Wassertechnologie: Fällung - Flockung - Separation

ISBN-13: 9783540179672 / Niemiecki / Miękka / 1987 / 318 str.

Hermann H. Hahn

Opis

Fallung, Flockung und die dazugehorige Abtrennung sind "Arbeitspferde' der Wasseraufbereitung, ebenso wie die mechanisch-biologische Behandlung das wichtigste Grundverfahren der Abwasserreinigung ist. Mit zunehmender In tensivierung der Wassernutzung und der sich ergebenden Verkiirzung des natiirlichen Wasserkreislaufes verlieren sich die Unterschiede zwischen Wasser aufbereitung und Wasserreinigung mehr und mehr. Und die Dosierung fallungs und flockungswirksamer Chemikalien wird zu einem haufiger eingesetzten Ver fahren in der intensivierten Abwasserreinigung. Es ist also zweifelsohne an der Zeit, diese ProzeBschritte allgemein als wichtige wassertechnologische Verfah ren darzustellen und im Hinblick auf Grundlagen, Anwendungsbereiche und Leistungsfahigkeit zu analysieren. Das Hauptanliegen dieses Buches ist, den Ingenieur der Wassergiitewirt schaft und des Siedlungswasserbaus - Studenten und in der Praxis Stehende gleichermaBen - mit den Moglichkeiten und Grenzen von" Fallung, Flockung, Abtrennung" in der Wassertechnologie vertraut zu machen. Dabei liegt in den mehr anwendungsorientierten Kapiteln das Schwergewicht der Darstellung bei der Erorterung der Moglichkeiten in der Abwasserreinigung in Ubereinstim mung mit der eingangs beschriebenen Entwicklungstendenz. Mit den einleitenden Bemerkungen wird versucht, die Wechselwirkung und auch die Verwandtschaft zwischen Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung vor dem Hintergrund der Nutzungsvielfalt der Wasserresourcen darzustellen."

Spis treści

1 Gewässerschutz, Wassernutzung und Wasserreinigung.- 1.1 Historische Entwicklung.- 1.2 Chemische Verfahren in der Wassertechnologie allgemein.- 1.3 Fällung, Flockung, Separation in der Abwasserreinigung.- Grundlagen.- 2 Chemische Grundlagen der Fällung und Flockung.- 2.1 Das Nebeneinander von Fällung und Flockung in der praktischen Anwendung.- 2.2 Fällung.- 2.2.1 Thermodynamische und kinetische Aspekte.- 2.2.2 Illustrationsbeispiele.- 2.2.3 Hinweise für die verfahrenstechnische Umsetzung.- 2.3 Flockung.- 2.3.1 Die Stabilität von Suspensa.- 2.3.2 Die Entstabilisierung von Suspensionen.- 3 Physikalische Grundlagen der Fällung und Flockung.- 3.1 Begriffsbestimmung.- 3.2 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt.- 3.2.1 Kinetische Formulierungen der Koagulation mittels Brownscher Diffusion.- 3.2.2 Kinetische Formulierung der Koagulation infolge von Geschwindigkeitsgradienten.- 3.2.3 Vergleich zwischen experimentellen Beobachtungen und der von der Theorie vorhergesagten Ergebnisse.- 3.3 Die Messung des Flockungsvorganges.- 3.3.1 Direkte Beobachtung (Messung) von Partikelgröße und Konzentration.- 3.3.2 Indirekte Messung von Partikelgröße und Konzentration.- 3.4 Möglichkeiten der Anwendung der kinetischen Modelle auf reale Systeme.- 3.4.1 Der mittlere Geschwindigkeitsgradient.- 3.4.2 Die Wirksamkeit verschieden geformter Rührersysteme.- 3.4.3 Einfluß der Reaktionszeit.- 3.5 Grenzen der Anwendbarkeit des physikalischen Modells zur Beschreibung der Kinetik des Flockungsvorganges.- 3.5.1 Die Phänomene nichthomogener Energiedissipation und nichtuniformer Aufenthaltsverteilung in tatsächlichen Reaktoren.- 3.5.2 Das Phänomen der Heterodispersität von Suspensionen und dessen Einfluß auf die Aggregation.- 3.5.3 Von der Kugelgestalt abweichende Aggregatform und Aggregatporosität.- 3.6 In der Wassertechnologie beobachtete Abweichungen vom vorhergesagten Reaktionsverlauf.- 3.6.1 Tatsächliche Aggregation in Reaktoren mit nichtuniformer Energiedissipation und nichtuniformer Aufenthaltszeitverteilung.- 3.6.2 Tatsächliche Aggregation heterodisperser Suspensionen.- 3.6.3 Tatsächlicher Einfluß der Inhomogenität in Flockengröße und Flockenstruktur auf den Aggregationsprozeß.- 3.7 Schlußbemerkungen.- Chemikalienzugabe.- 4 Auswahl der Chemikalien.- 4.1 Einsatzort und Chemikalienauswahl.- 4.2 Vergleich der Flockungschemikalien.- 4.3 Die einzelnen Chemikalien im praktischen Einsatz.- 4.3.1 Calcium.- 4.3.2 Dreiwertiges Eisen (und oxidiertes zweiwertiges Eisen) und dreiwertiges Aluminium.- 4.3.3 Polyaluminium.- 4.3.4 Organische Polymere als Flockungsmittel.- 4.4 Weitere Entwicklungen.- 5 Einmischung der Chemikalien.- 5.1 Die Aufgabenstellung.- 5.2 Hinweise auf nicht optimale Einmischung.- 5.2.1 Bildung der flockungsaktiven Verbindung.- 5.2.2 Transport der Chemikalien in die Nähe des Reaktionspartners.- 5.2.3 Direkte Anlagerung des Fällungs- und Flockungsmittels an der Suspensaoberfläche.- 5.3 Konsequenzen für Entwurf und Betrieb.- 6 Reaktortyp und Reaktorform.- 6.1 Prozeßablauf und Reaktorentwurf.- 6.2 Idealisierte Reaktortypen.- 6.3 Reale Reaktoren — Durchströmungsmuster.- 6.4 Reale Reaktoren — Energiedissipationsmuster.- 6.5 Empfehlungen für den schrittweisen Entwurf unter Berücksichtigung von betrieblichen Korrekturen.- 6.5.1 Einflußgrößen.- 6.5.2 Entwurf und Betrieb.- Flüssig/fest-Trennung.- 7 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Abtrennbarkeit.- 7.3 Verfügbare Verfahren der Abtrennung.- 7.3.1 Siebung.- 7.3.2 Filtration.- 7.3.3 Sedimentation.- 7.3.4 Flotation.- 7.3.5 Einsatzbereich der einzelnen Verfahren.- 8 Flüssig/fest-Trennung durch Filtration.- 8.1 Vorbemerkungen.- 8.2 Grundlagen der Beschreibung des Filtrationsprozesses.- 8.2.1 Massenbilanz.- 8.2.2 Kinetische Gleichung.- 8.2.3 Darstellung der Filterkonstante.- 8.2.4 Beschreibung des Druckverlustes.- 8.3 Verschiedene technische Varianten des Filtrationsprozesses.- 8.3.1 Einflußgrößen.- 8.3.2 Filterverfahren.- 8.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs von Filtern.- 8.5 Leistungsfähigkeit des Filters.- 9 Flüssig/fest-Trennung durch Sedimentation.- 9.1 Vorbemerkungen.- 9.2 Grundlagen der Beschreibung des Sedimentationsverfahrens.- 9.2.1 Sedimentationsbewegung eines Körpers in einem ruhenden Medium (die Stokessche Beziehung).- 9.2.2 Die Abscheidung eines sedimentierenden Körpers in einem Sedimentationsbecken (der Oberflächensatz).- 9.2.3 Gesichtspunkte der Durchströmung des Sedimentationsreaktors (Hydraulik des Sedimentationsbeckens).- 9.2.4 Der Sedimentationsprozeß in realen Absetzanlagen.- 9.3 Verfahrensausbildungen — Varianten des Sedimentationsreaktors.- 9.3.1 Rechteckbecken (ohne Einbauten).- 9.3.2 Rundbecken (ohne oder mit Einbauten).- 9.3.3 Rechteckbecken mit lamellen- oder rohrartigen Einbauten.- 9.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs rechteckiger und runder Becken ohne Einbauten.- 9.5 Orientierende Angaben zur Leistungsfähigkeit der Sedimentation in Verbindung mit der Dosierung von Fällungs-/Flockungschemikalien.- 10 Flüssig/fest-Trennung durch Flotation.- 10.1 Vorbemerkungen.- 10.2 Grundlagen der Beschreibung des Flotationsprozesses.- 10.2.1 Teilprozesse.- 10.2.2 Reaktionsschritt 1: Generierung von Gasblasen.- 10.2.3 Reaktionsschritt 2: Anlagerung der Gasblasen.- 10.2.4 Reaktionsschritt 3: Aufwärtsbewegung.- 10.3 Verschiedene technische Varianten des Flotationsprozesses (Entspannungsflotation).- 10.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs von Flotationsanlagen.- 10.4.1 Bemessungs- und Entwurfsgrößen.- 10.4.2 Einbeziehung von Laborerfahrungen und Erkenntnissen aus halbtechnischen sowie großtechnischen Vorversuchen.- 10.5 Orientierende Angaben zur Leistungsfähigkeit des Flotationsprozesses in der Abtrennung von Fällungs- und Flockungsprodukten.- 11 Menge und Eigenschaften der abgetrennten Feststoffe.- 11.1 Vorbemerkungen.- 11.2 Menge der abgeschiedenen Feststoffe.- 11.2.1 Der Feststorfstrom bei der Abwasserreinigung durch Fällung/Flockung.- 11.2.2 Feststoff- und Wassergehalte verschiedener Fällungs- und Flockungsschlämme.- 11.2.3 Im Kläranlagenbetrieb beobachtete Schlammengen.- 11.2.4 Steuerung der Eigenschaften der Fällungs- und Flockungsschlämme.- 11.3 Eigenschaften des Feststoff-Wasser-Gemisches.- 11.3.1 Praktisch verwendbare Parameter zur Beschreibung der Behandelbarkeit.- 11.3.2 Abtrennbarkeit.- 11.3.3 Schlammeindickung.- 11.3.4 Schlammentwässerung.- 11.3.5 Hinweise auf Schlammbehandelbarkeit aus mikroskopischen Untersuchungen.- Abschließende Bemerkungen.- 12 Aufwand, Wirksamkeit und Erfolg.- 12.1 Ort- und Zeitspezifität von Leistungs- und Kostenangaben.- 12.2 Leistungsfähigkeit der durch Chemikaliendosierung unterstützten mechanisch-biologischen Reinigung häuslicher Abwässer.- 12.2.1 Leistungsfähigkeit des Verfahrens im Hinblick auf Klarwasserqualität.- 12.2.2 Mittlere Prozeßleistungsfähigkeit.- 12.2.3 Streubreite der Prozeßleistungsfähigkeit.- 12.3 Die Kosten der durch Chemikaliendosierung intensivierten Abwasserreinigung.- 12.3.1 Kosten für Chemikalien, Chemikalienlagerung und Chemikaliendosierung.- 12.3.2 Kosten der Flüssig/fest-Trennung nach Chemikaliendosierung, dargestellt am Beispiel des Flotationsverfahrens.- 12.3.3 Kosten für Behandlung und Beseitigung des zusätzlichen Schlammes aus der Chemikaliendosierung.- 12.3.4 Vergleich der einzelnen Kostenfaktoren.- Literatur.