Verfahren und Einrichtung zum Entwässern von Abwasserschlämmen, insbesondere Schlämmen kommunaler Herkunft
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Entwässern von Abwasserschlämmen, insbesondere Schlämmen kommunaler Herkunft. Die Entwicklungen und Versuche der letzten Zeit auf diesem stark forcierten Gebiet der Entwässerung von Abwasserschlämmen, unter denen die Schlämme kommunaler Art zumeist den höchsten Schwierigkeitsgrad darstellen, haben allgemein zu der Auffassung geführt, dass eine sinnvolle, zweckmässige und nicht zuletzt wirtschaftliche Lösung der problematischen Aufgabenstellung nach dem derzeitigen Stand der Technik kaum möglich ist.
Beobachtungen der Erfinder führten zur Erkenntnis, dass sie an sich nur durch Filter erreicht werden könnte.
Unter den verschiedenartigen Filter-Bauarten würde die selbsttätig arbeitende Kammerfilterpresse im Rahmen einer rationellen Komposition der technischen Möglichkeiten eindeutige Vorteile bieten, die besonders bei Anwendung des Schlamm-Asche-Verfahrens, d. h. bei Zusatz von Asche oder anderen Arten von Filterhilfsmitteln zum Schlamm vor der Filtration, sehr ausgeprägt sind.
Nun ermöglicht zwar der Zusatz von Asche zum Schlamm die Filtration des Mischsystems, verhindert aber nicht das Haften des sich bei der Filtration insbesondere von kommunalen Abwässern - ausbildenden Filterkuchens am Filtermedium, z. B. Filtertuch, womit das Filtrationsverfahren vollkommen in Frage gestellt ist. Das Haften führt zu einer schnellen Verschmutzung und anschliessenden Verstopfung des Filtermediums, ergibt eine verringerte Filterleistung und verhindert einen selbsttätigen Kuchenabwurf.
Die Forderung eines automatischen Verfahrensablaufes wird nicht erfüllt, die Pressen müssen entleert werden, das Filtermedium muss häufig gewaschen werden, und für diese Massnahmen ist eine unerwünschte manuelle Tätigkeit erforderlich, die viel Personal verlangt. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird somit stark negativ beeinflusst, und der erhöhte Aufwand führt zwangsläufig die Ökonomie des Verfahrens aus dem rationellen Bereich heraus.
Bei Drehfiltern, vor allem bei Vakuum-Drehfiltern ist es bekannt, mit einer Filterhilfsschicht einer sogenannten Precoat-Schicht, zu arbeiten, durch die vorgenannten Nachteile ausgeglichen würden, jedoch ist hierbei das Entwässerungsresultat unbefriedigend.
Bei Drehfiltern ist der Einsatz einer Filterhilfsschicht relativ einfach. Man speichert auf dem Filtermedium eine 6-8 cm starke Filterhilfsschicht, die während der Filtration kontinuierlich in einer zweckmässig dünnen Schichtstärke mit dem sich ausgebildeten Filterkuchen allmählich entfernt wird.
Bei einer Filterpresse jedoch liegen die Verhältnisse wesentlich anders, vor allem dadurch, dass die Speicherung einer Filterhilfsschicht auf dem Filtermedium theoretisch unzweckmässig und technisch gar nicht möglich ist. Man müsste die Filterhilfsschicht chargenweise aufbringen und die Schichtstärke auf ein mögliches Minimum reduzieren. Daraus resultiert aber die Forderung nach einer mög lichst gleichmässigen dünnen Schichtstärke der Filterhilfsschicht, die zudem im Hinblick auf die rationelle Filterleistung in einer möglichst kurzen Zeit aufgebracht werden muss. Diese Art des Auftragens ist aber relativ schwierig. Da die bekannten Filterhilfsmittel, z. B. Kieselgur, in ihrem spez. Gewicht im Bereich 2 bis 2,5 t/ms liegen, begünstigen die Filterkammern die Sedimentation in die unteren Regionen.
Um dies zu vermeiden, wäre der Vorschlag - aufzu- greifen, die einzelnen Filterkammern getrennt von unten im Gegenstrom zur Sedimentationsrichtung zu beschicken, um durch die Aufwärtsströmung des Stromes den Absetztendenzen der Filterhilfsmittel beim Auftragen der Filterhilfsschicht entgegenzuwirken. Auf diese Weise käme man wohl in die Lage, die Filtrationsbedingungen als solche im Rahmen der verfahrenstechnischen Massnahmen zu verbessern, nicht aber dazu, die Filterleistung wesentlich zu steigern und das Verfahren zu rationalisieren. Der Vorgang des Aufbringens ist ja kompliziert und mit einem gewissen Zeitaufwand verbunden.
Gemäss der Erfindung werden die Nachteile bei einem Verfahren zum Entwässern von Abwasserschlämmen, insbesondere kommunaler Herkunft, mittels Filterpressen, deren Filtermedium vor jedem Schlammeintragen mit einer Filterhilfsschicht belegt wird, dadurch beseitigt, dass das Filterhilfsmittel unter der Wirkung eines Luftdruckes mittels einer Trägerflüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die einem Mehrfachen der Sedimentationsgeschwindigkeit des Filterhilfsmittels entspricht, auf das Filtermedium aufgeschossen wird. Vorteilhafterweise wird das Filterhilfsmittel in einer Menge von 0,2-0,5 kg/m2 Filterfläche zusammen mit einer Trägerflüssigkeit vom ca. 2-fachen des Kammervolumens der Filterpresse aufgegeben.
Um besondere Leitungen zu sparen und eine günstige Verteilung zu erreichen, kann die Zuleitung des Hilfsmittels durch die Schlammzuführungsleitung der Filterpresse erfolgen.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäss der Erfindung aus einem Druckwasserbehälter mit einer Dosiervorrichtung für die Filterhilfsmittel in der Zulaufleitung, die mittels einer schwimmergesteuerten Verschlussklappe verschliessbar ist, einer Zuführungsleitung für die Trägerflüssigkeit, die im Oberteil des Behälters mündet und deren Auslauföffnung auf die Verschlussklappe gerichtet ist, aus Druckluftmischdüsen im Unterteil des Druckbehälters, die über eine Leitung an einen Druckluftspeicher angeschlossen sind, aus einer Zuführungsleitung, aus dem Druckwasserbehälter zur Filterpresse und aus Kommandogeräten, die vom Zustand des Druckwasserbehälters und dem Füllzustand der Filterpresse die Vorbereitung der Filterhilfsschicht und den Eintrag der Filterhilfsschicht in die Filterpresse steuern.
Wie Versuche im technischen Massstab bestätigten, lassen diese Verfahren und diese Apparatur eine wesentliche Verbesserung der Filtrationsbedingungen und der Filterleistung erreichen. Die Schichtstärke der Filterhilfsschicht lässt sich im Rahmen der verfahrenstechnischen Erfordernisse variieren, ohne dass die Gleichmässigkeit der Kornverteilung des Filterhilfsmittels wesentlich beeinflusst wird. Die Filterhilfsschicht bildet damit eine Grenzschicht geringer Haftfähigkeit, die einen Kontakt zwischen Filterkuchen und Filtermedium verhindert. Wesentlich ist besonders der Einsatz von gespeicherter Druckluft und ihre Expansion von zum Beispiel 15 Atmosphären auf F5 atü Überdruck in einem Zeitraum von nur 2 Minuten.
Hierbei ist die Höhe des Anfangsdruckes bei gegebener Filterpresse von wirtschaftlichen Gründen bestimmt, die Höhe des Enddruckes vom Verhindern des Ablösens der Filterhilfsschicht beim anschliessenden Einlassen des zu entwässernden Schlammes.
Die Abbildung zeigt als Beispiel schematisch die Einrichtung zum hydraulischpneumatischen Aufschiessen der Filterhilfsschicht.
Der Druckwasserbehälter ist mit 3 bezeichnet, über ihm liegt der Bunker 2 für die Filterhilfsmittel, z. B. Asche, und vor dem Ascheabgabestutzen 9 eine Zellenschleuse 1. Der Aschezugabestutzen 9 ist in nach alb des Behälters mittels einer Verschlussklappe verschliessbar, die durch die Schwimmer 10 am Schwenkarm der Verschlussklappe 8 auf den Sitz gedrückt wird. An dem Oberteil des Druckwasserbehälters 3 ist die Leitung 6 mit dem Rückschlagventil 7 angeschlossen, die die Trägerflüssigkeit für die Filterhilfsmittel, in diesem Falle den Filterablauf, aus dem Speicherbehälter 5 mittels der Pumpe 4 in den Druckwasserbehälter 3 fördert. Filtratwasser wird aus wirtschaftlichen Gründen an Stelle von Fremdwasser gewählt. Der Austrittsstrahl ist auf die Abschlussklappe 8 gerichtet.
Am oberen Ende des Druckwasserbehälters 3 ist über die Leitung 11 ein Überlauf- und bzw. Entlüftungsventil 12 angeschlossen und hinter diesem ein Überlaufgefäss 15 mit einer Netzelektrode 13 und einem Überlaufrohr 14 mit einer Bohrung 16. Im unteren Teil des Druckwasserbehälters 3 sind Druckluftdüsen 19, die über eine Leitung 20 und das Druckluftventil 17 an einen Druckluftspeicher 27 angeschlossen sind. 18 ist ein Druckluftventil in einer Direktleitung vom Speicherbehälter 27 zum Oberteil des Druckwasserbehälters 3, durch Idas Zusatzdruckluft von oben gegeben werden kann. Aus dem Behälter 3 führt eine Leitung 23 mit dem Rückschlagventil 24 zur Fülleitung 21 für Schlamm zur Filterpresse 22. Unterhalb der Filterpresse ist die Auffangsammelrinne 25 für das Filtrat mit einer Zuleitung 26 zum Speicherbehälter 5.
Der Verfahrensablauf ist beispielsweise folgender:
Die Zellenschleuse 1 dosiert Asche aus dem Aschebunker 2 dem Druckwasserbehälter 3 zu.
Gleichzeitig saugt eine Pumpe 4 Filtrat aus einem Speicherbehälter 5 ab und drückt dies über die Leitung 6 mit Rückschlagventil 7 von oben in den Druckwasserbehälter 3. Der einlaufende Filtratstrahl ist auf die Verschlussklappe 8 gerichtet, wo er gebrochen wird. Die Aschezugabe wird eine angemessene Zeit vor der Filtrataufgabe beendet, damit die Verschlussklappe 8 von Ascheresten, die einen dichten Abschluss des Aschezugabestutzens 9 verhindern könnten, befreit wird.
Sobald der Flüssigkeitsstand im Druckwasserbehälter 3 die Schwimmer 10 erreicht hat, beginnt mit zunehmendem Füllungsgrad der Abschluss des Aschezugabestutzens 9 durch die Verschlussklappe 8, der beendet ist, sobald über Leitung 11 und das geöffnete Überlaufventil 12 Filtrat aus dem Druckwasserbehälter 3 austritt und im Überlaufgefäss 15 den Kontakt zur Netzelektrode 13 herstellt, die die Kommandogabe für das Abschalten der Pumpe 4 und das Schliessen des Überlaufventiles 12 übernimmt. Die Vorbereitung der Filterhilfsschicht ist damit beendet.
Im Oberlaufbehälter 15 ist zur Sicherheit ein Überlaufrohr 14 angeordnet. In 14 ist eine Bohrung 16 angebracht, durch die nach dem Schliessen des Ventiles 12 die restliche Kontaktflüssigkeit abläuft und die Netzelektrode 13 wieder freigibt.
Die Vorbereitung der Filterhilfsschicht erfolgt während der Filtration des aufzubereitenden Schlammes und wird selbsttätig im Zusammenhang mit der Arbeit der Filterpresse gesteuert.
Sobald ein Kontaktmanometer im Druckölkreis des hydraulischen Pressenverschlusses bei Erreichen des Schliessdruckes die Presse als betriebsbereit meldet, gibt ein Kommandogerät das Kommando für das Öffnen des Druckventils 17. Die in einem Druckluftbehälter 27 gespeicherte Druckluft von 15 atü tritt über die Leitung 20 und die Mischdüsen 19 in den Druckwasserbehälter 3 ein, wirbelt das Aschewassergemisch auf und drückt es über Leitung 23, das Rückschlagventil 24, die Fülleitung der Filterpresse 21 augenblicklich in die Filterpresse. Zusatzdruckluft kann über das Ventil 18 gegeben werden.
Die Spontaneität dieses Vorganges ermöglicht in einer äusserst kurzen Zeit das gleichmässige Aufschwemmen der Filterhilfsschicht, die gewissermassen auf das Filtermedium aufgeschossen wird. Damit ergeben sich wesentliche und notwendige Voraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit des Filtrationsprozesses.
Anschliessend wird das Ventil 17 druck- bzw. niveauabhängig geschlossen und der Schlammzulauf zur Filterpresse eingeschaltet. Es ergibt sich somit vorteilhafterweise ein stossfreier Übergang mit einem kontinuierlichen Durchströmen des Filtermediums.
Ein Ablösen der Filterschicht wird auf diese Weise vermieden. Der aufbereitete Schlamm wird über die Leitung 21 in die Filterpresse 22 und das Rückschlagventil 28 gedrückt. Sobald die Kuchenbildung beendet ist, wird die Filterpresse selbsttätig geöffnet, der Kuchen fällt ab, und die Presse wird nach Öffnen der letzten Filterkammer selbsttätig wieder geschlossen. Dann gibt das Kontaktmanometer im Druckölkreis des hydraulischen Pressenverschlusses wieder das Kommando für das Aufschiessen der Filterhilfsschicht, die während der Filtration aufbereitet worden ist.
Der Grad der Wichtigkeit von Einzelteilen der beschriebenen Apparatur folgt aus den geforderten Funktionen. Für die Dichtheit des Druckwasserbehälters 3 und damit die spontane Funktion des Belegens ist z. B. die abspülbare Verschlussklappe 8 wichtig, für die Kontinuität des Belegungs- und Entwässerungsvorganges sind die Rückschlagventile, bzw. hydraulisch, bzw. pneumatisch betätigten Absperrventile 7, 24 in den Leitungen 6 und 23 wichtig, für die Menge des Filterhilfsmittels die Dosiereinx richtung 1 usw., wie ohne weiteres erkennbar.