DD296262A5 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines filtrates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Filtrates, welches Farben und insbesondere Wasserfarben enthaelt, durch Abscheidung, um einerseits Farben enthaltende Schlammrueckstaende und andererseits ein geklaertes Filtrat zu erhalten. Erfindungsgemaesz wird durch die Einwirkung eines Flockungsmittels eine Ausflockung durchgefuehrt, die von einem kontinuierlichen Zentrifugieren des Filtrates gefolgt wird, welches in einer Beschleunigung zwischen 1 000 und 20 000 g besteht, wobei waehrend des Zentrifugierens eine Grenzflaeche Luft - Fluessigkeit vermieden wird. Anwendung der Erfindung zur Behandlung von Wasserfarben enthaltenden Filtraten aus der papier- und kartonverarbeitenden Industrie und der Verpackungsindustrie. Fig. 1{Filtrationsverfahren; Wasserfarben; Flockungsmittel; Zentrifuge; Luft-Fluessigkeitsgrenzflaeche}
Description
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
In der Papier- oder Kartonverarbeitungsindustrie, wie zum Beispiel in Kartonage- und Verpackungsfabriken, können die zu bearbeitenden Filtrate verschiedene Verunreinigungsmittel beinhalten, insbesondere Wasserfarben, und zwar vor allem dann, wenn die Fabrik ein Flexodruckverfahren anwendet. Sie können auch Klebstoffrückstände, zum Beispiel auf Stärkebasis, beinhalten.
Zur Behandlung dieser Filtrate wurden bereits mehrere Verfahren vorgeschlagen. Sie bestehen im allgemeinen darin, die Verschmutzungen von dem sie enthaltenden Wasser zu trennen, um einerseits einen Schlammrückstand und andererseits ein geklärtes Filtrat zu erhalten und um dann die erhaltenen Schlammrückstände zu eliminieren, was im allgemeinen durch Veraschung geschieht.
So wurde ein Trennverfahren durch Ausflockung vorgeschlagen, die von einer statischen Dekantierung der Filtrate gefolgt wird.
Der bei der Anwendung dieses Verfahrens erzielte Schlamm ist jedoch von geringer Dichte, so daß das zu zerstörende Volumen groß ist und die Dekantierungskosten hoch sind.
Um einen kompakteren Schlamm zu erhalten, wurde dann vorgeschlagen, eine Filterpresse zu verwenden, mit der von einem Trockengehalt von 2 bis 3% zu einem Trockengehalt von etwa 30% übergegangen werden kann. Einer der Nachteile der Filterpresse besteht darin, daß ihre Durchflußleistung, die mit der Verschlammung des Filtertuchs verbunden ist, welche sehr schnell eintreten kann, unterschiedlich ist. Diese Vorrichtung benötigt außerdem Personal zu ihrer Überwachung, besonders während der Ausformung des erhaltenen Filterkuchens.
Es wurde auch ein Trennverfahren durch Ultrafiltration vorgeschlagen. Dies ist jedoch ein kostspieliges Verfahren, bei dem sich auch Probleme der Membranverschlammung ergeben, die unumkehrbar sein kann, wenn es um Produkte wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, Öle und Spezialklebstoffe geht.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, den finanziellen und manuellen Aufwand für die Entsorgung weiter zu senken.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung der Filtrate vorzuschlagen, durch das vor allem die Farben von dem sie enthaltenden Wasser getrennt und einerseits ein geklärtes Filtrat und andererseits besonders kompakte Schlammrückstände erzielt werden können.
Erfindungsgemäß wird das Filtrat mit einem Flockungsmittel behandelt und dann einem kontinuierlichen Zentrifugieren unterworfen, das in einer Beschleunigung zwischen 1000 und 20000g und vorzugsweise zwischen 1000 und 11 000g beteht, wobei während dieses Zentrifugierens eine Grenzfläche Luft-Flüssigkeit vermieden wird.
Unter kontinuierlichem Zentrifugieren wird erfindungsgemäß ein Zentrifugieren verstanden, bei dem die Speisung mit Filtrat einerseits und der Auswurf des geklärten Filtrats andererseits zumindest zwischen zwei Spülungen kontinuierlich erfolgt.
Durch die Vermeidung einer Grenzfläche Luft-Flüssigkeit während des Zentrifugierens wird jede Gefahr von Schaumbildung, bedingt durch das Vorhandensein von Luft an der Oberfläche des Filtrats, ausgeschaltet. Eine Schaumbildung kann die Wirksamkeit der Trennung der Farben vom Wasser stark einschränken.
Einem Aspekt der Erfindung zufolge wird die Ausflockung in einem sauren Medium vorgenommen, insbesondere bei einem pH-Wert zwischen 2 und 6, wobei ein Flockungsmittel verwendet wird, das unter den mineralischen Flockungsmitteln, zum Beispiel dem Aluminiumoxidsulfat, den Aluminiumoxidsulfatpolymeren und dem Eisen-Ill-Chlorid, oder unter den organischen Flockungsmitteln wie zum Beispiel den ionischen oder nichtionischen Polymeren ausgewählt wird.
Vorzugsweise wird die Ausflockung bei einem pH-Wert um 5 durch Zufügung einer Säure, zum Beispiel Schwefelsäure, durchgeführt, und als Flockungsmittel wird mindestens ein unter den kationischen Polymeren ausgewähltes Mittel, wie zum Beispiel modifizierte oder nicht modifizierte Polyethylenimine und Aluminiumoxidsulfate, eingesetzt.
Um die Wirksamkeit der Ausflockung noch zu verbessern, sollte diese in bestimmten Fällen vorteilhaft auf geeignete Weise gerührt werden.
Die eingesetzte Menge des Flockungsmittels kann je nach der Art dieses Mittels und nach der Art des zu behandelnden Filtrats schwanken. Im allgemeinen wird in bezug auf die Trockensubstanz des Filtrats ein Anteil von 0,1 bis 2Gew.-% Flockungsmittel gewählt.
Die Ausflockungsetappe kann sehr kurz sein und nur einige Sekunden betragen.
Um das darauffolgende Zentrifugieren zu verbessern, wird dem Filtrat insbesondere während der Ausflockung vorteilhaft ein Antischaummittel zugegeben. Ein geeignetes Antischaummittel ist zum Beispiell ein Siliconöl.
Einem vorteilhaften Kennzeichen der Erfindung zufolge wird dem Filtrat auch ein Klebstoff auf Stärkebasis zugegeben, wenn das zu behandelnde Filtrat diesen gar nicht oder nur in sehr geringem Maße enthält. Erfindungsgemäße Versuche haben gezeigt, daß das Vorhandensein eines Klebstoffes auf Stärkebasis im Filtrat die Trockenheit der durch Zentrifugieren erhaltenen Schlammrückstände noch erhöht. Beispielsweise kann ein Filtrat, das vor dem Zentrifugieren etwa 1 g/Liter eines Klebstoffes auf Stärkebasis beinhaltet, nach dem Zentrifugieren auf ein Schlammvolumen von etwa 5 bis 6% des Gesamtvolumens des Filtrats reduziert werden, wobei der Rest aus dem geklärten Filtrat besteht, während ein Filtrat des gleichen Typs, aber ohne Stärke, nach dem Zentrifugieren nur auf ein Schlammvolumen von etwa 10% reduziert werden kann.
Es scheint, daß die Stärke eine Verdichtung der Farben bewirkt, die sich nach dem Ausflocken in Flockenform zeigen. Diese Erscheinung ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpft, das eine kontinuierliche Speisung der Zentrifuge mit Filtrat verwendet.
Die Menge Klebstoff auf Stärkebasis, die dem Filtrat vorteilhaft zugegeben werden muß, entspricht dem Erhalt eines Anteils Klebstoff auf Stärkebasis, ausgedrückt in Trockensubstanz im Filtrat, zwischen etwa 0,1 kg und 10 kg je m3 Filtrat und vorzugsweise zwischen 0,1 kg und 2 kg je m3.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung oder Anlage zur Behandlung von Filtraten, die Wasserfarben beinhalten. Die Vorrichtung umfaßt insbesondere kombinierte Mittel zur Mischung des Flockungsmittels und gegebenenfalls der anderen Zusätze mit dem Filtrat, sowie eine Industriezentrifuge vom Typ Tellerzentrifuge, die den genannten Mischungsmitteln nachgeordnet ist und die mit Vollmantel arbeitet, um die die Farben enthaltenden Schlammrückstände von dem geklärten Filtrat zu trennen. Ein Vollmantelbetrieb bedeutet erfindungsgemäß, daß der Mantel während des Zentrifugierens mit den zu trennenden Filtraten angefüllt ist und somit keine Grenzfläche Luft-Flüssigkeit existiert. Bei diesem Zentrifugentyp wird das geklärte Filtrat kontinuierlich abgeschieden.
Die die Farben enthaltenden Schlammrückstände werden aus dem in Rotation befindlichen Mantel entweder kontinuierlich durch Düsen oder in periodischen Intervallen durch Öffnung des Mantels entfernt.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1: eine mögliche Behandlungsanlage gemäß der Erfindung Fig. 2: eine schematische Darstellung der Abscheidezentrifuge.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung umfassen die Mischmittel einen Reaktionsbehälter oder-bottich, in dem die Ausflockung vonstatten geht. Der Reaktionsbottich kann gegebenenfalls mit einem Rührgerät versehen sein.
In einer Variante bestehen die Mittel zur Mischung des Flockungsmittels und gegebenenfalls der weiteren Zusätze mit dem Filtrat im wesentlichen aus dem Vorlauf der Zentrifuge, wobei das Flockungsmittel und die anderen Zusätze direkt in dieses Leitungsrohr eingeführt werden, das dann als statischer Mischer wirkt.
In einer anderen Variante können die Mischung desFiltrats mit dem Flockungsmittel und die Ausflockung im Vorlauf und in einem Reaktionsbottich, der der Zentrifuge vorgeordnet ist, zugleich stattfinden.
Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Behandlungsanlage.
Auf dieser Figur 1 ermöglicht ein Behälter 1 die Lagerung der zu behandelnden Filtrate 2, zum Beispiel Abwässer aus dem Flexodruck. Eine Leitung 3, welche eine Speisepumpe 4 umfaßt, ist zwischen dem Lagerbehälter 1 und einem Reaktionsbottich 5 vorgesehen, in dem die Ausflockung nach Einspritzung oder Zusatz eines Flockungsmittels 6 in den Vorlauf 3, der dem Reaktionsbottich vorgeordnet ist, stattfindet.
Einspritzungen oder Zusätze weiterer Produkte 7 oder Zusätze können im Reaktionsbottich oder vorteilhaft im Vorlauf 3, der diesem Reaktionsbottjch vorgeordnet ist, vorgesehen werden. Insbesondere kann die Einspritzung einer Säure vorgesehen werden, um das Filtrat auf den gewünschten pH-Wert zu bringen. Es ist ebenfalls sinnvoll, ein Antischaummitel und/oder einen Klebstoff auf Stärkebasis zuzugeben.
Am Ausgang des Reaktionsbottichs 5 wird das die Flocken enthaltende Filtrat vom Leitungsrohr 8 zur zentrifugalen Kläreinrichtung 9 oder Zentrifuge geführt, die die von dem Leitungsrohr 11 in den Schlammbehälter 12 abgeleiteten Schlammrückstände 10, die die Farben enthalten, von dem geklärten Filtrat 13 trennen, welches durch das Leitungsrohr 14 abgeführt wird.
Die Anlage dieses Beispiels umfaßt außerdem ein Leitungsrohr 15, welches am Ausgang der Zentrifuge die Rückkehr der Filtrate zum Lagerbehälter 1 gestattet, falls beim Betrieb der Anlage eine Störung auftritt.
Zwischen dem Schlammbehälter und dem Lagerbehälter kann ein weiteres Leitungsrohr 16 vorgesehen werden, welches an der gewünschten Höhe aus dem Schlammbehälter austritt. Es ist in der Tat notwendig, regelmäßige Öffnungen des Zentrifugenmantels zur Schlammabführung vorzusehen. Dies gilt sowohl für eine Zentrifuge, deren kreisförmige Löcher in regelmäßigen Abständen geöffnet werden müssen, um den Schlamm abzuführen, als auch für eine Düsenzentrifuge, deren
Mantel, obwohl sie den Schlamm kontinuierlich abführt, ebenfalls regelmäßig geöffnet werden muß. Bei jeder Öffnung des Zentrifugenmantels wird die im Mantel enthaltene Flüssigkeit zugleich mit dem im Schlammbehälter enthaltenen Schlamm ausgestoßen, und schließlich ist es möglich, daß der Schlammbehälter auf einer Zwischenebene zwischen der die belüfteten Ausflockungen enthaltenden oberen Ebene und der die dekantierten Stoffe enthaltenden unteren Ebene eine mit Trockensubstanz weniger beladene Phase enthält, die dann vorteilhaft zu rückgeführt und nachbehandelt werden kann.
Ein sekundärer Reinigungskreis, der nicht dargestellt wurde, kann die Anlage vervollständigen.
Figur 2 stellt schematisch eine Tellerzentrifuge 9 dar, die in der auf Figur 1 schematisierten Anlage eingesetzt werden kann. Eine geeignete Zentrifuge ist zum Beispiel ein Abscheider mit periodischem Auswurf, der auch „Abscheider mit Selbstreinigungstrommel" genannt wird. Bei diesem Abscheider 9 mit Tellern 17 besitzt die Drehtrommel 18 eine bikonische
Form. Auf der Verbindungsebene der Kegelflächen befinden sich entweder Düsen oder kreisförmige Öffnungen, die geöffnet oder geschlossen werden können. Wenn diese kreisförmigen Öffnungen geschlossen sind, sammeln sich der Schlamm oder die Feststoffe 10 in dem zwischen der Trommel 18 und den Tellern 17 befindlichen Raum an. Wenn sie sich öffnen, werden die Feststoffe nach außen geworfen. Dieser Abscheidertyp wird zum Beispiel von der Gesellschaft WESTFALIA SEPARATOR auf den Markt gebracht. Die Speisung mit die Ausflockungen enthaltendem Filtrat 8 geschieht kontinuierlich in der Mitte der Trommel
durch das Leitungsrohr 19. Die Schlammrückstände 10 sammeln sich nach und nach in der Nähe der kreisförmigen Öffnung 20, und das geklärte Filtrat 13 wird durch das Ausgangsrohr 14 ausgestoßen. Wenn die Trommel durch Einwirkung des Kolbens 21 geöffnet wird, werden die Schlammrückstände 10 ausgestoßen und durch die Leitung 11 abgeführt. Der Antrieb der mit hoher Geschwindigkeit drehenden Trommel geschieht durch die Welle 22. Die Öffnung und Schließung der Trommel kann manuell geschehen oder in regelmäßigen Zeitabständen ausgelöst oder durch den Abscheider selbst gesteuert werden, wenn die Schlammrückstände einen bestimmten Umfang erreichen.
Die Erfindung ist anwendbar auf die Behandlung verschiedener Filtrate und insbesondere auf Filtrate folgenden Typs:
Waschwasser, welches Farben für den Flexodruck enthält, Waschwasser aus dem Flexodruck, welches Klebstoff auf Stärkebasis enthält.
Wenn das zu behandelnde Filtrat andere Verschmutzungen enthält, insbesondere nicht mit Wasser vermischbare Produkte wie
zum Beispiel Öle, können vorder Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensam Filtrat vorteilhaft andere Trennbehandlungen vorgenommen werden, zum Beispiel eine Ölabscheidung durch Ölvorlage.
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich in den folgenden Beispielen.
Behandelt wird ein Filtrat, welches Flexodruckfarben enthält, durch Einsatz der auf Figur 1 schematisierten Anlage. Dieses Filtrat besitzt vor der Behandlung einen Trockensubstanzgehalt von 27 g/l.
In das Leitungsrohr 3 wird Schwefelsäure eingegeben, um das Filtrat auf einen pH-Wert von 5,0 anzusäuern, dann wird ein Flockungsmittel eingegeben, das heißt ein Polyethylenamin, und zwar 1,3kg einer handelsüblichen Lösung zu 25% Trockensubstanz je m3. In die Leitung 3 wird auch ein Siliconöl als Antischaummittel eingegeben, und zwar 125g einer handelsüblichen Lösung je m3. Nach einem Durchlauf in den Reaktionsbottich 5, der etwa 10 bis 20 Sekunden dauert, wird das Filtrat in die kontinuierlich arbeitende Zentrifuge 9 geführt, zum Beispiel in die von der Gesellschaft WESTFALIA SEPARATOR unter der Bezeichnung „Klärgerät SA20" auf den Markt gebrachte Vorrichtung.
Das Filtrat wird in diesem Klärgerät einer Höchstbeschleunigung von 7 000g unterworfen, und die Durchströmmenge des Filtrats beträgt 0,75 m3/h.
Am Ausgang des Klärgerätes erhält man einerseits ein geklärtes Filtrat, das vom Leitungsrohr 14 abgeführt wird, und andererseits Farben enthaltende Schlammrückstände, welche vom Leitungsrohr 11 in den Schlammbehälter 12 abgeführt werden.
Die im Schlammbehälter gewonnenen Schlammrückstände haben eine Konzentration von 90g/l, und ihr Volumen entspricht etwa 25% des Volumens des ursprünglichen Filtrats.
Die Schlammrückstände können verascht werden.
Behandelt wird ein Filtrat, welches wasserlösliche Farben für den Flexodruck enthält. Dieses Filtrat besitzt vor der Behandlung einen Gehalt an Trockensubstanz von 8,7 g/l. Vorgegangen wird bei allen Vorbehandlungen wie in Beispiel 1, wobei die Mengen auf den Trockensubstanzgehalt des Filtrats eingestellt werden. Das Filtrat wird zentrifugiert, wobei die Durchströmmenge des Filtrats durch die Zentrifuge 2m3/h beträgt.
Gewonnen werden Schlammrückstände mit einem Trockensubstanzgehalt um 90g/l. Das Schlammvolumen entspricht etwa 9% des Volumens des ursprünglichen Filtrats.
Das Filtrat des Beispiels 2 wird behandelt, indem in das Leitungsrohr 3 oberhalb des Reaktionsbottichs 5 zusätzlich ein Klebstoff auf Stärkebasis gegeben wird, und zwar 1 kg Trockensubstanz je m3 Filtrat. Dann wird das Filtrat wie in Beispiel 2 zentrifugiert. Erhalten werden Schlammrückstände mit einem Gehalt an Trockensubstanz um 220g/l, deren Volumen 4% des Volumens des anfänglichen Filtrats entspricht. Im Vergleich zu Beispiel 2 ist zu bemerken, daß der Zusatz von Stärke das Verdichtungsverfahren der Schlammrückstände durch Zentrifugieren deutlich verbessert.
Claims (15)
1. Verfahren zur Behandlung von Filtraten, welche Farben und insbesondere Wasserfarben enthalten, durch Abscheidung, um einerseits Schlammrückstände, welche die Farben beinhalten, und andererseits das geklärte Filtrat zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Wirkung eines Flockungsmittels eine Ausflockung des Filtrats durchgeführt wird, gefolgt von einem kontinuierlichen Zentrifugieren des Filtrats, welches in einer Beschleunigung zwischen 1 000 und 20000g besteht, wobei während des Zentrifugierens eine Grenzfläche Luft-Flüssigkeit vermieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflockung in einem sauren Medium erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflockung durchgeführt wird, indem das Filtrat durch Zusatz einer Säure auf einen pH-Wert von etwa 5 gebracht wird und daß als Flockungsmittel ein kationisches Polymer verwendet wird, welches unter den modifizierten oder nicht modifizierten Polyethyleniminen ausgewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflockung unter Rühren vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filtrat vor dem Zentrifugieren ein Antischaummittel zugegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filtratvordem Zentrifugieren ein Klebstoff auf Stärkebasis zugegeben wird, wenn es diesen nicht oder nur in sehr geringem Maße enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Klebstoff auf Stärkebasis zugegeben wird, daß ein in Trockensubstanz im Filtrat ausgedrückter Klebstoffanteil auf Stärkebasis zwischen 0,1 kg und 10 kg je m3 Filtrat und vorzugsweise zwischen 0,1 kg und 2 kg je m3 erhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugieren in einer Beschleunigung zwischen 1 000 und 11000g besteht.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Mischung des Flockungsmittels mit dem Filtrat enthält, wobei diese Mittel einer Industrietellerzentrifuge mit Vollmantel und kontinuierlichem Betrieb vorgeordnet sind, welche einerseits die die Farben enthaltenden Schlammrückstände und andererseits das geklärte Filtrat trennt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerzentrifuge ein Abscheider mit Mangel ist, der sich durch regelmäßiges Öffnen oder durch kontinuierliches Entweichen der Schlammrückstände selbst reinigt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Mischung des Flockungsmittels mit dem Filtrat einen Flockungsbehälter oder -bottich umfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Mischung des Flockungsmittels mit dem Filtrat im wesentlichen von der Leitung zur Speisung der Tellerzentrifuge mit dem Filtrat gebildet werden, wobei das Flockungsmittel direkt in diese Leitung, die als statischer Mischer wirkt, eingegeben wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die nicht mit Trockensubstanz beladenen Schlammphasen, die nach Verlassen der Zentrifuge erfaßt werden, einen Rückflußkreis umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie für den Fall einer Funktionsstörung einen Rückflußkreis umfaßt.
15. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Behandlung der Wasserfarben enthaltenden Filtrate aus Papierfabrikaten, Kartonagefabriken und Verpackungsanlagen eingesetzt wird.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Filtrates, welche Farben und insbesondere Wasserfarben beinhaltet, die bei Druckverfahren in Druckereien und in anderen Industriezweigen Anwendung finden, zum Beispiel in Papier- und Kartonagefabriken oder bei Verpackungsanlagen.
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