Robuste Fällungs- und Flockungsanlage zur industriellen Flusswasseraufbereitung

Der ALMA BHU LHPS (Lamellar High Performance Settler) ist ein mehrstufiges Verfahren zur chemisch-physikalischen Wasseraufbereitung, das die Prozessschritte Koagulation, Flockung, Sedimentation und Schlammeindickung in einem kompakten Reaktorsystem vereint. Das Verfahren wird zur Aufbereitung von Flusswasser, Oberflächenwasser und Trinkwasser eingesetzt und dient der zuverlässigen Entfernung von Trübstoffen, Schwebstoffen, Phosphor sowie gelösten und kolloidalen Stoffen.

Das Behandlungskonzept basiert auf einer optimal aufeinander abgestimmten Reaktionskinetik. Ziel ist es, feinste Partikel zunächst chemisch zu destabilisieren, anschließend zu sedimentierbaren Flocken zusammenzuführen und diese schließlich effizient vom Wasser zu trennen.

Koagulation – Destabilisierung feinster Partikel

Der erste Prozessschritt ist die Koagulation. Hier wird dem Rohwasser ein Fällungsmittel, beispielsweise Polyaluminiumchlorid (PAC), dosiert und innerhalb weniger Sekunden intensiv mit dem Wasser vermischt.

Viele natürliche Trübstoffe und organische Partikel liegen als kolloidale Suspension vor. Aufgrund ihrer elektrischen Oberflächenladung stoßen sich diese Partikel gegenseitig ab und können sich nicht absetzen. Durch die Zugabe des Koagulanten werden diese Ladungen neutralisiert. Gleichzeitig entstehen erste schwerlösliche Metallhydroxide, welche gelöste Inhaltsstoffe adsorbieren und feinste Partikel binden.

Das Ergebnis sind stabile Mikroflocken, die den Ausgangspunkt für die nachfolgende Flockungsreaktion bilden.

Flockung – Bildung sedimentierbarer Makroflocken

In der zweiten Verfahrensstufe erfolgt die eigentliche Flockenbildung.

Hier wird dem Wasser ein Polymer als Flockungshilfsmittel zugegeben. Gleichzeitig wird bereits eingedickter Kontaktschlamm aus der Sedimentationszone zurückgeführt. Die im Schlamm enthaltenen Feststoffe dienen als Kristallisations- und Anlagerungskeime, wodurch sich die Mikroflocken zu größeren und deutlich dichteren Makroflocken entwickeln.

Die Hydraulik des ALMA BHU LHPS wurde speziell darauf ausgelegt, die Flocken unter möglichst geringer Scherbeanspruchung wachsen zu lassen. Durch den abgestuften Energieeintrag entstehen mechanisch stabile Flocken mit hervorragenden Sedimentationseigenschaften.

Die integrierte Kontaktschlammrückführung verbessert zusätzlich die Reaktionskinetik, erhöht die Flockendichte und steigert die Prozessstabilität auch bei stark schwankenden Rohwasserqualitäten.

Lamellensedimentation – Effiziente Feststofftrennung

Nach Abschluss der Flockungsreaktion gelangt das Wasser in die integrierte Lamellenklärzone.

Hier erfolgt die Trennung von Wasser und Feststoffen durch Sedimentation. Die geneigten Lamellenpakete vergrößern die wirksame Absetzfläche um ein Vielfaches gegenüber herkömmlichen Sedimentationsbecken. Dadurch können hohe hydraulische Belastungen auf vergleichsweise geringer Grundfläche realisiert werden.

Während das aufbereitete Wasser zwischen den Lamellen nach oben strömt und über Klarwasserrinnen abgeführt wird, gleiten die sedimentierten Flocken entlang der Lamellen in den darunterliegenden Schlammbereich.

Durch diese Bauweise werden auch bei schwankenden Durchflussmengen und wechselnden Rohwasserqualitäten konstant niedrige Trübungswerte erzielt.

Schlammeindickung und Kontaktschlammrückführung

Die abgeschiedenen Feststoffe werden im unteren Bereich des Reaktors gesammelt und kontinuierlich eingedickt. Ein Räumsystem transportiert den Schlamm in einen zentralen Schlammtrichter.

Ein definierter Anteil dieses Schlamms wird wieder in die Flockungsstufe zurückgeführt. Diese Kontaktschlammrückführung ist ein wesentliches Merkmal des ALMA BHU LHPS. Sie erhöht die Anzahl verfügbarer Kristallisationskeime, verbessert die Flockenbildung und steigert die Feststoffkonzentration innerhalb des Prozesses.

Der verbleibende Überschussschlamm wird automatisch ausgetragen und der nachgeschalteten Schlammentwässerung zugeführt.

Automatische Prozessregelung

Alle Verfahrensschritte werden kontinuierlich über das ALMAControl®-Steuerung überwacht und geregelt. Die Dosierung der Fällungs- und Flockungsmittel, die pH-Wert-Regelung sowie die Schlammrückführung und der Überschussschlammabzug werden automatisch an den jeweiligen Anlagenbetrieb angepasst.

Dadurch arbeitet der ALMA BHU LHPS auch bei stark schwankenden Rohwasserqualitäten, saisonalen Veränderungen und variierenden Durchflussmengen mit hoher Prozesssicherheit und gleichbleibender Wasserqualität.

Ganzheitliches Verfahren in einer kompakten Reaktoreinheit

Im Gegensatz zu konventionellen Fällungs- und Flockungsanlagen, bei denen die einzelnen Prozessschritte häufig in separaten Bauwerken stattfinden, vereint der ALMA BHU LHPS sämtliche Verfahrensstufen in einer hydraulisch und verfahrenstechnisch optimierten Reaktoreinheit. Das Ergebnis ist eine kompakte, leistungsfähige und wirtschaftliche Lösung für die Aufbereitung von Flusswasser, Oberflächenwasser und Trinkwasser sowie als Vorbehandlungsstufe für weiterführende Filtrations- oder Membranverfahren.

Koagulation und Flockung bilden die Grundlage jeder chemisch-physikalischen Wasseraufbereitung und bereiten die Feststoffe für die anschließende Sedimentation vor.

Während der Koagulation wird dem Rohwasser ein Fällungsmittel, beispielsweise Polyaluminiumchlorid (PAC), dosiert. Dieses neutralisiert die Oberflächenladung feinster Partikel und kolloidaler Stoffe, wodurch deren gegenseitige Abstoßung aufgehoben wird. Gleichzeitig entstehen schwerlösliche Metallhydroxide, die gelöste Stoffe binden und erste Mikroflocken bilden.

In der anschließenden Flockung werden diese Mikroflocken durch die Zugabe eines Polymers zu größeren, stabilen Makroflocken verbunden. Die speziell ausgelegte Hydraulik des ALMA BHU LHPS sorgt dabei für einen kontrollierten Energieeintrag, sodass die Flocken wachsen können, ohne durch Scherkräfte wieder zerstört zu werden.

Nur ausreichend große und stabile Flocken können in der nachfolgenden Lamellensedimentation zuverlässig abgeschieden werden und gewährleisten eine konstant hohe Klarwasserqualität.

Die Rückführung von Kontaktschlamm ist ein wesentliches Merkmal des ALMA BHU LHPS und trägt entscheidend zur Leistungsfähigkeit des Verfahrens bei.

Der in der Sedimentationszone abgeschiedene Schlamm wird teilweise in den Flockungsreaktor zurückgeführt. Die darin enthaltenen Feststoffpartikel dienen als Kristallisations- und Anlagerungskeime, an denen sich neu gebildete Mikroflocken anlagern können. Dadurch entstehen größere, dichtere und mechanisch stabilere Flocken.

Neben der verbesserten Flockenbildung erhöht die Kontaktschlammrückführung auch die Reaktionsgeschwindigkeit der Fällungsprozesse. Organische und anorganische Inhaltsstoffe können effektiver an die Flocken adsorbieren, wodurch die Abscheideleistung steigt und die Prozessstabilität auch bei schwankenden Rohwasserqualitäten erhalten bleibt.

Zusätzlich wird durch die höhere Feststoffkonzentration im Reaktor eine effizientere Schlammeindickung erreicht. Der anfallende Überschussschlamm weist dadurch bereits eine hohe Trockensubstanz auf und kann ohne vorgeschaltete Zwischeneindickung der Schlammentwässerung zugeführt werden.

Die Lamellensedimentation dient der Trennung der während der Fällung und Flockung gebildeten Feststoffe vom aufbereiteten Wasser. Im ALMA BHU LHPS strömt das Wasser nach der Flockungsreaktion gleichmäßig in die Sedimentationszone, in der speziell angeordnete Lamellenpakete die effektive Absetzfläche um ein Vielfaches vergrößern.

Während das Wasser langsam zwischen den geneigten Lamellen nach oben strömt, sedimentieren die gebildeten Flocken aufgrund ihrer höheren Dichte. Die Feststoffe gleiten entlang der Lamellen nach unten in den integrierten Schlammbereich, während das Klarwasser über Sammelrinnen abgeführt wird.

Durch die große wirksame Sedimentationsfläche lassen sich hohe hydraulische Belastungen auf vergleichsweise geringer Grundfläche realisieren. Gleichzeitig sorgt die optimierte Strömungsführung für eine gleichmäßige Feststoffabscheidung und eine konstant hohe Klarwasserqualität, auch bei schwankenden Rohwasserqualitäten oder Durchflussmengen.

Der integrierte Schlammeindicker übernimmt die kontinuierliche Sammlung und Eindickung der in der Lamellensedimentation abgeschiedenen Feststoffe. Dadurch wird der Schlamm bereits innerhalb des Reaktors auf eine hohe Feststoffkonzentration gebracht und optimal für die nachfolgende Schlammbehandlung vorbereitet.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass ein Teil des eingedickten Schlamms direkt als Kontaktschlamm in die Flockungsstufe zurückgeführt werden kann. Dadurch verbessert sich die Flockenbildung, die chemischen Reaktionen werden beschleunigt und die Prozessstabilität erhöht.

Gleichzeitig reduziert die hohe Schlammkonzentration das zu fördernde Schlammvolumen und entlastet nachgeschaltete Entwässerungsaggregate. In vielen Anwendungen kann dadurch auf zusätzliche Eindickungsstufen verzichtet werden, was sowohl Investitions- als auch Betriebskosten reduziert.

Die kontinuierliche Schlammräumung verhindert zudem Ablagerungen im Reaktor und gewährleistet einen dauerhaft stabilen Anlagenbetrieb.

Der ALMA BHU LHPS wurde für die Aufbereitung unterschiedlichster Rohwässer entwickelt und eignet sich insbesondere für Anwendungen mit erhöhten Schwebstoff- und Trübstoffgehalten oder schwankenden Wasserqualitäten.

Typische Einsatzgebiete sind die Flusswasseraufbereitung, Oberflächenwasseraufbereitung, See- und Talsperrenwasseraufbereitung sowie die Trinkwasseraufbereitung. Darüber hinaus wird das Verfahren als Vorbehandlung für Membranfiltrationsanlagen, Aktivkohlefiltrationen oder Mehrschichtfilter eingesetzt.

Der ALMA BHU LHPS entfernt zuverlässig Schwebstoffe, Trübungen, Algen, organische Partikel sowie durch chemische Fällung abtrennbare Inhaltsstoffe wie Phosphor oder Metalle. Dank der automatischen Prozessregelung und der integrierten Kontaktschlammrückführung arbeitet die Anlage auch bei saisonal stark schwankenden Rohwasserqualitäten, Hochwasserereignissen oder wechselnden Durchflussmengen mit hoher Betriebssicherheit.

Jede Anlage wird individuell auf die hydraulischen Anforderungen, die Rohwasserzusammensetzung und die gewünschte Ablaufqualität ausgelegt und kann sowohl in kommunalen Wasserwerken als auch in industriellen Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt werden.

Der ALMA BHU LHPS entfernt sowohl suspendierte als auch durch chemische Fällung abtrennbare Inhaltsstoffe aus unterschiedlichsten Rohwässern. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Reduzierung von Trübstoffen, Schwebstoffen und kolloidalen Partikeln sowie zur Entfernung von Algen und organischen Naturstoffen.

Durch die Dosierung geeigneter Fällungs- und Flockungsmittel können außerdem gelöste Inhaltsstoffe in schwerlösliche Verbindungen überführt und anschließend sedimentiert werden. Hierzu zählen beispielsweise Phosphorverbindungen, Eisen, Mangan sowie weitere Metalle oder anorganische Spurenstoffe, sofern diese chemisch fällbar sind.

Der tatsächliche Abscheidegrad hängt von der Rohwasserzusammensetzung, den eingesetzten Prozesschemikalien sowie den Anforderungen an die Ablaufwasserqualität ab. Der ALMA BHU LHPS wird daher individuell auf die jeweilige Anwendung ausgelegt und kann optimal an unterschiedliche Wasserqualitäten angepasst werden.

Lamellenklärer ermöglichen eine besonders effiziente Feststoffabscheidung auf kleiner Grundfläche. Durch die geneigten Lamellen wird die wirksame Sedimentationsfläche gegenüber einem herkömmlichen Absetzbecken erheblich vergrößert, sodass deutlich höhere hydraulische Belastungen verarbeitet werden können.

Während das Wasser zwischen den Lamellen nach oben strömt, gleiten die abgeschiedenen Flocken entlang der Lamellen in den Schlammbereich. Dadurch werden kurze Sedimentationswege, eine gleichmäßige Strömungsverteilung und eine hohe Abscheideleistung erreicht.

Im Vergleich zu konventionellen Sedimentationsbecken zeichnen sich Lamellenklärer durch eine kompakte Bauweise, einen geringeren Flächenbedarf sowie eine hohe Prozessstabilität aus. Sie liefern auch bei schwankenden Rohwasserqualitäten und variierenden Durchflussmengen eine konstant hohe Klarwasserqualität und sind deshalb heute Stand der Technik in der kommunalen und industriellen Wasseraufbereitung.

Der ALMA BHU LHPS wird vollständig automatisiert über das ALMAControl®-Steuerung betrieben. Sämtliche Prozessschritte werden kontinuierlich überwacht und an die aktuelle Rohwasserqualität sowie den Anlagenbetrieb angepasst.

Die Dosierung der Fällungs- und Flockungsmittel erfolgt proportional zum Durchfluss und kann zusätzlich anhand von Messwerten wie pH-Wert oder Trübung optimiert werden. Ebenso werden die Schlammrückführung und der Überschussschlammabzug automatisch geregelt, um eine konstante Feststoffkonzentration im Reaktor sicherzustellen.

Über integrierte Mess- und Regeltechnik werden sämtliche relevanten Betriebsparameter kontinuierlich erfasst und visualisiert. Dadurch reagiert die Anlage selbstständig auf schwankende Rohwasserqualitäten, saisonale Veränderungen oder Lastwechsel und gewährleistet einen stabilen sowie energie- und chemikalieneffizienten Anlagenbetrieb.

Das offene Automatisierungskonzept ermöglicht zudem die Einbindung in übergeordnete Prozessleitsysteme sowie eine Fernüberwachung und Prozessoptimierung im laufenden Betrieb.