdichtet und mit der Kompressionsenergie auf ein höheres Druck- und Siedetemperaturniveau gebracht. Über einen Wärmeaustauscher wird der überhitzte Dampf kondensiert bei gleichzeitiger Wärmezufuhr an die zu verdampfende Flüssigkeit. Die Wärmepumpe erreicht abhängig vom Druckverhältnis des Verdichters Leistungszahlen zwischen 15 und 30.

In DE 32 14 647 Al ist ein Verfahren und eine Anlage zur Aufbereitung von Schmutzwasser beschrieben, in der für den Normalbetrieb allein die bei der Dampfverdichtung zugeführte und über eine zweistufige Wärmeübertragung zurückgewonnene Energie für den Verdampfungsprozeß ausreicht. Für die Anfahrstufe ist jedoch Zusatzenergie zum Vorheizen des Wassers im Verdampfer auf Betriebstemperatur notwendig. In einer anderen technischen Lösung (DE 33 27 958 Al) wird die Zusatzenergie über eine Wärmepumpe bereitgestellt, welche den Wärmeinhalt des Brauchwassers oder des Abproduktkonzentrates als Wärmequelle nutzt.

Wasseraufbereitungsanlagen für industrielle wie kommunale Zwecke finden zunehmend Anwendung. So hat die Firma MANNESMANN DEMAG Wittig eine stationär arbeitende Vakuumanlage mit Brüdenverdichtung entwickelt (Betriebsanleitung Vacudest⁰ 30 BA 90.01.0 12/93).

Für ein Wasserrecycling kommen die Methoden in Frage, welche die im Nutzungsprozeß des Wassers hinzukommenden Verunreinigungen wieder entfernen. Für industrielle Anwendungen sind diese Verunreinigungen im allgemeinen komplex zusammengesetzt und umfassen sämtliche suspendierten und gelösten Stoffe. Daher sind solche Aufbereitungsmethoden wie Destillation oder Ionenaustausch in Verbindung mit einer mechanischen Entfernung fester Partikel für ein Wasserrecycling geeignet. Ionenaustausch ist energiewirtschaftlich vorteilhaft. Der Nachteil liegt jedoch darin, daß entweder größere Mengen mit Abprodukten belasteter Ionenaustauschermassen oder wiederum Waschlösungen von der Reinigung der Ionenaustauscher anfallen. Bei der Verdampfung/Destillation läßt sich das Abproduktvolumen minimieren. Hier ist jedoch ein vergleichsweie hoher energetischer Aufwand notwendig.

Wasseraufbereitungsanlagen für industrielle wie kommunale Zwecke finden zunehmend Anwendung. Wasserrecyclinganlagen sind bisher vor allem für Sonderanwendungen, wie die Wasseraufbereitung in kosmischen Anlagen oder für große stationäre Anlagen mit stofflich eingegrenztem Verunreinigungsspektrum, in Nutzung.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einerWasserrecyclinganlage anzugeben, mit der kleinere Mengen industrieller Abwässer mit in Art und Menge sehr unterschiedlichen, vorwiegend anorganischen Verunreinigungen energiesparend und kostengünstig zu Brauchwasser hoher Qualität aufgearbeitet werden sollen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine solarthermisch betriebene Anlage zur Vorwärmung des Abwassers über den Anfahrwärmeübertrager in eine auf dem Prinzip der Verdampfung und Brüdenverdichtung basierende Wasserrecyclinganlage eingekoppelt ist. Die solarthermisch betriebene Anlage zur Vorwärmung des Abwassers ist als zusätzlicher Wasserkreislauf ausgebildet und besteht aus Sonnenkollektoren, Wärmeübertrager, Wärmespeicher und Pumpe. Durch den Wärmeübertrager der Sonnenkollektoren wird die Sonnenenergie aufgenommen und im Wärmeübertrager an den zusätzlichen Wasserkreislauf abgegeben. Das Wasser dieses Kreislaufs strömt weiter über einen Wärmespeicher und wird mittels Pumpe am Anfahrwärmeübertrager der Speiseleitung der Wasserrecyclinganlage vorbeigeführt, die solarthermische Energie an das Abwasser abgegeben und zurück zum Wärmeübertrager im zusätzlichen Kreislauf geführt.

Die Kopplung der solarthermischen Anlage mit dem Brüdenverdichter ermöglicht eine deutliche Energieeinsparung. Die bis zur Erreichung einer Temperatur von 60 ⁰C bis 80 ⁰C

&diams; «·

benötigte Energie wird erfindungsgemäß durch Sonnenenergie über eine solarthermische Wasseraufwärmung und einen Wärmeübertrager dem Abwasser zugeführt. Damit tritt insbesondere beim Anfahren der Wasserrecyclinganlage ein bedeutender energetischer Vorteil ein, weil die Vorwärmung des Wassers für den Start des Verdampfungsvorganges mittels einer gesonderten elektrischen Heizquelle entfallt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 näher erläutert..

Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der Eindampfanlage mit eingekoppelter Solaranlage. Eine Abwassermenge von 3,5 nP befindet sich in einem dafür installierten Behälter 1. Die Aufbereitung in der Eindampfanlage erfolgt durch kontinuierlichen Zustrom mit 100 l/h aus dem Behälter 1 über die Pumpe 2. Im Wärmeübertrager 3 wird das Abwasser mit Kondensatenthalpie vorgewärmt, im Anfahrwärmeübertrager 4 weiter aufgeheizt, im Heizkondensator 5 auf Siedezustand erwärmt und im Verdampfer 6 unter Abgabe von Brüden eingedampft. Die ausgetriebenen Brüden werden im Verdichter 7 auf einen solchen Druck komprimiert, daß die zugeordnete Sattdampftemperatur bei der Kondensation im Heizkondensator 5 ausreicht für die restliche Wärmezufuhr, die für die Verdampfung des Abwassers notwendig ist. Das Kondensat wird im Wärmeübertrager 3 weiter abgekühlt und als Reinwasser im Behälter 8 gesammelt. Beim Anfahren und in geringem Maße während des Betriebes ist die Wärme von außen zuzuführen. Dies erfolgt durch die zusätzliche Anordnung einer solarthermischen Anlage, die über den Anfahrwärmeübertrager 4 mit der eigentlichen Recyclinganlage verbunden ist. Dazu wird in einer als zusätzlicher Wasserkreislauf ausgestalteten solarthermischen Anlage Sonnenenergie durch den Wärmeträger der Sonnenkollektoren 9 aufgenommen und im Wärmeübertrager 10 an diesen Wasserkreislauf abgegeben. Das Wasser des zusätzlichen Kreislaufs strömt über den Wärmespeicher 11 und wird mittels Pumpe 12 über den Anfahrwärmeübertrager 4 zurück zum Wärmeübertrager 10 gepumpt. Im Anfahrwärmeübertrager 4 wird die solarthermische Energie an das Abwasser übergeben.

Claims

Schutzansprüche ,

1. Wasserrecyclinganlage, basierend auf dem Prinzip der Verdampfung und Brüdenverdichtung und enthaltend Abwasserbehälter, Wärmeübertrager, Anfahrwärmeübertrager, Verdampfer, Brüdenverdichter und weitere Komponenten,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein zusätzlicher Kreislauf von mittels Solarenergie erwärmten Wassers über den Anfahrwärmeübertrager in die Wasserrecyclinganlage eingekoppelt ist.

2. Wasserrecyclinganlage nach Schutzanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der zusätzliche Wasserkreislauf neben dem gemeinsamen Anfahrwärmeübertrager Sonnenkollektoren, Wärmespeicher und Pumpe zur Übertragung der Solarenergie an die Wasserrecyclinganlage enthält.