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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 z. B. 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, die bei der Rüben- und Rohrzuckerherstellung anfallen, Abfallflüssigkeiten von Konservenfabriken, Brauereien, Grossfleischereien und andern Anlagen der Nahrungsmittelverarbeitung grosse Mengen feinteiliger suspendierter Feststoffe sowie kolloidaler Feststoffe.
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 Feststoffe als Abfälle enthalten. Auch die chemische Industrie erzeugt grosse Mengen von Abfallflüssigkeiten, die suspendierte Feststoffe enthalten. Beispiele hiefür 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 Partikeln 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 wässeriger Abfallflüssigkeiten jeglicher Art, um die Abtrennung suspendierter Feststoffe zu erleichtern.
Die bisher zur Abtrennung suspendierter Feststoffe 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.
Die Erfindung betrifft ein diesem Bedarf entsprechendes neues Verfahren zum raschen und fortlaufenden Trennen feinteiliger suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten durch das an sich bekannte Einleiten schlammhaltiger Flüssigkeit in eine schwebende Flockenschicht ; das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ständig ein flüssiger Schlamm durch Vermischen einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit mit einer Menge eines Absetzhilfsmittels gebildet wird, die ausreichend ist, mindestens einen Teil der Feststoffe als Agglomerate zu sammeln, dass ständig der flüssige Schlamm als Strom, in eine Absetzzone eines Trennbehälters eingeführt wird, in der sich ein bereits vorher gebildeter flüssiger Schlamm befindet, der einen vergleichsweise grösseren Anteil agglomerierter Feststoffe pro Volumeneinheit enthält als der obige Strom,
dass dann in der Absetzzone zusätzliche Agglomerate durch Kontakt des eintretenden Stromes 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.
Das neue Verfahren gemäss der Erfindung umfasst also im wesentlichen drei Arbeitsphasen : Zunächst die Agglomeration oder teilweise Agglomeration der suspendierten Feststoffe in einer zugeführten Flüssigkeit durch den Zusatz einer kleinen Menge eines Absetzhilfsmittels ; 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 Feststoffpartikeln 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 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 Feststoffbestandteile zu kontrollieren ; auch können die Verarbeitungsgeschwindigkeiten hinsichtlich Zeit, Turbulenz, Anteilverhältnis usw. variiert werden, um verschiedene erwünschte Verfahrensresultate 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
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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 zur Steuerung der Geschwindigkeit der Unterströmung zu der unteren Auslassöffnung hin vorgesehen ist, die dazu dient, die gewünschte Tiefe des Absetzbettes für Feststoffe und deren Agglomerate innerhalb des Trennbehälters einzustellen.
Das neue Verfahren und die neue Einrichtung gemäss der Erfindung ermöglichen die wirksame fortlaufende Trennung suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten innerhalb von Zeitabschnitten, die nur 1/10 bis 1/100 der bisher zur Erzielung 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 an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert : Fig. l zeigt ein grundsätzliches Schema zur Veranschaulichung der einzelnen Verfahrensgänge gemäss der Erfindung. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung des neuen Verfahrens.
Fig. 3 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 Polyelektrolyte und insbesondere die Gruppe der organischen Copolymere von Acrylamiden mit (geschätzten) Molekulargewichten von etwa 2000000 bis 3000000. Polyelektrolyte als Absetzmittel dieser Art sind in den USA-Patentschriften Nr. 3, 025, 236, Nr. 3, 033, 782 und Nr. 3, 157, 595 angegeben.
In der Verfahrensstufe --2-- wird der agglomerierte Feststoffbestandteile enthaltende flüssige Schlamm fortlaufend als Strom 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 Verfah- rensstufen -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.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die geklärte Flüssigkeit als ein Endprodukt abgeleitet werden kann. Die dichte Feststoffunterströmung 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 Stromes aus flüssigem Schlamm wird, wobei der Anteil der Unterströmung und die Rückflussgeschwindigkeit 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 - zu verwenden. Dazu gehört die Gruppe der Polyacrylamide, die als Absetzhilfsmittel in den oben genannten USA-Patentschriften genannt sind. Polymere dieser Art mit Molekulargewichten im Bereich zwischen 2000000 und 3000000 sind hiebei zu bevorzugen. Spezielle Polyacrylamidharze, die zur Ausführung der Erfindung von Nutzen sind, umfassen eine Anzahl im Handel erhältlicher Produkte. Ein solches Produkt ist ein synthetisches Copolymeres mit hohem Molekulargewicht, welches Amide und Carboxylgruppen enthält (Handelsbezeichnung : Separan AP30, Hersteller : Dow Chemical Co. ).
Seine Zusammensetzung entspricht etwa der folgenden Formel :
EMI2.1
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Ein anderes, sehr zufriedenstel1endes Absetzhi1fsmitte1 ist verfügbar in Form eines modifizierten Polyacrylamidharzes, das durch die Copolymerisation von Acrylamid mit nicht mehr als 5 Mol-% 6-Methacrylyloxäthyl- trimethylammoniummethylsulfat hergestellt ist. Dieses Polyacrylamidharz (erhältlich beispielsweise unter der
Handelsbezeichnung Betz polymer 1420, Hersteller : Betz Manufacturing Corporation) ist mit gutem Erfolg brauchbar in Mengen von weniger als 1 bis mehr als 30 Gew. -Tei1en pro Million des zu behandelnden Flüssigkeit-Feststoff-Systems.
Im allgemeinen hat es sich als erwünscht erwiesen, die Polyacrylamide und gleiche
Polymere in Form verdünnter wässeriger Lösungen zu benutzen. Die verdünnten wässerigen Lösungen werden einfach zu der eintretenden wässerigen Substanz zugesetzt, u. zw. in erwünschten Verhältnismengen, wobei gebräuchliche Proportional-Füllvorrichtungen und Messeinheiten benutzbar sind. Jedoch ist zu beachten, dass jedes Absetzhilfsmittel, das eine Agglomeration von Feststoffen bis zu einem gewissen Grade bewirkt, bei dem
Verfahren gemäss der Erfindung anwendbar ist, um bereits eine beträchtliche Verbesserung gegenüber der bisherigen Praxis zu erzielen.
Wie das in Fig. 2 dargestellte Schema zeigt, lässt sich das Verfahren entsprechend Fig. l 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 Strö- mungssteuerventil-12-zugeleitet wird.
Zuckerlaugen dieser Art enthalten normalerweise bis zu 5% suspendierte Feststoffe (nämlich Kalziumcarbonat, pflanzliche Fasern und ähnliche Verunreinigungen) mit Teilchengrössen von 0, 1 bis 100 p. Die entschäumte Flüssigkeit fliesst durch ihre Schwerkraft aus dem Behälter-10- 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 22-in die Einlassspeiseleitung --24-- eingeführt. Wird das Absetzmittel Betz 1420 oder Separan AP30 verwendet, so wird es im allgemeinen aus einer 0,
Saigon Vorratslösung über eine Rohrleitungsverdünnung mittels des Überlaufes am Absetzbehälter über die Leitung --26-- zugesetzt, derart, dass eine 0, 025% igue 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, z. B. kann eine relativ lange Leitung in der Form einer Rohrleitungsspule --30-- vorteilhaft sein. wahlweise können auch Reihenmischer oder getrennte Ausflokkungsbehälter (nicht dargestellt) benutzt werden.
Der Endeffekt des Zusatzes des Absetzungshilfsmittels zu der Feststoffe enthaltenden Ausgangssubstanz besteht darin, dass die Neubildung von Agglomeraten in dem Strom eingeleitet wird, wenn er in den Absetzbe- hälter-16-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 Polymeren und dem Feststoff bilden.
Nachdem das eine Ende des langen Moleküls von einer suspendierten Feststoffpartikel adsorbiert ist, ist der Rest des Moleküls noch frei in der Suspension, um von andern Partikeln adsorbiert zu werden. Bei Anwesenheit vieler Polymermoleküle in Lösung ergibt die beschriebene Wirkungsweise rasch eine Agglomeration und Ausflokkung der in der Suspension befindlichen Partikeln. 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-16-zusammenzuhalten.
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-32-eingeführt. Bei der dargestellten Apparatur geschieht dies mit Hilfe eines Standrohres - 34-, das eine in dem Boden -38-- des Behälters vorgesehene Vertiefung --36-- durchsetzt und bis zu einer Höhe beträchtlich oberhalb des Behälterbodens reicht. Es ist im allgemeinen zweckmässig, dass der Eintrittspunkt-32-sich mindestens 15 cm 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 Endendes Standrohres 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 den mittleren Teil eines sanft aufgerührten, sich absetzenden, vorher gebildeten flüssigen Schlammes erfolgt, der einen relativ grösseren Anteil agglomerierter Feststoffe pro Volumeneinheit aufweist, als er in dem einfliessenden Einwirkstrom vorhanden ist.
Die sich von der Eintrittsstelle --32-- in Richtung der Pfeile - verteilende Substanz kommt in Berührung mit den vorher gebildeten Agglomeraten aus Feststoffparti-
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kein, die sich in der Absetzzone --44-- bewegen. Der Effekt dieser Vermischung neu agglomerierender Feststoffbestandteile mit den vorher gebildeten Agglomeraten besteht in einer zusätzlichen Agglomeration und Koaleszenz der Feststoffteilchen zu vergleichsweise grösseren Agglomeraten, die sich rasch in die Schlamm- zone --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 Boden 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 --16-- 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 Strömungsgeschwindigkeiten von der Zufuhrgeschwindigkeit des bei -62-- zuströmenden flüssigen Schlammes abhängen.
Die Prallplatte-M-kann einstellbar in der Decke --64des 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 Eintrittspunktes --32-- befindet, um eine radiale Dispersion der eintretenden, frisch agglomerierenden Feststoffbestandteile 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 erwünschte Vermischung und Bildung realtiv grosser Agglomerate in zufriedenstellender Weise erreicht werden kann. Die Tiefe und der Zustand des Absetzbettes lassen sich in ihrer Wirkung noch er-
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über ein Reduziergetriebe --82-- verbunden ist.
Gegebenenfalls kann die Tiefe des Absetzbettes auch mittels einer photoelektrischen Zelle --84--auf- rechterhalten 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 Fen- ster-90-ist in der Seitenwand des 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 --29-- 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 Höhe 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 - abgeschaltet, so dass allmählich die Höhe des Absetzbettes wieder auf ihren ursprünglichen Pegel ansteigt. Auf diese Weise wird das Absetzbett unter einer relativ stationären, klar definierten oberen Grenze - gehalten.
Die Arbeitsweise der Gesamtanordnung ist folgende :
Die eintretende Substanz wird, nachdem sie in einem Behälter --10-- erforderlichenfalls entschäumt wird,
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--14-- zu demAbsetzbehälter -16-- geleitet.punkt --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-34-, bis es einen Punkt -32-- erreicht, an dem seine Aufwärtsbewegung aufgehalten wird.
In diesem Stadium wird die eintretende Substanz umgeben von einem vorher gebildeten flüssigen Schlamm, der einen vergleichsweise grösseren Anteil agglomerierter Feststoffe 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 Feststoffe zu vergleichsweise grösseren Agglomeraten erfolgt, die sich rasch in der Absetzzone --44-- abzusetzen suchen.
Der Anteil der Agglomerate in der Absetzzone -44-- ist vergleichbar demjenigen einer mittleren oder etwas zusammengedrängten Zone in einer Absetzkammer üblicher Art und gewährleistet hiedurch die erwünschte Vermischung der zugeführten Substanz mit den umgebenden Agglomeraten. Die resultierenden, relativ grossen Agglomerate bilden eine dichte, frei fallende Masse von Feststoffbestandteilen, welche die zugeführte flüssige
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Substanz wirksam filtriert und die suspendierten Feststoffpartikeln 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 verursacht dabei eine sanfte Agitation in den oberen Teilen dieser Zone.
Der Effekt der beschriebenen Bewegung besteht darin, dass eine rasche Absetzung der relativ grossen Agglome-
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den oberen Auslass --56-- abgeführt.
Das beschriebene kontinuierliche Verfahren und die Einrichtung zum Trennen suspendierter Feststoffbestand- teile aus Flüssigkeiten ist äusserst wirksam, um eine rasche und vollständige Trennung der festen und der flüssigen Bestandteile zu erhalten. Um es noch speziell zu erläutern :
Die Trennungen der ersten Schlammsäfte bei der Herstellung von Rübenzucker (die normalerweise durchschnittliche Absetzzeiten in der Grössenordnung von 80 min erfordern) lassen sich wirkungsvoll nach dem hier beschriebenen Verfahren bei durchschnittlichen Absetzzeiten von weniger als 5 min durchführen. Ähnliche Resultate sind beispielsweise bei der Trennung von Schlämmen aus Haupt- und Schwemmabwässern zu erhalten, oder beim Weichmachen von Wasser durch den Kalk-Natron-Prozess, oder bei der Behandlung verschiedener anderer Flüssigkeiten, welche feinteilige und suspendierte Feststoffbestandteile 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, 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 Feststoffe 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 Brillanz 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
EMI5.2
<tb>
<tb> Auswirkungen <SEP> der <SEP> Zufuhrgeschwindigkeit
<tb> Zufuhr <SEP> Unterströmungsdichte <SEP> Überlaufklarheit
<tb> m3fh <SEP> Brix-Grade <SEP> Kopke-Einheiten
<tb> 4, <SEP> 8 <SEP> 45 <SEP> 200
<tb> 3, <SEP> 6 <SEP> 75 <SEP> 300
<tb> 1, <SEP> 8 <SEP> 57 <SEP> 170
<tb> 3, <SEP> 8 <SEP> 47 <SEP> 120
<tb> 4, <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 150
<tb> 2, <SEP> 5 <SEP> 47 <SEP> 250
<tb> 4, <SEP> 5 <SEP> 34 <SEP>
<tb> 4, <SEP> 7 <SEP> 35 <SEP> 200
<tb> 2, <SEP> 9 <SEP> 52 <SEP> 140
<tb> 4, <SEP> 0 <SEP> 44 <SEP>
<tb> 4,
<SEP> 7 <SEP> 35 <SEP> 120
<tb>
Die vorstehende Tabelle veranschaulicht die Ergebnisse der Trennung suspendierter Feststoffe aus dem ersten Rübenschlammsaft während vier verschiedener Verfahrensabschnitte in einer Absetzkammer von etwa 190 1 Fas-
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sungsvermögen. Die Tabelle zeigt, dass Zufuhrgeschwindigkeiten von 75 1 pro Minute kontinuierlich mit sehr gutem Erfolg der Trennung suspendierter Feststoffbestandteile 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 Instrumentenskala hinaus bei Zufuhrgeschwindigkeiten von bis zu 80 l 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 (gemessen in BrixGraden) gleichmässig hoch war und mit der Klarheit des Überlaufs übereinstimmte.
Um die äquivalenten Strömungsgeschwindigkeiten in nr'/h pro m2 der Absetzfläche zu bestimmen, wurden Vergleiche zwischen einem Absetzbehälter von 190 1 Fassungsvermögen und einem kleineren Laboratoriumsmodell von 1550 ml Fassungsvermögen durchgeführt. Die durch den Vergleich bestimmten Absetzgeschwindigkeiten sind in Tabelle II zusammengefasst :
Tabelle II
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<tb>
<tb> Strömungsgeschwindigkeiten <SEP> pro <SEP> Flächeneinheit
<tb> Gleichwertige <SEP> Strömungsgeschwindigkeiten <SEP>
<tb> Teile <SEP> pro <SEP> Million <SEP> m3/h <SEP> pro <SEP> m2 <SEP> Fläche <SEP> Unterströmungs-Brix-Grade
<tb> Absetzhilfsmittel
<tb> 190 <SEP> l <SEP> 1550 <SEP> ml <SEP> 190 <SEP> l <SEP> 1550 <SEP> ml
<tb> 5 <SEP> 12,6 <SEP> 8,3 <SEP> 52-53 <SEP> 55
<tb> 5 <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 8,3 <SEP> 53 <SEP> 55
<tb> 5 <SEP> 17,2 <SEP> 16,1 <SEP> 42 <SEP> 34
<tb> 5 <SEP> 14,7 <SEP> 16,1 <SEP> 47 <SEP> 30
<tb> 5 <SEP> 10,3 <SEP> 8,1 <SEP> 58-60 <SEP> 56
<tb> 3 <SEP> 10,1 <SEP> 8,1 <SEP> 53-55 <SEP> 49
<tb> 3 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 8,1 <SEP> 55 <SEP> 47-49
<tb> 1, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP> 45 <SEP> 41
<tb> 1, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 9 <SEP> 8,
<SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> 35
<tb>
Bei den in der Tabelle 11 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-Absetzhilfsmittel ergab sich eine Klarheit in Kopke-Einheiten von der Grössenordnung von 100 bei einer Versuchsanordnung mit 190 1 Fassungsvermögen. Die Unterströmungsdichte für jeden der Versuche war gleichfalls gleichmässig hoch und befand sich in Übereinstimmung mit der Klarheit der Überlaufflüssigkeit. Die Tabelle II zeigt, dass Zufuhrgeschwindigkeiten in der Grössenordnung von 8 bis etwa 21 rn ?/h pro m2 Absetzfläche gleichmässig zufriedenstellende Resultate ergeben.
Praktisch wurden Zufuhrgeschwindigkeiten von 12 bis 401 pro Minute für jeweils etwa 0, 1 m2 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 Feststoffe bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten der eintretenden Substanz gemacht wurden :
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Tabelle III
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<tb>
<tb> Auswirkung <SEP> der <SEP> Strömungsgeschwindigkeit <SEP> auf <SEP> die <SEP> suspendierten <SEP> Feststoffe
<tb> Absetzeinheit <SEP> mit <SEP> 190 <SEP> 1 <SEP> Fassungsvermögen <SEP> Industrieller <SEP> Absetzbehälter <SEP>
<tb> Unterströmung <SEP> Überlauf <SEP> Überlauf
<tb> Zufuhr <SEP> Brix <SEP> % <SEP> suspendierte <SEP> Kopke- <SEP> % <SEP> suspendierte <SEP> Zufuhr <SEP> % <SEP> suspendierte
<tb> m/h/m <SEP> trockene <SEP> Klarheit <SEP> Feststoffe <SEP> m/h/nr <SEP> trockene
<tb> Feststoffe <SEP> Feststoffe
<tb> 18. <SEP> 7 <SEP> 49 <SEP> 300 <SEP> 0, <SEP> 0049 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 0, <SEP> 0098 <SEP>
<tb> 15, <SEP> 5 <SEP> 55-0. <SEP> 0098 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 0. <SEP> 0073 <SEP>
<tb> 12.
<SEP> 5 <SEP> 55 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 0040 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 0, <SEP> 0045 <SEP>
<tb> 10, <SEP> 8 <SEP> 55.. <SEP> 0, <SEP> 00'73 <SEP> 0, <SEP> 85 <SEP> 0, <SEP> 0045 <SEP>
<tb> 8, <SEP> 8 <SEP> 52-0. <SEP> 0045 <SEP>
<tb> 8, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 0045 <SEP>
<tb> 21. <SEP> 2 <SEP> 46 <SEP> 23, <SEP> 4 <SEP> 200 <SEP> 0, <SEP> 0128 <SEP>
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EMI7.3
FeststoffeBetrieb bei den höchsten Zuflussgeschwindigkeiten (und den kürzesten Verarbeitungszeiten) eine grössere Zurückhaltung der suspendierten Feststoffe als bei den sonst normalen industriemässigen Verfahren. Anderseits 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 Feststoffe von Flüssigkeits-Feststoffsystemen angegeben wurde. Aus letzteren können gemäss der Erfindung fortlaufend unlösliche Feststoffe innerhalb von Zeitabschnitten entfernt 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 und so das jeweils günstigste Ergebnis zu erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum raschen und fortlaufenden Trennen feinteiliger, suspendierter Feststoffe von Flüssigkeiten durch Einleiten schlammhaltiger Flüssigkeit in eine schwebende Flockenschicht, dadurch gekenn- zeichnet, dass ständig ein flüssiger Schlamm durch Vermischen einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit mit einer Menge eines Absetzhilfsmittels gebildet wird, die ausreichend ist, mindestens einen Teil der Feststoffe als Agglomerate zu sammeln, dass ständig der flüssige Schlamm als Strom in einer Absetzzone in einem Trennbehälter eingeführt wird, in der sich ein bereits vorher gebildeter flüssiger Schlamm befindet, der einen vergleichsweise grösseren Anteil agglomerierter Feststoffe pro Volumeneinheit enthält als der obige Strom,
dass dann in der Absetzzone zusätzliche Agglomerate durch Kontakt des eintretenden Stromes 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 Trennbehalters 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.