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Verfahren und Vorrichtung %um Trennen von Flüasigkeiten und Feststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und e<.ne Vorrichtung zum @rennen von Feststoffen
und Flüssigkeiten. Insbesondere bazieht aich die Erfindung au£ ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffen aus Flüssigkeits@trömen durch schwerkraftfiltration,
wobei man sich sinsr Sedimentation, Ausflockung und/oder Ausfällung der Feststoffe
als Hilfssalb@tfiltrierungsmöglichkeit
bei der Durchführung des
Verfahrens bedient.
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Verschiedene Verfahren zur Entfernung von Feststoffen von Flüssigkeiten
sowie Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Yereahren sind bekannt. Den meisten
der bekannten. Verfahren und Vorrichtungen haftet jedoch der Nachtail an, dass sie
relativ kompliziert und im allgemeinen nicht dazu geeignet sing, Flüssigkeiten und
Feststoffe in wechselnden Trennungsgeraden oder bis zu einer im wesentlichen vollständjgen
Abtrennung zu ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile und schafft sowohl
ein flexibles Verfahren als auch eine flexible Vorrichtung zum Trennen eines festen
Materials von Flüssigkeitsströmen in relativ unkomplizierter Weise unter Verwendung
relativ einfacher Änlagesysteme, die leicht zu konstruieren und zu verwenden sind,
wobei wechselnde Trenngrade erzielt werden können, d.h., dass entweder eine teilweise
oder vollständige Trennung durchgeftihrt werden kann.
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Obwohl sich die Erfindung auf eine Vielzahl von zu trennenden festen
und fitissigen Materialien anwenden )ässt, wird nachstehend aus Einfachneitsgründen
auf die Entwässerung von Schlamm Bezug genommen. Schlamm ist ein Abfallprodukt,
das in vielen Industrie-Zweigen anfällt, beispielsweise in Papiormtihlen, chemischen
Anlagen, Abwasseranlagen oder dergleichen.
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Im allgemeinen besteht das erfindungsgemässe Verfahren daran, einen
wässrigen
Schlamm oder dergleichen aus einer oder mehreren Quellen einer Sammelzone zuzuführen,
das Material von der Sammelzone durch eine Filtrierungszone zu ftlhren, die Feststoffe
innerhalb der Biltrierungszone zurückzuhalten und das Wasser, das auch andere Flüssigkeiten
enthalten kann, durch die Filtrierungszone zu leiten, wenigstens einen Teil des
Wassers von der Peststoffsedimentationsvorrichtung, der Ausflockungsvorrichtung
oder der Ausfällungsvorrichtung in der Filterzone, wobei diese Vorrichtungen Hilfsfiltermöglichkeiten
sind, abzutrennen, die abgetrennte Flüssigkeit in einer Sammelzone zu sammeln und
das abgetrennte feste Material in einer getrennten Sammelzone zu sammeln.
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Das Verfahren kann chargenweise, kontinuierlich oder halbkontinuierlich
durchgeführt werden, wobei die Abtrennungageechwindigkeit der Sestatoffe von der
Flüssigkeit von einer Vielzahl von Faktoren abhängt. wie beispielsweise dem Feststoffgehalt
des Rochabfalls, der gewünschten Verarbeitungsgeschwindigkeit, der gewünschten Trockenheit
der Feststoffe oder dergleichen, wobei ausserdem die Anzahl der verwendeten Filtersäcke
oder -rohre eine Rolle spielt.
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Das ganze Verfahren wird bei Umgebungsbedingungen hinsichtlich Temperatur
und Druck durchgeführt, wobei die Abtrennung nur von der Schwerkraft abhängt. In
Fällen, in welchen es erforderlich ist, die Temperatur des zu verarbeitenden Materials
zu erhöhen, kann eine derartige Temperaturerhöhung bis su der Zersetsungetemperatur
des
Materials durchgeführt werden, wenn eine derartige Temperaturerhöhung nicht die
Fluidität des Materials beeinflusst.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
besteht in allgemeinen aus einer Einrichtung zum Sammeln eines wässrigen Schlamms
oder eines ähnlichen Materials in einem oder vorzugsweise mehreren vertikal angeordneten
Filterrohren, wobei diese Einrichtung in der Nähe des oberen Endes der Filterrohrsammeleinrichtung
für die abgetrennte Flüssigkeit, die in der Nähe des unteren Endes der Filterrohre
in Freiheit gesetzt wird, angebracht ist, und einer getrennten Sammeleinrichtung
ftir das feste Material, das von der Fltissigkeit abgetrennt wird, welche in der
Nähe des unteren Endes der Filterrohre angebracht ist, um das feste Material in
abgetrenntem Zustand ru halten. zum Verständnis der vorliegenden erfindung sei auf
die beigefügten Zeichnungen verwiesen.
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Figur 1 gibt eine perspektivische Seitenansicht einer erfindunggemessen
Vorrichtung wieder, wobei diese Vorrichtung eine Vsrschlusseinrichtung an dem unteren
Ende der filterrohre aufweist.
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Figr 2 zeigt eine Teilseitenansicht eir anderen erfindungsgemässen
$Ausführungsform, bei welcher die Feststoffsammeleinrichtung mit einem Ventil versehen
ist0
Figur 3 ist eine Teilseitenansicht, die eine andere Ausführungsform
der Feststoffsammeleinrichtung, welche mit einem Schneckenförderer versehen ist,
zeigte Figur 4 ist eine Teilseitenansicht, welche die Feststoffsammeleinrichtung
zeigt, wobei Ablaufrinnen und ein Kratzer zum Vorwärtsbewegen der Feststoffe vorgesehen
sind.
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Figur 5 ist eine Teilseitenansicht einer anderen Ausführungsform der
Feststoffzurttokhaltungseinrichtung, die mit einem Kolben zum Vorwärtsbewegen der
Feststoffe versehen ist.
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Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus 4 autrechtstehenden
Stützelementen 11, 12, 13 und 14. In der Nähe des Oberteils der Stützelemente ist
ein Trog 15, der durch die Stützelemente gehalten wird, vorgesehen, welcher mit
einem BinlaJ-rohr 16 und einem Überlaufrchr 17 versehen ist. Das Überlaufrohr flihrt
eu einem nicht-gezeigten Überlaufschwerkraft-Rückführsystem.
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Vertikal von dem Boden des Trogs 15 durch in ihm enthaltene Öffnungen
sind Filtersäcke oder rohre 16, 17, 18 und 19 vorgesehen, die offene obere und itntere
Enden besitzen.
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Die Filtersäcke oder -rohre können aus Jedem geeigneten Material bestehen,
verauegeeetst, dass es die nötige Festigkeit besitzt und gleichzeitig die erforderliche
Filtrierungswirkung ausübt.
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Im allgemeinen bestehen die Filter aus Baumwolle oder einem anderen
natttrlichen
faserartigen Material oder synthetischen faserartigen Material, das zu einem geeigneten
Gewebe verarbeitet worden ist. Die iItersäcke oder -rohre bestehen Jqdch vorzugsweise
aus einer gewebten Ware. Wenn auch die Jeweilige Webetruktur erheblich schwanken
kann, ist es doch vorzuziehen, eine Struktur zu verwenden, d4e in siner solchen
Weise gewebt ist, dass eie Flüssigkeit hindurchlässt, während feste Materialien
zurückgehalten werden Die Filtersäcke oder -rohre erstrecken sich in Abwärtsrichtung
und enden in offenen unteren Enden. In der Nähe der unteren Enden der Piltersäcke
oder -rohre ist ein Trog 20 in geeigneter Weise an den 4 aufrecht stehenden Elementen
11, 12, 13 und t4 angebracht. Der Trog ist mit einem Auslassrohr 21 versehen, in
welchem gesamseltes Filtrat zu einem nicht-geseigten Schwerkraft-Rückführsystem,
, zu einer Sntfernung oder zu einer Lagerung geftihrt wird. Die unteren Enden der
Filterrohre erstrecken sich durch die Öffnungen in das Trog.
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An ihren oberen und unteren Enden sind die Filtersäcke oder -rohre
mit nicht-gezeigten Kautschukfesthalteringen oder anderen geeigneten Einrichtungen
versehen, welche einen dichten Verschluss gewährleisten, so dass keine festen Materialien
entweichen können, Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform weist einen Verschlussmechanismus
auf, der aus flachen Metallelementen besteht, die
derart breit sind,
dass sie in vollständigem Kontakt mit den Kautschukbefestigungsringen oder mit einer
anderen Einrichtung am Boden der Filtersäcke oder -rohre gelangen und diese bedecken.
In der gezeigten Vorrichtung bedeckt Jedes flache Metallelement 2 Rohre und verschliesst
diese. Diese Metallteile werden durch die Bezugszahlen 22 und 23 gekennzeichnet
und sind an Jedem Ende mit Naben 24 und 25 versehen.
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An den 2 Seiten des Troges 20 sind Verschlusseinrichtungen 26 und
27 vorgesehen1 die über einen Stab 28 verbunden sind, wobei nur eine Seite geseigt
wird. Die Verschlusseinrichtungen 26 und 27 werden mittels eines Bügels 29, der
in einer geeigneten Weise mit der Verschlusseinrichtung 27 verbunden ist, betätigt.
Wie aus der Figur 1 zu ersehen iet, gleiten die Naben 24 und 25 auf den Oberflächen
der Verschlusseinrichtungen 26 und 27. Werden daher die Verschlusseinrichtungen
durch dan Bügel betätigt, dann werden die Naben Je nach der Betätigungsrichtung
entweder in Aufwärts- oder in Äbwärtsrichtung bewegt, wodurch die flachen Metallverschlusselemente
22 und 23 gegen den Boden der Filtersäcke oder -rohre gedrückt werden, so dass diese
verschlossen werden, oder aus ihrer verschliessenden Position entfernt, so dass
die Säcke oder Rohre geöffnet werden. Uniterhalb des Troges 20 ist ein Kanister
oder Behalter 30 vorgesehen, der zum Sinsammeln des festen Materials, wenn dieses
von den Filtersäcken odex-rohren abfällt, geeignet ist.
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Die in Bigur 2 gezeigte Ausführungsform ist besondere gut zur Behandlung
von Wasser, das eine relativ grosse Menge an festem Material enthält, geeignet.
Diese besondere Ausführungsform macht den Verschlussmechanismus der in Figur 1 gezeigten
Ausführungsform überflüssig. Vielmehr ist die e Feststoffsammeleinrichtung oder
der Tank 30 direkt mit dom Boden der Filtratsemmeleinrichtung an dem Trog 20 verbunden,
wobei das feste Material sowie das flüssige Material durch die Filterrohre 16, 17
und 18 in don Feststoffsammeltank direkt geführt wird. Wenn daa zu behandelnde Material
durch die Filterrohre läuft, wird ein Teil der Flüssigkeit abfiltriert und strömt
an der Aussenseite der Rohre herab und in den Trog hinein, während der Rost durch
die Rohre mit dem festen Material in den Saznmeltank fällt. Fällt die Materialmenge
in dem Sammeltank bis ZU einer solchen Menge an, dass der Tank ausgefüllt wird,
dann beginnt dan Material sich innerhalb der Filterrohre selbst anzusammeln, wobei
man einen Vorteil durch eine Sedimentation, Ausflockung oder Ausfällung der Feststoffe
in den Rohren zur Bewirkung einer vollständigeren Trennung erzielt. Bei dieser Ausführungsform
ist der Festetoffsammeltank 30 mit einem Ventil 31 versehen, das dann geöffnet werden
kann, wenn der Tank geleert werden soll, wobei der Tankinhalt entweder für eine
weitere Behandlung rezyklisiert, gelagert oder verwerfen wird. Sammelt sich bei
dieser Ausführungsform das feste Material in dem Sammeltank und in den Rohren an,
dann erfolgt eine Trenniwg von Feststoffen und Flüssigkeit solange, bis die Rohre
vollständig gefüllt sind. Zu diesem Zeitpunkt kann das Ventil geöffnet
und
das Material in dem Sammeltank entfernt werden0 Gegebenenfalls kann das Ventil teilweise
geöffnet werden. wobei das Material kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit entfernt
wird, so dass die Rohre niemals gefüllt worden. Au9 diese Weise lässt sich ein vollständig
kontinuiorlicher Betrieb durchführen.
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In Figur 3 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher eine Förderschnecke
32, die durch eine Einrichtung 33 angetrieben wird, verwendet wird, um das feste
Material von dem Sammeltank einer Rezyklisierung, Lagerung oder Verwerfung zuzuführen.
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Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, welche geneigte Ablaufrinnen
34 und 35 vorsieht, die aowohl das feste als auch das flüssige Material sammeln,
wenn dieses durch die rohre fällt.
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Die Ablaufrinnen sind an den Stellen 36 und 37 in irgendeiner geeigneten
Weise an Seitenwandstützelementen 38 und 39 drehbar befestigt, so dass sie in eine
derartige Stellung gebracht werden können, dass das auf ihnen angesammelte feste
Material in den unter ihnen angebrachten Sammeltank fällt. Der Sammeltank ist mit
einem Kratzstab oder einer ähnlichen Einrichtung 40 versehen, um das Material durch
eine nicht-gezeigte Öffnung an der Seite dee Tanks zu entfernens so dass es auf
diese Weise einer Lagerung oder einer Verwerfung zugeführt werden kann. Es ist darauf
hinzuweisen, dass die Neigung der Ablaufrinnen in ihrem geschlossenen Zustand eine
Oberfläche bildet, so dass die Flüssigkeit abzufliessen und in die Flüssigkeitssammeleinrichtung
zu
laufen vermag, während das weniger fluide feste Material in
erheblichem Ausmaße auf der Oberfläche der Ablaufrinnen verbleibt und hier für eine
Überführung in die Feststoffsammeleinrichtung gesammelt wird.
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Wenn auch dia in Figur 5 gezeigte Vorrichtung insofern etwas ähnlich
ist, als eine geneigte Oberfläche 41 ähnlich der Ablaufrinnen gemäss Figur 4 vorgesehen
ist, so besteht dennoch insofern ein Unterschied, ala diese Oberfläche nicht bewegbar
oder drehbar ist, wobei die mit ihr in Kontakt gelangende Flüssigkeit in Richtung
der geneigten Oberfläche abfliesst, während die Pentstoffe auf ihr zurückgehalten
werden. Anschliessend wird ein Kolben 42, der hydraulisch, wie dies beispielsweise
an der Stelle 43 erfolgt, oder mittels einer anderen geeigneten Einrichtung betrieben
werden kann, auf das obere Ende der geneigten Oberfläche zu bewegt wird, so dass
das auf der Oberfläche gesammelte feste Material zu einer Steile geschoben wird,
aa welcher es durch die Öffnung 44 in eine Feststoffsammeleinrichtung gedrückt wird,
die an dieser Stells vorgesehen ist.
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Die geneigte Oberfläche ist ferner mit einem Führungsstab zur Führung
des Kolbens versehen.
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Wie bereits erwähnt, können das erfindungsgemässe Verfahren sowie
die su seiner Durchführung verwendete Vorrichtung chargenweise, halbkontinuierlich
oder kontinuierlich durchgeführt bzw, betrieben werden. Das Verfahren wird dadurch
durchgeführt, dass
das zu verarbeitende Material in den Trog, der
sich oben an den vertikal angeordneten Pilterrohren befindet, eingefüllt wird, so
dass es durch die Filterrohre läuft. Beim Durchlaufen des Material in Abwärtsrichtung
infolge der Schwerkraft durch die Filterrohre setzen sich die Feststoffe ab, flocken
aus oder fallen aus, so dass ein Hilfsfilter gebildet wird, während die Flüssigkeit
durch die Filterrohre durchläuft und an ihrer Aussenseite abläuft und in dem Trog
gesammelt wird, der sich in der Nähe des Unterteils der Filterrohre befindet.
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Die Peststoffs, die sich in den Filterrohren angesammelt haben, werden
dann in die Feststoffsammelkammer fallen gelassen, aus welcher sie entweder durch
Öffnen des Ventils der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung, mittels der Förderschnecke
in der durch Figur 3 wiedergegebenen Vorrichtung oder der Kratzeinrichtung oder
des Kolbens gemäss der Ausführungsformen von Figur 4 bzw.
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5 entfernt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren
2 - 5 gezeigten Vorrichtungen sich sehr gut für ein chargenweise, halbkontinuierlich
oder kontinuierlich durchgeführtes Verfahren eignen. Andererseits lässt sich die
durch Figur 1 wiedergegebene Vorrichtung dann mit Vorteil einsetzen, wenn ein Verfahren
chargenweise durchgeführt werden soll, da die bei dieer Vorricbtung vorgesehene
Verschlusseinrichtung das ganze Feststoffmaterial innerhalb der Rohre zurückhält,
bis die Filtration beendet ist, worauf die Verschlusseinrichtung geöffnet wird.
Auf dies. Weise wird ein Sammeln des ganzen festen Materials in einem
Sammelbehälter
oder einem anderen Gefäss möglich. Bei jeder dieser Ausführungsformen kann gegebenenfalls
eine nicht-gezeigte Vibrationseinrichtung mit den Filterrohren verbunden werden,
um etwa an den inneren Oberflächen anhalftendes festes Material zu lockern. Im allgemeinen
verstopfen Jedoch die Filterrohre nicht. Das in ihnen gesammelte feste Material
fällt leicht herab, wenn die Rohre ohne Bewegung geöffnet werden.
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Die jeweilige Form einer erfindungsgemässen vorrichtung kann sich
natürlich ändern. Beispielsweise kann in den durch die Figuren 2 - 5 wiedergegebenen
besonderen Ausführungsformen eine nicht-gezeigte geeignete Trägereinrichtung verwendet
werden, um die verschiedenen Elemente zu halten. Daritber hinaus kann die Vorrichtung
kreisförmig, quadratisch oder anderweitig kon-Btrutert sein, Die vorstehend geschilderten
Ausführungsformen stellen Auegestaltungen dar, die in breitem Umfang. flexibel sind
und die Lösung einer Vielzahl von Abfallproblemen gestatten. Das Volumen sowie die
Filtrationsgeschwindigkeit lassen sich bei diesen Ausführungsformen in einfacher
Weise dadurch verändern, dass di. Höhe der oberhalb der Filterrohre angebrachten
Sammeleinrichtung sowie die Grösse und das Material, aus welcher die Rohre hergestellt
werden, verändert bzw, ausgetauscht wird, wobei terner noch zusätzliche Sammeleinrichtungen
und Pilterrohre in j eder gewünschten Kombination eingesetzt werden können. Es ist
ferner
möglich, diese Elemente zur Erzielung von verschiedenen Trockenheitsgraden der Feststoffe
zu verändern0 Gegebenenfalls kann auch eine nicht-geseigte äussere Trocknungsvorrichtung
am Oberteil der Pilterrohre vorgesehen werden, um die Feststoffe zu trocknen, wenn
sie in die Sammeleinrichtung geführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Gewinnung von Feststoffen,
welche gegebenenfalls erneut verwendet werden können Ferner ermöglicht die Erfindung
die erneute Verwendung der abgetrennten Flüssigkeit. Dartiber hinaus schafft die
Erfindung eine Methode, um Peststoffe von Flüssigkeiten entweder im wesentlichen
vollständig oder teilweise zu trennen, und zwar Je nach dem gewünschten rennungsgrad.
Die verschiedenen gezeigten erfindungsgemässen Ausführungsformen lassen sich ferner
durch den Einbau weiterer Leitungen und Rohre sowie weiterer Pumpen zum Bewegen
des Filtrats und der Feststoffe verteinern.