DD202998A1

DD202998A1 - Flotationsvorrichtung

Info

Publication number: DD202998A1
Application number: DD23482981A
Authority: DD
Inventors: Gerd Weber; Volkmar Heimbold; Guenther Perlt
Original assignee: Gerd Weber; Volkmar Heimbold; Guenther Perlt
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1983-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung. Sie dient zur mehrstufigen Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen, insbesondere aus Bioschlaemmen. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Flotationsvorrichtung, die geringen Invest- und Energieaufwand erfordert und eine erhoehte Verfuegbarkeit aufweist. Die Aufgabe besteht in der Entwicklung einer Flotationsvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und selbstreinigender Wirkung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz kammerbildende Trennwaende vertikal ueber dem Boden der Flotationsvorrichtung und mit diesem Stroemungsoeffnungen bildend angeordnet sind. Der Boden der Flotationsvorrichtung weist eine der Stroemungsfuehrung in der Flotationsvorrichtung angepaszte Wellenform auf. Die vertikalen Trennwaende sind ueber den Scheitellinien der Wellentaeler angeordnet. Die Wellenflanken des wellenfoermigen Bodens weisen zu einer gedachten Horizontalen einen Neigungswinkel von mindestens 5 Grad auf. Der Abscheidegrad und die Reinheit der ablaufenden Fluessigkeit sind sehr gut.

Description

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Titel der Erfindung: Flotationsvorrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Flotationsvorrichtung dient zur Trennung von Suspensionen, insbesondere zur Abtrennung von Feststoffen aus Bioschlämmen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Die Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen wirft sehr vielseitige Probleme auf. Der verstärkte Einsatz von Einzellern bei der Fermentation und Abwasserreinigung erfordert neue Verfahren und Vorrichtungen zur ökonomischen Abtrennung dieser Einzeller· Biomassen werden in der Technik oft mit Langrohrdekantern oder Filterpressen abgetrennt. Der Zusatz von Flockungsmitteln oder Flockungshilfsmitteln sowie das Vermischen mit anderen leichter trennbaren Suspensionen ist dabei stets erforderlich· Neuerdings versucht man auch, der mechanischen Abtrennung eine thermische Behandlung der Biomassen voranzustellen, um eine Abtrennung zu ermöglichen·

Der Einsatz von Flotationsvorrichtungen zur Abtrennung hat in jüngster Zeit gute Ergebnisse gebracht. Besonders günstig sind die Ergebnisse in mehrstufigen Flotationsvorrichtungen· Aus der DE-OS 2 150 893 ist eine Flotationsvorrichtung zum Abscheiden von Feststoffen aus Flüssigkeiten in mehreren Stufen bekanntgeworden. Die Flotation erfolgt in zwei in Reihe geschalteten Flotationskammern· Zwischen den beiden Flotationskammern befindet sich

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eine Stagnationskammer für die Zugabe von Flockungs- und Neutralisationsmitteln· Alle Kammern sind durch Trennwände voneinander abgetrennt, wobei die Trennwände so angeordnet sind, daß sie mit dem ebenen Boden einen rechten Winkel bilden und direkt mit dem Boden verbunden sind· Die·zu trennende Suspension muß drei Trennwände mit kleinen Löchern überwinden, bevor sie die zweite Flotationskammer erreicht. Beim Durchströmen der kleinen Löcher in den "Trennwänden werden die gebildeten Flocken zum größten Teil zerstört. Die nichtflotierten Feststoffteilchen lagern sich auf dem Boden aar Flotationskammern sowie der Vor- und Stagnationskammer ab und können bei Abtrennung organischer Stoffe verderben (faulen). Bei Übergang von der ersten Flotationskammer in die zweite Flotationskammer muß die Suspension durch öffnungen strömen, die im oberen Drittel der Trennwand angeordnet sind · In dieser Höhe sind die Feststoffteilchen schon relativ dicht mit Gasblasen beladen, und eine Oberführung in eine zweite Flotationskammer ist deshalb nicht erforderlich. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß eine vollständige Abscheidung der Feststoffe nicht erfolgt und darüber hinaus sich auf dem Boden der vielen Kammern unterschiedlich dicke Feststoffablagerungen ausbilden, die periodisch entfernt werden müssen. Dadurch entstehen Aufwendungen und Ausfallzeiten von volkswirtschaftlich bedeutsamer Größe. Außerdem können faulende Feststoffe, die nachfolgend entweder als Rückführschlamm einer Selüftungsstufe oder einer Verfütterung zugeführt werden sollen, nicht in dieser Flotationsvorrichtung abgetrennt werden.

Auch aus der DE-OS 2 642 944 ist eine zweistufige Flotationsvorrichtung bekannt. Die Flotationsvorrichtung ist durch eine vertikale Trennwand, die mit dem ebenen Boden fest verbunden ist, in zwei Kammern getrennt. Die Trennwand reicht vom Boden bis zur Flotatschicht (Schaumschicht), Dadurch erfolgt der Obergang von der ersten Kammer zur zweiten Kammer an der Flüssigkeitsoberfläche. Die

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Begasung erfolgt in beiden Kammern mit in Ströraungsrichtung abnehmender Intensität.

Der Nachteil der Flotationsvorrichtung besteht darin, daß nur bereits flotierte Feststoffe in die zweite Kammer überströmen können und dort abgetrennt werden. Die noch nicht flotiarten Feststoffteilchen bzw. die absinkenden Feststoffteilchen können auf Grund der Anordnung der Oberströmöffnung an der Flüssigkeitsoberfläche keine Nachbehandlung in der zweiten Flotationskammer erhalten. Der Abscheidegrad in einer solchen Vorrichtung ist unbefriedigend. Außerdem sammeln sich auf dem Boden der ersten Flotationskaramer die sedimentierten Feststoffteilchen, und es bildet sich eine Schlammschicht, die ebenfalls zu den oben beschriebenen Nachteilen führt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die zweistufige Verfahransführung in einer Flotationsvorrichtung, die einen geringen Invest- und Energieaufwand erfordert und eine erhöhte Verfügbarkeit aufweist, zu gewährleisten.

Darlegung das Wesens der Erfindung

-Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flotatiönsvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad bei der Trennung von Suspensionen und mit selbstreinigender Wirkung zu entwickeln·

Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kammerbildende Trennwände vertikal über dem Boden dar Flotationsvorrichtung und mit dissam Strömungsöffnungen bildend angeordnet sind. Der Boden der Flotationsvorrichtung weist eine der Strömungsführung in der Flotationsvorrichtung angepaßte Wellenform auf· Dabei gilt im Rahmen dieser

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Erfindungsbeschreibung, der besseren Beschreibbarkeit wegen, der Begriff Wellenform für Böden mit wellenförmigem und zickzackförmigem Profil·

Die Wellenflanken des wellenförmigen Bodens haben zu einer gedachten Horizontalen einen Neigungswinkel von mindestens 5 , vorzugsweise aber von 10-30 · Unter dem Neigungswinkel einer Wellenflanke versteht man den Winkel zwischen der Horizontalen und einer Geraden, die durch Verbinden des Scheitelpunktes mit dem zugehörigen Endpunkt der jeweiligen Wellenflanke entstanden ist. Die vertikalen Trennwände sind über den Scheitellinien der Wellentäler angeordnet. Die sich dadurch über den Scheitellinien ergebenden Strömungsöffnungen verbinden die Flotationskammern miteinander .Von dem Feststoffgehalt der Zulaufsuspension ist es u.a. abhängig, ob man mit zwei oder drei Flotationskammern das Trennproblem lösen kann. Die Querschnittsflächen der Strömungsöffnungen unterhalb der Trennwände sind so zu bemessen, daß Strömungskräfte erzielt werden, die einerseits in Verbindung mit der Bodengestaltung den Transport der abgesetzten Feststoffteilchen gewährleisten und andererseits aber keine Zerstörung der gebildeten, abzutrennenden Flocken zur Folge haben. Die Strömungsgeschwindigkeit in den erfindungsgemäßen Ströraungsöffnungen am Boden der Flotationsvorrichtung beträgt vorzugsweise das 2- bis Sfache der Zulaufgeschwindigkeit der Suspension in die erste Flotationskammer. Die Suspension durchströmt die vorhandenen Flotationskammern nacheinander, wobei Ablagerungen vermieden werden. Durch die Gestaltung des Bodens in Verbindung mit der Anordnung und Bemessung der Strömungsöffnungen entstand eine selbstreinigende Flotationsvorrichtung. Diese Flotationsvorrichtung kann deshalb für die Abtrennung leicht verderblicher Substanzen verwendet werden, insbesondere wird diese Vorrichtung erforderlich sein, wenn Bioschlämrae flotiert werden, die zur Verfütterung oder zur Rückführung in Belüftungsstufen vorgesehen sind.

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Die Bodenform kann durch eine Blechkonstruktion (Fig. 1, z.B. Schweißkonstruktion mit zueinander winklig stehenden in sich ebenen Blechen) erzielt werden. Man kann auch auf einen ebenen Boden keilförmige oder wellenförmige »Schichten (Fig. 2, z.B. Beton oder Bitumen) aufbringen.

Der Abzug des aufgeschwemmten Flotates erfolgt mit bekannten Einrichtungen wie z.B. Absaugvorrichtungen, krählwerkähnlichen Abstreifern usw.. Die Zuführung oder Herstellung dar für die Flotation erforderlichen Gasbläschen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen (Flüssigkeitsentspannung, Elektrolyse usw.). Die Trennwirkung steigt bekannterweise mit der Verringerung des Durchmessers der Gasbläschen und der Verwendung von Flockungsmitteln. Die erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung kann mit rechteckigem oder rundem Grundriß hergestellt werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß die Suspension aus der ersten Flotationskammer in der vorhandenen Qualität in die zweite Flotationskammer überführt und dort nahezu vollständig in Flüssigkeit und Faststoff getrennt wird. Selbst in der ersten Flotationskatnmer sedimentierte Feststoffe werden in die zweite Flotationskaramer überführt und flotiert. Durch die Anordnung der Trennwände und die Gestaltung des Bodens entstand eine salbstreinigende Flotationsvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad. Selbst ohne Flockungsmittelzusätze erreicht man sehr gute Abscheidegrade und eine hohe Reinheit der Ablaufflüssigkeit. Da keine Ablagerungen auf dem Boden der Flota>~ tionsvorrichtung entstehen, kann diese Vorrichtung für die Abtrennung leicht verderblicher Substanzen Verwendung finden. Deshalb ist diese Vorrichtung auch für .zur Verfütterung vorgasehane Biomasse besonders geeignet· Dar Energiebedarf für die Flotation in dieser Vorrichtung ist relativ gering.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der dazugehörigen Zeichnung zaigenj

Fig. 1: einen Schnitt durch eine 3stufige Flotationsvorrichtung mit rechteckigem Grundriß·

Fig. 2: einen Schnitt durch eine 2stufige Flotationsvorrichtung mit rundem Grundriß

Oie Flotationsvorrichtung 1, gemäS Fig. 1, ist ein oben offener Behälter von rechteckigem Grundriß. Sie wird von zwei vertikal angeordneten rechteckigen Trennwänden 2 in eine erste Flotationskammer 3, eine zweite Flotationskammer 4 und eine dritte Flotationskammer 5 unterteilt· Das Verhältnis der Volumina der zweiten Flotationskammer 4 zur ersten. Flotationskammer 3 und der dritten Flotationskammer 5 zur zweiten Flotationskanimer 4 beträgt jeweils -0,5. Die erste Flotationskaramer 3 ist mit einem Suspensionszulaufschacht 6 ausgestattet. An die dritte Flotationskammer 5 schließt sich abgetrennt durch die Tauchwand 12 ein Flüssigkeitsablaufschacht 7 an. Die Trennwände 2 schließen oben mit der Oberkante der Flotationsvorrichtung 1 ab, reichen aber nicht bis zum Soden 8 der Flotationsvorrichtung 1. Die sich durch diese Anordnung ergebenden rechteckigen Querschnitte zwischen Boden 8 und den Unterkanten der Trennwände 2 sind die Strömungsöffnungen 9. Die Strömungsöffnungen 9 sind so zu bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in der Strömungsöffnung den vierfachen Wert der Zulaufgeschwindigkeit der Suspen-, sion in die erste Flotationskammer 3 erreicht. Unmittelbar über dem Boden 8 befinden sich Begasungseinrichtungen IO mit Öffnungen zur Begasung der Suspension.

Unmittelbar über der freien Oberfläche der Flotationsvorrichtung 1 sind ortsveränderliche Absaugvorrichtungen an-

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geordnet. Der Boden 8 der Flotationsvorrichtung 1 weist eine der Strömungsführung in der Flotationsvorrichtung 1 angepaßte Wellenform auf.

Die Trennwände 2 sind über dem jeweiligen Wellental angeordnet· Dia VVe lie η flanke η des wellenförmigen Bodens 8 bilden mit einer gedachten Horizontalen einen Neigungswinkel von 20 · Die Leitbleche 11 verhindern Kurzschlußströmun-' gen zwischen den Flotationskamraern«

Ein Bioschlaram rait 30 g/l TS-Gehalt aus einer Schweinegülle-Auf bereitungsanlage gelangt über den Suspensionszulaufschacht 5 in die erste Flotationskaramer 3 der Fiotationsvorrichtung 1. Der Bioschlamra wird hier mit Gasblasen der Größe 40 /Um die an den 'Öffnungen der Begasungseinrichtungen 10 entstehen, in Kontakt gebracht ♦ Die kleinen Gasblasen lagern sich an den Feststoffen an und bewirken so einen relativ schnellen Transport der Feststoffe an die Flüssigkeitsoberfläche« Die Feststoffe, an die sich noch nicht genügend Gasblasen angelagert haben sedimentieren auf den Soden 8 der Flotationsvorrichtung 1. Diese Feststoffteilchen lagern sich aber nicht auf dem Boden 8 ab, sondern strömen durch die erf indungsgstnäße Gestaltung des Bodens 8 und der Trennwand 2 zusammen mit der Suspension durch die Strömungsöffnung 9 in eine zweite Flotationskaramer 4* Die richtige Dimensionierung der Strömungsöffnung 9 hat wesentliche Auswirkungen auf die Abscheideleistung der Flotationsvorrichtung 1 und auf die Selbstreinigung des Bodens 3 der Flotationsvorrichtung 1. Dabei dürfen einerseits die Strösnungskräfte die Feststoffflocken nicht zerstören, müssen aber andererseits so groß sein, daß die auf dem Boden 8 der Flotationskamnjer 3 abgesetzten Feststoffe durch die .Strömungsöffnung 9 in die zweite Flotationskasimer 4 bzw. nachfolgend in die dritte Flotationskamnier 5 gefördert werden. Hier erfolgt eine erneute Kontaktierung mit kleinen Gasblasen» Diese Gasmenge wird wesentlich kleiner bemessen, da geringere Mengen an Feststoffen in der Suspension enthalten sind, Die verblei-

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bende Suspension strömt wiederum durch eine Ströraungsöffnung 9 in die dritte Flotationskammer 5.In der dritten Flotationskammer 5 erfolgt die nahezu vollständige Entfernung der Feststoffe aus der Flüssigkeit. Die nahezu feststoff freie Flüssigkeit verläßt über den Flüssigkeitsablaufschacht 7 die Flotationsvorrichtung 1*

Die auf der Oberfläche der Suspension abgesetzten Feststoffe (Schaumschicht) werden von den ortsveränderlichen Saugeinrichtungen (nicht dargestellt) laufend entfernt. In Durchführung der dreistufigen Flotation von Bioschlamm in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Die Trennwirkung der Vorrichtung ist sehr gut» Der Abscheidegrad, gebildet aus dem Quotienten abfiltrierbarer Feststoff in der ablaufenden Flüssigkeit zu abfiltrierbarem Feststoff in der eintretenden Suspension, erreicht, auf die gesamte Vorrichtung bezogen, je nach mittlerer Feststoff-Raum-Belastung 96 bis über 99 %.

Der Abscheidegrad Jn beträgt z.B. bei einer fiktiven Gesamtraumbelastung von R. =9 kg/ra h h =99 %* Dabei ergeben sich unter Beachtung einer sich über die Zahl der Stufen ständig vermindernden Begasungsintensität

in der 1. Stufe bei R< _± - 15,3 kg/m h h* =55 % in der 2. Stufe bei R, _o = 11,0 kg/m h #_o = 80 % in der 3. Stufe bei R. - = 4,4 kg/m h ff_ = 86 %

Bei den hohen Abscheidegraden von 99 % erübrigt sich der Einsatz von Flockungsmitteln«

Diese Beschreibung der F'lotationsvorrichtung nach Fig« I gilt analog auch für dia Flotationsvorrichtung nach Fig.2. Gleiche Bauteile haben in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen *

Claims

234829 η Erfindungsanspruch

1. Flotationsvorrichtung. bestehend aus mehreren begasbar.n Kammern, die durch vertikal angeordnete Trennwände entstanden und nacheinander durchströmbar sind sowie einen Zulauf, einen Ablauf und Einrichtungen zur Entfernung des Flotates von dsr Oberfläche der Suspension aufweisen, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden (8) der Flotationsvorrichtung (1) eine der StrömungsfDhrung in der Flotationsvorrichtung (i) angepaßte Wellenform autweist und die vertikalen Trennwände (2). ._{lt dem Bo}_

2. Flot.tlonavorriohtung nach Punkt 1. gekennzeichnet dadurch, daß jede Wellenflanke des wellenförmigen Bodens zu einer gedachten Horizontalen mindestens 5°. vorzuooweise IO - 30° geneigt ist. ⁹

3. Flotationsvorrichtung nach den Punkten 1 und 2. gekennzeichnet daourch. das die Volumina der einzelnen Flotationskammern (3. 4, 5) in Stromungsrichtung kleiner werden und das Verhältnis der Volumina zueinander O 2

- 0,6 Deträgt.

4. Flotationsvorrichtung nach den Punkten 1 bis 3. gekennzeichnet dadurch. aaS die Flotationsvorrichtung U) einen rechteckigen Grundriß aufweist und eis Trennwände 12) aus rechteckigen Platten bestehen.

5. Flotationsverrichtung nach den.Punkten 1 bis 3. gekennzeichnet dadurch, daß die Flotationsvorrichtung (!) einen runden GrundriE aufweist und die Trennwände (2) aus koaxial anaeordneten Hohlzylindern gebildet sind.

2 β Ti ,^{Fl0tati0nsv0rr}^tung (!) Strönungsöffnunen (9) _blloend, _{öber den SoheitelUnien der} „,

ler angeordnet sind.

3. Flotationevorrichtung nach den Punkten 1 bis S, gekennzeichnet dadurch, daß die Begasungseinrichtunoen (10) «it in Durchflußrichtung abnehmender Leistungen den einzelnen Flotationskammern installiert sind.

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