DE102004012024B4

DE102004012024B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser/Feststoffgemischen

Info

Publication number: DE102004012024B4
Application number: DE102004012024A
Authority: DE
Inventors: Günther Luther; Manfred Müller
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: DE102004012024A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Wasser/Feststoffgemischen, aufweisend die folgenden Schritte:
– Mischen des Wasser/Feststoffgemisches mit einem Flockungshilfsmittel;
– Zerstäuben des Wasser/Feststoffgemisches zu einem Nebel (7);
– Auftreffen des Nebels als Niederschlag auf einer geneigten Oberfläche (9);
– Agglomeration der Feststoffpartikel zu Flocken in der Flugphase des Nebels (7) und/oder auf der Oberfläche (9);
– Abziehen einer von Feststoffpartikeln freien Flüssigkeit,
– wobei sich die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf der Oberfläche zum Abzug verringert und der Fließquerschnitt der Flüssigkeit zum Abzug breiter wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser/Feststoffgemischen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 43 15 033 C1 ein Verfahren zur Aufbereitung eines Feststoffgemisches bekannt. Hierbei wird eine Suspension auf einen Drehteller aufgegeben, der die Suspension als Nebel zerstäubt. Der Nebel trifft auf eine nach innen geneigte Oberfläche. Das Wasser/Feststoffgemisch beinhaltet z.B. neben Feststoffpartikeln auch andere gebundene organische Bestandteile, die über dieses Verfahren aus dem Wasser/Feststoffgemisch abgetrennt werden sollen. Hierfür wird dem Wasser/Feststoffgemisch noch zusätzliche Flüssigkeit in Form von Wasser zugesetzt, damit die leichteren Bestandteile auf der Oberfläche abgeschwemmt werden und über einen Abzug abgezogen werden können. Während das Abziehen der Fraktion sehr gut funktioniert, wird durch die zum Abzugspunkt zunehmende Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit immer noch Feinstkorn ausgeschwemmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Separation von Feinstkornanteilen aus verunreinigten Wasser/Feststoffgemischen auf einfache und effiziente Weise zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mittels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die folgenden Schritte vorgesehen: Mischen des Wasser/Feststoffgemisches mit einem Flockungshilfsmittel; Zerstäuben des Wasser/Feststoffgemisches zu einem Nebel; Auftreffen des Nebels als Niederschlag auf einer geneigten Oberfläche; Abziehen der freien Flüssigkeit.
Durch das Zusetzen des Flockungshilfsmittels findet eine Flockenbildung, sprich eine Agglomeration, der Feststoffpartikel statt. Diese Flockenbildung wird durch das Versprühen unterstützt. Durch das Auftreffen als Niederschlag auf der geneigten Oberfläche, werden die Flocken, die sich bereits gebildet haben, nicht wieder aufgebrochen, so dass eine Trennung von Feststoffflocken und Flüssigkeit auf einfache Weise erfolgt.
Die Auswahl des Flockungsmittels, das bei der Anwendung des Verfahrens eingesetzt wird, wird unter Berücksichtigung der Art der zu trennenden Feststoffpartikel ausgewählt, d.h. es erfolgt eine produktspezifische Auswahl. Für den breitbandigen Einsatz hat sich jedoch ein Flockungshilfsmittel des Typs AF 701 (Produktbezeichnung der BASF) als vorzugsweise sehr geeignet herausgestellt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Zerstäuben des Wasser/Feststoffgemischs durch Aufgabe dieser auf einen Drehteller erfolgt. Ein Drehteller stellt eine einfache Möglichkeit dar, eine Suspension oder Flüssigkeit zu zerstäuben. Der Drehteller kann mit einem Dorn versehen sein, der zentrisch auf dem Drehteller angeordnet sein kann. Dieser Dorn dient zur gleichmäßigen Verteilung des auf den Drehteller aufgegebenen Wasser/Feststoffgemisches. Dieser Dorn ist eine so genannte Verteilhilfe.
Das Mischen selbst erfolgt gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung möglichst zeitnah vor dem Zerstäuben. Vorteilhafterweise erfolgt das Mischen unmittelbar vor dem Zerstäuben. Das Mischen selbst erfolgt vorteilhafterweise durch Eindüsen. Der Vorteil hierbei ist, dass die Flockenbildung im Wesentlichen nach dem Energieeintrag durch den Drehteller erfolgt und während der Verwirbelungsphase und der Abscheidephase keine hinderlichen zusätzlichen Scherkräfte auftreten. Flocken selbst stellen verhältnismäßig instabile Gebilde dar, die leicht durch Scherkräfte zerstört werden können. Des Weiteren hängt die Effizienz der Flockenbildung im Wesentlichen von der direkten Zugabe des Flockungshilfsmittels ab. Für einen Flockungsprozess ist es somit vorteilhaft, wenn eine sofortige und homogene Verteilung des Flockungshilfsmittels in dem Wasser/Feststoffgemisch erfolgt. Somit kann es alternativ sinnvoll sein, dass das Flockungshilfsmittel und das Wasser/Feststoffgemisch unmittelbar erst beim Zerstäuben gemischt werden. Dieses erfolgt dann, wenn Wasser/Feststoffgemisch und Flockungshilfsmittel getrennt gleichzeitig auf die Verteilhilfe bzw. den Drehteller aufgegeben werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass sich Flocken erst bilden, wenn Wasser/Feststoffgemisch und Flockungs hilfsmittel den Drehteller verlassen haben, da erst hiernach eine optimale Flockenbildung erfolgt. Dieses kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die abzuscheidenden Flocken besonders instabil sind, so dass die Gefahr besteht, dass eventuell vorab gebildete Flocken bereits durch das Aufgeben auf den Drehteller wieder zerstört werden könnten.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Inhaltsstoffe als Flocken in der Flugphase mit der Umgebungsatmosphäre reagieren, vorzugsweise mit der Umgebungsluft oxidieren. Die dadurch erfolgte Reaktion unterstützt in der Regel die Flockenbildung erheblich.
Des Weiteren sieht eine Lehre der Erfindung vor, dass eine Agglomeration der Feststoffpartikel zu Flocken bereits in der Flugphase erfolgt. Diese Agglomerationsbildung kann dann auf der geneigten Oberfläche fortgesetzt werden oder dort erst beginnen. Der Beginn der Agglomeration kann abhängig sein von der Art des verwendeten Flockungshilfsmittels und der Art der abzuscheidenden Feststoffpartikel. Vorteilhafterweise weist der Nebel eine Tropfengröße von < 100 μm auf. Diese feine Zerstäubung unterstützt die Oxidation der Verunreinigungen. Des Weiteren wird durch die feine Zerstäubung die Durchmischung von Flockungshilfsmittel und dem Wasser/Feststoffgemisch erreicht. Des Weiteren ist bei einer derartigen feinen Auflösung der Tropfen als Niederschlag und der in ihnen bereits enthaltenen Flocken der Energieeintrag beim Auftreffen auf die geneigte Oberfläche so gering, dass bereits gebildete Flocken nicht wieder zerstört werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Oberfläche einen Neigungswinkel von 0,1 bis 10 Prozent, vorzugsweise 1 bis 5 Prozent aufweist. Durch dieses Gefälle wird erreicht, dass eine gute Trennung von Flocken und Flüssigkeit erfolgen kann, ohne dass zu viele Flocken ausgespült werden. Die Neigung der Oberfläche kann dabei in Abhängigkeit von der Flockengröße eingestellt werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche nach außen geneigt ist. Vorteilhaft ist dabei, wenn der zur Verfügung stehende Fließquerschnitt zum Abzugspunkt hin breiter wird. Dieses wird gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung dadurch erreicht, dass die Oberfläche eine Kegelform oder Pyramidalform aufweist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Höhendifferenz zwischen dem Drehteller und der kegeligen Oberfläche der Tropfengröße und der Flugbahn des Tropfengemisches angepasst wird. Die Höhendifferenz liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 m.
Der Abzug der freien Flüssigkeit selbst erfolgt gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung über einen Ringkanal, der direkt im Anschluss an die geneigte Fläche vorgesehen ist. Durch das geringe Gefälle und den direkten Anschluss des Ringkanals ist es möglich, dass eventuell mitausgespülte Flocken beim Übertritt in den Ringkanal nicht wieder zerstört werden. Diese mitabgezogenen Flocken werden dann gemäß einer weiteren Lehre in einem nachfolgenden Prozessschritt von der Flüssigkeit abgetrennt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass auch die auf der Oberfläche verbleibenden Flocken abgezogen werden. Dieses kann durch eine spezielle Abziehvorrichtung oder ein manuelles Entfernen der Flocken herbeigeführt werden. Die abgeschiedenen Flocken werden dann anschließend zum Erreichen eines noch höheren Trocknungsgrades nachbehandelt. Dies kann in einer Trocknungseinrichtung oder in einer Filterpresse erfolgen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels im Einzelnen beschrieben. Darin zeigen
1 in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine alternative Aufgabeart in Seitenansicht.
Dem in der Zufuhr 1 befindlichen Wasser/Feststoffgemisch wird, wie in 1 dargestellt ist, über die Flockungshilfsmittelzufuhr 2 das Flockungshilfsmittel zugesetzt. Das Flockungshilfsmittel wird dabei in das Wasser/Feststoffgemisch eingedüst. Das Gemisch tritt über die Aufgabeöffnung 3 auf den Dorn 4 aus und wird über ihn auf den Drehteller 5 weitergeleitet. Durch die Rotation des Drehtellers 5 wird an dessen Außenkante 6 ein Nebel 7 aus Wasser/Feststoffgemisch und Flockungshilfsmittel erzeugt. Innerhalb des Reaktionsraumes 8, in dem sich der Nebel 7 befindet, findet die Oxidation der Feststoffpartikel bzw. der am Feststoff anhaftenden organischen Verbindungen und die Agglomeration zu Flocken bereits statt. Nach dem Auftreffen des Nebels 7 als Niederschlag auf der Oberfläche 9 wird die Agglomeration fortgesetzt. Die dabei freiwerdende Flüssigkeit fließt auf der Oberfläche 9 in Pfeilrichtung ab. Die Oberfläche 9 ist dabei im Winkel α geneigt. Der Fließquerschnitt, der der freien Flüssigkeit zur Verfügung steht, nimmt dabei zum Außenrand der geneigten Fläche hin zu, so dass sich die Fließgeschwindigkeit der freien Flüssigkeit verringert. Dadurch werden eventuell mitgespülte Flocken aufgrund der Geschwindigkeitsabnahme auf der Oberfläche abgelagert. Die freie Flüssigkeit selbst tritt am Ende der Oberfläche 9 in den Ringkanal 10 ein und wird für weitere Prozessschritte abgeführt. Der Reaktionsraum 8, der dem Nebel zur Verfügung steht, wird durch die Wände 11 begrenzt.
In 2 ist eine alternative Ausführung der Aufgabe von Wasser/Feststoffgemisch und Flockungshilfsmittel auf den Drehteller 5 dargestellt. Hierbei sind eine getrennte Zufuhr 1 für das Wasser/Feststoffgemisch und eine Flockungshilfsmittelzufuhr 2 vorgesehen, die jeweils eine Aufgabenöffnung 3' aufweisen. Das aus den jeweiligen Aufgabeöffnungen 3' austretende Wasser/Feststoffgemisch und das Flockungshilfsmittel treffen auf den Dorn 4, der sich zentriert auf dem Drehteller 5 befindet. Durch die Rotation von Dorn 4 und Drehteller 5 findet die Vermischung von Wasser/Feststoffgemisch und Flockungshilfsmittel statt.

1: Zufuhr für das Wasser/Feststoffgemisch
2: Flockungshilfsmittelzufuhr
3, 3': Aufgabeöffnung
4: Dorn
5: Drehteller
6: Außenkante
7: Nebel
8: Reaktionsraum
9: Oberfläche
10: Ringkanal
11: Wand

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Wasser/Feststoffgemischen, aufweisend die folgenden Schritte: – Mischen des Wasser/Feststoffgemisches mit einem Flockungshilfsmittel; – Zerstäuben des Wasser/Feststoffgemisches zu einem Nebel (7); – Auftreffen des Nebels als Niederschlag auf einer geneigten Oberfläche (9); – Agglomeration der Feststoffpartikel zu Flocken in der Flugphase des Nebels (7) und/oder auf der Oberfläche (9); – Abziehen einer von Feststoffpartikeln freien Flüssigkeit, – wobei sich die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf der Oberfläche zum Abzug verringert und der Fließquerschnitt der Flüssigkeit zum Abzug breiter wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerstäuben auf einem Drehteller (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser/Feststoffgemisch über eine Verteilhilfe auf den Drehteller (5) aufgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verteilhilfe um einen Dorn (4) handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen unmittelbar vor dem Zerstäuben erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flockungshilfsmittel in das Wasser/Feststoffgemisch eingedüst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen von Wasser/Feststoffgemisch und Flockungshilfsmittel unmittelbar beim Zerstäuben erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flockenbildung in der Flugphase durch die Oxidation mit der Umgebungsatmosphäre unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebel (7) eine mittlere Tropfengröße von 50 μm bis 200 μm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abziehen der freien Flüssigkeit über einen Ringkanal (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit abgezogene Flocken von der freien Flüssigkeit getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche (9) verbliebenen Flocken abgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Flockungshilfsmittel um ein solches mit der Bezeichnung AF 701 handelt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit einem Drehteller (5) zur Zerstäubung des Wasser/Feststoffgemisches und mit einer am Boden des Reaktionsraums (8) angeordneten geneigten Oberfläche (9), gekennzeichnet durch eine Zuführung (2) für Flockungshilfsmittel auf den Drehteller (5), eine nach außen geneigte Oberfläche (9) mit einem Neigungswinkel (α) von 0,1 bis 10 Prozent und einen Ringkanal (10) am Ende der Oberfläche (9) zum Abziehen der Flüssigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) einen Neigungswinkel (α) von einem bis fünf Prozent aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Oberfläche (9) in Abhängigkeit von der Flockengröße eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (9) eine Kegelform oder Pyramidalform aufweist.