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Einsatz statischer Mischer in der Wasseraufbereitung

Direkt im Rohr installiert
Einsatz statischer Mischer in der Wasseraufbereitung

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Die steigenden Anforderungen an die Wasserqualität erfordern Verbesserungen der Reinigungsverfahren. Für die dabei anfallenden Mischaufgaben werden immer häufiger statische Mischer verwendet. Sie sparen Platz und Energie und können auch in bestehende Anlagen nachgerüstet werden. Anwendungsbeispiele sind die Sauerstoffanreicherung von Trinkwasser, die Durchführung von Neutralisationsreaktionen direkt im Rohr und noch vieles andere mehr.

Neutralisationsreaktionen laufen in der Regel innerhalb kurzer Zeit vollständig ab, vorausgesetzt, dass der Transport der Reaktionspartner innerhalb des Flüssigkeitsstromes schnell genug ist. Diese Aufgabe übernimmt bei der Inline-Neutralisation der statische Mischer von U+A Process Engineering. Der Mischer ermöglicht damit die Durchführung der Neutralisationsreaktion direkt im Strömungsrohr. Vorteil ist, dass voluminöse Neutralisationsbecken stark verkleinert oder sogar ganz eingespart werden können. Die in Bild 1 gezeigte, platz- und energiesparende Lösung wird in Wasseraufbereitungsanlagen zunehmend mit Erfolg eingesetzt. Nicht nur die Einsparung am Becken, sondern auch reduzierte Energiekosten und Einsparungen gegenüber den Unterhaltsarbeiten von dynamischen Rührorganen entlasten die Betriebskosten.

Um günstigere Mischverhältnisse zu erzielen, werden die Neutralisationsmittel (Säure, Lauge, Kalkmilch) vor der Zugabe direkt inline in einem weiteren kleinen statischen Mischer vorverdünnt. Nach statischen Mischern ist zudem eine repräsentative Messwerterfassung gewährleistet, eine wichtige Voraussetzung, damit überhaupt eine Regelung zuverlässig funktionieren kann. Die Messsonde zur Steuerung der Neutralisationsmitteldosierung wird in der Regel vier bis sechs Rohrdurchmesser nach dem Mischeraustritt platziert, um zuverlässige Messwerte zu erfassen.

Entsäuern mit Natronlauge oder Luft

Wird Wasser durch die Zugabe von Natronlauge entsäuert, besteht in den meisten Fällen die Gefahr einer starken Kalkausscheidung durch örtliche Überalkalisierung, was mit der Zeit zu Verstopfungen führen kann. Diese Erscheinung kann vermieden werden, wenn die konzentrierte Natronlauge (30 oder 50 %) vor der Zugabe mit enthärtetem Wasser auf einen Gehalt von 2 % verdünnt wird. Diese Vorverdünnung übernimmt ein kleiner Mischer von U & A Process Engineering aus 1.4571 oder PP, der direkt an der Dosierstelle des Hauptmischers integriert werden kann.

Durch Kontaktieren mit Luft kann ein aggressives Wasser auch physikalisch entsäuert werden. Im statischen Mischer (Bild 2) wird der Wasserstrom bei möglichst geringem Überdruck mit möglichst viel Luft in intensiven Kontakt gebracht. In der Regel wird das Wasser mit der drei- bis vierfachen Luftmenge kontaktiert. Der statische Mischer zerteilt die Luft in feine Blasen von 1 bis 2 mm Durchmesser. Es resultiert eine für den Stoffaustausch wichtige große Phasengrenzfläche von mehreren Tausend m2/m3. Das Gleichgewicht stellt sich annähernd vollständig ein. Mit statischen Mischern wird in einer Stufe eine Verminderung der freien Kohlensäure um einen Faktor 2,5 erreicht.

Sauerstoff und Ozon eintragen

Bei der Abgabe ins Netz muss Trinkwasser einen Gehalt an Sauerstoff von mindestens
5 bis 6 mg O2/l aufweisen. Daher muss das aufbereitete Wasser oft noch mit reinem Sauerstoff behandelt werden. Eine kleine Sauerstoffmenge muss dabei vollständig im Wasser gelöst werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dazu einen Teilstrom stark mit Sauerstoff anzureichern und ihn dem Hauptstrom zuzumischen. Dafür werden U+A-Mischer aus rostfreiem Stahl 1.4571 verwendet.

Da die Erzeugung von Ozon teuer ist, wird eine möglichst vollständige Absorption angestrebt. Als Kontaktiereinrichtung hat sich der U+A-Mischer in der Praxis für diese Aufgabe bewährt. Er sorgt für einen intensiven Kontakt zwischen dem Wasser und dem ozonhaltigen Gas. Bei richtiger Auslegung wird mit diesem Gerät ein Ausnutzungsgrad von 90 bis 99 % des physikalisch möglichen Wertes erreicht. Die in Bild 3 dargestellte Nebenstromanordnung hat sich vor allem dort bewährt, wo ein im Durchsatz stark schwankender Hauptwasserstrom behandelt werden muss. Der Nebenstrommischer wird unter konstanten Bedingungen betrieben. Dadurch wird auch bei geringem Totaldurchsatz eine hohe Ozonausnutzung erreicht. Der Mischer im Hauptstrom kann wie bei der Sauerstoffanreicherung von Trinkwasser im Reservoir auch in das Verweilzeitbecken verlegt werden. Durch geeignete Maßnahmen ist zudem eine Verlängerung der Kontaktzeit zwischen dem ozonhaltigen Gas und dem Wasser möglich, um so eine noch größere Ozonausnutzung zu erreichen. Dies ist besonders bei Wasser mit einer hohen Ozonzehrung von Vorteil.

Da im U+A-Mischer der gesamte zufließende Wasserstrom zwangsweise mit Ozon in Kontakt gebracht wird, können nachgeschaltete Verweilzeitbecken kleiner dimensioniert werden. Sie müssen nur noch für die eigentliche Reaktionszeit und nicht auch noch für den langsamen Mischvorgang im Becken ausgelegt werden.

Aktivkohle-Behandlungsstufe

Auch bei der Behandlung mit Aktivkohle haben sich statische Mischer bewährt. Damit Inhaltsstoffe möglichst vollständig durch die Aktivkohle absorbiert werden können, ist eine intensive Durchmischung der Aktivkohlesuspension mit dem Flüssigkeitsstrom von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit des Verfahrens. Durch das Zwangsmischprinzip ist diese Voraussetzung bei der Verwendung von statischen Mischern gewährleistet.

U + A Gesellschaft für Process Engineering mbH, Köln


Statische Mischer: Funktion und Vorteile

Durch die wechselweise Anordnung von links- bzw. rechtsgängigen Mischelementen erzielen die Wendelmischelemente bei den statischen Mischern von U+A eine Rotationsrichtungsumkehr und Stromteilung. Dabei erzeugt das erste Mischelement zwei rotierende Wirbel, die gleichzeitig radial über den Rohrquerschnitt geführt werden. Beim Auftreffen auf das folgende Mischelement, wird jeder der am ersten Mischelement entstandene Wirbel in zwei Teilströme zerlegt und gezwungen, die Rotation in entgegengesetzter Richtung wirken zu lassen. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Homogenität erreicht ist.

Anwendungstechnische Vorteile der Mischer sind:

  • Keine beweglichen Teile, da durch praktisch wartungsfrei und verschleißarm
  • Verstopfungsfrei und anpassbar an empfindliche Medien
  • Geschlossenes Gehäuse verhindert Produktkontamination durch äußere Einflüsse
  • Einfache Reinigung durch ausbaubare Mischelemente.
  • Leicht nachzurüsten in bestehende Anlagen

Autorin: Birgit Althausen

Produktmanager,

U+A Process Engineering



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