DE3707285C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Leichtflüssigkeiten vorwiegend aus Fließgewässern, insbesondere Benzin und Öl, die im Wasser in dispergierter Form vorliegen und Vorrichtungen hierfür.

Die Abscheidung von Leichtflüssigkeiten erfolgt in den überwiegenden Fällen durch Aufschwimmen in einer strömungsberuhigten Fließstrecke mit freier Oberfläche (DE-PS 3 03 674). Die Leichtflüssigkeiten sammeln sich, wenn die Aufenthaltszeit ausreicht, an der freien Oberfläche und können dort abgesaugt oder abgezogen werden. Auf diese Weise können die direkt abscheidbaren Leichtflüssigkeiten bis zu 98% zurückgehalten werden.

Um in der Fließstrecke strömungstote Zonen zu bilden, in denen die Leichtflüssigkeitströpfchen leichter aufsteigen können, wurde bereits vorgeschlagen (DE-U 85 09 392), in den Strömungsweg Stauwände einzusetzen, die unten und oben und ggf. auch seitlich umströmt werden. Dieses Abscheideverfahren bringt jedoch schlechtere Ergebnisse, da die Strömung vor und neben den Stauwänden beschleunigt wird und die Leichtflüssigkeitströpfchen deshalb dort erst wesentlich später oder überhaupt nicht mehr aufsteigen können.

Ein ähnliches Verfahren ist in der DE-PS 1 20 376 beschrieben. In diese als langgestrecktes Becken ausgebildete Fließstrecke sind schräge und abwechselnd oben und unten umströmte Trennwände eingebaut. Auch hier gilt das Prinzip, daß durch die mehrmals wiederholte Strömungsbeschleunigung an den schmalen Durchlässen die Abscheidung eher behindert wird.

Dieser Abscheidevorgang nutzt den Dichteunterschied zwischen Wasser und Leichtflüssigkeit. Beeinflußt wird der Aufschwimmvorgang aber auch noch durch den Dispersitätsgrad, also die Tröpfchengröße, und die Dichtedifferenz. Liegt die Dichte der abzuscheidenden Leichtflüssigkeit nahe bei der von Wasser und ist der Dispersitätsgrad hoch, dann verlangsamt sich die Aufstiegsgeschwindigkeit so sehr, daß die vorgesehene Beruhigungsstrecke bzw. die Zeit für die Abtrennung nicht mehr ausreicht. Auch die Verkürzung der Aufstiegsstrecke durch die bekannten Schrägplatten führt hier nicht zum Ziel.

In letzter Zeit hat man erkannt, daß die Abscheidung solcher feindispers vorliegenden Leichtflüssigkeiten ein energetisches Problem ist. Die Dispersion ist so stabil, daß nur Strömungskräfte, die eine Stoßenergie erzeugen, die Tröpfchen zum Anlagern und Verschmelzen ("koaleszieren") veranlassen können. Man nutzt diesen Effekt der Stoßvereinigung, indem man das beladene Abwasser durch Gitter-, Netz- oder Haufwerke fließen läßt, in denen Mikroturbulenzen zu der gewünschten Stoßzahl führen (EU-A 00 69 885). Die zusammengeführten Tröpfchen lagern sich als Film auf der Oberfläche des Koaleszenzgitters an, der sich dann bei Überschreiten einer gewissen Dicke als Makrotropfen ablöst, so daß diese Makrotropfen innerhalb oder hinter dem Koaleszenzgitter an die Oberfläche steigen.

Es hat sich gezeigt, daß der Effekt des Koaleszenz durch Mikroturbulenz noch verbesserungsfähig ist, und zwar können weitere Kräfte, die der Strömung innewohnen, zu einer dynamischen Abscheidung herangezogen werden.

Die Erfindung besteht darin, daß das Abwasser innerhalb des Fließquerschnitts wiederholt abwechselnd durch koaleszenzunterstützende Gitter und um Leitwände, die sich in Strömungsrichtung überlappen und von denen wenigstens eines der beiden Elemente sich jeweils bis zum Rand des Fließquerschnitts erstreckt, in Teilströme aufgeteilt und wieder vereinigt wird, indem einer der Teilströme unter Geschwindigkeitsverringerung durch eines der koaleszenzunterstützenden Gitter strömen gelassen und danach mit dem das Gitter frei umströmenden, anderen Teilstrom wiedervereinigt wird.

Es wird also nicht mehr der ganze Abwasserstrom durch die Koaleszenzgitter geleitet, sondern ein Teilstrom umströmt die Gitter vorzugsweise unter Geschwindigkeitserhöhung und vereinigt sich danach wieder mit dem Teilstrom, der das Gitter durchflossen hat. Dieser andere Teilstrom ist beim Durchströmen des Gitters verlangsamt worden, so daß sich beim Wiedervereinigen ein Geschwindigkeitsgradient herausbildet, der Mikroturbulenzen mit der gewünschten hohen Stoßenergie erzeugt. Durch die überlappend mit den Gittern angeordneten Leitwände werden die wiedervereinigten Teilströme beschleunigt und vor der nächsten Aufteilung wieder verlangsamt, wobei andere Turbulenzen in den Grenzschichten auftreten. Bildet man nach einem Ausgestaltungsgedanken der Erfindung vor und/oder nach den Koaleszenzgittern an der Oberfläche strömungslose Zonen, dann können die koaleszierten Leichtflüssigkeitstropfen ungehindert an die Oberfläche steigen und dort abgezogen oder aufgesaugt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nicht derselbe Teilstrom immer wieder die Koaleszenzgitter durchströmt, sondern wenn dies im Wechsel geschieht, sich also Durchströmungen mit Umströmungen abwechseln. Die Aufteilung des Abwasserstroms kann in beiden Dimensionen quer zur Strömungsrichtung erfolgen. Eine besonders wirksame Koaleszenz wird erreicht, wenn diese Richtung räumlich ständig wechselt, so daß sich Zopfströmungen ergeben.

Auch kann die Ausdehnung der von den Teilströmen eingenommenen Zonen sowohl in Strömungsrichtung als auch quer dazu ständig wechseln. Dadurch werden immer wieder andere Aufteilungen gebildet mit dem Vorteil, daß jeder Strömungsfaden mindestens einmal Mikroturbulenzen, Scher- und Stoßkräften ausgesetzt und somit der Koaleszenzwirkung unterworfen wird.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stromaufteilung mittels abwechselnd angeord­ neter Koaleszenzgitter und Leitwände,

Fig. 2 eine Umkehrung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Anordnung mit abwechselnd oben oder unten ein­ gesetzten Koaleszenzgittern,

Fig. 4 einen Wechsel in der Aufteilung der Teilströme,

Fig. 5 zunehmend vergrößerte Abstände zwischen den Koaleszenz­ gittern,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Strömungsstrecke mit windschief und mit wechselnder Neigung angeordneten Unterkanten der Koaleszenzgitter,

Fig. 7 eine Aufteilung in drei Teilströme.

Die Strömungsstrecke nach Fig. 1 weist zwei auf den Boden 0 gestellte Koaleszenzgitter 1, 1′ auf, in deren Zwischenräume von oben undurchlässige Tauchwände 2, 2′, 2′′ ragen, wobei die Unterkanten der Tauchwände etwas unterhalb der Oberkanten der Koaleszenzgitter liegen. Der ankommende leichtstoffbeladene Abwasserstrom 3 wird unter der ersten Tauchwand beschleunigt. Hinter ihr bilden sich an der Grenzschicht 4 zu der Ruhezone 5 Turbulenzen aus, die zu einer ersten Koaleszenzabscheidung infolge Scherbeanspruchung führen. Die koaleszierten Tröpfchen steigen in die strömungslose Zone 5 auf. An dem ersten Koaleszenzgitter 1 teilt sich der Abwasserstrom in zwei Teilströme 6, 7. Der obere Teilstrom 7 umströmt das Koaleszenzgitter 1, während der untere 6 das Gitter durchfließt und dabei verlangsamt wird. Der Geschwindigkeitsunterschied der Teilströme führt hinter dem Koaleszenzgitter 1 an der Wiedervereinigungsstelle 8 zu starken Turbulenzen über die ganze Breite der Strömungsstrecke. Hierbei werden weitere Mikrotropfen aus dem oberen Teilstrom 7 zu Makrotropfen vereinigt und steigen zusammen mit den im Koaleszenzgitter gebildeten Makrotropfen in die vor der nächsten Tauchwand 2′ liegende Ruhezone 5′. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt. Dabei kommen durch räumliche Umschichtung immer wieder andere Teile des Abwasserstroms in die Turbulenzzonen, so daß nach und nach alle Stromfäden erfaßt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind Tauchwände und Koaleszenzgitter vertauscht. Die Gitter 11, 11′ liegen jetzt an der Oberfläche, während die undurchlässigen Wände als Überfallwände 12, 12′ vom Boden aufragen. Die Durchströmung unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß sich an der Oberfläche keine ausgesprochenen Ruhezonen bilden. Die aufgeschwommene Leichtflüssigkeit wird mit der Strömung zum Auslauf geschwemmt und kann dort vor einer nicht dargestellten Tauchwand abgezogen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden nur Leitwände mit Koaleszenzgittern 21, 21′ 21′′, 21′′′ verwendet, d. h. die Zahl der Koaleszenzzonen wird verdoppelt. Um an der Oberfläche der Strömungsstrecke Ruhezonen 15, 15′, 16, 16′ zu bekommen, sind die oberen Abschnitte 17, 17′ der oberen Gitter 21, 21′′ undurchlässig.

Es ist deutlich zu erkennen, daß jeder Teilstrom abwechselnd der Koaleszenz in den Gittern und in den Scherzonen unterworfen wird. An der Stelle der undurchlässigen Gitterabschnitte 17, 17′ können (nicht dargestellte) Abzugsrinnen für die aufgeschwommene Leichtflüssigkeit installiert werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt unterschiedliche Höhenerstreckung der Koaleszenzgitter 31, 31′, 31′′ und Leitwände 22, 22′, 22′′. Die Gitter nehmen in Strömungsrichtung an Länge zu, während die Leitwände kürzer werden. Der Effekt, der sich dadurch ergibt, ist ebenfalls deutlich zu ersehen: der Flüssigkeitsstrom wird an jedem Koaleszenzgitter in einem anderen Verhältnis aufgeteilt, und zwar bei der ersten Stufe etwa 1 : 2, bei der zweiten etwa 1 : 1 und bei der dritten 2 : 1. Auf diese Weise gelangen immer wieder andere Stromfäden in die hinter der Unterkante der Koaleszenzgitter liegende Scherzone 18, 18′, 18′′.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 sind die Abstände zwischen den Gittern und den Leitwänden verändert; sie nehmen in Strömungsrichtung stufenweise zu, was eine Verlängerung der Scherzone zur Folge hat.

Fig. 6 zeigt, daß die Unterkante 19, 19′ der Koaleszenzgitter 9, 9′ räumlich schief verlaufen, und zwar mit wechselnder Neigung. Der Abwasserstrom erfährt dadurch auch eine räumlich unterschiedliche Aufteilung. Selbstverständlich kann die Neigung so stark werden, daß sich das Koaleszenzgitter dann von der Seitenwand horizontal in die Strömungsstrecke erstreckt und der Flüssigkeitsstrom dann quer abgelenkt und aufgeteilt wird.

Eine Kombination aller in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Strömungsformen ist genauso denkbar, wie die beliebige Wiederholung der Zonen im wechselnden Rhythmus.

Der Fig. 7 schließlich ist zu entnehmen, daß sich der Flüs­ sigkeitsstrom auch in mehr als zwei Teilströme aufteilen läßt. Dabei können die Koaleszenzgitter 41, 41′, 41′′ sowohl innen als auch außen liegen. Ersetzt man die außen liegenden Leitwände 23, 23′ 24, 24′ ebenfalls durch Koaleszenzgitter, dann sollte zumin­ dest der oberste Abschnitt der oberen Gitter undurchlässig sein, damit sich dort Ruhezonen für das Sammeln der aufge­ rahmten Leichtflüssigkeit bilden.

Die in Fig. 7 gezeigte Strömungsform kann selbstverständlich auch eine Horizontalanordnung sein. Der Flüssigkeitsstrom wird dann in Querrichtung mehrfach aufgeteilt. Wendet man auf die­ se Variante die Maßnahme nach Fig. 4 oder 6 an, dann werden nach und nach alle Stromfäden von den Koaleszenz- und Scher­ einflüssen erfaßt und damit zur Abscheidung der dispersen Leichtflüssigkeit gebracht.

Die Koaleszenzgitter können wie üblich aus mehreren aufeinandergelegten Schichten von Streckmetall oder feinem Siebgewebe bestehen. Für Platten kommt offenporiger Hartschaum oder eine Sintermasse in Frage. Für eine in einen Siebkäfig gefüllte Stückgutschüttung sind Kunststoffgranulat, Blähtonpellets oder Mineralsplitt geeignet. Die Poren- bzw. Lochgröße sollte einige Millimeter nicht überschreiten und liegt vorzugsweise bei 1 bis 3 mm.

Die Dicke der Gitter kann innerhalb der Strömungsstrecke variieren. Die Gitter können auch aus teilweise adsorbierendem Material bestehen. Sie müssen dann in regelmäßigen Ab­ ständen ausgewechselt oder ausgewaschen werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn sie in Führungen eingesteckt und sonst nicht befestigt sind.

Claims (17)

1. Verfahren zum Abscheiden von Leichtflüssigkeiten aus diese Leichtflüssigkeiten in dispergierter Form enthaltendem Abwasser oder Fließgewässer entlang einer Fließstrecke, mit Hilfe von Koaleszenz und Auftrieb an die freie Fließoberfläche, an der die Leichtflüssigkeiten gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser innerhalb des Fließquerschnitts wiederholt abwechselnd durch koaleszenzunterstützende Gitter (1) und um Leitwände (2), die sich in Strömungsrichtung überlappen und von denen wenigstens eines der beiden Elemente sich jeweils bis zum Rand des Fließquerschnitts erstreckt, in Teilströme (6, 7) aufgeteilt und wiedervereinigt wird, indem einer der Teilströme unter Geschwindigkeitsverringerung durch eines der koaleszenzunterstützenden Gitter (1) strömen gelassen und danach mit dem das Gitter (1) frei umströmenden, anderen Teilstrom (7) wiedervereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den koaleszenzunterstützenden Gittern jeweils an der freien Oberfläche strömungslose Sammelzonen für koaleszierte und aufgeschwommene Leichtflüssigkeiten nach- und/oder vorgeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung in Teilströme in zwei Dimensionen erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen Koaleszenz- bzw. Vereinigungszonen unterschiedlich sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Koaleszenzzonen quer zur Strömungsrichtung wechselt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Koaleszenzzonen in Strömungsrichtung wechselt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung in einen mittleren Freistrom und zwei äußere Koaleszenzströme oder umgekehrt erfolgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, enthaltend eine von dem zu reinigenden Abwasser horizontal durchströmte, eine freie Oberfläche aufweisende Beruhigungsstrecke, in die abwechselnd sich überlappende, koaleszenzunterstützende Gitter und Leitwände eingesetzt sind, wobei die Gitter (1, 11, 21, 31, 41) im Strömungsquerschnitt einen Abschnitt (10, 10′) für einen freien Durchfluß eines Teilstroms (7) freilassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit mehreren im Abstand hintereinander angeordneten Gittern, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Querschnittsabschnitte quer zur Strömungsrichtung versetzt angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz der freien Querschnittsabschnitte (10, 20) in beiden quer zur Strömungsrichtung liegenden Dimensionen erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzt angeordneten freien Querschnittsabschnitte (20, 20′) von undurchlässigen Querwänden (2, 12, 22, 23, 24) erzeugt werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der freien Querschnittsabschnitte (10, 20) wechselt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Gittern (1, 11, 21, 31) und den undurchlässigen Querwänden (2, 12, 22, 23, 24) unterschiedlich sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Gitter (1, 11, 21, 31) in Strömungsrichtung unterschiedlich ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (9) und/oder undurchlässigen Querwände (2, 12, 22, 23, 24) räumlich schief angeordnet und/oder in sich gekrümmt sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Gitter mindestens teilweise adsorbierend wirken.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der freien Oberfläche adsorbierende Elemente liegen.