DD273545A3 - Verfahren zur behandlung von stoffbeladenen durchmischten fluessigkeiten und filterreaktor zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von stoffbeladenen Fluessigkeiten. Sie ist anwendbar fuer die Aufbereitung, insbesondere Reinigung stoffbeladener Fluessigkeiten sowie fuer die Aushaltung und Behandlung von in Fluessigkeiten suspendierten Stoffen. Ziel der Erfindung ist die Intensivierung und Vereinfachung der Behandlung stoffbeladener Fluessigkeiten. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die zu behandelnde stoffbeladene Fluessigkeit durch die Abtrennung des Stoffes sich zeitweilig in einem quasidichten Behaelter als Bestandteil des Filterreaktors befindet und dort alle notwendigen Behandlungsmassnahmen erfolgen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von stoffbeladenen durchmischten Flüssigkeiten. Sie ist anwendbar für die Aufbereitung stoffbeladener Flüssigkeiten im Sinne selektiver Wertstoffabtrennung und -reinigung für die Verarbeitung verunreinigter Flüssigkeiten und für die ein- oder mehrstufige Aushaltung und/oder Behandlung suspendierter poly- oder monodisperser feinkörniger oder gelöster bzw. kollodialer Stoffe aus unterschiedlichsten Flüssigkeiten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Anwendung von Filtrations- oder Sedimentationsprozessen, z.T. überlagert mit Maßnahmen zur vorlaufenden Kornvergrößerung durch Flockung u.a., ist für die Abscheidung suspendierter Stoffe aus unterschiedlichsten Flüssigkeiten bekannt. Zum Einsatz kommen dabei Vorrichtungen wie Rundklärer, Lamelleneindicker, Rezirkulatoren oder unterschiedlichste Filteraggregate, jeweils mit entsprechenden vor- und nachgelagerten Verfahrensstufen und zugehörigen Ausrüstungen kombiniert.

Zum Beispiel sind mehrschichtige Schnellster (DD-WP 96842), Kombinationen von Hydrozyklonen mit nachgeschalteten festen Filterschichten (SU-PS 598950) oder die Feststoffabscheidung aus Flüssigkeiten mittels Zentrifugen vorgeschlagen worden (SU-PS 233914). Andere Autoren haben die Verwendung von sackartigen flüssigkeitsdurchlässigen Filterelementen (DE-OS 2826631), von mehreren nacheinander angeordneten konusariigen Behältern (SU-PS 398651) oder von Kompaktausrüstungen mit integrierter Flockung, Sedimentation und Filtration (DD-WP 213839) für die Flüssigkeitsreinigung vorgesehen. Die spezielle Behandlung von in Flüssigkeiten enthaltenen Stoffen, z.B. die Abscheidung oder Zementation gelöster Metalle, erfolgt in Sonderausrüstungen. Bekannt sind unter anderem rotierende, mit Metallspänen gefüllte Zementationstrommeln (SU-PS 591 5231, in Schwingungen versetzte Zementationsapparate (SU-PS 607849,616313 und DE-OS 2809 535 sowie DE-PS 3044261) und konische Behälter mit Innenrührwerk (DE-PS 2308188). Auch für das Laugen von Metallen und ihre Überführung in Lösungen sind zahlreiche Anwendungen bekannt geworden. So werden beispielsweise Metallvorbindungen in einer Reihe von auf einze ne Prozeßstufen angepaßten Ausrüstungen gelaugt (SU-PS 1125773) oder das gleichzeitige Laugen und Fällen mit überlagerten Schwingungen angewendet (DE-AS 2602849). Ebenso sind Wirbelschichtreaktionsapparatekombinationen (DE-PS 3229436) oder die Aufspaltung von Korngemischen in einzelne Fraktionen und deren separate Laugung (DE-PS L '!47305) empfohlen oder Gegenstromführungen von Laugungsmaterial und Flüssigkeit (DE-OS 3101401) vor? ",..Magen worden.

Spezielle Verfahren oder Vorrichtungen für das Abtrenner «or i.iotallen aus unterschiedlichen Medien betreffen Sorptions- und Kondensationsverfahien. Dabei wird die Wirksamkeit der Sorptionsprozesse in hohem Maß durch die Effektivität der Abtrennung der beladenen lonenaustauschharze (DD-WP 14?004,241017) beeinflußt, während die Kondensation an die Gswährleistung sehr strenger Toleranzen des jeweiligen Abicheideprozesses (DC-PS 3004545) gebunden ist.

Allen bekannten technischen Lösungen für die Behandlung stoffbeladener Flüssigkeiten ist gemeinsam, daß zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Operationen im Sinne der selektiven Abtrennung spezieller Wertstoffkomponenten und ihrer ggfs. notwendigen Nachreinigung aufwendige Apparatekonstruktionen und -kombinationen erforderlich sind, daß insbesoncbre kleine Au'gabeströme keine automatisierbaren Anlagen gestatten und daß mit der Zahl der Prozeßstufen die technisch-technologischen Verluste anwachsen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine geeignete Vorrichtung (Filterreaktor) zu schaffen, in der die bisher in unterschiedlichen Prozeßstufen ablaufenden Behandlungen stoffbeladener Flüssigkeiten integriert sind. Damit soll der materielle Aufwand reduziert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung (Filterreaktor) zu schaffen, die die Aufbereitungsstufen von der Stoffabtrennung bis zur Nachbehandlung und Aufgabe bzw. Abgabe in andere Systeme integriert, so daß die erforderlichen Flüssigkeits- und Feststofftransport- und -umlagerungsprozesse gleichzeitig und/oder nacheinander in ihr stattfinden können. Die beabsichtigte technologische Funktion des Filterreaktors mit gleichzeitiger oder aufeinanderfolgender Abtrennung, Reinigung, Nachbehandlung der Stoffbeladung aus Flüssigkeiten ergibt sich dadurch, daß sich auf der Filterfläche beim Bespülen mit der beladenen Flüssigkeit eine dünne Filterkuchenschicht bildet, die weiteren Flüssigkeitsaus- oder -durchtritt je nach angelegter Saugkraft einschränkt oder ausschließt, so daß weitere stoffbeladene Flüssigkeit im inneren Behälter verbleibt und mit ihr die erforderlichen Behandlungen vorgenommen werden können einschließlich Umwälzen über das Heberrohr. Eine nachfolgende Erhöhung der Absaugkraft sichert die weitgehende Abführung der flüssigen Phase, während feste von Anfang an enthaltene oder infolge von chemisch-physikalischen Operationen entstandene z. B. flockige Rückstände an der Filtertuchinnenseite verbleiben. Das Zugeben von Druckluft von außen lockert und bläst den Filterkuchen nach innen ab, die Zugabe von Wasser oder anderen Flüssigkeiten schlämmt den Niederschlag wieder auf, und über das Luftheberrohr kann der Umlauf der neu mit Stoff beladenan Flüssigkeit wieder in Gang kommen, bis der gewünschte Wascheffekt erreicht ist. Danach erfolgt entweder die Trennung der festen von der flüssigen Phase durch Filtration mit nachfolgendem Austrag des Filterkuchens mit Hilfe von blasender Druckluft oder von Spülwasser, die erneute Aufschlämmung und ein weiterer Waschzyklus oder sofort der gemeinsame Austrag von fester Phase und Flüssigkeit ohne abschließende Filtration. Beliebige Kombinationen von Filterreaktionen sind möglich, um entweder einen quasikontinuierlichen Betrieb bei der Stoffabtrennung zu erreichen oder um spezielle Behandlungen, z. B. mit hochkonzentrierten anorganischen Säuren, nur in einem Apparat durchführen zu müssen und Kosten für aufwendige Korrosionsschutzmaßnahmen reduzieren zu können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Behandlung stoffbeladener Flüssigkeiten in einem quasi abgeschlossenen System dieses Systein dadurch geschaffen wird, daß bei der Durchmischung die Stoffbeladung, vorzugsweise als suspendierte Festkörperteilchen, sich vollständig oder teilweise an einer durchlässigen Wand bzw. Filterfläche ablagert und diese so lange abdichtet, bis durch Veränderung des äußeren oder inneren Druckes die Absperrwirkung aufgehoben bzw. eingeschränkt wird. Die Behandlung an sich geschieht in dem zeitweilig existierenden Reaktionsraum innerhalb der abgeschiedenen Schicht oder zwischen ihr und der äußeren Wandung der einzusetzenden Vorrichtung. Die Behandlung selbst setzt sich zusammen aus einer Reihe an sich bekannter, beliebig miteinander kcmbinierbarer Prozeßstufen und wird im Normalfall so ausgeführt, daß die stoffbeladenen Flüssigkeiten entsprechend der jeweiligen Prozeßstufe mit Wasser und/oder Chemikalien versetzt werden und/oder gleichzeitig oder zeitverschoben die vorzugsweise pneumatisch vorzunehme.ide Durchmischung stattfindet. Die mit der Bildung des quasi abgeschlossenen Systems untrennbar verbundene Durchmischung wird abgelöst von einem Absaugen der flüssigen Phase und ihrer nachfolgenden Aufgabe in eine analoge Aufbereitungsvorrichtung oder in einen Zwischenspeicher.

Als nachfolgender Schritt ist die Abführung des in der vorhergehenden Prozeßstufe verbliebenen, inzwischen ggf. einmalig oder mehrfach gewaschenen, vorher abgetrennten Stoffes zu benennen, worauf sich ein Nachwaschprozeß der ersten entleerten Verfahrensstufe und ihre erneute oder ihre sofortige Beschickung mit einer definierten Menge stoffbeladenor Flüssigkeit ohne vorherige Nachwaschung anschließt.

Die Vi.'richtung der erfindungsgemäßen Lösung wird als Filterreaktor bezeichnet.

Er be steht aus zwei ineinander gesetzten zylindrischen oder konischen Behältern, die über eine Reihe von Ein- und Austr '.tsstutzen getrennt mit anderen Aggregaten verbunden werden kennen.

Der in lere Behälter besitzt durch eine Bespannung mit Filtertuch am Boden- und am Seitenbereich eine flüssigkeitsdurchlässige Überf äche. Der Grundkörper ist als kreisrunder oder vielcckiger Körper mit einem Skelett aus stabilitätssichernden Profilen konzipiert, während seine Deckfläche die aufzugebende stoffbeladene Flüssigkeit gleichmäßig über den Umfang auf die Filterfläche verteilen soll. Je nach Zugabe der stoffbeladenen Flüssigkeit bildet sich der Filterkuchen auf der Innen- oder der Außenseite des bespannten Innenbehälters, wobei durch den beim Bespülen der Filterkuchenoberfläche mit stoffbeladener Flüssigkeit sich auf dem Filtertuch absetzender Stoff eine zunehmende Dichtwirkung gegen ungewollten Flüssigkeitsaustritt erreicht wird.

Für Zwecke der Mehrfachbehandlung der abzutrennenden Stoffbeladung ist vorzugsweise die Stoffabscheidung auf der Innenseite des Innenbehälters anzuwenden, während bei notwendiger ein- oder Mehrfachbehandlung der gereinigten Flüssigkeit auf die Stoffabscheidung an der Filtertuchaußenseite zu orientierten ist.

Der Außenbehälter dient der Auflagerung des filtertuchbespannten Innenbehälters, die am Außenbehälter angebrachten Stutzen dienen zur Aufnahme von Meßfühlern und sichern die Ver- und Entsorgung des Filterreaktors. Um notwendig werdenden Mischprozesse in der flüssigen Phase abzusichern, wurde mittig im Filterreaktor ein Luftheber bekannter Bauart angeordnet.

Ein gegenüber dem Außenbehälter abgedichteter Deckel schließt den Filterreaktor ab, wenn auf die Durchführung von Behandlungen der abgeschiedenen Stoffbeladung und zwischengeschaltete Filtrationsmaßnahmen für den im Filterreaktorinnenraum befindlichen Stoff orientiert wird. Die Abdichtung des Deckels kann sich auf den Filterinnenraum beschränken, wenn abzuscheidende Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit an der Filtertuchaußenseite zurückgehalten werden. Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung eines Filterreaktors mit Innenabscheidung

Fig.2: das Apparateschema einer Abtrennanlage für feinkörniges Ionenaustauschsrharz aus damit verunreinigter Schwefelsäure

Die Abtrennanlage für feinkörniges lonenaustauscherharz aus damit verunreinigter Schwefelsäure (H₂SO₄) gehi davon aus, entsprechende Säure einem der beiden Filterreaktoren 1.1 oder 1.2. in den Roaktorinnenraum 1.3. aufzugeben, wobei zunächst dio Saugwirkung der Pumpe 9.2. ausreicht, um die Fest-Flüssig-Trennung zwischen Harz und Säure zu gewährleisten.

Wenn bei weiterem Wachstum der abgeschiedene· Harzschicht die Druckverluste zu stark ansteigen, wird über den F-iltratbehälter 9.1. per Vakuum abgesaugt und die gereinigte Säure füllstandsgeregelt abgefördert.

Die Harzentfernung erfolgt so, daß auf die Parallelausrüstung 1.2. der Aufgabestrom umgeschaltet wird und daß mittels Druckluft das Harz von der Filterfläche 1.6. abgeblasen wird.

Anschließend wird der Filterreaktorinnenraum 1.3. mit Wasser, ggf. als Kreislaufwasser, gefüllt, intensiv mit Hilfe des eingebauten Lufthebers 1.7. eine fjurchmischung und damit verbundene Waschung des Harzes herbeigeführt und auf gleiche Weiss wie bei der Säureabsaugung, jedoch unter Verwendung des Filtratbehälters 8.1. und der Pumpe 8.2. das Wasser abgeführt.

Der Waschvorgang und die anschließende Fest-Flüssig-Trennung kann bei Bedarf wiederholt werden.

Der Harzaustrag beginnt mit dem Druckluftabblasen von der Füterf lache 1.6., wird unterstützt durch aufzugebendes Spülwasser und endet nach einer letzten Abscheidung des Wassers über die Pumpe 10.2. mit dem Passieren der als Entwässerungsschnecke 10.1 konzipierten Abführungseinrichtung.

Beide vorgesehenen Filtratbehälter 8.1 und 9.1. sind über einen gemeinsamen F.'ssigkeitsabscheider 8.3. und den zugehörigen Ausgleichbehälter 8.4. mit dem Vakuumsystem verbunden.

Auf die an sich bekannte Tatsache, den Flüssigkeitsabscheider 8.3. mit zugehörigem Ausgleichsbehälter 8.4. als Wasserschloß für Vakuumsystem zu verwenden und dann eine Mindesthöhendifforenz von 10m zwischen dem unteren Füllstand der Filtratbehälter 8.1 ./9.1. und dem oberen Füllstand des Flüssigkei'.scbocheiders 8.3. zu sichern, wild hingewiesen. Ebenso wird auf die Einhaltung einer Mindestflüssigkeitsmenge in Ausgleichsbehälter 8.4. aufmerksam gemacht.

Der Filterreaktor mit Innenabscheidung nach Fig. 1 besteht aus 9inem konisch ausgeführten Gehäuse 1.4. mit angesetztem Boden 1.8. und eingebauten oberen und unteren Lagerungen 1 9„ 1.10. für den mit Filtertuch 1.6. bespannten Innenkörper 1.3.

Die obere Lagerung 1.9. dient gleichzeitig der Abdichtung und Abstützung des Deckels 1.5. mit angebautem Umlenkbereich 1.7.

für den aus dem Luftheber 1.7. austretenden Förderstrom.

Der Deckel 1.5. ist ebenso wie das Gehäuse 1.4. des Filterreaktors mit zahlreichen Stutzen vorsehen. Dabei sind die Stutzen 1.11.1.

...n, im Deckel 1.5. für die technologische Ver- und Entsorgung, für eine oder mehrere verschließbare Sichtöffnungen, für den Einbau von Meßfühlern u.a.m. vorgesehen, während die Stutzen 1.12.1. ...n am Gehäuse 1.4. vorrangig für die Steuerung der Entwässerung beim Saugbetrieb mit Pumpe bzw. Vakuum ben Jtigt werden. Die Stutzen am im Bodenstück 1.8.1. eingedichteten Bodenanschlußstück 1.8.2. werden für Aufwirbelungseffekte mit Druckluft oder Wasser im Innenraum 1.3. des Filterreaktors sowie für den Stoffaustrag nach Abschluß der im Filterreaktor mit dem abgeschiedenen Stoff durchgeführten Behandlungen verwendet.

Der Innenkörper 1.3. wurde konzipiert als ein aus mit Versteifungsrippen versehenen Profilstäbon hergcstelltes^undes konisches

Skelett, das der Kontur des Gehäuses 1.4. weitestgehend entspricht.

Der Innenkörper wird auf seiner Mantel- und Bodenflächo mit einem für die vorgesehene mechanische und chemische Beanspruchung beständigen Filtertuch 1.6. bespannt und durch Anziehen derDeckelspannschraubon 1.5.1. und der Bodenspannschrauben 1.8.3. im Gehäuse 1.4. zentriert, eingedichtet und fest eingespannt.

Die Herstellung des Filterreaktors berücksichtigt die unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen durch entsprechende Materialauswahl. Je nach den Korrosions- und Druckbedingungen werden gummierter Stahl, PVC oder andere beständige Werkstoffe, z. B. Titan oder säurebeständige Stahlsorten eingesetzt.

Die technologische Funktion des Filterreaktors, zumindest bezogen auf einen sich im Prinzip mehrfach wiederholenden technologischen Ablauf, beginnt mit dem Füllen des Innenraumes 1.3. mit der stoffbeladenen Flüssigkeit und den ggf. zusätzlich erforderlichen Medien über einen oder mehrere der Deckelstutzen 1.11.1. ...n. Dann wird über die Luftzuführung 1.7.1. Druckluft in das Luftheberaußenrohr 1.7.2. gedruckt, die am unteren Ende des Luftheberinnenrohres 1.7.3. in dieses übertritt und mit dein bekannten Wirkungsmechanismus der Blasenförderung die stoffbeladene ggf. mit Reagenzien versetzte zu behandelnde Flüssigkeit durch das Innenrohr 1.7.3. nach oben fördert. Dabei findet gleichzeitig eine turbulente Durchmischung im Sinne der Beschleunigung der angestrebten Behandlung des geförderten Mediums statt. Das Luft-Flüssigkeits-Gemisch aus dem Luftheber 1.7. wird imam Deckel 1.5. angeordneten Umlenkbereich 1.7.5. umgelenkt und läuft über die konische Verteilerfläche 1.7.4. so in den ausgesteiften Ringraum zwischen Verteilerfläche 1.7.4. und Filterfläche 1.6., daß es sich von oben gleichmäßig über die gesamte Filterfläche 1.6. verteilt.

Dabei findet durch Absetzen einzelner Stoffteilchen und damit die Bildung einer quasi dichten Wand 1.6.1. aus abgeschiedenun Stoffteilchen statt, so daß der als Reaktionsraum dienende Innenraum 1.3. als quasi dichter Behälter für entsprechende Behandlungsstufe anzusehen ist. Nach der vorgesehenen Behandlungszeit wird die Luftheberfunktion durch Abstellen der Druckluftzuführung 1.7.1. unterbrochen und der Filtrationsvorgang durch schrittweises Anlegen eines pumpen- oder vakuumgesteuerten Untsrdruckes an den Stutzen 1.12.1. bis 1.12.3. eingeleitet. Nach Abschluß der Filtration wird durch Druckluft- oder Wasseraufgabe über den Stutzen 1.12.5. der an der Innenseite des Filtertuches 1.6. abgeschiedene Stoff abgedrückt und fällt in den unteren Bereich des Innenraumes 1.3.

Hier kann er durch Schwerkraft mit oder ohne Zugabe von Spülwasser über die doppelt belegbaren Stutzen 1.12.2. und/oder 1.12.3. durch den unteren Stutzen 1.12. ...m ausgetragen werden, kann aber auch mit Wasser- und/oder Luftzugabe über die Stutzen 1.12.4. erneut suspendiert werden und so in einen neuen Behandlungszyklus mit nachfolgender Waschflüssigkeitszugabe über entsprechende Deckelstutzen 1.11. ...n und Inbetriebsetzung des Lufthebers 1.7. gelangen.

Claims (4)

1. Vorrichtung (Filterreaktor) zur Behandlung von stoffbeladenen durchmischten Flüssigkeiten, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktionsraum (1.3.) im Inneren eines mit Filtertuch (1.6.) bespannten Körpers mit skelettartigem Aufbau aus Profilstäben (1.3.1.) oder zwischen dem äußeren Gehäuse (1.4) und der Filterfläche (1.6) angeordnet ist, wobei der Innenkörper (1.3) im Gehäuse (1.4) verspannt und mit vom äußeren Gehäuse (1.4) technologisch getrennten Verbindungen für die Ver- und Entsorgung in Form von verschiedenen Stutzen (1.7.1., 1.11.1...n, 1.12.1...m) ausgestattet ist sowie eine unabhängig vom Aufbau einer dichten Wand (1.6.1) aus abgeschiedenen Stofftoilchen wirksame Abdichtung zwischen Innenkörper (1.3) und Gehäuse (1.4) einschließlich Deckel (1.5) aufweist

2. Vorrichtung (Filterreaktor) nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Innenkörpers (1.3) ein Luftheber (1.7) mit im unteren Drittel des Innenkörpers (1.3) abgestütztem Außenrohr (1.7.2) und das Innenrohr (1.7.3) gegen das Außenrohr (1.7.2) oben abgedichteter zylindrischer vorzugsweise konisch ausgeführter Verteilerfläche (1.7.4) angeordnet ist, wobei gleichzeitig das Innenrohr (1.7.3) in an s>. ;h bekannter Weise als Förderrohr (1.7.3) dient.

3. Vorrichtung (Filterreaktor) nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Stutzen (1.12.1,1.12.2 und 1.12.3.) am Gehäuse (1.4) entsprechend der erforderlichen Füllstandshöhe im Reaktionsraum (1.3) vorgenommen wird und gekoppelt ist mit der Steuerung der Absaugung über eine angeschlossene Pumpe (1.1.2., 1.2.2,8.2,9.2) und/oder das angelegte Vakuumsystem (z.B.8.1,8.3,8.4).

4. Vorrichtung (Filterreaktor) nach Punkt 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Reihen- und/oder Parallelschaltung der Reaktionsräume (1.3) und/oder der Reaktoren (1.1,1.2) die Behandlung quasi kontinuierlich erfolgen kann.