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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur filterlosen Abscheidung durch statische Trennung zweier Flüssigkeitsphasen, die sich in ihrer Dichte um zumindest 5 % unterscheiden, wobei eine Strömung der Flüssigkeitsphasen zumindest eine erste Abscheiderstufe passiert, die eine Koagulation unterstützt und koagulierte Tropfen der leichteren Flüssigkeitsphase zum Aufschwimmen gebracht werden.
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Abscheider für die Trennung zweier Flüssigkeitsphasen werden vor allem als Ölabscheider eingesetzt, um Öl aus wässrigen Flüssigkeiten zu entfernen. Im industriellen Bereich ergibt sich die Notwendigkeit der Ölabscheidung beispielsweise in Verbindung mit Teile-Waschanlagen, welche Maschinenteile, die im Ölbad behandelt worden sind, mit Waschlauge waschen, oder bei sogenannten Entfettungsbädern. Ebenso bei Waschanlagen, z. B. für Kraftfahrzeuge. Hierbei entstehen Abwässer.
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Die ablaufenden industriellen Abwässer enthalten die von dem zu reinigenden Gut entfernten Öle oder Schmierstoffe, die mineralischen Ursprungs sind. Auch Emulsionen sind umfasst. Zur Wiedergewinnung der Öle oder Schmierstoffe und zur Reinigung der Abwässer werden Ölabscheider eingesetzt. Andere industrielle Anwendungsarten für Ölabscheider ergeben sich bei der Behandlung von Kühl-Schmierstoff- Emulsionen, die zum Kühlen von Werkstücken und Werkzeugen bei der spanenden Metallbearbeitung benutzt werden.
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Die Druckschrift
DE 35 12 207 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wiederaufbereiten von wässrigen, öl- und fetthaltigen Reinigungslösungen unter Abscheidung von Öl und Fett aus der Lösung in einem Ölabscheider. Dazu ist es vorgesehen, ein im Ölabscheider abgeschiedenes Gemisch aus Öl, Fett und Reinigungslösung zum Eindicken einer Verdampfung zu unterwerfen und das dabei aus dem Dampf entstehende Kondensatwasser in die Reinigungslösung zu deren Regenerierung zurückzuführen. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Ölabscheider von einem äußeren Mantel umschlossen ist, in dessen Bodenbereich die abgeschiedene, öl- und fetthaltige Reinigungslösung aufgesammelt und verdampft wird.
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Zwar ist die Nutzung der Wärme des Dampfs vorgesehen, um den Ölabscheider zu beheizen. Dennoch ist der erforderliche Energieaufwand nachteilig für die Betriebskosten und damit die Effizienz des Verfahrens.
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Der Ölabscheider, wie ihn die Druckschrift
DE 39 29 044 A1 vorstellt, vermeidet diesen Nachteil, wenngleich zur Erhöhung der Viskosität optional eine Heizvorrichtung vorgesehen ist. Diese dient aber vorrangig der Verflüssigung von Feststoffanteilen (vgl. Sp. 2, Z. 30 - 31). Eine weitere Heizvorrichtung dient dem Verdampfen vom Restwasser in der Leichtphase, um diese wasserfrei rückgewinnen zu können (Sp. 2, Z. 50 - 65). Der Ölabscheider weist weiterhin ein schräges Gehäuse mit Platten auf, die einzelne, schräg verlaufende Absetzkammern voneinander trennen. Die schrägverlaufenden Absetzkammern bewirken eine Verlängerung des Flüssigkeitsweges bei relativ geringer Bauhöhe und gleichzeitig eine Vergrößerung der horizontalen Absetzfläche (vgl. Sp. 2, Z. 5 - 9). Die Platten haben an den oberen Enden horizontale Abwinklungen, die ein Überfließen der Wasserphase verhindern, sich also praktisch nicht im Strömungsbereich befinden. Ein Kopfbereich, in dem die Absetzkammern nicht mehr getrennt sind, ist mit einem Auslass für die Leichtphase ausgestattet.
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Der Kopfbereich ist an ein erstes Steigrohr und der Fußbereich an ein zweites Steigrohr angeschlossen. Im Fußbereich befindet sich zudem eine bewegbare Feststoff-Austragvorrichtung, um Feststoffe aus dem Behälter entfernen zu können. Die Rohflüssigkeit wird durch Einlässe zugeführt und in Leichtphase und Schwerphase geschieden. Mit der Feststoff-Austragvorrichtung wird ferner die Feststoffphase abgetrennt.
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Eine Möglichkeit, höher disperse Emulsionen bzw. geringe Dichteunterschiede zwischen beiden Fraktionen zu trennen, ist nicht gegeben. Die Gefahr, dass eine Dispersion durch das Steigrohr für die Schwerphase mit abgezogen wird, ist groß. Weiterhin führen die engen Lamellenabstände zu Verkrustungen und damit zu einem erhöhten Wartungsaufwand.
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Für die Wiederaufbereitung wässriger, öl-, fett- und schmutzhaltiger Reinigungslösungen werden neben Zentrifugen, Ultrafiltrationsanlagen auch nach dem Schwerkraftprinzip arbeitende Ölabscheider verwendet, welche gegebenenfalls mehrstufig ausgebildet sind, um in einer ersten Stufe das Groböl und in einer nachgeschalteten Koalisierstufe die Feinstölabscheidung zu erzielen.
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Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift
DE 41 22 172 A1 bekannt. Sie sieht ein Verfahren zum Wiederaufbereiten von wässrigen öl- und fetthaltigen Reinigungslösungen unter Abscheidung von Öl und Fett aus der Lösung in einem Schwerkraftölabscheider mit übereinanderliegenden Schmutz-, Wasser- und Ölphasen in einem Ölabscheider durch eine kontinuierliche, getrennte dreistufige Abscheidung vor. In der ersten Stufe wird die Reinigungslösung durch Strömungsberuhigung einer Schwimm- und Sinkabscheidung unterworfen, unter Rückführung des überwiegenden Teiles der Wasserphase. Die zweite Stufe wird von der obersten Teilschicht der Ölphase aus der ersten Stufe überströmt, während die übrige öl- und fettangereicherte Flüssigkeit der ersten Stufe als Überlauf in die zweite Stufe geleitet wird. Dort erfolgt eine Erwärmung sowie ein Luft- oder Gaseintrag in die Flüssigkeitsfüllung. Die obere öl- und fettangereicherte Schicht der zweiten Stufe fließt mit der aus der ersten Stufe überströmenden Ölschicht in die dritte Stufe, während die übrige Flüssigkeit der zweiten Stufe von dem Überlauf der Ölphase getrennt in die dritte Stufe überführt wird.
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Die für die Strömungsberuhigung vorgesehenen Einbauten sind vorteilhafterweise so ausgebildet, dass über den gesamten Querschnitt im mittleren Bereich des ersten Behälters bzw. Behälterabschnitts, in der sich die Wasserphase bildet, gegenüber der lotrechten, gering geneigte und oberhalb von diesen getrennt im Bereich der Öl- und Fettphase bis dicht unterhalb des Flüssigkeitsniveaus reichende, lotrecht angeordnete, jeweils im Abstand parallel zueinander verlaufende Leitbleche vorgesehen sind. Diese wirken jedoch nicht nur als Elemente zur Strömungsberuhigung, sondern sie dienen gleichzeitig als Koaleszenzbleche, an denen sich durch kontinuierliche Anlagerung Öltröpfchen auch geringer Größe anlagern und dort haften, bis sie durch Vereinigung mit weiteren kleinen Öltröpfchen groß genug sind, um sich aufgrund der vergrößerten Auftriebskraft von den Platten zu trennen und nach oben zu steigen (Sp. 3, Z. 49 - 66). Die Leitbleche wirken unterstützend mit, weil sie als Koaleszenzbleche wirken und die Anlagerung fein verteilter Öltröpfchen begünstigen, bis diese durch weitere kleinere Öltröpfchen eine Größe erlangen, welche für die Auftriebstrennung ausreicht und sich dann von den Leitblechen lösen (Sp. 5, Z. 3 - 8). Die längeren Leitbleche erstrecken sich über den gesamten mittleren Querschnitt eines Behälterabschnittes und sind gering gegenüber der lotrechten geneigt angeordnet. Oberhalb dieser Leitbleche sind weitere, ebenfalls im Abstand parallel zueinander verlaufende, jedoch lotrecht angeordnete Leitbleche vorgesehen (Sp. 4, Z. 59 - 65).
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Durch im Wesentlichen lotrechte Anordnung der Leitbleche sind diese wenig effektiv hinsichtlich der Koaleszenzwirkung, so dass eine Vielzahl von Blechen erforderlich ist und die Anlagentechnik aufwändig macht.
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Die Druckschrift
DE 34 39 053 A1 beschreibt eine filterlose Vorrichtung zur Wasser-/ Öl-Entmischung für den Einbau in einen Ölabscheider. Die Vorrichtung besteht aus einer Vielzahl paralleler Platten mit Durchtrittsspalten, wobei der untere Bereich der Platten abgewinkelt ist. An diesen Trennscheidewänden erfolgt die Koagulation der Öltropfen. Die Abwinklungen der Platten geben die Richtung der Strömung der Wasser-Öl-Mischung an und schaffen Stellen mit einer „Nullgeschwindigkeit“ der Mischungsströmung, in welchen die kleinsten Ölteilchen aufwärts strömen können (vgl. Ansprüche, S. 6, zweiter und dritter Absatz, Figuren).
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Aus der Druckschrift
DD 212191 A1 ist eine filterlose Anlage für die Trennung von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte bekannt, die insbesondere zur Entölung von Prozesswasser der chemischen Industrie und der Schiffstechnik verwendet werden kann. Der Entöler besteht aus einem vorzugsweise stehenden zylindrischen Behälter, in dem mehrere kegelförmige Abscheidebleche übereinanderliegend angeordnet sind und die Abscheidebleche mit speziellen Flüssigkeitsführungen versehen sind. Einerseits werden der Koagulationsweg und damit die Koagulationszeit der Öltröpfchen verlängert und andererseits wird eine erneute Verteilung der bereits abgeschiedenen Öltröpfchen vermieden.
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Der Gegenstand der Druckschrift
DE 25 35 824 A1 beinhaltet eine filterlose Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Substanzen aus einer zu reinigenden Flüssigkeit. Die Vorrichtung weist einen Behälter mit einer als Trennwand ausgebildeten Vorderwand
21 und einen Abscheider
4 mit parallelen Außenplatten
5 und
6 auf. Die Platte
5 ragt von der Vorderwand
21 unter einem Winkel α ab und endet in einer Entfernung vom Boden. Zwischen der Platte
6 des Abscheiders
4 und der Rückwand 2 des Behälters befindet sich eine vertikale Trennwand 7. Zwischen dem Eingang 10 für die zu reinigende Flüssigkeit und dem Eingang in den Abscheider
4 befindet sich ein Beruhigungsraum 9 zum Aufheben der Turbulenz der Flüssigkeit vor Eintritt in den Abscheider
4. Außerdem kann ein Teil der leichten Substanzen bereits im Beruhigungsraum nach oben steigen, gesammelt und abgezogen werden. Die schwieriger abzuscheidenden leichten Substanzen werden durch den Abscheider
4 getrennt und im oberen Bereich gesammelt und abgeleitet. Die gereinigte Flüssigkeit wird über die als Überlauf dienende Trennwand 8 abgeführt.
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Die Druckschrift
EP 1 386 650 B1 betrifft ein filterloses Abscheidersystem zum Abtrennen einer leichteren Phase aus einem Abwasser (kontinuierliche Flüssigkeitsphase). Das Abscheidersystem weist zwei Abscheiderstufen auf, die Grobabscheiderstufe 100 und die Feinabscheiderstufe 101. Durch den Zulauf
12 gelangt das Abwasser, welches eine leichtere Phase und/oder schwerere Bestandteile enthält, in die erste Abscheiderstufe 100. Die leichtere Phase (z. B. Öl) steigt aufgrund der Dichteunterschiede in Form mehr oder weniger großer Tropfen nach Strömungsberuhigung bis zur Oberfläche und bildet eine Schicht auf dieser. Eine Speicherglocke 7 dient in dieser ersten Abscheiderstufe als Sammelbehälter für die grobdispersen Leichtflüssigkeitstropfen. Bei sehr fein verteilten, kleinen Tröpfchen der leichteren Phase reicht aufgrund der geringen Größe die Verweilzeit in der ersten Abscheiderstufe nicht aus, um diese ebenfalls an die Abwasseroberfläche steigen zu lassen. Das gelingt durch eine Koaleszenzbehandlung in der zweiten Abscheiderstufe 101, wo sich die fein verteilten Tröpfchen auf speziellen Flächen anlagern und koaleszieren. So wird das abgereicherte Abwasser in die Feinabscheiderstufe 102 überführt, die eine Abscheiderkammer
3 und einem Separationsraum
4 aufweist. Der Separationsraum 4 ist von der Abscheidekammer
3 durch ein Gitter getrennt, wobei die Abscheiderkammer 3 ein Koaleszenzbett umfasst. Die in der Feinabscheiderstufe 101 abgeschiedene leichtere Phase gelangt ebenfalls in die Speicherglocke 7 (Ansprüche,
1).
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Die Lösungen nach dem Stand der Technik sind nicht oder nur mittels aufwändiger Anlagentechnik geeignet, vor allem eine feinverteilte leichtere Flüssigkeitsphase aus einer schwereren Flüssigkeitsphase zu entfernen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Entfernung von einer feinverteilte leichtere Flüssigkeitsphase aus einer schwereren Flüssigkeitsphase und einen einfach aufgebauten Abscheider vorzuschlagen, der geeignet ist, eine feinverteilte leichtere Flüssigkeitsphase aus einer schwereren Flüssigkeitsphase zu entfernen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur filterlosen Abscheidung einer leichteren, dispersen Flüssigkeitsphase von einer dichteren, kontinuierlichen Flüssigkeitsphase durch statische Trennung, wobei sich die Flüssigkeitsphasen in ihrer Dichte um zumindest 5 % unterscheiden, wobei eine Strömung der beispielsweise zumindest teilweise emulgierten Flüssigkeitsphasen zumindest eine erste Abscheiderstufe passiert, die eine Koagulation unterstützt und koagulierte Tropfen der dispersen Flüssigkeitsphase zum Aufschwimmen gebracht werden, wodurch die Emulsion bricht. Erfindungsgemäß unterstützt die erste Abscheiderstufe die Koagulation mittels einer Koagulationsbarriere. Tropfen der dispersen Flüssigkeitsphase steigen in einen ersten Sammelbereich auf. Eine zweite Abscheiderstufe ist vorgesehen, die einen strömungsberuhigten Bereich mit längerer Verweilzeit umfasst, in dem kleinere Tropfen der dispersen Flüssigkeitsphase, die kleiner sind als die in der ersten Abscheiderstufe abgeschiedenen und die erste Abscheiderstufe zusammen mit der kontinuierlichen Flüssigkeitsphase passiert haben, in einen zweiten Sammelbereich aufsteigen. Die kontinuierliche Flüssigkeitsphase strömt über einen unteren Bereich der zweiten Abscheiderstufe einem Auslass zu.
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Die Koagulationsbarriere ist vorteilhafter Weise so ausgeführt, dass sie einfach und wartungsfrei aufgebaut ist und eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist. Die Koagulationsbarriere ist zudem zwischen 15° und 70° aus der Senkrechten gegen die Strömungsrichtung, die von Einlauf zum Ablauf verläuft, geneigt. Besonders bevorzugt beträgt die Neigung jedoch zwischen 25° und 40° aus der Senkrechten gegen die Strömungsrichtung.
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Es hat sich als günstig erweisen, wenn aus dem ersten und/oder dem zweiten Sammelbereich die leichtere Flüssigkeitsphase durch einen Staudruck, der auf den Flüssigkeitsphasen lastet und bevorzugt durch Überstauen beim Einlauf der zu trennenden Flüssigkeit hervorgerufen wird, über Auslässe nach oben ausgetrieben wird.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Ölabscheidung, insbesondere die statische Trennung einer Wasser-Öl-Emulsion erfolgt. Dies stellt eine besonders bedeutsame praktische Anwendung dar, wie eingangs dargelegt, wobei sich die Anwendbarkeit des Verfahrens sich nicht hierin erschöpft.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen filterlosen Abscheider zur statischen Trennung einer leichteren, dispersen Flüssigkeitsphase von einer dichteren, kontinuierlichen Flüssigkeitsphase, die sich in ihrer Dichte um zumindest 5 % unterscheiden. Hierzu ist zumindest eine erste Abscheiderstufe vorgesehen und in einer Strömung der Flüssigkeitsphasen angeordnet ist, wobei die Abscheiderstufe eine Koagulation unterstützt und koagulierte Tropfen der leichteren Flüssigkeitsphase zum Aufschwimmen gebracht werden.
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Nach der Erfindung ist die erste Abscheiderstufe als nach unten in den Flüssigkeitskörper ragende Koagulationsbarriere ausgebildet, so dass Tropfen, die sich aus der dispersen, leichteren Flüssigkeitsphase bilden, in einen am oberen Ende der Koagulationsbarriere angeordneten ersten Sammelbereich aufsteigen können.
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Eine zweite Abscheiderstufe ist im Strömungspfad vom Einlauf zum Ablauf nachgeordnet vorgesehen und wird durch nach unten in den Flüssigkeitskörper ragende Sperrwände gebildet, die einen strömungsberuhigten Bereich umfasst, in dessen oberem Bereich kleinere Tropfen der leichteren Flüssigkeitsphase, die die erste Abscheiderstufe zusammen mit der schwereren, kontinuierlichen Flüssigkeitsphase passiert haben, in einen zweiten Sammelbereich aufsteigen können.
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Im Bereich der ersten Abscheiderstufe und/oder der zweiten Abscheiderstufe von unten in den Flüssigkeitskörper, d. h. die Emulsion aus disperser und kontinuierlicher Flüssigkeitsphase, aufragende Sperrwände rufen zusätzliche mechanische Effekte hervor und verbessern damit die Koagulation und damit die Abscheideleistung insgesamt. Die Sperrwände sind beispielsweise mit dem Boden eines Behälters verbunden.
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Vorteilhafter Weise sind Auslässe aus dem ersten und dem zweiten Sammelbereich vorgesehen, aus denen die leichtere Flüssigkeitsphase durch einen Staudruck, der auf den Flüssigkeitsphasen im Prozessbereich lastet und durch Überstauen hervorgerufen wird, nach oben ausgetrieben wird. Die Auslässe sind bevorzugt in Bezug zu einer Vertiefung in der Weise angeordnet, dass die ausgetriebene leichtere Flüssigkeitsphase in die Vertiefung läuft. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vertiefung durch die Koagulationsbarriere und eine der Sperrwände der zweiten Abscheiderstufe gebildet wird, wobei deren Rückseiten zu der Vertiefung hin weisen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vertiefung als Speicherbehälter für die leichtere Flüssigkeitsphase ausgeführt und mit einem manuellen oder automatischen Ablass verbunden, wobei der Flüssigkeitsstand im Speicherbehält durch Sensortechnik erfasst wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine hohe mechanische Reinigungsleistung. Dadurch werden nachgeschaltete Anlagenkomponenten geschützt und entlastet, insbesondere chemisch-physikalische Anlagen, sowie die Menge der eingesetzten Chemikalien vermindert. Hieraus resultieren weitere Einspareffekte.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.
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1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Abscheidung. In einen Behälter 2 wird die Emulsion, von der die disperse Flüssigkeitsphase abgeschieden werden soll, über einen Einlauf 3 eingeführt. Nach der Behandlung verlässt die schwerere kontinuierliche Flüssigkeitsphase den Prozess über den Ablauf 4. Der Prozess läuft unter einem Staudruck ab, der sich aus der Differenz zwischen den Überstauniveau 5 und dem Prozessniveau 6 ergibt.
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Die Abscheidung beginnt in einer ersten Abscheiderstufe 10, die als wichtigstes funktionales Element über eine Koagulationsbarriere 11 verfügt. Die im Wesentlichen glatte, schräg gestellte wirksame Fläche der Koagulationsbarriere 11 führt dazu, dass die fein verteilten Tröpfchen der dispersen Flüssigkeitsphase sich zu größeren Tropfen verbinden und dadurch leichter und schneller in einen ersten Sammelbereich 12 aufsteigen. Darüber hinaus ist eine Sperrwand 13 vorgesehen, die die Koagulation durch mechanische Effekte unterstützt.
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Die kontinuierliche Phase sowie die verbleibende Emulsion fließt in Strömungsrichtung, dargestellt durch einen Pfeil als Überströmung 18, zu einer zweiten Abscheidungsstufe 20. Ein strömungsberuhigter Bereich sorgt dafür, dass auch fein verteilte Tröpfchen der dispersen Flüssigkeitsphase, die nur sehr langsam aufsteigen, lange genug in der zweiten Abscheiderstufe 20 verweilen, um bis in einen zweiten Sammelbereich 22 aufsteigen zu können. Eine Sperrwand 23 unterstützt wiederum durch mechanische Effekte eine Neigung der Tröpfchen zur Koagulation. Die zweite Abscheidungsstufe 20 wird begrenzt durch die Sperrwände 21, 24.
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Die Sperrwand 24 wird danach von der schwereren kontinuierlichen Flüssigkeitsphase, von der die leichteren dispersen Flüssigkeitsphase abgeschieden wurde, umströmt (Überströmung 28). Sie gelangt danach in den Sammelbereich 30, von wo aus sie in den Ablauf 4 gelangt.
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Wegen des vorhandenen Staudrucks wird die disperse und zugleich leichtere Flüssigkeitsphase oberhalb des ersten Sammelbereichs 12 und oberhalb des zweiten Sammelbereichs 22 über die Auslässe 31, 32 hinausgedrückt und damit abgeschieden. Die abgeschiedene Flüssigkeitsphase fließt danach in eine Vertiefung 36, zum Teil durch einen Überlauf 33. In der Vertiefung 36, deren seitliche Begrenzung durch die Rückseiten der Koagulationsbarriere 11 und der Sperrwand 24 bilden, wird die abgeschiedene, leichtere Flüssigkeitsphase gesammelt und kann über einen Ablauf 38 entfernt werden. Dies kann automatisch, wenn beispielsweise Füllstandsensoren vorhanden sind, oder manuell erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Abscheidung
- 2
- Behälter
- 3
- Einlauf
- 4
- Ablauf
- 5
- Überstauniveau
- 6
- Prozessniveau
- 10
- erste Abscheiderstufe
- 11
- Koagulationsbarriere
- 12
- erster Sammelbereich (leichte Flüssigkeitsphase)
- 13
- Sperrwand
- 18
- Überströmung
- 20
- zweite Abscheiderstufe
- 21
- Sperrwand
- 22
- zweiter Sammelbereich (leichte Flüssigkeitsphase)
- 23
- Sperrwand
- 24
- Sperrwand
- 28
- Überströmung
- 30
- Sammelbereich schwere Flüssigkeitsphase
- 31
- Auslass (leichte Flüssigkeitsphase)
- 32
- Auslass (leichte Flüssigkeitsphase)
- 33
- Überlauf (leichte Flüssigkeitsphase)
- 36
- Vertiefung
- 38
- Ablauf (leichte Flüssigkeitsphase)
