DE69320954T2

DE69320954T2 - Wasserklärvorrichtung mit isolierung des ersten filtrats verbesserter rückspülung und blasenbildung

Info

Publication number: DE69320954T2
Application number: DE69320954T
Authority: DE
Inventors: Milos Dr Krofta
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: HRP930906B1; EP0641292A1; SI9300266A; MX9302881A; WO1993023335A1; DE69320954D1; JPH07508216A; EG20337A; JP3313367B2; EP0641292A4; ES2124788T3; FI945393A0; ATE170827T1; AR248259A1; US5320750A; FI113637B; CA2136200A1; CA2136200C; RU2106313C1; TR26753A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Klären von Wasser, wo das Entfernen von Schwebeteilchen durch ein Flockungsmittel und Flotation bei Verwendung eines Stromes von aufsteigenden mikroskopischen Luftblasen bewirkt wird. Genauer gesagt, es betrifft eine verbesserte Klärvorrichtung und ein Verfahren der allgemeinen Ausführung, die im U.S. Patent Nr. 4626345 und 4931175 beschrieben wird, wobei die Flotation in Verbindung mit der Filtration durch ein Sandbett oder dergleichen am Boden des Flotationstanks angewandt wird.
Die Wasserklärung, das Entfernen von teilchenförmigen Verunreinigungen, die im Wasser schweben, wird angewandt, um Abwasser von Produktionsprozessen zu behandeln, insbesondere in der Papier- und Zellstoffindustrie, bei der Behandlung von städtischen Trinkwasserversorgungen und bei der Abwasserbehandlung. Das Wasser kann durch Absetzen oder Flotation der Teilchen geklärt werden. Bekannte Absetzverfahren und Absetzvorrichtungen sind wirksam, aber sie sind sogar bei maximalem Wirkungsgrad auf eine vergleichsweise langsame Absetzgeschwindigkeit von etwa 20, 37 Liter pro Minute pro Quadratmeter (1/min./m²) (0,5 Gallonen pro Minute pro ft.²) begrenzt. Um große Mengen von Einlaßwasser zu behandeln, müssen die Absetzeinrichtungen daher groß sein, was Nachteile hinsichtlich Kosten und Raumausnutzung mit sich bringt.
Flotationsverfahren lösen einige Vol.-% Luft in Druckwasser auf und geben die Luft danach in Form von mikroskopischen Blasen frei, die an den Teilchen haften und sie nach oben zur Oberfläche befördern, wo sie einen schwimmenden Schlamm bilden. Die Teilchen werden meistens bei Verwendung von konventionellen Mitteln, wie beispielsweise Alaun und Polymeren, vor dem Einführen der Luftblasen koaguliert und geflockt. Flotationsverfahren sind theoretisch in der Lage, Klärgeschwindigkeiten von 305,6 1/min./m² Flotationsfläche (7,5 Gallonen pro Minute pro ft.² Flotationsfläche) zu erreichen. Bisher waren die Geschwindigkeiten in der Praxis niedriger als dieser theoretische Wert, aber bedeutend besser als bei Absetzverfahren.
Der Anmelder besitzt mehrere U.S. Patente für Wasserklärvorrichtungen und -verfahren, die die U.S. Patente Nr. 4022696, 4377485, 4626345, 4184967 und 4931175 umfassen. In der Klärvorrichtung des '696, die unter den Handelsbezeichnungen "SPC" und "Supracell" verkauft wird, erfolgt die Flotation in einem Rundtank. Das Rohwasser wird in den Tank über ein Zentralrohr, eine hydraulische Verbindung und ein Einlaßrohr mit mehreren Auslässen zugeführt, die im Tank getaucht sind, und das sich um den Tank herum dreht. Der Einlaßstrom ist entgegengesetzt der Drehungsrichtung des Einlaßrohres ausgerichtet und zeigt eine Geschwindigkeit mit Bezugnahme auf die Drehungsgeschwindigkeit derart, daß das Rohwasser eine Nettogeschwindigkeit von Null aufweist, während es in den Tank gelangt. Die Einlaßstrombaugruppe für das Rohwasser und ein Schöpfgefäß für das Entfernen des aufgeschwemmten Schlammes sind auf einem Wagen montiert, der sich um den Tank herum dreht. Das Schöpfgefäß ist vorzugsweise die Ausführung, die im U.S. Patent Nr. 4184967 des Anmelders beschrieben wird. Die Drehungsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß die aufgeschwemmten Teilchen die Oberfläche des im Tank gehaltenen Wassers in der Zeit einer Drehung erreichen werden. Ein guter Klärgrad kann mit jeder Drehung des Wagens bei Verwendung eines vergleichsweise flachen Tanks, beispielsweise 40,6-45,7 cm (16-18 in.), erreicht werden.
Das U.S. Patent Nr. 4377485 offenbart eine spätere Klärvorrichtung der vorliegenden Anmeldung, die unter den Handelsbezeichnungen "SAF" und "Sandfloat" verkauft wird, die die grundlegende Verfahrensweise der Erfindung '696 nutzt, wobei sie ebenfalls nach dem Prinzip der Nettogeschwindigkeit von Null funktioniert, aber ebenfalls eine zweite Filtrationsstufe mit einem Satz von keilförmigen Sandbetten hinzufügt, die den Boden des Flotations tanks bedecken. Das Wasser, das durch den Flotationsvorgang geklärt wird, fließt durch die darunterliegenden Sandbetten in eine Klärwassersammelkammer. Eine Saugvorrichtung, die auf dem Wagen montiert ist, rückspült periodisch jeden Abschnitt des Filters in Kombination mit einem Strom von Rückspülwasser, das durch die Sammelkammer eingeführt wird. Während der Klärung, wenn die Flocken gebildet werden, wird belüftetes Druckwasser in das offene untere Ende der Flockungskammer über eine Sammelleitung mit meheren Auslässen eingeführt. Die Blasen befördern die geflockten Teilchen nach oben, um eine aufgeschwemmte Schlammschicht zu bilden. Die Klärgeschwindigkeit ist mit der der Klärvorrichtung "Supracell" nach '696 vergleichbar.
Das U.S. Patent Nr. 4626345 offenbart eine Klärvorrichtung, die unter den Handelsbezeichnungen "SASF" und "Sandfloat-Sedifloat" verkauft wird. Sie nutzt nicht das Prinzip der Nettogeschwindigkeit von Null, sondern verwendet ein Sandbett für die zweistufige Klärung. Bei dieser Vorrichtung gelangt das Rohwasser in eine zentrale zylindrische Kammer, die als eine hydraulische Flockungseinrichtung wirkt, und fließt danach über eine Trennwand in einen umgebenden Rundflotationstank. Belüftetes Wasser wird über eine stationäre Sammelleitung zugeführt. Rotationselemente umfassen einen Schöpfgefäßentferner für den aufgeschwemmten Schlamm und einen Saugtrichter, der die Filterbetten reinigt. Das Schöpfgefäß ist die gleiche allgemeine Ausführung wie die, die bei den vorangehend beschriebenen Supracell- und Sandfloat-Anlagen verwendet wird. Diese SASF-Vorrichtung nach '345 bietet eine zweistufige Klärung mit einer kompakteren Anlage und mit niedrigeren Kosten als die SASF-Klärvorrichtung.
Während sich die SASF-Klärvorrichtung als wirksam, kompakt und vergleichsweise billig erwiesen hat, erfüllt sie nicht bestimmte Vorschriften, daß erste Filtratwasser - das geklärte Wasser, das nach dem Sandbett oder einem Teil des Sandbettes erzeugt wird, wird rückgespült - vom geklärten Wasser getrennt wird, das ohne die Trübung eines letzten Rückspülens erzeugt wird. Ein weiteres Problem ist, daß die SAF- und SASF-Klärvorrichtungen eine Saughaube benutzen, die Segmente des Sandbettes abdeckt, um angehäufte Verunreinigungen und Schlamm abzuziehen. Die SAF-Konstruktion benutzt ein Rückspülwasser, das durch Auslässe für geklärtes Wasser geleitet wird; die SASF verläßt sich nur auf die Wirkung einer Saugpumpe, die am Sandbett mittels der Haube zur Anwendung kommt. Als Ergebnis dessen ruft die SASF-Konstruktion nicht ein starkes Aufrühren des Sandbettes hervor, das für eine gründliche Reinigung nützlich ist. Ebenfalls entfernen sowohl die SAF- als auch SASF-Anordnung für das Rückspülen einiges vom Filtermedium mit den Verunreinigungen und dem Schlamm. In der SAF-Anlage gewinnt ein Zyklonabscheider den Sand zurück. Betrachtungen hinsichtlich des Verlustes des Mediums begrenzen teilweise die Gründlichkeit der Reinigung und den Gesamtwirkungsgrad von zumindestens der SASF-Klärvorrichtung.
In der SASF-Klärvorrichtung führen die Sandbettabschnitte alle geklärtes Wasser zu einer darunterliegenden Sammelbohrung. Diese Bohrung entleert dann zu einem Auslaß für geklärtes Wasser. Das Vorhandensein dieser Sammelbohrung bedeutet, daß das erste Filtratwasser mit geklärtem Wasser gemischt wird, und daß der verfügbare Raum für die hydraulische Flockungseinrichtung begrenzt ist (wobei 530 Liter oder 140 Gallonen eine typische Kapazität für einen Flockungstank einer SASF-Klärvorrichtung mit einem Durchmesser von 5 ft. ist). Dieses Volumen führt zu vergleichsweise kurzen Retentionszeiten (3,8 Minuten bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 140 l/min.), die die Gründlichkeit der Flockung und daher den Wirkungsgrad der Klärung beschränken. In der SAF-Anlage wird ein geschlitztes Rohr verwendet, um rückgespülten Schlamm zu sammeln, aber es wird im Wasser unter einer Haube angeordnet und ist mit einer Saugpumpe verbunden. Rückspülwasser wird durch Kammern unter den Sandbettabschnitten zugeführt. Radiale geschlitzte Rohre werden ebenfalls in der SPC-Klärvorrichtung verwendet, aber sie werden nicht bei einer Rückspülung verwendet. Sie drehen sich im Flotationstank, um geklärtes Wasser zu sammeln; die SPC weist keinen Sandfilter der zweiten Stufe auf, und es ist kein Rückspülen zu verzeichnen.
Der Wirkungsgrad aller dieser bekannten Klärvorrichtungen wird ebenfalls durch den Wirkungsgrad der Erzeugung von mikroskopischen Blasen von optimaler Größe für die Flockung begrenzt. Idealerweise sollten die Blasen einen Durchmesser von 40 bis 80 um aufweisen, um eine Steiggeschwindigkeit von 30 cm/min. zu erreichen. Sie sollten ebenfalls so zahlreich wie möglich sein und eine so geringe Vereinigung wie möglich zeigen, sobald sie gebildet sind.
Ein einfacher Ausweg zur Erzeugung von mehr Blasen ist das Auflösen von mehr Luft in Wasser. Eine zu große Sättigung der aufgelösten Luft in dem Wasser, das druckentlastet werden soll, erzeugt Blasen, die zu groß sind, und die mit einer Geschwindigkeit steigen, die den optimalen Flotationsvorgang stört.
Es ist ebenfalls bekannt, daß aufgelöste Luft nicht einfach durch Druckentlastung des Wassers wirksam freigesetzt wird. Etwas Luft wird aufgelöst bleiben. Um alles oder das meiste der aufgelösten Luft freizusetzen, muß eine starke Scherwirkung auf das Druckwasser zu verzeichnen sein. Im U.S. Patent Nr. 4931175 des Anmelders gelangt Druckwasser mit aufgelöster Luft in einen Flotationstank durch ein vertikales Rohr mit einer mittleren Stange, die in einer runden Platte endet, die vom Ende des Rohres beabstandet ist, um einen ringförmigen Auslaß bereitzustellen. Die Scherwirkung auf das Druckwasser, während es auf die Platte auftrifft und seitlich abgelenkt wird, setzt die Blasen wirksamer frei. Der ringförmige Spalt dieses Auslasses ist vergleichsweise groß (ein typischer Wert beträgt 3-5 mm). Er wird ebenfalls verändert, um die Ströme zu einer Anzahl von Auslässen auszugleichen, nicht um die Größe der Blasen zu optimieren, die erzeugt werden. Außerdem ist die Auslaßöffnung groß genug, daß sie nicht durch teilchenförmige Verunreinigungen verstopft wird, die im Wasser befördert werden. Mindestens eine Anlage, die kleine Scheiben und sehr kleine Löcher benutzt, wurde beschrieben, aber die Löcher verstopfen schnell, wenn die Strömungsgeschwindigkeit für eine praktische Klärvorrichtung groß genug ist. Bis zum heutigen Tag kann kein bekanntes Druck entlastungsventil für Druckwasser wirksam das meiste der aufgelösten Luft in Blasen von optimaler Größe für den Flotationsvorgang ohne ein ernsthaftes Verstopfen freisetzen.
Es ist daher ein Hauptziel dieser Erfindung, eine zweistufige Klärvorrichtung bereitzustellen, wo das erste Filtratwasser vom anderen geklärten Wasser getrennt wird, das von der Klärvorrichtung gesammelt wird.
Ein weiteres Hauptziel der Erfindung ist der Beweis, daß eine kompakte zweistufige Klärvorrichtung, die eine höhere Kapazität aufweist, mit einem höheren Druckabfall betrieben werden kann und wirksamer ist als vergleichbare bekannte Klärvorrichtungen.
Ein noch weiterer Vorteil ist die Bereitstellung einer zweistufigen Klärvorrichtung mit verbesserter Flotationsgeschwindigkeit und verbessertem Rückspülen und einer verbesserten Medienretention.
Ein weiteres Ziel dieser ist die Bereitstellung aller vorangegangenen Vorteile ebenso wie einer hydraulischen Flockungseinrichtung mit höherer Kapazität und einer damit verbundenen längeren Retentionszeit.
Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung aller dieser Vorteile bei günstigen Herstellungskosten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine zweistufige Flotations/Filtrations-Klärvorrichtung weist einen Flotationstank auf, der durch äußere und innere vertikale im allgemeinen zylindrische Wände begrenzt wird. Ein Boden des Flotationstanks erstreckt sich dazwischen, ist aber über dem Klärvorrichtungsboden beabstandet, um in Verbindung mit der inneren Wand einen Teil eines mittleren hydraulischen Flockungstanks zu begrenzen. Mikroskopische Blasen werden in das geflockte Rohwasser nahe der Oberseite der hydraulischen Flockungsein richtung eingeführt. Das so behandelte Rohwasser fließt über den oberen Rand der inneren Wand zum umgebenden Flotationstank.
Ein Hauptmerkmal dieser Erfindung ist, daß der größte Teil des Flotationstanks durch radiale Wände in mehrere sich vertikal erstreckende Zellen geteilt wird, die voneinander getrennt sind. In der bevorzugten Form nimmt jede Zelle einen radialen Sektor des Tanks in Anspruch und erstreckt sich vom Boden des Tanks zu einem Punkt kurz vor seinem oberen Rand, um eine ringförmige Zone zu belassen, wo behandeltes Wasser zu allen Zellen zugeführt wird und sich der aufgeschwemmte Schlamm auf der Oberfläche des Wassers sammelt. Jede Zelle weist auf ihrem Boden eine Schicht eines Filtrationsmediums auf, wie beispielsweise Sand, und vorzugsweise einen Doppelmedienfilter, der durch eine Schicht von feinem Sand und eine darüberliegende Schicht von teilchenförmigem Anthrazit oder Aktivkohle gebildet wird. Jede Zelle weist ebenfalls eine geschlitzte Leitung und verbundene geschlitzte Abzweigleitungen auf, die sich durch die Sandschicht angrenzend am Boden einer jeden Zelle erstrecken. Die Schlitze nehmen das geklärte Wasser auf, schließen aber die Filtermedien aus.
Eine Anordnung von stationären geneigten Ablenkplatten, vorzugsweise in der Form einer Anordnung von Kanälen, ist im Flotationstank montiert. Vorzugsweise sind Ablenkplatten in jeder Zelle vorhanden, beabstandet über den Filtermedien. Während des Rückspülens der Filtermedien mittels Wasser- und Druckluftströmen aus den geschlitzten Abzweigleitungen gestatten die Kanäle einen Aufwärtsstrom des Wassers, um Schlamm und Teilchen zur Flockungseinrichtung zurück zu befördern, aber in Verbindung mit der Doppelmedienfilterkonstruktion und großen Zellenwänden eliminieren sie im wesentlichen den Medienverlust. Weil die Kanäle geneigt sind, und weil aufsteigende Flocken in der Zelle durch die Kanäle hindurchgelangen müssen, um die Oberfläche zu erreichen, erstrecken sich die Kanäle über die Länge des Steigweges und verbessern dadurch die Dauer und den Wirkungsgrad des Klärvorganges ohne eine entsprechende Vergrößerung der Abmessung des Flotationstanks.
Die geschlitzten Abzweigleitungen in jeder Zelle sind mit einem Paar von im allgemeinen parallelen geschlossenen Ringleitungen verbunden, die die Klärvorrichtung in der Nähe ihres unteren Endes umgeben. Ein Paar pneumatisch betätigte Ventile wird zwischen jeder Abzweigleitung und den Ringen verbunden. Die Ventile, die in einer koordinierten Weise mit allen anderen derartigen Ventilen betätigt werden, steuern die Fluidströme zur und von der Klärvorrichtung, um die Ströme in den Ringen voneinander zu trennen. Ein unterer Ring sammelt nur geklärtes Wasser und führt es einem gemeinsamen Auslaß für geklärtes Wasser zu. Der andere obere Ring sammelt nur erstes Filtratwasser von einer Zelle oder Zellen, die gerade rückgespült wurden. Er führt das erste Filtrat über eine Leitung zu einem ersten Filtratspeichertank, bis sich die Trübung niederschlägt. Dieser Speichertank wirkt ebenfalls als eine Wasserquelle für das Rückspülen. Eine Leitung und eine damit verbundene Pumpe leiten das gespeicherte erste Filtratwasser unter Druck zum zweiten oberen Ring. Bei einem geeigneten Öffnen und Schließen der Ventile, um die Zellen abzudichten, die nicht rückgespült werden sollen, leitet der obere Ring das Rückspülwasser zur ausgewählten Zelle oder Zellen. Eine äußere Pumpe leitet geklärtes Wasser zu einem dichten Tank auf einer niedrigeren Höhe als der Flotationstank, um einen großen Druckabfall zu erzeugen, der dabei hilft, den Klärvorgang mit einer großen Durchsatzgeschwindigkeit zu betreiben.
Ein Luftverdichter und eine Wasserpumpe, die ein Luftauflösungsrohr versorgen, erzeugen einen Strom von Druckwasser mit aufgelöster Luft. Eine Leitung leitet dieses Druckwasser zu einem Einlaßverteilungsring, der sich in der hydraulischen Flockungseinrichtung in der Nähe ihres oberen Endes befindet. Mindestens eins und vorzugsweise mehrere Druckentlastungsventile sind mit diesem Ring verbunden, um das Wasser mit einer starken Scherung freizusetzen. Das setzt im wesentlichen die gesamte aufgelöste Luft in einem Strom von mikroskopischen Blasen frei. Weil die Ventile an der Oberseite der Flockungseinrichtung angeordnet sind, haben die Blasen eine geringe Chance sich zu vereinigen, bevor sie in den Flotationstank überströmen.
Die Druckentlastungsventile werden aus einem oberen und unteren Gehäusekörper gebildet, die aneinander befestigt sind, wobei zwischen ihnen ein ringförmiger Abstand vorhanden ist, vorzugsweise ein Abstand, der durch eine Unterlegscheibe oder Unterlegscheiben eingestellt wird, die auf einem Satz Schrauben getragen werden, die sich axial zwischen den Gehäusekörpern erstrecken und sie miteinander befestigen. Unterlegscheiben können diesen Abstand regulieren. In einer bevorzugten Form ist das untere Gehäuse mit einem Ring aus einer hochfesten korrosionsbeständigen Legierung ausgerüstet. Ein Rand des Ringes befindet sich an diesem Spalt, und der Ring ist auf den Gehäusekörpern zentriert. Der obere Gehäusekörper ist mit einem Kolben ausgerüstet, der axial zwischen einer ersten Position, die eine minimale Schlitzöffnung festlegt, und einer zweiten Position frei verschiebbar ist, die durch eine viel größere Schlitzöffnung gekennzeichnet ist. Das Druckwasser wird in den unteren Gehäusekörper geführt, wo es durch den Ring und aus dem Ventil durch einen ringförmigen Spalt über den schmalen, ringförmigen Schlitz fließt, der durch den Ring und den Kolben in seiner ersten Grenzposition festgelegt wird. Diese Schlitzöffnung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm, axial gemessen, und sie ist gleichmäßig.
Hydrostatische Drücke bewegen den Kolben kurz in eine zweite Grenzposition, wo der Schlitz bis zu einem Abstand geöffnet wird, der breit genug ist, daß der Wasserstrom durch das Ventil die eingefangenen Teilchen ausspült. In einer Form weist der Kolben einen axialen Durchgang auf, der das Druckwasser zur Hinterseite des Kolbens leitet. Weil der Ring einen kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Kolbens aufweist, entwickelt die resultierende Differenz in den Bereichen, die dem Wasserdruck ausgesetzt sind, eine Kraft, die den Kolben in die erste Grenzposition treibt. Ein drehbares Steuerelement, vorzugsweise periodisch mittels einer mechanischen Kupplung mit einem sich drehenden Wagen angetrieben, öffnet periodisch eine Entlüftungsöffnung im Ventil und entlastet diesen Druck, wodurch bewirkt wird, daß sich der Kolben in die zweite Grenzposition bewegt. Eine fortgesetzte Drehung des Wagens dreht das Steuerelement, um die Entlüftungsöffnung zu schließen, wodurch bewirkt wird, daß das Ventil in seine Betriebsposition zurückkehrt. In einer anderen Form ist der Kolben voll, und ein Dreiwegeventil öffnet den Bereich hinter dem Kolben entweder zu einer Quelle von Druckluft mit hohem Druck oder einem Bereich von niedrigem Druck, beispielsweise der Atmosphäre. Die Differenzen beim Druck bewirken, daß sich der Kolben in die entsprechende Grenzposition bewegt.
Diese und weitere Merkmale und Ziele werden ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, die angesichts der beigefügten Zeichnungen gelesen werden muß.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer zweistufigen Klärvorrichtung, die entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist,
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung in vertikalem Schnitt eines der Druckentlastungsventile für Druckwasser, die entsprechend dieser Erfindung konstruiert sind und in Fig. 1 gezeigt werden,
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 einer alternativen pneumatischen Ausführung des Druckentlastungsventils der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Mehrkanalextrudierens, in einem Winkel geschnitten, um eine der linearen Anordnungen von geneigten Ablenkplattenkanälen am oberen Ende einer jeden Flotationszelle zu bilden.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Fig. 1 zeigt eine zweistufige Klärvorrichtung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Sie ist eine Verbesserung gegenüber der im U.S. Patent Nr. 4626345 beschriebenen Klärvorrichtung des Typs SASF. Sie weist einen äußeren Tank 12 auf, der einen inneren Tank 14 umgibt, der als eine hydraulische Flockungseinrichtung dient. Der äußere Tank ist ein Flotationstank, wo steigende Luftblasen geflockte Teilchen aufschwemmen, um das Rohwasser zu klären. Ein mehrflügeliges Schöpfgefäß 16 dreht sich im Tank 12, um eine schwimmende Schlammschicht zu entfernen, die sich im Tank bildet. Der Schlamm wird mittels des Schöpfgefäßes zu einem Sammelkegel 18 geführt, der wiederum eine Schlammauslaßleitung 20 versorgt. Ein Motor 22 dreht das Schöpfgefäß. Ein Motor 24 treibt ein Rad 26 an, das einen Wagen 28 um den Tank herum antreibt, wobei das Rad auf einem Flansch 30 auf dem oberen Rand des Tanks 12 läuft. Der Wagen 28 trägt das Schöpfgefäß 16 und eine Rückspülhaube 32. Eine Betätigungseinrichtung 34 für die Rückspülhaube hebt und senkt die Haube 32 in Abstimmung mit der Bewegung des Wagens um den Tank herum. Wenn eine zelle rückgespült werden soll, senkt sich die Haube, um die Zelle abzudecken, und leitet das Rückspülwasser und die Verunreinigungen zum Flockungstank 14. Ein sich drehender Kontaktgeber 36 liefert elektrischen Strom zu den Motoren und der Betätigungseinrichtung.
Der Flotationstank 12 wird durch eine äußere Wand 38, eine innere Wand 40 und einen ringförmigen Boden 42 begrenzt, der die Wand 38 und 40 überbrückt. Die innere Wand 40 ist kontinuierlich mit dem Boden 42 verbunden und endet daran, während sich die äußere Wand weiter nach unten über einen unteren Abschnitt 38a zu einem kreisförmigen, im allemeinen flachen Boden 44 der Klärvorrichtung fortsetzt. Die Böden 42 und 44, die innere Wand 40 und der untere Abschnitt 38a der äußeren Wand begrenzen den inneren Tank 14. Dieser Tank weist ein vergrößertes Volumen auf, verglichen mit der hydraulischen Flockungseinrichtung der früheren Klärvorrichtung vom Typ SASF. In der SASF-Klärvorrichtung wurde der Bereich unterhalb des Bodens 42 als eine Klärbohrung benutzt, um geklärtes Wasser zu sammeln. Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß dieser Klärbohrungsraum nicht erforderlich ist und daher zur Verfügung steht, um die Kapazität der Flockungseinrichtung zu vergrößern. Zur Veranschaulichung, aber nicht als Begrenzung - für eine Klärvorrichtung mit einem Durchmesser von 1,52 m (5 ft.) beträgt das Fassungsvermögen des inneren Tanks 14 der vorliegenden Erfindung etwa 1936 Liter (512 Gallonen), verglichen mit 530 Liter (140 Gallonen) für eine vergleichbare SASF-Klärvorrichtung. Bei der gleichen Zuführgeschwindigkeit des Rohwassers, beispielsweise 140 l/min. (32 gpm), zeigt die vorliegende Erfindung eine Retentionszeit von 13,8 Minuten gegenüber 3,8 Minuten für eine vergleichbare SASF-Anlage. Bei einer Zuführgeschwindigkeit von 227 l/min. (60 gpm) ist die Retentionsgeschwindigkeit, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, 8,5 Minuten, dennoch mehr als das Doppelte der Retentionszeit der SASF-Klärvorrichtung.
Dieses vergrößerte Volumen der Flockungseinrichtung gestattet ebenfalls die Verwendung eines Rohwasserverteilungsringes 46 mit mehreren Düsen. Der Ring nimmt Rohwasser von einem Haupteinlaß 48 auf. Ein Flockungsmittel, wie beispielsweise Alaun, wird dem Rohwasser über eine Leitung 50 zugesetzt. Ein Ventil 48a in der Einlaßleitung steuert die Einlaßströmungsgeschwindigkeit. Ein Satz Rohwassereinspritzdüsen 46a ist jeweils mit dem Ring verbunden, gelangt durch den äußeren Wandabschnitt 38a und endet in winkeligen, sich verengenden Endabschnitten 46b. Die Düsen sind vorzugsweise gleichwinkelig beabstandet und acht in der Zahl für einen äußeren Tank 12 mit einem Durchmesser von 1,52 m (5 ft.). Die Enden 46b sind horizontal und in der gleichen Richtung winkelig, um einen Wirbelstrom 52 im Tank 14 einzurichten. Dieses Wirbeln verbessert das Mischen der Flockungschemikalie und des Rohwassers, um die Bildung von Flocken im Tank 14 zu erleichtern, bevor das Rohwasser über den oberen Rand 14a in den Flotationstank 12 strömt. Wie gezeigt wird, umgibt der Rohwasserverteilungsring 46 vorzugsweise die äußere Wand 38 unmittelbar über dem Boden 44 der Klärvorrichtung.
Ein Hauptmerkmal dieser Erfindung ist, daß ein Satz radial ausgerichteter vertikaler Trennwände 53 im Flotationstank befestigt ist, um alles außer dem obersten Abschnitt des Tanks in eine gleiche Anzahl von Zellen 54 zu unterteilen, elf, wie gezeigt wird. Die Trennwände sind stabil und erstrecken sich vertikal vom Boden 42 zu einer Stelle in der Nähe des oberen Randes 14a des inneren Tanks. Diese Anordnung gestattet, daß sich belüftetes geflocktes Wasser selbst gleichmäßig im oberen Abschnitt des Tanks 12 verteilt, aber wobei die Klärung durch Flotation in jeder Zelle anderweitig vom Klärvorgang in anderen Zellen unabhängig ist.
Jede Zelle 54 ist groß genug, um ein Bett 56 eines Filtrationsmediums auf seinem Boden aufzunehmen, und um sich über dem Bett um mindestens einen Abstand zu erstrecken, der ausreichend ist, um eine Ausdehnung des Bettes während des Rückspülens aufzunehmen, typischerweise 20 bis 30 Prozent. Zur Veranschaulichung - bei einer Klärvorrichtung mit einem Durchmesser von 1,52 m (5 ft.) mit einem Filtrationsbett mit einer Tiefe von etwa 61 cm sind die Zellen etwa 132 cm (52 in.) hoch. Diese Höhe nimmt ebenfalls einen Satz Ablenkplatten 58 auf, die jeweils am oberen Ende einer jeden Zelle montiert sind.
In der gezeigten bevorzugten Form werden die Ablenkplatten 58 durch mehrere Kanäle 58a gebildet, die von der Vertikalen aus geneigt sind. Jeder Kanal blockiert eine direkte Aufwärtsbewegung der Filtermedien, während er gestattet, daß ein Strom von Rückspülwasser hindurchgeht, um Schlamm und angehäufte Teilchen aus dem Filtermedium zum Flockungstank 14 für die Wiederaufarbeitung zu befördern. Die Kanäle verlangsamen ebenfalls den Flotationsvorgang, indem sie die steigenden Flocken zwingen, sich über einen längeren Weg als einem direkten vertikalen Anstieg zu bewegen, wie im vorangehend erwähnten U.S. Patent Nr. 4931175 beschrieben wird. Je kleiner der Neigungswinkel (gemessen von der Horizontalen aus) ist, desto länger ist die Weglänge. Diese Wirkung wird durch Raumbeschränkungen und durch die Tendenz des Schlammes, sich in den Kanälen zu sammeln und den Flotationsvorgang zu behindern, begrenzt, wenn die Winkelneigung (von der Horizontalen aus) zu klein ist oder die Kanäle zu klein sind. Die Abmessungen und die Neigung werden in Abhängigkeit von der Anwendung und den dazugehörenden Betriebsparametern variieren.
Vorzugsweise werden die Kanäle 58a in linearer Anordnung 58b gebildet, die in Kunststoff als eine Einheit extrudiert wird, wie in Fig. 4 gezeigt wird. Jede lineare Anordnung erstreckt sich über eine Zelle 54 in einer Richtung quer zur radialen Richtung. Eine Anordnung kann Ende an Ende mit einer gleichen Anordnung oder Anordnungen verklebt werden, um sich über die Zelle zu erstrecken. Gleichermaßen können radial benachbarte Seitenwände der Anordnungen miteinander verklebt werden. Radial benachbarte lineare Anordnungen 58b werden versetzt angeordnet, um sich in entgegengesetzten Richtungen zu neigen. Die Neigung der gezeigten Schnittlinien 58d, 58d wird umgekehrt, um sich entgegengesetzt neigende Anordnungen zu bilden. Bei der bevorzugten Form werden innere Trennwände 58f gegenseitig beabstandet, um Kanäle zu bilden, die jeweils im allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und im allgemeinen gleiche Querschnittsströmungsflächen begrenzen. Zur Veranschaulichung, aber nicht als Begrenzung, können die Kanäle Querschnittsabmessungen von 6,45 cm² (1 in.2) mit einem Neigungswinkel von der Horizontalen von 60º aufweisen. Eine typische vertikale Höhe der Ablenkplatten 58 beträgt 15,24 bis 20,3 cm (6 bis 8 in.). Die Ablenkplatten 58 erstrecken sich vollständig über die Zelle.
Die vorliegende Erfindung benutzt vorzugsweise einen Doppelmedienfilter, der durch eine Sandschicht 56a oder ein äquivalentes feines Filtermaterial mit einer darüberliegenden Schicht 56b aus einem gröberen Material, vorzugsweise Anthrazit, gebildet wird. In der bevorzugten Form weist der Sand einen mittleren Durchmesser von 0,35 mm und das Anthrazit einen mittleren Durchmesser von 0,8 bis 1,0 mm auf. Jede Schicht weist vorzugsweise eine Tiefe von etwa 30 cm auf. Wenn die Ablenkplatteneinheiten 58 verwendet werden, und wenn dieses Bett während des Rückspülens ausgedehnt oder fluidisiert wird, selbst mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit bis zu 814,9 bis 1018 l/min./m² (20 bis 25 gpm/ft.²), und durch ein kurzes, heftiges Rühren des Bettes mit einem Druckluftstrom begleitet wird, ist ein vernachlässigbarer Medienverlust zu verzeichnen.
Ein weiteres Hauptmerkmal dieser Erfindung ist ein Doppelring/Abzweigsammelleitungssystem 60 für das Sammeln des ersten Filtratwassers des geklärten Wassers und das Leiten von Rückspülwasser zu einer ausgewählten Zelle oder Zellen, während die Trennung zwischen dem geklärtem Wasser und dem ersten Filtratwasser beibehalten wird. Eine Leitung 62 für geklärtes Wasser umgibt den äußeren Tank 12 in der Nähe seines Bodens 42. Eine Leitung 64 für erstes Filtratwasser umgibt ebenfalls den äußeren Tank 12, vorzugsweise parallel zur Ringleitung 62 und dicht beabstandet davon, wie gezeigt wird. Jeder Ring 62, 64 ist ein geschlossener Kreislauf, um einen gemeinsamen Stromweg von den und zu allen Zellen 54 bereitzustellen. Geklärtes Wasser, das im Ring 62 gesammtelt wird, strömt zu einem Hauptauslaß 66 für geklärtes Wasser über ein Steuerventil 66a, das in einen Tank 67 entleert, der unterhalb der Klärvorrichtung angeordnet ist, um einen großen Druckabfall zu entwickeln. Der Tank 67 ist vorzugsweise 3,048 m (10 ft.) unterhalb des Flotationstanks angeordnet. Dieser Druckabfall und die Verwendung von Pumpen, um einen Druck für das Rückspülen zu entwickeln, veranlassen eine vergleichsweise hohe Durchsatzgeschwindigkeit für die Klärvorrichtung. Ventile 48a und 66a, die in Kombination funktionieren, oder indem eins auf eine unveränderliche Geschwindigkeit eingestellt ist und das andere auf eine veränderliche, steuern den Wasserstand im Flotationstank 14 als Reaktion auf einen konventionellen Wasserstandsmeßfühler.
Trübes erstes Filtratwasser strömt in den Ring 64 zu einem ersten Filtratspeichertank 68 außerhalb vom Tank 12 über eine Leitung 70. Die Leitung 72 mit einer Pumpe 74, die in die Leitung eingebunden ist, zieht Wasser aus dem Tank 68 zum Ring 64 für eine Verwendung beim Rückspülen. Die Wassermenge, die während einer Trübungspitze von einer rückgespülten Zelle zum Tank 68 abgeleitet wird, reicht aus, um genügend Wasser zuzuführen, um eine andere Zelle 54 rückzuspülen. Außerdem kann geklärtes Wasser vom Tank 67 über eine Leitung 69 und die Pumpe 69a zum Tank 68 zugeführt werden, um seinen Wasserstand auf einen vorgegebenen Wert zu halten, der für das Rückspülen ausreichend ist.
Beide Ringe 62 und 64 sind über ein Netz von pneumatischen automatisch betätigten Ventilen 76 mit einem Satz von geschlitzten Abzweigleitungen 78 verbunden, die am Boden einer jeden Zelle 54 in der Sandschicht 56a angrenzend an den Boden 42 angeordnet sind. In der gezeigten gegenwärtig bevorzugten Form weist jede Abzweigleitung 78 eine Hauptleitung 78a und Abzweigleitungen 78b, 78c und 78d mit kleinerem Durchmesser auf, die sich horizontal und unter rechten Winkeln zur Hauptleitung 78a in Richtung der und genau kurz vor die Trennwände 53 erstrecken, die die Zelle begrenzen. Die Leitungen enthalten längliche Schlitze 78e, die in ihren Unterseiten gebildet werden, um geklärtes Wasser aufzunehmen, das durch die Filtermedien hindurchgegangen ist, aber wobei Sand nicht durchgelassen wird. Die Schlitze durchdringen die Leitungswände und sind typischerweise in Abhängigkeit von der Größe des Sandes 5,08 bis 15,24 cm (2 bis 6 in.) lang und 0,2 bis 1 mm breit. Jede Hauptleitung 78a gelangt durch den äußeren Wandabschnitt 38a und verbindet sich mit einem kurzen T-Verbindungstück 80 mit beiden Ringen 62 und 64. Eines der Ventile 76 ist in jedem Abzweig des T-Verbindungsstückes auf gegenüberliegenden Seiten der Leitung 78a befestigt, so daß das Öffnen von einem jener Paare von Ventilen 76 und das gleichzeitige Schließen des anderen Ventils den Wasserstrom von der Abzweigleitung 78 zu entweder dem Ring 62 oder 64 leitet, während jeglicher bedeutender Querstrom zwischen diesen Ringen blockiert wird.
Beim normalen Betrieb, ohne daß eine Zelle rückgespült wird, sind alle "oberen" Ventile 76 angrenzend an den Ring 64 geschlossen, und alle unteren Ventile 76 sind offen, so daß das gesammelte geklärte Wasser in den Abzweigleitungen 78 zum Ring 62 und danach zum Auslaß 66 strömt. Während des Rückspülens einer Zelle wird das obere Ventil 76, das zu jener Zelle gehört, geöffnet, und das dazugehörende untere Ventil 76 zum Ring 62 wird geschlossen. Die anderen oberen Ventile 76 bleiben geschlossen, und die anderen unteren Ventile 76 bleiben offen. Die gleichzeitige Inbetriebnahme der Pumpe 74 und der Haubenbetätigungseinrichtung 34 erzeugt einen Wasserstrom vom Speichertank 68 zu der Zelle, die rückgespült werden soll. Er wird durch die Abzweigleitung am Boden des Bettes 56 verteilt, wodurch das gesamte Bett wirksam fluidisiert wird. Die Rückspülströmungsgeschwindigkeit für eine Klärvorrichtung mit einem Durchmesser von 1,52 m (5 ft.) beträgt vorzugsweise 814,9 bis 1018 l/min./m² (20 bis 25 gpm/ft.²). Nachdem das Rückspülen abgeschlossen ist, bleiben die Ventile im gleichen Zustand. Das leitet das erste Filtratwasser von der Zelle, die soeben rückgespült wurde, zum Speichertank 68, während das Sammeln des geklärten Wassers über den Ring 62 von den anderen Zellen fortgesetzt wird. Die Doppelringe, das Netz von automatischen Ventilen, die mit den Abzweigleitungen in Verbindung stehen, und die Einrichtung des Flotationstanks und des Filterbettes in den Zellen, die in einem größeren Umfang operativ getrennt sind, bewirken eine Trennung des ersten Filtrates vom geklärten Wasser.
Ein Teil des geklärten Wassers wird zu einem Luftauflösungsrohr 82 über eine Leitung 84 und eine Pumpe 86, um das Wasser unter Druck zu setzen, abgeleitet. Ein Luftverdichter 88 liefert Druckluft zum Luftauflösungsrohr, um sie im Druckwasser aufzulösen. Eine Leitung 90 befördert das Druckwasser mit aufgelöster Luft, das im Luftauflösungsrohr erzeugt wird, in die Klärvorrichtung 10. Genauer gesagt, das Druckwasser wird dem Flockungstank 14 an seinem oberen Ende bei Verwendung eines Verteilungsringes 92 zugesetzt, der einen Satz von Druckentlastungsventilen 94 versorgt. Die Anordnung der Ventile in der Nähe der Oberseite der Flockungseinrichtung belüftet das behandelte Wasser direkt und verringert die Gelegenheit, daß sich die mikroskopischen Luftblasen im behandelten Wasser vereinigen.
Die Druckentlastungsventile 94 erzeugen mikroskopische Luftblasen von optimaler Größe für den Flotationsvorgang und das mit einer wirksamen Ausnutzung der verfügbaren Luft, die im Wasser aufgelöst ist. Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Ventils 94, wo das Ventil mechanisch betätigt wird, um sich selbst zu spülen. Das Ventil weist ein Gehäuse auf, das in zwei Hauptteilen ausgeführt ist, einem unteren Gehäusekörper 96 und einem oberen Gehäusekörper 98. Drei Schrauben 100 jeweils mit Unterlegscheibe 102, die zwischen den Körpern 96 und 98 angeordnet ist, befestigen die Gehäusekörper aneinander und legen einen ringförmigen Spalt 104 um die Seite des Ventils herum fest. Der Spalt 104 ist kontinuierlich, mit Ausnahme der Unterlegscheiben und Schrauben. Die Spaltabmessungen sind während des Betriebes in der axialen Richtung unveränderlich, wie durch den Pfeil 106 gezeigt wird. Der untere Körper 96 besitzt einen Einlaß 108, der sich auf vertikale Auslaßrohre des Verteilungsringes 92 schraubt. Der Einlaß 108 leitet das Druckwasser über einen mittleren Durchgang 110 zu einem schmalen ringförmigen Schlitz 112 unmittelbar vor dem Spalt 104. Bei der bevorzugten Form wird dieser Schlitz durch einen Ring 114 und einen Kolben 116 begrenzt, der in einer mittleren zylindrischen Bohrung 118 gehalten wird, die im oberen Gehäusekörper 98 gebildet wird. Der Ring wird aus irgendeiner einer breiten Vielzahl von verschleißfesten Hochlegierungen gebildet. Der Ring zeigt eine Preßpassung und ist auswechselbar.
Es wurde ermittelt, daß die Größe der Öffnung des Schlitzes 112 in der axialen Richtung für die wirksame Erzeugung von mikroskopischen Luftblasen sehr wichtig ist. Beim normalen Betrieb wird die Schlitzöffnung vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm (etwa 0,01 bis 0,03 in.) eingestellt. Derartige Einstellungen erzeugen eine hohe dynamische Reibung, die in Kombination mit der Scherung, die erzeugt wird, während der Strom plötzlich die Richtung von axial nach lateral verändert, mikroskopische Luftblasen mit einer Größe erzeugt, die für die Flotation ideal ist, von 40 bis 80 um. Es funktioniert auch so sehr wirksam, indem im wesentlichen die gesamte aufgelöste Luft freigesetzt und daher eine große Menge an Blasen erzeugt wird. Der genaue Wert für die Schlitzöffnung wird von den Betriebsparametern abhängen, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit, dem Prozentsatz des geklärten Wassers, das zurückgeführt wird, dem Druckabfall über dem Schlitz, der Anzahl der eingesetzten Ventile und der Konzentration der Teilchen im Wasser. Dieser Wirkungsgrad bei der Erzeugung einer großen Menge von Blasen mit iedealer Größe zeigt einen bedeutenden vorteilhaften Einfluß auf die Leistung, die erforderlich ist, um belüftetes Druckwasser im Luftauflösungsrohr 82 zu erzeugen.
Ein Hauptproblem bei der Verwendung eines derartigen schmalen Schlitzes ist, daß die im Wasser beförderten Teilchen im Schlitz eingefangen werden, und daß sie schnell das Ventil verstopfen werden. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, indem der Kolben axial zwischen einer ersten Grenzposition, wie gezeigt wird, wo er vom Ring 114 dicht beabstandet ist, um den gewünschten schmalen Schlitz einzustellen, und einer zweiten Grenzposition (in Phantomlinien gezeigt), wo der Kolben vom Ring 114 weg verschoben ist, beweglich ist. In dieser zweiten Grenzposition ist die Schlitzöffnung für einen plötzlichen und großen Strom von Druckwasser groß genug, um die eingefangenen Teilchen zu spülen und das Ventil zu reinigen. Das erfolgt schnell, nachdem der Kolben in seine erste Grenzposition zurückgekehrt ist. Ein typischer Wert für die Schlitzöffnung während dieses Spülens beträgt 0,2 in. (etwa 5,0 mm). Indem der Kolben so weit zurückgezogen ist, wird die Schlitzöffnung nur durch den Abstand zwischen dem Außenrand des Ringes 114 und dem Innendurchmesser der Bohrung 118 begrenzt, nicht durch den Abstand von Ring zu Kolben. Die Dauer und Intensität des Spülstromes dürfen nicht so groß sein, daß die Flocken zerstört werden.
In der Ausführung der Fig. 2 ist eine Steuerscheibe 120 drehbar in der Mitte des oberen Körpers 98 mittels einer Schraube 122 montiert. Verriegelungsbauteile 124 befestigen die Scheibe am Körper 98. Eine Tellerfeder 126 drückt die Scheibe 120 gegen den Körper 98, um eine Gleitringdichtung zwischen diesen Teilen zu bewirken. Vorzugsweise wird ein Runddichtring 128 oder ein gleichwertiges Dichtungselement verwendet, um eine zuverlässige Dichtung trotz der gegenseitigen Gleitbewegung des Körpers 98 und der Scheibe 120 zu sichern. Eine weitere Dichtung 130 blockiert einen Fluidstrom um die Schraube 122 herum. Ein Satz von vier sich radial erstreckenden Stangen 132 ist jeweils an einem Ende in der Scheibe 120 befestigt. Ihre freien Enden sind so angeordnet, daß sie mit dem Wagen 28 in Eingriff kommen und jeweils um 90º gedreht werden, während sich der Wagen über einen gleichen Winkelabstand bewegt.
Der Kolben 116 enthält einen sich axial erstreckenden Durchgang 116a, der in einer kleineren Öffnung 116b endet, die zum Durchgang 110 hin liegt. Beim normalen Betrieb gestatten die Durchgänge 116a, 116b, daß Druckwasser aus dem Durchgang 110 zur Bohrung 118 strömt, wo es auf die hintere Planfläche 116c des Kolbens und den kleinen Winkelbereich 116d im Durchgang 116a wirkt. Weil sich der hohe Wasserdruck im Durchgang 110 nur bis zum Innendurchmesser des Ringes 114 erstreckt, ist die Fläche der Kolbenplanfläche 116e, die dem Druckwasser ausgesetzt ist, kleiner als die Fläche, die an den Flächen 116c und 116d ausgesetzt wird. Diese Differenz der Flächen, die im wesentlichen den gleichen Drücken ausgesetzt sind, erzeugt eine Gesamtfluidkraft, die den Kolben zwingt, sich in seine erste Grenzposition zu bewegen. Wie gezeigt wird, wird der Kolben an seiner zylindrischen Seitenfläche mittels eines Runddichtringes 134 und eines Randdichtungselementes 136 abgedichtet und geführt. Diese Dichtungen blockieren einen Wasserstrom um den Kolben herum, der den Schlitz 112 umgehen würde.
Eine Entlüftungsöffnung 138 wird in der Stirnwand 98a des oberen Gehäusekörpers 98 gebildet. Ein Entlüftungsdurchgang 140 wird in der Scheibe 120 gebildet. Während sich die Scheibe 120 dreht, wenn der Einlaß 140a zum Durchgang 140 über der Öffnung 138 auf der äußeren Fläche der Wand 98a liegt, wird das Bohrungsvolumen 118a hinter dem Kolben 116 zu einem Bereich mit niedrigerem Druck, der Atmosphäre, geöffnet. Das Druckwasser strömt durch die Durchgänge 138, 140 aus, wodurch bewirkt wird, daß der hydrostatische Druck auf die Flächen 116c und 116d auf ein Niveau abfällt, das gestattet, daß der Wasserdruck auf die Fläche 116e den Kolben in seine zweite Grenzposition treibt. Die fortgesetzte Drehung der Scheibe 120 schließt die Öffnung 138, da eine starre Position der Scheibe dicht über der Öffnung auf der äußeren Fläche der Stirnwand 98a liegt. Die Öffnung 138 und der Durchgang 140 werden kurz ausgerichtet, im typischen Fall über einen Teil einer Sekunde, aber das ist ausreichend, um den Kolben in der zweiten Grenzposition über einen gleichen Intervall anzuordnen, der ausreichend ist, um den Schlitz 112 im Ventil 94 zu öffnen. Mit einer Öffnung 140 in der Scheibe und vier Stangen 132 wird das Ventil 94 aller vier Umdrehungen des Wagens 28 um die Klärvorrichtung herum einmal gespült. Zusätzliche Öffnungen 140 oder 138 oder eine abweichende Anzahl der Konstruktion der Stangen 132 kann zu mehr oder weniger Spülungen im gleichen Arbeitszyklus oder in den gleichen Arbeitszyklen führen.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung des Ventils 94', wobei gleiche Teile mit der gleichen Bezugszahl gekennzeichnet sind, aber mit einem Strich versehen. Die Konstruktion und die Prinzipien der Arbeitsweise des Ventils 94' sind die gleichen wie beim Ventil 94, außer daß der Kolben 116' voll ist und positioniert und bewegt wird, indem eine pneumatische Betätigung eher als eine mechanische Betätigung zur Anwendung kommt. Eine Druckluftquelle 116c' wird gegen die hintere Fläche 116c' des Kolbens 116' über ein Dreiwegeventil 144 und einen Durchgang 146 in der Stirnwand 98a' gelenkt. Der Luftdruck ist ausreichend, um den Kolben in die erste Grenzposition gegen die Gegenkraft zu treiben, die durch das Druckwasser entwickelt wird, das auf die Fläche 116c' wirkt. Um das Ventil 94' zu spülen, wird das Ventil aktiviert, um die Druckluft abzuschalten, und um die Bohrung 118' zur Atmosphäre zu öffnen. Das senkt den Druck, der auf die Fläche 116c' durch das Dichtungselement 136' wirkt, wodurch bewirkt wird, daß sich der Kolben in die zweite Grenzposition bewegt. Druckwasser kann anstelle von Druckluft verwendet werden. Beispielsweise kann die Leitung 117 einen Teil des belüfteten Druckwasserstromes vom Einlaß 108' zum Ventil 144 ablenken.
Klärvorrichtungen, die entsprechend der vorliegenden Erfindung gebaut sind, können nicht nur größere Strömungsgeschwindigkeiten handhaben als bisherige SASF-Klärvorrichtungen von vergleichbarer Größe, sie sind ebenfalls wirksamer. Für Rohwasser, das in die Klärvorrichtung 10 gelangt, und das 400 Teilchen pro Million (T./Mio.) an Verunreinigungen aufweist, wurde gemessen, daß das die Anlage verlassende geklärte Wasser 11,2 T./Mio. an Verunreingungen aufweist. Das ist ein größerer Wirkungsgrad als er selbst mit weniger kompakten Anlagen erreicht werden könnte, wie beispielsweise der SPC-Klärvorrichtung.
Eine verbesserte zweistufige Klärvorrichtung, die einen ersten Filtratstrom im Anschluß an das Rückspülen von einem gleichbleibenden geklärten Wasserstrom trennt, wurde beschrieben. Es wurde ebenfalls ein neuartiges Druckentlastungsventil für Druckwasser mit aufgelöster Luft beschrieben, das Luftblasen von optimaler Größe für die Flotation ohne ein Verstopfen des Ventils erzeugt. Die Klärvorrichtung zeigt eine größere Kapazität und einen höheren Wirkungsgrad. Sie reduziert ebenfalls den Medienverlust auf ein vernachlässigbares Niveau und gestattet eine gründliche Reinigung des Filterbettes in häufigen Intervallen.
Während die Erfindung mit Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungen beschrieben wurde, werden den Fachleuten aus der vorangegangenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verschiedene Abwandlungen und Veränderungen einfallen. Während beispielsweise ein Satz von parallelen geschlossenen Ringleitungen mit einem Netz von Ventilen offenbart wurde, um die Ströme von der Klärvorrichtung zu sammeln und zu trennen, können verschiedene andere Anordnungen für das Steuern und Trennen der Ströme zur Anwendung kommen. Die Ringe können beispielsweise C-förmig sein, oder sie können durch eine Anordnung von Leitungen ersetzt werden, die von jeder Zelle ausgehen, obgleich mit einer gewissen begleitenden Steigerung der Kosten. Gleichermaßen können die geschlitzten Abzweigleitungen durch eine Vielzahl von Anordnungen oder funktionell gleichwertigen Konstruktionen ersetzt werden, wie beispielsweise eine Kammer von niedriger Höhe mit Fluidöffnungen in einer oder mehreren Flächen. Eine Unterteilung des Flotationstanks kann ebenfalls in mechanisch unterschiedlicher Weise bewirkt werden. Die Druckentlastungsventile können ebenfalls eine Vielfalt von Formen annehmen. Der Ring 114 kann so ausgeführt sein, daß er ein bewegliches Element ist. Der Kolben kann mittels Feder vorgespannt werden, wobei ein hydrostatischer Druck ein bewegliches Element gegen die Federkraft treibt. Der Spalt kann durch Konstruktionen anders als Ring-Kolben- oder Unterlegscheibe-Distanzscheiben-Kombinationen gebildet werden, beispielsweise einen rohrförmigen Einlaß, der über einer flachen Fläche beabstandet ist. Eine direkte mechanische oder elektrisch/mechanische Anordnung (beispielsweise ein elektromagnetisch getriebener Kolben) kann erfunden werden, um den schmalen Spalt periodisch für das Reinigen zu öffnen. Die Ablenkplatten 58 können ebenfalls in einer breiten Vielzahl von Formen gestaltet sein. Sie können über den Zellen angeordnet oder als Sätze von konzentrischen gebogenen Platten gebildet werden, die geneigt sind, um sich einander zu überlappen. Es ist beabsichtigt, daß diese und andere Veränderungen und Abwandlungen in den Bereich der als Anhang beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

1. Eine Klärvorrichtung (10) hat einen Einlaß (48) für Rohwasser mit teilchenförmigen Verunreinigungen, einen Flotationstank (12), worin die Verunreinigungen durch ein dem Einlaßwasser hinzugefügtes chemisches Mittel geflockt und durch mikroskopische Luftblasen an die Oberfläche des Wassers in dem Flotationstank geschwemmt werden, wo sie eine schwimmende Schlammschicht bilden, eine Filtriermediumschicht (56a, 56b), die am Boden des Flotationstanks (12) angeordnet ist, um das Wasser zu filtern, bevor es zu einem Auslaß (66) für geklärtes Wasser strömt, und eine Einrichtung (16) zum Entfernen des schwimmenden Schlammes aus dem Tank und Leiten desselben zu einem Schlammauslaß (20), mit

Mitteln (53) zum Einteilen zumindest des unteren Teiles des Flotationstanks (12) und des Filtermediums (56a, 56b) in eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden Zellen (54),

Mitteln (78a-c), die in jeder der Zellen (54) angeordnet sind, um eine Fluidverbindung mit dem Filtriermedium (56a, 56b) herzustellen, das in jeder der Zellen (54) angeordnet ist,

einer mit allen Zellen (54) verbundenen ersten Einrichtung (62) zum Abziehen von geklärtem, gefiltertem Wasser aus einer ersten Auswahl der Zellen (54) über die Fluidverbindungsmittel (78),

Mitteln (68) zum Speichern des ersten Filtratwassers aus einer Zelle, die rückgespült wurde,

einer mit allen Zellen (54) und der ersten Filtratspeichereinrichtung (68) verbundenen zweiten Einrichtung (64) zum Leiten des ersten Filtratwassers zu und aus dem Filtrier medium (56a, 56b) in jeder der Zellen (54) über die Fluidverbindungsmittel (78),

Mitteln (68, 74, 72, 64, 78, 32) zum Rückspülen des Filtriermediums in mindestens einer der Zellen mit erstem Filtratwasser, das von der zweiten Einrichtung (64) zu der mindestens einen Zelle strömt, und

Ventilmitteln (76), die einer jeden Zelle (54) zugeordnet und jeweils zwischen der ersten (62) und zweiten (64) Einrichtung geschaltet sind, um das erste Filtratwasser von dem geklärten Wasser getrennt zu halten, wobei die Ventilmittel so funktionieren, daß sie die zweite Einrichtung (64) mit dem Filtriermedium (56a, 56b) in der ausgewählten Zelle (54) in Abstimmung mit dem Rückspülen selektiv verbinden.

2. Klärvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Rückspülmittel einen ersten Filtratspeichertank (68) beinhalten, und bei der die zweite Abzugseinrichtung (64) das abgezogene erste Filtratwasser zu und von dem ersten Filtratspeichertank (68) leitet.

3. Klärvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die erste und die zweite Abzugseinrichtung jeweils eine Ringleitung (62, 64), welche den Tank (12) umgibt, und eine Vielzahl an Sammelmitteln (78) für geklärtes Wasser aufweist, die in dem Filtriermedium (56a) in jeder der Zellen (54) angeordnet sind, und bei der die Ventilmittel (76) jedes der Sammelmittel (78) selektiv mit einer aus der ersten und zweiten Ringleitung (62, 64) ausgewählten Ringleitung verbinden.

4. Klärvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Sammelmittel (78) jeweils ein verzweigtes Leitungsnetz (78a, 78b) mit Öffnungen (78e) aufweisen, die in den Leitungen gebildet sind, um geklärtes Wasser zu empfangen.

5. Klärvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Öffnungen (78e) längliche enge Schlitze sind.

6. Klärvorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei welcher die Ventilmittel (76) jeweils ein Paar Ventile (76, 76) aufweisen, die zwischen jedem der Sammelmittel (78) und der ersten (62) und zweiten (64) Ringleitung geschaltet sind.

7. Klärvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Tank (12) einen Boden (44), eine im großen und ganzen zylindrische äußere Seitenwand (38), eine im großen und ganzen zylindrische innere Seitenwand (40) und einen ringförmigen Flockungstankboden (42) hat, der sich zwischen der inneren Wand (40) und der äußeren Wand (38) erstreckt und im Abstand oberhalb des Klärvorrichtungsbodens ist, wobei sich die äußere Wand (38) unterhalb der inneren Wand (40) erstreckt, um in Verbindung mit der inneren Wand (40), dem Klärvorrichtungsboden (44) und dem Flockungstankboden (42) einen hydraulischen Flockungstank (14) zu bilden.

8. Klärvorrichtung nach Anspruch 7, die ferner eine Rohwasserverteilungseinrichtung, die eine Ringleitung (46) beinhaltet, die die äußere Wand (38) umgibt und Rohwasser von dem Rohwassereinlaß (48) erhält, und einen Satz sekundärer Einlaßdüsen (46a, 46b) aufweist, die sich jeweils von der Ringleitung aus und in den Flockungstank (14) erstrecken, wobei die Düsen (46a, 46b) in die gleiche Richtung abgewinkelt sind, um eine Wirbelbewegung in dem Rohwasser in dem hydraulischen Flockungstank (14) zu erzeugen, um die Flockung der teilchenförmigen Verunreinigungen zu fördern.

9. Klärvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Rückspülmittel eine Rückspülleitungseinrichtung (70, 72), die den ersten Filtratspeichertank (68) mit der zweiten Abzugseinrichtung (64) verbindet und eine Pumpe (74) aufweisen, die wirksam in die Rückspülleitungseinrichtung (72) eingekoppelt ist.

10. Klärvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Rückspülmittel eine Einrichtung (58) zum Zurückhalten des Filtriermediums in den Zellen beinhaltet.

11. Klärvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Rückhalteeinrichtung beinhaltet, die die Zellen (54) begrenzenden vertikalen Wände (38, 40, 53) ausreichend auszubilden, um die Ausdehnung des Filtriermediums (56a, 56b) während der Rückspülung zu ermöglichen.

12. Klärvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Rückhalteeinrichtung (58) ferner eine Vielzahl von geneigten Ablenkplatten (58) aufweist, die in jeder der Zellen (54) über dem Filtriermedium (56a, 56b) angeordnet sind, wobei die Ablenkplatten (58) so bemessen und ausgerichtet sind, daß sie das Aufschwimmen der geflockten Verunreinigungen verlangsamen und die Bewegung des Filtriermediums durch sie hindurch blockieren.

13. Klärvorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Ablenkplatten eine Gruppe von geneigten Kanälen (58a) sind.