DE3631817A1

DE3631817A1 - Duesenbodenloser rieselfilmreaktor zur kontinuierlichen eliminierung geloester wasserinhaltsstoffe

Info

Publication number: DE3631817A1
Application number: DE19863631817
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Biol Adam; Klaus Dipl Ing Hofmann
Original assignee: PROJEKT WASSERWIRTSCHAFT VEB
Current assignee: INSTITUT FUER WASSERTECHNOLOGIE GMBH DRESDEN, O-80
Priority date: 1985-10-03
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1987-05-14
Also published as: DD241406A1; DD241406B1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen düsenbodenlosen Rieselfilmreaktor zur kontinuierlichen Eliminierung gelöster Wasserinhaltsstoffe aus weitestgehend schwebstofffreien Wässern, wie z. B. Grundwasser, durch vorwiegend oxydative Prozesse. Der Einsatz der Vorrichtung kann durch nachträgliche Ausrüstung vorhandener umbauter Räume, die nicht für den vollständigen Wassereinstau geeignet sind, erfolgen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Wasseraufbereitung werden als wesentliche Aufbereitungsstufen Filteranlagen mit körnigem Filtermaterial verschiedenen Durchmessers betrieben. Entsprechend der Aufbereitungszielstellung dienen diese Anlagen als mechanische Filter und/oder das Füllkörpermaterial wird als Reaktionsträger für katalytische Prozesse bzw. Aufwuchsträger für Mikroorganismen bei der biologisch/biochemischen Konvertierung von Wasserinhaltsstoffen genutzt.

Es sind Schnellsandfilter zur Entmanganung und/oder Enteisenung sowie biologisch wirksame Langsamsandfilter bekannt. Hierbei handelt es sich um Filteranlagen, die im Überstau betrieben werden, das eingesetzte Filtermaterial weist Korngrößen von etwa 0,5-2,5 mm auf.

Die Reinigung dieser Filter erfolgt durch Rückspülung (Schnellfilter) bzw. Abtrag der oberen Schicht (Langsamsandfilter). Zur Aufbereitung industrieller und kommunaler Abwässer werden seit Jahrzehnten Tropfkörper eingesetzt. Diese Reaktoren erreichen hohe biochemische Abbauleistungen.

Auch ist die Reduzierung von Inhaltsstoffen durch oxydative Prozesse bekannt.

Als Füllkörpermaterial dienen vorwiegend Schlacken mit einem Korndurchmesser von 5-10 cm.

Durch entsprechende Porengrößen wird überschüssige Biomasse durch die hydraulische Belastung selbständig abgespült, bei einer starken Verschlammung ist der Ausbau des Füllkörpermaterials erforderlich.

In letzter Zeit sind Bemühungen erkennbar, die Leistungsfähigkeit der Aufbereitungsverfahren durch neue Füllkörpermaterialien bzw. neue Verfahrensführungen zu erhöhen, die Anwendungsmöglichkeit zu erweitern oder den Bedienungs- und Wartungsaufwand für den Einsatz der Verfahren/Reaktoren zu verringern.

In der DD-1 29 162 wird ein Naßfiltrationsverfahren mit schwimmfähigen Schaumpolystyrolkugeln beschrieben, bei dem die Schaumkugeln durch Filtration im Aufwärtsstrom gegen eine oben angebrachte Düsenplatte gedrückt werden. Der Reinwasserabzug erfolgt im oberhalb der Düsenplatte liegenden Stauraum. Durch Abschiebern des Zulaufes und Rückfluten des Wassers im Überstauraum wird die Filtermaterialschicht gelockert und der Schmutz mit dem rückflutenden Wasser abgezogen.

Tropfkörper mit Feinkornmaterial werden z. B. in der DE-OS 21 16 000 beschrieben, bei denen nach Einstau des schwimmfähigen Materials eine Umwälzung mittels Druckluft mit anschließendem Schmutzwasserabzug erfolgt. Der Einsatz erfolgt hier jedoch nur für Abwasser.

In der DE-OS 27 22 459 wird ein Reaktor beschrieben, in dem eine Zwangsbelüftung durch Anlegen von Vakuum erfolgt und der als mehrstufiger Reaktor beschrieben werden kann.

Im WP 2 09 354 wird erstmalig ein Feinkorntropfkörper mit Füllkörper aus Schaumpolystyrol für die Reduzierung der organischen Inhaltsstoffe sowie der Schwebestoffe von belastetem Oberflächenwasser zu Trinkwasser eingesetzt.

Der im WP 2 09 354 vorgeschlagene Tropfkörper besitzt eine Bodentasse, in der sich eine Stützschicht aus grobem Material befindet, und einer aufgesetzten Umfassungswand in Leichtbauweise. Als Füllmaterial wird Schaumpolystyrol mit einem Korndurchmesser von 3 bis 20 mm benutzt. Der obere Teil der Bodentasse umschließt die Umfassungswand in einem gewissen Abstand. Außerdem weißt der untere Teil der Umfassungswand Belüftungsöffnungen auf. Die Bodentasse enthält grobes Material einer Dichte größer als 1 g/m³.

Dieses dient nur zur Rückhaltung der Schaumpolystyrolkugeln, um ein Austragen über die Überlauföffnungen bzw. den Rohwasserabzug zu verhindern. Der beschriebene Reaktor besitzt nur eine Trockenfilterzone. Die Ausbildung einer Naßfilter- bzw. Sedimentationszone ist nicht gegeben und wird auch nicht bezweckt. Der im beschriebenen Prozeß entstehende Schlamm setzt sich in der Bodentassenschicht ab. Die Reinigung geschieht mittels teilweisen Einstau, wobei keine vollständige Umwälzung sondern nur ein Anheben der Filterschicht möglich ist. Bei hartnäckigen Verschmutzungen sollen diese durch Zugabe von Desinfektionsmitteln beseitigt werden, wobei die negative Beeinflussung der biologisch aktiven Aufwuchsorganismen nicht ausgeschlossen werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Aufbereitungsanlage zur Reduzierung gelöster Wasserinhaltsstoffe aus weitestgehend schwebstofffreien Wässern wie z. B. Grundwasser.

Neben der Errichtung von Neuanlagen soll diese Anlage durch vergleichsweise geringen Aufwand bei der Rekonstruktion von vorhandenen Anlagen, die nicht für den vollständigen Wassereinstau geeignet sind, eine sichere und wartungsarme Wasseraufbereitung sowie eine Steigerung deren Leistungsfähigkeit ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen düsenbodenlosen Rieselfilmreaktor zu entwickeln, der kontinuierlich betrieben werden kann und dabei die Vorteile einer Trockenfilter-, Naßfilter- und Sedimentationsstufe vereint.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der düsenbodenlose Rieselfilmreaktor frei schwimmendes Füllkörpermaterial mit einer Dichte wesentlich kleiner als 1 g/m³ enthält und eine Einstauhöhenregulierung vorgesehen ist.

Durch die Schwimmfähigkeit des feinkörnigen Füllkörpermaterials, das vorzugsweise aus Schaumpolystyrol besteht, werden durch dessen teilweises Eintauchen eine Trockenfilter-, eine Naßfilter- und eine Sedimentationsstufe ausgebildet. Entsprechend der Einstauhöhe muß der Reaktor nur im unteren Teil hydromechanisch belastbar sein.

In den Hohlräumen der Trockenfilterstufe können durch hohe Turbulenz besonders oxydative Prozesse mit hohem Sauerstoffbedarf ablaufen, wobei die Naßfilterzone besonders für autokatalytische Prozesse wirksam wird.

In der Sedimentationszone erfolgt der Reinwasserabzug. Dieser Raum kann gleichzeitig, bei Einbau eines Schutzes, zur Verhinderung von Kurzschlußströmungen, als Sedimentationsraum mit kontinuierlichem bzw. diskontinuierlichem Abzug von Sinkstoffen genutzt werden. Durch den Schutz über dem Reinwasserabzug wird der Austrag von Sinkstoffen verringert. Ein kontinuierlicher Betrieb wird jedoch erst durch eine Einstauhöhenregulierung möglich. Diese bewirkt, daß sich die beiden angrenzenden Zonen, Trockenfilterzone und Naßfilterzone, unabhängig von der Beaufschlagung mit Rohwasser stets auf dem gleichen Niveau befinden. Eine Entlüftungsöffnung am Überlauf verhindert das ungewollte Entleeren des Reaktors. Für einen eventuell höheren Bedarf an Sauerstoff sind vorrangig in der Naßfilterzone ein oder mehrere Belüftungssysteme vorgesehen, wodurch sauerstoffbedarfsabhängig gegenstrombelüftet werden kann. Ist eine zusätzliche Reinigung neben der selbsttätigen Ausspülung im Bedarfsfall notwendig, kann sie durch Veränderung der Einstauhöhe und der damit verbundenen Umlagerung des Füllkörpermaterials, ggf. durch Änderung der Beaufschlagung mit Rohwasser und/oder der Gegenstrombelüftungsmenge erreicht werden. Dadurch ist eine vollständige Umwälzung des Füllkörpermaterials möglich.

Durch die wartungsarme Betriebsweise des Reaktors ist ein hoher Automatisierungsgrad erreichbar.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Grundwasser wird zum Zweck der Oxydation von gelösten Inhaltsstoffen (Nitrifikation, Enteisenung, Entmanganung) dem erfindungsgemäßen Reaktor durch eine Rohwasserzuführung 1, die für eine feinstrahlige und gleichmäßige Verteilung sorgt, zugeführt. Der Reaktor 11 ist mit Schaumpolystyrolkugeln 10 einer Dichte von 0,02 g/cm³ und einer Korngröße von 1 bis 10 mm gefüllt. Der Reaktor 11 ist im unteren Bereich eingestaut. Durch das spezifisch leichte Füllkörpermaterial 10 ist der Reaktor 11 in drei funktionelle Zonen, der Trockenfilterzone 2, der Naßfilterzone 3 und der Sedimentationszone 4 unterteilt.

Das feinverteilte Wasser rieselt durch das Füllkörpermaterial 10 im Abwärtsstrom hindurch. Durch die auf eine bestimmte Höhe eingestellte Einstauhöhenregulierung 8 stellt sich beim Betrieb ein konstanter Flüssigkeitsspiegel ein. In den beiden Füllkörper enthaltenden Zonen erfolgt eine Eliminierung von gelösten Inhaltsstoffen. Zur Bedarfsdeckung von zusätzlich benötigten Sauerstoff ist eine Belüftungseinrichtung 7 für Luft angeordnet. Aus der Sedimentationszone 4 erfolgt der Abzug des gereinigten Wassers über ein Düsensystem und am konischen Boden des Reaktors 11 ein Abzug von Sinkstoffen 5. Ein Schutz 12 verhindert Kurzschlußströmungen und somit einen unmittelbaren Austrag von Sinkstoffen. Die Ausspülung der sich im Füllkörpermaterial 10 angesetzten Schmutzstoffe erfolgt größtenteils selbständig. Bei Bedarf erfolgt über eine zweite Stellung der Einstauhöhenregulierung 8 eine Anhebung des Flüssigkeitsspiegels. Bei gleichzeitiger Belüftung über die Belüftungseinrichtung 7 erfolgt eine Verwirbelung des Füllkörpermaterials 10 und somit eine Ablösung der Schmutzstoffe. Ihr Austrag erfolgt bei normalem Betrieb nach Absetzen im Sedimentationsraum 4 über den Sinkstoffabzug. Bei einer Versuchsanlage mit 3 m Schichthöhe und Gegenstrombelüftung wurde bei einer Oberflächenbelastung von 5,6 m³/m²h und Eingangswerten von 13 mg NH₄/l eine Eliminierungsleistung von 96% (Ausgangswert 0,5 mg NH₄/l) erreicht.

Bei einer Versuchsdurchführung ohne Gegenstrombelüftung wurden bei einer Ausgangskonzentration von 2,5 mg NH₄/l 80% Ammonium sowie 55% Mangan (Ausgangswert 0,35 mg Mn/l) eliminiert.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Rohwasserzuführung
2 Trockenfilterzone
3 Naßfilterzone
4 Sedimentationszone
5 Sinkstoffabzug
6 Reinwasserabzug
7 Belüftungseinrichtung
8 Einstauhöhenregulierung
9 Entlüftungsöffnung
10 Füllkörpermaterial
11 Reaktor
12 Schutz

Claims

1. Düsenbodenloser Rieselfilmreaktor zur kontinuierlichen Eliminierung gelöster Wasserinhaltsstoffe aus weitestgehend schwebstofffreien Wässern, wie z. B. Grundwasser, wobei der Rohwasserdurchsatz über ein feinkörniges Füllkörpermaterial erfolgt und am Boden ein Sinkstoffabzug vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktor (11) freischwimmendes Füllkörpermaterial (10) mit einer Dichte wesentlich kleiner als 1 g/cm³ enthält und eine Einstauhöhenregulierung (8) vorgesehen ist.

2. Düsenbodenloser Rieselfilmreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine oder mehrere Belüftungseinrichtungen (7) vorrangig in der Naßfilterzone (3) angeordnet sind.

3. Düsenbodenloser Rieselfilmreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Füllkörpermaterial (10) Schaumpolystyrolkugeln verwendet werden.

4. Düsenbodenloser Rieselfilmreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß an der Einstauhöhenregulierung (8) eine Entlüftungsöffnung (9) vorgesehen ist.

5. Düsenbodenloser Rieselfilmreaktor nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß über dem Reinwasserabzug (6) in der Sedimentationszone (4) ein Schutz (12) vorgesehen ist.