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Verfahren zur teilweisen Verwertung von Zuckerfabriks-Schmutzwässern im Betriebe und
Hydrozyklon zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur teilweisen Verwertung von Zuckerfabriks-Schmutzwässern im Betriebe und einen Hydrozyklon zur Entfernung der festen Verunreinigungen der Schmutzwässer. Die teilweise Verwertung der Schmutzwässer im Betriebe kann nur nach entsprechender Reinigung erfolgen.
In den Zuckerfabriken muss-von der verarbeiteten Rübenmenge abhängig-im allgemeinen mit einer 6- bis lOfachen Schmutzwassermenge gerechnet werden, welche zum grösseren, z. B. 3/4 Teile, dem von der Anschwemmung der Rübe stammenden Schwemmwasser und zum kleineren Teile aus dem von der Diffusion hervorgehenden sogenannten Sauerwasser besteht. Das Schwemmwasser enthält hauptsächlich anorganische Verunreinigungen (Sand, Erde), das Sauerwasser hingegen hauptsächlich organische Verunreinigungen (Pülpe, Pülpenfasern). Diese Schmutzwässer werden in der Regel gesondert oder gemeinsam abgeleitet. Die Schmutzwässer werden in beiden Fällen in Absetzanlagen einem Faulprozess unterzogen, dessen Zweck ist, die Schmutzwässer nach der Zersetzung der organischen Stoffe ins Flusswasser ableiten zu können.
Für den Faulprozess des gesamten Schmutzwassers einer täglich 200 Waggon Rübe verarbeitenden Fabrik ist eine Bodenfläche von etwa 60-80 Katastraljoch erforderlich. Der Faulprozess beansprucht drei Monate, bei kaltem Wetter noch mehr.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass von einer beträchtlichen Schmutzwassermenge die Rede ist, deren Ableitung und Ablassung in Flusswasser, den Zuckerfabriken ernste Sorgen bereitet, wobei nach dem Gesagten eine grosse Bodenfläche der Landwirtschaft entzogen werden muss. Man bemüht sich die Schmutzwässer vor dem Faulprozess einer gewissen Reinigung zu unterziehen, wozu verschiedene Absetzeinrichtungen verwendet werden, um die Schmutzwässer von den festen Verunreinigungen zu befreien. Der Rauminhalt dieser Einrichtungen beträgt bei einer täglich 200 Waggon Rübe verarbeitenden Fabrik etwa 20. 000-25. 000 m3. Die abgesetzten Schmutzwässer werden sodann einem Faulprozess unterworfen. Statt des Faulprozesses der Schmutzwässer kann die Reinigung der
Schmutzwässer teilweise unter anderem z.
B. mit Chlor, Kalk oder Säuren erzielt werden, doch sind diese Ausführungsarten ausserordentlich kostspielig und werden aus wirtschaftlichen Gründen nicht angewendet.
Das aus der Diffusion hervorgehende Schmutzwasser enthält u. a. in grossem Ausmasse Pülpe, welche man in gewissen Betrieben so zu verwerten bemüht ist, dass das aus der Diffusion fliessende Schmutzwasser über ein sogenanntes Segelsieb in eine Pressanlage geleitet wird, welche einen ansehnlichen Teil der Pülpe zurückhält und zusammenpresst. Dieses Pressprodukt wird auf verschiedene Art verwertet, wobei zufolge der Entfernung eines beträchtlichen Teiles der Pülpe gleichzeitig die Menge der verfaulenden organischen Stoffe verringert wird. Die aus der erwähnten Pressanlage fliessende Trübe gelangt auf ein Sieb, von wo eine Segelbürste einen Teil der aus der Presse entschlüpften Pülpe in einen Trog hebt, aus dem sie in die Pressanlage zurückgebracht wird. Die Trübe wird zwecks weiterer Reinigung auf Pülpenfängersiebe (z. B.
Borsig-, May- oder Babrowskysche Siebsysteme) geleitet, wobei das von hier erhaltene gereinigte Schmutzwasser neuerlich bei der Diffusion verwendet, die jetzt erhaltene Trübe hingegen als für weitere Verwendung im Betrieb ungeeignetes Schmutzwasser, aus dem Betrieb abgeleitet wird. Dieses abgeleitete Schmutzwasser (Sauerwasser oder Presswasser) enthält noch immer etwa 8% Pülpe und in grosser Menge auch Pülpenfasern. Das Presswasser wird gesondert dem Faulprozess zugeführt oder aber mit der drei-bis vierfachen Schwemmwassermenge vereint und das gemeinsame Schmutzwasser zum Faulprozess abgeleitet.
Die beschriebene übliche Reinigung des aus der Diffusion erhaltenen Schmutzwassers ist-obwohl sie den erwünschten Reinheitsgrad nicht erreicht-teilweise wegen der teuren Maschinen, teilweise deshalb sehr kostspielig, weil sich die Siebe mit Erde, Pülpe und Sand oft verstopfen und schon nach einigemal erfolgter Reinigung unbrauchbar werden.
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Im vorhergehenden wurde die übliche Schmutzwassertechnologie der Zuckerfabriken behandelt. Der erwähnte ausserordentlich grosse Bedarf an Frischwasser ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl des Ortes einer Zuckerfabrik, wobei der grosse Wasserkonsum an und für sich eine schwere Belastung bedeutet. Die Liquidierung der Schmutzwässer entzieht der Landwirtschaft bedeutende Flächen, wobei die flächenbedürftige, lange dauernde Fäulnis infolge des Bakteriengehalts der Schmutzwässer in der Umgebung grosser Bodenflächen lange Zeit hindurch Infektionsgefahr verursacht.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur kontinuierlichen und leistungsstarken Reinigung sämtlicher ZuckerfabriksSchmutzwässer, wodurch die Schmutzwässer teilweise, jedoch in hohem Prozentsatz, im Betrieb verwendet werden können. Eine derartige Verwertung der Schmutzwässer behebt den ständigen grossen Frischwasserbedarf der Zuckerfabriken, macht das ganze Schmutzwasser für eine nur kurze Zeit beanspruchende Fäulnis auf einer kleinen Bodenfläche geeignet und beschränkt auf diese Weise die Infektionsgefahr auf ein Minimum. Es ist z. B. die Verwertung von etwa 80% Schmutzwasser im Betriebe und die Ergänzung des Wasserbedarfes mit 20% Frischwasser allenfalls zu empfehlen, weil der prozentual kleine, kontinuierliche Austausch des verbrauchten und infizierten Wassers mit Frischwasser richtig und begründet ist.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen und billigen Filters grosser Kapazität, nämlich eines Hydrozyklons, mit dem die organischen Verunreinigungen (inbegriffen die Pülpe und Pülpenfasern) der gesamten Zuckerfabriks-Schmutzwässer betriebssicher entfernt werden können. Zur Reinigung des Schmutzwassers wurden schon Hydrozyklone bekannter Konstruktion empfohlen, doch waren die mit denselben im Grossbetrieb erzielten Erfolge nicht zufriedenstellend und ausserdem waren diese Zyklone für die Reinigung des Sauerwassers oder des gemeinsamen Schmutzwassers nicht geeignet, weil sie die Pülpe nicht ausscheiden konnten.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass man das aus dem Betrieb abgeleitete Schwemmwasser zyklonisiert, das so erhaltene gereinigte Schwemmwasser in den Betrieb zurückleitet, die aus dem Zyklon abfliessende Trübe mit dem aus dem Betrieb abgeleiteten Sauerwasser vereint, hierauf aus dem derart erhaltenen gemeinsamen Schmutzwasser die darin enthaltenen festen Verunreinigungen (inbegriffen die Pülpe und Pülpenfasern) durch weitere Zyklonisierung entfernt und schliesslich a) das auf diese Art aus dem Zyklon gewonnene gereinigte Wasser in den Betrieb zurückleitet oder in Flusswasser ablaufen lässt, b) die aus dem Zyklon derart erhaltene Trübe einem Faulprozess zuführt.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, dass von der Schwemme stammende Schmutzwasser, das etwa drei Viertel des gesamten Schmutzwassers beträgt, mit einem Druck von 3 bis 4 atü auf den Zyklon (die Zyklonbatterie) zu bringen.
Nachdem der Zyklon aus dem Schwemmwasser die festen Verunreinigungen ausgeschieden hat, eignet sich dieses gereinigte Wasser für die neuerliche Verwendung im Betriebe. Das gereinigte Schwemmwasser wird im Betriebe benützt und es wird z. B. von neuem zur Rübenschwemmung, Rübenwaschung usw. verwendet. Die Zyklonbatterie wird so eingestellt, dass sie etwa 80% gereinigtes Wasser dem Betriebe zurückgibt, 20% des Wassers hingegen den dünnflüssigen Ablauf der Trübe ermöglichen. Erfindunggemäss wird diese Trübe mit dem aus dem Betriebe abgeleiteten Sauerwasser vereint. Das gemeinsame Schmutzwasser wird unter dem vorerwähnten Druck neuerlich zyklonisiert, wodurch die gesamten festen Verunreinigungen, die aus der Schwemme und der Diffusion stammen, im wesentlichen entfernt werden. Das so gewonnene gereinigte Schmutzwasser kann z.
B. für Schwemmungszwecke ebenfalls in den Betrieb zurückgeleitet oder in Flusswasser abgelassen werden. Die bei dieser Reinigung gleichzeitig abfliessende Trübe ist nunmehr für eine kurze Zeit beanspruchende Fäulnis auf einer kleinen Fläche geeignet. Die abfliessende, jetzt schon kleine Trübenmenge enthält die noch entschlüpften, faulbaren Pülpenfasern und Pülpe. Diese Trübe vergärt praktisch nach einer einmonatigen Fäulnis derart, dass sie in Flusswasser abgeleitet werden kann.
Wie eingangs erwähnt, bedurfte im Falle der üblichen Schmutzwassermanipulation eine Fabrik mit einer täglichen Rübenverarbeitung von etwa 200 Waggon zur Fäulnis des gesamten Schmutzwassers einer Bodenfläche von beiläufig 60-80 Katastraljoch, wobei die Fäulnis mindestens drei Monate beansprucht bei dem Verfahren nach der Erfindung ist der Bedarf etwa 13 Katastraljoch, die Fäulnis ist in einem Monat beendet und man kann ungefähr 80% des gesamten Schmutzwassers im Betrieb verwerten.
Das aus dem Betrieb abgeleitete Sauerwasser kann gemäss der Erfindung so gewonnen werden, dass man das aus der Diffusion erhaltene Schmutzwasser durch die erwähnte Pressanlage leitet, sodann die abfliessende Trübe an Stelle der Verwendung kostspieliger Siebe zyklonisiert, die Trübe in die Presslage zurückleitet, das gereinigte Wasser in die Diffusion zurückfliessen lässt,
aber einen Teil dieses gereinigten Wassers als Sauerwasser (Presswasser) aus dem Betriebe ableitet. Gemäss dem üblichen Verfahren hat dieses aus dem Betriebe abgeleitete Sauerwasser u. a. noch immer etwa 8% Pülpe enthalten. Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelte Diffusionsschmutzwasser enthält höchstens 1% Pülpe, was ebenfalls dazu beiträgt, dass die zur Fäulnis erforderliche Bodenfläche und Zeitdauer nur einen Bruchteil der normal benötigten Fläche und Zeit beträgt.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann den örtlichen Verhältnissen entsprechend vereinfacht werden, ohne dass die Erfindung eine Abänderung erfahren, oder die damit erzielten Erfolge sich im Prinzip bedeutend ändern würden. Somit kann in jenen bestehenden Zuckerfabriken, in denen das Schwemmwasser und Sauerwasser nicht gesondert abgeleitet wird, sondern die Ableitung gemeinsam vor sich geht, das gesamte
Schmutzwasser gemeinsam zyklonisiert werden, wobei man das derart gereinigte Wasser im Betriebe neuerlich verwertet, dem Faulprozess hingegen die von der Zyklonenbatterie abfliessende Trübe zuführt. Gemäss der Erfindung kann unter gewissen Umständen auch so vorgegangen werden, dass man nur das Schwemmwasser zyklonisiert, das etwa 1/4 Teil des gesamten Schmutzwassers betragende Sauerwasser hingegen ohne Zwischenbehandlung dem Faulprozess zuführt.
Es wird jedoch auf den Umstand verwiesen, dass die vorstehend beschriebene Methode des erfindunggemässen Verfahrens für die entsprechendste gehalten wird, bei der man die nach der Reinigung des Schwemmwassers abfliessende Trübe mit dem aus dem Betriebe abgeleiteten Sauerwasser vereint, dieses gemeinsame Schmutzwasser neuerlich reinigt und die so erhaltene Trübe verfaulen lässt.
Die Angaben des Hydrozyklons nach der Erfindung wurden im Wege von längeren Versuchen eigens zur Entmischung der in Rede stehenden zu reinigenden Suspensionen, also der Zuckerfabriks-Schmutzwässer, festgesetzt. Die Bestimmung der Abmessungen des Zyklons stellen umsomehr eine erfinderische Tätigkeit dar, als die Strömungsvorgänge von Suspensionen in Hydrozyklonen sich bisher nicht exakt berechnen lassen (Dr. rer. nat. H. Trawinski, ChemieIngenieur-Technik", 1958, Seiten 85-95). Die optimalen Abmessungen werden anlässlich der konkreten Ausführungsform des Zyklons bekanntgegeben. Die Abmessungen hängen untereinander zusammen und bei Abänderung der Parameter ändern sich auch die angegebenen Abmessungen.
In überraschender Weise hat sich gezeigt, dass ein sich diffusormässig erweitender Stutzen, der am unteren Ende des am konischen Teil angebrachten Streurohres in der Fortsetzung des konischen Teiles des Zyklons vorgesehen ist, auch die Pülpe und Pülpenfasern zum Ausscheiden zwingt, welcher Umstand bis jetzt noch nicht erreicht werden konnte. Es ist anzunehmen, dass die zufolge des Diffusors auftretende Geschwindigkeitsverminderung die Beschleunigungsverhältnisse derart günstig gestaltet, dass auch die erwähnten festen Verunreinigungen ausgeschieden werden.
Jede der Zyklonbatterien besteht-von der Wassermenge abhängig-aus mehreren Zyklonen mit einer Kapazität von 1000 l/min. Das Schwemmwasser oder das gemeinsame Schmutzwasser wird im allgemeinen mit offenschaufeligen Zentrifugalpumpen auf die Zyklone befördert.
Der Sauerstoffverbrauch der der Fäulnis zugeführten Schmutzwassertrübe ist um rund 60% geringer, als jener der im üblichen Verfahren erhaltenen Schmutzwässer. Im Schrifttum gilt eine derartige Verminderung des Sauerstoffverbrauchs als bester Reinigungs-Wirkungsgrad.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen beispielsweise je ein Schema zweier Ausführungsarten des Verfahrens nach der Erfindung und eine Ausführungsform des Hydrozyklons nach der Erfindung.
Es zeigen :
Fig. 1 das Schema einer Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens, laut welchem das Schwemmwasser gereinigt, das gereinigte Wasser zur neuerlichen Verwertung in den Betrieb zurückgenommen, die erhaltene Trübe mit dem aus dem Betrieb abgeleiteten Sauerwasser vermengt, das gemeinsame Schmutzwasser neuerlich gereinigt, das derartig gereinigte Wasser in den Betrieb zurückbefördert oder in Flusswasser abgeleitet, die Trübe hingegen einem Faulprozess zugeführt wird ; Fig. 2 das Schema einer Ausführungsart des erfindunggemässen Verfahrens, laut welcher in verein- fachter Abwandlung nur das Schwemmwasser gereinigt, das gereinigte Wasser zur neuerlichen Verwertung in den Betrieb zurückbefördert, die erhaltene Trübe hingegen einem Faulprozess zugeführt wird ; Fig. 3 schematisch den oberen Teil einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Hydrozyklons ;
Fig. 4 in grösserem Massstabe den unteren Teil des Zyklons nach Fig. 3.
In der Abwandlung nach Fig. 1 wird das Schwemmwasser 1 mittels einer Zentrifugalpumpe in den Hydrozyklon (in die Zyklonenbatterie) X befördert, aus welchem das gereinigte Wasser 2 zwecks neuerlicher Verwendung in den Betrieb zurückgenommen wird. Die aus dem Zyklon X austretende dünnflüssige Trübe 3 wird mit dem aus dem Betrieb abgeleiteten Sauerwasser 5 vermengt, hierauf das gemeinsame Schmutzwasser in den Hydrozyklon (in die Zyklonbatterie) Y befördert. Das gereinigte Wasser 6 wird in den Betrieb zurückgenommen oder in Flusswasser abgeleitet, während man die aus dem Zyklon Y sich entfernende Trübe in der Richtung 4 dem Faulprozess zuführt.
In der Abwandlung nach Fig. 2 befördert eine Zentrifugalpumpe das Schwemmwasser 1 auf den Zyklon X, aus dem das gereinigte Wasser 2. zwecks neuerlicher Verwendung in den Betrieb zurückgenommen wird. Die aus dem Zyklon X sich entfernende dünnflüssige Trübe 3 lässt man in Richtung 4 zum Faulprozess ablaufen. Bei dieser Ausführungsart läuft das aus dem Betrieb abgeleitete Sauerwasser, dessen Menge etwa ein Viertel der Schwemmwassermenge beträgt, unmittelbar zum Faulprozess ab.
Das Verfahren nach der Erfindung kann im Bedarfsfalle auch derart ausgeführt werden, dass man-das in J Fig. 2 dargestellte Schema zugrundelegenddas aus dem Betrieb abgeleitete Sauerwasser dem Schwemmwasser 1 zuführt und dieses ge-
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meinsam Schmutzwasser auf den Zyklon X bringt, der jetzt eigentlich auch die Rolle des
Zyklons Y nach Fig. 1 übernimmt. Das Schema dieser Ausführungsart wurde, da diese Ab- wandlung leicht verständlich ist, zeichnerisch nicht dargestellt.
Der Oberteil des in den Fig. 3 und 4 gezeigten
Zyklons (Fig. 3) weist im wesentlichen die üb- liche Ausführung auf, indem sich dem oberen zylindrischen Körper 7 des Zyklons der konische
Teil 8 anschliesst. In den Körper 7 mündet ferner das Einlaufrohr 9 und befindet sich in höherer Lage das Ablaufrohr 10, durch das sich das gereinigte Wasser entfernt ; im Körper 7 zwischen den Rohren 9 und 10 ist das Wirbel- rohr 11 angebracht.
Gemäss der in grösserem Massstab veran- schaulichten Fig. 4 endet der konische Teil 8 nicht in einem üblichen, geradewandigen Streurohr. Es befindet sich unter der Streuöffnung 12, in Fortsetzung des konischen Teiles 8, ein sich erweiternder Stutzen (Diffusor) 13, der die auf der inneren Oberfläche des konischen Teiles 8 abwärts zirkulierenden Verunreinigungen (Erde,
Sand, aber auch die Pülpe und Pülpenfasern) zum Ausscheiden zwingt. Der Diffusor 13 verhindert, dass der aufwärts strebende Luftstrom besonders die mit Pülpen behafteten sonstigen Verunreinigungen mit sich zieht und somit das Wasser sie durch das Rohr 10 entfernt, oder dass die Verunreinigungen den Hydrozyklon verstopfen.
Es wurde ein sehr befriedigender 90%iger Wirkungsgrad mit einem Zyklon erzielt, dessen wichtigste Abmessungen die folgenden sind : Durchmesser des zylindrischen Körpers 7 = 300 mm. Durchmesser des Wirbelrohres 92 mm, Höhe des Körpers 7 = 482 mm, Höhe des ganzen Zyklons 1370 mm. Die Streu- öffnung 12 ist 90 mm oberhalb der unteren Offnung des Diffusors 13. Der Durchmesser der unteren Ablauföffnung des Diffusors ist der zweifache des Durchmessers der Streuöffnung.
Die genaue Arbeitsweise erfordert, dass die Achse des Wirbelrohres, der Mittelpunkt der Streu- öffnung und der Diffusorenöffnung genau in die Längsachse des Zyldons fallen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur teilweisen Verwertung von Zuckerfabriks-Schmutzwässern im Betriebe, dadurch gekennzeichnet, dass man das aus dem Betrieb abgeleitete Schwemmwasser zyldonisiert, das so erhaltene gereinigte Schwemmwasser in den Betrieb zurückleitet, die aus dem Hydro- zyklon abfliessende Trübe mit dem aus dem Be- trieb abgeleiteten Sauerwasser vereint, hierauf aus dem derart erhaltenen gemeinsamen Schmutz- wasser die darin enthaltenen festen Verun- reinigungen durch weitere Zyklonisierung ent- fernt und schliesslich a) das auf diese Art aus dem Hydrozyklon ge- wonnene gereinigte Wasser in den Betrieb zurück- leitet oder in Flusswasser ablaufen lässt, b) die aus dem Hydrozyklon derart erhaltene
Trübe einem Faulprozess zuführt.