Mechanische Abwasserverfahren

a) Die Beckenhöhe hat in der Theorie keinen Einfluss, da sie sich in der Berechnung herauskürzt.  Die minimale Beckengrundfläche A_Sed wird als Klärfläche bezeichnet.

b) Beckenhöhe hat aufgrund von Verwirbelungen und Turbulenzen (erzeugt durch Winde, Räumer, Temperaturunterschiede im Wasser)  Einfluss auf die Sedimentation à Mindesthöhe des Beckens erforderlich.

Ausschlaggebend ist allein die Klärfläche

• Wenn die Sinkgeschwindigkeit der Partikel sehr klein ist, dann wird eine sehr große Klärfläche benötigt.
• Ein Lamellenabscheider (Schrägklärer) ist ein Apparat mit schräg gestellten Zwischenböden.
• Dadurch wird die Klärfläche vergrößert bei gleichem Beckenvolumen (gleicher Beckengrundfläche) und durch das schräge Anstellen der Zwischenböden rutschen die Partikel in einen Schlammfang.

• Die Auslegung eines Absetzbeckens oder eines Lamellenabscheiders sollte grundsätzlich auf der Basis von Absetzversuchen erfolgen.
• Hierbei ist die so genannte Oberflächenbeschickung q_A (ein in der Abwassertechnik verwendeter Bemessungskennwert).
• \(q_A= {\dot{V} \over A}\)

Unter dem Vorgang Flotation wird das Aufschwimmen von ungelösten Schmutzstoffen aus dem Abwasser bis an die Oberfläche verstanden. (Schwimmschlamm) Flotation verläuft entgegengesetzt der Sedimentation.

Hydrophilen Oberflächen kleine Luftblasen für die Anlagerung erforderlich. Da je kleiner die Luftblase, umso kleiner der Randwinkel. Eine Luftblase kann sich aber nur dann an der Oberfläche von Feststoffpartikeln anlagern, wenn ihre Größe den entsprechenden Randwinkel aufweist.

• Mechanische Flotation: Es werden Luftblasen durch einen Filter eingebracht, der auf mechanischem Wege die Luft durch einen Tauchbelüfter o.ä. im Wasser dispergiert. Blasendurchmesser >1mm. M.Flotation eignet sich daher nur für Stoffe die leicht flotierbar oder nicht leicht emulgierbar sind und wird deshalb in erster Linie bei Schlachthöfen, Ölmühlen usw. eingesetzt. Vorteil: relativ einfaches Aggregat, welches in das Flotationsbecken hineingestellt wird. Geringe Investitionskosten. Nachteil: hohe Scherbeanspruchung zerstört empfindliche Flocken und leichte Mineralöle können emulgieren.
• Entspannungsflotation (Prinzip Sprudelflasche)
• Elektroflotation

Koaleszenz bedeutet das Zusammenfließen der Tröpfchen einer Emulsion zu einer kompakten Flüssigkeitsphase.

Fein dispergierte Flüssigkeiten können mit einem Koaleszenzabscheider vom Wasser getrennt werden

• Oberflächenfiltration: Partikel lagern sich auf dem Filter ab
• Tiefenfiltration: Partikel lagern sich im Filter ab

• Stofftransportmechanismen: Transport der Teilchen an die Oberfläche des Filtermaterials, so dass sie mit dieser oder mit dort bereits abgelagerten Teilchen in Kontakt kommen.
• Stoffanlagerungsmechanismen: Haftung der Teilchen nach erfolgtem Kontakt trotz der ablösenden Wirkung der Strömungskräfte, so dass möglichst bis zur nächsten Filterspülung eine stabile permanente Ablagerung resultiert. Diese beruht auf verschiedenen Haftmechanismen.

Während des Filtrationsvorgangs akkumulieren die Feststoffe im Filter und verringern somit das Porenvolumen.

Dadurch verändert sich sowohl der Filterwiderstand als auch die Filterqualität. Der Filterwiderstand bzw. Druckverlust wächst infolge der zunehmenden Verstopfung des Porenvolumens.

Die Filtratqualität verbessert sich in der Regel während des Einfahrphase etwas, bleibt dann relativ lang nahezu konstant und verschlechtert sich am Ende  der Filterlaufzeit relativ schnell.

Durch Mehrschichtfilter wird die Raumausnutzung verbessert. Nach einer Spülung erfolgt eine Klassierung des Filtermaterials, d.h. eine Trennung der verschiedenen Korndurchmesser. Verstopft nicht so leicht.

• Wichtigster Bemessungskennwert ist die Filtergeschwindigkeit. Sie beeinflusst den Filterwiderstand und die Laufzeit, daneben aber auch die Entnahmewirkung und die Prozessstabilität.

\(\nu_{ F } = \frac{ \dot{V} }{ F}\)

• Ja, es gibt einen äquivalenten Kennwert bei der Sedimentation siehe Oberflächenbeschickung von Absetzbecken.

\(\nu_{ F } = q_{ A }\)

Dyna-Sand-Filter kontinuierlich betriebener Schnellfilter, erfolgen Filtervorgang und Spülung gleichzeitig.

Filter wird aufwärts durchströmt, so dass Schwebstoffe von unter her in die ca. 1m hohe Filterschicht eindringen. Der über dem Filterboden lagernde, am stärksten verschmutze Sand wird in einem als Druckluftheber wirkenden Zentralrohr nach oben gefördert. Durch die intensive Durchwirbelung des Luft-Wasser-Sand-Gemisches in diesem Steigrohr wird der Schmutz von den Sandkörnern gelöst. Am oberen Ende befindet sich eine Beruhigungskammer, in der die Sandkörner nach unten absinken, während die suspendierten Schmutzteilchen in Schwebe bleiben und mit dem Schlammwasser nach außen geführt werden. Der Sand fällt durch ein das Zentralrohr umgebendes Mantelrohr auf die Sandschicht im Filter zurück. Filtration in der Sandschicht und Sandwäsche sind also zwei gleichzeitig und kontinuierlich ablaufende Prozesse.

Die Suspension wird mit einer Pumpe durch die Filternutsche gedrückt, es bildet sich der Filterkuchen, und das Filtrat läuft ab [A]. Wenn der Kuchenraum gefüllt oder eine maximale Druckdifferenz erreicht ist, wird der Filtervorgang beendet. [B], der Kuchen kann gewaschen und entwässert werden, schließlich wird die Nutsche entleert [C]. Nach dem Reinigen und Schließen [D] beginnt der Zyklus wieder von vorn [A].

Einfache Bauart (leicht zu realisieren), Entfeuchtung ist möglich, Filterkuchen kann leicht entfernt werden.

• dp= konstant (einfacher zu realisieren)
• Volumenstrom konstant
• Bei konstantem Druck ist die optimale Filterlaufzeit graphisch bestimmbar.

Werden die Sedimentation und die Filtration in einem Fliehkraftfeld durchgeführt, so wird dies allgemein als Zentrifugieren bezeichnet.

• Sedimentationszentrifuge: Besitzen eine Vollmanteltrommel, in der sich die Suspension unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in das Sediment und das Zentrifugat aufteilt. Es gibt kontinuierliche und diskontinuierliche Sedimentationszentrifugen. Trennung aufgrund von Dichteunterschied. 
• Filterzentrifuge: Filterzentrifugen (auch Siebzentrifugen genannt) besitzen eine gelochte Zentrifugentrommel, die innen mit einem Filtermittel bespannt ist. Je nach Ausführung arbeiteten sie absatzweise oder kontinuierlich. Trennung aufgrund von Größenunterschied

• Vollmanteltrommel
• Zentrifugat strömt über ein Schälrohr oder Überlauf ab
• kein Entfeuchten des Sedimentes möglich
• Auch für zusammenbackende Sedimente geeignet

• Siebtrommel mit Filtermittel
• Zentrifugat strömt durch das Filtermittel ab
• Nicht für zusammenbackende Sedimente geeignet

Vorteile

• Partikel sedimentieren schneller als im Schwerefeld, es können kleinere Partikel (0,1 bis 10 µm mit geringem Dichteunterschied abgetrennt werden
• bei Filter-Zentrifugen können treibende Druckdifferenzen über den Filterschichten erzeugt werden, die denjenigen der Druckfiltration vergleichbar sind
• Bei Filter-Zentrifugen lässt sich der Filterkuchen gut entwässern

Nachteile:

• gegenüber Schwerkraftverfahren ist ein höherer energetischer und maschineller Aufwand
• Die Beschleunigung muss erzeugt werden, es sind relativ große, schnell drehende Maschinenteile vorhanden mit allen Folgen hinsichtlich der Festigkeits- und Werkstoffprobleme, der Produkzu- und abführung, der Unwuchten (Wellenlager und Antriebsbeanspruchung), der Betriebssicherheit, der Wartung und des Verschleißes
• höhere Betriebskosten

• Vollmantel-Schneckenzentrifuge (auch Dekantierzentrifuge oder Dekanter genannt) besitzen eine liegend angeordnete, teilweise konische, rotierende Vollwandtrommel.
• In ihr rotiert, mit geringem Drehzahlunterschied zur Trommel, eine passende Förderschnecke.
• Die zu trennende Suspension wird durch eine Hohlwelle mittig zugeführt. Die Feststoffpartikel scheiden unter der Wirkung der Fliehkraft als Sediment an der Trommelwand ab und werden von der Förderschnecke den Konus hinauf zum Schlammaustrag geschoben.
• Dabei entwässert der Schlamm.
• Das über der Sedimentschicht stehende Zentrifugat fließt über einen Überlaufring ab.
• Dekanter sind kontinuierlich arbeitende Zentrifugen, die sich zur Trennung mittelfeiner bis grober Suspensionen mit festem oder faserigem Sediment eignen.