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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Abwasserbehandlung.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Feststoff-Flüssigkeits-Trennung durch Ausflocken
und Dekantieren, insbesondere auf dem Gebiet der Abwasserbehandlung.
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Bei
der Behandlung von Abwässern,
insbesondere im Fall der Behandlung von als Trinkwasser vorgesehenem
Oberflächenwasser
und zu reinigendem städtischem
oder Industrie-Abwasser, findet häufig ein Verfahren Anwendung,
welches darin besteht, das zu behandelnde Wasser mit einem häufig aus
einem dreiwertigen Metallsalz bestehenden Koagulationsmittel zu
koagulieren, das koagulierte Wasser mit einem Ausflockungsreagens,
das normalerweise aus einem organischen Polymer besteht, auszuflocken
und die gebildeten Flocken in einer Dekantiervorrichtung abzuscheiden,
wobei die Schlämme
am Boden der Dekantiervorrichtung extrahiert werden und das behandelte
Wasser im Überlauf
der Dekantiervorrichtung extrahiert wird.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich insbesondere mit der sogenannten Technologie zur Behandlung
von Wasser durch ballastiertes Ausflocken und Dekantieren, bei dem
ein aus einem feinen körnigen
Material von hoher Dichte bestehender Ballast wie zum Beispiel Mikrosand
eingesetzt wird, der innerhalb oder oberhalb des Ausflockungsbereichs
injiziert wird, um die Geschwindigkeit der Flockenbildung zu erhöhen und
das Ausflocken einzuleiten, und auch, um durch Erhöhung der
Flockendichte die Dekantiergeschwindigkeit der während der Ausflockungsphase
gebildeten Flocken zu erhöhen,
sodass die Größe der Bauwerke
reduziert werden kann.
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Der
Mikrosand mit einem mittleren Durchmesser von etwa 20 bis 300 Mikrometer,
zumeist von 80 bis 200 Mikrometer, ist der Ballast, der aus Verfügbarkeits-
und Kostengründen
am häufigsten
zum Einsatz kommt.
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Aus
Gründen
der wirtschaftlichen Wiederverwertung wird der Ballast normalerweise
von den aus dem Dekantierbauwerk extrahierten Schlämmen getrennt
und in das Verfahren rezykliert.
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Die
Ballastverluste unterteilen sich normalerweise in Verluste durch
das behandelte Wasser und Verluste durch die an den Bauwerken extrahierten
Schlämme.
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An
einer beliebigen Stelle des Kreislaufs, den der Ballast durchströmt, ist
eine Injektion von Frischballast zum Ausgleich der Ballastverluste
vorgesehen.
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Eine
Kontrolle der Verluste an in den Schlämmen mitgeführtem Ballast ist wichtig,
sowohl um die Frischballastkosten zu minimieren, als auch eine Qualitätsminderung
der extrahierten Schlämme
zu vermeiden.
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Die
Mittel, die eingesetzt werden, um den Ballast von den extrahierten
Schlämmen
zu trennen und diesen Ballast unter Minimierung der Ballastverluste
in das Verfahren zu rezyklieren, werden im Allgemeinen unter den
Techniken der statischen Schwerkraftabscheidung (wie Dekantieren)
oder dynamischen Schwerkraftabscheidung (wie Zentrifugieren und
Zentrifugalabscheidung) gewählt,
und zumeist erfolgt eine Hydrocyclonbehandlung des Gemischs aus
Schlämmen/Ballast.
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Die
Ballastverluste im Überlauf
des Hydrocyclons, welches Mittel in der Praxis zumeist angewandt wird,
um den Ballast von den extrahierten Schlämmen zu trennen, verhalten
sich im Allgemeinen und bei einer festgelegten Hydrocyclongeometrie
und festgelegten Betriebsbedingungen in etwa proportional zur Konzentration
des Ballasts in dem in den Hydrocyclon eintretenden Gemisch.
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Wenn
also ein bestimmter, Ballaststoffe enthaltender Schlammdurchfluss
in einem bestimmten Hydrocyclon zu behandeln ist, verdoppeln sich
die Ballaststoffe im Hydrocyclonüberlauf
in etwa, wenn sich die Ballastkonzentration in den Schlämmen verdoppelt,
während
alle anderen Betriebsparameter im Übrigen gleich bleiben.
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Die
in Suspension befindlichen Stoffe der Schlämme, die sehr fein sind, werden
durch herkömmlicherweise
verwendete Mittel wie Hydrocyclone in der Praxis nicht abgeschieden,
außer
wenn Hydrocyclone sehr geringer Größe eingesetzt werden, bei denen
die Gefahr einer Verstopfung des unterlaufenden Materials sehr groß ist, die
in der Praxis nicht eingesetzt werden: Der Fluss des in Suspension
befindlichen Schlammmaterials unterteilt sich in Unterlauf und Überlauf
des Hydrocyclons etwa im gleichen Verhältnis wie zwischen dem unterlaufenden
und überlaufenden
Wasserdurchfluss.
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Daher
ist für
einen Durchfluss von 40 m3/h, der 3000 kg/h
Ballast und 400 kg/h Schwebstoffe im Schlamm enthält und der
in einen Hydrocyclon mit einer Abschaltleistung von 99,9% am verwendeten
Ballast eintritt, und eine Durchflussaufteilung von 20% Unterlauf
und 80% Überlauf
ein Ballastverlust in der Größenordnung
von 3 kg/h für
den Überlauf
vorzusehen, und die Schlämme
verteilen sich in etwa auf 80 kg Schwebstoffe/h im Unterlauf und
320 kg Schwebstoffe/h im Überlauf.
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Wird
der gleiche Durchfluss einem Hydrocyclon zugeführt, der die Durchflussmenge
in 40% Unterlauf und 60% Überlauf
aufteilt (indem zum Beispiel ein unterschiedliches Durchmesserverhältnis für Überlauf
und Unterlauf Anwendung findet), verteilen sich die Schlämme in etwa
auf 160 kg Schwebstoffe/h für
den Unterlauf und 240 kg Schwebstoffe/h für den Überlauf: Im Verhältnis zur
ersten Konfiguration ist die rezyklierte Schlammmenge dann größer.
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Die
zweite Hydrocyclonkonfiguration ist daher zu wählen, wenn eine Erhöhung der
Schlammrezirkulationsmenge angestrebt wird, jedoch ist dabei gewöhnlich ein
höherer
Eintrittsdruck in den Hydrocyclon (und somit ein höherer Energieaufwand)
erforderlich, um den Ballastverlust auf einem akzeptablen Niveau
zu halten.
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Die
Verteilungskurve eines Hydrocyclons zeigt die Durchgangswahrscheinlichkeit
eines Korns im Unterlauf entsprechend seinem Durchmesser. Es ist
zu bemerken, dass diese Kurve umso besser ist (größere Durchgangswahrscheinlichkeit
im Unterlauf bei einem bestimmten Korndurchmesser), je mehr die
Feststoffkonzentration (hauptsächlich
Ballaststoffe, aber auch Schlämme)
und die Zuführviskosität abnehmen.
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Die
Gefahr einer Funktionsstörung
an einem Hydrocyclon nimmt jenseits einer bestimmten Feststoffkonzentration
im Unterlauf schnell zu (häufig
etwa 40 Vol.-% Feststoff).
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Schließlich kann
es zu erheblichen Ballastverlusten kommen, wenn der Unterlauf des
Hydrocyclons verstopft wird, sodass der Ballast dann überläuft.
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Die
Technologie des ballastierten Ausflockens und Dekantierens wird
insbesondere in folgenden Patenten beschrieben:
- – Patent FR 2627704 , veröffentlicht
am 1. September 1989;
- – Patent FR 2719234 , veröffentlicht
am 3. November 1995.
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Die 1a und 1b präzisieren
die schematische Darstellung dieser Art von Technologie durch ballastiertes
Ausflocken und Dekantieren: Ein Zufluss von zu behandelndem Rohwasser 1 mit
einem Bereich zur Koagulation (hier dargestellt durch den Wasserleitungsabschnitt
zwischen dem Eintritt des Koagulationsreagens und dem Ausflockungsbereich)
durch ein über
das Mittel 2 zugeführtes
Koagulationsreagens; das koagulierte Wasser wird einem Ausflockungsbereich 3 zugeführt, wo
es mit Hilfe eines eventuellen Ausflockungsreagens rund um die Körner eines
Ballaststoffs (im Allgemeinen Mikrosand), der in Wasser nicht löslich ist
und innerhalb oder oberhalb der Ausflockung injiziert wird, ausgeflockt
wird; das ausgeflockte Wasser wird dann in einen Dekantierungsbereich 4 geleitet,
der mit Dekantierlamellen oder einer anderen Vorrichtung zur Unterstützung des
Dekantierens mit ähnlicher
Funktion ausgestattet (1a) oder nicht ausgestattet
(1b) ist, worin die ballastierten Flocken schnell
abgeschieden werden und von wo aus das von den Flocken getrennte Wasser
am Überlauf
der Dekantiervorrichtung extrahiert wird.
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Die
ballastierten Schlämme
werden durch das Fördermittel 61 (im
Allgemeinen eine Pumpe, eventuell ein "Air-lift" mit gleichwertiger Förderfunktion)
umgepumpt und einem Mittel 7 zugeleitet, welches die Extraktion der
erzeugten Schlämme 9,
die im Unterlauf 81 innerhalb oder oberhalb der Ausflockung
von dem rezyklierten Ballast getrennt wurden, erlaubt. Dieses Mittel 7 besteht
gewöhnlich
aus einem Hydrozyklon, der den am Überlauf-Auslauf extrahierten
Schlämmen
wirksam den (im Unterlauf zugeleiteten) Ballast entzieht. In einem
Hydrocyclon verteilen sich die eintretenden Schlämme auf Unterlauf und Überlauf
in einem Verhältnis,
welches mit dem Verhältnis
Unterlaufdurchmesser und Überlaufdurchmesser
in Beziehung steht.
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Die
in diesen beiden Patenten beschriebenen Verfahren präzisieren
nicht die gewählte
Trennung Ballast/Schlämme,
die je nach dem spezifischen Behandlungsbedarf für die einzelne Anwendung einen
bestimmten akzeptablen Ballastverlust begünstigen können:
- – entweder
die Minimierung des Energieverbrauchs, die bei einer einfachen Hydrocyclon-Trennstufe
in der Praxis zum Rezyklieren von Schwebstoffen der Unterlaufschlämme von
ca. 10% bis 20% im Verhältnis
zum Durchfluss der in den Hydrocyclon eintretenden Schwebstoffe
und zu Ballastverlusten in der Größenordnung von 1 bis 3 g/m3 behandeltes Wasser führt;
- – oder
das Rezirkulieren der Schlämme,
zum Beispiel um auf diesem Umweg die Konzentration der Schlämme im Apparat
und somit ihre Konzentration bei der Extraktion zu erhöhen oder
um die Verweilzeit der Schlämme
in der Anlage zu verlängern,
was insbesondere dann von Nutzen sein kann, wenn eine Maximierung
im Einsatz von Aktivkohlepulver (CAP) angestrebt wird, das injiziert
wird, um diverse Geschmäcke,
Gerüche
oder organische Stoffe oberhalb der Einheit für ballastiertes Ausflocken
und Dekantieren zu beseitigen.
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Bei
Anwendung einer einfachen Trennstufe mittels Hydrocyclon können daher
bis zu wenigstens 40% der Unterlaufschlämme rezirkuliert werden, wobei
jedoch ein größerer Energieaufwand
erforderlich ist, um die ungünstigeren
Trennleistungen der Hydrocyclonbehandlung unter diesen Betriebsbedingungen
auszugleichen.
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Die
Anwendung eines Systems zur Trennung von Schlämmen/Ballaststoffen mittels
einer einfachen Hydrocyclonstufe setzt somit eine Wahl zwischen
den Parametern Energieverbrauch, Ballastverbrauch und Schlammkonzentration
voraus, die je nach dem im Einzelfall angestrebten Hauptzweck unterschiedlich
sein wird.
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Das
am 31. Juli 1998 veröffentlichte
und in
2 schematisch dargestellte Patent
FR2758812 sieht eine Modifikation
der in obigen Patenten beschriebenen Vorrichtungen vor, indem eine
Schleife zur direkten Rezirkulation
20 eines Teils des
aus Ballaststoffen und Schlämmen
zur Ausflockung dekantierten Gemischs hinzugefügt wird, ohne dass dieser Teil
des dekantierten Gemischs aus Ballaststoffen und Schlämmen die
in diesen Patenten vorgesehenen Organe zur Trennung von Schlämmen/Ballaststoffen
passiert.
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Diese
zusätzliche
Rezyklierungsschleife erlaubt für
eine bestimmte Menge erzeugter, zu extrahierender Schwebstoffe und
unter Berücksichtigung
zum Beispiel der Tatsache, dass 50% des Durchflussvolumens Schlämme/Ballast,
das in den unteren Teil der Dekantiervorrichtung gepumpt wird, direkt
zur Ausflockung rezykliert wird und nur 50% der gleichen Durchflussmenge
Gegenstand einer Trennung zur Entfernung der Ballaststoffe aus den
Schlämmen
vor der Extraktion sind, in etwa eine Verdoppelung der Konzentration
der extrahierten Schlämme.
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Diese
Anordnung gestattet daher, wenn dies angestrebt wird, eine Erhöhung der
Konzentration der aus dem System extrahierten Schlämme entsprechend
dem Verhältnis
zwischen dem Anteil der Durchflussmenge Ballast/Schlamm/direkt rezirkuliertes
Wasser und dem Anteil der Durchflussmenge Ballast/Schlamm/ Wasser,
der Gegenstand einer Trennung der Ballaststoffe von den schließlich aus
dem System extrahierten Schlämmen
ist.
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Dieses
Patent beansprucht eine Verringerung der erforderlichen elektrischen
Energie für
das direkte Rezyklieren eines Teils des aus Schlämmen und Ballaststoffen bestehenden
Gemischs, wobei der Energiebedarf geringer wäre als die Energie zur Trennung
von Schlämmen/Ballaststoffen,
die an der gesamten Durchflussmenge von Schlämmen sowie Ballaststoffen,
die sich am Boden der Dekantiervorrichtung ansammeln, benötigt wird.
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Das
in diesem Patent beschriebene Verfahren beinhaltet jedoch mehrere
Nachteile:
Es setzt zusätzliche
Investitionen voraus, da es nötig
ist, zwei verschiedene Rezirkulationssysteme (Pumpen sowie Rohrleitungen
mit Armaturen) vorzusehen, jedoch mit erheblicher Ballastkonzentration
in beiden Systemen (ein System zum direkten Rezirkulieren von Ballast/Schlämmen zur
Ausflockung unter geringem Druck und ein System zum Rezirkulieren
von Ballast/Schlämmen,
zur Trennung von Ballaststoffen und Schlämmen sowie zur Extraktion der
bei der Behandlung anfallenden Schlämme).
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Die
Ballastkonzentration in dem Gemisch Schlämme/Ballast, das derjenigen
Rezirkulationsschleife zugeführt
wird, die eine Trennung einschließt, bleibt die gleiche wie
diejenige, die erzielt würde,
ohne die direkte Rezirkulationsschleife einzusetzen, ist also erheblich.
In Anbetracht der höheren
Schlammkonzentration und der gleichwertigen Ballastkonzentration
und trotz der geringeren Ballastdurchflussmenge, die beim Einsatz
einer direkten Rezirkulationsschleife abzuscheiden wäre, erfahren
die Ballastverluste im Verhältnis
zu den Behandlungssystemen ohne direkte Rezirkulation nur eine geringfügige Verbesserung.
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In
Anbetracht des in diesem Patent vorgeschlagenen, wenig wirksamen
Systems zur Trennung von Ballast und Schlämmen durch Dekantieren, beträgt die Mindestballastgröße, die
erforderlich ist, um die Ballastverluste auf einem akzeptablen Niveau
zu halten, selbst wenn dieses Niveau wahrscheinlich weiter hoch sein
wird, 200 Mikrometer, was beim Anfahren der Anlage zu Problemen
in der Behandlungsqualität
führt,
zum Beispiel wenn es bei der Behandlung von Überläufen aus Regenwassernetzen
zu regnen beginnt (in dem Bauwerk haben sich noch keine Schlämme angesammelt
und das Patent besteht darauf, dass die Ballaststoffe zu grob sind,
um alleine, ohne Schlämme,
wirksam zu sein, außer
wenn erhebliche Ballastmengen eingesetzt werden, die das Verfahren
beeinträchtigen).
Dieser grobe Durchmesser der Ballaststoffe führt auch zu höheren Energiekosten
für das
Umrühren
in den Ausflockungsbehältern,
um den Ballast in Suspension zu halten und seine Ablagerung am Boden
der Wannen zu vermeiden.
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Eine
erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, Anordnungen vorzuschlagen, die, im Idealfalle gleichzeitig,
Folgendes erlauben:
- – das Extrahieren der anfallenden,
stark konzentrierten Schlämme
aus dem Behandlungssystem (unter "stark konzentriert" sind hier Konzentrationen über 5 g/l,
vorzugsweise 10 g/l, und in jedem Fall solche Konzentrationen zu
verstehen, die höher
sind als diejenigen, welche sich aus einer Behandlung der Rezirkulation
Schlämme/Ballast
mittels einfachem Hydrocyclon ergeben würden, ohne eine Rezirkulation
der Schlämme
im Unterlauf des Hydrocyclons oder des installierten ähnlichen
Systems zur Trennung von Ballast/Schlämmen anzustreben);
- – Minimierung
der Verluste an Ballaststoffen, die in den aus dem System austretenden
Schlämmen
mitgeführt
werden, im Verhältnis
zu den in den vorgenannten Patenten beschriebenen Systemen;
- – Minimierung
der entsprechenden Investitionsaufwendungen und insbesondere Vermeidung
der Aufwendungen in Verbindung mit einer zusätzlichen Schleife für die direkte
Rezirkulation des Gemischs Schlämme/Ballast,
wie in dem Patent FR 2758812 beschrieben,
die noch zu den Kosten der in diesem Patent beschriebenen Ballastrückgewinnungssysteme
hinzukommen;
- – Aufrechterhaltung
einer angemessenen Höhe
der Energiekosten für
Rezirkulation und Trennung von Ballast/Schlämmen, die dank der in obigen
Patenten beschriebenen Techniken zu erzielen sind, ohne den Einsatz
von Ballaststoffen mit einem Durchmesser über 200 Mikrometer zu erfordern,
wie es nach dem in dem Patent FR
2758812 beschriebenen Verfahren notwendig ist, wodurch
sich die Energiekosten für
das Aufrechterhalten der Suspension der Ballaststoffe im Ausflockungsbereich
erhöhen
und Probleme in Bezug auf die Behandlungsqualität vor Erreichen eines ausreichenden
Schlammvorrats entstehen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, durch Verwendung der für obige Zwecke vorgesehenen
Anordnungen oder durch andere Anordnungen eine Verbesserung beim
Einsatz von Aktivkohlepulver (CAP) oder anderen körnigen Aktivmaterialien
zu erreichen, die in das System injiziert würden, um einen oder mehrere
vorgegebene Verschmutzungsparameter zu beseitigen, zum Beispiel
zur Ausschaltung von Geschmäcken,
Gerüchen
oder zur Beseitigung von Schadstoffen wie Pestiziden und anderen
unerwünschten
organischen Stoffen, die auf Aktivkohle adsorbierbar sind.
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Diese
Aufgaben werden ganz oder teilweise durch folgende Mittel erfüllt, die
einzeln oder in jeder beliebigen Kombination miteinander angewandt
werden.
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Die
Anwendung der in den Patenten
FR
2627704 und
FR 2719234 beschriebenen
Behandlungssysteme schlägt
sich, je nach Hydrocyclontyp und verwendetem Düsentyp für Unterlauf und Überlauf,
wenn sie auf herkömmliche
Weise mit einem Hydrocyclon arbeiten, um den Ballast von den aus
dem System zu extrahierenden Schlämmen zu trennen, und wenn in
dem System keine Konzentration der Schlämme angestrebt wird, im Allgemeinen
in Form von Rezirkulationsverhältnissen
in der Größenordnung
von 3 bis 12% der Durchflussmenge am Eintritt, einer Rezirkulation
von ca. 99,9% des Ballasts im Unterlauf des Hydrocyclons und einer
Verteilung der Schlammdurchflussmenge zwischen Unterlauf und Überlauf
bei der Hydrocyclonbehandlung, die gewöhnlich zwischen 90% Überlauf/10%
Unterlauf und 80% Überlauf/20%
Unterlauf liegt, nieder.
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Ausgehend
von einer Situation, bei der irgendeine der bekannten Technologien
für ballastiertes
Ausflocken und Dekantieren, worauf nachstehend unter dem Systemnamen
(S) Bezug genommen wird und die zum Beispiel in den Patenten
FR 2627704 und
FR 2719234 beschrieben sind, oder
jede andere, ähnliche,
dem Fachmann bekannte Technologie eingesetzt wird, beschreiben wir
nachstehend verschiedene Mittel, die dieses System (S) vervollständigen und
eine Annäherung
an die angestrebten Zielsetzungen erlauben, wobei eine Gemeinsamkeit
darin besteht, dass ein Teil der aus dem Überlauf oder dem Unterlauf
des Abscheiders für
Schlämme/Ballast
(bestehend aus einem Hydrocyclon, einer Dekantiervorrichtung, einer
Zentrifuge oder jedem anderen, gleichwertigen Trennmittel) kommenden
Schlämme
nach oberhalb der Dekantierstufe rezirkuliert wird, ohne Hinzufügung einer
direkten Rezirkulationsschleife, wie in dem Patent
FR 2758812 beschrieben, und ohne die
Notwendigkeit, Ballastmaterial mit einem Durchmesser über 200
Mikrometer einzusetzen, um eine gute Ballastrückgewinnung vor Extraktion
der Schlämme
aus dem System zu erzielen. Der verwendete Ballast hat normalerweise
einen effektiven Durchmesser zwischen 40 und 300 Mikrometer, vorzugsweise
zwischen 80 und 120 Mikrometer.
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In
allen nachstehenden Beispielen folgt das eventuell injizierte Aktivkohlepulver,
was die. Verlängerung
seiner Verweilzeit anbelangt, in etwa. dem Austritt der Schlämme, sodass
sich die Verweilzeit des Aktivkohlepulvers im System bei einer gegebenen
Injektionsdosis frisches Aktivkohlepulver, proportional zu seiner Konzentration
erhöht
(die Erhöhung
ist nach der Erfahrung der Anmelderin tatsächlich etwas größer als
die durch die Schlämme
bewirkte Konzentrationserhöhung).
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Die
Ausgangssituation (S) ist diejenige gemäß 1a mit
einem Durchfluss an zu behandelndem Rohwasser von 1000 m3/h mit einer Konzentration von in Suspension
befindlichen Stoffen von 300 mg/l und einem Sandverhältnis, das
eine Rezirkulation von 3 kg Sand pro m3 eintretendes
Rohwasser erlaubt. Am Boden der Dekantiervorrichtung werden 50 m3/h des Gemischs Schlämme/Ballast extrahiert und
einem Hydrocyclon zugeleitet, der 40 m3/h
(das heißt
80% der in den Cyclon eintretenden Durchflussmenge) Schlamm von 8,4
g/l im Überlauf
des Hydrocyclons extrahiert und im Unterlauf des Hydrocyclons zur
Ausflockung 10 m3/h eines Gemischs aus konzentriertem
Sand von 300 kg/m3 und Schlämmen von
8,4 g/l rezykliert.
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Ausgehend
von der Annahme, dass eine Schlammkonzentration von 17 g/l in den
extrahierten Schlämmen
angestrebt wird, kann die Konzentration der extrahierten Schlämme bis
16,8 g/l erhöht
werden, indem am Boden der Dekantiervorrichtung nur 25 m3/h des Gemischs Schlämme/Ballast extrahiert werden, aber
dadurch erreicht die Sandkonzentration im Unterlauf des Hydrocyclons
600 kg/m3, eine Konzentration, die für den bei
dem Versuch verwendeten Hydrocyclon eine Grenze darstellt, die nicht
zu überschreiten
ist, da sonst die Qualität
der Trennung in Frage gestellt würde.
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Ein
erstes erfindungsgemäßes Mittel
(A) zur Erreichung des angestrebten Ziels durch Erhöhung der Konzentration
der extrahierten Schlämme
auf wenigstens 17 g/l und Aufrechterhaltung eines großen Abstands von
den 600 kg/m3 Ballastkonzentration im Unterlauf
des Hydrocyclons besteht in der Wahl eines Mittels zur Trennung
von Ballast-Schlämmen
(Hydrocyclone oder Dekantierbecken oder jedes andere, ähnliche
Mittel), wodurch die Menge der im Unterlauf rezirkulierten Schlämme maximiert
und gleichzeitig eine Qualität
der Trennung Schlämme/Ballast
aufrechterhalten wird, die die Ballastverluste mit den Überlaufschlämmen begrenzt.
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Dieses
Mittel wurde von der Anmelderin unter Verwendung von regulierten
Hydrocyclonen eingesetzt, um Verhältnisse Schlämme Überlauf/Unterlauf
bis 60% Überlauf/40%
Unterlauf zu erzielen, wodurch es im Fall des oben genannten Beispiels
möglich
wird, die Konzentration der extrahierten Schlämme von 8,4 g/l (im Fall eines
Verhältnisses Überlauf/Unterlauf
80/20 mit 50 m3/h Extrakten am Boden der Dekantiervorrichtung und einer
Ballastkonzentration im Unterlauf des Hydrocyclons von 300 kg/m3) auf 17 kg/l (für das Verhältnis Überlauf/Unterlauf 60/40 mit
33,3 m3/h Extrakten am Boden der Dekantiervorrichtung und einer
Ballastkonzentration im Unterlauf des Hydrocyclons von 227 kg/m3) zu erhöhen.
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Dieses
Mittel hat den Vorteil, die Konzentration der aus dem System extrahierten
Schlämme
zu erhöhen,
ohne die zusätzliche
Investition für
eine direkte Rezirkulationsschleife zu erfordern, und wobei durch
das Arbeiten mit einer geringeren Ballastkonzentration im Unterlauf
im Verhältnis
zum Ausgangsschema die Verteilungskurve des Hydrocyclons verbessert
wird und die Ballastverluste wechselseitig verringert werden.
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Dieses
Mittel erfordert die Anwendung einer Förderleistung der Rezirkulationspumpe
in der Größenordnung
von 66% des Werts gemäß dem Ausgangsschema
(S) bei gleichzeitiger Erhöhung
der Konzentration der extrahierten Schlämme um einen Faktor von mehr
als 2 in dem angeführten
Beispiel.
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1 kann die Beschreibung des Mittels A
stützen:
Um die Anwendung dieses Mittels mit einem Hydrocyclon als Trennmittel
zu veranschaulichen, genügt
es, einfach das Verhältnis
zwischen Unterlaufdurchmesser und Überlaufdurchmesser des Hydrocyclons
auf ein angestrebtes Niveau der Rezyklierung der Schlämme im Unterlauf
zu erhöhen
und die Daten der Pumpe dem Bereich anzupassen, der erforderlich
ist, um eine den Erfordernissen entsprechende Ballast-Rückgewinnungseffizienz
aufrechtzuerhalten.
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Ein
zweites erfindungsgemäßes Mittel
(B) besteht im Rezyklieren eines Teils des Unterlaufs des Trennmittels
(Hydrocyclone oder Dekantierbecken oder jedes andere, ähnliche
Mittel) nach oberhalb der Ausflockung.
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Im
Fall einer Rezyklierung von 50% des Überlaufs nach oberhalb der
Ausflockung erlaubt dieses Mittel eine Erhöhung der Konzentration der
extrahierten Schlämme
von 8,4 g/l gemäß dem Basisschema
auf 16,9 g/l, wobei die Ballastkonzentration im Unterlauf des Trennmittels
auf einem Wert von 300 kg/m3 gehalten wird.
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Dieses
Mittel weist auch den Vorteil auf, dass die Konzentration der aus
dem System extrahierten Schlämme
erhöht
wird, ohne die zusätzliche
Investition für
eine direkte Rezirkulationsschleife (Pumpe usw.) zu erfordern, wobei
sich jedoch durch die Begrenzung der Ballastkonzentration im Unterlauf
des Trennmittels auf einen angemessenen Wert eine Grenze ergibt
(im Fall des für
die oben beschriebenen Versuche verwendeten Hydrocyclontyps 600
kg/m3).
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Dieses
Mittel wird in 3 beschrieben, in der gegenüber den 1a und 1b eine
Rezyklierung 83 der Unterlaufschlämme des Mittels 7 hinzukommt.
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Natürlich handelt
es sich nur um eine schematische Darstellung: Jedes erforderliche,
dem Fachmann bekannte Mittel zur Verteilung des Überlaufs zwischen Schlammextraktion 9 und
Schlammrezyklierung 83 kann ebenfalls vorgesehen werden.
Diese Verteilung kann insbesondere unter Verwendung mehrerer parallel geschalteter
Hydrocyclone erfolgen, von denen die einen ihren Überlauf
am System extrahieren und die anderen ihren Überlauf voll rezykliert erhalten.
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Die über 83 rezyklierten
Schlämme
kommen zu den Schlämmen
hinzu, die im Unterlauf 81 mit dem von den Schlämmen getrennten
Ballast rezykliert werden.
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Ein
drittes erfindungsgemäßes Mittel
(C) besteht darin, die vorgenannten Mittel (A) und (B) zu kombinieren,
um die Konzentration der extrahierten Schlämme erheblich zu erhöhen, ohne
die zulässigen
Ballastgrenzkonzentrationen am Unterlauf des Trennmittels zu überschreiten,
sodass die Ballastverluste innerhalb der gewählten Grenzwerte bleiben.
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3 erleichtert
ebenfalls das Verständnis
des Mittels (C), welches durch eine Erhöhung des Verhältnisses
zwischen Überlaufdurchmesser
und Unterlaufdurchmesser des Mittels 7 angewandt wird,
damit eine größere Menge
Schlammschwebstoffe den Unterlauf 81 passiert.
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Ein
viertes erfindungsgemäßes Mittel
(D) besteht darin, das Mittel 7 zur Trennung von Schlämmen/Ballast,
das vorgesehen ist, um den Ballast wiederzugewinnen und vor Extraktion
der Schlämme
aus dem System zurückzuführen, in
wenigstens zwei Stufen zu trennen.
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Dazu
sieht die Erfindung Folgendes vor (siehe 4):
Zuerst
wird das an der Dekantiervorrichtung extrahierte Gemisch Schlämme/ Ballast
in einem ersten Mittel zur Trennung Ballast/Schlamm 71 in
Form eines einfachen statischen Schwerkraftabscheiders, Hydrocyclons
oder einer Zentrifuge, vorzugsweise in widerstandsfähiger Ausführung, vom
Typ Niederdruck-Hydrocyclon oder statischer Schwerkraftabscheider,
in Zirkulation versetzt, wobei eine geringe Trennenergie eingesetzt
wird, um mehr als 10% der Schlämme
am Unterlauf 81, vorzugsweise 30% bis 70% der Schlämme am Unterlauf
und bevorzugt um 50% der Schlämme
im Unterlauf dieses ersten Trennmittels zu trennen, während der
Ballast grob getrennt wird, um den Unterlauf 81 in einem
gewichtsanalytischen Verhältnis
zwischen Unterlaufballast und Überlaufballast
zu passieren, das größer ist
als das Volumenverhältnis
zwischen Unterlaufschlämmen
und Überlaufschlämmen, vorzugsweise
in einem Verhältnis
Unterlauf/Überlauf über 60%
oder bevorzugt über
90%.
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Dieses
erste Trennmittel kann mit – in
den Diagrammen nicht dargestellten – Vorrichtungen ausgerüstet werden,
die das Trennen der Verbindung Ballast/ Schlammflocken verbessern,
um den bevorzugten Durchlauf des Ballasts im Unterlauf dieses Mittels
erleichtern. Diese Vorrichtungen können sich auf das Abtrennen der
beim Durchströmen
der Pumpe und des Rezirkulationskreislaufs mitgeführten Flocken
beschränken
oder durch Gitter oder Lochplatten vervollständigt werden, die im Rezirkulationskreislauf
oberhalb des ersten Trennmittels oder in diesem ersten Trennmittel
angeordnet sind.
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Zweitens
wird der Überlauf 711 des
ersten, vorzugsweise widerstandsfähigen Trennmittels einem zweiten,
leistungsfähigeren
Mittel 72 zur Trennung von Schlämmen/Ballast vom Typ Hydrocyclon
oder Zentrifuge zugeführt,
um den in dem Überlauf 721 verbliebenen
Ballast auf wirksame Weise aus den vom System zu extrahierenden
Schlämmen
zu entfernen.
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Diese
Trennung ist besonders wirksam, denn der erste Abscheider 71 hat
es ermöglicht,
die Ballastkonzentration in dem über 711 in
den zweiten Abscheider 72 eintretenden Gemisch zu verringern,
und es ist bekannt, dass insbesondere Hydrocyclone eine Trennleistung
aufweisen, die mit der Feststoffkonzentration im Unterlauf abnimmt.
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Im Übrigen verringert
sich der Verschleiß des
zweiten Trennmittels 72, insbesondere seines Unterlaufs 82,
erheblich dank der relativ geringen Ballastkonzentration, die es
unter "hoher" Energie durchströmt.
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Schließlich können die
Definitions- und Betriebsparameter des zweiten Trennmittels 72 eingesetzt werden,
um das System entsprechend den Betriebsprioritäten zu optimieren:
- – Wenn
die Wiederverwertung des Ballasts maximiert werden soll, um dessen
Abgänge
mit den extrahierten Schlämmen
zu minimieren, kommt ein leistungsstarkes Trennsystem zum Einsatz,
zum Beispiel durch Zwischenschalten einer Pumpe 712 (siehe 7)
zwischen den Trennmitteln 71 und 72 oder auch
durch Erhöhung
der Leistung der Pumpe 61, damit sie am Eintritt des Trennmittels 72 einen
ausreichenden Druck sicherstellen kann, um die angestrebte Begrenzung
der Sandverluste zu garantieren;
- – wenn
der Energieverbrauch minimiert werden soll, wird die geringe Konzentration
des in das zweite Trennsystem 72 eintretenden Ballasts
genutzt, um den Ballast mit einer Wirksamkeit zu trennen, die gleich derjenigen
ist, die im Referenzsystem (S) angewandt wird, wobei der Energieaufwand
jedoch geringer ist. In diesem Fall ist zwischen 71 und 72 im
Allgemeinen keine Pumpe vorhanden und die Daten der Pumpe 61 werden
ihrer neuen Aufgabe angepasst;
- – wenn
die Konzentration der extrahierten Schlämme weiter erhöht werden
soll, besteht die Möglichkeit, den
Schlammdurchfluss im Unterlauf des einen oder des anderen oder beider
Trennmittel zu erhöhen,
bzw. es besteht auch die Möglichkeit,
einen Teil des Überlaufs
des zweiten Mittels bzw. des ersten Mittels oder einen Teil jedes
dieser beiden Überläufe zu rezyklieren.
-
Es
ist zu bemerken, dass diese Kombination der beiden aufeinanderfolgenden
Trennmittel die Risiken eines Ballastverlusts außerordentlich begrenzt.
-
Tatsächlich weist
das erste Zirkulationsmittel 71 einen Unterlauf 81 auf,
den ein erheblicher Teil des Schlammdurchflusses passiert und der
somit einen großen
Durchmesser aufweist, wodurch die Verstopfungsrisiken im Fall des
Eintretens großer
Objekte in den Kreislauf wesentlich begrenzt werden.
-
Des
Weiteren besteht die Möglichkeit,
eventuell ein einfaches Mittel zum Freimachen dieses Unterlaufs 81 vorzusehen,
zum Beispiel indem dieser Unterlauf mit einer Öffnung mit veränderlichem
Querschnitt (Ventil, wie in 6 dargestellt,
oder Klappe, wie in 5 dargestellt) versehen wird,
die bei Normalbetrieb teilweise geöffnet bleibt und in periodischen
Abständen
kurzzeitig (für
einige Sekunden oder Zehntelsekunden) vollständig geöffnet wird, um eventuell vorhandene
störende
Teile abzuführen.
Diese Vorrichtung kann eventuell auch an dem Trennmittel 72 vorgesehen
werden.
-
Schließlich geht
diese begrenzte Fraktion des zirkulierenden Ballasts im Fall einer
Verstopfung einer der Eintritts- oder Austrittsöffnungen des zweiten Trennmittels 72,
welches die Aufgabe hat, nur einen mäßigen Anteil (weniger als 30%,
vorzugsweise weniger als 10%) des in den Rezirkulationskreislauf 6 eingeleiteten
Ballasts abzuscheiden, im schlimmsten Fall während der vor dem Eingriff
verstreichenden Zeit verloren, der stattfinden kann, zum Beispiel
wenn mangelnder Durchfluss an einem der vom Überlauf 721 oder vom
Unterlauf 82 des zweiten Trennmittels 72 ausgehenden
Kreisläufe
erkannt wird.
-
Erfindungsgemäß wird ein
fünftes
Mittel (E) vorgeschlagen, das mit einem beliebigen der vorgenannten
Mittel kombiniert werden kann, um die Schlammkonzentration innerhalb
des Systems (insbesondere um die Leistungen der Aktivkohlepulver-Injektion
durch Verlängerung
der Verweilzeit im System zu verbessern) oder die Konzentration
der extrahierten Schlämme
zu erhöhen.
-
Dieses
Mittel (siehe 8) besteht im Zwischenschalten
eines Behälters 62,
der vorzugsweise mit Homogenisierungsmitteln wie einem oder mehreren
Rührwerken 63 versehen
ist, um in dem genannten Behälter 62 eine
homogene Schlamm- und Ballastkonzentration aufrechtzuerhalten, in
den mittels Schwerkraft oder mit Hilfe einer Pumpe 61 das
aus dem Dekantierungsbereich 4 extrahierte Gemisch Schlämme/Ballast
sowie ein Teil des Überlaufs
des Trennmittels 7 injiziert wird, der aus vom Ballast
getrennten Schlämmen
besteht und in den Behälter 62 zurückgeführt wird,
um die Ballastkonzentration in demselben zu verringern.
-
Eine
Pumpe 64 extrahiert das Gemisch Schlämme/Ballast aus dem Behälter 62 (mit
der gleichen Durchflussmenge wie die Ballast- und Schlammmenge,
die aus dem Dekantierungsbereich extrahiert wird, zuzüglich der
Schlammmenge, die über 66 vom Überlauf
des Trennmittels 7 aus zurückgeführt wird), um es dem Trennmittel
Schlämme/ßallast 7 zuzuleiten.
-
Dieses
Mittel (E) erlaubt eine Erhöhung
der Schlammkonzentration durch Reduzierung des Extraktionsverhältnisses
des Gemischs Schlämme/Ballast
am Boden des Dekantierungsbereichs 4, ohne die Ballastkonzentration
in dem am Trennmittel ankommenden Gemisch zu erhöhen.
-
Da
die Ballastkonzentration im Unterlauf (und in direkter Wechselbeziehung
damit am Eintritt) des Trennmittels 7 einen Grenzwert für die einwandfreie
Funktionsweise dieses Trennmittels darstellt, ist die Verdünnung des
Ballasts durch Rezyklieren eines Teils der behandelten Schlämme ein
geeignetes Mittel, um die angestrebte Erhöhung der Konzentration der
extrahierten Schlämme
ohne Erhöhung
des Ballasts im Trennmittel 70 und somit unter Erhaltung
eines akzeptablen Ballastverlustniveaus zu ermöglichen.
-
Es
ist zu bemerken, dass sich dieses Mittel (E) entsprechend den Konzentrationserfordernissen
der extrahierten Schlämme
und der zulässigen
Ballastverluste hervorragend mit den anderen, oben beschriebenen
Mitteln (A) und (D) kombinieren lässt.
-
Insbesondere
besteht die Möglichkeit
zur Kombination der Mittel (D) und (E) zwecks gleichzeitiger Minimierung
der in dem Drucktrennmittel 72 (Hydrocyclon oder Zentrifuge)
zu behandelnden Durchflussmengen und der Sandkonzentration in diesem
Mittel.
-
Dies
wird erreicht (siehe 9) durch Kombination einer kurzen
ersten Trennung von mehr als 70% des Ballasts (normalerweise 90%)
in dem Mittel 71 (Schwerkraftabscheider oder Niederdruck-Zentrifugalabscheider
in Spiralausführung)
mit einer Schlammrezirkulation (vom Ballast getrennte Schlämme) 66,
um mit der Pumpe 64 ein Gemisch aus stark verdünnten Ballaststoffen,
jedoch mit konzentrierten Schlämmen,
in das Drucktrennmittel 72 einzuleiten, sodass gleichzeitig
Vorteile in Bezug auf die Transportkosten für das Rezyklieren (da das einzige
unter Druck stehende Mittel nur einen Teil der rezirkulierten Durchflussmenge
aufnimmt), den Verschleiß des
Trennmittels 72 (das am stärksten exponierte Mittel, welches
daher nur ein Gemisch mit geringer Ballastkonzentration aufnimmt)
und die Trennleistung 72 (die infolge der geringen Ballastkonzentration
am Eintritt verbessert ist) erreicht werden.
-
Es
ist auch zu bemerken, dass die Möglichkeit
besteht, die gemäß der Erfindung
vorgeschlagenen Mittel mit einem direkten Rezirkulationskreislauf
zur Ausflockung eines Teils des am Boden der Dekantiervorrichtung
extrahierten Gemischs Schlämme/Ballast
zu koppeln.
-
Im
Fall der Injektion von Aktivkohlepulver (CAP) in das System ist
das Mittel (D) besonders leistungsfähig in Bezug auf die Rezirkulation
des CAP, indem ein Teil desselben im Unterlauf des ersten Trennmittels proportional
zur Menge der durch den gleichen Unterlauf rezirkulierten Schlämme zurückgeführt wird,
während gleichzeitig
in der zweiten Stufe die Wirksamkeit des Rezyklierens dank einer
Hochenergiebehandlung (im Allgemeinen durch kleine Hydrocyclone)
des Überlaufs
des ersten Trennmittels verbessert wird, sodass gemäß den von
der Anmelderin gemachten Beobachtungen für das CAP ein besseres Rezyklierungsverhältnis erzielt wird
als für
die Schlämme.
-
Im
Fall einer CAP-Injektion in das System ist es vorzuziehen, die Überlaufschlämme, die
bereits teilweise verbrauchten CAP enthalten, weit oberhalb des
Injektionspunkts für
das frische CAP in das System zu rezyklieren, sodass die Anlagerung
der verschiedenen organischen Stoffe durch die oberhalb injizierte,
am stärksten
verbrauchte Kohle maximiert wird, und den gelösten Schadstoffen wie Pestiziden,
im Fall von Wasser für
Trinkwasserzwecke, die Anwendung des frischen CAP vorzubehalten,
welches weiter unterhalb, vorzugsweise vor Injektion des Polymers,
bevorzugt mehr als 10 Minuten vor Injektion des Polymers, injiziert
wird.
-
Die
Anlagen zum ballastierten Ausflocken und Dekantieren arbeiten mit
einem Polyelektrolyt, häufig bestehend
aus einem organischen Polymer, um die koagulierten Mikroflocken
durch einen der Verklebung ähnlichen
Vorgang zu weit größeren Flocken
zusammenzuschließen,
die mit dem Ballast verbunden sind.
-
Im
Fall des Rezyklierens von Schlämmen
nach Umpumpen oder Trennung in einem Schlamm/Ballast-Trennorgan
wie den unter (7, 71, 72) detailliert
beschriebenen Organen, ist es häufig
von Nutzen, die rezyklierten Schlämme vor ihrer Verdünnung mit
dem Durchfluss von zu behandelndem Rohwasser wenigstens teilweise
neu auszuflocken, sodass schon ab Einleitung der Schlämme in den
Ausflockungsbereich vorgeformte Flocken genutzt werden können. Es
ist vorzuziehen, einen Teil des Ausflockungspolymers in die Unterläufe der
Trennbauwerke zu injizieren, und die bevorzugte Lösung besteht
darin, einen Vor-Ausflockungsbereich für das Gemisch aus Schlämmen und
von den Unterläufen 8, 81, 82 usw.
der Trennmittel 7, 71 und 72, wie in 10 dargestellt,
rezyklierten Ballaststoffen vorzusehen, wo ein Teil des Ausflockungspolymers
durch das Mittel 52 in einen Vor-Ausflockungsbereich 50 injiziert
wird, der vorzugsweise mit einem langsam laufenden Rührwerk 51 versehen
ist, bevor die neu ausgeflockten Schlämme mit dem zu behandelnden
Wasser in Berührung
kommen.
-
5 zeigt
im Einzelnen eine Ausführungsform
des Mittels D, bei der das Trennmittel 71 eine einfache Dekantiervorrichtung
ist, die dafür
ausgelegt ist, den für
den Betrieb eines Hydrocyclons 72 erforderlichen Druck
auszuhalten, oder die drucklos arbeitet, wobei dann eine Pumpe 712 in
der Zuleitung des Hydrocyclons 72 zwischengeschaltet wird,
um den Betriebsdruck sicherzustellen, der für die für 72 angestrebten
Trennleistungen benötigt
wird.
-
Im
ersten Fall finden der drucklose Betrieb der Dekantiervorrichtung 71,
die Verteilung der Durchflussmengen zwischen Unterlauf 81 und Überlauf 711 von 71 durch
Regulierung der Stellung der weiter unten beschriebenen Vorrichtung 713 statt,
wobei die Durchflussmenge der aus dem System extrahierten Schlämme zum
Beispiel durch Verstellen der Drehzahl der Pumpe 712 zustande
kommt und wobei die Differenz zwischen den Durchflussmengen von 712 und
der über 711 abgeführten Durchflussmenge
mittels der Überlaufvorrichtung 714 abgeleitet
wird.
-
Im
zweiten Fall, Druckbetrieb der Dekantiervorrichtung 71,
kann die Gesamtrezirkulationsmenge durch die Drehzahl der Pumpe 61 reguliert
werden und die Schlammextraktionsmenge am Austritt 9 kann
zum Beispiel durch relatives Verstellen der Drehzahl der Pumpe 61 und
der Stellung der Vorrichtung 713 reguliert werden.
-
Die
Vorrichtung 713 kann in ihrer einfachsten Ausführung aus
einem einfachen Regulierventil bestehen, das, wie in 6 dargestellt,
an den Durchfluss eines stark mit Sand belasteten Gemischs angepasst
ist und bei normalem Betrieb teilweise geöffnet werden kann, um die angestrebte
Unterlauf-Durchflussmenge zu erzielen, und in periodischen Abständen vollständig geöffnet werden
kann, um eventuelle störende
Teile abzuführen.
-
Wie
in 5 dargestellt, kann die Vorrichtung 713 auch
aus ähnliche
Funktionen erfüllenden
Vorrichtungen bestehen, indem zum Beispiel am Boden von 71 eine
große
Austrittsöffnung 81 vorgesehen
wird, wobei der Austrittsquerschnitt im Verhältnis zu diesem Austritt durch
koaxiale Verschiebung eines konischen oder kugelförmigen Körpers reguliert
wird, der die Austrittsöffnung
vollständig
verschließen
oder im Gegenteil in periodischen Abständen weit genug geöffnet werden
kann, um den Austritt vollständig
freizumachen und eine Abführung
der störenden
Teile zu ermöglichen.
-
Wenn
erforderlich, kann unterhalb des Austritts 81 ein Trennmittel,
zum Beispiel ein Sieb, vorgesehen werden, um "grobe Elemente" von dem zu rezyklierenden Ballast zu
trennen.
-
7 beschreibt
in ähnlicher
Weise eine bevorzugte Ausführungsart
des Mittels D, bei der das Trennmittel 71 aus einem Niederdruck-Hydrocyclon
besteht, der eine starke Rezirkulation der Schlämme im Unterlauf 81 in
der Größenordnung
von 50% der in 71 eintretenden Durchflussmenge erlaubt,
während
fast 90% des Ballasts über 81 mit
Ausflockung rezykliert werden.
-
Ein
System zur Regulierung der durch 81 strömenden Durchflussmenge, ähnlich den
weiter oben beschriebenen Vorrichtungen 713, kann vorgesehen
werden.
-
Der Überlauf 711 von 71 speist,
mit oder ohne Zwischenschaltung einer "Booster"-Pumpe 712, einen zweiten Hydrocyclon 72,
in den 50% der Schlammdurchflussmenge und nur 10 Gew.-% des über die
Leitung 6 rezyklierten Sandballasts eintreten.
-
Dieser
Hydrocyclon bietet daher ausgezeichnete Bedingungen für die Trennung
geringer Ballastkonzentrationen bei relativ starken Schlammkonzentrationen,
ohne die Trockensubstanz-Grenzkonzentrationen im Unterlauf zu erreichen.
-
Ausführungsbeispiele:
-
Zur
Veranschaulichung wird das nachstehende Beispiel entsprechend verschiedenen
Behandlungsverfahren nach dem Stand der Technik (Fall 1, 3) und
gemäß der Erfindung
(Fall 2, 4 und 5) abgewandelt.
-
Behandlung
von 1000 m3/h eines koagulierten Abwassers
(oder eines koagulierten Oberflächenwassers)
mit 300 mg/l Schwebstoffen zur Herstellung eines behandelten Wassers
mit 30 mg/l Schwebstoffen unter Verwendung von Reagenzien, die mittels
Ausfällung
von Salzen und Hydroxiden zu einer 25%igen Erhöhung der Trockensubstanzmasse
der Schlämme
im Verhältnis
zu den extrahierten Schwebstoffen führen.
-
Der
in die Ausflockungswanne injizierte Sandanteil (rezyklierter Sand
plus Frischsand zum Ausgleich der Verluste) beträgt 3 kg Mikrosand mit einem
Durchmesser von 150 Mikrometer pro m3 koaguliertes
Wasser, welches in die Ausflockungswanne eintritt.
-
Angestrebt
wird die Extraktion von Schlämmen
mit ca. 17 g/l unter Festlegung eines Grenzwerts von 600 kg/m3 (spezifischer Wert des eingesetzten Hydrocyclons)
für den
Sand im Unterlauf des Hydrocyclons.
-
Eine Übersicht
der erzielten Resultate ist in Tabelle Nr. 1 enthalten.
-
Fall
1: Anwendung eines Diagramms des Typs, der in dem Patent
FR 2627704 oder
FR 2719234 vorgeschlagen
wird, mit einer Extraktion von 5% der Eintrittsdurchflussmenge am
Boden der Dekantiervorrichtung und einer Verteilung der in einen
Hydrocyclon eintretenden Durchflussmenge von 80%/20% zwischen Überlauf und
Unterlauf: Die erzielte Schlammkonzentration beträgt 8,4 g/l;
eine Extraktion von 2,5% statt 5% erlaubt eine Konzentration der
extrahierten Schlämme
von 16,8 g/l, aber die Sandkonzentration im Unterlauf des Hydrocyclons
nähert
sich der zulässigen
Grenze von 600 kg/m
3 zu stark an.
-
Dieser
Fall wird in den 1a und 1b veranschaulicht.
-
Fall
2: Wie Fall 1, mit einer Verteilung von Überlauf/Unterlauf im Verhältnis 60%/40%.
Auch dieser Fall wird in den 1a und 1b veranschaulicht.
-
Fall
3: Direkte Rezirkulation von 50% des am Boden der Dekantiervorrichtung 4 extrahierten Schlamm-Sand-Gemischs,
wobei ein Hydrocyclon 71 vorgesehen wird, um den Sand an
der Schlammextraktionsschleife mit einem Volumenverhältnis Überlauf/Unterlauf
von 80120 wiederzugewinnen.
-
Dieser
Fall wird in 2 veranschaulicht.
-
Fall
4: Wie Fall 1, mit Rezyklierung von 50% der Überläufe des Hydrocyclons 71.
-
Dieser
Fall wird in 3 veranschaulicht.
-
Fall
5: Wie Fall 1, mit einem doppelten Trennsystem, umfassend einen
ersten Größenreduziercyclon 71 zur
Verteilung des Schlammvolumendurchflusses im Verhältnis Überlauf/Unterlauf
von 50%/50% und des Sandmassendurchflusses im Verhältnis von
10%/90%, sowie einen zweiten Cyclon 72 zur Verteilung des
in einem Verhältnis Überlauf/Unterlauf
von 80%/20% eintretenden Volumendurchflusses und zur nahezu vollständigen Beseitigung
des Sandes aus dem extrahierten Überlauf.
-
Dieser
Fall wird in 4 veranschaulicht.
-
Fall
6: Gemäß obigem
Diagramm (E); am Boden der Dekantiervorrichtung werden 3% des einströmenden Wasserdurchflusses,
d.h. 30 m3/h, extrahiert, es erfolgt eine
Mischung mit 20 m3/h aus dem Hydrocyclon-Überlauf,
bevor das Material in die Hydrocyclonbehandlung gepumpt wird.
-
Dieser
Fall wird in 8 veranschaulicht.
-
Fall
7: Kombination des Falls 6 mit ähnlichem
Doppeltrennsystem wie im Fall 5; am Boden der Dekantiervorrichtung
werden 6% der einströmenden
Wassermenge, d.h. 60 m3/h, extrahiert, mit
6,6 m3/h aus dem Hydrocyclon- Überlauf gemischt und anschließend werden
die 66,6 m3/h in die Hydrocyclonbehandlung
gepumpt.
-
Dieser
Fall wird in 9 veranschaulicht.
-
Tabelle
Nr. 1 vergleicht die Durchflussmengen und Konzentrationen von Sand
und Schlämmen
an verschiedenen Stellen des Diagramms, wobei die Betriebsparameter
so reguliert werden, dass die extrahierten Schlämme auf ca. 17 g/l konzentriert
werden.
-
Wenn
die Sandkonzentrationsgrenze im Unterlauf auf 600 kg/m
3 festgelegt
ist, kann Folgendes festgestellt werden:
Der Fall 1 erlaubt
die Erreichung der 17 g/l nur an der Konzentrationsgrenze im Unterlauf
des Hydrocyclons (600 kg/m
3);
der Fall
3 (entsprechend dem Patent
FR
2758812 ) erlaubt die Erreichung dieser Konzentration von
extrahierten Schlämmen
bei einer Sandkonzentration von 300 kg/m
3 im
Unterlauf des Hydrocyclons, ebenso wie die Fälle 4 (einfachere Ausführung durch
einfaches Rezyklieren von 50% des Hydrocyclon-Überlaufs) und 6;
der Fall
2 (Verteilung zwischen Überlauf
und Unterlauf des Hydrocyclons im Verhältnis 60/40) bietet den Vorteil, dass
die angestrebten 17 g/l mit einer ziemlich geringen Sandkonzentration
im Unterlauf des Hydrocyclons (230 kg/m
3)
nach dem einfachsten möglichen
Diagramm erreicht werden kann, jedoch auf Kosten eines höheren Energieverbrauchs;
der
Fall 5 und vor allem der Fall 7 beinhalten den Einsatz von zwei
in Reihe geschalteten Trennmitteln, die es erlauben, die 17 g/l
extrahierte Schlämme
mit sehr niedrigen Sandkonzentrationen im Unterlauf des zweiten Trennmittels
zu erzielen (am wichtigsten zur Begrenzung der Sandverluste): 60
kg/m3 für
den Fall 5 und 45 kg/m3 für
den Fall 7.
-
Je
nach dem angestrebten Ziel können
somit vorzugsweise folgende Fälle
Anwendung finden:
Wirtschaftlichkeit in Bezug auf Energie,
mittlere oder starke Schlammkonzentration in der Ausflockungsanlage: Fall
5 und 7.
Wirtschaftlichkeit in Bezug auf die Investition, geringe
Schlammkonzentration in der Ausflockungsanlage: Fall 1, 2 oder 6.
Wirtschaftlichkeit
in Bezug auf die Investition, mittlere Schlammkonzentration in der
Ausflockungsanlage: Fall 4.
-
-
Zusammenfassend
betrifft diese Erfindung somit jedes Verfahren zum Klären von
mit gelösten
oder in Suspension befindlichen, kolloidförmigen Verunreinigungen belasteten
Abwässern,
die vor Durchführen
des Verfahrens vorkoaguliert werden und jedes Verfahren mittels
einer Ausflockungs-Dekantations-Behandlung des vorab koagulierten
Abwassers, welches die folgenden Schritte umfasst:
- – Einleiten
des koagulierten Wassers in einen Ausflockungsbereich, um das. Ausflocken
der um einen Ballast vorhandenen Mikroflocken zu ermöglichen,
wobei dieser Ballast aus mindestens einem körnigen, nicht löslichen
Material, das schwerer als Wasser ist, sowie aus zumindest einem
Ausflockungsreagens besteht;
- – Einleiten
des aus Wasser und Flocken gebildeten Gemischs in einen Dekantierungsbereich,
Trennen des behandelten Wassers im Überlauf von einem beim Dekantieren
der Flocken anfallenden Gemisch aus Schlamm und Ballast, wobei die
Flocken im Unterlauf aus dem Dekantierungsbereich entfernt werden;
- – Extrahieren
des Gemischs an Schlamm und Ballast im Unterlauf des Dekantierungsbereichs
und
- – Leiten
wenigstens eines Teils dieses Gemischs in ein Schlämme/Ballast-Trennsystem, welches
das Extrahieren der vom Ballast getrennten Schlämme ermöglicht, und Rezyklieren des
Ballasts sowie eines Teils der in das Trennsystem eingeleiteten
Schlämme
innerhalb oder oberhalb des Ausflockungsbereichs,
dadurch
gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: - – Leiten
des Gesamtgemischs von Schlämmen
und Ballast aus der Dekantierung in das genannte Schlämme/Ballast-Trennsystem;
- – das
Gemisch aus Schlämmen
und Ballast mindestens einer Ballast-Aufkonzentrierung für den innerhalb oder oberhalb
des Ausflockungsbereichs rezyklierten Auslauffluss unterwerfen;
- – Extrahieren
des Ballasts von den im Trennsystem extrahierten Schlämmen;
dadurch,
dass über
20% des in das Schlämme/Ballast-Trennsystem
einlaufenden Volumens in oder oberhalb des Ausflockungsbereichs
rezykliert wird, nachdem es durch zumindest einen Teil des Schlämme/Ballast-Trennsystems gelaufen
ist;
dadurch, dass der Ballast einen effektiven Durchmesser
von mehr als 40 Mikrometer aufweist und
dadurch, dass die aus
dem Klärsystem
extrahierten Schlämme
eine Konzentration von über
5 g/l aufweisen.
-
Der
eingesetzte Ballast hat vorzugsweise einen effektiven Durchmesser
zwischen 80 und 200 Mikrometer und die extrahierten Schlämme haben
eine Konzentration von mindestens 10 g/l.
-
Der
verwendete Ballast besteht vorteilhafterweise aus einem Stoff mit
einer tatsächlichen
Dichte von mehr als 2 und ist vorzugsweise Sand.
-
Gemäß einer
Variante der Erfindung besteht das verwendete Schlämme/Ballast-Trennsystem aus einem
Zentrifugalabscheider oder aus mehreren Zentrifugalabscheidern,
der/die parallel geschaltet ist/sind und den Ballast und mehr als
10% der Schlämme
aus dem Unterlauf der Dekantiervorrichtung wiedergewinnt/wiedergewinnen.
In diesem Fall rezykliert der genannte Zentrifugalabscheider aus
dem Unterlauf 40% oder mehr der von ihm aufgenommenen Schlämme sowie
mehr als 99,5% des von ihm aufgenommenen Ballasts.
-
Vorteilhafterweise
wird mindestens ein Teil des Gesamtüberlaufs des genannten Zentrifugalabscheiders
in oder oberhalb des Ausflockungsbereichs rezykliert. In diesem
Fall werden mindestens 50% der Überläufe des
genannten Zyklons in oder oberhalb des Ausflockungsbereichs rezykliert.
-
Gemäß einer
weiteren Variante der Erfindung erfolgt die genannte Schlämme/ Ballast-Trennung
mit Hilfe eines Schlämme/Ballast-Trennsystems,
das aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Trennmitteln besteht,
wobei das erste Mittel im rezyklierten Unterlauf mindestens 10%
des Schlammvolumens und 60% des Ballastgewichts des in das erste
Mittel einlaufenden Ballasts innerhalb oder oberhalb des Ausflockungsbereichs
trennt und das zweite Mittel im rezyklierten Unterlauf den Ballast
und einen beliebigen Teil der Schlämme, die sich in dem aus dem Überlauf
des ersten Mittels empfangenen Fluss befinden, oberhalb oder innerhalb des
Ausflockungsbereichs trennt.
-
Vorteilhafterweise
trennt das erste Mittel im rezyklierten Unterlauf etwa 50% oder
mehr des Schlammvolumens und 80% oder mehr des Ballasts, welche
in dieses erste Mittel einlaufen, innerhalb oder oberhalb des Ausflockungsbereichs
und trennt das zweite Mittel im rezyklierten Unterlauf den ganzen,
praktisch messbaren Ballast und höchstens 20% der Schlämme, die
sich in dem aus dem Überlauf
des ersten Mittels empfangenen Fluss befinden, oberhalb oder innerhalb
des Ausflockungsbereichs.
-
Gemäß einer
Variante besteht das erste verwendete Schlämme/Ballast-Trennmittel aus einem einfachen, unter
Druck stehenden Schwerkraftabscheider und das zweite Schlämme/Ballast-Trennmittel
aus einem Hydrocyclon, welcher den Überlauf des ersten Mittels
aufnimmt.
-
Gemäß einer
weiteren Variante besteht das erste verwendete Schlämme/Ballast-Trennmittel aus einem
drucklosen Schwerkraftabscheider und das zweite Schlämme/Ballast-Trennmittel
aus einem Hydrocyclon, welcher den Überlauf des ersten Mittels über eine
Druck aufbauende Pumpe aufnimmt.
-
Gemäß einer
weiteren Variante besteht das erste verwendete Schlämme/Ballast-Trennmittel aus einem
unter Druck stehenden Hydrocyclon und das zweite Mittel aus einem
Hydrocyclon, welcher den Überlauf des
ersten Mittels ohne zwischengeschaltete Pumpe aufnimmt.
-
Gemäß einer
weiteren Variante besteht das erste verwendete Schlämme/Ballast-Trennmittel aus einem
unter schwachem Druck, der kleiner ist als der Druck, der für eine wirksame
Trennung des Ballasts von den Schlämmen im zweiten Mittel benötigt würde, stehenden
Hydrocyclon und das zweite Schlämme/Ballast-Trennmittel besteht
aus einem Hydrocyclon, welcher den Überlauf des ersten Mittels über eine
Druck aufbauende Pumpe aufnimmt.
-
Das
Verfahren umfasst vorzugsweise einen Schritt, bei dem der Durchfluss
von mindestens einem der Schlämme/Ballast-Trennmittel
mit Hilfe einer Vorrichtung zum Regulieren des Unterlaufflusses
reguliert wird.
-
Der
genannte Regulierungsschritt erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines
Regulierventils.
-
Die
genannte Vorrichtung wird, weil die Reguliervorrichtung bei Normalbetrieb
eine halboffene Position aufweist, periodisch, manuell oder automatisch
vollkommen geöffnet,
um die durch das Rezirkulieren angeschwemmten störenden Teile zu entfernen,
welche den Unterlauf des (oder der) mit der Vorrichtung ausgerüsteten Mittels)
verstopfen könnten.
-
Die
Erfindung betrifft auch jedes Verfahren zum Klären von mit gelösten oder
in Suspension befindlichen, kolloidförmigen Verunreinigungen belasteten
Abwässern,
die vor Durchführen
des Verfahrens vorkoaguliert werden und jedes Verfahren mittels
einer Ausflockungs-Dekantations-Behandlung des vorab koagulierten Abwassers,
welches die folgenden Schritte umfasst:
- – Einleiten
des koagulierten Wassers in einen Ausflockungsbereich, um das Ausflocken
der um einen Ballast vorhandenen Mikroflocken zu ermöglichen,
wobei dieser Ballast aus mindestens einem körnigen, nicht löslichen
Material, das schwerer als Wasser ist, sowie aus zumindest einem
Ausflockungsreagens besteht;
- – Einleiten
des aus Wasser und Flocken gebildeten Gemischs in einen Dekantierungsbereich,
Trennen des behandelten Wassers im Überlauf von einem beim Dekantieren
der Flocken anfallenden Gemisch aus Schlamm und Ballast, wobei die
Flocken im Unterlauf aus dem Dekantierungsbereich entfernt werden;
- – Extrahieren
des Gemischs an Schlamm und Ballast im Unterlauf des Dekantierungsbereichs
und
- – Leiten
eines Teils dieses Gemischs in ein Schlämme/Ballast-Trennsystem, welches
das Extrahieren der vom Ballast getrennten Schlämme ermöglicht, und Rezyklieren des
Ballasts sowie eines Teils der in das Trennsystem eingeleiteten
Schlämme
innerhalb oder oberhalb des Ausflockungsbereichs,
dadurch
gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: - – Einrichten
eines Zwischenbereichs des Durchmischens zwischen dem Extraktionspunkt
am Boden des Bereichs zum Dekantieren des Schlämme/Ballast-Gemischs und vor
dem Schlämme/Ballast-Trennsystem, wobei
dieser Bereich einerseits das aus dem Dekantierbereich extrahierte
Schlämme/Ballast-Gemisch
und andererseits eine Rezirkulation eines Teils der Schlämme aufnimmt,
die vom Schlämme/Ballast-Trennschritt,
nach Abtrennung des enthaltenen Ballasts, kommen, wobei der Durchfluss
dieser Rezirkulation derart eingestellt wird, dass die Konzentration
der aus dem System extrahierten Schlämme größer als oder gleich 5 g/l ist;
- – Leiten
des Inhalts dieses Zwischenbereichs des Durchmischens zum Trennschritt
von Ballast und Schlämmen.
-
Gemäß einer
Variante kann dieses Verfahren mit dem zuvor beschriebenen Verfahren
kombiniert werden.
-
Gemäß einer
Variante umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem mindestens
ein Teil des die Ausflockung unterstützenden Polymers in mindestens
einen der Kreisläufe
der Kreisläufe
injiziert wird, mit dem die Schlämme
oder der Ballast ab dem Schlämme/Ballast-Trennmittel
rezykliert werden.
-
Vorteilhafterweise
umfasst das Verfahren einen Schritt, nach dem die aus dem Unterlauf
der Trennsysteme kommenden und vor dem Ausflockungsbereich zum Rezyklieren
geleiteten Schlämme
und Ballast in einem vorherigen Ausflockungsbereich mit Hilfe eines
Ausflockungsreagens im Voraus, oberhalb ihres Einleitens in den
Ausflockungsbereich des zu behandelnden Abwassers, ausgeflockt werden.
-
Das
Verfahren umfasst ebenfalls vorteilhafterweise einen Schritt, bei
dem frisches Aktivkohlepulver in den Ausflockungsbereich injiziert
wird.
-
In
diesem Fall umfasst das Verfahren gemäß einer Variante einen Schritt,
der im Zuordnen einer direkten Rezirkulationsschleife innerhalb
oder oberhalb des Ausflockungsbereichs eines Teils des aus dem Boden
der Dekantiervorrichtung extrahierten Ballast/Schlamm-Gemischs besteht.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann das frische Aktivkohlepulver oberhalb
des Ausflockungsbereichs injiziert werden.
-
Die über die
Trennmittel oder durch direktes Rezirkulieren rezyklierten Flüsse, welche
rezirkuliertes Aktivkohlepulver enthalten, können teilweise oder vollständig in
den oder oberhalb des Ausflockungsbereichs) geleitet werden.
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Die über die
Trennmittel oder durch direktes Rezirkulieren rezyklierten Flüsse, welche
rezirkuliertes Aktivkohlepulver enthalten, können teilweise oder vollständig in
einen Kontaktbereich für
verbrauchte Aktivkohle geleitet werden, wobei dieser Bereich oberhalb
der Stelle angeordnet ist, an der das frische Aktivkohlepulver injiziert
wird.