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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern in
einer Flotationsanlage durch Vermischung des Abwasserstroms mit
einem aus in Wasser gelösten
Mikroblasen bestehenden Dispersionsstrom. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
eine Flotationsanlage zur Durchführung
des Verfahrens, mit mindestens einem Flotationsbecken, mit mindestens
einem Abwasserzulauf und mindestens einem im und/oder am Abwasserzulauf
angeordneten Mischbereich, in welchem das Abwasser mit einem aus
in Wasser gelösten
Mikroblasen bestehenden Dispersionsstrom gemischt wird, mit mindestens
einer Dispersionsstromdüse,
durch welche der Dispersionsstrom in das Abwasser eingeleitet wird.
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Derartige
Flotationsverfahren bzw. -anlagen sind aus der Praxis bekannt. Das
in das Flotationsbecken einströmende,
zu klärende
Abwasser wird ggf. unter Zuhilfenahme von Flotationsmitteln mit
einem in einer Dispergierstation und nachfolgenden Entspannungsventilen
erzeugten Dispersionsstrom aus Mikroblasen gemischt. Dieser "Blasennebel" sorgt dafür, dass
die im Abwasser befindlichen, meist in Flockenform vorliegenden
Trockensubstanzen auf die Wasseroberfläche im Flotationsbecken aufgeschwemmt
und dort mittels einer Abräumanlage
entfernt werden können.
Die Mikroblasen sind in der Regel Luftblasen. Es kann sich aber
auch um andere Gase handeln.
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Je
nach Art der Zusammensetzung des Abwassers, d. h. nach Art der Inhaltsstoffe
und nach dem Belastungsgrad, wird mit einer derartigen Anlage eine
unterschiedliche Reinigungswirkung erzielt. Der Betreiber einer
solchen Anlage versucht daher in der Regel, das Abwasser in einer
solchen Form der Flotationsanlage zuzuführen, so dass hier optimale Betriebsbedingungen
vorliegen. Hierzu wird üblicherweise
das Abwasser zunächst
in einem Puffer gesammelt und durch entsprechende Vermischung, z. B.
mit Wasser aus dem Klarlauf der Flotationsanlage, so "aufbereitet", dass die Trockensubstanzkonzentration
im Abwasser innerhalb eines gewünschten
Bereiches liegt. Diese Voreinstellung des Abwassers auf die optimalen
Betriebsbedingungen der Flotationsanlage ist relativ aufwendig.
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Aus
A. Hahn: Wassertechnologie, Berlin [o. a.]: Springer 1987, Kapitel
10.1, Kapitel 10.4.01, 10.16 ist
bekannt, daß zu
den wichtigsten Betriebsparametern die tatsächliche Menge an eingebrachter
Luft sowie das Luft-zu Feststoff-Verhältnis in einem
Flotationsreaktor gehört.
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Aus
DE 29 25 457 A1 ist
bekannt, daß Einspritzdüsen in Fließrichtung
einer Flüssigkeit
hintereinander in einem Zulaufkanal oder Zufuhrrohr angeordnet und über einstellbare
Rückschlagventile
einer Druckleitung verbunden sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung
von Abwässern
in einer Flotationsanlage bereitzustellen, das sich in einfacher
Weise an die der Flotationsanlage zugeführten Abwässer anpassen läßt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu
diesem Stand der Technik zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
1.
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Erfindungsgemäß wird der
Dispersionsstrom bezüglich
der Einströmrichtung
in den Abwasserstrom in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des Abwassers eingestellt. Die Anlage wird
dabei derart auf das jeweilig anfallende Abwasser eingestellt, dass
weitgehend unabhängig
von der Abwasserzusammensetzung immer ein optimaler Betrieb möglich ist.
Eine Pufferung des Abwassers ist nicht mehr nötig. Der Reinigungsgrad innerhalb
der Flotationsanlage kann jederzeit verändert und auf den gewünschten
Wert eingestellt werden. So ist es zum einen möglich, die Anlage so einzustellen,
dass möglichst
alle Trockensubstanzpartikel ausgetragen werden und der Trockensubstanzanteil
hierbei eingedickt wird. Andererseits kann die Anlage aber auch derart
eingestellt werden, dass das Abwasser nur "geschönt", d. h. nur leicht abflotiert wird.
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Zur
Einstellung auf die Art der Belastung, d. h. die Art der Inhaltsstoffe,
ist die Einstellung der Einströmrichtung
des Dispersionsstroms in den Abwasserstrom besonders wichtig. Durch
die Veränderung der
Einströmrichtung
kann unter Berücksichtigung der
Stabilität
der Flocken eine optimale Durchmischung und Austragung erreicht
werden. Die Stabilität
der Trockensubstanzflocken hängt
zum einen von den Inhaltsstoffen, zum anderen aber auch von dem eventuell
zugegebenen Flockungsmittel ab. Wird z. B. ein großer Anteil
von polymerem Flockungsmittel zugegeben, so wird eine recht stabile
Trockensubstanzflocke erzeugt. Andererseits hat dies aber den Nachteil,
dass sich Reste des Flockungsmittels im Klarlauf befinden. Es ist
daher sinnvoll, möglichst
wenig Flockungsmittel zu verwenden. In diesem Fall sind jedoch die
Flocken relativ unstabil. Um eine Zerstörung dieser Flocken zu verhindern,
ist es vorteilhaft, wenn die Einströmrichtung des Dispersionsstroms
in Richtung oder schräg
in Richtung des Abwasserstroms eingestellt wird, so dass möglichst
wenig Scherkräfte
auf die Flocken ausgeübt
werden.
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Im
Falle einer sehr stabilen Flocke oder einer Art von Flocken, die
sich nach kurzer Zeit wieder neu bilden, kann, um so eine heftigere
und stärkere Durchmischung
zu erreichen, die Einströmrichtung auch
entgegen oder schräg
entgegen oder in der Richtung des Abwasserstroms eingestellt werden. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die Einströmrichtung
quer zum Dispersionsstrom zu wählen.
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Hierzu
sind die bzw. jede der Dispersionsstromdüsen derart angeordnet oder
ausgebildet, dass die Einströmrichtung
des Dispersionsstroms in das Abwasser veränderbar ist.
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Bevorzugt
wird die Dispersionsstrommenge in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration
im Abwasser eingestellt. Diese Trockensubstanzkonzentration, d.
h. der Belastungsgrad des Wassers, kann z. B. durch eine online-Trübungsmessung
im Zulauf der Anlage gemessen werden. Über eine damit verbundene Steuerung
wird dann die Dispersionsstrommenge verändert, und zwar in der Regel
in der Weise, dass bei steigender Trockensubstanzkonzentration auch
die Dispergierstrommenge zunimmt.
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Die
Dispersionsstrommenge kann vorzugsweise durch Zuschalten oder Abschalten
von Dispersionsstromdüsen
verändert
werden, durch welche der Dispersionsstrom in das Abwasser eingebracht wird.
Hierzu sind dem oder jedem Mischbereich in Abwasserstromrichtung
hintereinander angeordnet mehrere Dispersionsstromdüsen zugeordnet,
welche unabhängig
voneinander zuschaltbar oder abschaltbar sind. Die Dispersionsstrommenge
kann damit so eingestellt werden, dass sie in Abwasserstromrichtung
kontinuierlich oder stufenweise zunimmt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die Dispersionsstromdüsen
jeweils zu Dispersionsstromdüsengruppen
zusammengefasst, welche gemeinsam schaltbar sind. Hierbei kann jeder
Dispersionsstromdüse
bzw. jeder Dispersionsstromdüsengruppe
ein Dispersionsstromerzeuger zugeordnet sein.
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Bei
einer Flotationsanlage zur Durchführung des Verfahrens weist
die bzw. jede Dispersionsstromdüse
einen verstellbaren Düsenkopf
auf.
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Vorzugsweise
sind die im Mischbereich befindlichen Dispersionsstromdüsen bzw.
der jeweilige Düsenkopf
außerhalb
des Abwasserzulaufs und des Flotationsbeckens verstellbar, so daß im laufenden Betrieb
die Einströmrichtung
verändert
werden kann. Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Dispersionsstromdüsen bzw.
der jeweilige Düsenkopf
motorisch verstellbar sind. Selbstverständlich ist es natürlich auch
möglich,
die Dispersionsstromdüsen
bzw. die Düsenköpfe bei
der jeweiligen Anlage nur vor der Inbetriebnahme, bzw. bei Wartungsarbeiten,
entsprechend einzustellen, sofern z. B. in der jeweiligen Anlage
nur mit Flocken einer bestimmten Stabilität zu rechnen ist.
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Da
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw.
der erfindungsgemäßen Flotationsanlage
zur Durchführung
des Verfahrens die Flotationsanlage auf das Abwasser eingestellt
wird und nicht das Abwasser auf die Anlage, ist das Verfahren bzw.
die Anlage erheblich kostengünstiger
als bisherige Anlagen. Auf eine aufwendige Pufferung des Abwassers kann
verzichtet werden. Die Flotationsanlagen sind vielseitiger einsetzbar
und haben einen höheren
Wirkungsgrad.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen
anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
stellen dar:
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen Abwasserzulauf zu einem Flotationsbecken (nicht
dargestellt), mit mehreren Dispersionsstromdüsen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen
schematischen Schnitt durch einen Abwasserzulauf zu einem Flotationsbecken (nicht
dargestellt), mit mehreren Dispersionsstromdüsen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 einen
schematischen Schnitt durch einen Abwasserzulauf zu einem Flotationsbecken (nicht
dargestellt), mit mehreren Dispersionsstromdüsen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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4 einen
schematischen Schnitt durch einen Abwasserzulauf zu einem Flotationsbecken (nicht
dargestellt), mit mehreren Dispersionsstromdüsen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
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5A eine
schematische Seitenansicht mit Teilschnitt eines Abwasserzulaufs
in ein Flotationsbecken, mit Darstellung der Versorgung der Dispersionsstromdüsen mit
einem Dispersionsstrom über
einen Verteilerring,
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5B einen
schematischen Schnitt durch eine ringförmig um einen Abwasserzulauf
angeordnete Dispersionsstromdüsengruppe
mit einem Verteilerring gemäß 5A,
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6A eine
schematische Seitenansicht mit Teilschnitt wie in 5A,
jedoch hier mit einem Vorverteilerring,
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6B einen
schematischen Schnitt durch eine ringförmig um einen Abwasserzulauf
angeordnete Dispersionsstromdüsengruppe
mit Verteilering und Vorverteilerring gemäß 6A,
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7 eine
vergrößerte schematische
Darstellung zweier Dispersionsstromdüsen (eine in seitlicher Darstellung
und eine in Draufsicht) mit verstellbarem Düsenkopf,
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8 eine
schematische Darstellung von an einem senkrecht von unten zentral
zum Flotationsbecken führenden
Abwasserzulauf angeordneten Dispersionsstromdüsen,
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9 eine
schematische Seitenansicht von an einem waagerechten, entfernteren
Teil des Abwasserzulaufs zu einem Rundflotationsbecken angeordneten
Dispersionsstromdüsen,
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10 eine
schematische Ansicht eines Rechteckflotationsbeckens mit einem waagerechten, seitlichen
Abwasserzulauf und daran senkrecht angeordneten Dispersionsstromdüsen.
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Die 8 bis 10 zeigen
jeweils eine erfindungsgemäße Flotationsanlage
mit einem Flotationsbecken (2, 3), in welches
das Abwasser über
einen Abwasserzulauf (4) eingeleitet wird. In den 8 und 9 soll
das Flotationsbecken jeweils ein Rundflotationsbecken (2)
darstellen, in 10 ein Rechteckflotationsbecken
(3). Bei dem Rundflotationsbecken (2) gemäß den 8 und 9 ist
der Abwasserzulauf (4) jeweils zentral von unten an das Becken
(2) angesetzt. Bei dem Rechteckflotationsbecken (3)
gemäß 10 wird
das Abwasser seitlich zugeführt.
Selbstverständlich
kann aber auch bei einem Rundfloationsbecken die Zuführung seitlich
und bei einem Rechteckflotationsbecken die Zuführung von unten sein.
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Am
Abwasserzulauf (4) befinden sich jeweils mehrere Dispersionsstromdüsen (20), über die
dem Abwasserstrom (A) ein aus in Wasser gelösten Mikroblasen bestehender
Dispersionsstrom (D, D')
beigemischt wird. Das Rohrstück
(6) des Abwasserzulaufs (4), an welchem die Dispersionsstromdüsen (20)
angeordnet sind, bildet hierbei den Mischbereich (M), in welchem
Abwasser- und Dispersionsstrom (A, D, D') gemischt werden.
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8 stellt
hierbei das bevorzugte Ausführungsbeispiel
dar, bei dem dieses Rohrstück
(6) mit den Dispersionsstromdüsen (20) unmittelbar
unter das Rundflotationsbecken (2) mit horizontaler Anordnung
der Dispersionsstromdüsen
(20) montiert wurde.
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In 9 ist
das Rohrstück
(6) mit dem Mischbereich (M) an einem vom Rundflotationsbecken
(2) entfernteren Bereich des Abwasserzulaufs (4)
angeordnet. Dies kann z. B. bei einer Nachrüstung eines vorhandenen Flotationsbeckens
der Fall sein.
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Jede
der Dispersionsstromdüsen
(
20) weist ein Entspannungsventil (
30) auf. Der
Dispersionsstrom wird von einem Dispersionsstromerzeuger (nicht
dargestellt), z. B. einem Gerät
gemäß der Offenlegungsschrift
DE 196 177 15 A1 als
gesättigte Gas/Wasserlösung dem
Entspannungsventil (
30) zugeführt. Beim Ausströmen aus
dem Entspannungsventil (
30) geht diese Lösung in
eine übersättigte Lösung über, wobei
sich im Ventil (
30) die Mikroblasen bilden, welche dann
durch einen Düsenkopf
(
27) in das Abwasser einströmen.
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Bei
den Entspannungsventilen (30) handelt es sich um selbstreinigende
Nadelventile. Zur Reinigung wird in regelmäßigen Abständen der Ventilkegel kurzzeitig
ruckartig zurückgezogen
und wieder geschlossen. Dadurch werden Verschmutzungen im Ventil
gelöst.
Die Ansteuerung dieses Reinigungsvorganges erfolgt in Abhängigkeit
vom Druck und derart, daß die
Ventile möglichst
nacheinander, d. h. nicht gleichzeitig, betätigt werden. Auf diese Weise
bleibt der Druck insgesamt weitgehend konstant.
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1 zeigt
einen schematischen Schnitt durch das Rohrstück (6), welches den
Mischraum (M) bildet. In das Rohrstück (6) sind senkrecht
zur Abwasserstromrichtung (A) mehrere Dispersionsstromdüsen (20)
radial in das Rohrstück
(6) hineingeführt. Im
einzelnen bilden diese Dispersionsstromdüsen (20) zwei hintereinander
in Stromrichtung liegende Dispersionsstromdüsengruppen (21). Die
Dispersionsstromdüsen
(20) können
dabei jeweils an einen eigenen Dispersionsstromerzeuger angeschlossen sein.
Hierzu weisen die Dispersionsstromdüsen (20), wie in den 1 bis 4 dargestellt,
jeweils einen eigenen Anschlußstutzen
auf. Sie können
aber auch, wie in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den 5A und 5B dargestellt
ist, jeweils gruppenweise, d. h. z. B. fünf Dispersionsstromdüsen (20),
die in einer Ringebene liegen, zusammengefaßt an einem Verteilerring (22)
angeschlossen sein, welcher wiederum über einen Stutzen (23)
mit einem Dispersionsstromerzeuger (nicht dargestellt) verbunden
ist. Dieser Verteilerring (22) sorgt für eine möglichst gleichmäßige Verteilung
des Dispersionsstroms auf die einzelnen Düsen (20).
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In
den 6A und 6B ist
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
dargestellt, bei der zusätzlich
zu dem Verteilerring (22) noch ein Vorverteilerring (25)
verwendet wird, welcher oberhalb oder unterhalb des Verteilerrings
(22) um das Rohrstück (6)
angeordnet ist und über
mehrere, auf dem Ring verteilt angeordnete, Verbindungsrohre (24)
mit dem Verteilerring (22) verbunden ist. Hierbei weist
der Vorverteilerring (25) einen Anschlußstutzen (26) für den Dispersionsstromerzeuger
auf. Die Verteilung des Dispersionsstroms auf die einzelnen Düsen (20) ist
hierbei noch gleichmäßiger.
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Die
Strahlrichtung der am Rohrstück
(6) installierten Dispersionsstromdüsen (20) läßt sich
auf das jeweilige Abwasser einstellen. Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel
weist die Dispersionsstromdüse
(20), wie in 7 im einzelnen dargestellt,
einen verstellbaren Düsenkopf
(27) auf, welcher im wesentlichen aus einem stumpf abgewinkelten
Rohrstück
(27) mit einem ersten Winkelschenkel (27A), durch
den der Dispersionsstrom (D, D')
in das Rohrstück
(27) einströmt,
und mit einem zweiten Winkelschenkel (27B), durch den der
Dispersionsstrom (D, D')
aus dem Rohrstück
(27) ausströmt,
besteht.
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Dieses
Rohrstück
(27) bzw. der Düsenkopf (27)
ist derart am Mischbereich (M) angeordnet, daß die Längsachse (L) des ersten Winkelschenkels (27A)
im wesentlichen quer zur Abwasserstromrichtung (A) liegt. Das Rohrstück (27)
ist z. B. über
einen Drehflansch (29) um die Längsachse (L) des ersten Winkelschenkels
(27A) drehbar gelagert. Die Ausströmrichtung aus dem zweiten Winkelschenkel (27B)
ist daher bezüglich
der Abwasserstromrichtung (A) durch Drehen des Düsenkopfes (27) verstellbar.
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Der
Drehflansch (29) liegt vorzugsweise außerhalb des Rohrstücks (6)
und der vordere Teil der Dispersionsstromdüse (20) bzw. der Düsenkopf
(27) ist mittels eines O-Rings (31) abgedichtet
in das Rohrstück
(6) hineingeführt.
Es ist daher möglich, den
Düsenkopf
(27) von außerhalb
des Rohrstücks (6)
zu drehen, um so auch jederzeit eine Einstellung der Dispersionsstromstrahlrichtung
beim laufenden Betrieb zu ermöglichen.
Alternativ ist es natürlich auch
möglich,
einen im Rohrstück
(6) angeordneten Flansch (28) als Drehflansch
auszubilden und auf eine Verstellung von außen zu verzichten. Ebenso ist es
auch möglich,
eine motorische Verstellung des Düsenkopfes (27) oder
der gesamten Dispersionsstromdüse
(20) vorzusehen. Ebenso kann selbstverständlich auch
der Dispersionsstromdüsenkopf
z. B. über
ein Kugelgelenk mit einem Anschlußstutzen verbunden sein, so
daß die
Dispersionsstromdüse bzw.
der Düsenkopf
in jede beliebige Richtung verdreht werden kann.
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In
den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
dargestellt, wie der Dispersionsstrom (D, D') jeweils mit dem Abwasserstrom (A) gemischt
werden kann. Der Dispersionsstrom (D, D') ist hierbei jeweils schräg in Richtung
des Abwasserstroms (A) gerichtet, da in der Regel die Flocken empfindlich
sind und daher diese Richtung bevorzugt ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird
der Dispersionsstrom (D, D')
von beiden hintereinander entlang des Abwasserstroms (A) angeordneten
Dispersionsstromdüsengruppen
(22) direkt in den Abwasserstrom (A) eingestrahlt, d. h.
hier findet eine Entspannung und eine Ausbreitung des "Blasennebels" direkt im Abwasserstrom
(A) statt.
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2 zeigt
ein zweistufiges Vermischungssystem, bei dem zunächst ein Teil des Dispersionsstroms
(D) direkt in den Abwasserstrom (A) eingetragen wird. Der andere
Teil wird erst nach einer bestimmten, dem Abwasser (A) angepaßten Ausdehnung
des Blasennebels mit dem Abwasserstrom (A) in Kontakt gebracht.
Hierzu ist um das Rohr (6) noch ein weiterer nach unten
geschlossener Rohrstutzen angeordnet, welcher eine äußere ringförmige Vormischkammer
(5) bildet. Die äußere Vermischung
in dieser Vormischkammer (5) erfolgt nicht so turbulent wie
die innere Vermischung im Rohrstück
(6), so daß der
vom Abwasserstrom (D')
erzeugte Blasennebel mehr wie ein Trägerpolster wirkt und die bei
der turbulenten, im inneren Mischraum erzeugten Vermischung nicht
erfaßten
Partikel auffängt.
Dieses System ist besonders bei hohen Recycling-Strömen und wechselnden
Abwasserzusammensetzungen geeignet.
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3 zeigt
ebenfalls ein Zweistufensystem, jedoch wird hier zunächst der
Abwasserstrom (A) mit einem bereits in einem äußeren Raum (5) ausgebreiteten
Dispersionsstrom (D')
gemischt. Erst anschließend
erfolgt eine Einbringung eines Teils des Dispersionsstroms (D) direkt
in den Abwasserstrom (A). Da hier der Mischbereich (M) größer ist
als in dem Mischbereich gemäß 2,
wirkt die Vermischung jedoch nicht so heftig. Der Einsatz dieses
Systems ist ebenfalls abwasserbezogen.
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4 zeigt
ein Eintragssystem mit einer einstufigen Vermischung, wobei die
Entspannung komplett außerhalb
der Abwasserleitung in einer Vormischkammer (5) erfolgt.
Hierdurch werden zu hohe Scherkräfte,
wie bei der direkten Einstrahlung des Dispersionsstrom (D) vermieden,
wobei sich dieses System vor allem für besonders instabile Flocken
eignet.
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Die
Anzahl der Dispersionsstromdüsen
(22) bzw. der Dispersionsstromdüsengruppen (27) kann den
möglichen
Abwasserarten angepaßt
werden, d. h. es können
auch mehr als zwei verschiedene ringförmige Dispersionsstromdüsengruppen
(27) übereinander
angeordnet sein, so daß sich
durch Zuschaltung der einzelnen Dispersionsstromdüsengruppen (27)
jeweils die Dispersionsstrommenge in einem weiten Bereich variieren
läßt.