Verfahren und Vorrichtung zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser Die vorwiegend verwendeten grosstechnischen Verfahren zur Klärung von Flüssigkeiten durch Abscheidung der darin enthaltenen Feststoffe, insbe sondere für die Wasseraufbereitung, sind das Schlamm bettverfahren und das Suspensionskreislaufverfahren. In beiden Verfahren wird die zu behandelnde Flüssig keit mit Flockungsmitteln versetzt und mit im Verfah ren entstandenem Schlamm innig gemischt, wodurch die Sedimentationsfähigkeit bzw.
-geschwindigkeit der gebildeten Flocken wesentlich gebessert wird.
Im Schlammbettverfahren wird die rohe Flüssig keit nach Vermischen mit den Flockungsmitteln und dem bereits gebildeten, Flocken enthaltenden Schlamm von unten nach oben durch ein Schlammbett mit nach oben zunehmendem Querschnitt geleitet. Die entste henden Flocken lagern sich dabei an die bereits vorhandenen Flocken an, so dass am Flüssigkeitsspie gel dem Klärbecken eine gut geklärte Flüssigkeit entnommen werden kann.
Im Suspensionskreislaufverfahren wird eine grös- sere, mit im Prozess entstandenen Feststoffen angerei cherte Flüssigkeitsmenge durch mehrere, im Klär becken mittels Einbauten gegeneinander abgegrenzte Zonen im Kreislauf umgepumpt. Diesem Kreislauf werden in einer inneren Mischzone das Rohwasser und die Chemikalien zugeführt und aus einer peri pheren Klär- und Sedimentationszone am oberen Rand geklärte Flüssigkeit und aus einem unteren Bereich überschüssige Feststoffe entnommen.
Beide Verfahren erfüllen die meist verlangte Garantie eines Schwebestoffgehaltes von weniger als 10 mg-Liter im Klarwasser gut, haben sich aber als anfällig gegen Störungen erwiesen, wie sie durch Aenderung der Betriebsbedingungen, z.B. durch Aenderung des Rohwasserzufiusses je Zeiteinheit, des Schwebestoffgehaltes im Rohwasser, seines Flockungs- verhaltens, der Temperatur und dergl., hervorgerufen werden.
Solche Aenderungen der Betriebsverhältnisse wirken sich auf die Reaktionsdauer und damit auf die erforderliche Verweilzeit aus und führen zu einem zu hohen Trübstoffgehalt in der behandelten Flüssigkeit oder zu Schlammablagerungen im Klärbecken, die durch Alterung oder Fäulnis inaktiv werden.
Es hat sich wiederholt gezeigt, dass z.B. eine nach dem Schlammbettverfahren projektierte Anlage nach einer Aenderung der zu Grunde gelegten Betriebs verhältnisse, z.B. durch Zunahme des Trübstoffge- haltes im Rohwasser, die vorgesehene Durchsatzlei- stung bzw. den geforderten Reinheitsgrad des behan delten Wassers nicht einhalten konnte, so dass das Suspensionskreislaufverfahren vorteilhafter erschien.
Andererseits wurde an-- einer nach dem Suspensions- kreislaufverfahren betriebenen Anlage beobachtet, dass bei jahreszeitlich bedingtem Absinken der Roh wassertemperatur im behandelten Wasser Nach reaktionen mit erneuter Trübstoffbildung eintraten, weil die Kontaktwirkung der vorhandenen Flocken, bzw. die Verweilzeit des Rohwassers in der Anlage nicht mehr ausreichte. Hier wäre das Schlammbett verfahren wirksamer gewesen.
Eine Umstellung von einem Verfahren auf das andere schien wegen der bereits angeschlossenen Konstruktion der Anlage nicht möglich.
Bei der Uebertragung des vorzugsweise im Rund becken ausgeführten Suspensionskreislaufverfahrens auf rechteckige, insbesondere langgestreckte Klär becken, ist zur Vermeidung von Kurzschlusströmun- gen vorgeschlagen worden, den Suspensionskreislauf in zwei Teilströme zu verzweigen, so dass ein Teilstrom durch eine Mischzone, eine Druckkammer und durch die Klär- und Sedimentationszone geführt wird, während der zweite Teilstrom nur durch die Misch- zone und die Druckkammer umgewälzt wird.
Durch Veränderung der beiden Teilströme gegeneinander kann der grössere Teilstrom so weit entlastet werden, dass die für das Suspensionskreislaufverfahren kenn zeichnende, dynamische Abtrennung des Klarwassers aus dem in der Sedimentationszone abwärts gerichte ten Suspensionsstrom einwandfrei erfolgt, ohne dass Rohwasser aus dem Kreislauf ausbricht und auf dem kürzesten Wege vom Zulauf in den Ablauf fliesst.
Diese insbesondere für Längsbecken entwickelte Unterteilung des Umwälzstromes in zwei Kreisläufe hat in Rundbecken nur noch eine geringe Variations breite, innerhalb welcher ein wirklicher Suspensions- kreislauf durch alle Zonen mit ausreichender, dynami scher Trennung in der Klär- und Sedimentationszone noch vorliegt.
Es wurde gefunden, dass bei Anwendung des in zwei Teilströme verzweigten Suspensionskreislaufes in Rundbecken die beiden Teilströme so aufeinander eingestellt werden können, dass in der peripheren Sedimentationszone wahlweise eine abwärts oder auf wärts gerichtete Strömung eintritt.
Während die abwärts gerichtete Strömung dem Suspensionskreislaufverfahren entspricht, nähert sich die Arbeitsweise mit aufwärts gerichteter Strömung in der Sedimentationszone dem Schlammbettver- fahren und geht in dieses über, wenn aus der Sedimenta- tionszone kein Rücklauf in die Mischzone mehr stattfindet.
Ueberraschenderweise wurde gefunden, dass beide Arbeitsweisen nicht als strenge Alternativen neben einander stehen, sondern dass dazwischen Zustände eingestellt werden können, in welchen sich eine aufwärts gerichtete und eine abwärts gerichtete Strömung überlagern. Durch den in einfacher Weise einzustellenden Uebergang vom Suspensionskreislauf zum Schlammbett und umgekehrt, einschliesslich der erwähnten Zwischenzustände, ergibt sich eine wesent liche Verbesserung der effektiven Verweilzeit unter Vermeidung von Kurzschlusströmungen und eine von der Drehzahl des Rühr- und Pumpwerkes weit gehend unabhängige Einstellung der jeweils besten Verfahrensbedingungen.
Die energieverbrauchende, stufenlose Regelung im Antrieb des Rührwerkes erübrigt sich dadurch.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Ver fahren zur Klärung von Flüssigkeiten in Gegenwart von darin enthaltenen oder mit Hilfe dosierter Flockungschemikalien während des Verfahrens gebil deten, suspendierten Feststoffen durch Koagulation und Sedimentation dieser Feststoffe in einem rund lichen Becken, welches mittels konzentrischer Ein bauten in eine innere, untere Mischzone, eine innere, obere Verteilerzone und eine periphere Sedimenta- tionszone mit darüberliegender Klärzone unterteilt ist,
und in welchem durch mechanische Regulierung der Suspensionsumwälzung mehrere Teilströme mit Feststoffen durch mindestens zwei der drei erstgenann- ten Zonen umgewälzt werden, wobei nach der Sedi- mentation der schweren Feststoffe in der Sedimenta- tionszone die praktisch restlose Klärung der Flüssig keit durch Schwerkraftabscheidung der Feststoffe in der gleichmässig, turbulenzfrei, stets aufwärts durch strömten Klärzone erfolgt.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Becken mit Mitteln verwen det wird, die in der Sedimentationszone auch bei veränderlicher Menge und Qualität der Flüssigkeit wahlweise eine aufwärts- und/oder abwärtsgerichtete Strömung einzustellen gestatten.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens besteht aus einem rundlichen Becken, welches mittels konzentrischer Einbauten in eine innere, untere Mischzone, eine innere, obere Verteilerzone und eine periphere Sedimentationszone mit darüberliegender Klärzone unterteilt ist, und in welchem eine um eine vertikale Achse rotierende Umwälzvorrichtung die Vermischung und Umwälzung der Suspension bewirkt und ist gemäss der Erfindung durch einen Stutzen an der Saugöffnung der mechanischen Umwälzvorrich- tung und durch druck- oder saugseitig dazu angeord nete Drosselorgane gekennzeichnet.
Verfahren und Vorrichtung gemäss der Erfindung werden anschliessend anhand von auf der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung rein beispielsweise näher erläutert. Es zei gen Fig. 1 einen vertikalen Radialschnitt durch die Vor richtung nach einem ersten Ausführungsbeispeil; Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1 ; Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1, in grösserem Masstab;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vor richtung im vertikalen Radialschnitt; Fig. 5 eine Einzelheit des Ansaugequerschnittes in Fig. 4; Fig. 6 und 7 je eine Variante des Durchgangsquer schnittes in Fig. 4; Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vor richtung im vertikalen Radialschnitt.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung besteht aus einem praktisch kreisrunden Becken 1, dessen Querschnitt im unteren Teil verjüngt ist und das einen leicht konischen Boden hat. Dieses Becken ist im Inneren durch konzentrische Einbauten 2, 3, 4, 5 in be kannter Weise in eine innere untere Mischzone A, eine innere obere Verteilerzone B und eine periphere Sedi- mentationszone C mit darüberliegender Klärzone D unterteilt.
Mittels einer rührpumpenartigen Umwälz- vorrichtung 6 wird Flüssigkeit aus der Mischzone A in die Verteilerzone 6 gefördert und gelangt von dort zu einem Teil durch Kanäle 7 in die Sedimentationszone C oder zum anderen Teil durch Kanäle 8 zurück in die Mischzone A. Die Durchgangsquerschnitte der Kanäle 7, 8 können durch Klappen<B>9,</B> 10 verändert und gegebe- nenfalls geschlossen werden. Die mittels der Klappen verstellbaren Öffnungen der Kanäle liegen, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in einem Kreisring zwischen den konzentrischen Einbauten 3 und 5 abwechselnd neben einander.
Die Klappen 9, 10 können mittels Gestänge 11, 12 von der Bühne aus, auf welcher auch der Antrieb 14 der Umwälzvorrichtung 6 angeordnet ist, betätigt werden.
Die Umwälzvorrichtung 6 besteht aus zwei paral lelen Platten 15, 16 an der Welle 17. Der Zwi@ chen- raum 18 zwischen den Platten ist über einen Saug stutzen 19, der innerhalb des Leitrohres 20 liegt, mit dem letzteren verbunden. Ausserhalb des Leitrohres trägt die untere Platte 16 Rührblätter 21. Das Leitrohr 20 ruht auf einer Platte 22 über einem Schlammsumpf 23 und ist am unteren Ende mit seitlichen Ansaug öffnungen 24 versehen.
Die zu behandelnde rohe Flüssigkeit wird durch die Leitung 25 über einen von den Einbauten 2, 3 und der Ringplatte 4 gebildeten Verteilerraum 27 und einen Schlitz 28 in die Mischzone A eingeleitet.
Die behandelte Flüssigkeit wird in bekannter Weise über radiale und periphere Sammelrinnen 29 vorn Flüssigkeitsspiegel der Klärzone durch eine Lei tung 30 entnommen. Der Feststoffüberschuss wird mittels einer Leitung 21 aus der Sedimentationszone C selbst oder darin angeordneten Schlammtaschen 32 mit Bodenklappen 36 abgezogen. Gröbere Sedimente wer den zeitweilig aus dem Sumpf 23 durch eine Leitung 33 abgeführt.
In der betriebsmässig gefüllten Vorrichtung saugt die Umwälzvorrichtung 6 mittels des Saugstutzens 19 über das Leitrohr 20 durch dessen Ansaugöffnungen 24 eine Mischung von Flüssigkeit und Feststoffen am Beckenboden an und fördert diese zwischen den- Plat ten 15, 16 durch den Zwischenraum 18 in die Verteiler zone B. Aus dieser Zone folgt die Mischung dem am Beckenboden erzeugten Unterdruck durch die Kanäle 7 und die Sedimentationszone C zurück zur Misch zone A und bzw. oder durch die Kanäle 8 entlang der Innenseite des Einbaues 2 zurück zum Boden der Mischzone A. Beide Ströme treffen sich in der Nähe des Durchlasses 34 zwischen den Zonen A und C am Beckenboden.
Die grossen Rührblätter 21 erteilen dem Inhalt der Mischzone A ausserhalb des Leit- rohres 20 eine axiale Strömung mit milder Turbulenz, welche die durch die Kanäle 8 zurückkehrende Mi schung und das durch den Schlitz 28 eintretende Roh wasser in einer schraubenlinienartigen Strömung an der Innenseite des Einbaues 2 abwärts führt, mit dem aus der Zone C durch den Durchlass 34, zurückkehrenden Strom mischt und im Inneren der Zone A um das Leit- rohr 20 herum wieder aufwärts führt, soweit diese Mischung nicht durch die Öffnungen 24 angesaugt und in die Zone B gefördert wird.
Durch diese Strömungs führung in der Zone A wird eine ausserordentliche Verbesserung der effektiven Verweilzeit erreicht.
Aus dem durch die Zonen A, B, C, führenden Kreis lauf trennt sich ein der zugeführten Rohwassermenge entsprechender Anteil Wasser ab, wird in der von der Strömung nicht berührten Zone D geklärt und danach über die Rinnen 29 und den Ablauf 30 entnommen.
In einem Grenzfall sind die Kanäle 8 geschlossen, so dass die gesamte von der Umwälzvorrichtung 6 geförderte Flüssigkeit durch die Zonen A, B, C strömt. Förderwirkung und Mischwirkung der Umwälz- vorrichtung 6 sind dann gekoppelt. Die Förderwirkung ist so zu bemessen, dass in der Zone C keine bis in die Zone D reichende Verwirbelung eintritt. Dann aber kann die Mischwirkung in Zone A schon unzureichend sein, so dass neben der Gefahr der Schlammablagerung am Behälterboden die Möglichkeit, dass Rohwasser in die Zone D gelangt, ohne den Kreislauf vollständig durchlaufen zu haben, wächst.
Das bedeutet dann eine zu kurze Verweilzeit. Die Kanäle 7 dienen vorzugs weise der Verlängerung der Verweilzeit für das abzu ziehende geklärte Wasser, weil das nach dem Austritt aufsteigende Wasser einen relativ langen Weg bis zu den Rinnen 29 zurückzulegen hat.
Durch eine teilweise Öffnung der Kanäle 8 und entsprechende Verminderung des Strömungsquer schnittes in den Kanälen 7 kann der Kreislauf durch die Zonen A, B, C zwar entlastet werden, weil sich dann der zweite Kreislauf durch A, B und die Kanäle 8 ausbildet. Eine deutliche Trennung von Mischwirkung und Förderwirkung erfolgt erst durch die Anordnung des Leitrohres 20 und in Verbindung mit dem Saug stutzen 19 an der Umwälzvorrichtung 6, weil erst dadurch eine Rückführung der beiden Teilströme in die Nähe des Durchlasses 34 zwischen den Zonen A und C am Behälterboden wirklich erreicht wird.
Der andere Grenzfall ist dann gegeben, wenn die Kanäle 7 geschlossen und nur die Kanäle 8 geöffnet sind. Dann ist nur der Kreislauf durch die Zonen A und B in Gang, und ein der zugeführten Rohwasser menge entsprechender Anteil des umgewälzten Ge misches tritt durch den Durchlass 34 von unten in die Zone C ein und unterliegt dort beim Aufsteigen in die Zone D der bekannten Schlammbettbehandlung.
Durch Schliessen der Kanäle 7 oder 8 kann die Betriebsweise der Anlage vom Suspensionskreislauf- verfahren auf das Schlammbettverfahren oder umge kehrt wahlweise eingestellt werden.
Neben diesen Grenzfällen sind jedoch, wie bereits bemerkt, Zwischenzustände möglich, in denen der Zone C sowohl von oben durch die Kanäle 7 als auch von unten durch den Durchlass 34 gleichzeitig Ge misch, welches durch die Zonen A und B umgewälzt wird, zugeführt wird. Dadurch entsteht in der Zone C eine milde, rollende Verwirbelung, und, vom Suspen- sionskreislauf her gesehen, eine Erhöhung der Schwebe stoffkonzentration in der Zone C, vom Schlammbett verfahren her gesehen, eine Anreicherung grösserer Schwebestoffteilchen in den oberen Schichten des Schlammbettes.
Die Kanäle 7, welche den Flüssig keitsstrom aus der Verteilerzone B abwärts in die Sedimentationszone C führen, verlängern ausserdem den Weg der in die Klärzone D aufsteigenden Flüssig- keit und bewirken dadurch eine weitere Verlängerung der Verweilzeit der Suspension in der Sedimentations- zone und des Klärwassers in der Klärzone.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es wesentlich, die Strömungsverhältnisse<U>in</U> den Teil strömen und in der Mischzone A wirklich zu beherr schen. Dies ist mit der beschriebenen Vorrichtung auf einfache Weise möglich. Um jeden Übertritt von der in der Zone A ausserhalb des Leitrohres 20 umgewälz ten Mischung in die Zone B, bzw. umgekehrt, auszu- schliessen, wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, zwischen der unteren Platte 16 der Umwälzvorrichtung 6 und der Platte 4 eine Labyrinth-Dichtung 35 angeordnet.
Aus Fig. 3 ist ferner ersichtlich, wie der Rohwasser- durchlass durch die Einbauten 2 und 5 hindurch in den Verteilerraum 27 eingeführt ist.
Die beschriebene Veränderung des Durchgangs querschnittes für die umzuwälzende Flüssigkeit schafft die Möglichkeit, einen konstanten Antrieb für die Umwälzvorrichtung 6 zu verwenden, so dass die Aufwen dungen für eine Drehzahlregelung entfallen. Neben der bisher beschriebenen Möglichkeit, die Durchgänge zwischen den Zonen B und C zu drosseln, kann selbst verständlich jeder Durchgang in der Führung der Sus pension für eine Drosselung benutzt bzw. eine Rück führung geöffnet werden.
In einfacher Weise ist die Drosselung im Ansaug querschnitt der Umwälzvorrichtung 6, z.B. im Rohr 20, durchzuführen. Nach Abb. 4 ist dies durch Einbau einer einfachen Drosselklappe<B>101</B> erreicht, die über ein Gestänge zu betätigen ist, um bei konstanter Dreh zahl der Umwälzvorrichtung 6 die Saugleistung zu beeinflussen.
Fig. 5 zeigt die Drosselung der Ansaugquerschnitte 24, indem die mit konstanter Drehzahl rotierende Umwälzvorrichtung 6 in bekannter Weise höhenver stellbar gelagert wird, wodurch der verlängerte An saugstutzen 19 die Ansaugöffnungen 24 im Rohr 20 mehr oder weniger stark abdeckt.
Fig. 6 zeigt mit Blende 102 eine besonders einfache Möglichkeit, den Durchgangsquerschnitt 18 an der Umwälzvorrichtung 6 mittels der bereits erwähnten, an sich bekannten Höhenverstellung der Umwälzvor- richtung oder durch Höhenverstellung der Blende zu drosseln.
Fig. 7 zeigt verstellbare Klappen 103, die in die Platte 4 eingebaut sind und ähnlich wie die Klappen 10 in Abb. 1 bedient werden. Mittels der Klappen 103 wird die Förderleistung der Umwälzvorrichtung 6 durch Drosselung bzw. durch Rückführung beein- flusst.
Die in den Fig. 4-7 zusätzlich wiedergegebenen Beispiele erschöpfen nicht die Möglichkeiten, das Verfahren durchzuführen.
Die nachstehenden besonderen Anwendungsbei spiele sollen die vielfältigen Wirkungen der Erfindung erläutern <I>Beispiel 1:</I> Es-lässt sich zwangslos herleiten, dass durch die Klappen 9, 10 in .einem bestimmten Sektor der Zone C eine abwärtsgerichtete _ Strömung eingestellt werden kann, während in einem anderen Sektor eine aufwärts gerichtete Strömung besteht, so dass auch beim Schlammbettverfahren die Schlammtaschen von oben her gefüllt werden können.
Damit wird erreicht, dass in die Schlammtaschen die volle Konzentration der umgewälzten Suspension eingeleitet wird, womit die Voraussetzung für eine Anreicherung eines z.B. 6 % igen Schlammes in Entkarbonisierungsanlagen erfüllt wird. <I>Beispiel 2:</I> Zur Erzielung noch höherer Schlammkonzentra tionen in den Schlammtaschen wird beim Schlamm bettverfahren unter Beachtung der- Strömungsführung gem. Beispiel 1, sowie auch beim Suspensionskreis- laufverfahren, den Schlammtaschen je ein Kanal 7 zugeordnet.
Durch zyklisch vertauschte Absperrung der Suspensionseinführung in die Taschen mittels je einer Klappe 9, wird dem bereits eingeleiteten Schlamm eine wahlweise schaltbare Zeit zum weiteren Eindik- ken gegeben, so dass durch die Schlammablassleitung 31 noch stärker eingedickter Schlamm (z.B. 10 erreichbar) abgeleitet werden kann.
<I>Beispiel 3:</I> Mittels periodischer Klappenschaltung 9, 10 kann ein pulsierender Suspensionskreislauf bzw. ein pul sierendes Schlammbettverfahren betrieben werden, wodurch in besonderen Fällen die Flockung infolge Beeinflussung der Relativbewegung der Wasserteile zu den Flocken verbessert wird, ausserdem lassen sich auch abgesetzte Flocken von den Einbauten und Beckenwänden leicht abspülen.
Die pulsierende Strö mung ergibt sich dadurch, dass bei geschlossenen Klappen 9, 10 in der Zone B durch die Umwälzf örde- rung eine gewisse Wassermenge angestaut wird, die durch periodisches Öffnen der Klappen 10 ein pul sierendes Schlammbettverfahren ergibt. Werden dage gen bei geschlossenen Klappen 10 die Klappen 9 periodisch geöffnet, so bildet sich ein pulsierendes Suspensionskreislaufverfahren aus. <I>Beispiel 4:</I> Infolge der kräftigen Rotationsbewegung in der Zone A, die mittels der Rührblätter 21 erzeugt wird, stellt sich der bekannte physikalische Effekt der zen tralgerichteten Querströmung am Boden des Beckens ein.
Weiterhin wird die durch die Umwälzwirkung zwangsläufig gebildete Zentripetalströmung in der Zone A durch die Ansaugöffnungen 24 so gerichtet, dass sie über den Boden des Beckens zentral zur Mittel achse des Beckens hin verläuft. Ausserdem wird die durch den Spalt 34 aus der Zone C zurückgeführte Strömung über den Beckenboden hingeführt.
Durch diese Zusammenfassung der drei Strömun gen (Querströmung, Zentripetalströmung und Rück führung) in Verbindung mit der Rotationsströmung bildet sich eine sehr intensive Spiralströmung über der Bodenfläche aus, wodurch Ablagerungen, vor allem auch Sand, miterfasst und selbst bei ganz flachem Boden zu den Ansaugöffnungen 24 hingetrieben wer den.
Durch eine zweckmässige Bemessung der<B>Öff-</B> nungsquerschnitte 24 und des Rohrdurchmessers (20) wird die für den Betrieb der Anlage geeignete Strö mungsgeschwindigkeit so eingestellt, dass Flocken und feinere Ablagerungen bis etwa 0,5 mm Korndurch messer erfasst und umgewälzt werden; gröbere Sand teile, die für den Aufbereitungseffekt nur nachteilig sind, werden durch die Spiralströmung in den Sumpf 23 gespült und je nach Bedarf über die Leitung 33 abge lassen.
Durch die volle Ausnützung dieses Effektes wer den die folgenden, sonst üblichen Massnahmen über flüssig.
1. starke Neigung des Beckenbodens, um den Schlamm besser zum Zentrum hin rutschen zu lassen; 2. langsam laufender zusätzlicher Räumer, um den Schlamm zum Abzug hinzuführen; 3. vorgeschaltete Sandfänge, um den Sand fern zuhalten.
Vor allem aber bleiben die für den Reaktionseffekt wesentlichen Flocken und Sedimentationsprodukte, soweit erforderlich, ständig restlos in Umwälzung.
Das Verfahren kann noch auf eine andere Weise durchgeführt werden, die z.B. als Umbaumassnahme für bereits bestehende Anlagen zur Durchführung des konventionellen Suspensionskreislaufverfahrens be sonders in Frage kommt.
In Fig. 8 ist dargestellt, wie die Suspension durch die Umwälzvorrichtung (6) über Stutzen 19 - und event. über Rohr 20 - am Boden des Beckens 1 ange saugt und in die Zone B gefördert wird. Die Suspen sion wird nunmehr entweder nur zwischen den zylin drischen Einsätzen 3 und 5 oder durch die Kanäle 7 in die Zone 3 geleitet bzw. durch ein oder mehrere mitrotierende Rücksaugrohre 104 in die Zone A zurückgeführt. Die Pumpwirkung der Rücksaug rohre 104, die kurz über dem Behälterboden horizontal nach aussen führen, wird bestimmt durch: Drehzahl der Umwälzvorrichtung 6, Anzahl und Querschnitt, sowie horizontale Länge der Rücksaugrohre 104.
Die maximal mögliche Rückführung wird dabei so bemes sen, dass sie die Förderleistung der Umwälzvorrich- tung 6 etwas übersteigt, so dass in Zone C eine Aufwärtsströmung entsteht und somit das Schlamm bettverfahren eingestellt wird.
Durch Drosselung der Einläufe 105 mittels Klap pen, Fussventilen oder anderer Sperrorgane 106 lässt sich der Rückstrom wahlweise bemessen bzw. ganz sperren, womit sich die wahlweise Einstellung bzw. Umstellung auf das Suspensionskreislaufverfahren oder eine beliebige Zwischeneinstellung ermöglichen lässt. Als nützliche Nebenwirkung ergibt sich, dass auf dem Beckenboden suspendierter Schlamm, der von der Rotationswirkung der Umwälzvorrichtung 6 nicht erfasst wird, durch die horizontalen Rücksaug rohre 104 aufgewirbelt oder durch die über radial, axial oder schräg gestellte Düsen 107 am unteren Ende der Rücksaugrohre 104 austretende Suspension weggespült und in den Saugstrom zu den Öffnungen 24 miteingeleitet wird.
Die wesentlichen Vorteile des beschriebenen Ver fahrens sind also darin zu sehen, dass in einfacher Weise ein Übergang vom Suspensionskreislauf zum Schlammbettverfahren vorgenommen werden kann und umgekehrt, ohne dass dabei störende Turbulenzen in der Klärzone in Kauf genommen werden müssen, wie das bei herkömmlichen Anlagen bei allmählicher, besonders aber bei plötzlicher Zunahme der Roh wasserzufuhr der Fall ist.
In der primären Reaktions- und Mischzone können deshalb jederzeit optimale Verhältnisse eingestellt werden, ohne dass dieselben sich auf die Strömungsrichtung und namentlich Strömungsintensität in der Sedimentations- und Klär zone so störend auswirken können wie die gebräuch lichen Kläranlagen. Besonders hinsichtlich eines stark fluktuierenden Rohwasseranfalls wird eine wesent liche Verbesserung der effektiven Verweilzeit des zu klärenden Wassers unter Vermeidung von Kurz- schlusströmungen erreicht.
Ausserdem ist die jeweilige Einstellung der optimalen Strömungsverhältnisse, d.h. Reaktionsbedingungen, unabhängig von der Drehzahl der Umwälzvorrichtung.
Method and device for the clarification of liquids, especially waste water The large-scale industrial processes mainly used for clarifying liquids by separating the solids contained therein, in particular for water treatment, are the sludge bed process and the suspension cycle process. In both processes, the liquid to be treated is mixed with flocculants and mixed intimately with the sludge produced in the process, whereby the sedimentation capacity or
speed of the flakes formed is significantly improved.
In the sludge bed process, the raw liquid, after mixing with the flocculants and the already formed sludge containing flakes, is passed from bottom to top through a sludge bed with an upwardly increasing cross section. The resulting flakes attach to the flakes that are already present, so that a well-clarified liquid can be taken from the clarifier at the liquid level.
In the suspension cycle process, a larger amount of liquid enriched with the solids produced in the process is pumped around the cycle through several zones that are separated from one another in the sewage basin by means of internals. The raw water and the chemicals are fed to this circuit in an inner mixing zone and clarified liquid is removed from a peripheral clarification and sedimentation zone at the top and excess solids are removed from a lower area.
Both methods meet the mostly required guarantee of a suspended matter content of less than 10 mg-liter in the clear water, but have proven to be susceptible to disturbances, such as those caused by changes in the operating conditions, e.g. by changing the raw water inflow per unit of time, the suspended matter content in the raw water, its flocculation behavior, the temperature and the like.
Such changes in the operating conditions have an effect on the reaction time and thus on the required residence time and lead to too high a turbid content in the treated liquid or to sludge deposits in the clarifier, which become inactive due to aging or putrefaction.
It has been shown repeatedly that e.g. a system designed according to the sludge bed process after a change in the underlying operating conditions, e.g. Due to the increase in the turbid content in the raw water, the intended throughput or the required degree of purity of the treated water could not be maintained, so that the suspension cycle method appeared to be more advantageous.
On the other hand, it was observed in a plant operated according to the suspension cycle process that if the raw water temperature in the treated water dropped due to seasonal factors, post-reactions with renewed cloud formation occurred because the contact effect of the flakes present or the dwell time of the raw water in the plant did not occur more was enough. Here the sludge bed method would have been more effective.
A changeover from one process to the other did not seem possible because of the already connected construction of the system.
When transferring the suspension cycle process, which is preferably carried out in round basins, to rectangular, in particular elongated, clarification basins, it has been proposed to branch the suspension cycle into two partial flows so that a partial flow passes through a mixing zone, a pressure chamber and through the clarifier to avoid short-circuit flows - and sedimentation zone, while the second partial flow is only circulated through the mixing zone and the pressure chamber.
By changing the two partial flows against each other, the larger partial flow can be relieved to such an extent that the dynamic separation of the clear water from the suspension flow directed downwards in the sedimentation zone, which is characteristic of the suspension cycle process, takes place perfectly, without raw water breaking out of the cycle and in the shortest possible way Paths from the inlet to the outlet flows.
This subdivision of the circulating flow into two circuits, especially developed for longitudinal tanks, has only a small range of variation in round tanks, within which a real suspension circuit through all zones with sufficient, dynamic separation in the clarification and sedimentation zone still exists.
It has been found that when using the suspension circuit, which is branched into two partial flows in round basins, the two partial flows can be adjusted to one another in such a way that either a downward or upward flow occurs in the peripheral sedimentation zone.
While the downward flow corresponds to the suspension cycle method, the working method with an upward flow in the sedimentation zone approaches the sludge bed method and changes to this when there is no more return from the sedimentation zone into the mixing zone.
Surprisingly, it was found that the two modes of operation do not stand side by side as strict alternatives, but that states can be set in between in which an upward and a downward flow are superimposed. The transition from the suspension circuit to the sludge bed and vice versa, including the above-mentioned intermediate states, is easy to set, resulting in a substantial improvement in the effective residence time while avoiding short-circuit currents and setting the best process conditions, which is largely independent of the speed of the agitator and pumping mechanism .
The energy-consuming, stepless control in the drive of the agitator is not necessary.
The present invention thus relates to a process for the clarification of liquids in the presence of contained therein or with the aid of dosed flocculation chemicals formed during the process, suspended solids by coagulation and sedimentation of these solids in a round basin, which by means of concentric A built in an inner , lower mixing zone, an inner, upper distribution zone and a peripheral sedimentation zone with an overlying clarification zone,
and in which, through mechanical regulation of the suspension circulation, several partial flows with solids are circulated through at least two of the three first-named zones, whereby after the sedimentation of the heavy solids in the sedimentation zone, the liquid is practically completely clarified by gravity separation of the solids in which takes place evenly, free of turbulence, always upwards through the flowed clarification zone.
The method is characterized in that a basin with means is used which allow an upward and / or downward flow to be set in the sedimentation zone, even if the quantity and quality of the liquid vary.
The device for carrying out the process consists of a round basin, which is divided into an inner, lower mixing zone, an inner, upper distribution zone and a peripheral sedimentation zone with an overlying clarification zone by means of concentric internals, and in which a circulating device rotating around a vertical axis Mixing and circulation of the suspension is effected and, according to the invention, is characterized by a connection piece on the suction opening of the mechanical circulation device and by throttling devices arranged for this on the pressure or suction side.
The method and device according to the invention will then be explained in more detail purely by way of example with reference to the exemplary embodiments of the device shown in the accompanying drawings. It show Fig. 1 is a vertical radial section through the device according to a first exemplary embodiment; FIG. 2 shows a horizontal section along the line II-II in FIG. 1; 3 shows a detail from FIG. 1, on a larger scale;
Fig. 4 shows a second embodiment of the device in vertical radial section; FIG. 5 shows a detail of the suction cross section in FIG. 4; 6 and 7 each show a variant of the passage cross-section in FIG. 4; Fig. 8 shows a further embodiment of the device in vertical radial section before.
The device illustrated in Fig. 1 consists of a practically circular basin 1, the cross section of which is tapered in the lower part and which has a slightly conical bottom. This basin is divided inside by concentric internals 2, 3, 4, 5 in a known manner into an inner lower mixing zone A, an inner upper distribution zone B and a peripheral sedimentation zone C with a clarification zone D above.
By means of a stirring pump-like circulating device 6, liquid is conveyed from the mixing zone A into the distribution zone 6 and from there passes partly through channels 7 into the sedimentation zone C or partly through channels 8 back into the mixing zone A. The passage cross-sections of the channels 7 , 8 can be changed with flaps <B> 9, </B> 10 and closed if necessary. The openings of the channels which can be adjusted by means of the flaps lie, as can be seen from FIG. 2, in a circular ring between the concentric fixtures 3 and 5 alternately next to one another.
The flaps 9, 10 can be operated by means of rods 11, 12 from the platform on which the drive 14 of the circulating device 6 is also arranged.
The circulation device 6 consists of two parallel plates 15, 16 on the shaft 17. The intermediate space 18 between the plates is connected to the latter via a suction nozzle 19, which is located inside the guide tube 20. Outside the guide tube, the lower plate 16 carries stirring blades 21. The guide tube 20 rests on a plate 22 above a sludge sump 23 and is provided with lateral suction openings 24 at the lower end.
The raw liquid to be treated is introduced into the mixing zone A through the line 25 via a distribution space 27 formed by the internals 2, 3 and the annular plate 4 and a slot 28.
The treated liquid is removed in a known manner via radial and peripheral collecting channels 29 in front of the liquid level of the clarification zone through a device 30. The excess solid is drawn off by means of a line 21 from the sedimentation zone C itself or from sludge pockets 32 with bottom flaps 36 arranged therein. Coarser sediments are temporarily discharged from the sump 23 through a line 33.
In the operationally filled device, the circulation device 6 sucks in a mixture of liquid and solids on the pool floor by means of the suction nozzle 19 via the guide pipe 20 through its suction openings 24 and conveys this between the plates 15, 16 through the space 18 into the distributor zone B. From this zone, the mixture follows the negative pressure generated on the basin floor through the channels 7 and the sedimentation zone C back to the mixing zone A and / or through the channels 8 along the inside of the installation 2 back to the bottom of the mixing zone A. Both streams meet near the passage 34 between zones A and C on the pool floor.
The large stirring blades 21 give the contents of the mixing zone A outside the guide pipe 20 an axial flow with mild turbulence, which mixes the mixture returning through the channels 8 and the raw water entering through the slot 28 in a helical flow on the inside of the installation 2 leads downwards, mixes with the flow returning from zone C through passage 34 and leads upwards again inside zone A around guide tube 20, provided this mixture is not sucked in through openings 24 and conveyed into zone B. becomes.
This flow guidance in zone A achieves an extraordinary improvement in the effective residence time.
A proportion of water corresponding to the amount of raw water supplied separates from the circuit running through zones A, B, C, is clarified in zone D, which is not touched by the flow, and then removed via channels 29 and drain 30.
In a borderline case, the channels 8 are closed so that all of the liquid conveyed by the circulation device 6 flows through the zones A, B, C. The conveying effect and the mixing effect of the circulation device 6 are then coupled. The conveying effect is to be measured in such a way that in zone C no turbulence occurs that extends into zone D. But then the mixing effect in zone A can already be insufficient, so that in addition to the risk of sludge deposits on the bottom of the tank, the possibility of raw water entering zone D without having completely passed through the circuit increases.
This means that the dwell time is too short. The channels 7 are preferably used to extend the residence time for the withdrawn clarified water, because the rising water has to travel a relatively long way to the channels 29 after the exit.
By partially opening the channels 8 and correspondingly reducing the flow cross-section in the channels 7, the circuit through the zones A, B, C can indeed be relieved, because then the second circuit through A, B and the channels 8 is formed. A clear separation of the mixing effect and the conveying effect occurs only through the arrangement of the guide tube 20 and in connection with the suction nozzle 19 on the circulating device 6, because only then the two partial flows are returned to the vicinity of the passage 34 between zones A and C on the container bottom is really achieved.
The other limiting case is when the channels 7 are closed and only the channels 8 are open. Then only the cycle through zones A and B is in motion, and a proportion of the circulated mixture corresponding to the amount of raw water supplied enters zone C from below through passage 34 and is subject to the known sludge bed treatment there as it ascends into zone D. .
By closing the channels 7 or 8, the operating mode of the system can optionally be changed from the suspension cycle method to the sludge bed method or vice versa.
In addition to these borderline cases, however, as already noted, intermediate states are possible in which zone C is simultaneously supplied with mixture, which is circulated through zones A and B, both from above through channels 7 and from below through passage 34. This creates a mild, rolling turbulence in zone C and, seen from the suspension circuit, an increase in the suspended matter concentration in zone C, seen from the sludge bed process, an accumulation of larger suspended matter particles in the upper layers of the sludge bed.
The channels 7, which lead the liquid flow down from the distribution zone B into the sedimentation zone C, also lengthen the path of the liquid ascending into the clarification zone D and thereby cause a further extension of the residence time of the suspension in the sedimentation zone and the clarification water in the clarification zone.
In order to carry out the process, it is essential that the flow conditions <U> flow into </U> the part and really control them in mixing zone A. This is possible in a simple manner with the device described. In order to rule out any transfer of the mixture circulated in zone A outside the guide tube 20 into zone B, or vice versa, between the lower plate 16 of the circulation device 6 and the plate 4, as can be seen from FIG a labyrinth seal 35 is arranged.
From FIG. 3 it can also be seen how the raw water passage is introduced through the internals 2 and 5 into the distributor space 27.
The described change in the passage cross section for the liquid to be circulated creates the possibility of using a constant drive for the circulating device 6, so that the expenses for speed control are omitted. In addition to the previously described possibility of throttling the passages between zones B and C, each passage in the management of the Sus pension can of course be used for a throttling or a return can be opened.
In a simple manner, the throttling in the suction cross section of the circulation device 6, e.g. in the pipe 20. According to Fig. 4, this is achieved by installing a simple throttle valve <B> 101 </B>, which can be actuated via a linkage in order to influence the suction power at a constant speed of the circulation device 6.
Fig. 5 shows the throttling of the suction cross-sections 24 by the constant speed rotating recirculating device 6 is stored in a known manner höhenver adjustable, whereby the extended to suction nozzle 19 covers the suction openings 24 in the pipe 20 more or less.
6 shows a particularly simple possibility, with diaphragm 102, of throttling the passage cross section 18 on the circulating device 6 by means of the already mentioned, known height adjustment of the circulating device or by adjusting the height of the diaphragm.
FIG. 7 shows adjustable flaps 103 which are built into the plate 4 and which are operated similarly to the flaps 10 in FIG. By means of the flaps 103, the delivery rate of the circulation device 6 is influenced by throttling or by return.
The examples additionally shown in FIGS. 4-7 do not exhaust the possibilities of carrying out the method.
The following special application examples are intended to explain the diverse effects of the invention. Example 1: It can be easily deduced that the flaps 9, 10 set a downward flow in a certain sector of zone C can, while in another sector there is an upward flow, so that the sludge pockets can also be filled from above with the sludge bed method.
This ensures that the full concentration of the circulated suspension is introduced into the sludge pockets, which is the prerequisite for an enrichment of e.g. 6% sludge in decarbonization plants is met. <I> Example 2: </I> In order to achieve even higher sludge concentrations in the sludge pockets, the sludge bed process is carried out in accordance with the flow guidance according to Example 1, as well as with the suspension cycle method, each sludge pocket is assigned a channel 7.
By cyclically interchanged blocking of the introduction of the suspension into the pockets by means of a flap 9 each, the sludge that has already been introduced is given an optionally switchable time for further thickening, so that even more thickened sludge (e.g. 10 accessible) can be drained off through the sludge discharge line 31.
<I> Example 3: </I> A pulsating suspension circuit or a pulsing sludge bed process can be operated by means of periodic flap switching 9, 10, whereby in special cases the flocculation is improved as a result of influencing the relative movement of the water parts to the flakes Also rinse off flakes that have settled off the built-in components and pool walls.
The pulsating flow results from the fact that when the flaps 9, 10 are closed in zone B, a certain amount of water is accumulated by the circulation, which results in a pulsating sludge bed process by periodically opening the flaps 10. If, on the other hand, the flaps 9 are periodically opened when the flaps 10 are closed, a pulsating suspension cycle process is formed. <I> Example 4: </I> As a result of the vigorous rotational movement in zone A, which is generated by means of the stirring blades 21, the known physical effect of the centrally directed cross flow occurs at the bottom of the basin.
Furthermore, the centripetal flow inevitably formed by the circulation in zone A is directed through the suction openings 24 in such a way that it runs over the bottom of the basin centrally to the center axis of the basin. In addition, the flow returned from zone C through gap 34 is directed over the pool floor.
This combination of the three flows (cross flow, centripetal flow and return) in connection with the rotational flow creates a very intense spiral flow over the floor surface, which also collects deposits, especially sand, and leads to the suction openings 24 even with a very flat floor to be driven.
By appropriately dimensioning the opening cross-sections 24 and the pipe diameter (20), the flow rate suitable for the operation of the system is set so that flakes and finer deposits up to about 0.5 mm grain diameter are detected and be circulated; Coarser sand parts, which are only detrimental to the processing effect, are flushed into the sump 23 by the spiral flow and can be abge via line 33 as required.
By making full use of this effect, the following, otherwise customary, measures become superfluous.
1. strong incline of the pool floor to allow the mud to slide better towards the center; 2. slow running additional scraper to feed the sludge to the exhaust; 3. Upstream sand traps to keep the sand away.
Above all, however, the flakes and sedimentation products that are essential for the reaction effect, if necessary, remain constantly in circulation.
The method can still be carried out in another way, e.g. as a conversion measure for already existing systems for the implementation of the conventional suspension cycle process is particularly suitable.
In Fig. 8 it is shown how the suspension through the circulation device (6) via nozzle 19 - and possibly. via pipe 20 - at the bottom of the basin 1 is sucked and promoted into zone B. The suspension is now either only passed between the cylin drical inserts 3 and 5 or through the channels 7 into zone 3 or returned to zone A through one or more co-rotating suction tubes 104. The pumping action of the suction tubes 104, which lead horizontally to the outside just above the container bottom, is determined by: the speed of the circulating device 6, the number and cross section, and the horizontal length of the suction tubes 104.
The maximum possible return is so dimensioned that it slightly exceeds the delivery rate of the circulation device 6, so that an upward flow occurs in zone C and the sludge bed process is thus stopped.
By throttling the inlets 105 by means of flaps, foot valves or other blocking devices 106, the backflow can be optionally measured or blocked entirely, which enables the optional setting or switching to the suspension cycle method or any intermediate setting. A useful side effect is that sludge suspended on the basin floor, which is not captured by the rotating action of the circulating device 6, is whirled up through the horizontal suction pipes 104 or exiting through the radial, axial or inclined nozzles 107 at the lower end of the suction pipes 104 The suspension is flushed away and introduced into the suction stream to the openings 24.
The main advantages of the process described are thus to be seen in the fact that a transition from the suspension cycle to the sludge bed process can be made in a simple manner and vice versa without having to accept disruptive turbulence in the clarification zone, as is the case with conventional systems with gradual , but is especially the case with a sudden increase in the raw water supply.
In the primary reaction and mixing zone, optimal conditions can therefore be set at any time without these being able to have such a disruptive effect on the direction of flow and, in particular, the flow intensity in the sedimentation and clarification zone as the conventional sewage treatment plants. A significant improvement in the effective residence time of the water to be clarified while avoiding short-circuit currents is achieved, particularly with regard to a strongly fluctuating raw water supply.
In addition, the respective setting of the optimal flow conditions, i.e. Reaction conditions, regardless of the speed of the circulation device.