Verfahren zur Aufbereitung von Rohwasser und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohwasser sowie auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Wasseraufbereitung durch den Zusatz bestimmter Reagenzien (Metallsalze) eintretende Elokkenbildung bzw. die ausgeschiedenen Schwebeteilchen auch bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit in einer wesentlich wirksameren Form und in höherem Ausmass für die Vorfiltrierung des Wassers auszunutzen, als dies mit den bisher bekannten Aufbereitungsanlagen möglich war.
Bei bekannten Anlagen dieser Art wird das Rohwasser tangential in eine verhältnismässig kleine Vorkammer geleitet und in dieser in möglichst starke Rotation versetzt. Um diese Rotation noch zu erhöhen, dienen mehrere Düsen, die wiederum tangential in die Klärzone einmünden, wobei der Reaktionsbzw. Flockungsraum resp. die Klärzone durch Über- laufrohre mit einem Kiesfilter verbunden ist, gegen das der Flockungsraum nicht abgeschlossen werden kann, so dass beim Rückspülen des Filters der Druck im Flockungsraum ausfällt, was beim neuen Anfahren der Anlage zum Zerschlagen der vorhandenen kleinen Flocken führt. Aus diesem Grund wird dem Rohwasser vor seinem Eintritt in die Anlage durch eine Bipassleitung alter Schlamm aus der Anlage beigemischt, in der Hoffnung, dass sich dadurch die Neubildung von Flocken beschleunigen lasse.
In derartigen Anlagen können sich jedoch nur kleine, feine Flocken bilden, und es kann die Anlage nur mit geringen Aufstiegsgeschwindigkeiten gefahren werden.
Weiter sind Wasseraufbereitungsanlagen bekannt, bei denen lediglich mit tangentialer oder reiner Aufwärtsströmung des Rohwassers gearbeitet wird, was jedoch nicht zu einer möglichst ungestörten Vollausbildung der Flocken nach Art von Aktivschlammflocken führen kann, sondern wiederum nur die Bildung kleiner, leichter und gegen Strömungen sehr empfindlicher Flöckchen ermöglicht, welche infolge ihres geringen Eigengewichtes schon bei geringer Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers von diesem mitgenommen werden und auf das Kiesfilter übergehen.
Aus diesem Grund ist bei den erwähnten bekannten Wasseraufbereitungsanlagen denn auch im obern Teil des Flockungsraumes, vor dem Übergang auf das Kiesfilter, ein sogenannter Schlammsammler eingebaut. Auch bei diesen Anlagen ist die Turbulenz im Flockungsraumeinlauf, also dort, wo sich in dieser Anlage die Flocken bilden sollen, sehr gross, so dass sich die Flocken nicht zur Aktivscblammflocke mit grossem Eigengewicht und grosser Eigensinkgeschwindigkeit ausbilden können, sondern immer klein und sehr empfindlich bleiben, was sich wiederum in einer kleinen Aufstiegsgeschwindigkeit auswirkt. Da sich auch die kleinen Flocken in der Aufstiegsströmung nur sehr langsam und mühsam bilden, muss auch bei diesen Anlagen nach Stillstand mit altem Schlamm angefahren werden.
Auch bei diesen Anlagen besteht keine Möglichkeit, das Kiesfilter beim Rückspülen gegen den Flockungsraum abzuschliessen, so dass auch bei diesen Anlagen der Druck in der ganzen Anlage bei der Rückspülung zusammenfällt, was sich beim Anfahren dann wieder im Zerschlagen der Flocken äussert und eine lange Laufzeit des Filters benötigt, bis er wieder einwandfreies Filtrat zu liefern vermag.
Durch das Zerschlagen der Flocken beim Anfahren gehen alle zerschlagenen Flocken bis zur Bildung von neuen Flocken auf das Kiesfilter über und belasten dieses schon, bevor es überhaupt brauchbares Filtrat abgibt. Durch die beim Einlauf herrschende grosse Turbulenz ist es ausgeschlossen, eine Schlammeindickung zu erhalten, da ein Teil der Flocken, die immer klein und empfindlich sind und bleiben, schon beim Einlauf zerschlagen werden. Eine gute Schlammeindickung kann nur in einer ruhigen Zone erreicht werden.
Zur Vermeidung der den erwähnten bekannten Wasseraufbereitungsanlagen anhaftenden Nachteile lässt man nach dem erfindungsgemässen Verfahren das Rohwasser aus einer Kammer zunächst aufsteigen und hernach über einen Überlauf mit verminderter Geschwindigkeit in einen Ringraum absinken, um es anschliessend in einem weiteren, ruhendes Flockenmaterial enthaltenden, zum genannten Ringraum koaxialen Ringraum mit weiter verminderter Geschwindigkeit nochmals aufsteigen zu lassen, wobei sich das Wasser von den Flocken trennt, bevor es als Klarwasser zur Endfiltration gelangt.
Zur Ausbildung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Wasseraufbereitungsanlage, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen die Rohwasserkammer bildenden, oben offenen Behälter aufweist, dessen oberer Rand als Überlauf für das aufsteigende Rohwasser bestimmt ist, wobei über dem genannten Behälter eine diesen bis an seinen untern Teil ummantelnde Glocke angeordnet ist, die mit der Aussenwand des Behälters einen Ringraum bildet, in welchem das über den Überlauf getretene Rohwasser abwärtsströmt, wobei der Rand der Glocke sich nach unten trichterförmig erweitert und der genannte Ringraum mit einem weiteren, als Flockungskammer bestimmten Ringraum von noch grösserem Querschnitt kommuniziert, der oben über eine Öffnung, die mit einem Absperrorgan versehen ist, mit dem Endfilter verbunden ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu seiner Ausübung dienende erfindungsgemässe Anlage gewährleisten eine weitgehend ungestörte Ausbildung der Flocken unter Vermeidung jeglicher Turbulenz und unter zunehmender Minderung der Strömungsgeschwindigkeit. Zu diesem Zweck ist die Rohwasserkammer vorteilhaft sehr gross dimensioniert. Hieran schliesst sich dann eine lange Rohwasserführung bis in den obern Teil der Anlage (Flockungsraum) und eine erweiterte Führung in entsprechend verlangsamter Abwärts strömung unter trichterförmiger Erweiterung gegen das Ende der Abwärtsbewegung an, worauf das Wasser mit den darin enthaltenden Flocken in eine stark erweiterte Zone gelangt, in der sich die Flocken absetzen und in ihrem beruhigten Zustand eine höchst wirksame Vorfiltration des Rohwassers bewirken.
Die sich in der Rohwasserführung im Aufstieg bis zur Überfallkante bildenden Flöckchen ballen sich durch die Umkehrung der Strömung nach unten zu grossen, starken Flocken (Aktivschlammflocken) zusammen, die sehr widerstandsfähig sind und eine verhältnismässig hohe Sinkgeschwindigkeit aufweisen, so dass diese schweren Flocken beim Wiederaufsteigen der Strömung im Flockungsraum dieser nicht mehr folgen. Durch die Zähigkeit, die feste Struktur, Grösse und das Eigengewicht der Aktivschlammflocken bildet sich im Aktivschlammfilterraum das eigentliche Aktivschlammfilter. Die Aktivschlammflocken treten also schon fertig ausgebildet in den Aktivschlammfilterraum, und es werden nicht erst in diesem Flokken gebildet. Im Aktivschlammfilter werden bis zu 99,8 0/0 aller im Rohwasser befindlichen Schwebestoffe zurückgehalten.
Dank dem grossen Eigengewicht der Flocken ist es möglich, in der Anlage Geschwindigkeiten von 12,5 bis 23,5 m/h und mehr zu fahren, ohne dass, wie bei den bekannten Anlagen, die Schwebestoffteilchen auf das Kiesfilter mitgerissen werden.
Für die Rückspülung des Kiesfilters wird dieses zweckmässig durch ein Ventil gegen das Aktivschlammfilter abgeschlossen, so dass der Druck im Aktivschlammfilterraum auch während der Rückspülung des Kiesfilters erhaltenbleibt. Damit erübrigt es sich auch, alten Schlamm in die Rohwasserzuführung beizumischen, um die Flockung wieder zu beschleunigen. Das Filter ist damit nach der Rückspülung sofort wieder leistungsfähig.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
In dem dargestellten Beispiel ist mit 1 ein auf einer Konsole 2 ruhender kugelförmiger Behälter bezeichnet, der den als Schwebefilter dienenden Flokkungsraum 3 sowie über diesem einen Klarwasserraum 4 enthält. Koaxial zur Vertikalachse des Behälters 1 ist im Innern desselben ein als Rohwasser kammer dienender, oben offener, zylindrischer Behälter 5 angeordnet, dessen oberer Rand 5a als Über- fallkante für das Rohwasser dient und in den unten die Rohwasserzuleitung 6 einmündet. Über dem Roli- wasserbehälter 5 ist, koaxial zu diesem und in radialem Abstand von diesem, eine Glocke 19 angeordnet, die den Rohwasserbehälter 5 bis in seinen untern Teil ummantelt.
Der ringförmige Hohlraum 6a der Glocke steht oben über die Überfallkante 5a mit dem Rohwasserbehälter 5 und über den Rand 6b der sich nach unten trichterförmig erweiternden Glocke mit dem als Schwebefilter dienenden Flockungsraum 3 in Verbindung. Im Innern des Rohwasserbehälters 5 ist, wieder in radialem Abstand von diesem, ein weiterer zylindrischer Behälter 7 angeordnet, der ein Quarzkiesfilter 7a enthält. Unterhalb des Kiesfilters 7a befindet sich, durch einen perforierten Zwischenboden 8 von diesem getrennt, eine Reinwasserkammer 9, in der ein Druckluftverteiler 10 mit Anschluss an eine Druckluftleitung 11 angeordnet ist. Mit 12 ist eine Leitung für die Entnahme des Reinwassers bezeichnet.
Die Glocke 19, an die der obere Rand des Behälters 7 anschliesst, ist oben mit einem Absperrorgan 13 versehen über das der Klarwasserraum 4 des Behälters 1 mit dem Innern des Behälters 7 verbunden werden kann. Das Absperrorgan 13, das sowohl als Ventil wie auch als Schieber oder Klappe ausgebildet sein kann, kann sowohl für manuellen Betrieb eingerichtet oder aber an eine Fernsteuerung angeschlossen sein. Mit 14 ist eine Rückspülwasserleitung bezeichnet, die das Kiesfilter 7a durchsetzt und nahe dem Absperrorgan 13, einen Trichter bildend, unter diesem ausmündet. Mit 15 ist weiter ein für Probeentnahmen und zur Entlüftung dienendes Dosierrohr bezeichnet, das die Rohwasserkammer 5b und die Reinwasserkammer 9 durchsetzt und über dem Kiesfilter 7a im Klarwasserraum ausmündet.
Mit 16 ist ein im untern Teil der Anlage zwischen dem Rohwasserbehälter 5 und dem kugeligen Behälter 1 angeordneter Schlammsammler bezeichnet, der mit mehreren gleichzeitig betätigbaren (nicht gezeichneten) Schlammablassventilen ausgerüstet ist, über die der angesammelte Schlamm durch Stutzen 17 abgelassen werden kann. Diese Schlammablassventile können sowohl für manuelle Betätigung eingerichtet, wie aber auch über einen Servomechanismus mit einer Fernsteuerung verbunden sein.
Die Wirkungsweise und Handhabung der vorstehend beschriebenen Wasseraufbereitungsanlage ist folgende: Das zu klärende Rohwasser gelangt über die Leitung 6 in die Rohwasserkammer 5b, in der infolge der grossen Querschnittserweiterung die Turbulenz des einströmenden Wassers gebrochen wird, so dass es ruhig und in gleichmässiger Strömung im Raume 5c zwischen den beiden Behältern 5 und 7 aufsteigt, um, über die Überfallkante 5a tretend, im Raume 6a zwischen der Glocke 19 und dem Rohwasserbehälter 5 abzusinken und dann um den untern Glockenrand 6b herum in den als Schwebefilter dienenden Flokkungsraum 3 zu gelangen.
Auf dem weiten Weg durch den verhältnismässig grossquerschnittigen Ringkanal 5c und den daran anschliessenden und im Querschnitt noch zusätzlich erweiterten Ringkanal 6a erfährt der Rohwasserstrom eine weitere Beruhigung, wodurch die Ausbildung und das Absinken der Flokken begünstigt wird. Das Rohwasser tritt in gleichmässiger Strömung in den Flockungsraum 3, so dass die Flocken beim Übertritt in den Flockungsraum praktisch fertig ausgebildet bzw. vollaktiv sind und eine grosse Sinkgeschwindigkeit aufweisen.
Die inaktiven Flocken sinken infolge ihres Eigengewichtes entgegen der Strömung in den Schlammsammler 16, wo sie eingedickt werden, und aus dem der konzentrierte Schlamm in bestimmten zeitlichen Intervallen durch die manuell oder ferngesteuerten Absperrventile und die Stutzen 17 abgelassen werden kann. Durch die Verdrängungswirkung des ständig nachströmenden Rohwassers tritt das im Schwebefilter 3 von den Flocken befreite Wasser in die Klarwasserzone 4 des Kugelbehälters 1, von wo das Klarwasser über das geöffnete Absperrorgan 13 zum Quarzkiesfilter 7a gelangt. Nach Passieren desselben gelangt das nun in Trinkwasserqualität vorliegende Filtrat durch den perforierten Zwischenboden 8 in die Reinwasserkammer 9, aus der das Filtrat durch die Leitung 12 entnommen werden kann.
Infolge der starken Vorreinigung des Wassers im Schwebefilter 3 ist die Beaufschlagung im Kiesfilter 7a nur gering und damit der Spülschritt entsprechend gross, die Filteranlage leistungsfähiger und der Verbrauch an Rückspülwasser gering.
Beim Reinigen bzw. Rückspülen wird das Kiesfilter 7a mittels des Absperrorgans 13 gegen den Klarwasserraum 4 bzw. den Schwebefilter 3 hin abgeschlossen. Hierauf wird über die Leitung 11 und das Düsenaggregat 10 Druckluft eingeblasen, wobei das im Kiesfilter 7a bzw. im Behälter 7 enthaltene Wasser hochsteigt und über das Rückspülrohr 14 abfliesst. Ein allfällig zurückbleibendes Luftpolster kann über die Entlüftungsleitung 18 abgelassen werden.
Nach erfolgter Rückspülung, welche nötigenfalls mehrmals bzw. in bestimmten Intervallen vorgenommen werden kann, wird das Absperrorgan 13 wieder geöffnet, die Rückspülleitung 14 geschlossen und auch die Druckluftleitung 11 abgesperrt, womit die Filteranlage wieder betriebsbereit ist.
Zwecks visueller Kontrolle können am Behälter 1 auch Schaugläser angebracht werden.
Infolge der Verdrängungswirkung des nachströmenden Rohwassers und der äusserst kompakten Dichte des Schwebefilters erfolgt eine rasche Ausscheidung der Schwebestoffe des Rohwassers, so dass dieses schon als klares Wasser in die Klarwasserzone eintritt. Zur Beschleunigung des Reinigungsvorganges im Schwebefilter können auch Fällmittel, wie zum Beispiel Kalk, Soda, Eisen- oder Aluminiumsalze, zugesetzt werden, desgleichen natürlich auch bakterizide Chemikalien zur Entkeimung des Filtrates, und zwar sowohl vor wie auch in der Anlage selbst. Infolge der geschilderten Wasserführung, der starken Flockenbildung sowie der grossen Sinkgeschwindigkeit der Flocken lassen sich in der Trennzone ohne Schwierigkeiten Aufstiegsgeschwindigkeiten von 15-23 m/h fahren.
Durch automatische Steuerung der Höhe des Schwebefilters, was ohne weiteres möglich ist, und die gleichbleibende Konzentration der aktiven Flokken ist Gewähr geboten, dass der Kontakt des Rohwassers mit den aktiven Flocken auch bei wechselnder Belastung der Anlage gleich bleibt.
Schon in der Klarwasserzone erhält man eine Wasserqualität, die den an industrielle Brauchwässer heute gestellten Anforderungen absolut entspricht.
Durch das nachgeschaltete Quarzfilter wird jedoch ein Filtrat von Trinkwasserqualität erhalten; unter Umständen ist eine leichte Nachchlorung noch notwendig.