DE1767720A1

DE1767720A1 - Verfahren und Anordnung fuer die chemische Klaerung von Fluessigkeiten,insbesondere fuer die Wasseraufbereitung

Info

Publication number: DE1767720A1
Application number: DE19681767720
Authority: DE
Inventors: Oldrich Dracka; Svatopluk Mackrle; Vladimir Mackrle
Original assignee: RUDNE A NERUDNE DOLY NARODNI P
Current assignee: RUDNE A NERUDNE DOLY NARODNI P
Priority date: 1967-06-30
Filing date: 1968-06-08
Publication date: 1972-03-30
Also published as: AT288274B; GB1227767A; BE717102A; US3524810A; FR1578178A; ES355615A1; NL6809206A; IT1056723B; CH502960A

Description

Patentanwalt

Dr.Wa'ih

Hannover, Abbestr. 20 1 7 R 7 7 O Λ

5. Juni I96S

Meine Akte: 14-7υ Dr₀J,/Hl₀

Rudne; a nerudne doIy, närodni podnik, ^j po vice

Verfahren und Anordnung für die chemische iilärung von Flüssigkeiten, insbesondere für die Wasseraufbereitung

Bei der chemischen Wasseraufbereitung wird als Fällprozeß üblicherweise- eine Koagulation mittels hydrolisierender Koagulenten■durchgeführt. Die durch Koagulation er^eurte Suspension v/ird ^rennvorgängen unterv/orfen, uie trennung erfolgt in einer Flockenwirbelschicht und durch Filtration» Die Güte der Wasseraufbereitung Iiän^t vom Wirkungsgrad der Koagulation und der 'frennvorgänro ab„

xiei bekannten Vorfahren und Anordnungen der chemischen yafjo er auf boi-eitung werden keineswegs die durch Koagulation entstandenen Niederschläge und bakteriologischen Verunreinigungen des Wassers vollkommen beseitigt, jiine i'Olgo ist; die Gegenwart von Fällmitteln im aufbereiteten -V/asser" in einer höheren Menge als sie dew Lösungsvermögen der Rrodukte dor Hydrolyse des Koagulonten entspricht.

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In manchen besonderen Industriezweigen ist die bei der üb lichen Wasseraufbereitung sich zeigende Menge des restlichen Koagulenten größer als es gestattet v/irdo Din erhöhter Koagulentinhalt auch in einer Menge, die noch den Trinkwassernormen entspricht, wirkt aber meisu schädlich auf die Rohrleitung, da die Gegenwart von Koagulenten eine der Hauptursachen der Rohrleitungskorrosion ist.

Das Durchdringen von Bakterien bei der üblichen Trinkwasseraufbereitung erfordert jeweils eine Desinfektion des V/assers entweder während oder nach der Wasseraufbereitung«,

Die Nichthomogenität der suspendierten Teilchen bei den derzeit verwendeten Anordnungen hat ihre Ursache in dem vor den Trennvorgängen angewendeten Koagulationsverfahren. Es wird nämlich bei chemischer V/asseraufbereitung jeweils der Koagulent in einer Menge beigefügt, die eine starke Übersättigung darstellt, sodaß die !Fäll vorgänge sehr schnell und unregelmäßig vor sich gehen, v/o durch Teilchen der Flockensuspension sehr unterschiedlicher Größe entstehen und wegen des statistischen Charakters des '-einseitigen Kontaktes auch unterschiedliche Form und Konsistenz aufweisen. In bestehenden Anordnungen, die ein Rühren der !flüssigkeit im Koagulierraum anwenden, ist ;>ie Intensität und Zeit des Rührens iiu Koagulenzraum zum

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überführen der sich bildenden Teilchen in eine Suspension, die getrennt werden kann, auf das Bilden einer Flöckensuspension ohne genügende Homogenität und Konsistenz beschränkt ο Deshalb dringen bei höherer Durchflußgeschwindigkeit der .Flockenwirbelschicht feine Flockenteilchen durch bis zum Filter, wo sie oft nicht einmal durch Filtration aufgefangen werden«, Ein Rühren im Koagulenzraum ist derzeit vor allem an bestehenden älteren drucklosen Anordnungen mit unvollkommen schwebender Flockenwirbelschicht bekannt, da die "unvollkommenheit des Sedimentations tr ennvor^anges eine Flockensuspension möglichst großer Abmessungen forderte, welche durch ein derartiges Rühren erzielt wurde. An neueren Anordnungen mit einer vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht,· wo als Trennvorgang eine Filtration vorgenommen wird, wurde ein Rühren im Koagulationsraum überhaupt ausgelassen, denn der Wirkungsgrad dieses Vorganges war so hoch, daß bei kleineren Austrittsjesehwindigkeiten und nachfolgender Desinfektion das gereinigte Wasser den bestehenden Normen entspräche Auch neuere bestehende Anordnungen, die unter Druck mit vollkommen schwebender Flockenwirbelscllicht und mit Filtration arbeiten, verwenden nicht ein Rühren im Koagulationsraum,, Deshalb war auch keine der bestehenden Anordnungen fähig, ohne Desinfektion normengemäß zu arbeiten, das ist, bakteriologisch einwandfreies Wasser mit einem Gehalt von Koarailenten bis zur Grenze der Lösbarkeit von Produkten

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der Hydrolyse dieser Koagulenter; zu schaffen. Das Durchdringen des Koagulenten und der Bakterien bei der üblichen Wasseraufbereitung ist einerseits die Folge der Nichthomogenität der durch die Koagulation entstehenden Teilchen der Flockenwirbelschichtsuspension, andererseits eines ungenügenden Wirkungsgrades der Filtration mit 3inschichtfilterfüllung bei ungenügender Feinheit„

Das Verfahren und die Anordnung für die chemische Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere für die VJaQ s er auf bereitung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, beliebt diese Wachteile ο

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß vor dem Absondern mittels einer vollkommen schwebenden Flockem;irbelschicht die durch Koagulation entstehende Suspension durch Turbulenz homogenisiert und verdichtet wird und der Teil der Flockensuspension, der durch die vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht nicht beseitigt wird, durch eine mit mehreren feineren Schichten versehene Filter'füliung unter bberdruck filtriert wird.

Das Homogenisieren und das Verdichten der Flockensucpenüiu bsruht in einer mehrfachen Desintegration der Teile der Flockensuspension, die im Verlauf der Koagulation eine gewisse Größe überschreiten und der Teilchen, die weniger dMit sind, und in einer wiederholten Agglomeration

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der durch Desintegration entstandenen Teile der Flockensuspension zusammen mit kleineren Teilchen der Flockensuspension derart, daß die schließlich entstandene Flockensuspension aus dichten Flockenteilchen ve» im wesentlichen gleicher Größe besteht. Der optimale Verlauf und die Intensität der Turbulenz während des Homogenisierungs- und Verdichtungsvorganges sind derart bemessen, daß die Größe der Teilchen der homogenisierten Suspension unterhalb der _Ä Größengrenze der der Desintegration durch Turbulenz ausgesetzten Flockenteilchen im Trennspalt zwischen dem Homogenisätionsraum und dem die vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht enthaltenden Raum ist. Die Homogenisation und. aas Verdichten der Flockensuspension fordert gegenüber einer bloßen Koagulation einen größeren Homogenisa tionsraum, ein genügend großes Verhältnis der Höhe und Breite dieses Raumes und eine geeignete Turbulenzquelle.

.joi der erfindungsgemäßen Anordnung ist vor dem Filter . ™ mit Hehrschichtfilterfüllung und vor der vollkommen ashweuüiiden Flockenwirbelschicht in einem einzigen Druckbehälter ein Kouogenisationsraum vorgesehen, in welchem sich eine mechanische Anordnung -ziua V/asserrühren befindet. Dieser Homogeni^.i-.ionsraum liegt im Mittelteil in der :;;an- 'Atyn Höhe der juüOrdnung, wobei- diesem Raum ein Filter mit Hehrsciiicxitfilterxüllung in lorn eines ivxeisringraurnes anf--· MiederL- Lat, be'Temrb au .-cn eine Zwischenwand innerhalb

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des Homogenisationsraurnes und die V/and des Homogenicationsraumes, die diesen Raum von den Räumen für das Abscheiden der Suspension mittels der vollkommen schwebenden Plockenwirbelschicht trennt»

Diese Lösung erlaubt die Beibehaltung einer geringen Höhe der Anordnung auch bei großem erforderlichen Inhalt des Homogenisationsraumec und die Beibehaltung einer geeigneten S¹Orm mit Rücksicht auf die Homogenisation und das Verdichten der Flockensuspension. Die Zugänglichkeit cles Homogenisationsrauines von zwei Seiten erleichtert eine Anwendung von mechanischen von außen betätigten Rührvorrichtungen zur Erreichung eines optimalen Verlaufes der Turbulenz im Homo£enisationsraum₀ Die Hehrschichtfilterfüllung mit sich verkleinernder Korngröße des FiI-termaterials der einzelnen Schichten in Richtung der Wasserströmung wird derart gewählt, daß bei maximal ausgenützter Schlammkapazität des Filters die Korngröße der letzten !Filters chicht den erforderlichen FiIt er effekt verbürgt„

Das Wesen der Erfindung ist an zwei in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Beispielen der erfindungsgemäßen Anordnung, die in einer Ansicht im Schnitt dargestellt sind, näher erläutert» Es zeigen:

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ii'igc 1 eine Anordnung mit mechanischer Betätigung eier Rührvorrichtung,

Pig. 2 eine ähnliche Anordnung mit hydraulischem Antrieb der Rührvorrichtung durch Düseneffektj

Fig. 3 eine Ansicht auf den in !Form eines Segnerrades ausgeführten Antrieb .

Die Reinigungsanordnung ist gemäß Figo 1 konstruktiv derart aufgebaut, daß in einem einzigen Druckbehälter mit einem Hantel 14 vor den Filter F mit Hehrschicht- _s filterfüllung und vor der vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht mit den Arbeitsräumen B, C, D ein Raum A für die Homogenisation und Verdichtung der durch Koagulation entstehenden Flockensuspension eingereiht ist,

In der als Beispiel dargestellten Anordnung ist der Homorjenisationsraum A mit einer Vorrichtung zum Rühren des Wassers versehen. Der Homogenisationsraum A hat die Form eines im Mittelteil entlang der ganzen Höhe angeordneten Zylinders, welchem der Filter F mit Hehrschichtfilterfüllung in Kreisringx'orra angegliedert ist, der durch eine Zwischenwand 11 innerhalb des Homogenisationsraumes A und die Wand 10 des Homogenisationsraumes begrenzt ist, die den Homogenisationsraum A von den Räumen B, G₅D für das Absondern der »Suspension durch die vollkommen

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schwebende Flockenwirbelschicht trennt, die sich zwischen der Wand 10 des Homogenxsationsraumes A und dem Außenmantel 14- des Druckbehältern befinden« Die Rührvorrichtung im Homogenisationsraum A besteht gemäß Fig. 1 aus einem vertikalen Gitter 15? welches an einem rotierenden Teil der Zufuhrleitung 1 befestigt ist, wobei dieser rotierende Teil der Zufuhrleitung 1 sich gegen ein Fußlager 17 stützt und über einen exzentrischen Zapfen 18 vom motorantrieb '16 angetrieben wird« Oben wird die Lage des rotierenden Teiles der Zufuhrleitung 1 durch einen Zentrierbolzen 19 gesichert.

Gemäß Fig. 2 und 3 wird ein hydraulischer Antrieb durch Düseneffekt in Form eines Se^nerrades 20 verwendet, das am oberen Ende des rotierenden Teiles der Zufuhrleitung i befestigt ist_e -

Der Homogenisationsraum A, in welchen die Zufuhrleitung 1 des zu reinigenden V/assers mündet, ist mittels des i/o<rrleitungsspaltes 2 und des -.uxermspaltes 5 niit dem Raum B mit der vollkommen schweoen-den Flockenwirbelschicht verbunden. Der Trennspalt $ in Form eines ;:enau bearbeiteten kreisringförmigen Ausschnittes befindet sich im unteren Teil des sich trichterförmig verengenden Raumes B mit der vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht zwi&cr.en ^r Wand 10 des Homogeniaationsraumes A und dir Tr era nc and ^l\_}

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die den Raum B mit der vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht vom Verdichtungsraum C trennt. Der trichterförmige Raum B mit der vollkommen schwebenden Flocken-Wirbelschicht wird durch die Viand 10 des Homogenisations-■ räumes A und die Trennwand 4 gebildet, die diesen Raum vom Verdichtungsraum C trennt, der durch diese Trennwand und den Außenmantel 14 des Druckbehälters der Anordnung ■'■gebildet' wird₀ An der Oberfläche des vollkommen schwebenden Flockenwirbel schicht ist der Raum B mit dem Verdi clangs» raum 4 durch Offnungen 5 verbunden, die im Verdickungsraum G mit einer Gleichrichtwand 6 versehen ist. Der Filter F iot mit dem Klarwasserraum D durch Überlauföffnungen 9 und mit dem Verdickungsraum G zur Schlammverdicl-ung durch eine Uberlaufrohrleitung 7 des abgesetzten Wassers verbunden. Die Rohrleitung 8 dient zum Ablassen dos gefilterten Wassers .und für die Zufuhr von Spülwasser beim Reinigen der Anordnung und die Rohrleitung 12 entleert das Spülwasser aus dem Sammelringraum Ip im Oberteil des Filters F. Der Druckbehälter der Anordnung besitzt eine für die Erzeugung vorteilhafte Form, gebildet dui'cli eine Kombination eines Kugel- und Rotationskörpers_o

Die beschriebene Anordnung wirkt folgendermaßen: Die zu !"Irrende Flüssigkeit mit den Zusatzfällmitteln wird durch die Zufuhrleitung 1 in den Horuagenisationsraum A bei Waß-serklM rung mit einem Überdruck etwa 0,3 bis 1,0 atü

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geleitet, wo die durch Koagulation entstandenen „'locken durch die durch die Rührvorrichtung 15 erzielte Turbulenz bei verlängertem Aufenthalt derart homogenisiert und verdichtet werden, daß die resultierende 3?lockensuspension der Größe und Dichte nach nahezu homogen ist, von einer Größe, die nicht einer Desintegration durch Turbulenz im Trennspalt 3 unterliegt, der der set angeordnet und bemessen ist, daß die fluide Flockenwirbelschicht vollkommen schwebenderhalten bleibt, um jeder Sedimentation im Raum h der vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht vorzubeugen» Eine genügende Dichte und gleichförmige erwünschte Größe der Suspensionsteilchen, die nicht einer Desintegration im Trennspalt 3 unterliegen, wird binnen 10 bis Iy Minuten unter Anwendung einer gitterförmigen Rührvorrichtung 1> erzielt, die zusammen mit eiern rotierenden Teil der Zufuhrleitung 1 mit einer Drehgeschwindigkeit in der Größenordnung von einigen Zehn Umdrehungen in der Minute rotiert. Durch den Überlaufspalt 2 tritt die au klärende flüssigkeit mit den homogenisierten !!'locken in den Raum z, der vol—:o:.:uen schwabenden Elockenwii'belschicht ein, wo die i'lüssigkeiu im Trennspalt 3 jleichmiUjic vertikal mit einer für .tie erhaltung der ELockenwirbelscuicirb in vollkommen schuebeiv-.eu Zustand erforderliches» Gaccuwinclij-keit verteilt wird. ...^ der vollkommen schwebenden Picc.-.fauv/ii'belsc.·- iciit werden diese Teilchen in größeren Scharen koaguliert und hier

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ax\£gehalten, wobei ein uleil äer Flüssigkeit mit überschüssiger Suspension aus der vollkommen schwebenden Floclcenwirbelschicht durch die Öffnungen 5 strömt unä äurcli die Gleichrichter wand 6 im Verdickungsraum G gleich-,''Grientet wird,, Die gel:lärte Flüssigkeit aus der vollkcuüien schwebenden lO-Ockenwirbelschicht wird durch den Kiarwasserraum D durch die Uberlassöffnungen 9 dem Pil— ter P augeführt. Die abgesetzte flüssigkeit aus dem Yerdickungsraum G strömt durch die üb erlauf rohrleitung 7 gleichfalls zum PiIter P₀ Die geklärte und abgesetzte flüssigkeit wird im Pilter P über eine Hehrschichtfilterf.üllung mit sich verkleinernder Korngröße des Piltermaterials der einzelnen Schichten in Richtung der Plüssigkeitsströmung filtriert„ Die Korngröße der einzelnen Schichten und ihre Höhe ist so gewählt, daß für den gegebenen Druck in der Anordnung eine maximale Schlammkapasität der Pilterjfüllung erreicht wird sowie eine quantitative beseitigung des Koagulenten und der Bakterien ersielt wird und dabei eine beständige Schichtung der einzelnen Filterschichten auch nach dem Spülen des Filters P beibehalten wird. Das Wasser bzw_o die Flüssigkeit wird aus dem Filter F durch die Rohrleitung 8 abgeführt. Die Rohrleitung 8 zur Abfuhr des filtrierten Wassers dient auch für die Zufuhr von Spülwasser sum "Waschen der Filterfüllung» Dieses Spülwasser wird schließlich

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über den Samrnelringraum IJ und die !Rohrleitung 12 aus dem Filter F abgeführt.

Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt eine Reihe von Vorteilen: die Homogenisation und Verdichtung der Flockensuspension und die Anwendung einer Kehrschichtfilterfüllung für eine unter'Druck stehende Anordnung für die chemische Wasseraufbereitung mit zwangläufigem Umlauf neigt sich nicht nur im Wirkungsgrad der Absonderungsvorgänge durch eine qualitativ vollkommene Beseitigung von Bakterien und den erhöhten Grad der Beseitigung des restlichen Koagulenten bis zur Grenze des Lösungsgrades der Produkte der Hydrolyse des Koagulenten vorteilhaft, sondern auch quantitativ durch Erhöhung der Geschwindigkeit der I'reunvorgänge ₀.

Der erhöhte Wirkungsgrad des Beseitigens des Koagulenten hat besonders große Bedeutung für die Industriewasseraufbereitung, die einen' geringeren Gehalt an restlichen Koagulenten im aufbereiteten Wasser fordern als die rlormen für Trinkwasser, sun Beispiel für die Wasseraufbereitung für eine Demineralisation durch Ionenaustausch, für die Wasseraufbereitung bei der Urzeugung von Kunstfasern usw. Vorteilhaft ist die Herabsetzung der Korrosion durch die Verringerung der Gegenwart des restlichen Koagulenten. Der erhöhte Reinigungswirkungsfrad des vorliegenden

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Verfahrens und der Anordnung für die bakteriologische Verunreinigung bringt einen zusätzlichen Effekt, denn es ermöglicht das Erzielen eines hygienisch einwandfreien Wassers ohne Anwendung von Desinfektionsmitteln» Bei vollkommen mechanischer Wirkung des vorliegenden Verfahrens zur Beseitigung von'Bakterien kann auch ein hoher Wirkungsgrad auf niedrigere Mikroorganismen im Wasser, zum Beispiel auf Viren vorausgesetzt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Rührens im Homogenisationsraum in Anordnungen, die eine vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht verwenden, ist es, daß durch Fluktuation der Strömung und Bewegung der Rührvorrichtung ein Verstopfen des irennspaltes 3 verhütet wird, der verhältnismäßig eng ist und an Anordnungen dieser Art'zeitweilig verstopft wurde,,

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren für die chemische Wasseraufbereitung durch Koagulation und Absondern der Suspension in einer vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht mit nachfolgendem Filtrieren in einer Anordnung mit zwangläufigem umlauf unter V/asserÜberdruck in der Zufuhrleitung, dadurch gekennzeichnet,

daß vor dem Absondern durch die vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht die durch Koagulation entstehende Suspension durch Turbulenz mittels mechanischer Mittel homogenisiert und verdichtet wird,/daß die entstandene Flockensuspension nicht einer v/eiteren Desintegration im Trennspalt zwischen dem Homogenisationsraum und dem die vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht enthaltenden Raum unterworfen wird,(und der durch die vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht nicht beseitigte Teil der Flocjjensu&pension mittels einer Hehrschichtfilterfüllung filtriert wird»

2o, Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß vor einem Filter (F) mit HehTSchichtfilterfüllun:; und von der vollkommen schwebenden Flockenwirbelscaicht in einem einzigen Druckbehälter ein Homogenisationsraum (A) angeordnet ist, in welchem eine mechanische

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Vorrichtung (15) zum Rühren des Wassers vorgesehen isto

Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Homogenisationsräum (A) den mittleren Teil entlang der ganzen Höhe des Behälters einnimmt, wobei diesem Raum ein Filter (F) mit Mehrschichtfilter'füllung in Ringform angegliedert ist, begrenzt durch eine Zwischenwand (11) innerhalb des Homogenisationsraumes (a) und die Wand (10) des Homogenisationsraumes (A),.die diesen Homogenisationsraum (A) von den Räumen (BjC und D) für das Absondern der Suspension durch die vollkommen schwebende Flockenwirbelschicht trennen«

Anordnung nach Anspruch 2 oder J-, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Trennspalt (5) in Form eineskreisringförmigen Ausschnittes im unteren Teil des sich trichterförmig verengenden Raumes (B) der vollkommen schwebenden Flockenwirbelschicht zwischen der Wand (10) des Homogenisationsraumes (A) und der trennwand (4) vorgesehen ist, die den Raum (B) der vollkommen schwebenden Flockenv/irbelschicht vom Verdichtungsraum (C) trennt.

Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4-, ■

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dadurch frel:ennseichnet, daß ihr Druckbehälter als Kombination von Kugel- und Rotationskörpern ausgeführt ist«

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