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Dokumentenidentifikation DE3524364A1 08.01.1987
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Wasser
Anmelder Linde AG, 6200 Wiesbaden, DE
Erfinder Blaschek, Reimut, Dipl.-Ing. (FH), 8192 Geretsried, DE;
Loscha, Hubert, Dipl.-Ing., 3000 Hannover, DE;
Lux, Horst-Helmut, Dipl.-Chem. Dr., 8027 Neuried, DE
DE-Anmeldedatum 08.07.1985
DE-Aktenzeichen 3524364
Offenlegungstag 08.01.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.01.1987
IPC-Hauptklasse C02F 1/74

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Wasser, bei dem das Wasser in Gegenwart von Sauerstoff durch einen eine von Wasser überspülte Filterschicht aufweisenden Druckfilter geleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Wasseraufbereitung von Trinkwasser, Betriebswasser oder Abwasser durch biochemische Oxidation von Wasserinhaltsstoffen, wie z. B. von Eisen, Ammonium, Mangan oder organischen Substanzen ist es bekannt, das Wasser in Gegenwart von gelöstem Sauerstoff durch geschlossene Druckfilteranlagen zu leiten. Als Sauerstofflieferant wird dabei Luft oder reiner Sauerstoff verwendet, wobei diese Gase in der Regel mittels den Druckfiltern vorgeschalteten Luftmischern oder Oxidatoren in das zu behandelnde Wasser eingeleitet werden. Mit dem Vorschalten der Luftmischer oder Oxidatoren wird das Ziel verfolgt, Gasansammlungen im Filterbett des Druckfilters von vornherein auszuschließen, um ein Blockieren des Filters aufgrund von an den Filtermaterialien anhaftenden Gasblasen zu vermeiden. Ein solcher Sauerstoffeintrag erfordert aber zusätzliche Druckbehälter, die in die Rohwasserleitung integriert bzw. im Nebenstrom angeschlossen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere zur oxidativen Entfernung von Eisen, Mangan, Ammonium und organischen Stoffen aus Wasser sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Beeinträchtigung der Filterleistung vermieden sowie eine hohe Sauerstoffausnutzung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zumindest teilweise in das dem Druckfilter zuzuleitende Wasser eingeleitet, das Wasser oberhalb der Filterschicht in den Druckfilter eingeleitet und sich im zuzuleitenden Wasser nicht lösendes Behandlungsgas am Kopf des Druckfilters in einem Gasraum gesammelt wird.

Bei dieser Verfahrensweise löst sich ein Teil des Behandlungsgases bereits während des Zuleitens des zu behandelnden Wassers zum Kopfraum des Druckfilters. Der Hauptteil des eingebrachten Behandlungsgases sammelt sich dagegen am Kopf des Druckfilters solange in einem Gasraum, bis die gebildete Gasblase eine stationäre Größe erreicht, bei der der Sauerstoffeintrag aus der Gasphase ins Wasser des Druckfilters gleich der Sauerstoffzufuhr aus dem zuzuleitenden Wasser in den Gasraum ist. Die Sauerstoffausnutzung in diesem stationären Zustand beträgt 100%, wobei aufgrund des über dem Filtermedium ausgebildeten Wasserstandes vermieden ist, daß Gasblasen direkt in das Filtermedium gelangen.

Da somit aufgrund von Gasansammlungen im Filtermaterial hervorgerufene Verstopfungen des Druckfilters von vornherein ausgeschlossen sind, kann mit diesem Verfahren bei geringem Investitionsaufwand und geringem Platzbedarf sowie unter hoher Sauerstoffausnutzung eine hohe Filterleistung erreicht werden.

Wird dabei in vorteilhafter Weise als Behandlungszone technischer Sauerstoff verwendet, ist ein zusätzlicher Energieaufwand zum Eintragen des Sauerstoffs in das dem Druckfilter zuzuleitende Wasser nicht erforderlich, da technischer Sauerstoff unter Druck in Gasflaschen oder in Flüssiggastanks gespeichert wird und dieser Druck der Speicheranlagen zum Einleiten des Sauerstoffs in das Wasser ausgenutzt werden kann.

Die Einleitung des Behandlungsgases wird zweckmäßigerweise über das Wassernivau im Kopfraum des Druckfilters eingestellt. Dazu wird ein über der Filterschicht liegender Minimalwasserstand vorgegeben und ein in der Zuleitung des Behandlungsgases liegendes Ventil bei Unterschreiten des Minimalwasserstandes geschlossen bzw. bei Überschreiten des Minimalwasserstandes geöffnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß kein Sauerstoff in die Filterschicht gelangt. Gegebenenfalls kann durch die Einschaltung eines Zeitrelais in die Signalübermittlung von der Messung des Minimalwasserstandes zur Betätigung des Ventils erreicht werden, daß die Sauerstoffzufuhr erst mit einer Zeitverzögerung nach Überschreiten des Minimalwasserstandes eingestellt wird. Damit wird erreicht, daß bei geringen Pegelschwankungen beim Zu- und Abschalten von Förderpumpen das Ventil in der Zuleitung des Behandlungsgases nicht dauernd betätigt wird.

Um einen möglichst schnell Aufbau der Gasblase am Kopf des Druckfilters bis zur stationären Größe zu erhalten, ist es weiterhin vorteilhaft, zeitweise das Behandlungsgas teilweise direkt dem Kopfraum des Druckfilters zuzuführen. Statt dessen oder zusätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, vermehrt Sauerstoff in das dem Druckfilter einzuleitende Wasser zuzuleiten. Damit kann der Filter z. B. nach einer Betriebsunterbrechung zur Filterrückspülung schnell seine maximale Leistung erreichen. Die Sauerstoffzugabe in den Kopfraum des Druckfilters wird vorzugsweise mit Hilfe einer Zeitschaltuhr zeitlich begrenzt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Druckfilterreaktor, der eine Zuleitung für zu behandelndes Wasser, eine Ableitung für behandeltes Wasser sowie eine von Wasser überspülte Filterschicht aufweist. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für zu behandelndes Wasser oberhalb der Filterschicht im Druckfilterreaktor endet, in der Zuleitung für zu behandelndes Wasser eine Gaszufuhreinrichtung angeordnet ist, die Gaszufuhreinrichtung über eine Gasleitung an eine Quelle für ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas angeschlossen ist und im Kopfraum des Druckfilterreaktors ein Gasraum vorhanden ist.

Vorteilhafterweise ist dabei die Zuleitung für zu behandelndes Wasser als Steigleitung durch die Filterschicht des Druckfilterreaktors geführt. Diese Anordnung der Wasserzuleitung ergibt einen möglichst langen Aufstiegsweg der von der Gaszufuhreinrichtung erzeugten Gasblasen, wodurch sich bereits ein Teil des eingetragenen Sauerstoffs in dem in der Zuleitung befindlichen zu behandelnden Wasser löst.

Um Druckverluste in der Zuleitung für zu behandelndes Abwasser und Verlegungen dieser Zuleitung aufgrund des Gaseintragssystems zu vermeiden, ist es des weiteren zweckmäßig, die Gaszufuhreinrichtung in der Wand der Zuleitung für zu behandelndes Wasser auszubilden, z. B. als Kugelkopfdüse oder Sintermetallplatte. Dazu kommt, daß eine solche Einrichtung nur geringe Investitionskosten erfordert.

Zur Steuerung des Gaseintrags ist zweckmäßigerweise der Gaszufuhreinrichtung eine Sauerstoffmeß- und Dosiereinheit und dem Druckfilterreaktor eine Niveaumeßeinrichtung zur Messung des Wasserstandes zugeordnet, wobei die Niveaumeßeinrichtung mit der Sauerstoff-Dosiereinheit derart in Wirkverbindung steht, daß bei einer Unterschreitung des Minimalwasserstandes die Gaszuleitung abgesperrt ist. Durch das Absperren der Gaszuleitung bei einem Minimalwasserstand wird dann vermieden, daß ein sauerstoffhaltiges Gas in das Filterbett gelangt.

Um bei nur kurzzeitiger Überschreitung des Minimalwasserstandes ein Öffnen der Gaszuleitung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn die Niveaumeßeinrichtung ein Zeitrelais aufweist, das die Meßsignale zur Dosiereinheit beeinflußt. Dadurch bleibt die Sauerstoffzufuhr durch Pegelschwankungen, die beispielsweise beim Zu- und Abschalten von Förderpumpen auftreten können, unbeeinflußt.

Für einen schnellen Aufbau der Gasblase im Kopfraum des Druckfilterreaktors nach einer Betriebsunterbrechung ist es schließlich von Vorteil, wenn die Gasleitung zur Gaszufuhreinrichtung eine Zweigleitung mit Ventil zum Kopfraum des Druckfilterreaktors aufweist. Über diese Zweigleitung kann dann zeitweise ein Teil des Behandlungsgases direkt in den Kopfraum des Druckfilterreaktors eingeleitet und damit der stationäre Zustand im Druckfilterreaktor in verhältnismäßig kurzer Zeit aufgebaut werden. Die Gaszuleitung über die Zweigleitung wird dazu vorzugsweise mit Hilfe einer Zeitschaltuhr zeitlich begrenzt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Druckfilterreaktor bezeichnet, der eine Zuleitung 2 für zu behandelndes Wasser, eine Ableitung 3 für behandeltes Wasser sowie eine von Wasser überspülte Filterschicht 4 aufweist. Die Filterschicht 4 ruht auf einem Rost 5, unter dem die Ableitung 3 für behandeltes Wasser an den Druckfilterreaktor 1 angeschlossen ist. Die Zuleitung 2 für zu behandelndes Abwasser ist als Steigleitung durch die Filterschicht 4 geführt und endet oberhalb der Oberfläche der Filterschicht 4. An die Zuleitung 2 für zu behandelndes Wasser ist unterhalb des Druckfilterreaktors 1 eine Zweigleitung 16 angeschlossen, die zu einer Niveaumeßeinrichtung 10 zur Messung des Wasserstandes im Druckfilterreaktor 1 oberhalb der Filterschicht 4 führt.

Damit ein solcher Druckfilterreaktor zur oxidativen Entfernung von z. B. Eisen, Ammonium, Mangan oder organischen Substanzen aus Wasser verwendet werden kann, ist ein hoher Anteil gelösten Sauerstoffs im Wasser erforderlich, wobei zu vermeiden ist, daß Gasblasen in die Filterschicht eindringen, da diese sonst durch anhaftende Gasblasen blockiert wird.

Bei dem dargestellten Druckfilterreaktor wird der Sauerstoffeintrag über eine Gaszufuhreinrichtung 6 in der Zuleitung 2 des zu behandelnden Abwassers sichergestellt. Dazu ist die Gaszufuhreinrichtung 6 über eine Gaszuleitung 7 mit einer Sauerstoffmeß- und Dosiereinrichtung 8 an eine Quelle für ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas, vorzugsweise an eine Quelle für technischen Sauerstoff angeschlossen. Die Gaszufuhreinrichtung 6 ist beispielsweise als Kugelkopfdüse in der Wand der Zuleitung 2 für zu behandelndes Wasser ausgebildet, da dann Druckverluste in der Zuleitung durch das Eintragssystem vermieden werden können. Außerdem kann eine solche Kugelkopfdüse bei Vorhandensein von geeigneten Absperrvorrichtungen und Haltevorrichtungen auch bei Bertrieb des Druckfilters ausgebaut werden.

Durch den Sauerstoffeintrag über die Gaszufuhreinrichtung 6 direkt in die als Steigleitung ausgebildete Zuleitung 2 für zu behandelndes Wasser wird erreicht, daß ein Teil des injizierten Sauerstoffs sich bereits während des Aufstiegs in der Steigleitung in dem zu behandelnden Wasser löst. Der sich dagegen nicht im Wasser lösende Teil des Sauerstoffs steigt in den Kopfraum 9 des Druckfilterreaktors 1 auf und sammelt sich dort, bis die gebildete Gasblase eine stationäre Größe erreicht, bei der der Sauerstoffeintrag aus der Gasphase ins Wasser des Druckfilterreaktors 1 gleich der Sauerstoffzufuhr aus der Steigleitung ist. Die Sauerstoffausnutzung in diesem stationären Zustand beträgt 100%. Wird technischer Sauerstoff als Behandlungsgas verwendet, ist ein Energieaufwand zum Sauerstoffeintrag nicht erforderlich, da dann der Druck des gasförmig oder flüssig gelagerten Sauerstoffs für den Gaseintrag ausreicht.

Durch den Sauerstoff im zu behandelnden Wasser wird beispielsweise bei einer Enteisenung das im Wasser enthaltene Eisen in Eisenhydroxid überführt, das dann an der Filterschicht 4 hängenbleibt und aus dem Wasser abgeschieden wird. Da bei der beschriebenen Vorrichtung ein vollständiges Lösen des Sauerstoffs im Wasser erreicht wird, wird vermieden, daß Gasblasen in die Filterschicht gelangen, was ein Verstopfen der Filterschicht aufgrund anhängender Gasblasen nach sich ziehen würde.

Zur Vermeidung eines direkten Gaseintrags in die Filterschicht 4 dient die Niveaumeßeinrichtung 10. In dieser wird ein Minimalwasserstand des Druckfilterreaktors 1 vorgegeben, der so eingestellt ist, daß die Filterschicht 4 ausreichend mit Wasser überdeckt ist.

Bei Absinken des Wasserstandes im Druckfilterreaktor 1 unter den eingestellten Minimalwasserstand, was z. B. über einen Schwimmer in der Niveaumeßeinrichtung 10 festgestellt werden kann, wird dann ein Ventil der Meß- und Dosiereinrichtung 8 in der Zuleitung 7 für Behandlungsgas geschlossen. Steigt der Wasserstand im Druckfilterreaktor über den eingestellten Minimalwasserstand wird dieses Ventil gegebenenfalls mit Zeitverzögerung wieder geöffnet.

Für einen schnellen Aufbau der Gasblase im Kopfraum 9 des Druckfilterreaktors 1 weist die Zuleitung 7 für Behandlungsgas eine Zweigleitung 11 mit Ventil 12 auf, die zum Kopfraum 9 führt. Über die Zweigleitung 11 kann somit dem Kopfraum 9 direkt Behandlungsgas zugeführt werden. Diese direkte Zuleitung von Behandlungsgas in den Kopfraum 9 wird insbesondere nach einer Betriebsunterbrechung des Druckfilters, beispielsweise zur Filterrückspülung, durchgeführt, um in kurzer Zeit die maximale Leistung des Druckfilters wieder herstellen zu können.

Zur Filterrückspülung kann behandeltes Wasser aus der Ableitung 3 unten in den Druckfilterreaktor 1 als Spülwasser eingeleitet werden. Dieses Spülwasser wird dann nach Durchströmen der Filterschicht 4 über die Zuleitung 2 und eine dieser zugeordneten Zweigleitung 15 abgezogen. In der Zuleitung 2 und in der Zweigleitung 15 sind dazu entsprechende Absperrventile angeordnet. Zusätzlich kann über eine unten an dem Druckfilterreaktor 1 angeordnete Luftzuleitung 14 Spülluft in die Filterschicht 4 eingeleitet werden, die dann aus dem Kopfraum 9 des Druckfilterreaktors 1 über eine Entlüftungsleitung 13 mit Absperrventil abgezogen wird. Wichtig ist dabei, daß vor Inbetriebnahme des Druckfilterreaktors alle Luft aus der Filterschicht 4 entfernt wird, da ansonsten die Gefahr des Verstopfens der Filterschicht aufgrund der anhaftenden Gasblasen gegeben ist. Dies kann beispielsweise durch ausreichende Spülung der Filterschicht mit dem Spülwasser erreicht werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Behandeln von Wasser, bei dem das Wasser in Gegenwart von Sauerstoff durch einen eine von Wasser überspülte Filterschicht aufweisenden Druckfilter geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zumindest teilweise in das dem Druckfilter zuzuleitende Wasser eingeleitet, das Wasser oberhalb der Filterschicht in den Druckfilter eingeleitet und sich im zuzuleitenden Wasser nicht lösendes Behandlungsgas am Kopf des Druckfilters in einem Gasraum gesammelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsgas technischer Sauerstoff verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Behandlungsgases über das Wasserniveau im Kopfraum des Druckfilters eingestellt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zweitweise das Behandlungsgas teilweise direkt dem Kopfraum des Druckfilters zugeführt wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Druckfilterreaktor, der eine Zuleitung für zu behandelndes Wasser, eine Ableitung für behandeltes Wasser sowie eine von Wasser überspülte Filterschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (2) für zu behandelndes Wasser über der Filterschicht (4) im Druckfilterreaktor (1) endet, in der Zuleitung (2) für zu behandelndes Wasser eine Gaszufuhreinrichtung (6) angeordnet ist, die Gaszufuhreinrichtung (6) über eine Gasleitung (7) an eine Quelle für ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas angeschlossen ist und im Kopfraum (9) des Druckfilterreaktors (1) ein Gasraum vorhanden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (2) für zu behandelndes Wasser als Steigleitung durch die Filterschicht (4) des Druckfilterreaktors (1) geführt ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhreinrichtung (6) in der Wand der Zuleitung (2) für zu behandelndes Wasser ausgebildet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszufuhreinrichtung (6) eine Sauerstoffmeß- und Dosiereinrichtung (8) und dem Druckfilterreaktor (1) eine Niveaumeßeinrichtung (10) zur Messung des Wasserstandes zugeordnet ist und daß die Niveaumeßeinrichtung (10) mit der Sauerstoff- Dosiereinheit (8) derart in Wirkverbindung steht, daß bei Unterschreiten eines Minimalwasserstandes die Gaszuleitung (7) abgesperrt ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveaumeßeinrichtung (10) ein Zeitrelais aufweist, das die Meßsignale zur Dosiereinheit beeinflußt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung (7) zur Gaszufuhreinrichtung (6) eine Zweigleitung (11) mit Ventil (12) zum Kopfraum (9) des Druckfilterreaktors (1) aufweist.






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