DE68911553T2

DE68911553T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Wasser durch Absetzen unter Verwendung von feinem Sand.

Info

Publication number: DE68911553T2
Application number: DE68911553T
Authority: DE
Inventors: Guy Pierre Bablon; Gilbert Desbos
Original assignee: OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2009-02-25
Also published as: CN1036512A; ES2010982A4; ES2010982T3; NO890793D0; EP0330582B1; NO174492C; US4927543A; NO174492B; DE68911553D1; CA1333108C; NO890793L; FR2627704B1; CN1017870B; EP0330582A1; FR2627704A1; JPH01270912A; HK114394A; JP2634230B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser (insbesondere zur Klärung/Reinigung) durch Koagulieren/Absetzen.
Diese Behandlung zielt hauptsächlich darauf ab, die in Abwässern suspendierten Stoffe zu beseitigen. Das so geklärte Wasser wird dann nachfolgenden Behandlungsvorgängen unterzogen, die es, je nach Fall, für den häuslichen Verbrauch annehmbar, für industrielle oder landwirtschaftliche Bedürfnisse verwendbar oder in die natürliche Umgebung rückführbar machen.
Die zu beseitigenden, suspendierten Teilchen können von sehr verschiedenen Beschaffenheiten, sehr geringen Abmessungen (in der Größe eines Mikrometers) und in Anteilen vorhanden sein, die sehr gering wie auch sehr groß sein können: Ihr Abscheiden durch natürliches Absetzen kann nicht unmittelbar mit großer Geschwindigkeit erfolgen, weshalb auch bekannt ist, vorher dem zu behandelnden Abwasser Behandlungs- Hilfsmittel hinzuzufügen, die durch chemische oder physikalische Wirkung das Bilden und das Wachsen von Teilchen (die gewöhnlich Flocken genannt werden) fördern, die in einer späteren Phase relativ leicht abzusetzen sind. Sehr allgemein enthalten diese Hilfsmittel Koagulierungsmittel, wie z.B. Mineralsalze (Eisen- oder Aluminiumsulfat, Eisenchlorid...), die eine Hydrolyse der suspendierten Stoffe hervorrufen, und Flockungsmittel (Polymere des Typs "Polyelektrolyt"...), welche die Anhäufung und das Wachstum der so gebildeten Keime fördern.
Die so gebildeten Anhäufungen oder Flocken durchlaufen dann eine (oder mehrere) Klärzone(n), in deren oberen Teil man das geklärte Wasser und in deren unteren Teil man den Schlamm wiedergewinnt, der manchmal nach geeigneter Behandlung wiederverwertet wird.
Dieses Verfahren war Gegenstand zahlreicher Verbesserungen, die darauf abzielten, zugleich die Abzugsgeschwindigkeit des geklärten Wassers und das Extraktionsvermögen an suspendierten Stoffen (Verringerung des Gehaltes an festen Teilchen und der Trübung) zu steigern. Man kann sich in diesem Zusammenhang auf den Text des Vortrages von Mr. DAUTHUILLE auf dem Kongreß in Nizza (15.-18. Juni 1987) beziehen, der durch die A.G.T.H.M. in den Protokollen dieses Kongresses veröffentlicht wurde.
So hat man insbesondere versucht, die Bildung von Flocken in der Phase des Koagulierens / der Flockung durch die Zuführung von Keimen zu beschleunigen.
Deshalb wurde in dem am 4. August 1964 angemeldeten Patent FR-1.411.792 vorgeschlagen, in das mit Reagenzien belastete Wasser eine Hilfssubstanz zur Klärung, insbesondere aus feinen Sandteilchen (20 - 200 um), einzuspritzen. Nach der Verteilung dieses Feinsandes läßt man das Abwasser mit kontinuierlich abnehmender Geschwindigkeit zirkulieren, und zwar von oben nach unten, um ein Wachsen von an den Sandteilchen gebildeten Flocken bis zu einer Abmessung in der Größe von 1 bis 4 mm zuzulassen, während die Schwerkraft die Stabilisierung der Verteilung des Sandes im Wasser fördert, und dann von unten nach oben, während die Schwerkraft die durch den Sand beschwerten Flocken zum Boden hin zurücksinken läßt. Der so gebildete, sandige Schlamm wird rückgewonnen und die Sandteilchen von diesem getrennt. In Kläranlagen, die nach diesem Prinzip funktionieren und unter der Bezeichnung "CYCLOFLOC" bekannt sind, erzielt man gewöhnlich Klärgeschwindigkeiten von 6 bis 8 m/h.
Es sei daran erinnert, daß die Klärgeschwindigkeit (oder die Geschwindigkeit am "Wasserspiegel") der Quotient aus der Ausbringung (in m³/h) geteilt durch die freie Fläche (in m²) der Klärzone ist.
Später wurde, insbesondere durch das (am 28. September 1966 angemeldete) Patent FR-1.501.912 und das (am 16. Dezember 1969 angemeldete) Patent FR-2.071.027, ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem man das Abwasser eine Wirbelschicht aus körnigem Material (in der Praxis aus Sand) von unten nach oben mit einer kontinuierlich abnehmenden Steiggeschwindigkeit durchqueren läßt. Dieser Wirbelschicht wird mit Schlamm beladener Sand entnommen, den man nach der Trennung vom Schlamm rezykliert. Oberhalb der Wirbelschicht sind Lamellensätze vorgesehen, um die Klärung zu verbessern. Nach diesem Prinzip arbeitende Kläranlagen oder Reinigungsanlagen, die gewöhnlich "FLUORAPlD" gennant werden, lassen das Erreichen von Abzugsgeschwindigkeiten (einer Überlauf- oder Klärgeschwindigkeit) von 8 bis 15 m/h zu.
In neuerer Zeit wurde ein Verfahren zur Klärung ohne Sand entwickelt, das in einer in dem am 7. Oktober 1983 angemeldeten Patent FR-2.552.082 beschriebenen Version empfiehlt, zwischen einer Reaktionskammer (Flockung und/oder Absetzen) und einer Lamellen-Klärkammer eine Zwischenkammer zur Verdickung und Klärung vorzusehen. Die Reaktionskammer weist zwei Kammern auf, die an ihren unteren und oberen Enden miteinander in Verbindung stehen; ein axial förderndes Flügelrad bewirkt in der Hauptkammer einen Durchsatz, der sehr viel größer als der Zuleitungsdurchsatz des Abwassers ist, wodurch eine Rückführung von der Seitenkammer zum Grundteil der Hauptkammer hin hervorgerufen wird. Zu dieser Stelle gelangt auch ein Teil des am Boden der Zwischenkammer gesammelten Schlamms. Das Flocken enthaltende Wasser gelangt durch Überlaufen in den oberen Teil der Zwischenkammer: die Flocken verdicken sich dort und lagern sich zu 85 bis 90 % am Boden ab. Das teilweise geklärte Wasser gelangt dann in die Lamellen-Klärkammer, um dort die Klärung zu vollenden: durch die geringe Restdichte an Flocken kann eine Anhäufung von Schlamm unter den Klärlamellen, die den allgemeinen Klärvorgang verlangsamen kann, vermieden werden. Es scheint, daß man auf diese Weise Klärgeschwindigkeiten erzielen kann, die 35 m/h erreichen können, wenn die für die Qualität des behandelten Wassers erforderlichen Maßnahmen maßvoll bleiben, wie dies bei städtischen Abwässern der Fall ist.
Durch die US-A-4 388 195 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwässern bekannt, bei dem das Wasser Mischzonen mit Reagenzien und eventuell granulierten Materialien, eine Zwischenzone zur Anhäufung von Flocken, in der durch ein Drehelement eine sehr mäßige Rührbewegung erzeugt wird, sowie eine Klärzone durchläuft, wobei ein Teil des gesammelten Schlamms in einer der Mischzonen rezykliert wird.
Es ist festzustellen, daß bei den bekannten Lösungen das Verdicken der Flocken in einer Zone erfolgt, die arm an Turbulenzen ist, die zum Beschädigen der Flocken während des Wachstums geeignet sind.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Abzugsgeschwindigkeit der Klärung noch zu steigern, ohne dafür die Qualität des so behandelten Wassers aufzugeben.
Sie schlägt daher ein Verfahren zur Klärbehandlung von Wasser gemäß Anspruch 1 vor.
Sie schlägt auch eine Vorrichtung zur Klärbehandlung von Wasser gemäß Anspruch 9 vor.
Bemerkenswert ist, daß im Verhältnis zu den bekannten Lösungen sich die Erfindung durch eine Verwendung von granuliertem Material, die mit einem Halten von erheblichen Turbulenzen in der Aggregationszone kombiniert wird, auszeichnet. Ferner erfolgt der hauptsächliche Teil der Klärung in der Lamellen-Klärzone, was die jüngsten Lösungen gerade zu vermeiden suchen.
Tatsächlich ließ nichts a priori vorhersehen, daß das Injizieren von granuliertem Material eine Verbesserung der Klärgeschwindigkeit in bezug auf irgendeine der bekannten Lösungen zulassen könnte, zumal dessen Anwesenheit im Gegenteil Nachteile zu zeigen scheint: es erfordert das Hinzufügen eines äußeren Wiedergewinnungskreislaufes, um von ihm, vor der Rezyklierung, den gebildeten Schlamm zu trennen; zudem könnten in dem bestimmten Fall der Verwendung von Sand dessen unerwünschte Reibeigenschaften einen Fachmann dazu anregen, davon keinen Gebrauch zu machen.
Außerdem lag es nicht auf der Hand, daß irgendein Vorteil darin liegen könnte, zwischen der Reaktionskammer und der Lamellen-Klärkammer eine Aggregationskammer vorzusehen, ohne daß in dieser letzteren eine Klärung stattfindet. Die neuesten Lösungen sehen dennoch eine solche Zwischenkammer mit dem ausdrücklichen Ziel vor, dort den hauptsächlichen Teil der Klärung zu bewirken.
Schließlich und vor allem war es nicht klar, daß es ohne Klärung möglich ist, ein Wachsen von Anhäufungen zu erreichen, die durch Aggregation von Kolloiden um Teilchen von granuliertem Material herum in dieser Zwischenkammer gebildet werden: das Halten dieser Anhäufungen in Suspension ohne Klärung setzt tatsächlich ein Umrühren voraus, das a priori mit dem Halten des Materials an den Sandkörnern unvereinbar und infolgedessen jeden Wachstumsvorgang auszuschließen scheint: die Verwendung von granuliertem Material scheint daher a priori das Prinzip einer Verdickungskammer ohne Klärung auszuschließen.
Versuche haben dennoch gezeigt, daß die Erfindung das Erreichen von höheren Klärgeschwindigkeiten als die bekannten (30 bis 60, selbst 90 m/h) zuläßt, ohne dafür den Klärungsgrad des erhaltenen Wassers aufzugeben.
Ergänzend empfiehlt die Erfindung, daß das Mischen des granulierten Materials mit dem Reagenzien enthaltenden Abwasser in einer Zone erfolgt die von starken Turbulenzen durchrührt wird, was deutlich vom Stand der Technik abweicht, der höchstens eine Rezyklierung mit weniger Turbulenzen zwischen zwei Zonen vorsieht, die durch eine Zwischenwand getrennt sind und in denen die Flüssigkeit in entgegengetzten Richtungen zirkuliert.
Das granulierte Material kann Sand sein. Allgemeiner kann es aus der einen oder der anderen der zwei großen Kategorien von Materialien ausgewählt werden, nämlich den in der Natur vorkommenden oder den durch Synthese erhaltenen. So kann es sich um ein chemisch reaktionsloses Material handeln, das unter den gewünschten Bedingungen an der Behandlung des Wassers nicht teilnimmt: in dieser Kategorie kann man insbesondere, außer Sand oder mikrofeinen Sand, Granat, Basalt, metallische Oxide, insbesondere von Eisen, ferner Bimsstein ... anführen. Das Material kann außer seine physikalische Eigenschaften auch eine chemische und/oder biologische Wirksamkeit aufweisen, die es an der Behandlung des Wassers teilnehmen läßt in dieser Kategorie kann man insbesondere Aktivkohle, ionenaustauschende Harze, Kalziumkarbonat, Zeolithe ... angeben. Gemäß anderer Kriterien wählt man vorteilhafterweise granuliertes Material aus, das ein Oberflächenpotential aufweist, das so wenig negativ wie möglich, sogar positiv ist.
Gemäß bevorzugter, eventuell kombinierter Anordnungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
- hält man in der Mischzone einen deutlich größeren Geschwindigkeitsgradienten als in der Aggregations-Zwischenzone aufrecht;
- stellt man im Fall von Sand in der Aggregations-Zwischenzone einen Geschwindigkeitsgradienten im Bereich von 400 s&supmin;¹ bis 1500 s&supmin;¹ ein;
- stellt man im Fall von Sand in der Mischzone einen Geschwindigkeitsgradienten im Bereich von 1500 bis 4000 s&supmin;¹ ein;
- beträgt im Fall von Sand vorzugsweise der Geschwindigkeitsgradient in der Mischzone zwischen 3000 und 3500 s&supmin;¹ und in der Zwischenzone zwischen 700 und 900 s&supmin;¹.
Gemäß bevorzugter, eventuell kombinierter Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- sind die Mischkammer und die Aggregations-Zwischenkammer von angenähert quadratischem Querschnitt und liegt das Verhältnis zwischen der Seite jeder dieser Kammern und dem Durchmesser des entsprechenden Rührers im Bereich von etwa 0,5 bis 0,8.
- ist das Rührelement der Mischkammer ein mit Flügeln besetzter Drehkörper, der um eine vertikale Achse durch einen Motor in Drehung versetzbar ist, der seinerseits dazu eingerichtet ist, an den Flügeln Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 2 m/s zu erzeugen, während das Rührelement der Aggregations-Zwischenkammer ein mit Flügeln besetzter Drehkörper ist, der um eine vertikale Achse durch einen Motor in Drehung versetzbar ist, der seinerseits dazu eingerichtet ist, an den Flügeln Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,2 bis 2,5 m/s zu erzeugen.
- erfolgt die Zirkulation des Wassers ab der Mischkammer durch Überlaufen über die obere horizontale Kante einer ersten Trennwand zwischen der Mischkammer und der Aggregations-Zwischenkammer, durch Unterstromen der horizontalen Kante einer zweiten Trennwand zwischen der Aggregations-Zwischenkammer und einer Seitenkammer, durch Überlaufen über die obere Kante einer Zwischentrennwand zwischen dieser Seitenkammer und einem Verteilungsseitenkanal, der sich entlang der Lamellen-Klärkammer erstreckt, und anschließend durch Unterströmen der Unterkante einer Trennwand zwischen diesem Verteilungsseitenkanal und der Lamellen-Klärkammer, wobei diese Unterkante von der Seitenkammer weg nach oben hin geneigt ist; man kann auch diese Strömungsrichtungen unter dem Vorbehalt umkehren, daß eine geeignete Anzahl von Wänden oder Zwischentrennwänden vorgesehen wird, damit die Wasserströmung in dem unteren Teil der Lamellen-Klärkammer eindringt.
- weist die Aggregations-Zwischenkammer einen annähernd quadratischen Querschnitt auf, liegt die Höhe zwischen der Oberkante der ersten Wand und der Unterkante der zweiten Wand im Bereich vom 1- bis zum 3-, bevorzugt im Bereich vom 1- bis zum 1,5- fachen der Seite der Aggregations-Zwischenkammer, und ist der Rührer gegenüber der Oberkante der Wand in einer Tiefe entsprechend dem 0,5- bis zum 0,9-fachen (bevorzugt dem 0,6- bis zum 0,7-fachen) dieser Höhe angeordnet.
- ist der Rührer der Aggregations-Zwischenkammer ein axial förderndes Flügelrad, das vorzugsweise in einer Richtung entgegen der des Wasserstroms betreibbar ist Gegenstände, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als nicht beschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird. Es zeigen:
- die Figur 1 eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung einer erfindungsgemäßen Klärvorrichtung, bei der Feinsand als granuliertes Material verwendet wird;
- die Figur 2 eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung, längs der Linie II-II der Figur 3, einer weiteren Ausführungsvariante ohne den Rezyklierungskreislauf für den zugehörigen Feinsand;
- die Figur 3 eine Draufsicht;
- die Figur 4 eine Schnittansicht in Querrichtung längs der Linie IV-IV der Figur 3;
- die Figur 5 eine Schnittansicht in Querrichtung längs der Linie V-V der Figur 3 und
- die Figur 6 eine Schnittansicht in Querrichtung längs der Linie VI-VI der Figur 3.
Die Vorrichtung der Figur 1 umfaßt eine Reihe von miteinander in Verbindung stehenden Kammern, die eine Aggregationszone A und eine Klärzone B, einen Behälter C zur Rückgewinnung von Schlamm sowie einen Schlamm/Sand-Abscheider D aufweist.
Die Reaktions-Aggregations-Zone A umfaßt eine Mischkammer 1, in der eine Destabilisierung von im Abwasser enthaltenen Kolloiden erfolgt, sowie eine Aggregations- Zwischenkammer 2, in der eine Aggregation der destabilisierten Kolloide um Körner von Feinsand herum erfolgt. In die Mischkammer 1 münden eine Zulaufleitung 3 für zu behandelndes, vorteilhafterweise bereits koaguliertes Abwasser, eine Zufuhrleitung 4 für eine Zusatzmittel zur Flockenbildung sowie eine Zuführungsleitung 5 für vom Abscheider D stammenden Feinsand.
Beide Kammern 1 und 2 weisen einen Rührer 6 oder 7 auf.
Die Klärzone B umfaßt eine mit Lamellen-Klärsätzen 9 versehene Kammer 8; im oberen Teil dieser Kammer 8 sind Mittel zum Auffangen von Wasser vorgesehen, die zu einer Ablaufleitung 10 für geklärtes Wasser hinführen, während Mittel 11 zur Beseitigung des unter diesen Lamellensätzen gesammelten Schlamms vorgesehen sind, um diesen Schlamm zum Behälter C hin wegzutransportieren. Eine mit Pumpmitteln 13 versehene Leitung 12 leitet den Feinsand enthaltenden, von der Klärkammer stammenden Schlamm zum Abscheider D hin: dieser weist in der Praxis Hydrozyklonen auf, an deren Ausgang der vom Sand getrennte Schlamm über eine Leitung 14 abgeführt und der Feinsand über die Leitung 5 wiedergewonnen wird.
In der in den Figuren 2 bis 6, in denen die selben Bezugszeichen für die selben Elemente wie in der Figur 1 verwendet werden, detaillierter dargestellten Ausführungsvariante weisen die Kammern 1 und 2 einen quadratischen Querschnitt mit einer Tiefe auf (siehe nachstehend), die gleich oder nur weinig größer als die Abmessung ihrer Seiten ist. Es kann sich um Wannen aus Beton oder aus Stahl handeln.
Neben der Mischkammer 1 befindet sich eine Versorgungskammer 15, in welche die verschiedenen Zufuhrleitungen münden. Diese Mischkammer 1 ist von der Aggregationskammer 2 durch eine Zwischenwand 16 getrennt, die mit einer oberen, horizontalen, ein Wehr bildenden Kante 16A abschließt.
Neben der Aggregations-Zwischenkammer 2 befindet sich eine Seitenkammer 17, die durch eine Wand 18 abgetrennt ist, die mit einer Unterkante 18A abschließt.
Diese Seitenkammer 17 steht mit einem Verteilungskanal 19 in Verbindung, von dem sie durch eine Wand 20, die eine Oberkante 20A aufweist, getrennt ist.
Der Verteilungsseitenkanal 19 begrenzt in Längsrichtung die Klärkammer 8, von der er durch eine Wand 21 getrennt ist, deren Unterkante 21A ab der Kammer 3, hier näherungsweise ab der Höhe der Kante 18A, geneigt ist.
Im oberen Teil dieser Kammer 3 sind mehrere lamellenförmige Module 9 mit in Querrichtung nach oben, in der Figur 4 nach rechts geneigten Lamellen vorgesehen, die also in eine Richtung geneigt sind, welche die Strömung zum Kanal hinführt.
Unter den Lamellensätzen 9 sind Mittel 11 zum Einsammeln des Schlamms zu einem Graben 22 hin vorgesehen, der mit einem Schlammsammler 23 in Verbindung steht, der in einer Zone angeordnet ist, die unter der Aggregations-Zwischenkammer 3 liegt und von der sie hier durch eine Wand 24 getrennt ist.
Dieser Graben steht mit dem unteren Teil der Kammer 3 in Verbindung, um durch Schwerkraft herabgefallene Rückstände wiedergewinnen zu können. In einer nicht dargestellten Variante befindet sich dieser Graben unmittelbar unter der Kammer 3 ohne eine Wand 24.
Der Boden der Lamellen-Klärkammer 8 ist hier zum Feld 22 hin geneigt und die Sammelmittel 11 sind hier z.B. durch Schraubenförderer ausgebildet.
Oberhalb der Sätze befinden sich Auffangrohre 25, die zu seitlichen Rinnen 26 hinführen, die mit der Wasserablaufleitung 10 in Verbindung stehen.
Vorzugsweise liegt die Höhe zwischen den Kanten 16A und 18A (siehe Figur 2) mit Vorteil im Bereich vom 1- bis zum 1,2- (hier beim 1,2-)fachen der Seite der quadratischen Kammer 3 und ist der Rührer 7 gegenüber der Kante 16A in einer Tiefe im Bereich von ungefähr dem 0,75- bis zum 0,90-fachen dieser Höhe (hier bei dem 0,8-fachen) angeordnet.
Dieser Rührer 7 ist von dem Typ, der Flügel aufweist, deren Durchmesser ungefähr im Bereich vom 0,65- bis zum 0,75-fachen der Seite der Kammer 2, hier das 0,7-fache dieser Seite beträgt.
Dieser Rührer 7 wird von einem Motor 27 angetrieben, der dazu eingerichtet ist, den Rührer mit einer solchen Geschwindigkeit zu drehen, daß die Enden der Flügel eine Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von ungefähr 1 bis 2 m/s aufweisen, während der Rührer 6 in der Mischkammer 1 durch einen Motor 28 angetrieben wird, der dazu eingerichtet ist, diesen Rührer mit einer solchen Geschwindigkeit zu drehen, daß die Enden seiner Flügel (deren Wert hier auch ungefähr bei dem 0,7-fachen der Seite der Kammer 1 liegt) eine Geschwindigkeit in der Große von 0,7 bis 1,5 m/s aufweisen.
Diese Rührer haben dünne Flügel.
Der Rührer 7 ist z.B. ein axial förderndes Flügelrad und wird entgegen der Strömungsrichtung angetrieben und erzeugt daher starke Turbulenzen, die ausreichen, um den Feinsand in dem Wasser, das zur Seitenkammer strömt, bis unter die Lamellensätze 9 in Suspension zu halten.
Im Betrieb wird der Rührer 6 mit einer viel größeren Umfangsgeschwindigkeit als der Rührer 7 betrieben, so daß der Inhalt jeder Kammer 1 und 2 kräftig durchgerührt wird und dabei dort Turbulenzen erzeugt werden, die dennoch in der Kammer 1 viel höher als in der Kammer 2 sind.
Durch Geschwindigkeitsgradienten G ausgedrückt, um die in der Flüssigkeit erzeugten Verformungen zu quantifizieren, sagt man, daß der in der Kammer 1 aufgebrachte Geschwindigkeitsgradient größer als der in der Kammer 2 aufgebrachte ist.
Es wird daran erinnert, daß diese Kenngröße durch
G= (P/u.V)1/2
definiert ist, mit P = Np . . N³D&sup5; für den Fall eines mechanischen Rührers und mit:
.G : Geschwindigkeitsgradient (in s&supmin;¹)
.P : in das Fluid abgegebene Leistung (in W)
.u : Viskosität des Fluids (kg/m.s)
.V : Volumen des Fluids (m³)
.Np :Leistungszahl des Rührers (das ist der dimensionslose Beiwert für den Widerstand des Rührflügels im Fluid)
. : Dichte (kg/m³)
.N : Drehgeschwindigkeit des Rührflügels (Umdrehung/s)
.D : Durchmesser des Rührflügels (m)
Der Vorteil dieser Kenngröße wird insbesondere in dem Artikel von M. CORNET "Détermination des gradients hydrauliques dans les différentes phases du traitement des eaux" in "La Technique de l'Eau et de l'Assainissement" (Nr.418 - Oktober 1981 - S.21- 32) oder im Artikel von M. POLASEK "The significance of the root mean square velocity gradient and its calculation in devices for water treatment" in Water SA-Vol. 5. Nr. 4, Oktober 1979, S. 196-207 diskutiert.
Vorzugsweise werden in der Mischkammer 1 ein Geschwindigkeitsgradient im Bereich von ungefähr 1000 - 1500 bis 4000 s&supmin;¹ (sogar mehr), z.B. in der Größe von 3000 bis 3500 s&supmin;¹, und in der Aggregationskammer ein Geschwindigkeitsgradient im Bereich von ungefähr 300 - 400 bis 1500 s&supmin;¹ (sogar mehr), z.B. in der Größe von 700 bis 900 s&supmin;¹, erzeugt.
Dieses entspricht ungefähr einer Aufenthaltsdauer in der Kammer 2, die gleich dem 2,5- bis 3,5-fachen der Aufenthaltsdauer in der Mischkammer 1 ist.
Man erkennt, daß die durch die Erfindung empfohlenen Geschwindigkeitsgradienten sehr viel größer als die derzeit bei der Flockung verwendeten (weniger als 30 s&supmin;¹) sind. Damit kann man sagen, daß die durch die Erfindung vorgeschlagenen Aggregations- /Aggregations-Vorgänge für den Fachmann überraschenderweise gegenüber den bekannten Flockungsvorgängen von unterschiedlicher Natur sind.
Im Betrieb nimmt das in den unteren Teil der ersten Kammer oder Wanne 1 mit schneller Rührbewegung zugeführte Abwasser ab seinem Eintritt die Reagenzien, Koagulierungsmittel, Flockungsmittel sowie den Feinsand auf; ausgehend von der ersten Turbulenz, die mit der Zirkulation des konditionierten Abwassers verbunden ist, was die starke Rührbewegung in der Wanne hervorruft, werden zweite Turbulenzen mit einem sehr hohen Abscherkoeffizienten durch den in der Flüssigkeit transportierten Feinsand erzeugt; dieses bewirkt eine Vervielfachung der wirksamen Kontakte (Stöße) zwischen zu koagulierenden (zu entfernenden) kolloidalen Teilchen und Hydroxiden durch direkten Kontakt oder vor allem mittels des Feinsandes, der daher auch eine unterstützende Aufgabe hat. Der dann folgende Durchlauf des in Behandlung befindlichen Wassers in der zweiten Wanne oder Kammer 2 unter einer Rührbewegung, die während ungefähr 6 Minuten aufrechterhalten wird, gewährleistet durch die Wirksamkeit des Feinsandes, der ohne Möglichkeit einer ungewollten Ablagerung in Suspension gehalten wird, die vollständige Aufbereitung des zu behandelnden Wassers: das Fluid muß in der Tat mehrere Male (N-mal = Verhältnis zwischen dem Durchsatz der durch die Rührbewegung erzeugten Zirkulation und dem Durchsatz an zu behandelndem Wasser beim Durchlauf durch den Speicher) eine Zone starker, isotroper Turbulenzen durchqueren, die eine wirkliche Schranke für eine sehr kurze "Länge der Turbulenz" bildet, die nahe der Größe der kolloidalen Verunreinigungen sind, die zu entfernen und dann durch Adsorption und Brückenbildung auf den Körnern des Feinsandes zu sammeln sind.
Die Geschwindigkeiten des Wassers und des suspendierten Feinsandes, wie auch das Profil der Fortbewegung in den Seitenkanälen zwischen Kammern mit mechanischer Rührbewegung und für die Klärung sind so vorgesehen, daß Ablagerungen von Feinsand vermieden werden, bevor dieser seine Wirkung beendet hat, d.h. vor Erreichen der Zone unter den Lamellen 9. In dieser Zone verringert sich die Geschwindigkeit der Teilchen, nämlich der in körnigen, sehr schweren, da mit Körnern des Feinsandes beschwerten, Anhäufungen gesammelten Verunreinigungen, in bezug auf die sie transportierende Flüssigkeit, und sie setzen sich dann auf den unter 60º geneigten Lamellen 9 ab, von denen sie bis zum Schlammgraben 22 gleiten. Während das oberhalb der Lamellen aufgefangene, behandelte Wasser im allgemeinen zu einer Ergänzungsbehandlung auf der Auslaßseite abgeleitet wird, wird der im Graben abgelagerte Schlamm im hier betrachteten Beispiel sequentiell herausbefördert (in anderen Fällen wird der auf der Sohle abgelagerte Schlamm kontinuierlich geräumt, in einen einzelnen Behälter gedrückt und dann herausbefördert).
Der Schlamm wird dann zu einem Abscheidesystem Schlamm - Feinsand geleitet, das allgemein aus Batterien von Zyklonen besteht. Der wiedergewonnene, regenerierte Feinsand wird an den Anfang der Behandlung zur Stufe der Koagulierung zurückgeschickt.
Das Wasser zirkuliert hier in der Mischkammer 1 von unten nach oben, dann in der Aggregationskammer 2 von oben nach unten, in der Seitenkammer von unten nach oben, sodann im Kanal von oben nach unten; in den Lamellensätzen zirkuliert es von unten nach oben.
Man bemerkt, daß die geneigte Kante 21A, die den unteren Rand der Wand 21 bildet, eine näherungsweise gleichförmige Verteilung auf die verschiedenen lamellenförmigen Module 9 gewährleistet.
Man hat bestätigen können, daß die Erfindung bei gleichen Eigenschaften des Abwassers und des behandelten Wassers zu einem sehr deutlichen Quantitätssprung in bezug auf die bereits bekannten, Feinsand zuführenden Lösungen führen kann, da man gewöhnlich Klärgeschwindigkeiten von 30 bis 60 m/h, sogar von 90 m/h (mit einer REYNOLDS Zahl, die sehr viel größer als 200 ist) erreichen kann.
Mit dem Wissen, daß die Dimensionierung einer Kläranlage unmittelbar von der zulässigen Klärgeschwindigkeit abhängt, versteht man den wirtschaftlichen Vorteil der Erfindung.
Versuchsergebnisse für eine Pilotanlage für 100 bis 150 m³/h sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben, die einerseits die Eigenschaften einer Rühreinrichtung und andererseits die so erzielten Leistungen zeigen.
Der Feinsand weist eine Granulatgröße im Bereich von 40 bis 100 um auf und wird in Konzentrationen im Bereich von 1 bis 4 Gramm pro Liter zu behandelnden Wassers eingespritzt.
In bekannter Weise bedeuten in der Tabelle 2 NTU, M.E.S. und M.O. jeweils: Nephelometric Turbidity Unit, Materialien in Suspension (Matières en Suspension) sowie Organische Materialien (Matières Organiques). Tabelle 1 Wanne Tabelle 2 Abwasser erhaltenes geklärtes Wasser Klärgeschwindigkeit Gehalt an mikrofeinem Sand g/l Trübung NTU Ergebnisse von Versuchen, die an unbehandeltem Oberflächenwasser (von der Seine) mit einer Pilotanlage mit großen Abmessungen (100 m³/h) durchgeführt wurden

Claims

1. Verfahren zur Klärbehandlung von Wasser, bei dem man einen Abwasserstrom in einer ersten, als Mischzone (1) bezeichneten Zone, in der man dem Wasser in kontrollierten Verhältnissen Reagenzien und ein wasserunlösliches, granuliertes Material mit größerer Dichte als Wasser beimischt, sodann in einer zweiten, als Zwischenzone (2) bezeichneten Zone und dann in einer dritten, als Lamellen-Klärzone (8) bezeichneten Zone zirkulieren läßt, in der man den Strom in einer Lamellen-Kläranlage klären läßt und aus der man gereinigtes Wasser abzieht, dadurch gekennzeichnet, daß

- man in der Zwischenzone geeignete Turbulenzen auslöst (7), um Geschwindigkeitsgradienten in der Größenordnung von 300 bis 1500 s&supmin;¹ oder mehr zu erzeugen, wobei das granulierte Material in Suspension gehalten und die Aggregation von Kolloiden um Teilchen dieses granulierten Materials herum zugelassen wird, und man nahezu die Gesamtheit des granulierten Materials in die Lamellen-Klärzone überführt,

- und daß man den in dieser Lamellen-Klärzone gesammelten Schlamm abzieht, daraus das granulierte Material abscheidet (D), das wieder in die Mischzone zurückgeführt wird, um besagtes kontrolliertes Verhältnis an granuliertem Material zu erreichen, und man den Schlamm ohne granuliertes Material beseitigt (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Mischzone (1) einen deutlich größeren Geschwindigkeitsgradienten als in der Zwischenzone (2) aufrechterhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material Feinsand ist und daß man in der Aggregations-Zwischenzone (2) einen Geschwindigkeitsgradienten im Bereich von 400 s&supmin;¹ bis 1500 s&supmin;¹ einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material Feinsand ist und daß man in der Mischzone (1) einen Geschwindigkeitsgradienten im Bereich von 1500 s&supmin;¹ bis 4000 s&supmin;¹ einstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das granulierte Material Feinsand ist und daß in der Mischzone (1) der Geschwindigkeitsgradient zwischen 3000 und 3500 s&supmin;¹ und in der Zwischenzone (2) zwischen 700 und 900 s&supmin;¹ beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material Feinsand ist und eine Granulatgröße im Bereich von 20 bis 200 um aufweist sowie gegenüber dem Abwasser mit einer Konzentration im Bereich von etwa 1 bis 4 g/l eingespritzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweildauer des Wassers in der Zwischenzone (2) zwischen dem 2,5- und 3,5-fachen der Verweildauer des Wassers in der Mischzone (1) beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in der Mischzone (1) von unten nach oben und in der Zwischenzone (2) von oben nach unten läuft.

9. Vorrichtung zur Klärbehandlung von Wasser, die hintereinander eine erste, als Mischkammer (1) bezeichnete Kammer mit einer Hauptzulauf-Leitung (3), die an eine Quelle für zu behandelndes Wasser angeschlossen ist, und mit zweiten Leitungen, die an Quellen für Reagenzien (4) und an eine Quelle für granuliertes, wasserunlösliches Material mit größerer Dichte als Wasser angeschlossen sind, sowie mit einem Rührelement (6), ferner eine zweite, als Zwischenkammer (2) bezeichnete Kammer, die mit der ersten Kammer in Verbindung steht, und eine dritte, als Lamellen-Klärkammer (8) bezeichnete Kammer aufweist, die mit der zweiten Kammer in Verbindung steht und an ihrem oberen Teil mit einer Abzugsleitung (10) für gereinigtes Wasser sowie an ihrem unteren Teil mit einer Zone zur Rückgewinnung von Schlamm versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (2) ein Rührelement (7) aufweist, das an Betätigungsmittel angeschlossen ist, die über dieses Rührelement zur Erzeugung von Geschwindigkeitsgradienten in der Größenordnung von 300 bis 1500 s&supmin;¹ oder mehr im Fluidmedium geeignet sind, und daß die Zone zur Rückgewinnung von Schlamm, die im unteren Teil der Lamellen-Klärkammer liegt, mit einer Abführleitung (23) verbunden ist, die zu einer Trennstation (D) zum Trennen des granulierten Materials vom Schlamm führt, von der ein Ausgang an die Leitung (5) angeschlossen ist, die mit der Quelle für granuliertes Material verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) und die Zwischenkammer (2) von angenähert quadratischem Querschnitt sind und das Verhältnis zwischen der Seite jeder dieser Kammern und dem Durchmesser des entsprechenden Rührers (6, 7) im Bereich von etwa 0,5 bis 0,8 liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührelement (6) der Mischkammer (1) ein mit Flügeln besetzter Drehkörper ist, der um eine vertikale Achse durch einen Motor (28) in Drehung versetzbar ist, der seinerseits dazu eingerichtet ist, an den Flügeln Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 2 m/s zu erzeugen, während das Rührelement (7) der Zwischenkammer (2) ein mit Flügeln besetzter Drehkörper ist, der um eine vertikale Achse durch einen Motor (27) in Drehung versetzbar ist, der seinerseits dazu eingerichtet ist, an den Flügeln Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,2 bis 2,5 m/s zu erzeugen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation des Wassers ab der Mischkammer (1) durch Überlaufen über die obere horizontale Kante (16A) einer ersten Trennwand (16) zwischen der Mischkammer (1) und der Zwischenkammer (2), durch Unterströmen der horizontalen Kante (18A) einer zweiten Trennwand (18) zwischen der Zwischenkammer und einer Seitenkammer (17), durch Überlaufen über die obere Kante (20A) einer Zwischentrennwand (20) zwischen dieser Seitenkammer (17) und einem Verteilungsseitenkanal (19), der sich entlang der Lamellen-Klärkammer (8) erstreckt, und anschließend durch Unterströmen der Unterkante (21A) einer Trennwand (21) zwischen dem Verteilungsseitenkanal und der Lamellen-Klärkammer erfolgt, wobei diese Unterkante (21A) von der Seitenkammer weg nach oben hin geneigt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (2) einen annähernd quadratischen Querschnitt aufweist, die Höhe zwischen der Oberkante (16A) der ersten Wand (16) und der Unterkante (18A) der zweiten Wand (18) im Bereich vom 1- bis zum 3-fachen der Seite der Zwischenkammer (2) liegt, und daß das Rührelement (7) gegenüber der Oberkante (16A) der Wand (16) in einer Tiefe entsprechend dem 0,5-fachen bis zum 0,9-fachen dieser Höhe angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Unterkante (21A) der Trennwand (21) zwischen dem Verteilungsseitenkanal (19) und der Lamellen-Klärkammer (8) ungefähr von der Höhe der Unterkante (18A) der Trennwand (18) zwischen der Zwischenkammer und der Seitenkammer (15) aus ansteigt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Lamellen-Klärkammer (8) mit Mitteln (11) versehen ist, die geeignet sind, den Schlamm zu einer Konzentrationszone (22) hin zu leiten, die angenähert unter der Zwischenkammer, mit der sie in Verbindung steht, angeordnet und an eine Ablaßleitung (23) für den Schlamm angeschlossen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Lamellen-Klärkammer zu dieser Konzentrationszone (22) hin geneigt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührelement (7) der Zwischenkammer (2) ein axial förderndes Flügelrad ist, das in einer Richtung entgegen der des Wasserstromes betreibbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material unter chemischen und/oder biologischen Gesichtspunkten gegenüber dem Wasser bei den betrachteten Bedingungen im wesentlichen reaktionslos ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das granulierte Material unter chemischen und/oder biologischen Gesichtspunkten gegenüber dem Wasser bei den betrachteten Bedingungen aktiv ist