CH615895A5

CH615895A5 -

Info

Publication number: CH615895A5
Application number: CH1218376A
Authority: CH
Inventors: Juergen Gnieser; Luciano Dipl Chem Ing Pelloni
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1976-09-27
Filing date: 1976-09-27
Publication date: 1980-02-29
Also published as: DE2644357B1; FR2365529B3; FR2365529A1; GB1589889A; DE2644357C2; US4123341A; IT1086500B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von verunreinigtem Wasser, wobei in einem Elektro-Koagulator unter gleichzeitiger Dissoziation von Wasser als elektrisch geladene Schwebeteilchen vorhandene Verunreinigungen mit Hilfe eines elektrischen Feldes entladen, zur Koagulation gebracht und anschliessend in einer Flotationsstufe aus dem Wasser abgeschieden werden, und wobei ferner ein Teil des flotierten Schlammes in den Koagulator rückgeführt wird; ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für die Reinigung von Abwässern zunächst eine Elektro-Koagulation und anschliessend eine Flotation anzuwenden, ist bekannt (siehe z.B. P. Treille «Utilisation de l'electricité en épuration d'eau» in der Zeitschrift «R. G. E.» [Revue Generale d'Electricité], 84, Heft 4, April 1975, Seite 315-320). Bei derartigen Verfahren wird das Rohwasser in einem Elektro-

Koagulator der Wirkung eines elektrischen Feldes unterworfen, wobei einesteils eine Entladung und Koagulation von Verunreinigungen stattfindet, die als elektrisch geladene Schwebeteilchen im Rohwasser enthalten sind und anderenteils eine Dissoziation von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt. Die koagulierten Teilchen werden anschliessend von der flüssigen Phase in einem Flotationsbehälter getrennt,

wobei die bei der Wasser-Dissoziation entstehenden Gasblasen sich zum Teil an die koagulierten Schwebeteilchen anlagern und deren Auftrieb - und damit Abscheidung in einem Flotationsbecken - verbessern. Weiterhin wird dabei ein Teil des entstehenden Sauerstoffes zur Oxidation von Verunreinigungen verbraucht und es findet schliesslich zusätzlich eine direkte Oxidation an den Anoden des Koagulators statt, so dass die für chemische Prozesse in einer späteren Stufe zuzuführende Sauerstoffmenge verringert werden kann. Gegenüber den bekannten Flockungsverfahren zur Abscheidung von Schwebeteilchen hat das geschilderte Verfahren den Vorteil, dass keinerlei Chemikalien dem Abwasser zugesetzt werden müssen, die ebenfalls später wieder ausgeschieden werden müssen;

jedoch ist der Energiebedarf des geschilderten Verfahrens relativ gross. Darüberhinaus wird das bekannte Verfahren nur absatzweise und nicht kontinuierlich durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Energiebedarf für die geschilderte Aufbereitung von Abwässern nach dem beschriebenen Verfahren zu erniedrigen und darüberhinaus eine Führung des Verfahrens im kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Stromdichte an den Elektroden des Koagulators durch einen Trübungsmesser in der Austrittsleitung für das Klarwasser gesteuert wird.

Die Trübung des Klarwassers dient dabei als Regelgrösse, » durch die die Stromdichte des Koagulators verändert wird,

wobei bei einer zu starken Trübung diese Stromdichte vergrös-sert wird und umgekehrt; denn der Flotationseffekt ist unter anderem abhängig von der Anzahl der erzeugten Gasblasen, und diese wiederum ist eine Funktion der Stromdichte, wobei die Anzahl der Teilchen ebenfalls mit der Stromdichte ansteigt und umgekehrt.

Die Messwerte der zweiten Trübungsmessung am Rohwassereintritt dienen dabei als Führungsgrösse für die geschilderte Regelung, um in gewissem Umfang bei Änderungen der dem Koagulator zufliessenden Menge an Schwebeteilchen für die Regelung die Trägheit der Anlage zumindest teilweise zu kompensieren.

Die Stärke des zwischen den Elektroden eines Elektro-Koagulators fliessenden Stromes ist in erster Linie eine Funktion der Spannung an den Elektroden und der Leitfähigkeit der zwischen den Elektroden befindlichen Flüssigphase. Ohne die Leitfähigkeit, z.B. durch Zugabe von ionogenen Stoffen künstlich zu erhöhen, lässt sich die Stromstärke daher nur durch Erhöhung der an die Elektroden angelegten Spannung vergrössern. Dieser Spannungssteigerung sind durch aus Sicherheitsgründen gegebene Vorschriften enge Grenzen gesetzt, so dass bei gegebener Leitfähigkeit eine bestimmte Stromstärke bzw. Stromdichte nicht überschritten werden kann. Reicht diese nicht aus, um den gewünschten Reinigungseffekt zu erzielen - was durch zu grosse Trübungen im Klar-wasserabfluss zum Ausdruck kommt -, so ist nach einer Ausführungsart der Erfindung eine Steigerung des Reinigungseffektes möglich, wenn bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes der maximal zulässigen Spannung am Koagulator in diesen Druckluft eingespeist und bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes - wobei beide Grenzwerte verschieden sein können - diese Einspeisung wieder unterbrochen wird,

wobei gleichzeitig die Menge des zum Koagulator rückgeführten Rücklaufschlammes erhöht bzw. erniedrigt wird. Durch diese Massnahme wird das Angebot an Gasblasen für die

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Verbesserung des Auftriebs der zu dotierenden Schmutzstoffe erhöht; denn aus der Flüssigphase, in der bei erhöhtem Druck eine grössere Gasmenge gelöst ist, wird bei der anschliessenden Entspannung in das Flotierbecken hinein eine Vielzahl von Gasblasen zusätzlich ausgeschieden, so dass der Flotation aufgrund der elektrisch erzeugten Gasblasen eine Entspannungsflotation überlagert wird. Die erhöhte Rücklaufschlamm-Menge erfüllt hier wie bei der sogenannten Schlammkontakt-Flockung die Aufgabe der Verbesserung der Abscheidung der feinsten suspendierten Teilchen durch Einschluss und Anlagerung in und an die vorhandenen grösseren Flockenaggregate.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch je einen Trübungsmesser im Rohwassereintritt des Koagulators und in der Klarwasser-austrittsleitung der Flotationsstufe, die an ein Steuergerät angeschlossen sind, von dem Stellsignale zu einem Spannungsregler für die an den Elektroden des Koagulators anliegende Spannung geführt sind. Darüberhinaus können in einer solchen Anlage zur Durchführung des geschilderten Verfahrens an den Koagulator ein Druckluftkompressor angeschlossen und in der Schlammrückführleitung eine regelbare Pumpe vorgesehen sein, deren Förderleistungen vom Steuergerät über Signalleitungen zu dieser Pumpe und zum Antrieb des Druckluftkompressors geregelt werden.

Schliesslich kann in der Leitungsverbindung zwischen dem Koagulator und dem Flotationsbecken noch ein Druckhalteorgan vorgesehen sein, um bei Betrieb des Kompressors den Druck in dem Koagulator auf einen einstellbaren Wert zu halten; dieses Druckhalteorgan wird von dem Steuergerät aus zusammen mit dem Druckluftkompressor in und ausser Betrieb gesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt.

In einen Elektro-Koagulator 1, dessen Elektroden 2 nur schematisch angedeutet sind, mündet eine Rohwasserzufuhrleitung 3, die in einem Verteiler 4 für das eingespeiste Rohwasser endet. Das Anodenmaterial ist beispielsweise mit Bleidioxid überzogenes Titanblech; die Kathoden bestehen z.B. aus Titan.

Weiterhin enthält der Behälter des Koagulators 1 einen mechanischen Rührer 5, der in ihm die Flüssigphase mechanisch verwirbelt und von einem nicht dargestellten Antrieb, vorzugsweise mit einer konstanten Drehzahl von beispielsweise 500 U/min, angetrieben wird. In den Boden des Koagulators 1 mündet eine Druckluftleitung 6, die den Koagulator 1 mit der Druckseite eines Druckluftkompressors 7 verbindet, dessen Saugleitung mit 33 und dessen schematisch angedeuteter Antrieb mit 8 bezeichnet sind.

Die Einspeisung der elektrischen Energie in den Koagulator 1 erfolgt von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle über einen Spannungsregler 9, durch den die Spannung - und damit bei gegebener Leitfähigkeit der Flüssigphase - die Stromdichte zwischen den Elektroden 2 verändert werden kann.

Eine Leitung 10 für die koagulierten Schwebestoffe und die Gasblasen enthaltende Flüssigphase verbindet den Koagulator 1 mit einem Flotationsbecken 11, in dem die Trennung der festen Schmutzstoffe von dem zu reinigenden Wasser erfolgt; die Leitung 10, in der ein Druckhalteventil 12, z.B. ein Magnetventil, und stromaufwärts von diesem Ventil 12 ein Druckfühler 13 vorgesehen sind, endet im Becken 11 in einem aus mit Öffnungen 14 versehenen Rohren 15 bestehenden Verteilsystem für die Flüssigphase.

Das Flotationsbecken 11 ist in einer der üblichen Konstruktionen ausgeführt und hat im Bereich seines oberen Endes einen Abfluss 16 für den flotierten Schlamm. Dieser Abfluss 16 verzweigt sich in einer Rückführleitung 17 und einer Wegführleitung 18. Mit Hilfe einer regelbaren Pumpe 19 wird eine Teilmenge des flotierten Schlammes über die Leitung 17, die in die Rohwasserleitung 3 mündet, als Rücklaufschlamm wieder dem Koagulator 1 zugeführt. Ein ansteuerbarer Absperrschieber 20 in der Saugleitung der Pumpe 19 trennt die Rücklaufschlamm-Dosierung vom Gesamtsystem, so dass Pumpenrevisionen und Reinigungsarbeiten gefahrlos durchgeführt werden können.

Der Überschuss-Schlamm wird über die Leitung 18, die in eine zweite Wegführleitung 21 mündet, aus der Anlage weg-und einer weiteren Verarbeitung oder Verwertung zugeführt. Die Leitung 21 dient dem Abtransport von Absetzschlamm, der sich in dem als zwei Trichter 22 ausgebildeten Boden des Beckens 11 sammelt.

Für den Abfluss des gereinigten Klarwassers aus dem Bek-ken 11 ist eine Leitung 24 vorgesehen.

Erfindungsgemäss sind in den Leitungen 3 und 24 je ein Trübungsmesser 25 und 26, z.B. das Gerät MEX-2 der Firma Eurcontrol mit Tauchrohrsonden TAG 30/15 für das verschmutzte Rohwasser bzw. TAG 120/25 für das Klarwasser, vorhanden. Über Signalleitungen 34 und 35 sind die Messorgane 25 und 26 mit einem Steuergerät 27 verbunden, von dem aus zweite Signalleitungen 28 bis 31 zum Spannungsregler 9 für die an die Elektroden 2 angelegten Spannung, zum Antrieb 8 für den Druckluftkompressor 7, zum Regelorgan 20 in der Leitung 17 und zum Druckhalteventil 12 in der Leitung 10 führen; über diese Leitungen 28 bis 31 und 36 werden Stellsignale für die genannten Regel- und Steuerorgane geleitet, deren Wirkungsweise nachstehend anhand eines Anwendungsbeispiels beschrieben wird.

Das einer Kartonfabrik entstammende Rohwasser in der Leitung 3 enthält am Eintritt in den Koagulator 1 während des Normalbetriebs, d. h. ohne Zuführung von Druckluft in den Behälter 1, etwa 150 bis 200 mg/1 Schwebestoffe als Verunreinigungen. Ein erheblicher Anteil davon sind kolloidale Teilchen mit Durchmesser kleiner 15 [Am; diese Teilchen müssen erst durch den Koagulator zu - mit technischen Verfahren und vertretbarem Aufwand - separierbaren, d. h. im vorliegenden Fall flotierbaren, grösseren Teilchen vereinigt werden. Bei einer - als Grenzwert festgelegten - Maximalspannung von 12 Volt werden je nach Leitfähigkeit des Abwassers im Koagulator 1 Stromdichten von 1,1 bis 2,5 A/dm2 erreicht. Weiterhin wird der Rührer 5 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 500 U/min angetrieben. Mit diesen Daten werden in der geschilderten Anlage etwa 4 bis 5 1 Wasserstoff pro Stunde durch die Wasser-Dissoziation erzeugt, die als Gasbläschen die Flotationswirkung erhöhen.

Die mittlere Verweilzeit des Abwassers im Koagulator 1 beträgt etwa 30 min und ist abhängig vom Ablauf des Koagulations-Prozesses; die von der Dauer des Trennvorgangs bestimmte Verweilzeit im Flotationsbecken 11 beträgt etwa 20 min. Die optimalen Werte für beide Verweilzeiten sind empirisch ermittelt worden.

Die Schlammrückführung durch die Leitung 17 beträgt im Normalbetrieb etwa 5%; die Trockensubstanz des Schlammes erreicht im Mittel etwa 60 g/I.

Mit den genannten Verweilzeiten und den geschilderten Kenndaten lassen sich bei der Versuchsanlage ein Restgehalt von Schwebstoffen von 15 bis 20 mg/1 im Reinwasseraustritt erreichen, so dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren im Normalbetrieb etwa 90% der Feststoff-Verunreinigungen entfernt werden.

Die Oxidationswirkung des durch die Dissoziation des Wassers entstehenden Sauerstoffs vermindert dabei den chemischen Sauerstoffbedarf für nachfolgende Reinigungsstufen um etwa 5-15%.

Wie bereits angedeutet, erfolgt die Regelung der Stromstärke an den Elektroden 2 in Abhängigkeit von den Trüs

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bungsmesswerten im Klarwasseraustritt 24, wobei die Messwerte des Trübungsmessers 25 im Rohwassereintritt im Sinne einer Störgrössenaufschaltung als Führungsgrösse wirksam werden, um ein rasches Ansprechen der Regelung auf Änderungen des Schwebestoffgehaltes im Rohwassereintritt zu erzielen; mit steigendem Schwebstoffgehalt des Rohwassers (grössere Trübung) wird dabei eine Erhöhung der Stromstärke an den Elektroden ausgelöst, auch wenn der Trübungsmesser 26 im Reinwasseraustritt 24 eine solche Erhöhung noch nicht fordert.

Das Steuergerät 27 beeinflusst dabei die an den Elektroden 2 anliegende Spannung über den Regler 9, wodurch bei gegebener Leitfähigkeit die für die Koagulation und Dissoziation des Wassers massgebenden Stromstärken verändert werden.

Wird die maximal zulässige Spannung - im vorliegenden Fall 12 Volt - erreicht, ohne dass der gewünschte Reinigungseffekt eintritt oder wird von der Führungsgrösse eine stärkere, sprunghafte Erhöhung des Schwebstoffanteils - z.B. beträchtlich über 200 mg/1 hinaus - im Rohwasser angezeigt, so erfolgt ein Übergang vom Normal- auf den Hochbelastungsbetrieb. Bei diesem wird durch den Kompressor 7 der Druck im Koagulator auf etwa 3 atm erhöht und gleichzeitig die rückgeführte Schlamm-Menge von 5 auf etwa 10% vergrössert.

Dazu werden vom Steuergerät 27 aus der Kompressorantrieb 8 in Betrieb besetzt und die Förderleistung der Pumpe 19 erhöht; gleichzeitig werden der Druckfühler 13 und das Druckhalteventil 12, die während des Normalbetriebs nicht benötigt werden und daher ausser Betrieb stehen, in Betrieb s gesetzt, beispielsweise mit Hilfsenergie für die Signalübertragung und/oder für die Verstellung des Druckhalteventils 12 versorgt.

Der vom Ventil 12 im Koagulator 1 gehaltene Druck von etwa 2 bis 3 atü wird während des Hochbelastungsbetriebs aus io den Rohren 15 durch die Öffnungen 14 ins Becken 12 entspannt, wobei die unter Druck vermehrt in der Flüssigphase gelöste Luft als zusätzliche Gasblasen freigesetzt und in einer sogenannten Entspannungsflotation wirksam wird.

Unterschreiten die Trübungsmesswerte des Messfühlers 25 is und/oder des Messfühlers 26 während des Hochbelastungsbetriebs einen im Gerät 27 eingestellten Minimalwert, so wird -zum Übergang auf den Normalbetrieb - der Kompressor 7 ausgeschaltet, die Funktionsbereitschaft des Druckhalteventils 12 aufgehoben, wobei dieses ganz geöffnet wird, und die 20 Menge an rückgeführtem Schlamm wieder verringert. Über den Regler 9 wird darüberhinaus die Spannung an den Elektroden 2 wieder unter ihren Maximalwert verringert, so dass die für den Normalbetrieb vorgesehene Regelung, wie beschrieben, wiederum zu wirken beginnt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Aufbereitung von verunreinigtem Wasser, wobei in einem Elektro-Koagulator unter gleichzeitiger Dissoziation von Wasser als elektrisch geladene Schwebeteilchen vorhandene Verunreinigungen mit Hilfe eines elektrischen Feldes entladen, zur Koagulation gebracht und anschliessend in einer Flotationsstufe aus dem Wasser abgeschieden werden, und wobei ferner ein Teil des flotierten Schlammes in den Koagulator rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte an den Elektroden (2) des Koagulators (1) durch eine Trübungsmessung (26) in der Austrittsleitung (24) für das Klarwasser gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Trübungsmessung (25) in der Rohwasserzu-führleitung (3) durchgeführt wird, deren Messwert als Störoder Führungsgrösse die Steuerung der Stromdichte an den Elektroden (2) beeinflusst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Uberschreiten eines oberen Grenzwertes der maximal zulässigen Spannung am Koagulator (1) in diesen Druckluft eingespeist und bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes diese Einspeisung wieder unterbrochen wird, wobei gleichzeitig die Menge des zum Koagulator (1) rückgeführten Rücklaufschlammes erhöht bzw. wieder erniedrigt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Trübungsmesser (26) in der Klarwasseraustrittsleitung (24) der Flotationsstufe (11), welcher Trübungsmesser (26) an ein Steuergerät (27) angeschlossen ist, von dem Stellsignale zu einem Spannungsregler (9) für die an den Elektroden (2) des Koagulators (1) anliegende Spannung führen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Trübungsmesser (25), der ebenfalls an das Steuergerät (27) angeschlossen ist, in der Rohwasserzuführleitung (3) des Koagulators (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Koagulator (1) ein Druckluftkompressor (7) angeschlossen und in der Schlammrückführungsleitung (6, 7) eine regelbare Pumpe (19) vorgesehen ist, deren Förderleistungen vom Steuergerät (27) über Signalleitungen (29, 36) zu dieser Pumpe (19) und zum Antrieb (8) des Druckluftkompressors (6) geregelt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (10) zwischen dem Koagulator (1) und dem Flotationsbecken (11) ein Druckhalteorgan (12) vorgesehen ist, um bei Betrieb des Luftkompressors (6) den Druck in dem Koagulator (1) auf einem einstellbaren Wert zu halten.