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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur beschleunigten Neutralisation und Verbesserung der Chemikalienausbeute bei industriellen Abwasserabläufen.
Bei den verschiedenen chemischen Industrieverfahren fallen oft grössere Abwassermengen von mehreren 1000 m3/h an, die einen sauren oder stark alkalischen Charakter besitzen. Damit das Abwasser in den Vorfluter abgelassen werden darf, wird unter anderem ein annähernd neutraler PH-Wert zwischen PH 6 und PH 8 im Ablauf verlangt. Die Neutralisation der Abwasserabläufe stellt daher den ersten und wichtigsten Schritt in vielen Abwasserreinigungsverfahren dar. Als bekannte Neutralisationsmittel für den grossindustriellen Bedarf kommen für saures Abwasser hauptsächlich Kalziumoxyd (gebrannter Kalk) oder Kalkhydrat, Flugasche oder Mischungen derselben, seltener werden wegen ihres hohen Preises Magnesium- oder Alkalihydroxyde wie KOH, NaOH oder Natriumcarbonate benutzt.
Fallweise lohnt es sich, die Verwendung von Flugasche, wenn es deren Zusammensetzung gestattet, für Neutralisationszwecke heranzuziehen. Bei der Anwendung von Flugasche als Neutralisationsmittel wirkt oft die Kolloid- oder Dispersionsbildung so störend, dass diese Probleme nur unter grossen Schwierigkeiten zu beherrschen sind. Für die Behandlung alkalischer Abwässer eignet sich hauptsächlich Kohlensäure (C02 als Abgas od. dgl.), Schwefelsäure und seltener Salzsäure. Alle übrigen Säuren werden nur dann verwendet, wenn sie als Abfall im Rahmen einer Industrieerzeugung anfallen.
Handelt es sich um grosse Abwassermengen, so wird in erster Linie versucht, einen Ausgleich mit den übrigen Abläufen der Industrie zu schaffen. Diese Arbeitsweise erfordert die Schaffung von grossen Auffangbecken, die durch einen gegen Säure und Lauge beständigen Spezialanstrich oder eine besondere Auskleidung geschützt werden müssen. Je grösser die Auffangbehälter sind, desto mehr Möglichkeiten stehen für die Durchführung zielführender Neutralisationen zur Verfügung.
Eine solche Lösung erfordert aber hohe Baukosten für den Beckenbau.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezieht sich in erster Linie auf die Neutralisation, bessere Raumzeit- und Chemikalienausbeute der Neutralisationsmittel, die bei sauren Abläufen Anwendung finden. Sie wird aber auch für alkalische Abwasser angewendet.
Das Verfahren bezieht sich auf die Aktivierung der festen und/oder flüssigen Neutralisationschemikalien in einem Desintegrator oder auch Carrmühle genannt. Der Desintegrator ist eine Stiftmühle, die mit hoher, mechanischer Energie die Wirkstoffe aktiviert, d. h. ausser einer Vergrösserung der Oberfläche, Gitterstörstellung, Gitterversetzungen, Fehlstellen usw. schafft, wodurch das chemische Potential erhöht und der Reaktionsablauf wesentlich beschleunigt wird. Von den üblichen Stift- oder Käfigmühlen unterscheidet sich ein Desintegrator im wesentlichen durch die hohen Tangentialgeschwindigkeiten der Schlagleistenkränze, welche meist um und über 100 m/s liegen, so dass unter Berücksichtigung der wechselweisen Gegenläufigkeit tatsächliche Kollisionsgeschwindigkeiten zwischen Teilchen und Schlagleisten bis über 200 m/s erreicht werden.
Die mechanische Energie ist so zu bemessen, dass diese zwischen 30 und 150 m/s betragen soll, d. h., die Teilchen werden bis zu diesem Geschwindigkeitsbereich beschleunigt und durch den Zusammenprall in Bruchteilen von Sekunden angebremst. Durch den plötzlichen Verlust der kinetischen Energie entstehen die erhöhten Gitterstörungen und Materialzerkleinerungen. Einer weiteren Behandlung im Desintegrator wird der sich bei der Neutralisation gebildete Schlamm unterzogen. Bei der Neutralisation von schwefelsäure- oder sulfathältigem Abwasser mittels Kalk, Kalkhydrat, Erdalkali- oder Alkalihydroxyden und/oder Hydroxyden entsteht an der Oberfläche eine Sulfatschichte, die die weitere Reaktion hemmt.
Insbesondere bei der Neutralisation von sulfathätigem Abwasser mit Kalk entsteht Gips, der das Kalkteilchen auf der Oberfläche so belegt, dass es oft mehrere Monate bedarf, bis der im Inneren eingeschlossene Kalk wieder frei wird. Um dies zu vermeiden, verwendet man oft gesättigtes Kalkwasser, welches zwar vollständig reagiert, jedoch wegen der geringen Löslichkeit im Wasser sehr grosse Kalksättigungsbehälter erfordern würde. Da bei der Neutralisation von Sulfaten auch die Carbonate und Bicarbonate teilnehmen, so ist eine mechanische Aktivierung und Zerstörung der Feststoffoberflächen von grossem Vorteil. Da diese auch zur beschleunigten Ablösung der Kohlensäure vom Stoffpartikel führen und somit an der Neutralisationsreaktion mit teilnehmen, kann an teurem Kalkhydrat gespart werden.
Zur Durchführung des gegenständlichen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher unter Verwendung eines Schachtes od. dgl. zur Aufnahme des Abwassers mindestens eines
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Vorratsbehälters, Bunkers zur Aufnahme der Neutralisationschemikalien und eines Absetzbeckens oder Schnellklärers, in welchen das Abwasser und die Chemikalien eingebracht werden, erfindungs- gemäss zwischen dem Vorratsbehälter für die Neutralisationschemikalien und dem Absetzbecken oder Schnellklärer ein Desintegrator eingeschaltet ist.
Eine weitere zweckmässige Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann darin bestehen, dass das Absetzbecken oder der Schnellklärer mit dem Schacht od. dgl. durch eine Bodenschlamm führende Leitung od. dgl. verbunden ist, in welcher ein zusätzlicher Desintegrator vorgesehen ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen ein Ausführungsbeispiel der gegenständlichen Vorrichtung dargestellt ist. Es zeigen Fig. l die Vorrichtung in schematischer Darstellung, und die Fig. 2 und 3 einen Desintegrator im Schnitt bzw. in Seitenansicht. Es handelt sich hiebei um die Neutralisation von schwefelsäurehältiger bzw. alkalisulfithältigem Abwasser, wie dieses in der Viskoseerzeugung in grossen Mengen bis zu mehreren 1000 m3/h anfällt.
Das Abwasser wird in an sich bekannter Weise über dem Kanal über einen geschlossenen, bodenseitig belüfteten Teilschacht --2--, welcher zur Austreibung des H2S, CS : usw. dient, dem Pumpensumpf --3-- zugeführt. Die Abgase aus dem Schacht --2-- können in einem Clausofen --2a--, oder über einem Schornstein --3a-- in an sich bekannter Weise verbrannt oder abgelassen werden. In den Teilschacht --2-- wird ein Teil des im Desintegrator --7-- aktivierten, teilweise verbrauchten Schlamms rückgeführt, wodurch nicht nur eine teilweise Vorneutralisation im Sinne des meist verbrauchten Neutralisationsmittels mit dem Abwasser, welches den niedrigsten PH-Wert besitzt, sondern auch eine erhöhte Schlammvolumskonzentration bewirkt wird.
Solchermassen werden auch die nachfolgenden Tauch- und/oder Schraubenpumpen --16-- geschont. Das Abwasser wird in ein Absetzbecken oder in einen drei Zonen enthaltenden Schnell- klärer -4-- über den Rechen --5-- über den Sandfang --6-- gepumpt. In das Absetzbecken oder im Schnellklärer werden die mittels Desintegrator --8-- aktivierten Neutralisationschemikalien eingebracht.
Erfolgt die Aktivierung von Ca (OH) 2 oder CaO gemeinsam mit der Flugasche in der Feststoffphase, so wird hiefür eine Geschwindigkeit von 50 bis 150 m/s ausreichen, um auch die Flugasche einem chemosorptiven Prozess zu unterwerfen. Die Flugasche, die aus CaO, MgO, R Og, SiO, C und andern Stoffen besteht, nimmt an der Neutralisation des Abwassers beschleunigt teil, so dass an teurem Kalk oder Kalkhydrat gespart werden kann. Aus den Bunkern werden Kalk oder Kalkhydriat. -9- und Flugasche -10- mittels einer Zellenradschleuse --11 und 11a-- mengenabhän- gig im Desintegrator eingespeist.
Die Aufgabe erfolgt in einem Auffangrührbehälter --12--, von wo aus eine zirka 5%ige, wässerige Lösung des Neutralisationsmittels mittels Dosierpumpe --13-, die vom p H-Wert-Messgeber --14-- gesteuert wird, in das Absetzbecken oder den Schnellklärer - gelangen. Zur besseren Schlammausscheidung dienen die Chemikalienzusatzbehälter --15-- für das Fe (SO 4) 3 oder Polyelektrolyt --15a--. Das neutralisierte Abwasser verlässt den Schnellklärer am oberen Rand und wird in an sich bekannter Weise in den Vorfluter abgelassen. Es kann bei Bedarf einer biologischen weiteren Klärung zugeführt werden. Der entstehende Bodenschlamm wird hydrostatisch abgelassen.
Ein Teil des Oberschussschlamms gelangt auf die Halde, oder zu einer weiteren Schlammentwässerung. Der überwiegende Schlammanteil wird zu seiner Reaktivierung dem Desintegrator --7-- zugeführt. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit von 25 bis 80 m/s. Anders ausgedrückt, können die Komponenten einer mechanischen Schlagoder Stosswirkung von vorzugsweise 3 bis 8 Schlägen bzw. Schlagimpulsen innerhalb eines Zeitraums von 10-2 bis 10-'s ausgesetzt werden. Diesem Teil können bei Bedarf auch frische Neutralisationschemikalien zugesetzt werden. Die Menge und die Notwendigkeit solcher Zusätze werden von der Schlammabsetzgeschwindigkeit im Neutralisationsbecken oder im Schnellklärer bestimmt.
Den prinzipiellen Aufbau eines Desintegrators zeigen die Fig. 2 und 3.
Bei dieser Mischvorrichtung sind auf zwei Wellen --27 und 28-- mit fluchtenden Achsen je eine Mahlscheibe --29 und 30-- endständig befestigt.
Eine dieser Mahlscheiben ist nahe der Scheibenmitte mit Durchtrittsöffnungen --34-- für das zu behandelnde Material versehen. Den Durchtrittsöffnungen ist eine Prall-und Leitplatte - vorgesetzt. Vor den Durchtrittsöffnungen --34-- befindet sich der Raum --35--, durch den
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das zu behandelnde Material aufgegeben wird. Dichtringe --36-- verhindern, dass dieses Material an der Aussenseite der Mahlscheibe --29-- unter Umgehung der Mahl- und Schlagstifte in den Reihen - -31, 32 und 33-in den Austragsraum --38-- durch die Austragsöffnung --37-- gelangt.
Die Mahlscheiben sind von einem Gehäuse --40-- umgeben, welches entlang dem Flansch - geöffnet werden kann.
In den Zeichnungen ist erkennbar gemacht, dass die Schlagstifte abwechselnd gegenläufig bewegt werden. Dadurch ergeben sich sehr hohe Schlaggeschwindigkeiten.
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind seit langem bekannt. Es ist ihnen meist gemeinsam, dass die Schlagstifte zylindrischen Querschnitt aufweisen, wodurch sich in bezug auf die damit beschleunigten Teilchen eine starke Richtungsstreuung ergibt. Für den erfindungsgemässen Zweck eignet sich dagegen eine Vorrichtung, mit nicht zylindrischen Schlagelementen, welche den Teilchen eine gerichtete Beschleunigung zu erteilen in der Lage ist.
Das Aufgabegut wird zentral-axial zugegeben und vom Sog der durchströmenden Luft bzw. des Schutzgases und der Zentrifugalkraft erfasst und nach aussen geschleudert. Hiebei gerät es in den Schlagbereich der innersten Stiftreihe und erfährt eine nahezu tangentiale Beschleunigung, die von der nächstäusseren, gegenläufigen Stiftreihe in eine entgegengesetzte, ebenfalls nahezu tangentiale Beschleunigung umgewandelt wird. Dies wiederholt sich von Stiftreihe zu Stiftreihe, bis die Teilchen den Bereich der Rotoren verlassen. Durch die Drehzahl der Scheiben und die Radien der Stiftreihen bedingt werden Stossgeschwindigkeiten von 50 bis über 300 m/s erreicht. Die Stossenergien der Teilchen richten sich hiebei nach deren Masse und nach dem Widerstand, den das umgebende Gas ihrer Bewegung entgegensetzt.
Durch Variation der Drehzahlen kann auf den Effekt der Zerkleinerung ebenso wie auf den der mechanochemischen Aktivierung und der von den Teilchen zu speichernden Energie Einfluss genommen werden. In bezug auf äusserlich wahrnehmbare Auswirkungen so gespeicherter Energien können gewünschte Eigenschaften verfahrensgemäss optimiert werden, indem ein gewünschter Parameter laufend kontrolliert und das Kontrollergebnis zur Steuerung der Drehzahl und damit der Teilchenbeschleunigung bzw. deren Endgeschwindigkeit herangezogen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reinigung und bzw. oder Neutralisation von industriellem Abwasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralisationschemikalien, die vorzugsweise feste Bestandteile enthalten, vor ihrer Verwendung einer Behandlung in einem Desintegrator (modifizierte Stift- bzw. Käfigmühle) unterzogen und dabei innerhalb eines Zeitraums von 0,001 bis 0,05 s 3 bis 8 mechanischen Schlägen ausgesetzt und in dem dadurch erzielten vorbehandelten und aktivierten Zustand der zu reinigenden bzw. zu neutralisierenden Flüssigkeit zugesetzt bzw. zugeführt werden.