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Die Erfindung betrifft eine Flotationsanlage mit einer Luftzuführeinnchtung, mit der einem in ein Becken zugeführten Rohwasser Luftblasen zuführbar sind, um ein Aufschwimmen von im Rohwas- ser suspendierten Flocken mit Hilfe der Luftblasen herbeizuführen.
Derartige Flotationsanlagen arbeiten insbesondere nach dem Prinzip der Direkt- oder Luftflota- tion, wobei bekannte Direktflotationsanlagen wenig effektiv sind, da bisher nur relativ grosse Luft- blasen erzeugt und in das Rohwasser abgegeben werden konnten. Der Trend ging daher zur sog.
Entspannungsflotation, die heute fast durchwegs eingesetzt wird. Bei der Entspannungsflotation wird zum Lösen der benötigten Luftmenge die Luft in Wasser angereichert und an einem Entspan- nungsventil entspannt. In einer benachbarten Mischzone wird der mit Luft gesättigte Teilstrom dann mit Rohwasser gemischt, wobei sich Luftblasen ausbilden. Diese Mischzone ist in der Regel nicht sehr gross, und es kommt dort häufig zur Koaleszenz von Luftblasen. Dadurch ergeben sich wiederum grosse Luftblasen, die zu einer reduzierten Effizienz der Flotationsanlage führen. Abge- sehen davon ist bei dieser Entspannungsflotation von Nachteil, dass der Luftblaseneintrag nur von der Mischzone her erfolgen kann, was ebenfalls den Wirkungsgrad der Anlage beeinträchtigt.
Aus der DE 26 56 477 A ist eine Flotiervorrichtung bekannt, bei der eine gasdurchlässige Ge- webematte oberhalb einer Bodenvertiefung verwendet wird, um die Belüftung der enthaltenen Flüssigkeit zu erreichen. Derartige Gewebematten können aber nur relativ grosse Luftblasen erge- ben, üblicherweise in der Grössenordnung von 5 mm, so dass diese Ausbildung beispielsweise für die Abscheidung von Belebtschlamm in Kläranlagen ungeeignet ist. Ausserdem ist auch die Reini- gung der Gewebematten relativ aufwendig.
In der EP 250 316 A ist eine Flotationsvorrichtung beschrieben, bei der mehrere Kammern vor- gesehen sind, wobei in einem mittleren Diffusionsabschnitt zur Begasung ein Belüfter, üblicherwei- se ein keramischer Belüfter, vorgesehen ist, wogegen in den benachbarten eigentlichen Flotati- onskammern keine eigenen Belüfter angeordnet sind. In der mittleren Kammer muss für die Bega- sung eine hohe Geschwindigkeit vorgesehen werden, um das Gas bzw. die Luft nach unten und seitwärts zu den eigentlichen Flotationskammern zu zwingen. Dabei sind hohe Druckverluste gegeben und die Effizienz dieser Vorrichtung ist relativ niedrig. Bei dieser Vorrichtung wird auch in erster Linie eine Vermischung der Gas- und Wasserphase angestrebt. Ein Flotationseffekt tritt eher nebenbei auf.
Demgemäss werden Sinkstoffe bei dieser Vorrichtung nicht aufwärts zur Oberfläche der Flüssigkeit bewegt, sondern nach dem Absinken am Boden gesammelt.
Aus der DE 86 29 601 U ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Schlammwasser, insbeson- dere zum Abscheiden von Lackschlamm bekannt, wobei zur Begasung eine poröse, nicht elasti- sche Feststoffplatte an der Eingangsseite eines Druckluftbehälters eingesetzt wird. Dabei ist zur Begasung ein hoher Druck erforderlich; nichtsdestoweniger ist bei derartigen porosen Begasungs- platten die Gefahr einer Verstopfung gross.
Aus der DE 36 13 665 A ist schliesslich ein Leichtflüssigkeitsabscheider mit einer Reaktions- kammer bekannt, in der Zuführleitungen für die Zufuhr von Luftbläschen in die Flüssigkeit ange- bracht sind. Die Zugabe erfolgt hier in erster Linie zum Austreiben von in der Flüssigkeit enthalte- nen Detergentien, jedoch ist der bekannte Abscheider nicht geeignet, Sinkstoffe, also Stoffe mit einer Dichte grösser als jene der Flüssigkeit, einer Abscheidung zuzuführen.
Bei solchen Sinkstof- fen muss der natürliche Sinkvorgang in eine Aufwärtsbewegung umgewandelt werden, wofür bisher, wie bereits vorstehend erwähnt, üblicherweise die sogenannte Entspannungsflotation eingesetzt wird
Es ist nun Ziel der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und eine Flotationsanlage der vorstehend angegebenen Art vorzusehen, bei der mit einfachen Mitteln eine verbesserte Wirkung bei der Flotation erzielt wird. Insbesondere wird dabei em verbesserter Luftblaseneintrag in das Rohwas- ser angestrebt, wobei auch die Koaleszenz von Luftblasen zumindest weitestgehend vermieden werden soll.
Die erfindungsgemässe Flotationsanlage der eingangs angeführten Art ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Luftzuführeinrichtung an sich bekannte, zum Einbau im Bodenbereich vorgese- hene Streifen- bzw. Platten-Belüfter mit gelochten Membranen aufweist, wobei die Löcher der
Membranen zur Abgabe von Luftblasen mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,5 mm, bemessen sind. Bei der vorliegenden Flotationsanlage wird somit auf an sich bekannte Mittel zum Einbringen der Luftblasen in das Rohwasser zurückgegriffen, nämlich auf die sog. Streifen- bzw Platten-Belüfter, bei denen oberhalb einer Platte eine flexible Membran
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gespannt ist, die mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern zum Durchlassen von Luft unter Blasenbildung versehen ist.
Derartige Belüfter werden in Belüftungsbecken eingesetzt, wobei dort im Vergleich zu Flotationsanlagen allerdings andere spezifische Luftbelastungen gegeben sind.
Insbesondere ist dort zwar beispielsweise eine um einen Faktor 100 oder mehr grössere spezifische Luftbelastung als bei Flotationsanlagen gegeben, jedoch werden für die Belüftungszwecke auch grössere Luftblasen abgegeben : in der Regel beträgt der typische Durchmesser der Luftblasen bei diesen herkömmlichen Belüftern einige mm, z. B. 2 bis 3 mm. Im Fall von Flotationsanlagen sollen jedoch die Luftblasen nach Möglichkeit nur im Bereich von einigen Zehntel mm gross sein, bei- spielsweise eine mittlere Grösse (d. h. einen mittleren Durchmesser) von 0,5 mm haben.
Mit derartigen Belüftern, mit entsprechender Luftblasengrösse und einer entsprechenden An- zahl von Öffnungen oder Löchern in den Membranen, können im Vergleich zu herkömmlichen Luft- und Entspannungsflotationen wesentlich verbesserte Resultate erzielt werden. Die Membranen erlauben dabei durch die angepasste Auswahl von Grösse und Anzahl der Löcher einen weiten Regelbereich für den Luftblaseneintrag, je nach spezieller Anwendung der Flotationsanlage, wobei spezifische Luftbelastungen von beispielsweise 0,1 bis 5 Nm3/hmz möglich sind.
Mit einer derarti- gen spezifischen Luftbelastung kann die Flotationsanlage mit Parametern entsprechend jenen, wie sie üblicherweise bei Entspannungsflotationen gegeben sind, betrieben werden ; kann die Aufstiegsgeschwindigkeit im Flotationsraum beispielsweise 2 bis 10 m3/hm2 betragen und das Luft/Schwebstoffverhältnis kann im Bereich von 0,01 bis 0,05 Nm3/kgTS (TS-Trockensubstanz) liegen. Der Schwebstoffgehalt (TS) im Rohwasser kann beispielsweise 100 bis 20 000 mg/l betra- gen.
Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der angesprochenen Membran-Belüfter in der Flotationsan- lage ist, dass bei der gegebenen spezifischen Luftbelastung auch eine Koaleszenz von Luftblasen vermieden werden kann. Hierzu trägt auch bei, dass das Einbringen von Luft über den gesamten Flotationsraum verteilt erfolgen kann, was überdies den Wirkungsgrad beim Aufschwimmen der in der Flüssigkeit verteilten Teilchen und das Anreichern dieser Teilchen an der Flüssigkeitsoberfla- che, in der Flotat-Schicht, begünstigt. An sich ist es, wenn es die Betriebsparameter erlauben, durchaus denkbar, den Flotationsraum nur teilweise mit den genannten Membran-Belüftern zu belegen. Für eine besonders effiziente Flotation ist es jedoch günstig, wenn im Wesentlichen der gesamte Boden der Flotationsanlage mit Belüftern ausgerüstet ist.
Um die feinen Luftblasen, vorzugsweise mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 mm, allge- mein 0,1 bis 0,9 mm, zu erzeugen, ist die Membran entsprechend klein zu lochen, und hiefür hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Membranen durch Mikronadelung gelocht sind.
Um die für die Flotation erforderliche günstige spezifische Luftbelastung im vorstehend ange- gebenen Bereich zu erreichen, ist es weiters bei Vorsehen von entsprechend kleinen Löchern von Vorteil, wenn die Anzahl der Löcher 10 bis 100 pro cm2 Membranfläche beträgt.
Die erfindungsgemäss verwendeten Membran-Belüfter sind einfach und kostengünstig in der Herstellung, in der Montage sowie auch im Betrieb, und sie können im Prinzip einen Aufbau wie aus dem Stand der Technik bekannt aufweisen In diesem Zusammenhang ist beispielsweise auf die WO 95/35156 A, aber auch auf die DE 34 41 731 A oder DE 42 40 300 A zu verweisen.
Die Membranen können einfach aus Kunststoff, wie einem Polykondensat oder einem Polyad- ditionsprodukt, bestehen. Vorzugsweise kann die Membran aus Polyurethan, EPDM, Silikon, Viton, Polyethylen-Trifluorid oder Polycarbonat bestehen. Selbstverständlich sind auch andere Kunst- stoffmaterialien denkbar, soweit sie die entsprechende Festigkeit besitzen und mit Mikronadeln perforierbar sind. Bei diesem Durchstechen werden bevorzugt Mikronadeln mit einem Durch- messer von 0,1 bis 1 mm verwendet, wobei die gebildeten Löcher im drucklosen Zustand der Membran praktisch geschlossen sind und sich erst bei einem Überdruck, z. B von 30 bis 80 mbar auf der einen Seite (wo die Luft zugeführt wird) öffnen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen : 1 schematisch eine Flotationsanlage in einem Vertikalschnitt; Fig. 2 eine etwas modifizierte Flotationsanlage in einer schematischen Draufsicht, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch diese Flotationsanlage gemäss der Linie 111-111 in Fig. 2 ; Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch einen bei einer solchen Flotationsanlage gemäss Fig. 1 bis 3 verwendeten Platten- oder Streifen-Belüfter.
In Fig. 1 ist schematisch ein Becken 1 dargestellt, dem über einen Zulauf 2 aus einem vorge-
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ordneten Becken, insbesondere einem Flockungsbecken (nicht gezeigt), Rohwasser zugeführt wird. Dieses Rohwasser gelangt dabei als erstes in einen durch eine Trennwand 3 vom übrigen Becken 1 abgetrennten Bereich 4, von dem es in den eigentlichen Flotationsbereich 5 durch Ein- strömen unterhalb der Trennwand 3 gelangt. Dabei wird sichergestellt, dass das Rohwasser im Bodenbereich zugeführt wird, von wo das Aufsteigen der in ihm vorhandenen Flocken mit Hilfe von Luft unterstützt wird.
Im Einzelnen bringen im Bodenbereich des Beckens 1 zugeführte Luftblasen, die schematisch in Fig. 1 bei 6 durch vertikale Striche angedeutet sind, die Flocken im Rohwasser (die beispielsweise im Flockungsbecken davor im Rohwasser ausgebildet wurden) zum Auf- schwimmen, um in der oberen Zone des Beckens 1 eine Flotat-Schicht 7 zu bilden, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Dieses Flotat 7 wird dann zyklisch oder kontinuierlich entfernt, wozu beispielsweise eine in der Art einer Fördereinrichtung wirkende Räumvorrichtung 8 vorgesehen sein kann, die das Flotat mit Hilfe von Schaufeln 9 in eine Schlammrinne 10 fördert. Aus dieser Rinne 10wird der Schlamm sodann auf nicht näher veranschaulichte, herkömmliche Weise ent- fernt.
An der in Fig. 1 rechten Seite des Beckens 1 ist eine wiederum durch eine Trennwand 11 vom übrigen Becken abgesonderte Reinwasser-Entnahmezone 12 vorgesehen, von wo Reinwasser über eine Leitung 13 zu einer das Reinwasser-Niveau regulierenden, höhenverstellbaren Reinwas- ser-Überlaufeinrichtung 14 in einem eigenen Becken oder Beckenbereich 15 geführt wird, aus dem das Reinwasser bei 16 entnommen wird. Die Überlaufeinrichtung 14 ist von an sich herkömmlicher Bauart, auch was ihre Vertikalverstellung anlangt, die m Fig. 1 nur schematisch mit einem vertika- len Doppelpfeil angedeutet wurde ; detaillierte Beschreibung hiervon kann sich somit erübri- gen.
Wesentlich fur die vorliegende Flotationsanlage ist der Einsatz von im Bodenbereich des Flota- tionsbeckens 1 angeordneten, an sich von Belüftungsbecken her bekannten Platten- oder Streifen- Belüftern 17, die zur Abgabe von feinen Luftbläschen, in der Grössenordnung von 0,1 bis 0,9 mm, bevorzugt mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 mm, ausgebildet sind. Derartige Belüfter 17 sind wie erwähnt an sich vom Belüftungsbecken her bekannt, dort jedoch fur andere Luftdurchsat- ze und andere Luftblasengrössen ausgelegt, wobei insbesondere Luftblasen in der Grössenordnung von einigen mm Durchmesser abgegeben werden.
Demgegenüber ist für die vorliegende Flotati- onsanlage eine feinere Lochung der Membranen der Belüfter 17 durch Mikronadelung vorgesehen, und insgesamt ist auch der Luftdurchsatz bei der vorliegenden Flotationsanlage geringer als im Fall von Belüftungsbecken.
Bevor nun der prinzipielle Aufbau eines solchen mit einer gelochten Membran versehenen Be- lüfters 17 anhand der Fig. 4 erläutert wird, soll zuvor noch auf eine etwas modifizierte Flotationsan- lage unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 eingegangen werden, wobei aus Fig. 2 ersichtlich ist, dass praktisch der gesamte Boden des Flotationsbeckens 1 mit Belüftern 17 der angeführten Bau- weise ausgelegt sein kann.
Im Einzelnen ist bei dem in Fig. 2 und 3 teilweise dargestellten Flotationsbecken 1 ein Roh- wasserzulauf 2' mit aufwärts gekrümmten Rohren vorgesehen. An der Oberseite des Flotations- raumes 5 befindet sich eine hier drehbar um eine horizontale Achse gelagerte Schlammrinne 10', durch deren Verschwenkung der eine Rand, über den das Flotat 7 in sie einströmen kann, wahl- weise tiefer oder höher verstellt werden kann. Aus dieser Schlammrinne 10' wird der Schlamm wieder abtransportiert, s. den Pfeil in Fig. 2. Bei der Flotationsanlage gemäss Fig. 2 und 3, die im Vergleich zu jener von Fig. 1 kleiner dimensioniert ist, kann sich somit eine Schlamm-Raum- einrichtung, wie die Einrichtung 8 in Fig. 1, erübrigen.
Bei 14' ist sodann in Fig. 2 und 3 ein Reinwasser-Überlauf aus einem Remwasserbereich 12' in eine Reinwasser-Ablaufrinne 18 veranschaulicht, aus der das Reinwasser entnommen wird, wie schematisch in Fig 2 bei 16 mit einem Pfeil dargestellt ist.
Die Belüfter 17 sind gemäss der Draufsicht von Fig. 2 in mehreren - z.B. fünf - Gruppen zu je- weils mehreren - z. B. sechs - streifenförmigen Belüftern 17 zusammengefasst ; dieBelüfter 17 werden dabei z. B. gruppenweise mit Luft auf nicht näher dargestellte, an sich herkömmliche Art über Leitungen versorgt, und sie können auch gruppenweise aus- und eingebaut werden.
Ein Querschnitt durch einen derartigen Belüfter 17 ist schematisch in Fig. 4 gezeigt, wobei er- sichtlich ist, dass oberhalb einer streifenförmigen oder aber breiten Platte 19 eine Membran 20 angeordnet ist, die am Plattenrand auf eine übliche Weise, beispielsweise durch Kleben, Schrau-
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ben, Klemmen oder dergl., fixiert ist, was in Fig. 4 nur schematisch dargestellt ist. Dem Raum zwischen der Platte 19 und der Membran 20 wird unter Druck stehende Luft von der Unterseite her, durch eine Bohrung 21 in der Platte 19, zugeführt, wobei aber selbstverständlich auch die Druckluftzuführung von der Oberseite her, durch die Membran 20 hindurch, denkbar wäre, wie dies ebenfalls bereits an sich bekannt ist.
Die Membran 20 ist mit durch Mikronadelung mechanisch erzeugten Löchern 22 versehen, wobei diese Löcher 22 im drucklosen Zustand der Membran 20 in der Regel geschlossen sind, jedoch bei der Zuführung der Druckluft, wenn sich die Membran 20 spannt und leicht aufwölbt, geöffnet werden, so dass ihre Grösse (Durchmesser) im Zehntel-mm-Bereich liegt. Je nach ange- legtem Druck, nach Dicke der Membran (die beispielsweise 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,1 bis 0,5 mm betragen kann), nach dem Material der Membran etc. ergeben sich dann beim Hindurch- treten von Luft durch die Löcher 22 feine Luftbläschen mit einem Durchmesser in der Grössenord- nung von 0,1 bis 0,9 mm, insbesondere mit einem mittleren Durchmesser von 0,9 mm.
Die zum Lochen der Membran 20 verwendeten Mikronadeln sind daher jeweils entsprechend dieser Zielset- zung abhängig vom Luftdruck, von der Membranelastizität und Membrandicke etc. zu wählen, was aufgrund von einfachen Versuchen rasch erfolgen kann.
Die Membran besteht bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Polykon- densat oder einem Polyadditionsprodukt, wie z. B. aus Polyurethan, EPDM, Silikon, Viton, PE- Trifluorid oder Polycarbonat. Derartige Materialien erlauben die genannte feine Lochung, und sie besitzen andererseits eine hohe Lebensdauer, so dass insgesamt eine preiswerte, im Betrieb wirt- schaftliche und zuverlässige Flotationsanlage erzielt wird.
Wenn es die jeweiligen Betriebsparameter erlauben, kann selbstverständlich auch nur ein Teil des Bodens des Flotationsbeckens 1 bzw. 1 mit Belüftern 17 wie vorstehend beschrieben belegt werden.
An sich ist es aber bevorzugt, Luftblasen über den gesamten Flotationsraum verteilt einzubrin- gen, wobei auch eine unerwünschte Koaleszenz der abgegebenen Luftblasen - die den Wirkungs- grad der Flotationsanlage herabsetzen würde - weitestgehend verhindert wird. In diesem Zusam- menhang werden bevorzugt 10 bis 100 Löcher 22 pro cm2Membranfläche vorgesehen, wobei die Löcher 22 wie erwähnt sehr fein sind.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Flotationsanlage mit einer Luftzuführeinrichtung, mit der einem in ein Becken zugeführten
Rohwasser Luftblasen zuführbar sind, um ein Aufschwimmen von im Rohwasser suspen- dierten Flocken mit Hilfe der Luftblasen herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Luftzuführeinrichtung an sich bekannte, zum Einbau im Bodenbereich vorgesehene Strei- fen- bzw. Platten-Belüfter (17) mit gelochten Membranen (20) aufweist, wobei die Löcher (22) der Membranen (20) zur Abgabe von Luftblasen mit einem mittleren Durchmesser von
0,1 bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,5 mm, bemessen sind.