DE1959212A1 - Verfahren und Einrichtung zum Trennen fester und fluessiger Bestandteile - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Trennen fester und fluessiger Bestandteile

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Description

Verfahren und Einrichtung zum Trennen fester und flüssiger Bestandteile
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden Anmeldung in den V.St.A. Serial Nr. 779,089 vom 26. November i960 beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum raschen fortlaufenden Trennen feinteiliger suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten. Das Ziel besteht dabei darin, eine rasche Agglomeration, Absetzung und Abführung der Feststoffe aus den Flüssigkeiten zu ermöglichen, worauf die geklärte Flüssigkeit und/oder der davon getrennte Feststoff als Endprodukt gewonnen werden kann.
Die, Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung bei der Behandlung und Klärung verschiedener Abfallflüssigkeiten, insbesondere Abwässern, wie zum Beispiel industrielle Abfallflüssigkeiten und teilweise geklärte Abwässer. Dabei ergeben sich bekanntlich Probleme durch die Anwesenheit suspendierter Feststoffe, namentlich bei verschiedenen Arten industrieller Abfallflüssigkeiten. So enthalten vornehmlich Abfallflüssigkeiten,
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die bei der Rüben- und Rohrzuckerherstellung anfallen, Abfallflüssigkeiten von Konservenfabriken, Brauereien, Großfleischereien und anderen Anlagen der Nahrungsmittel-Verarbeitung große Mengen feinteiliger suspendierter Peststoffe sowie kolloidaler Peststoffe. In ähnlicher Weise erzeugen Verarbeitungsprozesse für Flüssigkeiten, beispielsweise bei der Verarbeitung von Abwässern, bei der Trinkwasseraufbereitung, in der Getränkeindustrie und bei der Aufbereitung von Wasser für industrielle Zwecke große Mengen von Abfallflüssigkeiten, welche Peststoffe als Abfälle enthalten. Auch die chemische Industrie erzeugt große Mengen von Abfallflüssigkeiten, die suspendierte Peststoffe enthalten. Beispiele hierfür sind Sulfitabfälle von Papierfabriken, Abfälle von Konservenfabriken, Spülwässer von Gärungsprozessen, Zeolithtrüben. .
Außerdem ist es oft erwünscht, die suspendierten Feststoffe aus verarbeiteten Flüssigkeiten zurückzugewinnen, um sie zu raffinieren oder in dem Prozeß nochmals zu verwenden. Beispielsweise ist es oft erwünscht, die Pigmente oder suspendierten Partikel von Kohle aus wässerigen Suspensionen, die aus industriellen Verfahren herrühren, wiederzugewinnen. Ebenso ist es häufig erwünscht, die bei pharmazeutischen Verfahren anfallenden Flüssigkeiten zwecks Gewinnung verwertbarer Produkte zu verarbeiten. Das gilt auch für die Entfernung unerwünschter Nebenprodukte. Es besteht also, kurz gesagt, ein weitverbreiteter Bedarf nach zufriedenstellenden Verfahren für die Verarbeitung wässriger
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AbfallflUssigkeiten jeglicher Art, um die Abtrennung suspendierter Peststoffe zu erleichtern.
Die bisher zur Abtrennung suspendierter Peststoffe aus Flüssigkeiten entwickelten Verfahren erforderten verhältnismäßig ausgedehnte Zeitabschnitte, um das Absetzen oder die Trennung zu ermöglichen, und sie erforderten außerdem die Anwendung von kostspieligen Trennvorrichtungen mit großem Fassungsvermögen. Die Entwicklung eines hochwirksamen, raschen, leicht zu kontrollierenden Verfahrens zur Trennung feinteiliger suspendierter Feststoffe aus Flüssigkeiten war daher äußerst erwünscht.
Ein diesem Bedarf entsprechendes neues Verfahren zum raschen und fortlaufenden Trennen feinteiliger suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ständig ein flüssiger Schlamm durch Vermischen einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit mit einer gewissen Menge eines Absetzhilfsmittels gebildet wird, die ausreichend ist, mindestens einen Teil der Feststoffe als Agglomerate zu sammeln, daß ständig der flüssige Schlamm als Einwirkstrom in eine Absetzzone in einem Trennbehälter eingeführt wird, die mit einem vorher gebildeten flüssigen Schlamm gebildet ist, der einen vergleichsweise größeren Anteil agglomerierter Feststoffe pro Volumeneinheit enthält als der Einwirkstrom, daß dann in der Absetzzone zusätzliche Agglomerate durch Kontakt des eintretenden Flüssigkeitsstromes mit den erwähnten, vorher agglomerierten Feststoffen gebildet
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werden, um so eine dichte Unterströmung sich rasch absetzender Agglomerate zu bilden, und daß ständig geklärte Flüssigkeit aus den oberen Bereichen des Trennbehälters abgeführt wird, während zugleich die dichte Unterströmung aus dessen unteren Bereichen abgeleitet wird, wobei die die dichte Unterströmung bildenden Agglomerate auch dazu dienen, einzelne Feststoffteilchen und kleinere Agglomerate als Teil der Unterströmung mi tzureißen und dadurch abzuführen.
Das neue Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt also im wesentlichen drei Arbeitsphasem Zunächst die Agglomeration oder teilweise Agglomeration der suspendierten Feststoffe in einer zugeführten Flüssigkeit (liquid feed) durch den Zusatz einer kleinen Menge eines Absetzhilfsmittelsj danach wird die teilweise agglomerierte schlammartige Flüssigkeit in eine Absetzzone geleitet, die einen vergleichsweise größeren Anteil von Agglomeraten pro Volumeneinheit enthält, um eine zusätzliche Agglomeration der Feststoffe und ein anschließendes, rasches Absetzen der Feststoffe in Verbindung mit einem Mitreißen einzelner Feststoffpartikel zu bewirken; schließlich wird die dichte Masse rasch sich absetzender Agglomerate und mitgerissener Feststoffbestandteile als dichte Unterströmung abgeleitet, was mit einer kontrollierten Geschwindigkeit und in einem fortlaufenden Prozeß geschieht, und die geklärte Flüssigkeit wird gleichzeitig als überfließende Strömung (overflow)
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abgeführt. Dieses allgemeine Verfahren kann einer Anzahl spezieller Abwandlungen unterworfen werden: So kann die dichte überfließende Strömung teilweise zurück zur Absetzzone geleitet werden, um die Unterströmungsdichten sowie die Art der aus dem Verfahrensgang entfernten Peststoffbestandteile zu kontrollieren; auch können die Verarbeitungsgeschwindigkeiten hinsichtlich Zeit, Turbulenz, Anteilverhältnis usw. variiert werden, um verschiedene erwünschte Ver- g fahrensresultate zu erhalten.
Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen vorzugsweise stehend angeordneten zylindrischen Trennbehälter, der Auslaßöffnungen in der Nähe seines oberen und seines unteren Endes und eine durch die Mündung einer zentral in den Behälter von unten hineinragenden Leitung gebildete Einlaßöffnung für den Einwirkstrom aufweist, oberhalb deren eine Vorrichtung zum Aufhalten und Umlenken des Einwirkstromes in etwa radialer Richtung angebracht ist, und an dem eine Vor- " richtung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Unterströmung zu der unteren Auslaßöffnung hin vorgesehen ist, die dazu dient, die gewünschte Tiefe des Absetzbettes für Peststoffe und deren Agglomerate Innerhalb des Trennbehälters einzustellen.
Das neue Verfahren und die neue Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen die wirksame fortlaufende Trennung suspendierter Peststoffe von Flüssigkeiten innerhalb von Zeitabschnitten, die nur l/lO bis l/l00 der bisher zur Erzielung
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vergleichbarer Resultate erforderlichen Zeit betragen.
Durch die Erfindung wird somit die Aufgabe gelöst, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, um eine fortlaufende Trennung flüssiger und fester Bestandteile voneinander auf möglichst rasche und wirtschaftliche Weise mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein grundsätzliches Schema zur Veranschaulichung der einzelnen Verfahrensgänge gemäß der Erfindung.
Pig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des neuen Verfahrens.
Fig. 5 zeigt schematisch und im Schnitt einen Trennbehälter als Teil der Einrichtung von Fig. 2.
In dem Schema von Fig. 1 veranschaulicht die Stufe 1 die Zufuhr von Flüssigkeit mit darin suspendiert enthaltenen Feststoffen bei fortlaufender Mischung mit einer Menge eines Absetzhilfsmittels (etwa 0,1 bis 30 Teile pro Million) zu dem Zweck, um mindestens eine teilweise Agglomeration der suspendierten Feststoffe zu erreichen. Absetzhilfsmittel, die in der Lage sind, die suspendierten Feststoffe gemäß der Erfindung zu agglomerieren, umfassen beispielsweise die Gruppe der Polyelektrolyse und insbesondere die Gruppe der organischen Kopolyiiere von Aorylamiden mit (geschätzten)
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Molekulargewichten von etwa 2.000.000 bis 3.000.000. Polyelektrolyte als Absetzraittel dieser Art sind in den U.S. Patenten 3 025 236, 3 033 782 und 3 157 595 angegeben.
In der Verfahrensstufe 2 wird der agglomerierte Feststoffbestandteile enthaltende flüssige Schlamm fortlaufend als Einwirkstrom einer Absetzzone innerhalb eines Trennbehälters zugeführt, der mit einem vorher gebildeten flüssigen Schlamm oder einer Trübe mit einem verhältnismäßig großen ™ Gehalt an agglomerierten Feststoffen pro Volumeneinheit im Vergleich zu dem ursprünglich zugeführten Medium gefüllt ist.
In der Stufe 3 wird eine zusätzliche Agglomeration der suspendierten Feststoffbestandteile durch die Vermischung des ursprünglichen Stromes mit einem Gehalt frisch agglomerierter Feststoffe mit den vorher in der Absetzzone gebildeten Agglomeraten bewirkt. Diese Verfahrensstufe wird gleichzeitig mit den als Verfahrensstufen 4, 5 und 6 erläuterten Verfahrensschritten ausgeführt. |
In der Stufe 4 werden suspendierte Feststoffteilchen, die nicht in die Agglomerate koalesziert sind, mitgerissen und als Teil der sich rasch in der Absetzzone absetzenden Agglomerate entfernt.
In der Stufe 5 werden die Agglomerate und die mitgenommenen Feststoffe rasch als dichte Unterströmung aus der Absetzzone abgeleitet. Dies geschieht gleichzeitig mit der Ableitung der geklärten Flüssigkeit als klarer Überstrom, der als Verfahrensstufe 6 bezeichnet ist.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die geklärte Flüssigkeit als ein Endprodukt abgeleitet werden kann. Die dichte Peststoffunterströmung kann weiterverarbeitet werden bzw. abgeleitet werden, gegebenenfalls unter weiterer Verarbeitung, beispielsweise durch Trocknung in der Stufe 7* um ein Endprodukt herzustellen. Wahlweise können die geklärte Flüssigkeit und/oder die Feststoffe als Abfälle beseitigt, verbrannt oder sonstwie vernichtet werden.
In der in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Verfahrensstufe 8 kann die dichte Unterströmung zurückgeleitet werden, so daß sie zu einem Teil des Einwirkstromes aus flüssigem Schlamm wird, wobei der Anteil der Unterströmung und die Hückflußgeschwindigkeit so festgesetzt werden, daß die Dichte der Unterströmung steuerbar ist; Ein solches Zurückleiten ergibt, wie nachstehend beschrieben, Vorteile für viele Systeme zur Trennung von flüssigen und festen Bestandteilen.
Es ist möglich, verschiedene im Handel erhältliche Absetzhilfsmittel als solche gemäß der Verfahrensstufe 1 zu verwenden. Dazu gehört die Gruppe der Polyacrylamide, dir als Absetzhilfsmittel in den obengenannten U.S. Patenten genannt sind. Polymere dieser Art mit Molekulargewichten im Bereich zwischen 2.000.000 und 3.000.000 sind hierbei zu bevorzugen. Spezielle Polyacrylamidharze, die zur Ausführung der Erfindung von Nutzen sind, umfassen eine Anzahl im Handel erhältlicher Produkte. Ein solches Produkt ist ein
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synthet.lsob.es Kopolymer mit hohem Molekulargewicht, welches Amide und !Carboxylgruppen enthält (Handelsbezeichnung: Ssparan A?30, Hersteller: Dow Chemical Co.). Seine Zusammensetzung entspricht etwa der folgenden Formel:
CIl
Ein anderes, sehr zufriedenstellendes Absetzhilfsmittel ist verfügbar in Form eines modifizierten Folyacrylamidharzes, das durch die Kopolymerisation von Acrylamid mit nicht mehr | als ?-mol-Prozent β -Methakry Iy loxäthyltrirnethy !ammonium- j methy!sulfat hergestellt ist. Dieses Polyacrylamidharz :
(erhältlich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Beta polymer 1420, Hersteller: Betz Manufacturing Corporation) 1st mit gutem Erfolg brauchbar in Mengen von weniger als 1 bis mehr als .30 Gewichtsteilen pro Million des zu behandelnden Flüssigkeit-Feststoff-üystems. Im allgemeinen hat es sich als " erwünscht erwiesen, die Polyacrylamide und gleiche Polymere in Form verdünnter wässriger Lösungen zu benutzen. Die verdünnten wässrigen Lösungen werden einfach zu der eintretenden } wässrigen Substanz zugesetzt, und zwar in erwünschten Ver- j hältnismengen, wobei gebräuchliche Proportional-Füllvorrlchtungen und Meßeinheiten benutzbar sind. Jedoch ist zu beachten, daß jedes iVbsotzhilfsraittel/ dea eine Agglomeration von Feststoffen bis zu einem gewissen Grade bewirkt, bei aetn Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar ist, um bereits eine beträchtliche
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Verbesserung gegenüber der bisherigen Praxis zu erzielen.
Wie das in Fig. 2 dargestellte Schema zeigt, läßt sich das Verfahren entsprechend Fig. 1 in der Weise ausführen, daß eine zugeführte flüssige Substanz« welche suspendierte Feststoffe enthält (beispielsweise der erste Schlammsaft einer Rüben- oder Rohrzuckerfabrikation), einem
^ Entschäumungsbehälter 10 über ein Strömungssteuerventil 12 zugeleitet wird. Zuckerlaufen dieser Art enthalten normalerweise bis zu 5 % suspendierte Feststoffe (nämlich Kalziumkarbonat, pflanzliche Fasern und ähnliche Verunreinigungen) mit Teilchengrößen von 0,1 bis 100 Mikron. Die entschäumte Flüssigkeit fließt durch ihre Schwerkraft aus dem Behälter über das Strömungssteuerventil 14 zu dem Absetzbehälter 16. Vor dem Eintritt in den Absetzbehälter wird ein Polyelektrolyt als Absetzhilfsmittel aus dem Behälter 18 über die mit veränderbarer Geschwindigkeit arbeitenden Zumeßpumpen 20 und
W 22 in die Einlaßspeiseleitung 24 eingeführt. Wird das
Absetzmittel Betz 1420 oder Separan AP^O verwendet, so wird es im allgemeinen aus einer 0,3 #igen Vorratslösung über eine Rohrleitungsverdünnung mittels des Überlaufs am Absetzbehälter über die Leitung 26 zugesetzt, derart, daß eine 0,025 #ige Lösung an der Stelle des Zusatzes zu der Substanz (bei 28) erhalten wird. Es kann jede beliebige Maßnahme benutzt werden, um die passende Dispersion des Absetzhilfsmittels in der mit der Ausgangssubstanz gemischten Lösung zu gewährleisten, zum Beispiel kann eine relativ lange Leitung in der Form einer Rohrleitungsspule 30 vorteilhaft
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sein. Wahlweise können auch Reihenmischer oder getrennte Ausflockungsbehälter (nicht dargestellt) benutzt werden.
Der Endeffekt des Zusatzes des Absetzungshilfsmittels zu der Feststoffe enthaltenden Ausgangssubstanz besteht darin, daß die Neubildung von Agglomeraten in dem Einwirkstrom eingeleitet wird, wenn er in den Absetzbehälter l6 eingeführt wird. Der genaue Mechanismus, durch welchen ein Polyacrylamid als Absetzhilfsmittel eine Agglomeration suspendierter Feststoffe verursacht, ist nicht bekannt; es bestehen jedoch starke Indizien dafür, daß die Absetzhilfsmittel (in Form von Polymeren mit langgestreckten Ketten) von den suspendierten Feststoffen adsorbiert werden, wobei sich starke Bindungen zwischen dem Polymer und dem Feststoff bilden. Nachdem das eine Ende des langen Moleküls von einem suspendierten Feststoffpartikel adsorbiert ist, ist der Rest des Moleküls noch frei in der Suspension, um von anderen Partikeln adsorbiert zu werden. Bei Anwejrisen-heit vieler Polymermoleküle in Lösung ergibt die beschriebene Wirkungsweise rasch eine Agglomeration und Ausflockung der in der Suspension befindlichen Partikel. Außerdem bildet sich wegen der infolge eines Adsorptionsvorganges aus langen organischen Molekülen bestehenden Agglomeratpartikeln die Bindung zwischen dem Absetzhilfsmittel und den suspendierten Partikeln rasch und im wesentlichen irrevisibel aus. Die Agglomerate neigen somit dazu, während des ganzen Absetzvorganges in dem Absetzbehälter l6 zusammenzuhalten.
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Wie im einzelnen aus Fig. 3 hervorgeht, wird die Ausgangssubstanz in der Form eines frisch agglomerierende Feststoffe enthaltenden Schlammes an einer zentralen Stelle zwischen dem Boden und der Oberseite eines Absetzbehälters eingeführt. Bei der dargestellten Apparatur geschieht dies mit Hilfe eines Standrohrs 34, das eine in dem Boden 38 des Behälters vorgesehene Vertiefung 36 durchsetzt und bis zu einer Höhe beträehtlich oberhalb des Behälterbodens reicht. Es ist im allgemeinen zweckmäßig, daß der Eintrittspunkt 32 sich mindestens 15 cm (6 Zoll) oberhalb des Behälterbodens befindet. Es wurde auch als vorteilhaft befunden, die Aufwärtsbewegung der eingeführten Substanz unmittelbar oberhalb der Eintrittsstelle aufzuhalten. Dies kann einfach durch eine Prallplatte oder eine andere Haltevorrichtung 40 geschehen, die nahe oberhalb der Eintrittsstelle 32 angeordnet ist. Es kann auch vorteilhaft sein, das obere Ende 42 des Standrohrs mit einer Erweiterung zu versehen, um die Strömungsgeschwindigkeit der eingeführten Substanz an der Stelle 32 zu vermindern. Der Endeffekt besteht darin, eine allmähliche Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit einer radialen Dispersion und Vermischung der einfließenden Substanz mit der konzentrierte Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit in der Absetzzone 44 (Fig. 3), welche das Standrohr umgibt, zu verursachen.
Es ist charakteristisch für die Erfindung, daß der eintretende Schlamm;von frisch agglomerierenden Feststoffen in
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den mittleren Teil eines sanft aufgerührten, sich absetzenden, vorher gebildeten flüssigen Schlammes erfolgt, der einen relativ größeren Anteil agglomerierter Peststoffe pro Volumeneinheit aufweist, als er in dem einfließenden Einwirkstrom vorhanden ist. Die sich von der Eintrittsstelle in Richtung der Pfeile 46 verteilende Substanz kommt in Berührung mit den vorher gebildeten Agglomeraten aus Pest-Stoffpartikeln, die sich in der Absetzzone 44 bewegen. Der Effekt dieser Vermischung neu agglomerierender Peststoffbestandteile mit den vorher gebildeten Agglomeraten besteht in einer zusätzlichen Agglomeration und Koaleszenz der Peststoff teilchen zu vergleichsweise größeren Agglomeraten, die sich rasch in die Schlammzone 48 am Boden des Behälters abzusetzen suchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung wird der in die Zone 48 fallende dicke Schlamm rasch als eine dichte Unterströmung durch einen Auslaß 50 am Böden innerhalb der Vertiefung 36 entfernt. Gleichzeitig wird eine geklärte Oberströmung 51 als Überlauf aus dem Oberteil der Absetzkammer über eine periphere öffnung 52 im oberen Teil des Absetzbehälters l6 entfernt. Der geklärte Abstrom wird dann in einem Behälter 54 gesammelt, aus dem er durch eine öffnung 56 an dessen Boden abfließt. Die gleichzeitige Abführung des geklärten Abstromes und der dichten Unterströmung in den Pfeilrichtungen 58 bzw. 60 geschieht als Teil eines kontinuierlichen Prozesses, bei dem die
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Strömungsgeschwindigkeiten von der Zufuhrgeschwindigkeit des bei 62 zuströmenden flüssigen Schlammes abhängen.
Die Prallplatte 40 kann einstellbar in der Decke 64 des Absetzbehälters angebracht sein, um Verlagerungen der Stelle^ an welcher der Aufwärtsstrom der eintretenden Substanz aufgehalten wird, zu erleichtern. Es wurde beispielsweise gefunden, daß die eintretende Substanz vorzugsweise an einer Stelle aufgehalten werden sollte, die sich mindestens 5 cm oberhalb des Eintrittspunkts 32 befindet, um eine radiale Dispersion der eintretenden, frisch agglomerierenden Peststoff bestandteile zu gewährleisten. Es wurde ferner als vorteilhaft befunden, ein Absetzbett 44 zu haben* das sich mit einer genügenden Tiefe unterhalb der Prallplatte 40 erstreckt, damit die erwünscht^ "1U<:■-.aischung und Bildung relativ großer Agglomerate in zufriedenstellender Weise erreicht werden kann. Die Tiefe und der Zustand des Absetzbettes lassen sich in ihrer Wirkung noch ergänzen durch eine mechanische Rühr- oder Abstreifvorrichtung 68, die zwischen dem Auslaß 50 für die Unterströmung und dem Standrohr j54 angeordnet ist. Wie dargestellt, können die einzelnen Glieder des Abstreifers an tragenden Teilen 70 hängend angebracht sein, die von einer drehbaren Anordnung, bestehend aus Scheibe und Hülse 72, 74 getragen werden, welche mit dem verstellbaren Träger 76 für dia Prallplatte 40 verbunden sind. Die RUhr7 oder Abstreifvorrichtung wird durch den Kragen mittels eines in dem GeMuse 78 enthaltenen Getriebes ange-
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trieben, das seinerseits mit dem Antriebsmotor 80 über ein Reduziergetriebe 82 verbunden ist.
Gegebenenfalls kann die Tiefe des Absetzbettes auch mittels einer photoelektrischen Zelle 84 aufrechterhalten werden. Die in Fig. 3 gezeigte photoelektrische Zelle 84 spricht auf Licht an, das durch eine Lampe 86 über eine Stange aus durchsichtigem Kunststoff 88 übertragen wird. Ein durchsichtiges Fenster 90 ist in der Seitenwand des λ Absetzbehälters vorgesehen, um zu ermöglichen, daß die photoelektrische Zelle die Lichtübertragungen der Stange 88 frei abtasten kann. Die photoelektrische Zelle 84 dient zur Steuerung der Unterströmungspumpe 92 (Fig. 2) mittels einer elektrischen Schaltung, die schematisch mit 94 angedeutet ist. Die Geschwindigkeit des Motors 92 wird so eingestellt, daß sie etwas die Erfordernisse der Unterströmung im Absetzbehälter übersteigt, wobei der Betrag der Unterströmung durch ein Schaltrelais gesteuert wird, das in dem Stromkreis des elektrischen Auges angeordnet ist. Wenn das Absetzbett " auf eine Hühe vergrößert wird, durch die es zwischen das Rohr 88 und das elektrische Auge 84 gelangt, hat die Turbulenz der Flüssigkeit zur Folge, daß die Pumpe 92 eingeschaltet wird, um die Unterströmung mit einer größeren Geschwindigkeit als derjenigen abzuführen, mit welcher sie entsteht. Sobald aber die Turbulenzzone der sich absetzenden Feststoffe einen Pegel unterhalb des elektrischen Auges erreicht, wird die Pumpe 92 abgeschaltet, so daß allmählich
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die Höhe des Absetzbettes wieder auf ihren ursprünglichen Pegel ansteigt. Auf diese Weise wird das Absetzbett unter einer relativ stationären, klar definierten oberen Grenze 66 gehalten.
Die Arbeitsweise der Gesamtanordnung ist folgende:
Die eintretende Substanz wird, nachdem sie in einem Behälter 10 erforderlichenfalls entschäumt wird, über das Strömungskontrollventil 14 zu dem Absetzbehälter 16 geleitet. Das Absetzhilfsmittel aus dem Vorratsbehälter 18 wird durch die Meßpumpen 20, 22 und die Mischleitungsspule JO einem Mischpunkt 28 zugeführt, wo es sich mit der zuströmenden Substanz vermischt. Die eintretende Substanz, welche frisch sich bildende Agglomerate enthält, gelangt in den Absetzbehälter'über das Standrohr 3>4, bis es einen Punkt 352 erreicht, an dem seine Aufwärts bewegung aufgehalten wird. In diesem Stadium wird die eintretende Substanz umgeben von einem vorher gebildeten flüssigen Schlamm, der einen vergleichsweise größeren Anteil agglomerierter Peststoffe pro Volumeneinheit als die zugeführte Substanz enthält, und bildet nach radialer Ablenkung nach auswärts durch die Prallplatte 40 nachhaltige Kontakte mit diesen, vorher gebildeten Agglomeraten. Die Wirkung der Vermischung der frisch sich bildenden Agglomerate mit den bereits vorhandenen Agglomeraten besteht darin, daß eine zusätzliche Agglomeration und Koaleszenz der Peststoffe zu vergleichsweise größeren Agglomeraten erfolgt, die sich rasch in der Absetzzone 44
abzusetzen suchen. Der Anteil der Agglomerate in der
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Absetzzone 44 ist vergleichbar demjenigen einer mittleren oder etwas zusammengedrängten Zone in einer Absetzkammer üblicher Art und gewährleistet hierdurch die erwünschte Vermischung der zugeführten Substanz mit den umgebenden Agglomeraten. Die resultierenden, relativ großen Agglomerate bilden eine dichte, frei fallende Masse von Peststoffbestandteilen, welche die zugeführte flüssige Substanz wirksam filtriert und die suspendierten Peststoffpartikel entfernt, die noch nicht zu Agglomeraten koalesziert sind. Inzwischen sickert der klare Saft durch eine Vielzahl sich ständig ändernder Kanäle innerhalb der Absetzzone 44 nach oben und bildet dabei eine sanfte Agitation in den oberen Teilen dieser Zone. Der Effekt der beschriebenen Bewegung besteht darin, daß eine rasche Absetzung der relativ großen Agglomerate ermöglicht wird selbst bei verhältnismäßig hohen Zufuhrgeschwindigkeiten Peststoffe enthaltender Flüssigkeiten zu dem Absetzbehälter. Eine dichte Unterströmung von Agglomeraten und mitgenommenen Peststoffpartikeln wird danach rasch durch I den Bodenauslaß 50 entfernt. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Entnahmepumpe 92 für die Unterströmung, während die Absetzbetthöhe als Ganzes durch die Pumpe 92 in Abhängigkeit von der lichtelektrischen Steuerung 84, 86 eingehalten wird. Die Entfernung der Unterströmung wird erleichtert durch die Wirkung der drehbaren Rühr- oder Streichvorrichtung 68, welche die Agglomerate in die Vertiefung 36 führt, von wo sie in die Auslaßöffnung 50 gelangt. Gleichzeitig läuft die
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geklärte Flüssigkeit durch die Absetzkammer nach oben und wird über die Ringkammer 5^ und den oberen Auslaß 56 abgeführt. v ' ■
Das beschriebene kontinuierliche Verfahren und die Einrichtung zum Trennen suspendierter Peststoffbestandteile aus Flüssigkeiten ist äußerst wirksam, um eine rasche und α vollständige Trennung der festen und der flüssigen Bestandteile zu erhalten. Um es noch speziell zu erläutern: Die Trennungen der ersten Schlammsäfte (carbonation sludges) bei der Herstellung von Rübenzucker (die normalerweise durchschnittliche Absetzzeiten in der Größenordnung von 80 Minuten erfordern) lassen sich wirkungsvoll nach dem hier beschriebenen Verfahren bei durchschnittlichen Absetzzeiten von weniger als 5 Minuten durchführen. Ähnliche Resultate sind beispielsweise bei der Trennung von Schlämmen aus Haupt- und Schwämmabwässern zu erhalten, oder beim Weichmachen von Wasser durch den Kalk-Natron-Prozeß (the limesoda process), oder bei der Behandlung verschiedener anderer Flüssigkeiten, welche feinteilige und suspendierte Feststoff bestandteile enthalten. Allgemein macht es das Verfahren nach der Erfindung möglich, die Absetzzeiten um Größenordnungen von 1 : 10 bis 1 : 100 gegenüber den vorher erforderlichen Zeiten bei zufriedenstellenden Ergebnissen herabzusetzen. Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung bieten auch Vorteile im Hinblick auf die Einfachheit der erforderlichen Apparatur und ihres Betriebes,
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namentlich Verringerung der notwendigen Betriebspausen und sonstiger betrieblicher Probleme, und Vorteile in wirtschaftlicher Hinsicht wegen des verhältnismäßig geringen Aufwandes. Ein besonders wichtiger Vorteil besteht darin, daß eine praktisch vollständige Trennung der Peststoffe von den Flüssigkeiten möglich gemacht wird.
Beispiele:
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die Zufuhrgeschwindigkeit der flüssigen Ausgangssubstanz zu dem Absetzbehälter eine bestimmte Auswirkung auf die Unterströmungsdichte und die Klarheit oder Brillianz der überlaufenden Flüssigkeit hat. Bei einer konstanten Rate des Zusatzes an Absetzhilfsmitteln ergibt eine Herabsetzung der Zufuhrgeschwindigkeit eine unmittelbar gleichlaufende Schrumpfung des Absetzbettes, wogegen eine Zunahme der Zufuhrgeschwindigkeit eine gleiche Ausdehnung des Absetzbettes zur Folge hat. Die Wirkungen von Änderungen der Zufuhrgeschwindigkeit auf die Unterströmungsdichte und die Klarheit der überlaufenden Flüssigkeit wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht:
Tabelle I
Auswirkungen der Zufuhrgeschwindigkeit:
Zufuhr Unterströmungsdichte Überlaufklarheit
Brix-Grade Kopke-Einheiten
4,8 45 200
3,6 75 300
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1.8 57 170 3,8 47 120 4,5 45 150
2,5 47 250
4,5 34
4,7 35 200
2.9 52 l4o 4,0 44
4,7 35 120
Die vorstehende Tabelle veranschaulicht die Ergebnisse der Trennung suspendierter Peststoffe aus dem ersten RUbenschlammsaft, während vier verschiedener Verfahrensabschnitte in einer Absetzkammer von etwa 190 1 (50 Gallonen) Fassungsvermögen. Die Tabelle zeigt, daß Zufuhrgeschwindigkeiten von 75 1 (20 Gallonen) pro Minute kontinuierlich mit sehr gutem Erfolg der Trennung suspendierter Peststoffbestandteile aus Flüssigkeiten angewendet werden können. Die Angaben über die Klarheit in Kopke-Einheiten sind sehr viel besser als die üblichen Ergebnisse bei Anwendung des Kopke-Verfahrens. Die Klarheit beim Kopke-Verfahren wird bestimmt durch die Ablesbarkeit einer Beschriftung bei einer bestimmten Eintauchtiefe in klarer Flüssigkeit in Millimetern. Normalerweise gilt der Wert 100 bereits als ausgezeichnete Klarheit. Die Tabelle zeigt dagegen Klarheitswerte weit über die Instrumentenskale hinaus bei Zufuhrgeschwindigkeiten von bis zu 80 1 (21 Gallonen) pro Minute und mehr. Die Werte von Tabelle 1 wurden bestimmt durch Interpolationsmessung der Eintauchtiefe in Millimetern bis zu einem Punkt, bei dem die Beschriftung noch klar lesbar war. Die Tabelle I zeigt ferner, daß die Unterströmungsdichte
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(gemessen in Brix-Graden) gleichmäßig hoch war und mit der Klarheit des Überlaufs übereinstimmte.
Um die äquivalenten Strömungsgeschwindigkeiten in nP/h (Gallonen pro Minute) pro nP (pro Quadratfuß) der Absetzfläche zu bestimmen, wurden Vergleiche zwischen einem Absetzbehälter von 190 1 (50 Gallonen) Fassungsvermögen und einem kleineren Laboratoriumsmodell von 1550 ml Passungsvermögen durchgeführt. Die durch den Vergleich bestimmten Absetzgeschwindigkeiten sind in Tabelle II zusammengefaßt:
Tabelle II
Strömungsgeschwindigkeiten pro Flächeneinheit Gleichwertige Strömungsgeschwindigkeiten
Teile gpm pro ft2 Fläche Unterströmungs-Brix-Grade pro Million
Absetzhilfs-
mittel 190 1 1550 ml 190 1 ' 1550 ml
5 5,5 3,6 52-5? 55
5 5,1 3,6 53 55
5 7,5 7,0 42 34
5 6,4 7,0 47 30
5 4,5 3,5 50-60 56
3 4,4 3,5 53-55 49
3 3,3 3,5 55 47-49
1,5 3,9 3,5 45 41
1,2 3,8 3,5 40 35
Bei den in der Tabelle II zusammengefaßten Versuchsergebnissen war der Überlauf bei jedem Versuch gleichmäßig hell und die Zusätze des aus einem Polyacrylamid bestehenden Absetzhilfsmittels lagen im Bereich von 3 bis 5 Teilen pro Million. Bei 1,2 Teilen pro Million Polyacrylamid-Absetzhilfs-
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mittel ergab sich eine Klarheit in Kopke-Einheiten von der Größenordnung von 100 bei einer Versuchsanordnung mit 190 1 Passungsvermögen. Die Unterströmungsdichte für jeden der Versuche war gleichfalls gleichmäßig hoch und befand sich in Übereinstimmung mit der Klarheit der tiberlauf flüssigkeit. Die Tabelle II zeigt, daß Zufuhrgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 3 bis etwa 8 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß Absetzfläche gleichmäßig zufriedenstellende Resultate ergeben. Praktisch wurden Zufuhrgeschwindigkeiten von 3 bis 10 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß (d.h. 12 bis 40 1 pro Minute für jeweils 0,093 πι2) Absetzfläche mit kleinen Änderungen in den angegebenen Resultaten angewendet. Bei einem Absetzbehälter mit 190 1 Fassungsvermögen wird diese Tatsache allgemein durch die Werte der folgenden Tabelle III veranschaulicht, welche die gravimetrischen Bestimmungen enthält, die in bezug auf die Menge der suspendierten Peststoffe bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten der eintretenden Substanz gemacht wurden:
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Tabelle
III
Auswirkung der Strömungsgeschwindigkeit auf die suspendierten Peststoffe Absetzeinheit mit 50 Gallonen Passungsvermögen Industrieller Absetzbehälter
Unterströmung % Suspendierte
trockene
Peststoffe		 Überlauf % Suspen
dierte
Feststoffe		 überlauf % Suspendierte
trockene
Feststoffe
Zufuhr.
oGPM/ft2
O		 °Brix KOPKE-
Klarheit		 0,0049 Zufuhr
GPM/ft2 		0,0098
OO
NJ
CO
-8,1		 49 300 0,0098 0,37 0,0073 ■-* £j
cd 6,7 55 - 0,0040 0,37 0,0045 S
!^5,4 55 - 0,0073 0,37 0,0045 ^
4,7 55 - 0,0045 0,37
3,8 52 23,4 . - 0,0045
0,0128		 K)
3,8
9,2		 46 24,2 200 0,0088
8,2 47 300
Die Tabelle zeigt, daß der Anteil in dem Überlauf verbleibender suspendierter Peststoffe der gleiche oder noch weniger ist als bei den üblichen Absetzvorrichtungen (d. h. bei einem industriellen Absetzbehälter mit etwa 255 ttr Passungsvermögen), was auch für die höchsten Zuflußgeschwindigkeiten gilt. Außerdem ergibt der Betrieb bei den höchsten Zuflußgeschwindigkeiten (und den kürzesten Verarbeitungszeiten) eine größere Zurückhaltung der suspendierten
Feststoffe als bei den sonst normalen industriemäßigen Verfahren. Andererseits waren die festgestellten Klarheitswerte des Überlaufs wesentlich höher als die bei den sonst üblichen Verfahren normalerweise erhaltenen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß durch die Erfindung ein ganz besonders wirkungsvolles und vergleichsweise einfaches Verfahren sowie eine entsprechende Einrichtung zur raschen Trennung suspendierter Peststoffe von Flüssigkeits-Feststoff systemen angegeben wurde. Solche Systeme können gemäß der Erfindung fortlaufend zur Entfernung unlöslicher Fest-Stoffe innerhalb von Zeitabschnitten verarbeitet werden, die nur einen Bruchteil von den vorher bei Anwendung üblicher Einrichtungen erforderlichen Zeiten betragen, wobei die Durchsatzgeschwindigkeit gegenüber den bisherigen industriellen Absetzeinrichtungen beträchtlich erhöht ist. Schließlich ist es bei dem neuen Verfahren und der neuen Einrichtung auch möglich, Einstellungen vorzunehmen, um die verschiedenen charakteristischen Werte bei dem Verfahren nach Bedarf zu ändern
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und so das jeweils günstigste Ergebnis zu erzielen.
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Claims (22)

  1. Patentansprüche
    μ. .) Verfahren zum raschen und fortlaufenden Trennen feinteiliger, suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ständig ein flüssiger Schlamm durch Vermischen einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit mit einer gewissen Menge eines Absetzhilfsmittels gebildet wird, die ausreichend ist, mindestens einen Teil der Feststoffe als Agglomerate zu sammeln, daß ständig der flüssige Schlamm als Einwirkstrom in eine Absetzzone in einem Trennbehälter eingeführt wird, die mit einem vorher gebildeten flüssigen Schlamm gebildet ist, der einen vergleichsweise größeren Anteil agglomerierter Feststoffe pro Volumeneinheit enthält als der Einwirkstrom, daß dann in der Absetzzone zusätzliche Agglomerate durch Kontakt des eintretenden Flüssigkeitsstromes mit den erwähnten, vorher agglomerierten Feststoffen gebildet werden, um so eine dichte Unterströmung sich rasch absetzender Agglomerate zu bilden, und daß ständig geklärte Flüssigkeit aus den oberen Bereichen des Trennbehälters abgeführt wird, während zugleich die dichte Unterströmung aus dessen unteren Bereichen abgeleitet wird, wobei die die dichte Unterströmung bildenden Agglomerate auch dazu dienen, einzelne Feststoffteilchen und kleinere Agglomerate als Teil der Unterströmung mitzureißen und dadurch abzuführen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS als Absetzhilfsmittel ein Glied aus der Gruppe der
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    organischen Polyelektrolyte verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Absetzhilfsmittel ein Polyelektrolyt in Form eines organischen Kopolymers mit einem Molekulargewicht von etwa 2.000.000 bis 3.000.000 verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absetzhilfsmittel in einem Anteilverhältnis von etwa 0,1 bis 50 Teilen pro Million des Einwirkstroms zugesetzt
    wird. "
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einwirkstrom von flüssigem Schlamm mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,68 bis 2,26 m^/h je 0,09 m2 (3 to 10 gallons per minute per square foot) der Filterquerschnittsfläche in der Absetzzone eingeführt wird, wobei diese Geschwindigkeit des Einwirkstroms ausreichend ist, um einen Filtrierungsgrad in der Absetzzone zu bewirken, durch den die Geschwindigkeit der zusätzlichen Agglomeration erhöht wird. |
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zusätzlichen Agglomerate eine größere durchschnittliche Abmessung hat als die vorherigen Agglomerate.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ständig die dichte Unterströmung aus dem Trennbehälter mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Einwirkstromes abgeführt wird, derart, daß die Absetzzone ständig unterhalb einer relativ stationären
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    oberen Grenze In dem Trennbehälter gehalten wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ständig geklärte Flüssigkeit aus dem Trennbehälter mit einer Geschwindigkeit abgeleitet wird, die im wesentlichen direkt proportional der Geschwindigkeit des Einwirkstroms ist.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Agglomerate enthaltende Einwirkstrom zentral zur Absetzzone eingeführt und radial nach außen gerichtet ist, um die zusätzliche Agglomeration rasch zu bewirken.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärtsbewegung des Einwirkstroms angehalten wird, während seine freie Zirkulation nach außen zugelassen wird, um auf diese Weise die radiale Bewegung des Einwirkstroms zu vollenden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufhalten der Aufwärtsbewegung des Einwirkstroms an einer Stelle erfolgt, die mindestens 5 cm (2 Zoll) oberhalb der Stelle der Einführung des Einwirkstroms liegt.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze der Absetzzone mindestens 5 cm (2 Zoll) oberhalb der Stelle des Aufhaltens der Aufwärtsbewegung des Einwirkstroms gelegt wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Einwirkstrom an einer Stelle eingeführt
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    wird, die mindestens 15 cm (6 Zoll) oberhalb der Stelle der Abführung der dichten Unterströmung liegt.
  14. l4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuführgeschwindigkeit des Einwirkstroras in der Größenordnung von 1,7 m^/h je 0,09 m2 (7*5 gallons per minute per square foot) der Querschnittsfläche der Absetzzone.
  15. 15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Rückführung eines Teils der dichten Unterströmung zwecks Vermischung mit dem Einwirkstrom, wobei diese Rückführung einen Grad von Kontrolle über die Agglomerationsgeschwindigkeit und Dichte der aus der Absetzzone abge- führten Unterströmung gestattet.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine durchschnittliche Haltezeit des Einwirkstroms in der Absetzzone von weniger als etwa
    5 Minuten. "
  17. 17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis l6, gekennzeichnet duröh einen vorzugsweise stehend angeordneten zylindrischen Trennbehälter, der Auslaßöffnungen in der Nähe seines oberen und seines unteren Endes und eine durch die Mündung einer zentral in den Behälter von unten hineinragenden Leitung gebildete Einlaßöffnung für den Einwirkstrom aufweist» oberhalb deren eine Vorrichtung zum Aufhalten und Umlenken des Einwirkstromes in etwa radialer Richtung angebracht ist, und an dem eine Vorrichtung
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    zur Steuerung der Geschwindigkeit der Unterströmung zu der unteren Auslaßöffnung hin vorgesehen ist, die dazu dient, die gewünschte Tiefe des Äbsetzbettes für Feststoffe und deren Agglomerate innerhalb des Trennbehälters einzustellen.
  18. l8. Einrichtung 'nach Anspruch 17/ dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ihrer Mündung die Einlaßleitung für den Einwirkstrom bildende Leitung aus einem Standrohr besteht, welches den Boden des Trennbehälfcers durchsetzt und senkrecht bis zu einer Stelle zwischen dessen Decke und Boden reicht.
  19. 19· Einrichtung nach Anspruch 17* gekennzeichnet durch eine Prallplatte zum Aufhalten und umlenken des Einwirkstroms dicht oberhalb von dessen Einmündung.
  20. 20. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 19j dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Standrohrmündung und Prallplatte innerhalb des unteren Teils des Trennbehälters einstellbar ist.
  21. 21. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet; durch zusätzliche Vorrichtungen zur Steuerung der Abfluigescliwlndigkeit durch die Auslaßöffnung am Boden des Trennbehälters, bestehend aus einer Pumpe und lichtempfindlichen Steuer- oder Regeleinrichtungen für diese entsprechend der Flüsslgkeitsturbulenz an einer vorbestimmten Stelle innerhalb des Trennbehälters.
  22. 22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einlaßöffnung und der am Boden befindlichen Auslaßöffnung ein
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    beweglicher Abstreicher angeordnet ist, welcher die Einlaßöffnung umgibt und dazu dient, durch seine Bewegung die Unterströmungsfeststoffe zwangsläufig zu der Bodenauslaßöffnung hinzuführen.
    23· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Auslaßöffnung aus einer peripheren öffnung im oberen Teil des Trennbehälters besteht, an die eine Leitung zur Abführung der überlaufenden geklärten Flüssigkeit angeschlossen ist.
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DE1959212A 1968-11-26 1969-11-26 Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Abtrennung des Feststoffgehalts aus einer feinverteilte Feststoffe in Suspension enthaltenden Behandlungsflüssigkeit Expired DE1959212C3 (de)

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