DE1642432B2

DE1642432B2 - Klaer- und filteranlage

Info

Publication number: DE1642432B2
Application number: DE19671642432
Authority: DE
Inventors: Ernst Arne Humlegatan Veberöd; Lundin Eric Gustaf Lund; Rubing (Schweden)
Original assignee: Purac AB
Current assignee: Purac AB
Priority date: 1964-12-05
Filing date: 1967-05-24
Publication date: 1973-07-26
Also published as: SE302103B; DE1642432A1; FI44785B; DK114118B; GB1184477A; DE1642432C3; US3433359A

Description

Die Erfindung betrifft eine in einen Behälter eingebaute Klär- und Filtcranlage zur hochgradigen Reinigung von Wasser mittels eines seriengeschalteten Flotations- und Filtrierverfahrens, welche ein Flotationsbecken und ein Filter, insbesondere Sandfilter, einschließt.

Es ist bereits eine derartige Anlage bekannt (britische Patentschrift 1 059 658), bei der aus der verschmutzten Flüssigkeit zuerst in einem Flotationsbecken die Schmutzstoffe getrennt werden, die sich an der Oberfläche des Flotationsbeckens ansammeln. Danach ist die durch eine unterhalb des Flotationsbeckens befindliche, von einem durchbrochenen FiI- terbett abgestützte Filterschicht aus beispielsweise Sand in ein Klarbecken fließende, geklärte und gefilterte Flüssigkeit entnehmbar. Um für das Filtern einen großen hydrostatischen Druck zur Verfügung zu haben, wird über der Filterschicht dadurch e^;ne große Wassersäule hergestellt, daß die aus dem Flotationsbecken eben überfließende Flüssigkeit erst gesammelt und über Verbindunjisrohre mit der über der Filterschic it befindlichen Flüssigkeit derart in Verbindung gebracht wird, daß diese gesamte Flüssigkeitssäule für den hydrostatischen Druck ausnutzbar ist. Der Na:hteil dieser Anlage besteht darin, daß das Reinigen der Filterschicht durch den großen hydrostatischen Druck sehr erschwert wird und daß vor allem eine höchst kompliziert? Vorrichtung verwendet werden muß, die überdies auch aus räumlichen Gründen praktisch nur bei Kleinanlagen verwendet werden kann.

Darüber hinaus sind Flotationsverfahren bekannt (USA.-Patentschrift 3 314 880), bei denen dafür gcsorgt wird, daß soviel Schmutzstoffe wie möglich aus der verschmutzten Flüssigkeit an deren Oberfläche getrieben werden, ohne daß eine ausgesprochene Flüssigkeitsströmung stattfindet. Die im Flotationsbecken befindliche Flüssigkeit ist verhältnismäßig 6;j stationär, und die »Ausflockung« der Schmutzteilchen erfolgt im wesentlichen durch das Hochsteigen derselben auf Grund ihres gegenüber der Flüssigkeit geringeren Gewichts, da solche Schmutzteilchen zweckmäßigerweise an leichte Gasblasen gekoppelt sind.

Darüber hinaus sind auch Filterverfahren bekannt (britische Patentschrift 9748, sowjetische Patentschrift 124147, USA.-Patentschrift 2 948 400 und deutsche Patentschrift 215 047 und 334 113), die auf die verschiedenartigsten Weisen durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Klär- und Filteranlage sowohl konstruktiv zu vereinfachen als auch in ihrer Wirkung zu verbessern. Dadurch können sowohl die Anlagekosten als auch die Betriebskosten vermindert werden.

Die Erfindung besteht darin, daß der Boden des Flotationsbeckeiis aus einem Filter besteht und daß unmittelbar oberhalb der Oberfläche des Filters Gas-Flüssigkeitssprüher angeordnet sind.

Die Erfindung löst die genannte Aufgabe, da das Flotationsbecken und das Filter nicht nur zu einer Baueinheit vereint sind, sondern auch auf einfache konstruktive Weise auch über große Flächenausdehnung ohne allzu große Bauhöhe realisierbar sind. Darüber hinaus kann in verhältnismäßig kurzer Zeit durch sogenanntes Rückspülverfahren die Filterschicht gereinigt werden, da sie nicht von einer hohen Flüssigkeitssäule, d. h. von einem großen hydrostatischen Druck, belastet ist und auch keine zu Verwirbelungen Anlaß gebenden und viele Knickstellen aufweisenden Rückströmungswege vorhanden sind, die das echte Reinigen erschweren bzw. dazu führen, daß das Filter sehr rasch wieder verunreinigt wird, da die aus diesem herausgespülten Verunreinigungen nicht wirklich abgeführt, sondern nur in die darüber liegende Flüssigkeitsschicht geleitet würden, aus der sie bei Wiederbeginn des Filterbetriebs sofort wieder in das Filter gelangen.

Wird ein solches Rückspülen entgegengesetzt zu dem sonstigen Flüssigkeitsstrom durchgeführt, dann wird nicht nur das Filter von angesammelten Verunreinigungen gereinigt, sondern kann gleichzeitig der Flüssigkeitsspiegel im Flotationsbecken so gehoben werden, daß der auf der Oberfläche durch die Flotation angesammelte Schlamm zum Ablaufen kommt.

Es empfiehlt sich, die Gas-Flüssigkeitssprüher in mindestens zwei Lagen anzuordnen, wobei sich mindestens die obere Lage oberhalb der Oberfläche des Filters befindet. Es empfiehlt sich, die Sprüher aus Rohren zu bilden, die mit einer großen Anzahl von Öffnungen versehen sind. Der konstruktive Aufwand wird dadurch gering gehalten, und dem zu reinigenden Wasser wird beim Filtern nur ein verhältnismäßig geringer Widerstand entgegengesetzt.

Wird die oberste Schicht des Filters kontinuierlich oder intermittierend in Bewegung gehalten, so kann der Ansammlung von Verunreinigungen in der Außenschicht entgegengewirkt oder diese vollständig verhindert werden. Die Intervalle zwischen den Gesamtreinigungsoperationen, beispielsweise durch Rückspülen, können hierdurch vergrößert werden, d. h., daß sich dadurch die effektive Betriebszeit der Anlage vergrößern läßt.

Ein Beispiel für die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 einen Schnitt einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung und

F i g. 2 einen Teilschnitt aus F i g. 1 in vergrößerter Darstellung.

Aufbau

Die Anlage weist einen einzigen Behälter 1 mit einer Vorderwand 2. einer Rückwand 3, einem unteren schrägen Boden 4 sowie nicht gezeigten Seitenwänden auf. Zwischen einem Füllschacht 12 und einem Steigschacht 13 ist eine Trennwand 5 angeordnet. D*r Steigschacht 13 wird außerdem durch eine Stützwand 6 begrenzt. Der obere Teil der Anlage besteht aus dem Flotationsbecken 7, unter dem sich ein Filter 8 mit Sand als Filtermittel, auf einem Filterbett 10 ruhend, befindet, das mit einer großen Anzahl Öffnungen 11 versehen ist. Der Raum zwischen dem Filterbett 10 und dem schrägen Boden 4 dient als Reinoder Klarwassersumpf 9. Zum Oberteil des FaIlschachtes 12 ist eine Zuleitung 14 für verunreinigtes oder ausgeflocktes Wasser angeschlossen, und in seinem unteren Teil eine Zuleitung 15 für Flotationsmittel, deren Mündung 16 in einem gewissen Abstand von der Trennwand 5 so angeordnet ist. d^2 die Strömungsgeschwindigkeit des Flotationsmittels an der Wand gedämpft wird. Das Flotationsmittel kann beispielsweise aus einer Luft-Wasser-Dispersion bestehen. Statt dessen oder zusätzlich kann in dem f Hergang zwischen dem Fallschacht 12 und dem Steigschacht 13 ein Flotationsmittelsprüher angebracht werden, und zwar in Form einer Düse 18. die an eine Leitung 17 für Flotationsmutel angeschlossen ist.

Auf der entgegengesetzten Seite der Anlage, an der Rückwand 3. befindet sich der Klarwasseraus'aui 19. der über ein Regelventil 21 an eine Abflußleitung 20 ancc-cblosscn ist. Um den für die Reinigung des Filters S erforderlichen Gegendruck zu erreichen, ist eine Druckleitung 22 an das Reglerventil 21 angeschl-^sen. Der Druck kann mit einer nicht gezeigten Pumpe erzielt werden.

In zwei Lagen übereinander ist eine Anzahl Rohre mit einer großen Anzahl Öffnungen 42 in ihren Mantelflächen angeordnet, die als Sprüher 40. 41 dienen, wie deutlicher aus F i g. 2 hervorgeht. Die untere Rohrlage, die Sprüher 40, sind teilweise im Filter 8 eingebettet, während sich die obere Lage, die Sprüher 41. eia wenig oberhalb der Oberfläche des Filters 8 befinden.

Der Flüssigkeitsstand 26 wird mit einem Schwimmer 23 oder einem anderen Niveauregler abgetastet, der über einen Flüssigkeitsstand-Signalumformer 24 den Wert des augenblicklichen Müssigkeitsniveaus 26 wiedergibt, dessen Größe als Signal über die Leitung 27 zu einer Steuereinheit 25 geleitet wird. Die Steuereinheit 25 beinhaltet Vorrichtungen zur Regelung des Ventils, welches zum Teil von der Höhe des Niveaus 26, zum Teil von einer Programmsteuerung abhängig ist. Außerdem beinhaltet die Steuereinheit 25 eine Vorrichtung zur Schließung eines Ventils sowie zum Anschalten der nicht gezeigten, druckerzeugenden Pumpe in dem Augenblick, in dem das Flüssigkeitsniveau 26 zwecks Abscheidung des Außenschlammes angehoben und das Filter 8 gereiniiit werden soll. Auch diese Zeitpunkte können von der in der Steuereinheit 25 angeordneten Programmsteuerung festgelegt werden. Zu Übertragung von Befehlen an das Regelventil 21 ist eine Befehlsleitung 28 angebracht und zur Übertragung von Befehlen an die nicht gezeigte, druckerzeugende Pumpe die Befehlsleitung 29.

Der obere Teil der Rückwand 3 ist in ne?ug auf die übrisen Wände des Behälters 1 etwas abgesenkt, so daß'ein Ausschnitt 30 für den Oberflächenschlamm entsteht. Unter diesem Ausschnitt befindet sich eine Rinne 31 zur Aufnahme des Schlammes. Statt eines solchen Ausschnittes 30 und einer Rinne 31 kann eine Schlamm- und Spülrinne 32 mit einer Öffnung 33 über dem Flüssigkeitsspiegel 26 angebracht werden.

Schließlich ist eine Ableitung 34 zum Ablassen ίο von flotiertem. aber noch nicht filtriertem Wasser einaebaut. Diese kann benutzt werden, wenn allein die^Flotation auszureichen scheint, um die Forderungen an den Reinheitsgrad zu erfüllen, so daß das Filter 8 nicht benutzt werden muß. Gegebenenfalls kann auch, wenn das Filter 8 für hochgradige Reinigung benutzt wird, die Ableitung 34 für Zwecke, fur die keine hochgradige Reinigung erforderlich ist, zum Ablassen dienen.

Arbeitsweise

Die Anlage arbeitet in folgender Weise: Durch die Leitung 14 kommt das zu reinigende Wasser durch den Fallschacht 12 herein. Die Verunreinigungen werden dabei ausgeflockt, indem dem Wasser ein Ausflockungsmittel zugesetzt wird. Das Schmutzwasser strömt durch den Fallschacht 12 nach unten und trifft in dessen Unterteil auf das Flotationsmiltel. welches durch die Mündung 16 strömt. Durch Anpassung des Abstands zwischen der Mündung 16 der Dispersionsleitung und der Trennwand 5 wird die Geschwindigkeit des Dispersionsmittels an der Trennwand? gedämpft, so daß danach wenigstens ein Teil an dieser Trennwand 5 herauffließt und sich allmählich mit dem herunterströmenden Schmutzes wasser innig vermengt. Statt dessen oder zusätzlich kann das Flotationsmittel durch die Düse 18 zugeführt werden.

Auf dem Wege durch den Steigschacht 13 geht die im Wasser gelöste Luft, welche durch die Dispersion zugeführt wurde, infolge der Druckminderung in kleine Luftblasen über. Diese haben die Neigung, sich an den im Wasser befindlichen Schmutzteilchen zu bilden, sich daran festzuhalten und ihnen dadurch einen Auftrieb zur Oberfläche zu verleihen. Wenn sich die Flüssigkeit im Flotationsbecken 7 zum entfernteren Teil hinbewegt, d.h. in der Fig. 1 nach rechts,, und die ausgefioekten Verunreinigungen durch die Luftbläschen einen Auftrieb zur Oberfläche bekommen, sammelt sich allmählich eine Schicht von 51' Verunreinigungen an der Flüssigkeitsoberfläche vorzugsweise im entfernteren Teil des Flotationsbckkens 7.

Die auf diese Weise gereinigte Flüssigkeit wird dadurch einem weiteren Reinigungsprozeß unterzogen,

daß sie durch das Filter 8 gefiltert wird. Hierdurch wird sie von den Verunreinigungen befreit, die beim Flotationspro7cB noch nicht entfernt wurden. Das gereinigte Wasser wird im Klarwassersumpf 9 gesammelt, von wo es durch den rohrförmigen Auslauf

abgezapft wird und über das Reglerventil 21 und die Abfhißleitung 20 zum Verbraucher gelangt.

Das Flüssigkeitsniveau 26 ist. außer wenn die auf der Oberfläche schwimmenden Verunreinigungen entfernt werden sollen, auf gleichbleibender Höhe zu

halten. Dieses kann dadurch erreicht werden, daß das Regelventil 21 so eingestellt wird, daß die öffnung zwischen den Leitungen 19 und 20 dem Flüssigkeitsstand angepaßt H. Hierzu dient ein Niveau-

Fühler (der Schwimmer 23), der über geeignete Ubertragungsvorrichtungen die Ventilöffnungen abhängig von besagtem Flüssigkeitsniveau steuert. Die Übertragungsvorrichtungen können beispielsweise mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein. Hier überträgt der Flüssigkcitsstand-Signalumformer 24 über die Leitung 27 zur Steuereinheit 25 ein Signal proportional dem augenblicklichen Flüssigkeitsniveau 26. In der Steuereinheit wird dieses Signal in einen Befehl umgewandelt, der über die Befehlsleitung 28 das Steueroder Reglerventil 21 so einstellt, daß eine passende Öffnung zwischen den Leitungen 19 und 20 entsteht.

Zu gewissen Zeiten wird der auf dem Flüssigkeitsniveau 26 angestaute Oberflächenschlamm entfernt. Diese Zeiten werden von einer in der Steuereinheit 25 angebrachten Programmsteuerung festgelegt. Zu den Zeiten, die also von der besagten Programmsteuerung festgelegt werden, gibt die Steuereinheit 25 somit einen Befehl, der über die Befehlsleitune 28 das Regelventil 21 so beeinflußt, daß die Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 20 ganz unterbunden wird. Die Schmutzwasserzufuhr geht inzwischen weiter, wodurch das Flüssigkeitsniveau 26 über die Höhe des Ausschnittes 30 oder bis zur Höhe dei öffnung 33 der Schlammrinne 32 ansteigt. Infolge des hydrostatischen Druckes der Oberflächenschicht fließt dadurch der angesammelte Schlamm zusammen mit einer gewissen Menge Flüssigkeit zu den hierfür vorgesehenen, schlammsammelnden Vorrichtungen, den Rinnen 31 oder 32. ab.

Wie schon erwähnt, setzt sich das Filter 8 nach und nach mit sich sammelnden Verunreinigungen zu und muß daher von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Bei der Erfindung ist eine Möglichkeit gegeben, den erforderlichen Reinigungsvorgang mit dem Abschneiden des Oberflächenschlammes zu verbinden. Die Zeitpunkte, zu welchen das Filter 8 gereinigt und der Oberflächenschlamm entfernt werden soll, werden durch die Programmsteuerung in der Steuereinheit 25 festgelegt, die dabei über die Befehlsleitung 28 einen Befehl an das Regelventil 21 gibt, so daß Die Verbindung zwischen den Leitungen 19 und 20 unterbrochen und die Verbindung zwischen der Druckleitung 22 und der Leitung 19 geöffnet wird. Gleichzeitig wird ein Befehl über die Leitung 29 an die druckentwickelnde Vorrichtung abgegeber!, die eine Pumpe sein kann und hierbei anläuft. Die druckentwickelnde Vorrichtung preßt hierdurch Wasser durch die Leitungen 22 und 19 rückwärts in den Klarwassersumpf 9 und von diesem durch die kleinen öffnungen 11 im Filterbett 10 durch den Sand des Filters 8 hoch, so daß dieses von den angesammelten Verunreinigungen befreit wird.

Dadurch, daß Wasser durch das Filter 8 gedrückt wird, steigt das Flüssigkeitsniveau 26 schnell Obwohl dieses relativ rasch geschieht, entstehen trotzdem keine unerwünschten Strömungen oder Wirbel im Flotationsteil, welche den Flotationsvorgang stören konnten, was daran liegt, daß sich die gesamte im Rotationsteil befindliche Flüssigkeitsmenge gleichmäßig in ihrer ganzen Breite hebt. Auf diese Weise entsteht schnell und ohne schädliche Strömungen eine erhebliche Anhebung des Flüssigkeitsniveaus 26, so daß eine sehr wirkungsvolle Entfernung der Oberschicht möglich wird, dadurch, daß diese zusammen mit dem an der Oberfläche angesammelten Schlamm in die hierfür vorgesehenen Schlamm- autfanger ablaufen können. Der Schlamm führt natürlich auch eine gewisse Menge Flüssigkeit zu den Schlammauffängern. Diese Flüssigkeit kann jedoch in einer Sedimentierungsanlage oder mit einem Filter grob gereinigt werden, wonach die Flüssigkeit wieder dem zu reinigenden Schmutzwasser zugeführt wird.

Die Sprüher 40, 41 sowohl in der unteren Lage als auch in der oberen Lage enthalten üblicherweise ein Gas-Flüssigkeitsgemisch 43 unter verhältnismäßig

ίο hohem Druck, wobei das Gas, welches hauptsächlich aus Luft besteht, in der Flüssigkeit gelöst 1st, die zweckinäßigenvcise aus reinem Wasser besteht.

Wenn das Gas-Flüssigkcits-Gemisch 43 die Sprüher 40, 41 durch die öffnungen 42 verläßt, geht die Druckenergie in Bewegungsenergie über, wodurch das Gemisch 43 mit ziemlicher Geschwindigkeit ausströmt. Die Richtung ist in F i g. 2 mit Pfeilen angedeutet. Nach und nach wird jedoch die Geschwindigkeit geringer, wobei die gelösten Gase in kleine BIasen übergehen, die sich vorzugsweise an den im Bekken 7 befindlichen Flocken bilden sowie auch daran haften, wodurch diese einen Auftrieb zur Oberfläche erhalten. Die Stoffe, die wenig oder nur sehr schwer flotiert werden können, sinken dagegen nach unten

as auf das Filter 8. Beim Durchgang durch das Rohrbett bzw. Sprühersystem werden jedoch die sich absetzenden Stoffe der starken Flüssigkeitsströmung von den Öffnungen 42 ausgesetzt, wodurch die Sedimentierung erschwert wird. In Wirklichkeit wird die ganze Oberschicht des Filters 8 von dem ausströmenden Gas-Flüssigkeits Gemisch 43 bearbeitet, wodurch den in der Oberschicht sich ansammelnden Verunreinigungen durch die von der Strömung verursachte Bewegung eine Möglichkeit gegeben wird, tiefer in das Sandlager einzudringen. Dies ist im besonderen der Fall, wenn die Sprüher 40 etwas tiefer angebracht werden, als in der Zeichnung gezeigt ist. Durch die Bewegung ist es auch den für die Flotierung weniger geeigneten, leicht sedimentierenden Stoffen möglich. Flocken, die an die Oberfläche flotiert werden, mitzuführen.

L^Tnter gewissen Umständen ist es auch möglich, beispielsweise wenn die Sprüher 40 vollständig von Sedimenten bedeckt sind, den Druck in den Rohrleituiigtii stark heraufzusetzen, um damit eine heftige Bewegung auszulösen, wodurch der Wasserdurchgang durch das Filter 8 wieder in Gang gebracht wird. Im Rahmen der Erfindung kann natürlich eine Vielzahl \on Ergänzungen und Modifikationen der gezeigten Vorrichtungen vorgenommen, werden. So sind zum Beispiel die Steuer- und Regelvorrichtungen nur schematisch gezeigt Es ist offensichtlich, daß diese Einzelheiten von einem Fachmann mil Hilfe von innerhalb der Regelungstechnik allgemeh

bekannten Grundsätzen leicht vervollständigt werdet können. Weiter kann zum Beispiel den Sprühvorrich tungen für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch 43 eine an dere Form als die Rohrfonn gegeben werden. Wei terhin können diese anders angeordnet werden, als h der Zeichnung gezeigt ist. Beispielsweise können di unteren Sprüher 40 bedeutend tiefer angebracht wei den, um dadurch eine heftigere Bewegung der Obei fläche zu erreichen. Es ist auch möglich, die Spriä vorrichtungen in mehr als zwei Lagen anzubringei wobei man beispielsweise die eine Lage, Vorzug! weise die untere, intennittierend arbeiten läßt, d.h daß man diese nur bei bestimmten Anlassen unti Druck setzt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 642 Patentansprüche:

1. In einem Behälter eingebaute Klär- und Filteranlage zur hochgradigen Reinigung von Wasser mittels eines seriengeschalteten Flotationsund Filtrierverfahrens, welche ein Flotationsbekken und ein Filter, insbesondere Sandfilter, einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Flotationsbeckens (7) aus einem Filter (8) besteht und daß unmittelbar oberhalb der Oberfläche des Filters (8) Gas-Flüssigkeitsspriiher (40,41) angeordnet sind.

2. Anlage gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüher (40, 41) in mindestens zwei Lagen angeordnet sind, wobei sich zumindest die obere Lage oberhalb der Oberfläche des Filters (8) befindet.

3. Anlage gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüher (40, 41) au« Rohren 'bestehen, die mit einer großen Anzahl von Öffnungen (42) versehen sind.