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Kläranlage für Abwässer Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von
bekannten Kläranlagen für Abwässer z. B. von gewerblichen Betrieben, Molkereien,
Packereien und Flaschenspülereien, Ölraffinerien u. dgl., in welchen suspendierte
Feststoffe durch Einleiten von Luft in unter Unterdruck stehenden Klärbehältern
abgeschieden werden.
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Die abzuscheidenden Bestandteile sind dabei als suspendierte Teilchen
in der zu klärenden Flüssigkeit vorhanden und können sowohl anorganischer wie auch
organischer Natur sein und fäulnisbildende Stoffe enthalten. Die Teilchengröße und
die Beschaffenheit dieser Stoffe und somit auch ihre Sink- oder Absetzfähigkeit
sind ganz unterschiedlich.
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Ein gutes Beispiel für Flüssigkeiten mit solchen suspendierten Stoffen
ist Kanalabwasser, das gewöhnlich in der Weise behandelt wird, daß man es in einen
verhältnismäßig großen Absetzbehälter, das sogenannte Absetzbecken oder Klärbecken,
fließen läßt. Das Abwasser wird in dem Behälter im wesentlichen in Ruhe gehalten,
damit die suspendierten Feststoffe sich absetzen können und auf dem Boden des Beckens
als Sinkstoffe niedergeschlagen werden, während die Klarflüssigkeit durch ein Überlaufwehr,
das am oberen Rand des Behälters angeordnet ist, abläuft. Gewöhnlich wird die abgesetzte
Masse von dem Behälterboden mechanisch abgeräumt. Die Größe solcher Klärbehälter
ist bestimmt durch die Überlaufgeschwindigkeit und die Verweilzeit, die sich aus
den verschiedenen Sinkgeschwindigkeiten der abzusetzenden suspendierten Feststoffe
ergibt. Wegen der normalerweise geringen Sinkgeschwindigkeiten der
in
manchen Flüssigkeiten, wie Kanalabwässern, suspendierten Feststoffe sind solche
Klärbehälter notwendigerweise verhältnismäßig .groß, und die Verweilzeit für die
Flüssigkeit in dem Behälter ist erheblich.
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Manche der in Kanalabwässern und anderen Abwässern suspendierten Stoffe
sind schwimmfähig und streben zur Oberfläche der Flüssigkeit, wo sie einen meist
unangenehm riechenden Schaum bilden. Die Beseitigung dieses Schaumes von den Klärbehältern
ist in vielen Fällen schwer durchführbar. In manchen Fällen enthält der Schaum wertvolle
Stoffe, deren Wiedergewinnung erwünscht ist.
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Es wurde nun bereits vorgeschlagen, die Klärung durch Einleitung von
Luft zu beschleunigen und gegebenenfalls in unter Unterdruck stehenden Klärbehältern
zu bewirken. Die Anwendung eines Vakuums bringt jedoch weitere Schwierigkeiten mit
sich, die die erzielten Vorteile wieder aufwiegen können. Ein Hauptproblem bildet
dabei die Regelung des Vakuums, welche so genau wie möglich erfolgen. muß, um ein
Überfluten der Anlage zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit vollständig überwunden,
und es gelingt auf einfache und sichere Weise, das Vakuum zu regeln und somit ein
Überfluten der Anlage vollständig zu verhindern.
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Die erfindungsgemäße Kläranlage kennzeichnet sich dadurch, daß zwischen
dem gegen den ungesteuerten Zutritt von Luft abgeschlossenen Klärbehälter und der
Abführungsleitung für die Klarflüssigkeit eine mit dem Behälter und der Abführungsleitung
verbundene geschlossene Kammer vorgesehen ist, welche ein Wehr überfließende Klarflüssigkeit
aus dem Behälter aufnimmt, wobei sowohl der Flüssigkeitsspiegel der überfließenden
Klarflüssigkeit als auch der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer unter dem gleichen
kommunizierenden Vakuum stehen und wobei der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer und
die Höhe des in der Anlage herrschenden Vakuums in an sich bekannter Weise mittels
einer Vakuumpumpe und in' die Kammer hineinragender Rohrleitungen mit Düsen derart
geregelt wird, daß die Düsen beim Eintauchen in die Flüssigkeit der Kammer Flüssigkeit
einsaugen und, wenn sie nicht eintauchen, Gas einsaugen und so den Flüssigkeitsspiegel
in der Kammer auf einer Höhe halten, die unterhalb des Überlaufwehres liegt.
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Die schwimmenden öder- nach oben gebrachten Feststoffe werden als
Schaum von der Oberfläche der Flüssigkeitsmasse entfernt, und zwar unmittelbar nachdem
der Schaum sich gebildet hat, da das Vakuum nicht stark genug ist, um die Teilchen
lange an der Oberfläche zu halten, und außerdem eine auf der Oberfläche verbleibende
Schaumschicht die Wirkung des Vakuums auf die Flüssigkeitsschicht unterhalb der
Oberfläche verringern würde. Die Klarflüssigkeit wird in einem Bereich entnommen,
in welchem ein Druck von nicht wesentlich weniger als 635 mm Quecksilber herrscht.
Schaum und Klarflüssigkeit werden so abgeführt, daß ein Lufteintritt in den Behälter
vermieden wird.
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Einzelheiten. der erfindungsgemäßen Einrichtung sind aus der nachstehend
erläuterten Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt Fig. I einen teilweise
geschnittenen Grundriß einer Einrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 -eine senkrechte
Schnittansicht dieser Einrichtung und Fig.3 eine Einzelheit im Schnitt nach der
Linie 3-3 der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab'.
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Die dargestellte Einrichtung umfaßt einen geschlossenen Trennbehälter
Io mit einem gewölbten Oberteil 12, das mit einem Schauglas 13 versehen ist;
ferner einen Boden 14, der zu einem annähernd zentralen Schlammsumpf 16 geneigt
ist, und eine zylindrische Seitenwand 18, welche in ihrem oberen Teil eine Rinne
22 bildet.
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Der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter Io wird durch ein Überlaufwehr
2o bestimmt, über das während des Betriebes der Einrichtung die Klarflüssigkeit
in die Rinne 22 abfließen kann. Die Rinne 22 und folglich der obere Teil des Behälters
Io stehen durch einen Überströmkanal 24 mit einer geschlossenen Kammer 26 in Verbindung,
die neben dem Hauptbehälter angeordnet ist. Diese Kammer bildet zusammen mit den
nachstehend beschriebenen Teilen und Mitteln den Kern der Erfindung. Sie ermöglichen
Erzeugung eines Vakuums im oberen Teil des Trennbehälters io und die Überwachung
der Flüssigkeitshöhe in der Überlauf rinne 22 oder wenigstens in dem Entleerungsbereich
der Rinne. Die Luft wird aus dem oberen Teil des Behälters io teilweise durch den
überströmkanal 24 und teilweise durch eine Rohrleitung 28 abgesaugt. Über der Flüssigkeit
im Behälter io, in der Rinne 22 und in der Kammer 26 herrscht somit derselbe Druck.
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Eine aus der Kammer 26 nach unten führende Ausflußröhre oder Leitung
30 taucht mit ihrem unteren Ende dauernd in einen in einem Gehäuse 34 gebildeten
Flüssigkeitssumpf 32 ein, dessen Spiegel mit Hilfe eines Überlaufwehres 36 festgelegt
ist. Dadurch ergibt sich ein barometrischer Ausflußsteg, der den Lufteintritt in
das Gefäß verhindert. Eine Entleerungsleitung 38 steht mit dem Gehäuse 34 in Verbindung
und dient zur Ableitung der über das Wehr 36 überlaufenden Flüssigkeit.
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Die mit der Kammer 26 verbundenen Mittel zur Erzeugung des Vakuums
bestehen aus einer Vakuumpumpe 40, die oben auf dem Behälter io angebaut ist und
entweder Luft oder Flüssigkeit aus dem Innern der Kammer durch zwei Röhren 42 abzieht,
die mit der Pumpe 4o durch eine Vielfachleitung 44 verbunden sind. Die Röhren 42
erstrecken sich in die Kammer 26 und enden unten in je einer Düse 46 (s. insbesondere
Fig. 3), deren Höhe durch Drehen der von Hand betätigten, durch die Wand der Kammer
26 verlaufenden Wellen 48 eingestellt werden können. Der Flüssigkeitsspiegel in
der Kammer 26 ist normalerweise Schwankungen ausgesetzt, und die Düsen sind innerhalb
der Schwankungsgrenzen dieses Spiegels angeordnet,
um Luft oder
Gas abzuziehen, wenn der Flüssigkeitsspiegel sich unter ihnen befindet, und Flüssigkeit
abzuziehen, wenn der Flüssigkeitsspiegel sich über ihnen befindet und sie eintauchen.
Die Düsen überwachen auf diese Weise den Flüssigkeitsspiegel in der Kammer und suchen
ihn annähernd konstant zu halten. Die Pumpe ist mit einem Abflußrohr 41 versehen,
das über einen Dreiwegehahn 43 entweder mit einem Rohr 45 zur Entleerung in das
Gehäuse 34 oder mit einer Röhre 47 für die Entleerung an entfernter Stelle verbunden
werden kann, falls eine weitere Behandlung der abgeführten Gase, Dämpfe oder Flüssigkeit
erwünscht ist.
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Oben auf der Kammer 26 kann ein Schauglas vorgesehen sein, zusammen
mit einem Strahl- oder Spritzrohr 52, durch das die Unterseite des Glases abgewaschen
werden kann, um es von Schaum u. dgl. zu reinigen. Ein Hahn 54 überwacht den Flüssigkeitszufluß
zu dem Spritzrohr.
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Die kontinuierlich zu behandelnde Flüssigkeit tritt in den Hauptbehälter
Io durch eine Leitung 56 ein, deren senkrechter Teil 57 nach oben flüssigkeitsdicht
durch die Mitte des Gefäßbodens hindurchgeführt ist. Diese Leitung 56 bildet einen
feststehenden Abschnitt eines Zugrohres, dessen übriger Teil durch einen drehbaren
Zugrohrabschnitt 58 gebildet wird. Das obere Ende des letzteren ist vorzugsweise
bei 6o aufgeweitet und endet kurz unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Der Zugrohrabschnitt
58 ist durch einen Armstern oder ein stegartiges Bauteil 62, das von dem unteren
Ende einer Welle 64 getragen wird, drehbar gehalten. Diese Welle tritt durch die
gewölbte Oberseite 12 des Behälters und ist mit einem geeigneten gasdichten Verschluß
66 versehen. Die Welle 64 kann durch einen auf der Oberseite des Behälters angebrachten
Motor M gedreht werden, der über ein untersetzendes Getriebe 68, 69 arbeitet.
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Über dem Zugrohrabschnitt 58 ist eine Mehrzahl von Schaumabstreifarmen
88 angeordnet, die von der drehbaren Welle 64 radial nach auswärts verlaufen. Jeder
Arm trägt ein federndes Schaumabstreiferblatt 9o, das bei Drehung der Arme 88 den
Schaum und andere auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmende Stoffe über eine
geneigte Rampe 92 (Fig. I) in einen Schaumaufnahmetrichter und -sumpf 94 abstreift.
Dieser Trichter steht durch eine Leitung 96 in Verbindung mit einem Behälter oder
Sumpf 98, der durch eine Stauwand oder ein Wehr Ioo in dem Gehäuse 83 dauernd aufrechterhalten
wird. Diese Leitung und der Sumpf bilden einen barometrischen Schaumabflußschenkel,
wodurch der Lufteintritt in das Gefäß in dem Bereich des Schaumaustrages verhindert
wird.
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Dicht am Boden des Gefäßes Io ist eine Mehrzahl von radialen Rechenarmen
72 angeordnet, die von dem Zugrohrabschnitt 58 getragen werden und sich mit ihm
drehen. Die Arme 72 tragen Rechenflügel oder Räumer 74, die bei der Drehung der
Arme den auf dem Gefäßboden 14 abgesetzten Schlamm oder Sinkstoff zu dem Schlammsumpf
16 schaben oder drücken, von dem er durch eine nach oben führende Leitung 76 und
eine Pumpe 78 entleert werden kann. Die Pumpe 78 ist auf dem Gehäuse 83 angebracht.
Sie ist mit einer Abgabeleitung 8o versehen, welche sich in einen in dem Gehäuse
83 vorgesehenen Sumpf 82 entleert. Das Gehäuse hat einen Auslaß, der mit einem Entleerungsrohr
84 in Verbindung steht, das seinerseits durch einen Hahn 86 überwacht werden kann.
Der Sumpf 82 ist von dem übrigen Teil des Gehäuses 83 durch eine von der Wand Ioo
in Abstand gehaltene Stauwand 85 getrennt.
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Der Raum zwischen den Stauwänden 85 und Ioo bildet einen Überlaufsumpf
Io2, von dem aus aus dem Sumpf 82 kommender Schlamm oder Sinkstoff zusammen mit
dem über die Stauwand oder das Wehr Ioo überfließenden Schlamm durch eine nach oben
gehende Saugröhre 104 und eine auf dem Gehäuse 83 angebrachte Pumpe Io6 zu einer
geeigneten Austragsstelle gebracht werden kann.
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Die Höheneinstellung der Schaumabstreifarme 88, der Rechenarme 72
und des oberen Endes des Zugrohrabschnittes 58 kann durch ein außen angebrachtes
Handrad 70 geregelt werden, das als Mutter auf einem Gewinde 65 am oberen
Ende der Welle 64 arbeitet. Das dargestellte Untersetzungsgetriebe umfaßt ein Schneckenrad
69, das für eine Drehbewegung in geeigneter Weise gelagert, aber gegen senkrechte
Verschiebung von einem auf der Oberseite des Gefäßes angebrachten Bügel festgehalten
ist, wobei das Rad mit der Welle 64 durch Keil oder Nut verbunden ist. Ein aufwärts
stehender Teil 67 des erwähnten Bügels trägt das Handrad 7o, das sich normalerweise
mit dem Zahnrad 69 und der Welle 64 dreht, aber von Hand relativ zu dieser Welle
auf dem Gewinde 65 gedreht werden kann, um die senkrechte Verschiebung der Welle
64 sowie der von ihr getragenen Arme und des Rohrabschnittes zu bewirken.
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In dem Behälter Io ist mit Abstand von der Außenwand 18 eine Unterteilungs-
oder Trennwand Io8 angeordnet, wodurch der Flüssigkeitsinhalt des Gefäßes in zwei
miteinander verbundene Flüssigkeitsmassen oder -säulen aufgeteilt wird, und zwar
in eine mittlere zylindrische Säule i io, welche aus der zu behandelnden Flüssigkeit
besteht, und eine die Säule iio umgebende ringförmige Säule 112, welche von der
Klarflüssigkeit gebildet wird. Der unterste Rand der Unterteilungswand io8 ist mit
114 bezeichnet, während der allgemeine Verbindungsbereich zwischen den beiden Flüssigkeitsmassen
oder -säulen mit 116 bezeichnet ist. Geeignete Armsterne oder Stege 118, die an
den Wänden io8 und 18 befestigt sind, halten die Unterteilungswand io8 in dem Gefäß
in ihrer Lage.
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Falls die eingeleitete zu behandelnde Flüssigkeit nicht schon genügend
Gas enthält, um die in ihr suspendierten Teilchen unter dem Einfluß des in dem Behälter
io wirkenden Vakuums zum Aufsteigen an die Oberfläche der Flüssigkeit zu bringen,
wird die Flüssigkeit zunächst von dem Zuleitungsrohr iig durch eine Belüftungs-
oder Begasungskammer 120 und durch eine Entlüftungs-oder
Entgasungskammer
124 geleitet. In der letzteren Kammer werden die großen Blasen, die einer guten
Flotation entgegenwirken, entfernt. Kleine und kleinste Bläschen bewirken die beste
Schwimmfähigkeit. Von der Kammer 124 fließt die Flüssigkeit über einen Damm oder
ein Wehr 12,6 in einen Sumpf 128 und von dort in die Zuführungsleitung 56, wobei
der Durchfluß durch einen von Hand einstellbaren Schieber 129 geregelt wird. Das
Eintrittsende der Zuführungsleitung 56 taucht dauernd in den Sumpf 128 ein, wodurch
ein barometrischer Eintritts- oder Einflußsteg gebildet wird, der einen Lufteintritt
in den Behälter an dieser Stelle verhindert. In der Belüftungs- oder Begasungskammer
I2o ist drehbar ein Belüftungsflügelrad 122 eingebaut, welchem ein gasförmiges Medium
durch eine Rohrzuleitung 130 mit einem Ventil 132 zur Strömungsregelung des Gases
zugeführt wird.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die zu behandelnde,
suspendierte Feststoffe enthaltende Flüssigkeit infolge des Unterdrucks im oberen
Teil des Behälters kontinuierlich durch die Zugrohrabschnitte 56. und 58 nach oben
in den Behälter Io gezogen. Die Flüssigkeit tritt durch den erweiterten Teil 6o
in den Wirkungsbereich des Vakuums ein.
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Die Wirkung des von der Vakuumpumpe 4o erzeugten Vakuums führt dazu,
daß kleine Blasen des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases sich an die in dieser
Flüssigkeit suspendierten Feststoffe anlagern, wobei diese Teilchen an die Oberfläche
der Flüssigkeit aufsteigen, wo sie einen Schaum von hochgeschwemmten Teilchen bilden.
Diese Flotationswirkung tritt nicht nur bei normal schwimmfähigen Teilchen, sondern
auch bei normalerweise nicht schwimmfähigen Teilchen ein. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß durch das Vakuum nur in einem bestimmten Bereich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche
die suspendierten Feststoffe hochgetrieben werden. Es ist daher wichtig, daß die
eintretende Flüssigkeit und ihre suspendierten Feststoffe direkt in diesen Wirkungsbereich
des Vakuums gebracht werden: Die Bauart und die Form des Zugrohres sollten entsprechend
der in dem Behälter herrschenden Vakuumwirkung so sein, daß die der durch das Zugrohr
fließenden Speiseflüssigkeit nach oben erteilte Geschwindigkeit wenigstens ausreicht,
um ein Absinken oder eine Abwärtsbewegung der Feststoffe innerhalb und relativ zu
der aufwärts strömenden Flüssigkeit zu verhindern. Zweckmäßig wird die Geschwindigkeit
so geregelt, daß die Feststoffe direkt in den Bereich des verminderten Druckes,
oder des wirksamen Vakuums gefördert werden. Sobald einmal die Feststoffe oder ein
Teil von ihnen sich entgegen der aufwärts strömenden Flüssigkeit nach abwärts bewegen,
wird der Sog des Vakuums wesentlich vermindert, wodurch dieses Absinken beschleunigt
werden kann und schließlich eine Verstopfung des Zugrohres verursacht wird. Andererseits
soll indessen die Geschwindigkeit der aus der Mündung des Zugrohres austretenden
Flüssigkeit nicht so groß sein, daß die darüber befindliche Flüssigkeit stark durchwirbelt
wird, da in diesem Falle die die schwebenden Feststoffe emportreibenden Blasen von
diesen losgelöst werden können, worauf die Feststoffe absinken und nicht sofort
von dem Flüssigkeitsspiegel als Schaum abgeschöpft werden. Das aufgeweitete obere
Ende des Zugrohres soll dem entgegenwirken. Die Erfahrung hat gezeigt, daß infolge
der beschriebenen Vakuumwirkung die Mündung des Zugrohres zweckmäßig etwa 37,5 cm
unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet werden kann, um innerhalb des erwähnten
Bereiches des wirksamen Vakuums zu sein. Der Abstand vom Flüssigkeitsspiegel kann
jedoch zwischen etwa 5 bis 37,5 cm schwanken.
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Der kontinuierlich gebildete Schaum aus hochgeschwemmten Teilchen
wird durch die federnden Abstreiferflügel 9o an den umlaufenden Armen 88 über den
Flüssigkeitsspiegel gefegt, wobei die Flügel den Schaum über die Rampe 92 in den
Trichter 94 streifen, so daß der Schaum abwärts fließt und durch den barometrischen
Schaumauslaßsteg, der durch das Rohr 96 und den Sumpf 98 gebildet wird, austritt.
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Die Scheidewand Io8 unterteilt den Behälterinhalt in zwei Flüssigkeitsmassen
oder -säulen IIo und II2, die in dem Bereich 116 kommunizieren. Dieser ist von dem
Wirkungsbereich des Vakuums hinreichend entfernt. Die Klarflüssigkeit bewegt sich
von der Säule iio durch den Bereich 116 in die Säule i 12 .und in dieser aufwärts
und fließt kontinuierlich über das Wehr 2o am oberen Rand der Säule 112 in die Rinne
22 und die Kammer 26. Von da geht sie in das Ausfiußrohr So, welches den barometrischen
Ausflußschenkel bildet. Die Klarflüssigkeitssäule 112 kommuniziert mit der
Säule i io aus der zu behandelnden Flüssigkeit, jedoch kann durch den Schwimmschaum
auf der Säule i io der Spiegel der zu behandelnden Flüssigkeit zusammen mit ihrem
Schaum etwas höher sein als der Flüssigkeitsspiegel der Klarflüssigkeit. Man kann
jedoch sagen, daß das Wehr 20, welches den Flüssigkeitsspiegel der Klarflüssigkeitssäule
11:2 bestimmt, auch den allgemeinen Flüssigkeitsspiegel der zu behandelnden Flüssigkeit
bestimmt. Die Anordnung der Stauwand und des Wehres sorgen auch für eine wirksame
Verteilung der Speiseflüssigkeit, indem sie eine gute Flotation bei einem kleinstmöglichen
Überlauf bewirken.
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Die Scheidewand io8 reicht über den Flüssigkeitsspiegel der Säule
iio so weit hinaus, daß der Schaum nicht über sie hinweg in die Klarflüssig--keitssäule
112 gelangen kann. Beide Säulen besitzen jedoch die gleiche Atmosphäre. Durch diese
allgemeine Anordnung sind die Klarflüssigkeit und die zu behandelnde Flüssigkeit
mit der Schaumschicht gut voneinander getrennt. Die aus der Flüssigkeit austretenden
Dämpfe oder Gase gehen in den über dem Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter vorgesehenen
Gasraum, von wo sie zu der Kammer 26 strömen und durch die Vakuumpumpe 40 kontinuierlich
in den Auslaß oder zu weiterer Behandlung abgesaugt werden.
Die
zu behandelnde Flüssigkeit kann auch unter dem Einfluß der Vakuumwirkung nicht schwimmfähige
Feststoffe enthalten. Diese Feststoffe sinken allmählich auf den Behälterboden I4,
wo sie sich als Niederschlag anhäufen. Dieser Niederschlag kann aus dem Behälter
z. B. mit Hilfe der umlaufenden Rechenarme 72 und ihrer Rechen oder Räumer 74 ausgetragen
werden. Die Umlaufgeschwindigkeit dieser Rechenarme ist so, daß der Niederschlag
nicht aufgewirbelt, aber in den Schlammsumpf 16 gedrückt wird, von wo er durch die
Pumpe 78 zur Abgabe oder zur weiteren Behandlung abgeführt wird.
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Es sei bemerkt, daß auf Grund der vorstehend beschriebenen Bauart
selbst bei schwachem oder gar keinem Vakuum innerhalb des Behälters Io nicht der
gesamte Flüssigkeitsinhalt schnell hintereinander ausfließen wird. Wenn in der Speiseleitung
56 kein Absperrorgan vorhanden ist, wird die Flüssigkeit aus dem Behälter nur bis
zum oberen Rand des erweiterten Teiles 6o des Zugrohrabschnittes 58 zurückfließen,
da weiter unten kein anderer Auslaß aus dem Behälter vorhanden ist.
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Wenn zur Begasung der Flüssigkeit Luft vorgesehen ist, kann die Belüftung
in einem offenen Behälter stattfinden. Wenn jedoch die Flüssigkeit oder die Flüssigkeitssuspension
einen verhältnismäßig hohen biochemischen Sauerstoffbedarf hat, sollte ein Gas verwendet
werden, das keinen Sauerstoff liefert, z. B. Stickstoff, Kohlendioxyd od. dgl. oder
Mischungen dieser, und wenn das verwendete Gas dazu neigt, die Flüssigkeit schnell
zu verlassen, sollte die Begasung bei bedeckter Kammer I2o stattfinden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß der über der Flüssigkeit herrschende
Druck, d. h. die Höhe des Vakuums von Bedeutung ist. Bei der oben beschriebenen
Einrichtung hat sich ein Druck von nicht mehr als ungefähr 582 mm Hg als zweckmäßig
erwiesen. Höhere Drücke sind ungeeignet. Ein höherer Druck als ungefähr 635 mm Hg
scheint von geringer Wirkung zu sein. Ein Druck von 535 mm Hg oder darüber ist äußerst
günstig. Da 13,6 cm Wasser I cm Hg entsprechen, muß, um wenigstens ein gewisses,
auf die ganze Flüssigkeit in dem Behälter, natürlich nicht an dem Behälterboden,
wirksames Vakuum zu erzielen, die Tiefe des Behälters in der Größenordnung von 22,5
X 13,6 oder roh 3 m liegen. In einem solchen Behälter, in dem ein Druck von ungefähr
76o - 225 mm = 535 mm. Hg auf den Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter wirkt, beträgt
der Druck etwa 30 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ungefähr 56o mm Hg,
und so nimmt nach abwärts auf etwa 30 cm Tiefe der Druck ungefähr um 25 mm
zu. Tiefer als 1,5 m indessen scheint nur eine geringe Vakuumwirkung zu sein. Dies
ist jedoch erwünscht, weil dadurch diese Flüssigkeitszone unterhalb 1,5 m Tiefe
in relativer Ruhe verbleibt und die Feststoffe von hohem spezifischem Gewicht ungestört
auf den Behälterboden absinken und beseitigt werden können. Die Scheidewand Io8
reicht zweckmäßig nach unten bis in einen Druck-Bereich, in dem sich ein Minimum
von Teilchen befindet, d. h., sie endet in einem Druckbereich von ungefähr 635 mm
Hg, gewöhnlich ungefähr 1,5 m vom Boden des Behälters, ein Bereich, in dem auch
die sich nach oben .in die Säule II2 bewegende Klarflüssigkeit keine Sinkstoffe
mitführt. Manche Flüssigkeiten brauchen nicht begast zu werden, weil sie schon genügend
Gas enthalten, um die Flotation ihrer suspendierten Teilchen unter der Wirkung des
Vakuums herbeizuführen. Eine solche Flüssigkeit kann in Fäulnis übergegangenes Kanalabwasser
oder aktivierter Schlamm oder irgendeine andere lufthaltige Flüssigkeit sein.
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Nicht sinkfähige oder langsam sinkende suspendierte Feststoffe stören
gewöhnlich das Absetzen von schnell sinkfähigen Feststoffen. Durch die Vakuumbehandlung
gemäß der Erfindung scheinen jedoch die langsam sinkenden Feststoffe nach oben geführt
zu werden, so daß zurückgebliebene, nicht schwimmfähige und sinkfähige Feststoffe
ihre normale freie Sinkgeschwindigkeit annehmen können. Auf diese Weise sinken die
sinkfähigen Feststoffe, die nicht schwimmen, schneller.
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In Fig. 2 ist die Flüssigkeitshöhe in dem barometrischen Ausflußsteg,
d. h. der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsspiegel in dem Sumpf 32 und dem Flüssigkeitsspiegel
in der Überlaufrinne 22 und Kammer 26, der durch die Höheneinstellung der Düsen
46 geregelt wird, durch die Linie a'-a bezeichnet. Diese Flüssigkeitshöhe a'-a bestimmt
den Grad des Vakuums, der in dem Behälter ohne Rücksicht auf die von der Pumpe 4o
entwickelte Leistung aufrechterhalten werden kann, vorausgesetzt, daß diese Pumpe
einen Vakuumgrad bewirkt, der wenigstens ein vorher bestimmtes Minimum erreicht
oder übersteigt. Betrachtet man den Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter Io als eine
Grundhöhe, nämlich eine durch das Überlaufwehr 2o bestimmte Grundhöhe, dann wird,
wenn der betriebsmäßige Flüssigkeitsspiegel in dem Sumpf 128 so gehalten wird, daß
sein Abstand b'-b von der Grundhöhe geringer ist als die wirksame Flüssigkeitshöhe
d -a in dem barometrischen Ausflußsteg, Flüssigkeit in den Behälter durch die Leitung
56 oder den barometrischen Einflußsteg zufließen und ein entsprechender Abfluß von
geklärter Flüssigkeit aus dem Behälter durch die Leitung 30 oder den barometrischen
Ausflußsteg stattfinden. Zum richtigen Betrieb der Einrichtung muß der Abstand b'-b
kleiner gehalten werden als der Abstand c'-c zwischen der Flüssigkeitshöhe im Behälter
Io und der Oberseite der Einlaßöffnung in die Leitung 56, da andernfalls die Vakuumwirkung
in dem Behälter io durch Eintritt von Luft aufgehoben oder vermindert würde, da
der durch den Sumpf 128 bewirkte Flüssigkeitsabschluß fortfallen und die Flüssigkeit
dann nicht durch die Zugrohrabschnitte 56 und 58 hinauf in den Behälter gezogen
würde. Um den Abstand b'-b oder die Flüssigkeitshöhe in dem barometrischen Einflußsteg
geringer als den Abstand c'-c zu halten, wird der bei a'-a als Flüssigkeitshöhe
in dem barometrischen Ausflußsteg angegebene Abstand so geregelt, daß er während
des Betriebs stets etwas
geringer bleibt als der erwähnte Abstand
c'-c. Der Abstand d"-d zwischen dem Flüssigkeitsspiegel in dem Sumpf 98 und der
durch das Wehr 2o bestimmten Grundhöhe ist erheblich größer als die Flüssigkeitshöhe
a'-a in dem barometrischen Ausflußsteg, da der in der Schaumauslaßleitung 96 vorgesehene
barometrische Steg für den Schaumauslaß voll Schaum ist oder wenigstens viel Schaum
enthält, der verhältnismäßig leicht ist im Vergleich zu der schweren Flüssigkeit
in dem barometrischen Ausflußsteg. Der bei d"-d angegebene Abstand veranschaulicht
die allgemeine Lage des Schaumstoffes in der Leitung 96, und gewöhnlich wird der
Spiegel d' schwanken, weil Schaummengen im Vergleich zu der Menge der schweren Flüssigkeit
schwanken, die mit dem Schaum austritt. Der barometrische Schaumsteg erfordert,
da er Schaum und etwas Flüssigkeit aufnimmt, eine wesentlich größere Höhe als die
Flüssigkeitshöhe a '-a in dem barometrischen Ausflußsteg.
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Die Stellung der Düsen 46 bestimmt und regelt auch die Höhe des Unterdrucks
in dem Behälter Io, und zwar durch Änderungen der Flüssigkeitshöhe in der Kammer
26, d. h. gleichzeitig auch des Abstands a'-a, wodurch das hydrostatische Flüssigkeitsgefälle
in der Leitung 30 erhöht oder vermindert wird. Außerdem verhindern die Düsen
46 ein etwaiges Zurücksteigen der Flüssigkeit in dem barometrischen Ausflußsteg,
wodurch der allgemeine Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter erhöht und die Apparatur
überflutet werden könnte.
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Der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter Io kann, wenn er nicht durch
das Überlaufwehr 2o bestimmt wird, mit dem Spiegel der kleineren Flüssigkeitsmasse
zu der Kammer 26 schwanken. Beispielsweise kann diese Kammer an ihrem oberen Teil
durch eine Röhre ähnlich dem Rohr 28 mit dem Behälter Io in Verbindung stehen und
Aufnahmedüsen enthalten; während sie an ihrem unteren Teil mit dem Behälter Io auf
einem Niveau in Verbindung steht, das unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in diesem
Behälter liegt, so daß die Düsen auch den Flüssigkeitsspiegel in diesem Behälter
regeln. In diesem Falle wird die Klarflüssigkeit unabhängig von dieser Kammer ausgeschieden
und entleert.
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Es wurde festgestellt, daß eine Einrichtung gemäß der Erfindung Flüssigkeitssuspensionen
kontinuierlich mit einer Überlaufgeschwindigkeit der Klarflüssigkeit von 2o m3 und
weniger bis 40 m3 und darüber in 24 Stunden pro 0,093 Quadratmeter der Flüssigkeitsfläche
verarbeiten kann. Dies hängt von dem erforderlichen Abscheidungsgrad der Feststoffe
ab. 6o bis 8o % der in der zu behandelnden Flüssigkeit suspendierten Teilchen können
als Schwimmschaum abgeschieden werden. Viele der zu behandelnden Flüssigkeiten sollten,
bevor sie in den Behälter eingeführt werden, belüftet oder begast werden, und der
dazu erforderliche Luft- oder Gasbedarf liegt in der Größenordnung von I5o bis 375
cm3 pro 1. Die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Entgasungskammer beträgt zwischen
etwa 5 bis 2o Minuten, bezogen auf durchschnittlichen Durchfluß, j e nach der Art
der angewendeten Belüftung und nach dem erforderlichen Klärungsgrad. Die Verweilzeit
der Flüssigkeit in dem Vakuumflotationsbehälter ist in der Größenordnung von 3 bis
Io Minuten, bezogen auf durchschnittlichen Durchfluß in dem Behälter, und hängt
ebenfalls von dem erforderlichen Klärungsgrad ab.
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Die Auslässe des Behälters für die Klarflüssigkeit und den Schaum
sowie die Flüssigkeitszufuhr in den Behälter sind jeweilig durch barometrische Stege
od. dgl. verschlossen, um Undichtheit oder den Lufteintritt an diesen Stellen zu
verhindern. Dadurch wird der gewünschte Unterdruck über der Flüssigkeit voll aufrechterhalten.
Kleine Luftundichtheiten, die in dem geschlossenen Behälter an irgendwelchen Stellen
entstehen könnten, werden bis zu ihrer Behebung durch die Vakuumpumpe ausgeglichen,
die auch ein Zurücksteigen der Flüssigkeit durch die Leitung 30 verhindert.
Durch eine solche Anordnung wird die wirksame Höhe des barometrischen Steges, welcher
die Abflußleitung für die Klarflüssigkeit abschließt; annähernd auf der gewünschten
Höhe konstant gehalten, und daraus ergibt sich eine konstante Ausflußkraft, die
zur Aufrechterhaltung eines verhältnismäßig gleichmäßigen Unterdrucks in dem Behälter
ausreicht.
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Die meisten bekannten Flotationsverfahren erfordern Schaum- und Niederschlagszusatzmittel,
die der zu behandelnden Flüssigkeitssuspension zugegeben werden. Solche Chemikalien
oder ähnliche Mittel erscheinen nicht erforderlich, wenn Flüssigkeiten, welche zur
Fäulnis neigende organische Stoffe, Öle oder Fette enthalten, nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren und in der beschriebenen Einrichtung behandelt werden.
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. Bisher wurden Absetzbehälter als Klargefäße in erster Linie benutzt,
um aus Flüssigkeitssuspensionen die normalerweise sinkfähigen Feststoffe abzuscheiden.
Die normalerweise schwimmfähigen Feststoffe würden zu der Oberfläche aufsteigen
und einen Schwimmschaum bilden, der unter Umständen nur schwierig entfernt werden
kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung scheidet feinverteilte Stoffe in erster Linie
durch Flotation und nicht durch Absetzung aus und arbeitet daher nach einer entgegengesetzten
.Theorie. Sie soll aus der Flüssigkeitssuspension nicht nur normal schwimmfähige
Teilchen ausscheiden, sondern auch normalerweise nicht schwimmfähige Teilchen, die
unter der Vakuumwirkung schwimmfähig werden. In einem Klärbehälter werden suspendierte
Feststoffe von einer gewissen kritischen Größe an entweder sinken; oder äußerst
langsam aufsteigen, während die erfindungsgemäße Methode und Einrichtung sie zum
schnellen Aufsteigen veranlaßt. Die Einrichtung erfordert weniger Grundfläche und
.gibt, da sie aus einem geschlossenen Behälter besteht, keine Gerüche ab, und der
häßliche Schaum ist nicht sichtbar. Die Sinkgeschwindigkeit nicht schwimmfähiger
Teilchen wird auf diese Weise wesentlich verbessert, und zwar offenbar
durch
eine Entgasungswirkung auf die Teilchen.
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Zuweilen hat das in die Einrichtung eintretende Kanalabwasser eine
verhältnismäßig hohe Temperatur, die zumal bei geringem Kanalgefälle und langen
Leitungen häufig vor der Klärbehandlung zu einer beträchtlichen Wirkung anaerober
Bakterien führt, mit dem Ergebnis, daß in dem ankommenden Kanalwasser gewöhnlich
erhebliche Mengen von Gasblasen, hochgeschwemmtem Schaum und oben schwimmendem,
teilweise zersetztem Kanalschlamm vorhanden sind. Die Entleerung von großen Mengen
von Flüssigkeit aus Flaschenspülereien im Kanalsystem erschwert noch dieses Problem
und vermehrt den Schwimmschaum. Die Einrichtung der Erfindung ist jedoch auch dann
wirksam, da nicht nur der Schaum und der Schlamm abgeschieden werden, sondern das
behandelte Kanalwasser vor der Behandlung entgast wird. Feinverteilte Gasblasen
in dem Kanalwasser oder einer anderen Flüssigkeit haben eine entschieden schädliche
Wirkung auf die Absetzklärung, so daß die Befreiung des Kanalwassers von dem mitgeführten
Gas die folgende Absetzung wesentlich erleichtert und auch den unangenehmen Geruch
abschwächt. In der Einrichtung kann auch der Schaum abgeschieden werden, während
die entschäumte Flüssigkeit zusammen mit nicht schwimmfähigen Feststoffen an anderer
Stelle austritt.
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Die Flüssigkeit kann der Flüssigkeitsmasse in dem Behälter auch anders
als in der beschriebenen Weise zugeleitet werden. Beispielsweise könnte sie nach
abwärts auf diese Flüssigkeit an den Flüssigkeitsspiegel gefördert oder gespritzt
werden. Die zweckmäßigste und wirksamste Art der Zuführung der Flüssigkeit und der
suspendierten Feststoffe ist jedoch in dem Bereich des verminderten Druckes.