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Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von faserhaltigen Abwässern
der Papier-, Holzschliff-, Cellulose- und Textilfabriken Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Reinigen von faserhaltigen Abwässern der Papier-, Holzschliff-,
Cellulase- und Textilfabriken, bei dem das mit Gas oder Luft gemischte Abwasser
in aufwärts gerichtetem Strom in einen -Abscheidebehälter geleitet wird, aus dem
die von den Gasbläschen bis an die Flüssigkeitsoberfläche gehobenen Fasern sowie
,las Reinwasser abgeführt werden. Das Belüften des Abwassers erfolgt dabei gewöhnlich
bei Atmosphärendruck und das Emporschwimmen der Fasern bei herabgesetztem Druck.
Es kann anderseits auch das Belüften bei erhöhtem Druck und das Emporschwimmen bei
Atmosphärendruck erfolgen. Wesentlich ist, daß das bis, an die, Abscheidezone im
Behälter aufsteigende Wasser einem allmählich verminderten Druck ausgesetzt wird.
In der Regel .sind ':die im Wasser befindlichen Fasern zu klein, als däß die Luftbläschen
an ihnen einen guten-` Hält finden können. Man muß ,deshalb .die Fäsetii zu größeren
Einheiten zusamnienflocken, um die erforderliche Luftbindungsfähigkeit zu erzielen.
Dieses Zusammenflocken erfolgt z. B. mittels Alaun, Tierleim und Harzleim oder auch
Alkali.
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Infolge ihrer Luftladung sind die Fasern bzw. die von ihnen gebildeten
Flocken bestrebt, im Wasser nach oben zu :steigen.- Ihre Geschwindigkeitsbeschleunigung
wird besonders groß, weil die Luftladung sich allmählich vermehrt. Dieser Umstand
hat bei .den bekannten Verfahren- und Vorrichtungen -der oben gekennzeichneten Art
Schwierigkeiten hervorgerufen, denn in der in den Abscheidebehälter
führenden
Steigleitung für das zu reinigende Abwasser wirken die Flocken dabei wie ein Kolben
auf das Wasser und erzeugen in gewissen Teilen der Steigleitung Strömungen des Wassers
gegen die Flüssigkeitsoberfläche. Ist der Strom an der Flüssigkeitsoberfläche inz
Behälter angelangt, so biegt er in waagerechter Richtung ab und reißt die schon
emporgeschwommene oder hochsteigende Masse mit sich, die dann mit dem gereinigten
Wasser abgeht. In der Steigleitung löst der aufwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom
in anderen Teilen der Steigleitung nach unten gehende und dem Emporschwimmen der
Flocken entgegenwirkende Strömungen aus. Die Richtung, die hierbei entsteht, hat
zur Folge, daß die Flocken zerfallen und daß die hierbei gebildeten Teilflocken
eines großen Teiles der an -den ursprünglichen Flocken haftenden Luftbläschen beraubt
und dadurch zu schwer werden, um aufsteigen zu können. Hierdurch wird natürlicherweise
die Reinigung des Abwassers mangelhaft.
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Durch die Erfindung wird eine bessere Reinigung des Abwassers dadurch
ermöglicht, daß die Flüssigkeit, nachdem sie vor dem Aufwärtsströmen in an sich
bekannter Weise einer die Abscheidung von freien Gasbläschen (in der Flüssigkeit
nicht gelöstem Gas) bewirkenden Behandlung unterworfen worden ist, während des Aufwärtsströmens,
bei dem gelöstes Gas sich allmählich in Form von kleinen Bläschen aus der Flüssigkeit
ausscheidet, umgerührt oder in kreisende Bewegung versetzt wird, um das schädliche
Abweichen der mit Gasbläschen beladenen Teilchen von der Bewegung der Flüssigkeit
zu verhindern, wodurch die Gasbläschen an die Teilchen gebunden bleiben und die
Teilchen an die Flüssigkeitsoberfläche im Abscheidebehälter heben.
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Bei einer früher zum Patent angemeldeten Vorrichtung zum Klären von
faser- und füllstoffhaltigen Abwässern wurde zwar vorgeschlagen, in dem in den Klärraum
von unten hineinragenden Flüssigkeitszuführung -rohr einen sich langsam drehenden
Schnecken-oder Schraubengang anzuordnen, durch den die zu klärende Flüssigkeit in
kreisende Bewegung versetzt wird:. Dabei wird aber keine Ausscheidung von freien
Luftbläschen vor dem Eintritt der Flüssigkeit in dem genannten Zuführungsrohr vorgenommen,
sondern vielmehr vorgeschlagen, zusätzliches Gas am untern Ende des Zuführungsrohres
einzuleiten. Die Umrührvorrichtung kann aber die durch die vorliegende Erfindung
erstrebte Wirkung nur dann ausüben, wenn das zu behandelnde Abwasser vor dem Eintritt
in die Steigleitung von freien Gasbläschen befreit ist. Die Umrührung o. dgl. soll
nämlich verhindern, daß freie Gasbläschen eine schädliche Geschwindigkeit gegenüber
dem umgebenden Wasser in dem aufwärts gerichteten "Strom erhalten. Wenn aber schon
beim Eintritt in die Steigleitung wesentliche Mengen von ungelöstem Gas, d. h. freie
Gasbläschen, im Abwasser vorhanden sind, kann die Umrührung nicht verhüten, daß
die Gasbläschen im oberen Teil ihres Weges gegenüber dem Wasser eine Geschwindigkeit
annehmen, welche für den ruhigen Auftrieb schädliche Strömungen im Wasser hervorruft.
Durch den allmählich verminderten Druck in der Steigleitung wachsen freie Gasbläschen
beim Emporsteigen derart schnell an, daß keine Umrührung oder ähnliche Behandlung
die schädliche Steigerung der Geschwindigkeit der entstehenden großen Blasen zu
verhindern vermag.
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Dazu kommt noch, daß das Vorkommen von freien Gasbläschen für die
in den meisten Fällen notwendige Behandlung des Abwassers mit Chemikalien (Alaun,
Leim, Alkali) von Bedeutung ist. Bei dieser Behandlung erfolgt ein Zusammenflocken
der festen Teilchen, das das Aufsteigen der Teilchen bis an die Flüssigkeitsoberfläche
im Abscheidebehälter fördert. Wenn nun-freie Luftbläschen im Abwasser schon' am
unteren Ende der Steigleitung - vorhanden wären, würden diese Bläschen die Zusammenflockung
aufheben bzw. erschweren. Nun wird aber bekanntlich die Ausflockung gerade durch
eine langsame Umrührung gefördert. Durch die Kombination von vorheriger Entfernung
von freiem Gas und in der Steigleitung erfolgender Umrührung o. dgl. wird also die
sehr wichtige Wirkung erreicht, daß die Zusammenflockung der festen Teilchen des
Abwassers in einwandfreier Weise erfolgt.
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Es ist an sich nicht neu, das Abwasser von freien Gasbläschen zu befreien,
bevor es in die Steigleitung eintritt. Eine einwandfreie Reinigung des Abwassers
konnte aber dabei deswegen nicht erfolgen, weil die Flüssigkeit in der Steigleitung
keiner Umrührung o. dgl. ausgesetzt war und dadurch die obenerwähnten Schwierigkeiten
sich geltend machten.
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Weiter ist es bekannt, eine Gase, Sink- und Schwimmstoffe führende
Flüssigkeit so zu beeinflussen, daß sie in der Aufwärtsbewegung in einem Behälter
eine kreisende Bewegung erhält. Dabei galt es aber, die spezifisch leichten Stoffe,
wie Gase, öle, Fette usw., in der Flüssigkeit durch Auftrieb auszuscheiden, um spezifisch
schwerere Stoffe von den genannten leichten Stoffen zu befreien und dadurch zum
Sinken zu bringen. Die vorliegende Erfindung bezweckt dagegen, alle Schwebestoffe
der Flüssigkeit durch Auftrieb mittels Luft- oder Gasbläschen abzuscheiden,
wobei
natürlicherweise eine Trennung dieser Bläschen von den schwereren Teilchen nicht
erwünscht. ist.
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In den Zeichnungen ist die zur Ausführung des Verfahrens nach der
Erfindung dienende Vorrichtung in beispielsweisen Ausführungsformen schematisch
dargestellt,. und zwar zeigen: Abb. _i einen senkrechten Schnitt durch einen Abwasserreiniger,
Abb. 2 und @3 -Schnitte durch in verschiedenen Ausführungen gehaltene Einlaßleitüngen
für den Reiniger, Abb. 4 einen Schnitt durch einen anderen Reiniger, Abb. 5 eine
Einzelheit des Reinigers nach Abb. 4, Abb. 6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
des Reinigers, Abb. 7 die Einlaßleitung dieses Reinigers. Nach Abb. i der Zeichnung
wird dem geschlossenen Abscheidebehälter i :das zu reinigende Abwasser von unten
durch ein gewöhnlich lotrechtes, zentrales Rohr 2 zugeführt, das die Einlaßleitung
des Behälters bildet. Dem mit Fasern u. dgl. vermischten Abwasser wird durch -einen
Ejektor 52 mit Einsaugerohr 2o Luft zugeführt; die durch eine Leitung 3 zu einem
unterhalb des Abscheidebehälters i angeordneten offenen Entlüftungsbehälter 4 strömt,
in den das Rohr 2 unter der Flüssigkeitsoberfläche 5 im Behälter 4 hinabragt. Diese
Anordnung hat den Zweck, die Luft, die im Wasser nicht gelöst wird, aus ihm zu entfernen,
damit die Flüssigkeit bei Atmosphärendruck mit Luft oder dem an Stelle der Luft
benutzten Gas lediglich gesättigt -ist, bevör sie in das Röhr 2 eintritt.
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Die im Behälter i emporgeschwommenen Fasern werden mittels eines Saugmundstückes
6 entfernt, das auf dem Ende eines hohlen Armes 7 sitzt, der mit einer hohlen, lotrechten
Welle 8 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Welle wird das Mundstück 6 in einer ringförmigen
Bahn über die Flüssigkeitsoberfläche 9 im Behälter i bewegt. Die rohrförmige Welle
8 ist mit einer Saugpumpe verbunden, die gleichzeitig die emporgeschwommene Masse
absaugt und den .erforderlichen Unterdruck, im Behälter aufrechterhält. Das gereinigte
Wasser wird durch Rohre io aus dem unteren Teil des Behälters i abgeleitet.
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Die Vorrichtung- ist, soweit sie bis, jetzt beschrieben ist, an sich
bekannt. Das! Neue liegt darin, da,ß im aufsteigenden Rohr eine Umrührvorrichtung
angebracht ist, um die Geschwindigkeitsbeschleunigung der gas- oder luftbeladenen
Fasern (Flocken) im Rohr 2 zu vermindern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht diese Uxnrührvo.rrichtung aus mehreren an einer Welle i i angebrachten Armen
14. Die Welle r i ist unten in einem festen Lager 12 gelagert und oben mit der Triebwelle
g durch geeignete Verbindungsteile 13 gekuppelt. Die Welle mit den Armen, die verschiedene
Länge haben können, bildet zusammen ein Rührwerk, das gleichzeitig mit der Absaugevorrichtung
sich mit geringer Geschwindigkeit dreht, z. B. ein oder zwei Umdrehungen je Minute.
Wenn das belüftete Abwasser- in das Rohr 2 eintritt, wird der Druck allmählich venuindert,
und die im Wasser gelöste Luft scheidet sich in Form kleiner LuftIläSChen an den
Fasern ab. Die Anzahl, Größe und Hebekraft der Luftbläschen wird vermehrt, je höher
sie gelangen. Dadurch wird den Flocken, an denen die Luftbläschen haften, eine lotrechte,
stark beschleunigte Bewegung im Verhältnis zum Wasser erteilt. Die Vorrichtung i
1, 14 verhindert, daß die luftbeladenen Flocken sich ungestört über eine längere
Strecke in lotrechter Richtung bewegen. Durch die langsam rotierende Vorrichtung
werden die Flokken unaufhörlichen Störungen ausgesetzt, und die Geschwindigkeit
im Verhältnis zum Wasser kann also -eine schädliche Größe nicht erreichen. Das Endergebnis
ist demnach,- da.ß die luftbeladenen Flocken trotz ihrer Neigung zu steigen, mit
dem Wasser vereinigt bleiben. Die langsame Umrührung' stört nicht die Flockenbildung,
die dadurch sogar noch gefördert wird. Das Zusammenflocken der Kleinfasern wird,
wie oben erwähnt, mit Hilfe von Alaun, Tierleim und Harzleim erreicht.
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Abb. 2 zeigt eine in das Rohr -- eingesetzte doppelgängige Schraube
15 mit lotrechter Achse 16, die vom unteren- Ende des Rohres nach oben in geeigneter
Höhe verläuft. Diese Schraube bezweckt, dem im Rohr 2 aufsteigenden Wassereine rotierende
Bewegung zu geben. Hierdurch wird das Vermögen der luftbeladenen Flocken, ihre Bewegung
in lotrechter Richtung zu beschleumgien,vermindert. Eine solche rotierende Bewegung
des durch `das Rohr hindurchgehenden Wasserstromes kann auch durch in das Steigrohr
2 eingesetzte, in tangentialer Richtung wirkende Spritzen oder Düsen 17 erzeugt
werden, wie das in Abb.3 angedeutet ist.
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Abb.4 zeigt einen Wasserreinigungsapparat mit offenem Abscheidebehälter
i, in den das zu reinigende Wasser .durch das Rohr 2 mit Hilfe einer Pumpe i 9 gedrückt
wird. Von dieser Pumpe wird auch Luft durch den von einem Ventil geregelten Lufteinlaß
2o eingesaugt. In der Pumpe, die z. B. eine Schleuderpumpe sein kann, wird das Wasser
mit Luft gemischt, worauf. das Wasser durch eine Leitung 23 mit Druckminderventil
24 in einen glöckenähnlichen, geschlossenen Behälter 25
gedrückt
wird, der durch eine Leitung 26 mit dem unteren Ende des lotrechten Rohres 2 verbunden
ist.
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Es ist, wie schon erwähnt, von großer Bedeutung, daß Luft oder Gas,
das nicht gelöst worden ist, aus der Flüssigkeit entfernt wird, bevor die Flüssigkeit
in das Steigrohr 2 eintritt, denn die erstrebte Wirkung des Rührwerkes i i, 14 oder
der ihm entsprechenden Vorrichtung wird durch das Aufsteigen von größeren Luftblasen
wesentlich gestört. Bei Verwendung eines offenen Scheidebehälters muß der Entlüftungsbehälter
geschlossen sein. Nach Abb._ 4 ragt die Leitung 23 in den Behälter 25 mit einem
oben erweiterten Teil 126 hinein. Die mit dem Wasser mitgehenden freien Luftblasen
werden an den Raum im oberen Teil des Behälters 25 abgegeben und bilden hier ein
Luftkissen. Mit Hilfe eines von einem Schwimmkörper 28 gesteuerten Entlüftungsventils
27 wird die Flüssigkeit im Behälter 25 in gleichbleibender Höhe gehalten. Ein jeweiliges
Versetzen der Flüssigkeit mit Alaun, Leim o. dgl. erfolgt unmittelbar bevor, nachdem
oder während die Flüssigkeit den Entlüftungsbehälter 25 durchströmt. Zu diesem Zweck
sind z. B. an die Leitung 23 verschiedene Zulaufrohre 29 für geeignete Zusätze angeschlossen.
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Bei dem in Abb.4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt das Entfernen
der im Behälter i emporgeschwommenen Flocken in bekannter Weise mit Hilfe von den
Armen 7 herabhängender und daran drehbar angebrachter Schaber 3o,-die bei ihrer
durch die Triebwelle 8 bewirkten kreisenden Bewegung die Masse an Kasten oder Taschen
3 i (s. auch Abb. 5) fördern, von denen die Masse durch eine Leitung 32 abgeht.
Das gereinigte Wasser geht über regelbare Randüberläufe 33 an die Ablaßleitung i
o ab.
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Die Umrührvorrichtung i i, 14 erfüllt hier die gleiche Aufgabe, wie
sie für die Ausführung nach Abb. i beschrieben worden ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb.6 hat der Entlüftungsbehälter
25 eine liegende längliche Form und ist seit einem Totierenden Rührwerk 34 mit Welle
35 versehen, das die Aufgabe hat, das Ausscheiden der Fasern nach der Oberfläche
des Entlüftungsbehälters zu verhindern. Der Entlüftungsbehälter ist über das Druckminderventil
24 mit der Druckleitung 23 verbunden, die von der Pumpe i9 ausgeht, in der der Flüssigkeit
auch Luft durch das Rohr 2o zugeführt wird. Die Flüssigkeitshöhe im Entlüftungsbehälter
wird dadurch gleichgehalten, daß -der Flüssigkeits-und Luftrauen durch je eine Leitung
36 bzw. 37 mit dem Flüssigkeits- und Luftraum im Behälter 38 in Verbindung steht,
so daß die Flüssigkeit im Behälter 38 immer dieselbe Höhe wie im Behälter 25 hat.
Ein von einem Schwimmkörper 28 im Gefäß 38 gesteuertes Ventil27 sorgt dafür, daß
die Luft aus dem Gefäß 38. in dem Maße ausgelassen wird, wie sie von der
Flüssigkeit ausgeschieden 'wird. Der Scheidebehälter i ist offen und hat eine längliche
(rechteckige) Form. Das Einlaufrohr 2 ist unter dir einen Schmalseite dieses. Behälters
angebracht, hat oben etwa dieselbe Breite wie der Behälter i und ist nach unten
verjüngt. In diesem prismatisch geformten Einlaufrohr ist ein Rührwerk von zu der
prismatischen Form passenden Form angebracht (Abb. 7). Dieses Rührwerk besteht z.B.
aus übereinander angebrachten waagerechten Stäben 39, deren Länge von oben nach
unten abnimmt und die durch eine oder mehrere lotrechte Stangen 40 verbunden sind.
Durch nicht dargestellte Vorrichtungen erhält dieses Rührwerk eine waagerechte,
hin und her gehende, gegebenenfalls auch gleichzeitig eine auf und ab gehende Bewegung,
um Bewegungshindernisse für die aufschwimmenden Flocken -zu bilden, so daß diese
nach Möglichkeit verhindert werden, ihre lotrechte Geschwindigkeit zu vermehren.
Die emporgeschwommenen Flocken werden hier in bekannter Weise durch auf .einem endlosen,
sich über die Flüssigkeitsoberfläche 9 bewegenden Band 41 sitzende Schaber 42 entfernt,
die die Masse an eine Ablaßrinne 43 befördern, während das gereinigte Wasser über
einen regelbaren Randüberlauf 44 an das Ablaßrohr i o abgeht.