DE1642838A1

DE1642838A1 - Flotationsverfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung der Trennung von Stoffen aus Loesungen sowie zur Eindickung von Schlaemmen

Info

Publication number: DE1642838A1
Application number: DE19681642838
Authority: DE
Inventors: Willy Grunert
Original assignee: Institut fur Wasserwirtschaft
Current assignee: Institut fur Wasserwirtschaft
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1968-03-04
Publication date: 1971-04-22
Also published as: US3525437A; GB1217398A

Description

Flotationsverfahren und Einrichtung zur Durchführung der Trennung von Stoffen aus Lösungen sowie aur iSindickung von Schlämmen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein© Einrichtung aur abtrennung von Stoffes aus Lösungen sowie aur Bindickirag von Schlämmen mit geringem Feststoffgehalt, wie sie besonders in der Wasser- und Abwasserbehandlung anfallen _$ durch Flotation.

Bekannt ist, daß bei der sedimentation Abtrennung von suspendierten Stoffen, besonders bei solchen in flockig©3? Beschaffenheit, Schlämme, z* B, Belebtschlamm, mit eines) hohen-Wassergehalt, mit 99 % und darüber anfallen. Für die Weiterbehandlung der Schlämme resultiert hieraus ein großer Platabedarf für Trockenbeetej maschinellen Entwässerungsverfahren sind vorteilhaft Eindicker vorzuschalten· Weiter ist bekannt, daß die Abtrennung solcher Stoffe durch Aufschwimmen, im folgenden als Flotation bezeichnet, bei kürzeren Aufenthaltszeiten im Vergleich zu denen in Absetzbecken oder auoh in Sindickern möglich ist. Der durch Flotation gewonnene Schlamm weist einen höheren Feststoff gehalt als sedimentierter Schlamm auf· Die Flotation von Stoffen nicht kristalliner Natur, insbesondere solchen mit flockiger Struktur, verlangt andere technologische Grundlagen als z.B. die ürzflotation· Sie muß schonend erfolgen. iiurch starke Strömungen werden Flockenbestandteile in kleinere Aggregationen zerteilt und ihre Flotierbarkeit ist nicht gesichert. Dieser Nachteil kann innerhalb gewisser Grenzen durch Zugabe von Floekungschemikalien, Sammlern und Sohäumern, auch durch Zugabe von Flockungsmitteln oder Änderung des pH-Wertes ausgeglichen werden.

Bekannt sind Verfahren, bei denen die Flotation von Stoffen, insbesondere solchen mit flockiger Beschaffenheit, unter Vakuum oder durch Zuführung einer unter Druck mit Luft oder einem Gas angereicherten Lösung erreicht wird. Träger der Flotation sind feinste Gasblasen, die sich bei Anlagen eines Vakuums oder bei Entspannung der unter Druck mit Gas angereicherten Lösung oder durch Elektrolyse bilden»

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Bei den bekannten Druckflotationsverfahren wird die zu behandelnde Lösung oder ein Teilstrom über einen Druckkessel oder hydrodynamischen Generator vor dem Eintritt in die Flotationszelle geleitet»

Als Flotationszellen dienen im allgemeinen Rechteckbecken mit geringer Tiefe, teilweise auch. Rundbecken, Diesen Verfahren haften Nachteile an. Bei der Anreicherung der gesamten Lösung mit Luft oder einem Gas treten in Pumpen und den Zuführungseinrichtungen für die Flüssigkeit, z. B, Rohrleitungen, Strömungsgeschwindigkeiten und turbulente Strömungen auf, die au einer Zerteilung flockiger Bestandteile führen und ihre Flotierbarkeit erschweren» In der Flotationszelle müssen sioli erst wieder grössere Aggregationen bilden, die ein Anhaften der Luftbläschen ermöglichen. Dieser Nachteil kann durch Zugabe von Flotationschemikalien in gewissen Grenzen ausgeglichen werden.

Bei den anderen Flotations verfahr en muß der mit Luft oder Gas angereicherte Teilstrom mit dem Hauptstrom veroisoiit werden. Um hierbei unerwünschte hydraulische Ströopingserscheinungen zu vermeiden, werden vornehmlich langgestreckte Flotationszelleη angewandt, an deren Einlaufseite der Teilstrom ubex Yerteilereinrichtungen, z, B. gelochte Rohre unterhalb des Zulaufes des HauptstromeSj zugeführt wird, !Für die aufsteigenden Luft- bzw« Gasblasen resultiert durch Überlagerung der horizontalen Durchflußkoraponente mit dem vertikalen Blasenaufstieg ein langer schräg aufwärts gerichteter Blasenweg· Feinste Flocken können sich in der Nähe des Einlaufes zu größeren Aggregationen formieren und erhalten dann erst in einem weiter hinten liegenden Abschnitt der Flotationszelle durch Anhaften von Luftblasen die Auftriebskraft, Hierbei ist jedooh die volle Wirksamkeit der Luftblasen nicht gesichert, da zwischen der Druckwasserzuführung und dem Einlauf gegenüberliegenden Auslauf die Blasendichte ständig abnimmt.

Die Erfindung hat den Zweck, diese vorgenannten Nachteile bei den bekannten Verfahren und Anlagen auszuschalten und die Effektivität von Flotationsverfahren zu erhöhen und zugleich eine erweiterte Anwendungsbreite, vorzugsweise in der WasssrLahand-= lungstechnologie, zu erzielen»

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plotationsverfahren und eine Einrichtung zur Purcliführung der Trennung von Stoffen aus Flüssigkeiten sowie zur Sindicknng von Schlämmen au schaffeiij die gemeinsam in einfacher Art irad Weise die FIotationsvorgänge in eine technologisch rationellere Reihenfolge bringen sov/ie iia übrigen das bekannte Auf sch^ramprinsip in abgewandelter l?ovm beibehalten«

IDrfindungsgeiaäS ?/ird wie folgt verfahren: Das einen geringen Jeststoffgehalt aufweisende Behandlungsgut wird vor der Einleitung in eine Flotationszelle in einem Beruhigungsraum in seiner Strömungsgeschwindigkeit abgebremst· In der Flotationsseile wird der Flotationsprozeß duroh Tertikalbelüftung eingeleitet und das flotierts Gut in einer Schürze der Flotationsseile eingedickt« Das so abgetrennte und eingedickte Flotationsgut viird mittels einer Entnahmevorrichtung ausgetragen und das Elarwasser einem Austragsraum mit Kla^iasserentnahme zugeführt. Durch Susatz eines Chemikals im Beraiiigimgsraum kann das Behandlungsgut aktiviert und dadurch im der flotationszelle die Flotation verbessert werden. Bas Behandlungsgut wird unterhalb des Wasserspiegels in die Flotationszelle 4 eingeleitet. Durch eine regulierbare Vertikalbelüftung, gegebenenfalls eine Belüftung über einen Teil des Querschnittes, kann um eine einzubauende Trennwand 5 eine ümwälzströmung erreicht werden. Mit der erfinderischen Einrichtung konnte die Mfgäbe so gelöst werden, daß mit der. Flotationszelle 4 auf der Einlaufseite ein Beruhigungsraum 1 für das Behandlungsgut und auf der Auslaufseite ein Austragsraum 6 für den Klarwasseraustrag unmittelbar verbunden wird und Flotationszelle 4, Beruhigungsraum 1 und Austragsraum 6 eine kleinste bauliche Einheit bilden·

Die Flotationszelle 4 ist in Bodennähe mit einer Gespanntwasserzugabe 12 und einem darüber angebrachten Beruhigungsgitter ausgestattet, das den ganzen Querschnitt überdeckt. Die Flotationszelle 4 ist nach, oben konstruktiv, vorzugsweise an den Seitenwänden eingezogen und bildet eine Schürze für eine weitere Eindlckirog des flotierten Gutes. In die Seitenwände sind funkt ions bedingte Einlauföffnungen 3a für das Behänd lung s_öut und Austrittsöffnungen 3b für den Klarwasseraustrag angebracht, die vornehmlich über die gesamte Breite der

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Flotationszelle reichen· Innerhalb der Flotationszelle 4 können mittig eine Trennwand 5 und in der Gespanntwasserzugabe 12 ein Trennschild 11 für die Regulierung der Zugabe über die ganze oder Teilfläche vorgesehen werden·

Für den Austrag des eingedickten Flotationsgutes ist auf die Flotationszelle 4 eine Entnahmevorrichtung 14 montiert. Der Beruhigungsraum 1 und der Austragsraum 6 können in Form und Größe einander gleich ausgebildet und spiegelbildlich zur Achse der Flotationszelle 4 angeordnet werden·

Bar Beruhigungsraum 1 und auch der Austragsraum 6 zeigen im Schnitt eine trapezförmige Gestaltung und sind nach unten durch eine Schräge verlängert, die in die Seitenwand der Flotationszelle 4 durch die Einlaufe-3a bzw. Austrittsöffnung 3b kurz hineinragen·

Für die Einregulierung des Wasserstandes ist im Austragsraum 6 oder außerhalb in der Klarwasserentnahme 9 ein auswechselbares und verstellbares Wehr 8 angeordnet·

Die Flotationszelle 4 kann aus zwei gleichen, oder im Querschnitt abgestuften Baukörpern gestaltet werden, daß eine Rückströmung des Behandlungsgutes weder in die Einlauf- noch in die Austrittsöffnungen möglich ist·

Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Sichere flotative Entfernung und Anreicherung von suspendierten Stoffen, insbesondere flockigen Stoffen durch geringste Strömungsgeschwindigkeiten in der Flotationszelle 4· Größere Aggregationen feiner suspendierter Stoffe können sich im Beruhigungsbecken bilden.

Hohe Flotationsleistung durch die Art des Durchflusses und der Gespanntwasserzugabe·

Zusätzlicher Eindickungseffekt des Flotationsgutes vor dem Austrag·

Bei rechteckigem Querschnitt kann die Anlage durch Parallel- und Hintereinanderschaltung weiterer Aggregate naoh dem Baukastensystem beliebig erweitert werden.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert·

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In der Zeichnung ist die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Vertikalschnitt dargestellt· Die zu reinigende Flüssigkeit sei mit suspendierten Schmutzstoffen verunreinigtes Wasser.

Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus drei Baugruppen, nämlich dem Beruhigungsraum 1, der Flotationszelle 4 und dem Austragsraum 6, die zusammen eine kleinste funktionelle bauliche Einheit bilden. Auf der Einlaufseite der Flotationszelle ist der Beruhigungsraum 1 und auf der Auslaufseite der Austragsraum 6 angeordnet. Beide Räume können entsprechend der Zeichnung spiegelbildlich zur Mittelachse der Flotationszelle 4 und einander gleich in Form und Größe ausgeführt sein, um ein baukastenartiges Aneinanderreihen mehrerer Einheiten zu erleichtern. In der rechteckigen Flotationszelle 4 sind in Bodennähe eine Ge- g spanntwasserzugabe 12 und darüber ein Beruhigungsgitter 13 angeordnet. Für das Beruhigungsgitter 15 wird ein engmaschiger Rost verwendet, der über die gesamte Grundfläche reicht und dem Gespanntwasser die vertikale Fließrichtung innerhalb der Flotationszelle 4 gibt. Die Gespanntwasserzugabe 12 kann in zwei Kammern durch ein Trennschild 11 geteilt sein. Auch innerhalb der Flotationszelle 4 kann eine Trennwand 5 eingezogen sein, die, wenn erforderlich, eine UmIaufströmung des zu behandelnden Wassers gestattet. Die Seitenwände der Flotationszelle 4 sind nach oben eingezogen und dienen so zur Erhöhung des Sindickungseffek~ tes. Ferner sind in diese Seitenwände die Einlauföffnung 3a und Austrittsöffnung 3b eingearbeitet, die als Schlitzöffnungen über die gesamte Breite ausgebildet sein können. Der im Schnitt i etwa trapezförmig ausgebildete Beruhigungsraum 1 ist mit einer Verteilerrinne 2 für das einzuleitende Wasser ausgestattet und nach unten mit einer Schräge weitergeführt, die in der Flotationszelle 4 durch.die Einlauföffnung 3a kurz hineinragt. In den Austragsraum 6 kann eine Tauchwand 7 für die Zurückhaltung von Feststoffteilchen und ein höherverstellbares Wehr 8 für die Regulierung des Wasserstandes in der Flotationszelle 4 eingebaut sein; er ist mit einer Klarwasserentnahme 9 und den zugehörigen Rohrleitungen 10 versehen. Der Flotationszelle 4 ist für den Austrag des Flotationsgutes an der Einschnürung eine über die ganze Breite arbeitende Entnahmevorrichtung 14, z. B. ein

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endloser Bandförderer zugeordnet. Das zu behandelnde Wasser gelangt über die Verteilerrinne 2, in der dem Wasser erforderlichenfalls ein Sammler und/oder Schäumer gemeinsam zugesetzt wird, im freien Zulauf in den Beruhigungsraum 1, Der Beruhigungsraum 1 hat die Aufgabe, einmal längs- und Qu er strömungen beim Eintrag des Wassers zu beruhigen, so daß bei der Überleitung in die Flotationszelle 4 nur Kräfte des Überdruckes wirksam werden, zum anderen dem evtl. zugegebenen Flotationshilf siaittel genügend Zeit zur Einwirkung auf die Schmutzstoffe des Wassers zu gewähren. Im letzten Fall dient der Beruhigungsrauia 1 gleichzeitig als Reaktionsraum« Tritt hierbei schon eine Trennung Sedimentierter Stoffe infolge der Verweilzeit im Beruhigungsraum ein, so rutschen die Sedimente über eine Schräge in die Flotationszelle 4, um dort in den Flotationsprozeß einbezogen zu werden. Das Wasser selbst fließt beruhigt durch die Einlauf öffnung 3a unterhalb des Wasserspiegels der Einrichtung der Flotationszelle 4 zu, in der der Flotationsprozeß, also das Aufschwimmen der Peststoffteilchen, durchgeführt wird. In der Flotationszelle 4 erfolgt dazu in Bodennähe die Zugabe eines Wasser-Luft-Gemisches über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilt, nachdem über das Beruhigungsgitter 13 oder ähnliche Einrichtungen die Geschwindigkeit des austretenden Druckwassers abgebremst und etwa vorhandene turbulente Strömungen herabgemindert wurden, um ein gleichmäßiges vertikales Aufsteigen feinster Bläschen zu erreichen. Die feinstverteilten G^asbläschen haften sich an die Feststoffteilchen und nehmen sie auf dem Weg zur Oberfläche mit, um sie dort als Schwimm schlamm anzureichern. Als Trägermedium wurde ein Wasser-Luft-Gemisch bzw. mit luft angereichertes Wasser gewählt, das unter Druck durch die Gespanntwassersugabe 12 zugeführt wird. Die Gespanntwasserzugabe 12 selbst besteht aus mehreren Rohren, in denen innerhalb der Flotationszelle 4 eine Vielzahl Bohrungen oder Schlitze vorgesehen sind. Das Wasser— Luft-Gemisch wird bei Austritt entspannt, die sich bildenden kleinsten Luftbläschen sind Träger der Flotation. Die Anordnung der Bohrungen ist so gewählt, daß sich die Luftbläsohes über den gesamten Querschnitt der Flotationszelle verteilen. Die Zuführung des Wasser-Luft-Gemisches erfolgt beiderseitig der Flotationszelle 4· Die Flotationszelle 4 kann ein— bsw. zweiseitig entsprechend den Erfordernissen benutzt werden*

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Dazu werden in der Mittelachse der Flotationsseile 4 über und unter dem Beruhigungsgitter 13 die Trennwand 5 und der Trennschild 11 vorgesehen, die ortsfest eingebaut sind· Bei einseitiger Benutzung stören sie den Flotationsprozeß nicht· Bei zweiseitiger Benutzung dient die Trennwand 5 als Leitwand, um die Flotation im Kreislauf wirken zu lassen. Es muß hierbei die Gespanntwasserzugabe 12 der einen Seite abgestellt werden· Der Flotationsvorgang selbst verläuft wie bereits beschrieben· Er wird weiter beeinflußt und verbessert durch die nach oben sioh verjüngende Ausbildung der Flotationszelle 4, wodurch eine weitere Eindickung des Plotationsgutes vor dem Austrag erreicht wird· Das von suspendierten Stoffen befreite Klarwasser wird in etwa Zweidrittel der Höhe der Flotationszelle 4 entnommen. Eventuell mitgerissene Feststoffteilchen werden durch die₁ Tauch- ä wand 7, die im Elarwasserhereich vorgesehen ist, am Abfluß gehindert· Mit Hilfe des auswechselbaren und höhenverstellbaren Wehres 8 kann die der Durchflußmenge angepaßte Stauhöhe eingestellt und auch das Niveau des flotierten Schlammes reguliert werden, der nach entsprechender Eindickung durch eine Entnahmevorrichtung 14 ausgetragen wird· Die Klarwassermenge steigt in den iiustragsraum 6 und fließt von dort der Klarwasserentnahme 9, dem Ablauf, zu· Yon der Rohrleitung 10 wird ein Teilstrom für den Kreislaufbetrieb der Einrichtung abgezweigt und dieser nach Sättigung mit Luft der Gespanntwasserzugabe 12 zugeführt·

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Claims

Patentansprüche

1. Flotationsverfahren zur Durchführung der Trennung von Stoffen aus Flüssigkeiten sowie zur Eindickung von Schlämmen, insbesondere für die Wasser- und Abwasserbehandlung dadurch gekennzeichnet, daß. die geringen Feststoffgehalt aufweisende Flüssigkeit, beispielsweise Abwasser, durch Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit beruhigt, danach durch Vertikalbelüftüng flotiert und das flotierte Gut eingedickt wird.

2. Flotationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeit in der Beruhigungsstufe ein Chemikal zugesetzt wird·

3· Flotationsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unterhalb des Wasserspiegels eingeleitet und in eine ümwälzströmung versetzt wird.

4· Flotationsverfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flotationsgut mittels einer Entnahmevorrichtung (14) ausgetragen und das Klarwasser einem Austragsraum (6) mit Klarwasserentnahme (9) zugeführt wird.

5.. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Flotationszelle (4), der auf der Einlaufseite ein Beruhigungsraum (l) für die Flüssigkeit und auf der Auslaufseite ein Austragsraum (6) für die gereinigte Flüssigkeit unmittelbar zugeordnet sind, wobei die Flotationszelle (4), der Beruhigungsraum (l) und Aus-' tragsraum (6) eine Einheit bilden, in deren unterem Teil eine Belüftungsvorrichtung (12) und deren oberer Teil sich nach oben hin verjüngt und als Sammelraum für das flotierte Gut dient·

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über der Belüftungsvorrichtung (12) ein Beruhigungsgitter (13), beispielsweise ein engmaschiger Siebboden, angeordnet ist·

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7. Hinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zwischen Beruhigungsraum (1) und Austragsraum (6) sowie der Flotationszelle so bemessen sind, daß die Strömung sgeschwindigkeiten klein sind»

8. Einrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet,

daß innerhalb der Flotationszelle (4) mittig eine Trennwand (5) und im unteren Teil in Höhe der Belüftungsvorrichtung (12) ein Trennschild (11) vorgesehen sind«

9. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beruhigungsraum (l) und der Austragsraum (6) in Form und Größe einander gleich ausgebildet und spiegelbildlich ^ zur Achse der Flotationszelle (4) angeordnet sind. ™

10. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ßeruhigungsraum (l) im Vertikalschnitt etwa trapezförmig ausgebildet, wobei der Boden zur Flotationszelle (4) geneigt ist und in diese durch eine Nase einragt.

11. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austragsraum (6) ablaufseitig eine Tauchwand (7) und ein auswechselbares und höhenverstellbares Wehr (8) eingebaut ist.