DE2918419C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
chemischen Reduzierung des Phosphatgehaltes von Wasser, bei
welchem wenigstens ein ein kristallines, schwer lösliches Salz
bildendes Reagenz zugesetzt wird und die Flüssigkeit mit einem
die Kristallisation fördernden Material oder Impfstoff in
Berührung gebracht wird.
Derartige bekannte Verfahren und Vorrichtungen werden insbesondere
zur Reinigung von Abwässern eingesetzt.
Sowohl das Abwasser der Haushalte wie industrielle Abwässer wer
den heutzutage weitgehend biologisch gereinigt, wobei das Phosphat
jedoch nur in begrenztem Maße entfernt wird. Das Ableiten dieses
gereinigten Abwassers, welches noch beträchtliche Phosphatmengen
enthält, kann jedoch das Wachstum von Algen in dem Gewässer, in
welches es abgeleitet wird, sehr stark fördern. Aus diesem Grunde
ist es oftmals erwünscht, den Phosphatgehalt des biologisch ge
reinigten Abwassers noch weiter zu reduzieren, bevor derartige
Abwässer in Flüsse oder dergl. abgeleitet werden.
Bei der Abwasserreinigung kennt man heutzutage drei chemische
Prozesse, durch welche der Phosphatgehalt reduziert wird, und
welche entsprechend dem Zeitpunkt eingeteilt werden, zu welchem
sie im Reinigungsverfahren durchgeführt werden, d. h. entsprechend
dem Zeitpunkt, zu welchem die Reagentien zugesetzt werden. Bei
diesen drei chemischen Verfahren handelt es sich um:
- 1. Die vorhergehende Ausscheidung, bei welcher der durch Zusatz der Reagentien erhaltene Niederschlag entfernt wird, bevor mit der biologischen Reinigung begonnen wird;
- 2. die gleichzeitige Ausscheidung, bei welcher die Reagentien während der biologischen Reinigung zugesetzt werden und der Niederschlag zusammen mit dem biologischen Schlamm entfernt wird, und
- 3. die nachträgliche Ausscheidung, bei welcher die Reagentien nach Abschluß der biologischen Reinigung zugesetzt werden und der dadurch entstehende Niederschlag entfernt wird.
In der Praxis werden oftmals Eisen und Aluminiumsalze als Reagen
tien für die Entfernung des Phosphates verwendet. Diese Salze
haben jedoch den Nachteil, daß große Mengen von fremden Anionen
(Sulphat oder Chlorid) in das Wasser eingebracht werden, so daß
dessen Salzgehalt erhöht wird. Außerdem verbleiben diese Metalle
in dem entstandenen Schlamm, wodurch der Schlamm landwirtschaft
lich praktisch unverwertbar wird.
Diese Nachteile bestehen zwar nicht, wenn als Reagenz zur Ent
fernung von Phosphat Kalziumoxid verwendet wird, doch wurde bis
vor kurzem Kalziumoxid fast ausschließlich zur Phosphatabschei
dung bei der vorhergehenden Ausscheidung eingesetzt. In diesem
Fall muß mit einem hohen pH-Wert gearbeitet werden, so daß eine
gleichzeitige Konditionierung des Wassers erfolgt, wobei infolge
dessen große Mengen an zusätzlichem Schlamm entstehen. Außerdem
darf nicht der gesamte Phosphatgehalt aus dem Wasser entfernt
werden, da ein Teil desselben bei der biologischen Reinigung
benötigt wird, um das biologische Zellenmaterial züchten zu kön
nen. Aus diesem Grunde muß die Reaktion mit Kalziumoxid sorg
fältig kontrolliert und gesteuert werden, was sich in der Praxis
als schwierig erwiesen hat.
Kalziumoxid kann auch bei der gleichzeitigen Ausscheidung ver
wendet werden. Ausgangspunkt hierfür war eine Untersuchung von
Jenkins, Menar und Ferguson, welche in "Applications of New Con
cepts of Physical-Chemical Wastewater Treatment 1972, Seite
211-230", beschrieben wird. Aus dieser Untersuchung ergibt sich,
daß bei einem relativ niedrigen pH-wert eine beträchtliche Phos
phatmenge als Hydroxyapatit (Ca5(PO4)3OH) ausfällen kann. Erfor
derlich zum Erhalt eines chemischen Gleichgewichts innerhalb
einer angemessenen kurzen Zeitspanne ist jedoch, daß im Reak
tionsbehälter eine ausreichende Menge von bereits gebildeten
Apatit-Kristallen vorhanden ist.
In der Praxis zeigte es sich jedoch, daß, wenn auch durch Zugabe
des Kalziumoxids bei der biologischen Stufe der Reinigung eine
beträchtliche Erhöhung der Menge des entfernten Phosphates er
reicht werden konnte, die Restmenge an Phosphat in Wasser immer
noch höher war als erwünscht und daß infolge der Konditionierung
des Wassers beträchtliche Mengen an Kalziumkarbonat gebildet
wurden.
Allen bisher angewendeten Verfahren zur Entfernung des Phospha
tes, bei denen ein Kalziumphosphat-Niederschlag gebildet wurde,
ist gemeinsam, daß aus den schwer löslichen Phosphaten stets ein
Schlamm gebildet wird. Es wird allerdings berichtet, daß bei der
gleichzeitigen Ausfällung mit Kalziumoxid Apatit-Kristalle ge
bildet werden, doch sind die Abmessungen dieser Kristalle so
klein, daß sie kaum, wenn überhaupt, von dem biologischen Schlamm
unterschieden werden können. Dies bedeutet, daß die für diesen
Zweck bekannte Vorrichtung platz- und kostenaufwendig ist, da die
erhaltenen Niederschläge nur durch Absetzen und/oder Filtern ent
fernt werden können, während außerdem große Mengen an Schlamm
erzeugt werden, welche einen hohen Wassergehalt von 95% oder dar
über besitzen. Insbesondere die Bildung großer Schlamm-Mengen
wird heutzutage überall als ernstes Problem angesehen, da die Ab
lagerung des Schlammes zunehmend auf große Schwierigkeiten stößt.
Bei der Wasserenthärtung ist es bekannt, Kornfließbetten und flui
disierte Impfmaterialien einzusetzen, um die Kristallisation schwer
löslicher Verbindungen zu fördern und ein körniges kristallines
Produkt zu erhalten (DE-OS 23 65 248, AT-PS 3 27 112).
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
und die Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu
verbessern, daß eine Reinigung des Wassers, d. h. die Entfernung
oder zumindest die Reduzierung seines Phosphatgehaltes, ohne die
bisher üblicherweise anfallenden großen Schlamm-Mengen möglich ist.
Es wurde nun festgestellt, daß es möglich ist, ein grobkörniges
kristallines Produkt mit einem geringen Wassergehalt zu erhalten,
indem bei der Entfernung von Phosphat aus Wasser eine unlösliche
kristalline Kalziumphosphat-Verbindung gebildet wird.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen
dadurch, daß aus dem die Kristallisation fördernden Material, d. h.
dem Impfstof, ein Kornfließbett aufgebaut und durch den Wasserstrom
in fließendem Zustand gehalten wird und daß das Reagenz bzw. die
Reagentien derart eingebracht wird bzw. werden, daß auf dem körni
gen Impfstoff eine im wesentlichen vollständige heterogene Keimbil
dung erzielbar ist.
Grundlage der Erfindung ist dabei die Verwendung eines Kornfließ
bettes, welches die Kristallisation der Kalziumphosphat-Verbindung
bzw. -Verbindungen fördert.
Im allgemeinen kann ein Fließbett dadurch aufgebaut werden, daß
ein Flüssigkeitsstrom durch ein Bett aus Feststoffteilchen von
unten nach oben geleitet wird. Dabei liegt dieses Bett zunächst
fest. Wenn die Flüssigkeit mit sehr geringer Geschwindigkeit
durch das Bett hindurchgeleitet wird, können sich die Feststoff
teilchen nicht bewegen und das Bett bleibt fest liegen, da die
Öffnungen zwischen den Bettkörnern groß genug sind, um die ge
ringen Flüssigkeitsmengen hindurchzulassen. Eine Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit durch das Bett hindurch erhöht jedoch
das Druckdifferential über die Höhe des Bettes. Sobald dieses
Druckdifferential gleich dem Schüttgewicht des Bettes ist, ändert
sich die Situation. Dann beginnt das Bett nämlich zu fließen. Die
Strömungsgeschwindigkeit, bei welcher dieses Fließen beginnt,
wird als Mindest-Fließgeschwindigkeit U mf bezeichnet.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit über diesen letztgenannten Wert
ansteigt, dehnt sich das Bett zwar weiter aus, doch bleibt das
Druckdifferential über die Höhe des Bettes konstant, d. h. gleich
dem Schüttgewicht des Bettes. Bei Ausdehnung des Bettes steigt
seine Porosität proportional an.
Schließlich erreicht die Strömungsgeschwindigkeit derartige Werte,
daß die kleinsten Teilchen im Bett nicht mehr in das Bett zurück
fallen, sondern mit dem Flüssigkeitsstrom fortgetragen werden.
Dann beginnt das Druckdifferential wiederum mit der Strömungs
geschwindigkeit anzusteigen. Wenn sogar die größten Teilchen des
Bettes mit dem Wasserstrom fortgetragen werden, hört das Fließ
bett auf, zu existieren.
Die Geschwindigkeit, bei welcher die Teilchen vom Wasserstrom fort
getragen werden, kann annähernd berechnet werden. Es scheint daher
so, daß bei einem Material mit einer Dichte von 2,6 × 103 kg/m3
und einer Wasserströmungsgeschwindigkeit von 100 m/h Teilchen mit
einem Durchmesser von unter etwa 0,14 mm mit fortgerissen werden.
Teilchen, welche zu groß sind, können nicht zum Fließen gebracht
werden, und zwar nicht einmal bei den in der Praxis üblichen Höchst
geschwindigkeiten. Für den Erhalt eines Fließbettes, welches für den
vorgenannten Zweck geeignet ist, sollte die Körnung zwischen 0,1
und 3 mm betragen.
In diesem Zusammenhang ist auch die Höhe des Fließbettes von Be
deutung. Die Höhe des festliegenden Bettes, aus welchem das Fließ
bett aufgebaut wird, kann zwischen 1 m und etwa 4 m liegen. Um
alle Vorteile eines Fließbettes zu erzielen, werden vorzugsweise Ober
flächen-Strömungsgeschwindigkeiten von wenigstens 30 m/h angewen
det.
Wenn es auch möglich ist, das Reagenz oder die Reagentien dem
Wasser zuzusetzen, bevor es in den Reaktionsbehälter eintritt, welcher
das Fließbett enthält, kann dabei doch ein lokalisierter zu stark
übersättigter Zustand der Kalziumphosphat-Verbindung entstehen,
wodurch die Keimbildung in der flüssigen Phase statt auf dem Impf
stoff erfolgt.
Infolgedessen wird vorzugsweise das Reagenz oder werden die Rea
gentien in das Fließbett selbst eingespritzt. Dadurch wird eine zu
starke Übersättigung innerhalb des Reaktionsbehälters vermieden, da
ein Teil der Kalzium- und Phosphat-Ionen augenblicklich auf dem
Impfstoff kristallisieren können.
Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 5 und 6.
Unter gewissen Umständen kann allerdings ein das aus dem Reak
tionsbehälter austretende Wasser trübender amorpher Niederschlag
entstehen, wenn die gesamte für die Kristallisation erforderliche
Reagentienmenge direkt am oder vor dem Zufluß zum Reaktions
behälter in das Fließbett gegeben wird. In diesen Fällen ist es
erforderlich, nur einen Teil des Reagenz oder der Reagentien am
oder vor dem Zufluß zum Reaktionsbehälter zuzusetzen, während
der restliche Teil oder die restlichen Teile in die oberen Be
reiche oder Schichten des Fließbettes eingespritzt werden.
Man kann auch zwei oder mehr Fließbetten hintereinander einsetzen,
wobei das Einspritzen des Reagenz stets direkt am oder vor dem
Zufluß zum Fließbett erfolgt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfah
rens mit einem im Betrieb senkrecht stehenden Reaktionsbehälter,
welcher an der Unterseite einen Einlaß für das Rohwasser sowie
einen Auslaß für den mit auf ihm kristallisierten Kalziumphosphat-
Verbindungen besetzten körnigen Impfstoff und an der Oberseite
einen Auslaß für das behandelte Wasser sowie einen Einlaß für das
Reagenz bezw. die Reagentien aufweist, ist im wesentlichen da
durch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Höhen über dem
Boden des Reaktionsbehälters Spritzdüsen für das Reagenz bezw.
die Reagentien vorgesehen sind.
Wenn der Reaktionsbehälter mit Rohwasser in mehr oder weniger
schwankender Zusammensetzung betrieben wird, werden zweckmäßiger
weise die Spritzdüsen in ihrer Höhe über dem Boden des Reaktions
behälters einstellbar ausgebildet.
Eine eingehende Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der
nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung;
es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm des Druckdifferentials über einem
Teilchenbett als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit
durch das Bett; und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in schematischer Darstellung.
Das Diagramm gemäß Fig. 1 zeigt die Bedingungen, welche die Ent
wicklung eines Fließbettes beherrschen. Zu diesem Zweck ist es
erforderlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch ein Bett
aus dicht übereinanderliegenden Körnern wenigstens so groß ist
wie die Mindest-Fließgeschwindigkeit. Bei derartigen Teilchen
oder Körnern handelt es sich um solche, bei denen die gegen
seitigen Kräfte ("interaction forces", London-Vanderwaals inter
action) gegenüber dem Gewicht der Einzelteilchen oder Körner
vernachlässigbar sind. Zu diesem Zweck sollten die Teilchen oder
Körner eine Mindestkörnung von etwa 0,1 mm haben.
Bei den bisher bekannten Schlamm- oder Ausfällverfahren ist die
Teilchengröße wesentlich geringer, so daß bei derartigen Verfahren
ein Fließbett unmöglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Oberflächenwasser-
Strömungsgeschwindigkeiten von 40 m/h oder darüber ohne weiteres
erreicht werden, während bei den Schlammverfahren Geschwindig
keiten von nicht mehr als 1 m/h bis einige m/h erzielbar sind.
Bei diesen Verfahren ist die Fluidisierung unmöglich, und zwar
auch, da die Wechselkräfte zwischen den einzelnen Teilchen gegen
über dem Gewicht der Teilchen nicht vernachlässigbar sind.
Durch den Betrieb mit einem Fließbett ergeben sich nachstehende
Vorteile:
- 1. Eine Verstopfung des Bettes infolge eines Anwachsens der Körner wird aktiv vermieden,
- 2. die vorhandene Feststoff-Kontaktfläche ist sehr groß, so daß das gewünschte Resultat innerhalb einer kurzen Verweilzeit im Reaktionsbehälter erreicht wird, wodurch ein Reaktions behälter von vergleichsweise kleiner Abmessung verwendet werden kann,
- 3. die Körner können zu groben Körnern von einigen Millimeter anwachsen, welche fast wasserfrei sind, und
- 4. da die Reaktion im Fließbett mit einer im wesentlichen vollständigen heterogenen Keimbildung erfolgt, ist keine getrennte Nachreinigung mehr erforderlich.
Die Reaktionskinetik des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so
günstig, daß bei einem relativ geringen pH-Wert von 8,5-9,5 eine
extrem hohe Reduzierung des Phosphatgehaltes (bis zu 1 ppm)
innerhalb einer relativ kurzen Reaktionszeit von weniger als
3 min erreicht wird.
Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil ist darin zu sehen, daß ein
körniges Produkt mit einem sehr geringen Wassergehalt von etwa
0,5% erhalten wird, für welches zahlreiche industrielle und land
wirtschaftliche Anwendungen gefunden werden können.
Daher ist nicht nur das Volumen der bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren erzeugten Körner annähernd ein Faktor 50 niedriger als
bei den bisher bekannten Verfahren, was an sich bereits im Hin
blick auf die Verkaufsmöglichkeiten sehr wichtig ist, sondern
auch der Zustand, in welchem das Produkt erhältlich ist (ein
körniges und insbesondere trockenes Produkt im Vergleich zum
Schlamm mit hohem Wassergehalt) bietet bedeutende Vorteile gegen
über den bisher bekannten Verfahren. Schließlich ist die Rein
heit des erhaltenen Produktes wesentlich größer als bei dem
Schlammverfahren, wodurch die Möglichkeiten einer praktischen
Anwendung stark erhöht werden.
Alkalische Lauge wird an erster Stelle als günstiges Reagenz
angesehen. Wenn nur alkalische Lauge verwendet wird, dann ent
stehen Kristalle einer Kalziumphosphat-Hydroxyverbindung. Anderer
seits lassen sich auch Kristalle einer Kalziumphosphat-Fluorid
verbindung erzeugen. Zu diesem Zweck wird der alkalischen Lauge
ein Fluorid zugesetzt, beispielsweise Natriumfluorid. Dieses
Fluorid kann allerdings auch getrennt in den Flüssigkeitsstrom
eingespritzt werden.
Um gute Resultate zu erzielen, ist es auch wichtig, daß die
chemische Zusammensetzung des Rohwassers auf vorgegebene Grenzen
gebracht wird. Einerseits sollte die Lösung gegenüber dem zu
erhaltenden Produkt übersättig sein, da sonst keine Kristalli
sation erfolgt. Andererseits darf diese Übersättigung nicht so
weit gehen, daß eine homogene Keimbildung in der flüssigen Phase
neben der heterogenen Keimbildung erfolgt. Wichtige Kriterien
sind hierbei:
- 1. Die Kalzium-Ionen-Konzentration. Im natürlichen Wasser und im Abwasser sind im allgemeinen so viel Kalzium-Ionen vorhanden, daß keine gesonderten Zusätze erforderlich sind. Trotzdem ist es manchmal erforderlich, die Kalzium-Ionen Konzentration zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird gewöhnlich Kalziumoxid oder ein Kalziumsalz, z. B. CaCl2 zugesetzt.
- 2. Obwohl die Phosphat-Ionen-Konzentration des zu behandelnden Rohwassers ein gegebener Parameter ist, kann es erforderlich sein, diese Konzentration zu senken, um einen sauberen Prozeß ablauf zu erhalten. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß von Phosphat befreites, den Reaktionsbehälter verlassendes Wasser erneut dem Zufluß zum Reaktionsbehälter wieder zugeleitet wird.
- 3. In allen Fällen muß der pH-Wert erhöht werden. Infolgedessen ist stets als Reagenz eine alkalische Lauge erforderlich. Es kann nötig sein, die Alkalimenge über eine Anzahl von Einspritzstellen zu verteilen, damit die Übersättigung nicht übermäßig erhöht wird.
- 4. Die Fluorid-Ionen-Konzentration ist wichtig, wenn ein Kalziumphosphat-Fluorid-Produkt hergestellt werden soll.
- 5. Die Konzentration anderer Ionen wie Karbonat und Sulfat.
Das verwendete Reagenz sollte, abgestimmt auf die Zusammensetzung
des zu behandelnden Rohwassers, wenigstens ein, gewöhnlich je
doch eine Kombination der folgenden Ionen enthalten:
- 1. Hydroxyl-Ionen,
2. Fluorid-Ionen,
3. Kalzium-Ionen. - 1. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuzusetzende Alkali- Lauge kann eine Alkalimetall-Hydroxidlauge, insbesondere die leicht erhältliche Natronlauge sowie eine Alkali-Erdmetall- Lauge, insbesondere Kalkwasser, sein. Die Verwendung von Natrionlauge besitzt Vorteile bei kleinen Anlagen, da die Einrichtung für ihre Erzeugung und ihre Zuteilung einfach ist. Für große bis sehr große Mengen an Wasser in großen Anlagen bietet jedoch die Verwendung von Kalkwasser Vorteile infolge der geringen Kosten für das Kalziumoxid, wodurch die höheren Investitionen für die Herstellung und Einspritzein richtung ausgeglichen werden.
- 2. Als Quelle für Fluorid-Ionen wird in erster Stelle NaF an gesehen, doch können auch andere lösliche Fluoride verwendet werden.
- 3. Als Quelle für Kalzium-Ionen wird neben Kalziumoxid auch Kalziumchlorid angesehen.
Es hat sich gezeigt, daß die Reaktionen derart schnell verlaufen,
daß innerhalb weniger Minuten bei einem relativ niedrigen pH-Wert
eine extrem starke Reduzierung des Phosphatgehaltes erzielbar
ist. Dabei stellt sich heraus, daß überraschenderweise die Bedin
gungen ohne weiteres derart gewählt werden können, daß die Bil
dung von Kalziumkarbonat fast vollständig ausgeschlossen wird,
so daß die zugesetzten Reagentien fast ausschließlich in den ge
wünschten Reaktionen Verwendung finden.
Infolge des Anwachsens des kristallinen Phosphates auf den Kör
nern des Fließbettes wachsen diese Körner größenmäßig und ge
wichtsmäßig an und das Gewicht des Bettes steigt infolgedessen
an. Dadurch steigt auch die Mindest-Fließgeschwindigkeit. Wenn
diese Mindest-Fließgeschwindigkeit den Wert der angewendeten
Strömungsgeschwindigkeit erreichen würde, würde das Fließbett
aufhören zu existieren. Infolgedessen müssen die größten Teilchen
periodisch von unten her aus dem Reaktionsbehälter entfernt wer
den, wobei, um die Anzahl der Feststoffteilchen oder Körner im
Reaktionsbehälter mehr oder weniger konstant zu halten, in den
oberen Bereich des Reaktionsbehälters frische kleine Teilchen
nachgefüllt werden.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Ver
fahrens besitzt einen Reaktionsbehälter 1 mit einem Wasserzufluß
2, einem Abfluß 3 und Zuflußleitungen 4 für das Reagenz bezw. die
Reagentien. Hinter jeder Zuflußleitung 4 für das Reagenz bezw.
die Reagentien ist in der Wasserzuflußleitung 2 eine Mischkammer
5 eingebaut. Das mit dem Reagenz bezw. den Reagentien vermischte
Wasser tritt durch die Leitung 6 in den Reaktionsbehälter 1 ein.
Es strömt dann durch die Verteilerplatte 7, welche unmittelbar
über dem Boden 8 des Reaktionsbehälters angeordnet ist. Diese
Verteilerplatte 7 dient dazu, den Wasserstrom über die gesamte
Breite des Reaktionsbehälters zu verteilen, um ein homogenes
Fließbett 9 aus dem die Kristallisation fördernden Material oder
Impfstoff zu erhalten.
Dieses Fließbett 9 wird im Reaktionsbehälter aus der darin ent
haltenen Körnerfüllung durch den eintretenden Wasserstrom auf
recht erhalten, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
und damit die Höhe des Fließbettes durch den Schieber 10 in der
Leitung 6 gesteuert werden kann. In den Behälterboden 8 ist
außerdem ein Körnerauslaß 11 mit einem Schieber 12 eingebaut.
Vorzugsweise wird ein Reagenz oder werden mehrere Reagentien in
den Reaktionsbehälter selbst über Reagenz-Einspritzdüsen 17 ein
gespritzt.
Im oberen Bereich des Reaktionsbehälters ist ein Überlauftrichter
13 angeordnet, welcher für den Abfluß des behandelten Wassers
dient. Dieser Trichter mündet in die Wasserablaufleitung 3. Im
Reaktionsbehälter sind mehrere Lanzen 14 und 15 für ein Reagenz
oder mehrere Reagentien 4 eingebaut, welche sich in unterschied
lichen Höhen über dem Boden des Reaktionsbehälters in das Fließ
bett 9 entleeren. Der Abstand zwischen den Enden der Lanzen 14
und 15 und dem Deckel 6 des Reaktionsbehälters 1 kann verändert
werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung sind diese Lanzen 14 und 15 im Reaktions
behälter fortgelassen. Gewöhnlich besitzt das aus dem Reaktions
behälter abfließende Wasser dann jedoch einen zu hohen Phosphat
gehalt, so daß einem ersten Reaktionsbehälter ein weiterer oder
mehrere weitere Reaktionsbehälter nachgeschaltet werden müssen.
Einige Beispiele sollen die Erfindung des weiteren erläutern.
In einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 wurde Wasser mit einem Phosphor
gehalt von 17,5 mg/l mit 0,6 eq. NaOH-Lösung pro m3 Wasser behan
delt, während außerdem 90 mg Ca++ pro Liter Wasser zugesetzt wur
den. Die Laugenzuteilung erfolgt insgesamt am Zufluß zum Reak
tionsbehälter und die Kalziumzuteilung erfolgt vor dem Zufluß
zum Reaktionsbehälter. Als die Kristallisation förderndes Mate
rial wurde gerösteter und gewaschener Filtersand mit einer Kör
nung von 0,2-0,6 mm verwendet. Es wurde so viel Filtersand zu
gesetzt, daß eine Oberflächengeschwindigkeit von 30 m/h in einem
Fließbett mit einer Höhe von 3 m entstand. Der Ca++-Ionengehalt
des Wassers stieg nach der Zuteilung auf 124 mg/l und der HCO3-
Ionengehalt betrug 100 mg/l.
Beim fortlaufenden Betrieb sank der Phosphorgehalt des Wassers
bei dieser Vorrichtung auf 2,7 mg/l in dem den Reaktionsbehälter
verlassenden Wasser. Der pH-Wert des dephosphatierten Wassers
betrug 8,3 während der Ca++-Gehalt auf 100 mg/l gesenkt war.
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 wurde Wasser mit
einem Phosphorgehalt von 20 mg/l mit 1 eq. NaOH/m3 Wasser
behandelt, während außerdem 85 mg Ca++/l Wasser zugesetzt wurden.
Die Laugenzuteilung erfolgte insgesamt in einer Höhe von 1,20 m
über dem Boden des Reaktionsbehälters, während die Kalziumzu
teilung vor dem Reaktionsbehälter erfolgte. Als Impfstoff oder
die Kristallisation förderndes Material wurde das gleiche Mate
rial wie im Beispiel 1 verwendet. Das Bett hatte ebenfalls eine
Höhe von 3 m bei einer Oberflächengeschwindigkeit des Wasser
stromes von 30 m/h. Nach der Zuteilung oder dem Zusatz betrug
der Ca++-Ionengehalt 120 mg/l und der HCO3-Ionengehalt 100 mg/l.
Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurde der Phosphorgehalt
bei fortlaufendem Betrieb auf 0,5 mg/l im abfließenden Wasser
reduziert, wobei dieses Wasser einen pH-Wert von 9,2 besaß. Der
Ca++-Gehalt des Wassers wurde auf 88 mg/l reduziert.
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 wurde Wasser,
welches in einer Abwasser-Reinigungsanlage mit einem Gesamt-
Phosphorgehalt von 15-19 mg/l (von welchem etwa 13-17 mg/l als
Orthophosphat vorhanden war), einem Ca++-Gehalt von 40-60 mg/l
und einem HCO3-Ionengehalt von 250 mg/l mit 1,25 eq. NaOH/m3
Wasser behandelt, während außerdem 80 mg Kalzium pro Liter Wasser
zugesetzt wurden. Die Laugenzuteilung erfolgte zu 10% in der
Zuflußleitung des Wassers und zu 90% in einer Höhe von 1,20 m
über dem Boden des Reaktionsbehälters, während die Kalziumzu
teilung vor dem Reaktionsbehälter erfolgte. Der Impfstoff bezw.
das die Kristallisation fördernde Material war das gleiche wie
im Beispiel 1 und das Verfahren wurde bei gleicher Betthöhe und
gleicher Strömungsgeschwindigkeit wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Im abfließenden Wasser ergab sich ein auf 1,3 mg/l reduzierter
Phosphorgehalt, von welchem 1,2 mg/l als Orthophosphat vorhanden
war. Der pH-Wert des abfließenden Wassers betrug 9,2, während
der Ca++-Gehalt auf 80-96 mg/l gesenkt wurde.
In der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 wurde Wasser,
welches in einer Abwasser-Reinigungsanlage auf einen Orthophos
phatgehalt von 13 mg/l gereinigt war, mit 1,25 eq. NaOH/m3 Was
ser, 40 mg/l an Kalzium-Ionen und 4 mg/l an Fluorid-Ionen behan
delt. Die Zuleitung der Fluorid- und der Kalzium-Ionen erfolgte
in dem dem Reaktionsbehälter eingespeisten Wasser vor dem Ein
tritt in den Behälter, während die Laugenzuteilung zu 60% un
mittelbar über der Verteilerplatte des Reaktionsbehälters und für
die restlichen 40% unmittelbar über der Verteilerplatte eines
zweiten Reaktionsbehälters erfolgte, welcher dem ersten Reak
tionsbehälter nachgeschaltet war. Der Impfstoff oder das die
Kristallisation fördernde Material, die Höhe des Bettes und die
Strömungsgeschwindigkeit waren in den beiden Reaktionsbehältern
die gleichen wie im Beispiel 1.
In dem abfließenden Wasser ergab sich eine Reduzierung des Ortho
phosphat-Gehaltes auf 1,2 mg/l.
Claims (8)
1. Verfahren zur chemischen Reduzierung des Phosphatgehaltes von
Wasser, bei welchem wenigstens ein ein kristallines, schwer lösliches
Salz bildendes Reagenz zugesetzt wird und die Flüssigkeit mit einem
die Kristallisation fördernden Material oder Impfstoff in Berührung
gebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem die Kristallisation fördernden Material, d. h. dem Impf
stoff, ein Kornfließbett aufgebaut und durch den Wasserstrom in
fließendem Zustande gehalten wird und daß das Reagenz bzw. die
Reagentien derart eingebracht wird bzw. werden, daß auf dem körni
gen Impfstoff eine im wesentlichen vollständige heterogene Keimbil
dung erzielbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Körnung des Impfstoffes 0,1 bis 3 mm beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe des festliegenden Kornbettes, aus welchem das Kornfließbett
gebildet wird, 1 bis 4 m beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Oberflächen-Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
wenigstens 30 m/h beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Reagenz zumindest teilweise in das Kornfließbett
eingespritzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
zuzusetzenden Reagentien auf mehrere Einspritzstellen verteilt
werden, welche in verschiedenen Höhen des Kornfließbettes an
geordnet sind.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 6 mit einem Betrieb senkrecht stehenden
Reaktionsbehälter, welcher an der Unterseite einen Einlaß für
das Rohwasser sowie einen Auslaß für den mit auf ihm kristalli
sierten Kalziumphosphatverbindungen besetzten körnigen Impfstoff
und an der Oberseite einen Auslaß für das behandelte Wasser
sowie einen Einlaß für das Reagenz bezw. die Reagentien auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Höhen
über dem Boden (8) des Reaktionsbehälters (1) Spritzdüsen (14;
15) für das Reagenz bezw. die Reagentien vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spritzdüsen (14; 15) in ihrer Höhe über dem Boden (8) des
Reaktionsbehälters (1) einstellbar sind.
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