WO2004007046A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem abwasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem abwasser Download PDF

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    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/048—Purification of waste water by evaporation

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for treating organically and / or inorganically contaminated wastewater by distillation.
  • Fresh and drinking water as well as process water is a valuable raw material that is urgently needed not only in particularly dry climates.
  • Demand is also increasing in industrialized countries.
  • the scarcer existing resources lead to considerable efforts to find new sources of drinking water and to treat non-drinkable water by cleaning it to process or drinking water.
  • EP-A-0 142 251 describes a thermocompression process for distilling raw water in a single-circuit system. This known method works either in vacuum or only with a slight excess pressure (approx. 0.1 bar above the environment). The reason for this is that the blower or fan described there as compressed does not apply the necessary excess pressure. In addition, their lifespan is much too short, since wastewater vapor with all remaining constituents is more aggressive at higher pressure and thus a higher temperature of, for example, 110 ° Celsius and quickly destroys the compressors corrosively and erosively.
  • a method and a device for raw water distillation have become known from FR-A-2 337 693 and DE-C-26 00 398, in which raw water which has already been desalinated and demineralized is treated and made into highly pure, germ-free Distillate is processed, being about the same Amount of distillate is generated as raw water is fed to the device.
  • a dual-circuit system is used such that the raw water within a primary system and a secondary medium within a secondary system containing a compressor, separate from the primary system and self-contained, are evaporated and condensed, the raw water being further heated by heating the previously in the compressor Secondary medium at overpressure and this evaporates in the secondary system by condensation of the water vapor and the water vapor is passed through a cyclone.
  • this known method is only suitable for the distillation of raw water which has already been desalinated and de-mineralized, but not for organically and / or inorganically contaminated waste water. If such wastewater were to be supplied in an appropriate amount to this known device, the primary system would clog in a very short time.
  • the object of the present invention is therefore to design a method and a device of the type mentioned at the outset in such a way that it is suitable for thermal wastewater treatment, aseptic water distillate of high quality with at the same time more or less low concentration of the wastewater to be evaporated and yet energy-saving to create.
  • a low concentration of the waste water in the primary system can be achieved on the basis of a choice of the value of the concentration factor CF determined in preliminary tests for each waste water type, which means that the treatment takes place in an optimal range.
  • Add relatively small amounts of additives which contributes to the protection of the environment, in order to prevent crystal formation of the anhydrite in the primary system combined with the impractical property here of essentially accumulating in the apparatus.
  • This low concentration in conjunction with the high blowdown rate also prevents a significant increase in the boiling temperature in the primary system during operation, which in turn has an advantageous effect on the design of the compressor in the secondary system.
  • An increase in the flow rate in the evaporator improves the heat transfer coefficient in the evaporator, has a low tendency to form deposits on the evaporator walls, and has a low tendency to corrode, since deposits that play an important role, for example, in stress crack corrosion in gaps, are prevented from forming , also smaller dosing quantities, if additives for anti-scaling are required, and a higher circulation factor in the evaporator leads to a longer dwell time of the waste water at the evaporation temperature, so that the F Q value (measure of the sterilization quality of the process) is increased. This ensures that the microorganisms in the wastewater are killed much more safely than is the case with only a short residence time.
  • a boiling temperature which is only slightly above the temperature of the preheated partial streams is achieved by a heater integrated in the two-circuit system.
  • a heating device which is external to the dual-circuit system is provided in accordance with the features of claims 17 and / or 18, so that an adaptation to the respective energetic conditions at the installation site can be achieved.
  • a metering station for the admixture of an additive in a relatively small dosage is provided.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a flow diagram of a device for thermal overpressure waste water treatment according to a first embodiment of the present invention
  • 1A and 1B each show a variant of the first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a device for thermal overpressure wastewater treatment in accordance with a second embodiment of the present invention
  • Figure 3 in an enlarged schematic representation of that part of the device which contains the two-circuit process system.
  • the device 11 or 11 'shown in the drawing in accordance with two embodiments of the present invention is used for energy-saving thermal overpressure wastewater treatment, wherein top quality germ-free water distillate is produced, and the device is designed in particular for small to medium-sized outputs.
  • the germ-free water distillate should serve in particular as drinking water, process water or for irrigation.
  • a dual-circuit system 12 or 12 'with a primary system 13, 13' working under slight overpressure for the wastewater to be treated and a spatially separate, self-contained secondary system 14, 14 ' is used, which is operated under excess pressure by means of a heat pump ,
  • wastewater to be treated is discharged via a pipeline 16 which is immersed in the feed tank in a manner not shown a pump 17 is conveyed through a filter system 18 in front of it, in which coarse particles of, for example, larger than 200 ⁇ m are removed from the cold waste water.
  • the pump 17 is designed in such a way that the cold wastewater sucked in is increased in pressure to the extent necessary to overcome all pressure losses in the device 11 and a desired residual overpressure is still present at the device outlet.
  • the pipeline 16 is connected to a metering station 19, via the connecting line 21 of which an additive is added to the waste water.
  • the additive which only has to be added in relatively small amounts, serves to reduce or change the crystal formation of anhydrite (CaSo 4 ) or the scale formation or to avoid it altogether or, if necessary, to prevent foam growth and thus an overgrowth of components , in particular to prevent the evaporator in the dual-circuit system 12.
  • This additive is selected depending on the use of the water distillate; For example, it must also be approved for drinking water production and be environmentally compatible.
  • the pipeline 16 branches after a distributor 22 into a first feed line 23 and a second feed line 24, in each of which a throttle element 26 or 27 is provided.
  • a throttle element 26 or 27 is provided.
  • the wastewater stream supplied in the pipeline 16 is divided into a first sub-stream in the first feed line 23 and a second sub-stream in the second feed line 24.
  • the two sub-streams are quantitatively divided by the two throttling members 26 and 27 in a stationary or regulated manner.
  • One side of a first heat exchanger 28 is connected into the first feed line 23, the other side of which is in one Distillate line 31 is located, which is connected to the output end of the primary system 13.
  • the section 33 of the first feed line 23 emerging from one side of the first heat exchanger 28 is connected to the input-side end of the primary system 13, ie a distillation still 29, into which the first partial flow of the waste water is introduced.
  • the secondary system 14 is self-contained and has, for example, raw water in the form of fresh water as a secondary medium.
  • the secondary system 14 can be connected to a closable pipeline for the first supply of secondary medium.
  • an external heater 32 is installed, which can be operated electrically here.
  • the distillation bubble 29 of the primary system 13 is connected to an exhaust pipe 36 into which the other side of a second heat exchanger 38 is inserted. Wastewater blowdown is removed from the free outlet-side section 37 of the discharge pipeline 36.
  • the discharge pipeline 36 is used for the return of untreated or non-evaporated waste water.
  • the second feed line 24 is connected to one side of this second heat exchanger 38, so that the second partial volume flow flows through the second heat exchanger 38 and is likewise introduced into the distillation still 29 of the primary system 13 via the outlet-side section 34 of the second feed line 24.
  • the distillate line 31 is connected at its outlet section 35 to a conditioning station 39, via the connecting line 41 of which conditioning agent is supplied to the aseptic water distillate of the highest quality.
  • the type of conditioning agent depends on what the water distillate should be used for, i.e. whether it should be used as drinking water or process water or used for irrigation. For example, various minerals and salts are provided as conditioning agents in one case or, for example, fertilizers or the like in the other case.
  • the heat exchangers 28 and 38 shown schematically in FIG. 1 are heat exchangers made of titanium using removable plate exchanger technology, which have high efficiency due to small wall thicknesses and pressure losses and high corrosion resistance and can be produced in a very economical manner.
  • the mode of operation of the two-circuit heat pump system 12 will first be described with reference to FIG.
  • the waste water to be treated rises into the evaporator area 54 of the first heat exchanger 52, advantageously also made of titanium, which is designed, for example, in the form of a corrugated surface evaporator.
  • the distillate vapor generated in the so-called tubes of the evaporator area 54 of the first heat exchanger 52 rises and passes through a cyclone 56, in which the separation of entrained droplets and particles due to a very high centrifugal acceleration of the steam takes place. Due to a physical effect, only a small amount of water forms between the inner wall of the cyclone and the distillate vapor, which migrates into the lower part of the cyclone 56 due to the internal flow field and therefore does not get into the distillate.
  • the converging water is discharged via a bottom-side pipe 57 (approx. 0.2% of the distillate output of the plant). It is also possible to return this water directly under the liquid surface to be evaporated. This has the advantage that no line (possibly with a throttle valve) has to be routed outside the two-circuit heat pump system 12 or 12 '.
  • the distillate vapor itself does not come into contact with the metal surface at the critical points of the highest speed, but passes through the immersion tube 58 attached in the middle of the cyclone 56 into a second heat exchanger 62, which acts as a condenser in the primary system 13.
  • this second heat exchanger 62 which is also designed, for example, in the form of a corrugated surface evaporator / condenser, the steam emerging from the cyclone 56, for example after a change in direction by 90 °, flows through the so-called gap spaces between the upright corrugated surface plates and condenses in the process.
  • the condensate in the form of the wastewater distillate leaves the primary system 13 via the distillate line 31 with a slight positive pressure.
  • the heat of condensation of the primary medium (seawater or seawater vapor to be desalinated) which is released in the primary system 13 on the second heat exchanger 62 acting as a condenser is used to carry out evaporation of the secondary medium in the secondary system, which is fed into the secondary system 14 only once.
  • the resulting secondary medium vapor in the secondary system is transferred via a conventional droplet separator, not shown, from the upper part of the dual-circuit system 12 into a compressor 66, which is operated by a Electric motor 50 is driven, guided. Compression and an associated temperature increase take place in the compressor 66.
  • the vapor of the secondary medium leaving the compressor 66 is hot enough to serve in the first heat exchanger 52, which acts as an evaporator in the secondary system 14, essentially as the sole heating medium for evaporating the preheated filtered waste water.
  • the waste water is evaporated there.
  • the resulting condensate of the secondary medium leaves the first heat exchanger 52 and reaches the upper second heat exchanger 62 via a pipe 68 and a throttle valve 65, which works in the secondary system 11 as an evaporator.
  • the condensate of the secondary medium flows into a bottom region of the second heat exchanger 62 and flows as steam through the heat exchanger tube spaces vertically upwards and from there via the tube 67 back to the compressor 66. It is understood that the two systems 13 and 14 are completely separate from one another are separated and that the two heat exchangers 52 and 62 are formed in a corresponding manner.
  • the wastewater is fed into the device 11 at approximately 15 ° C., for example a total volume flow of 12.3 m 3 / h being achieved with the aid of the pump 17.
  • the two throttling members 26 and 27 are set such that the first volume flow in the first feed line 23 is approximately 3.0 m 3 / h and the second volume flow in the second feed line 24 is approximately 9.3 m 3 / h.
  • the size of the first volume flow in the first feed line 23 is determined by the distillate volume flow in the distillate line 31, specifically here in such a way that the two volume flows are approximately equal.
  • the distillate emerging from the primary system 13 of the dual-circuit system 12 at a temperature of approximately 107 ° C.
  • the first volume flow in the first feed line 23 Flow through the first heat exchanger 28 has reached a temperature of approximately 105 ° C. and enters the distillation still 29 of the primary system 13 at this temperature. The distillate cools to about 20 ° C and emerges at about 0.1 bar.
  • the second volume flow in the second supply line 24 is heated in the second heat exchanger 38 to a temperature of likewise in the range of 105 ° C, since through this second heat exchanger 38 the sludge flowing out of the still 29 at about 110 ° C through the second heat exchanger 38 flows.
  • the blowdown has cooled to approximately 19 ° C. at the end of the second heat exchanger 38 and emerges at approximately 0.1 bar.
  • the blowdown volumetric flow emerging from the distillation still 29 of the primary system 13 has the same size as the second volumetric flow in the second feed line 24, ie is approximately 9.3 m 3 / h.
  • a concentration factor CF which represents the ratio of the total feed quantity of wastewater to the amount of blowdown, is set in the range between large 1 and approximately 20. To set the CF value, this is determined in preliminary tests depending on the type of waste water. In conventional known waste water, this CF value is between greater than 1.4 and 10.
  • CF slightly larger than 1.4
  • the device therefore operates in an area just above the saturation line of anhydrite, so that additives have to be added in very small amounts via the dosing station 19.
  • This CF value results in a high wastewater circulation due to the resulting high blowdown rate. This improves the heat transfers in the distillation system 13 and also prevents the formation of deposits in the system.
  • the device 11 according to FIG. 1 is started in such a way that the distillation still 29 of the primary system 13 is filled with wastewater to be treated to the usual level and is heated to approximately 110 ° C. with the aid of the external heating 32. Then the compressor of the secondary system 14 is switched on, so that the thermal process for overpressure waste water treatment can begin.
  • the device 11 'shown in FIG. 2 according to a second embodiment for the thermal overpressure wastewater treatment in order to produce top-quality germ-free water distillate in an energy-saving manner corresponds essentially in terms of system technology and process engineering to the device 11 according to FIG. 1. Those components which are both part of the device 11 and the device 11 'are used in a corresponding manner, are therefore given the same reference number and a line in FIG. 2.
  • the differences between the two devices 11 'and 11 consist in particular in the fact that the design of the external heating for accompanying and starting the process is designed in different ways. Another difference lies in the higher distillate production per unit of time and thus in the predetermined higher volume flows.
  • a filtered (filter 18 ') waste water volume flow of 41 m 3 / h is conveyed through the pipeline 16' with the aid of the pump 17 '.
  • a first volume flow of 10 m 3 / h in the first feed line 23' and a second volume flow of 31 m 3 / h in the second feed line 24 are achieved with the help of the throttling members 26 'and 27'' generated.
  • the first volume flow is heated in the first heat exchanger 28 'by the distillate flow, which is about 107 ° C, from 10 m 3 / h to about 100 ° C and brought into the distillation still 29' of the primary system 13 '.
  • the second volume flow is brought in the second heat exchanger 38 'from the approximately 110 ° C hot blowdown flow of 31 m 3 / h from the still 29' to about 100 ° C as well.
  • This second volume flow through the section 34 'of the second feed line 24' is now not conveyed directly but indirectly via one side of a third heat exchanger 78 and a pipeline 79 to the distillation still 29 'of the primary system 13'.
  • the second volume flow of 31 m 3 / h has a temperature of approximately 113.3 ° C. Mixing the two volume flows results in a mixing temperature of the waste water to be evaporated in the distillation still 29 'of approximately 110 ° C., which corresponds to the boiling temperature in the primary system 13'. Evaporation also takes place here with the aid of the heat pump cycle of the secondary system 14 '.
  • the third heat exchanger 78 is part of a heating device 81 which carries a heat transfer medium, for example oil, in its circumferential pipeline 82, 83, which is circulated by a pump 84.
  • This heat transfer medium flows both through the other side of the third heat exchanger 78 and through one side of an oil- or gas-heated boiler 86.
  • the heat transfer medium whose volume flow is, for example, 36 m 3 / h, is heated to 135 ° C. and is after
  • a conventional steam generator 86 ' can be used for water vapor.
  • the saturated water vapor generated (at, for example, a temperature of 118 ° C.) reaches the third heat exchanger 78 as the heating medium via the pipe 83 and there - while condensing at the same time - heats the second volume flow on the opposite side through the section 34 ′ of the second feed line 2 'indirectly to the temperature still missing in the process (e.g. to 113.3 ° C).
  • the resulting condensate is fed back to the steam generator 86 'via the pipeline 82.
  • the pump 84 shown in FIG. 2 is omitted.
  • the compressor 66 'of the secondary system 14' is not driven with the aid of an electric motor as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, but with the aid of a diesel unit 87 which also drives a generator 88 which supplies electrical energy for controlling the device 11 'and the drive which supplies pumps, valves and the like.
  • a bypass 71 is provided for the second heat exchanger 38'.
  • a bypass line 72 which is equipped with a shut-off valve 73 and a pump 74, runs between the discharge pipeline 36 'and the section 34' of the second supply line 24 '.
  • a valve 75 is in the flow direction after the bypass line 72 in the exhaust pipe 36 'and in the flow direction before the bypass line 72 in Inlet section 34 'installed a shut-off valve 76.
  • the still 29 ' is first filled with wastewater above the usual level in order to have enough water for the heating phase.
  • distillate emerges from the distillate line 31 at a temperature of approximately 25 ° C. at a pressure of approximately 0.1 bar and a volume flow of 10 m 3 / h.
  • the blowdown stream of 31 m 3 / h has a temperature of about 24 ° C and exits section 37 'of the exhaust pipe 36' at an overpressure of about 0.1 bar.
  • the density and the viscosity of the medium to be evaporated can also be measured during the evaporation. Observations of possible foam formation on the evaporation surface of the primary medium are also recorded according to variants. If increasing foam growth is determined, then a suitable chemically active defoamer is either added to the incoming wastewater to prevent it (see device 19 or 19 according to FIGS. 1 or 2 or it is controls the foam formation according to the variants shown in FIG. 1A or IB with the aid of a mechanically acting foam destroyer measure. This can be done, for example, with a type of propeller or turbine 91 that rotates above the liquid surface in the distillation still 29 (FIG.
  • nozzle system 94 can be used, which is located above the evaporation surface in the distillation still 29 '(FIG. IB) and which has not yet evaporated (i.e. liquid medium) from the lower part in the two-circuit heat pump system 12 or 12'. by means of a pump 95, sucked in and sprayed with overpressure (for example 5 bar) horizontally or from above into the foam via the nozzles and thus destroys it.
  • CF values e.g. larger than 1.4 to 10.
  • This has the advantage that the amount of blowdown becomes smaller and thus the exchange surface of the heat exchangers 38 or 38 'for the recovery of the heat energy is smaller and thus saves investment costs.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem Abwasser, wird das Abwasser innerhalb eines Primärsystems (13) und ein Sekundärmedium (14), vorzugsweise Rohwasser, innerhalb eines einen Verdichter (66) enthaltenden, vom Primärsystem (13) getrennten, in sich geschlossenen Sekundärsystems (14) verdampft und kondensiert, indem das Abwasser durch Erhitzen an dem zuvor im Verdichter (66) verdichteten und weiter erwärmten Sekundärmedium (14) verdampft, anschliessend der Abwasserdampf durch eine Zyklon (58) geführt und durch darauffolgende Kondensation des Abwasserdampfes das im Sekundärsystem (14) wieder entspannte Sekundärmedium verdampft wird, und bei dem der dem Primärsystem (13) zugeführte Gesamt-Abwasserstrom in einen ersten Teilstrom (23) und einen zweiten (24) mindestens gleich grossen Teilstrom unterteilt wird, von denen der erste Teilstrom (23) in einem von heissen Wasserdestillat (31) am Ausgang des Primärsystems durchströmten ersten Wärmeübertrager (28) und der zweite Teilstrom in einem von der abgezogenen heissen Abschlämmung (36) durchströmten zweiten Wärmeübertrager (38) auf eine Temperatur nahe der Siedetemperatur in Primärsystem (13) gebracht wird und dass das als Konzentrationsfaktor (CF) bezeichnete Verhältnis von zugeführter Gesamtwassermenge pro Zeiteinheit zur Abschlämm-Menge pro Zeiteinheit zwischen einem Wert von grösser 1 und einem Wert von etwa 20 gewählt wird. Ein derartiges Verfahren ist zur thermischen Abwasseraufbereitung geeignet und kann keimfreies Wasserdestillat hoher Qualität bei gleichzeitig mehr oder wenige niedriger Aufkonzentration des zu verdampfenden Abwassers und dennoch energiesparend erzeugen.

Description

Titel : Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem Abwasser
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem Abwasser durch Destillation.
Frisch- und Trinkwasser sowie Brauchwasser ist ein wertvoller Rohstoff, der nicht nur in besonders trockenen Klimazonen dringend gebraucht wird. Mehr und mehr steigt die Nachfrage auch in industrialisierten Ländern. Die knapper werdenden vorhandenen Resourcen führen zu erheblichen Anstrengungen, neue Trinkwasserquellen zu finden und nicht trinkbares Wasser durch Reinigung zu Brauch- oder Trinkwasser aufzubereiten.
Aus der EP-A-0 142 251 ist ein Thermokompressionsverfahren zum Destillieren von Rohwasser in einem Einkreissystem beschrieben. Dieses bekannte Verfahren arbeitet entweder im Vakuum oder nur mit leichtem Überdruck (ca. 0,1 bar über der Umgebung) . Der Grund liegt darin, dass das dort als verdichtet beschriebene Gebläse bzw. Ventilator den notwendigen Überdruck nicht aufbringt . Darüber hinaus ist deren Lebensdauer viel zu kurz, da Abwasserdampf mit allen Restbestandteilen bei höherem Druck und somit höherer Temperatur von bspw. 110° Celsius aggressiver ist und die Verdichter korrosiv und erosiv schnell zerstört.
Zwar sind aus der FR-A-2 337 693 bzw. der DE-C-26 00 398 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rohwasser-Destillation bekannt geworden, bei dem bzw. bei der bereits entsalztes und entmineralisiertes Rohwasser behandelt und zu hochreinem, keimfreien Destillat verarbeitet wird, wobei etwa dieselbe Menge an Destillat erzeugt wird, wie Rohwasser der Vorrichtung zugeführt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Zweikreissystem derart verwendet, dass das Rohwasser innerhalb eines Primärsystems und ein Sekundärmedium innerhalb eines einen Verdichter enthaltenden, vom Primärsystem getrennten, in sich geschlossenen Sekundärsystems verdampft und kondensiert wird, wobei das Rohwasser durch Erhitzen an dem -zuvor im Verdichter weiter erwärmten Sekundärmedium bei Überdruck und dieses im Sekundärsystem durch Kondensation des Wasserdampfes verdampft und der Wasserdampf durch ein Zyklon geführt wird. Dieses bekannte Verfahren eignet sich jedoch lediglich zur Destillation von bereits entsalztem und ent ineralisiertem Rohwasser, nicht aber für organisch und/oder anorganisch belastetes Abwasser. Würde man dieser bekannten Vorrichtung solche Abwasser in entsprechender Menge zuführen, so würde sich das Primärsystem in kürzester Zeit zusetzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass es bzw. sie zur thermischen Abwasseraufbereitung geeignet ist, keimfreies Wasserdestillat hoher Qualität bei gleichzeitig mehr oder wenige niedriger Auf onzentration des zu verdampfenden Abwassers und dennoch energiesparend zu erzeugen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die im Anspruch 1 bzw. die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale vorgesehen.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, dass sich aufgrund einer in Vorversuchen für jeden Abwassertypus ermittelten Wahl des Wertes des Konzentrationsfaktors CF eine niedrige Aufkonzentration des Abwassers im Primärsystem erreichen lässt, was bedeutet, dass die Aufbereitung in einem optimalen Bereich abläuft. Dies bedeutet, dass es ausreicht, relativ geringe Mengen an Additiven, was zur Schonung der Umwelt beiträgt, zuzusetzen, um eine Kristallbildung des Anhydrits im Primärsystem verbunden mit der hier unpraktischen Eigenschaft, sich im Apparat anzulagern im wesentlichen zu verhindern. Diese niedrige Aufkonzentration in Verbindung mit der hohen Abschlämmrate verhindert auch eine wesentliche Erhöhung der Siedetemperatur im Primärsystem während des Betriebes, was sich wiederum vorteilhaft auf die Bauart des Verdichters im Sekundärsystem auswirkt. Da das verwendete Zweikreissystem im Überdruck arbeitet, sind keine Pumpen zum Absaugen des Destillats notwendig, so dass das Destillat in der Reinheit verbleibt, in der es das Primärsystem verlässt. Dieses Kondensationsverfahren ergibt ferner eine ausgezeichnete Frischwasserqualität. Die Art der Destillatherstellung unter Verwendung der Zyklonabscheidung ergibt ein praktisch keimfreies Wasserdestillat. Durch diese Keim- und Salzfreiheit des Destillats kann dieses für die verschiedensten Zwecke nach entsprechender Konditionierung verwendet werden.
Ein bevorzugter Bereich für den CF-Wert ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 12.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 3 bzw. 13 und 4 bzw. 14 sowie des Anspruchs 5 bzw. 15.
Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Verdampfer bewirkt eine Verbesserung der Wärmeübergangszahl im Verdampfer, eine geringe Neigung zur Bildung von Ablagerungen an den Verdampferwandungen, eine geringe Neigung zur Korrosion, da Beläge, die z.B. bei Spannungsrisskorrosion in Spalten eine wesentliche Rolle spielen, bei deren Bildung gehindert werden, ferner kleinere Dosiermengen, falls Additive zum Anti-Scaling benötigt werden, und einen höheren Umlauffaktor im Verdampfer bewirkt eine längere Verweilzeit des Abwassers bei Verdampfungstemperatur, so dass der FQ-Wert (Maß für die Sterilisationsgüte des Prozesses) erhöht wird. Somit ist die Abtötung der im Abwasser befindlichen Mikroorganismen sehr viel sicherer als dies bei nur kurzer Verweilzeit der Fall ist, gewährleistet.
Weitere verfahrensmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 6 bis 10.
Bei einer Ausführungsform ist gemäß den Merkmalen Anspruchs 16 erreicht, dass durch eine im Zweikreissystem integrierte Heizung, die nur geringfügig über der Temperatur der vorerwärmten Teilströme liegende Siedetemperatur erreicht wird.
Bei einer anderen Ausführungsform wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 und/oder 18 eine bezüglich des Zweikreissystems externe Heizeinrichtung vorgesehen, so dass sich eine Anpassung an die jeweiligen energetischen Gegebenheiten am Aufstellungsort erreichen lässt.
Da alle Anlagenteile dem aggressiven Abwasser ausgesetzt sind, wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 19 eine korrosionsbeständige lochfraßresistente Ausbildung der Wärmeübertrager erreicht .
Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 20 ist eine weitere Erhöhung' der Strömungsgeschwindigkeit im Verdampfer und damit eine weitere Verbesserung der genannten positiven Prozessgrößen erreicht.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 21 ist eine Dosierstation für das Beimengen eines Additivs in relativ geringer Dosierung vorgesehen.
Beim Einsatz von Trinkwasseranwendungen ist eine Nachbereitung des Destillats nötig, da der Genuss von größeren Mengen destillierten Wassers den Mineralhaushalt des menschlichen Körpers stört. Es müssen deshalb dem Trinkwasser nach WHO-Standard bestimmte Mineralien und dgl . zugeführt werden. Bei der Anwendung des Wasserdestillats zur Bewässerung von Agraranlagen ist grundsätzlich keine Nachbehandlung nötig. Der geringe Mineralgehalt verhindert die schnelle Versalzung der Böden durch den Salzeintrag durch das Bewässerungswasser. Die Böden bleiben somit lange Zeit fruchtbar, ohne dass ein Bodenaustausch oder eine aufwendige Spülung des Bodens notwendig ist. Es können jedoch nach Wunsch dem Destillat spezielle Beimengungen, wie Düngemittel, Insektizide und dgl. zudosiert werden. Dies kann in der oben beschriebenen alternativen Weise mit Hilfe der Merkmale gemäß Anspruch 22 durchgeführt werden.
Um ein einfaches Anfahren der Vorrichtung nach der anderen Ausführungsform zu erreichen, sind die Merkmale gemäß Anspruch 23 vorgesehen.
Bei bestimmten Abwässern kann eine Schaumbildung an der AusdampfOberfläche stattfinden. Um diesen Schaum zu zerstören sind in weiterer Ausgestaltung die Merkmale des Anspruchs 24 vorgesehen, wobei die konstruktive Ausführung nach den Merkmalen des Anspruchs 25 oder 26 erfolgen kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung ein Fließbild einer Vorrichtung zur thermischen Überdruck- Abwasseraufbereitung gemäß einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung, Figuren
1A und 1B jeweils ausschnittsweise eine Variante des ersten Ausfuhrungsbeispiels,
Figur 2 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung einer Vorrichtung zur thermischen Überdruck- Abwasseraufbereitung gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung,
Figur 2A ausschnittsweise eine Variante des zweiten Ausfuhrungsbeispiels und
Figur 3 in vergrößerter schematischer Darstellung denjenigen Teil der Vorrichtung, der das Zweikreis- Prozeßsystem beinhaltet.
Die in der Zeichnung gemäß zweier Ausfuhrungsformen vorliegender Erfindung dargestellte Vorrichtung 11 bzw. 11' dient zum energiesparenden thermischen Uberdruck- Abwasseraufbereiten, wobei keimfreies Wasserdestillat höchster Qualität erzeugt wird, und wobei die Vorrichtung insbesondere für kleine bis mittlere Leistungen ausgelegt ist. Das keimfreie Wasserdestillat soll insbesondere als Trinkwasser, Brauchwasser oder der Bewässerung dienen. Bei den dargestellten Ausfuhrungsformen wird ein Zweikreissystem 12 bzw. 12' mit einem unter geringem Überdruck arbeitenden Primarsystem 13, 13' für das aufzubereitende Abwasser und einem räumlich davon getrennten in sich geschlossenen Sekundarsystem 14, 14' verwendet, das mittels einer Wärmepumpe unter Überdruck gefahren wird.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten ersten Ausfuhrungsform einer Uberdruck-Abwasseraufbereitungsvorrichtung 11 wird über eine in nicht dargestellter Weise in den Zulauftank eingetauchte Rohrleitung 16 aufzubereitende Abwasser von einer Pumpe 17 über ein davor liegendes Filtersystem 18 gefördert, in welchem das kalte Abwasser von groben Partikeln von bspw. größer 200 μm befreit wird. Die Pumpe 17 ist derart ausgelegt, dass das angesaugte kalte Abwasser im Druck soweit erhöht wird, wie dies gerade zur Überwindung aller Druckverluste in der Vorrichtung 11 notwendig ist und ein gewünschter Restüberdruck am Vorrichtungsausgang noch gegeben ist. Nach der Pumpe 17 herrscht ein Überdruck von bspw. etwa 2 bis 3 bar, während ausgangsseitig ein geringer Überdruck von bspw. etwa 0,25 bis 0,30 bar an der Destillationssäule, bzw. etwa 0,1 bar nach dem letzten Wärmeübertrager 38 herrscht. Nach der Pumpe 17 ist die Rohrleitung 16 mit einer Dosierstation 19 verbunden, über deren Verbindungsleitung 21 ein Additiv dem Abwasser hinzugefügt wird. Das Additiv, das nur in relativ geringen Mengen hinzugefügt werden muss, dient dazu, die Kristallbildung von Anhydrit (CaSo4) oder die Kesselsteinbildung zu verringern bzw. zu verändern oder ganz zu vermeiden oder ggf. das Schaumwachstum zu verhindern und somit ein Zuwachsen von Bauteilen, insbesondere des Verdampfers im Zweikreissystem 12 zu verhindern. Dieses Additiv ist je nach Verwendung des Wasserdestillats gewählt; es muss also bspw. auch zur Trinkwassererzeugung zugelassen und umweltverträglich sein.
Die Rohrleitung 16 verzweigt sich nach einem Verteiler 22 in eine erste Zuleitung 23 und eine zweite Zuleitung 24, in denen jeweils ein Drosselorgan 26 bzw. 27 vorgesehen ist. Dadurch wird der in der Rohrleitung 16 zugeführte Abwasserstrom in einen ersten Teilstrom in der ersten Zuleitung 23 und in einen zweiten Teilstrom in der zweiten Zuleitung 24 aufgeteilt. Die quantitative Aufteilung der beiden Teilströme erfolgt durch die beiden Drosselorgane 26 und 27 in stationärer oder geregelter Weise.
In die erste Zuleitung 23 ist die eine Seite eines ersten Wärmeübertragers 28 geschaltet, dessen andere Seite in einer Destillatleitung 31 liegt, die mit dem ausgangsseitigen Ende des Primärsystems 13 verbunden ist. Der aus der einen Seite des ersten Wärmeübertragers 28 austretende Abschnitt 33 der ersten Zuleitung 23 ist mit dem eingangsseitigen Ende des Primarsystems 13, d.h. einer Destillationsblase 29 verbunden, in die der erste Teilstrom des Abwassers eingeleitet wird.
Wahrend also das Primarsystem 13 des Zweikreis- Warmepumpensystems 12 mit dem einen Volumenteilstrom des aufzubereitenden Abwassers gespeist wird, ist das Sekundarsystem 14 in sich geschlossen und besitzt als Sekundarmedium bspw. Rohwasser in Form von Süßwasser. In nicht dargestellter Weise kann das Sekundarsystem 14 mit einer absperrbaren Rohrleitung zum erstmaligen Zufuhren von Sekundarmedium verbunden sein. In der Destillationsblase 29 des Primärsystem 13 ist eine Fremdheizung 32 installiert, die hier elektrisch betreibbar ist.
Bodenseitig ist die Destillationsblase 29 des Primarsystems 13 mit einer Abzugsrohrleitung 36 verbunden, in die die andere Seite eines zweiten Wärmeübertragers 38 eingebracht ist. Dem freien ausgangsseitigen Abschnitt 37 der Abzugsrohrleitung 36 wird Abwasserabschlammung entnommen. Mit anderen Worten, die Abzugsrohrleitung 36 dient dem Rucklauf von nicht aufbereitetem bzw. nicht verdampftem Abwasser. Mit der einen Seite dieses zweiten Wärmeübertragers 38 ist die zweite Zuleitung 24 verbunden, so dass der zweite Volumenteilstrom den zweiten Wärmeübertrager 38 durchströmt und über den ausgangsseitigen Abschnitt 34 der zweiten Zuleitung 24 ebenfalls in die Destillationsblase 29 des Primarsystems 13 eingeleitet wird.
Die Destillatleitung 31 ist an ihrem ausgangsseitigen Abschnitt 35 mit einer Konditionierungsstation 39 verbunden, über deren Verbindungsleitung 41 Konditionierungsmittel dem keimfreien Wasserdestillat höchster Qualität zugeführt wird. Die Art des Konditionierungsmittels ist davon abhängig, wofür das Wasserdestillat verwendet werden soll, also ob es bspw. als Trinkwasser oder als Brauchwasser Verwendung finden oder der Bewässerung dienen soll. Beispielsweise sind im einen Fall als Konditionierungsmittel verschiedene Mineralstoffe und Salze bzw. im anderen Fall bspw. Düngemittel oder dgl. vorgesehen.
Die in Figur 1 schematisch dargestellten Wärmeübertrager 28 und 38 sind in demontierbarer Plattenaustauschertechnik aus Titan hergestellte Wärmeübertrager, die eine hohe Effizienz aufgrund geringer Wandstärken und Druckverluste und eine hohe Korrosionssicherheit aufweisen und in sehr wirtschaftlicher Weise herstellbar sind.
Bevor auf die thermische Überdruck-Abwasseraufbereitung anhand der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung 11 eingegangen wird, soll zunächst anhand der Figur 3 die Arbeitsweise des Zweikreis-Wärmepumpensystems 12 beschrieben werden. Das durch die beiden Zuleitungen 23 bzw. 33 und 24 bzw. 34 in das Primärsystem 13 eintretende Abwasser, das im Gegenstrom zum aus der Destillatleitung 31 austretenden Destillat bzw. zur aus der Abzugsrohrleitung 36 austretenden Abschlämmung dem ersten bzw. zweiten Wärmeübertrager 28, 38 bis knapp unterhalb der Destilliertemperatur vorgewärmt vorden ist, gelangt, wie erwähnt, in die Destillationsblase 29, die unterhalb eines ersten Wärmetauschers 52, der im Primärsystem 13 als Verdampfer arbeitet, angeordnet ist. Von der Destillationsblase 29 aus steigt das zu behandelnde Abwasser in den Verdampferbereich 54 des ersten Wärmetauschers 52 vorteilhaft auch aus Titan hergestellt, der bspw. in Form eines Wellflächenverdampfers ausgebildet ist. Der in den sogenannten Rohren des Verdampferbereichs 54 des ersten Wärmetauschers 52 erzeugte Destillatdampf steigt nach oben und passiert ein Zyklon 56, in welchem die Trennung von mitgerissenen Tröpfchen und Partikeln aufgrund einer sehr hohen Zentrifugalbeschleunigung des Dampfes stattfindet. Durch einen physikalischen Effekt bildet sich zwischen Zykloninnenwand und dem Destillatdampf ein Wasserfilm von nur geringer Menge, der aufgrund des inneren Stromungsfeldes in den unteren Teil des Zyklons 56 wandert und deshalb nicht in das Destillat gelangt. Über ein bodenseitiges Rohr 57 wird das zusammenlaufende Wasser abgeführt (ca. 0,2 % der Destillatleistung der Anlage) . Ebenfalls ist es möglich, dieses Wasser wieder direkt unter die auszudampfende Flussigkeitsoberflache zurückzuführen. Dies hat den Vorteil, dass keine Leitung (ev. mit Drosselventil) außerhalb des Zweikreis-Warmepumpensystems 12 bzw. 12' geführt werden muss. Der Destillatdampf selbst kommt nicht an den kritischen Stellen der höchsten Geschwindigkeit mit der Metallflache in Berührung, sondern gelangt über das in der Mitte des Zyklons 56 angebrachte Tauchrohr 58 in einen zweiten Wärmetauscher 62, der im Primarsystem 13 als Kondensator wirkt. Bei diesem zweiten Wärmetauscher 62, der ebenfalls bspw. in Form eines Wellflachenverdampfers/-kondensators ausgebildet ist, durchströmt der aus dem Zyklon 56 austretende Dampf beispielsweise nach einer Richtungsanderung um 90° die sogenannten Spaltraume zwischen den aufrechten Wellflachenplatten und kondensiert dabei. Das Kondensat in Form des Abwasserdestillats verlasst über die Destillatleitung 31 das Primarsystem 13 noch mit leichtem Überdruck.
Die im Primarsystem 13 an dem als Kondensator wirkenden zweiten Wärmetauscher 62 freiwerdende Kondensationswarme des Primarmediums (zu entsalzendes Meerwasser bzw. Meerwasserdampf) wird benutzt, um im Sekundarsystem eine Verdampfung des Sekundärmediums durchzufuhren, das nur einmal in das Sekundärsystem 14 eingespeist wird. Der entstehende Sekundärmediumdampf im Sekundärsystem wird über einen nicht dargestellten herkömmlichen Tropfenabscheider vom oberen Teil des Zweikreissystems 12 in einen Verdichter 66, der von einem Elektromotor 50 angetrieben ist, geführt. Im Verdichter 66 findet eine Kompression und eine damit verbundene Temperaturerhöhung statt. Der den Verdichter 66 verlassende Dampf des Sekundärmediums ist heiß genug, um im ersten Wärmetauscher 52, der im Sekundärsystem 14 als Verdampfer wirkt, im wesentlichen als alleiniges Heizmedium zum Verdampfen des vorerwärmten gefilterten Abwassers zu dienen. Durch die Kondensation des Dampfes des Sekundärmediums im ersten Wärmetauscher 52 wird in diesem das Abwasser verdampft. Das anfallende Kondensat des Sekundärmediums verlasst den ersten Wärmetauscher 52 und gelangt über ein Rohr 68 und über ein Drosselventil 65 in den oberen zweiten Wärmetauscher 62, der im Sekundärsystem 11 als Verdampfer arbeitet. Das Kondensat des Sekundärmediums strömt in einen Bodenbereich des zweiten Wärmetauschers 62 ein und strömt als Dampf durch die Wärmetauscher-Rohrräume senkrecht nach oben und von dort über das Rohr 67 zurück zum Verdichter 66. Es versteht sich, dass die beiden Systeme 13 und 14 vollkommen voneinander getrennt sind und dass in entsprechender Weise die beiden Wärmetauscher 52 und 62 ausgebildet sind.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird das Abwasser bei etwa 15°C in die Vorrichtung 11 eingespeist, wobei bspw. ein Gesamtvolumenstrom von 12,3 m3/h mit Hilfe der Pumpe 17 erreicht wird. Die beiden Drosselorgane 26 und 27 sind derart eingestellt, dass der erste Volumenstrom in der ersten Zuleitung 23 etwa 3,0 m3/h und der zweite Volumenstrom in der zweiten Zuleitung 24 etwa 9,3 m3/h beträgt. Die Größe des ersten Volumenstroms in der ersten Zuleitung 23 wird durch den Destillatvolumenstrom in der Destillatleitung 31 bestimmt, und zwar hier derart, dass beide Volumenströme etwa gleichgesetzt werden. Das aus dem Prim rsystem 13 des Zweikreissystems 12 bei einer Temperatur von etwa 107°C austretende und durch den ersten Wärmeübertrager 28 strömende Destillat bewirkt, dass der erste Volumenstrom in der ersten Zuleitung 23 nach Durchströmen des ersten Wärmeübertragers 28 eine Temperatur von etwa 105°C erreicht hat und mit dieser Temperatur in die Destillationsblase 29 des Primarsystems 13 eintritt. Das Destillat kühlt auf etwa 20°C ab und tritt bei etwa 0,1 bar aus. Der zweite Volumenstrom in der zweiten Zuleitung 24 wird in dem zweiten Wärmeübertrager 38 auf eine Temperatur von ebenfalls im Bereich von 105°C erwärmt, da durch diesen zweiten Wärmeübertrager 38 die aus der Destillationsblase 29 fließende Abschlämmung mit etwa 110°C durch den zweiten Wärmeübertrager 38 strömt. Die Abschlammung ist am Ende des zweiten Wärmeübertragers 38 auf etwa 19°C abgekühlt und tritt unter etwa 0,1 bar aus. Der aus der Destillationsblase 29 des Primarsystems 13 austretende Abschlammvolumenstrom hat dieselbe Große wie der zweite Volumenstrom in der zweiten Zuleitung 24, betragt also etwa 9,3 m3/h. Nach der Erwärmung auf etwa 105°C, mit der die beiden Volumenstrome in die Destillationsblase 29 eintreten, wird das so erwärmte Abwasser mit Hilfe der Fremdheizung 32 auf Siedetemperatur gebracht, die in dem unter Überdruck stehendem Primarsystem
13 bei etwa 110°C liegt. Die für die Verdampfung verbleibende Temperaturdifferenz wird, wie erwähnt, durch den Warmepumpenkreislauf des Sekundarsystems 14 aufgebracht. In erfindungsgemäßer Weise wird das Verfahren zur thermischen Überdruck-Abwasseraufbereitung bei einer niedrigen Aufkonzentration und damit einer hohen Abschlammrate betrieben. Hierbei wird ein Konzentrationsfaktor CF, der das Verhältnis von gesamter Einspeisemenge an Abwasser zu Abschlämm-Menge darstellt, im Bereich zwischen großer 1 und etwa 20 eingestellt. Zum Einstellen des CF-Wertes wird dieser in Vorversuchen abwassertypspezifisch ermittelt. Bei üblichen bekannten Abwässern liegt dieser CF-Wert zwischen größer 1,4 und 10. Bei einem kleinen (beispielsweise CF etwas größer als 1,4) gewählten CF ist das Korrosionsrisiko und das Risiko der Belagbildung auf den Verdampferoberflachen innerhalb des Prim rsystems 13 bzw. innerhalb der Vorrichtung 11 relativ gering. Die Vorrichtung arbeitet daher in einem Bereich knapp oberhalb der Sättigungslinie von Anhydrit, so dass über die Dosierstation 19 Additive in nur sehr geringen Mengen zugegeben werden müssen. Durch diesen CF-Wert ergibt sich eine hohe Abwasser-Zirkulation aufgrund der dadurch bedingten hohen Abschlammrate. Dies verbessert die Wärmeübergänge im Destilliersystem 13 und verhindert ebenfalls die Bildung von Ablagerungen im System.
Das Starten der Vorrichtung 11 gemäß Figur 1 erfolgt in der Weise, dass die Destillationsblase 29 des Primarsystems 13 mit aufzubereitendem Abwasser bis zum üblichen Füllstand gefüllt und mit Hilfe der Fremdheizung 32 auf etwa 110°C aufgeheizt wird. Dann wird der Kompressor des Sekundarsystems 14 zugeschaltet, so dass der thermische Prozess zur Uberdruckabwasseraufbereitung beginnen kann.
Die in Figur 2 gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform dargestellte Vorrichtung 11' zum thermischen Uberdruck- Abwasseraufbereiten, um keimfreies Wasserdestillat höchster Qualität in energiesparender Weise zu erzeugen, entspricht anlagetechnisch und verfahrenstechnisch im wesentlichen der Vorrichtung 11 gemäß Figur 1. Diejenigen Bauteile, die sowohl bei der Vorrichtung 11 als auch bei der Vorrichtung 11 ' in entsprechender Weise Verwendung finden, sind in Figur 2 deshalb jeweils mit derselben Bezugsziffer und einem Strich versehen. Die Unterschiede zwischen beiden Vorrichtungen 11' und 11 bestehen insbesondere darin, dass die Ausfuhrung der Fremdheizung zur Begleitung und zum Starten des Prozesses in unterschiedlicher Weise ausgebildet ist. Ein weiterer Unterschied besteht in der höheren Destillaterzeugung pro Zeiteinheit und damit in den vorgegebenen höheren Volumenströmen. Auch die Vorrichtung 11' gemäß Figur 2 arbeitet mit einem Konzentrationsfaktor CF im Bereich zwischen größer 1 und etwa 10. Durch die Rohrleitung 16' wird mit Hilfe der Pumpe 17' ein gefilteter (Filter 18') Abwasservolumenstrom von 41 m3/h gefördert. Nach der Zuführung von Additiven (Dosierstation 19') werden mit Hilfe der Drosselorgane 26' und 27' ein erster Volumenstrom von 10 m3/h in der ersten Zuleitung 23' und ein zweiter Volumenstrom von 31 m3/h in der zweiten Zuleitung 24' erzeugt. Der erste Volumenstrom wird im ersten Wärmeübertrager 28' durch den etwa 107°C heißen Destillatstrom von 10 m3/h auf etwa 100°C erwärmt und in die Destillationsblase 29' des Primärsystems 13' gebracht. Der zweite Volumenstrom wird im zweiten Wärmeübertrager 38 ' von dem etwa 110°C heißen Abschlämmstrom von 31 m3/h aus der Destillationsblase 29' auf ebenfalls etwa 100°C gebracht. Dieser zweite Volumenstrom durch den Abschnitt 34 ' der zweiten Zuleitung 24 ' wird nun nicht unmittelbar sondern mittelbar über die eine Seite eines dritten Wärmerübertragers 78 und eine Rohrleitung 79 zur Destillationsblase 29' des Primärsystems 13' gefördert. Am Austritt des dritten Wärmeübertragers 78 besitzt der zweite Volumenstrom von 31 m3/h eine Temperatur von etwa 113, 3°C. Durch Mischen der beiden Volumenströme ergibt sich eine Mischungstemperatur des zu verdampfenden Abwassers in der Destillationsblase 29' von etwa 110°C, was der Siedetemperatur im Primärsystem 13' entspricht. Die Verdampfung erfolgt auch hier mit Hilfe des Wärmepumpenkreislaufs des Sekundarsystems 14'.
Der dritte Wärmeübertrager 78 ist Teil einer Heizeinrichtung 81, die in ihrer umlaufenden Rohrleitung 82, 83 ein Wärmeträgermedium, bspw. Öl führt, das durch eine Pumpe 84 umgewälzt wird. Dieses Wärmeträgermedium strömt sowohl durch die andere Seite des dritten Wärmeübertragers 78 als auch durch die eine Seite eines öl- oder gasbeheizten Kessels 86. Im Kessel 86 wird das Wärmeträgermedium, dessen Volumenstrom bspw. 36 m3/h beträgt, auf 135°C erwärmt und ist nach
Durchlauf durch den dritten Wärmeübertrager 78 auf etwa 111°C abgekühlt .
Gemäß Figur 2A kann gemäß einer Variante anstelle eines Kreislaufs mit Warmetragermedium und eines ol- oder gasbeheizten Kessels 86 ein konventioneller Dampferzeuger 86' für Wasserdampf eingesetzt werden. Der erzeugte Wassersattdampf (bei z.B. einer Temperatur von 118°C) gelangt als Heizmedium über die Roherleitung 83 in den dritten Wärmeübertrager 78 und heizt dort - wobei er gleichzeitig kondensiert - auf der gegenüberliegenden Seite den zweiten Volumenstrom durch den Abschnitt 34' der zweiten Zuleitung 2 ' mittelbar auf die dem Prozess noch fehlende Temperatur auf (z.B. auf 113, 3°C). Das anfallende Kondensat wird dem Dampferzeuger 86' wieder über die Rohrleitung 82 zugeführt. Durch eine den hydrostatischen Bedingungen angepasste ortliche Anordnung (z.B. so tief unterhalb des dritten Wärmeübertragers 78, dass der hydrostatische Druck des Kondensates ausreicht, dieses selbst in den Dampferzeuger ohne Fremdenergie zurückzuführen) entfallt die in Fig. 2 gezeigte Pumpe 84.
Der Antrieb des Verdichters 66' des Sekundarsystems 14' erfolgt nicht mit Hilfe eines Elektromotors wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1, sondern mit Hilfe eines Dieselaggregats 87, das außerdem einen Generator 88 antreibt, der elektrische Energie für die Steuerung der Vorrichtung 11 ' und den Antrieb der Pumpen, Ventile und dgl. liefert.
Zum Starten der Vorrichtung 11' nach Figur 2, ist ein Bypaß 71 für den zweiten Wärmeübertrager 38' vorgesehen. Hierzu verläuft zwischen der Abzugsrohrleitung 36' und dem Abschnitt 34' der zweiten Zuleitung 24' eine Bypaßleitung 72, die mit einem Absperrventil 73 und einer Pumpe 74 bestückt ist. Außerdem ist in Strömungsrichtung nach der Bypaßleitung 72 in der Abzugsrohrleitung 36' ein Ventil 75 und in Strömungsrichtung vor der Bypaßleitung 72 im Zuleitungsabschnitt 34' ein Absperrventil 76 eingebaut. Zum Starten des Prozesses wird zuerst die Destillationsblase 29' mit Abwasser über den zum üblichen Füllstand befüllt, um für die Aufheizphase genügend Wasser zu besitzen. Bei geschlossenen Ventilen 75 und 76 und offenem Ventil 73 in der Bypaßleitung 72 und bei eingeschalteter Pumpe 74 wird Abwasser über den dritten Wärmeübertrager 78 in -die Destillierblase 29' im Kreislauf umgepumpt. Bei zugeschalteter Heizeinrichtung 81 wird bei diesen Ventilstellungen solange gearbeitet, bis in der Destillationsblase 29' ein Ansaugüberdruck von ca. 0,1 bis
0,2 bar, entsprechend einer Siedetemperatur von etwa 110°C, anliegt. Danach wird der Verdichter 66' im Sekundärsystem 14' zugeschaltet und gleichzeitig werden die Ventile 75 und 76 geöffnet und das Ventil 73 geschlossen und die Pumpe 74 ausgeschaltet .
Zu erwähnen bleibt noch, dass bei dieser Ausführungsform das Destillat aus der Destillatleitung 31 bei einer Temperatur von etwa 25°C bei einem Druck von etwa 0,1 bar und einem Volumenstrom von 10 m3/h austritt. Der Abschlämmstrom von 31 m3/h besitzt eine Temperatur von noch etwa 24°C und tritt bei einem Überdruck von etwa 0,1 bar aus dem Abschnitt 37' der Abzugsrohrleitung 36' aus.
Bei beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann neben der Ermittlung des CF-Wertes aus dem Vorversuch auch die Dichte und die Viskosität des zu verdampfenden Mediums während der Verdampfung gemessen werden. Ebenfalls werden gemäß Varianten Beobachtungen über eine eventuell stattfindende Schaumbildung an der AusdampfOberfläche des Primärmediums protokolliert. Sollte ein ansteigendes Schaumwachstum ermittelt werden, so wird zu dessen Verhinderung entweder ein geeigneter chemisch wirkender Entschäumer dem eintretenden Abwasser zugeführt (siehe Vorrichtung 19 bzw. 19 gemäß Figur 1 bzw. 2 oder es wird gemäß den in Figur 1A bzw. IB dargestellten Varianten mit Hilfe einer mechanisch wirkenden Schaumzerstorermaßnahme die Schaumbildung kontrolliert. Dies kann z.B. mit einer Art Propeller oder Turbine 91, der/die sich oberhalb der Flussigkeitsoberflache in der Destillationsblase 29 (Figur 1A) von einem Motor 92 angetrieben dreht und die Schaumblasen zerstört. Als weiterer oder anderer mechanischer Schaumzerstorer kann ein über der Verdampfungsoberflache in der Destillationsblase 29' (Fig. IB) angebrachtes Dusensystem 94 zur Anwendung kommen, das noch nicht verdampftes (also flussiges Medium) aus dem unteren Teil im Zweikreis- Warmepumpensystem 12 bzw. 12 'mittels einer Pumpe 95, ansaugt und mit Überdruck (z.B. 5 bar) über die Düsen waagerecht oder von oben in den Schaum spritzt und diesen so zerstört.
Ist das Abwasser hinsichtlich seiner Neigung, bei der gewählten Aufkonzentration (und gewählter
Verdampfungstemperatur) Ablagerungen zu bilden, unkritisch, so können größere CF-Werte (z.B. großer als 1.4 bis 10) gewählt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Abschlammenge geringer wird und somit die Austauschoberflache der Wärmeübertrager 38 bzw. 38' zur Ruckgewinnung der Wärmeenergie kleiner wird und somit Investitionskosten einspart. Eine im Raum 29 bzw. 29' eingebaute kontinuierliche Dichte- und/oder Viskositatsmessung überwacht den im Vorversuch ermittelten CF-Wert, bei dem das aufkonzentrierte Medium noch fließfahig bleibt, bzw. bei den ermittelten Prozesstemperaturen und Prozessdrucken die Apparatur 12, bzw. 12' und 38, bzw. 38' nicht verstopft.
Zur Überwachung des CF-Wertes und somit auch zur einfachen Steuerung der Volumenstrome kann auch ein in die Rohrleitung 37, bzw. 37' eingebautes Leitfahigkeitsmessgerat (-sonde) eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem Abwasser, bei dem das Abwasser innerhalb eines Primärsystems und ein Sekundärmedium, vorzugsweise Rohwasser, innerhalb eines einen Verdichter enthaltenden, vom Primärsystem getrennten, in sich geschlossenen Sekundärsystems verdampft und kondensiert wird, indem das Abwasser durch Erhitzen an dem zuvor im Verdichter verdichteten und weiter erwärmten Sekundärmedium verdampft, anschließend der Abwasserdampf durch eine Zyklon geführt und durch darauffolgende Kondensation des Abwasserdampfes das im Sekundärsystem wieder entspannte Sekundärmedium verdampft wird, und bei dem der dem Primärsystem zugeführte Gesamt-Abwasserstrom in einen ersten Teilstrom und einen zweiten mindestens gleich großen Teilstrom unterteilt wird, von denen der erste Teilstrom in einem von heißen Wasserdestillat am Ausgang des Primärsystems durchströmten ersten Wärmeübertrager und der zweite Teilstrom in einem von der abgezogenen heißen Abschlämmung durchströmten zweiten Wärmeübertrager auf eine Temperatur nahe der Siedetemperatur in Primärsystem gebracht wird und dass das als Konzentrationsfaktor (CF) bezeichnete Verhältnis von zugeführter Gesamtwassermenge pro Zeiteinheit zur Abschlämm-Menge pro Zeiteinheit zwischen einem Wert von größer 1 und einem Wert von etwa 20 gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsfaktor (CF) zwischen einem Wert von größer 1,4 und 10 gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Konzentrationsfaktors (CF) in einem Vorversuch nach dem Typ des Abwassers ermittelt und danach eingestellt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorversuch die Dichte und Viskosität des zu verdampfenden Abwassers ermittelt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem eintretenden Abwasser ein Entschäumungsmittel zugeführt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Destillationsstromes und die Größe des zweiten Teilstromes etwa gleich der Größe des Abschlämmstromes gewählt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilstrom ein weiteres Mal erwärmt wird, und zwar auf eine über der Siedetemperatur im Primärsystem liegende Temperatur derart, dass die Mischung aus erstem und zweitem Teilstrom die im Primärsystem herrschende Siedetemperatur besitzt.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser durch einen im Primärsystem liegenden Umlaufverdampfer geführt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gesamtabwasserstrom in relativ geringen Mengen ein Additiv zur Verhinderung des Kristallwachstums von Anhydrit zugeführt wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keimfreie Wasserdestillat konditioniert wird.
11. Vorrichtung zum Aufbereiten von organisch und/oder anorganisch belastetem Abwasser mit einem Primärsystem (13; 13') für das Abwasser und einem davon getrennten, einen Verdichter (66; 66') enthaltenden, in sich geschlossenen Sekundärsystem (11; 11') zur Wärmeübertragung, wobei das Primärsystem (13; 13') mit dem Sekundärsystem (11; 11') durch einen ersten Wärmetauscher (52) zur Verdampfung des Abwassers und einen zweiten Wärmetauscher (62) zur Kondensation des Abwasserdampfes gekoppelt ist, und mit einem im Brüdenraum des Primärsystems (13; 13') zwischen dem Verdampfer 52) und dem Kondensator (62) angeordneten Zyklon (56) , gekennzeichnet durch einen den dem Primärsystem (13; 13') zugeführten Gesamt-Abwasserstrom in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom unterteilenden Verteiler (22; 22'), durch einen ersten vom heißen Wasserdestillat am Ausgang des Primärsystem (13; 13') durchströmten ersten Wärmeübertrager (28; 28'), in welchem der erste Teilstrom auf eine Temperatur nahe der Siedetemperatur im Primärsystem (13; 13') gebracht werden kann, durch einen von der abgezogenen heißen Abschlämmung durchströmten zweiten Wärmeübertrager (38; 38'), in welchem der zweite Teilstrom auf eine Temperatur nahe der Siedetemperatur im Primärsystem (13; 13') gebracht werden kann, und durch zwei vorgeschaltete Drosselorgane (26, 27; 26', 27'), über die ein Konzentrationsfaktor (CF),das Verhältnis von zugeführter Gesamt-Wassermenge pro Zeiteinheit zur Abschlämm-Menge pro Zeiteinheit, zwischen einem Wert von größer 1 und einem Wert von etwa 20 einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsfaktor (CF) zwischen einem Wert von größer 1,4 und 10 einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Konzentrationsfaktors (CF) in einem Vorversuch nach dem ermittelten Typ des
Abwassers einstellbar ist.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorversuch die Dichte und Viskosität des zu verdampfenden Abwassers ermittelt ist.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem eintretenden Abwasser eine Station (19, 19') zum Beigeben eines Entschäumungsmittels verbunden ist.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Destillatblase (29) eine Heizvorrichtung (32) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Wärmeübertrager (78) vorgesehen ist, der einerseits vom zweiten Teilstrom in der zweiten Zuleitung (24') durchströmt ist und andererseits Teil einer externen Heizeinrichtung ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die öl- oder gasbetriebene Heizeinrichtung mit einem zwangsweise umlaufenden und den dritten Wärmeübertrager (78) durchströmenden Wärmeträgermedium versehen ist.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (28, 38; 28', 38') in Plattenaustauschertechnik aus
Titan hergestellt sind.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (52) im Primarsystem (13; 13') durch einen Umlaufverdampfer mit naturlichem bzw. selbsttätigem oder mit zwangsweisem Flussigkeitsumlauf gebildet ist.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass die die Gesamt- Wassermenge zufuhrende Rohrleitung (16; 16') mit einer Dosierstation (19, 19') zum Zufuhren eines Additivs verbunden ist.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
21, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillatleitung (31; 31') mit einer Konditionierungsstation (39, 39') verbunden ist.
23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 und
22, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (78) mit einem absperrbaren Bypaß (71) versehen ist.
24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis
23, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Destillationsblase (29) oberhalb der Ausdampfoberflache ein mechanisch wirkender Schaumzerstorer (91; 94) vorgesehen ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaumzerstorer ein motorisch angetriebenes Propellerelement (91) vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaumzerstorer ein mit Überdruck ein flussiges Medium aufbringendes Dusensystem (94) vorgesehen ist.
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