DE19500346C2 - Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen dienen der Schadstoff-Abtrennung von einem körnigen Material, insbesondere Bodenkörnern, und der Aufnahme der Schadstoffe in Trägermedien. Bewährt haben sich hierzu unter anderem Hochdruck-Wasserstrahlen, die in einer Art Waschvorgang zur Ablösung der Schadstoffe von dem körnigen Material nutzbar sind und zugleich eine Ho­ mogenisierung des körnigen Materials bewirken, so daß das körnige Mate­ rial von allen Seiten von den Wasserstrahlen beansprucht wird.

Ein derartiges mehrstufiges Hochdruck-Strahlrohr, insbesondere zur Auf­ bereitung verschmutzter Böden, ist aus der DE 38 36 661 C1 bekannt, das einen Eingang, einen daran anschließenden Düsenring mit in Umfangsrich­ tung um das Rohrinnere angeordneten Düsenöffnungen und einen daran an­ schließenden kegelförmigen Rohrabschnitt aufweist. Der kegelförmige Rohrabschnitt ist dabei als von dem Düsenring getrennt einsetzbarer Rohreinsatz ausgebildet. Beim Einsatz eines solchen Strahlrohres wird eingangsseitig ein Boden-Luft-Gemisch angesaugt und mittels eines Trieb­ strahls durch das Rohrinnere gefördert. Dabei tritt eine Verwirbelung ein, die dazu führt, daß die Schadstoffe von der Oberfläche der Fest­ stoffpartikel abgesprengt werden. Als Austrag wird ein Feststoff-Wasser- Luft-Gemisch erhalten, das anschließend einer Separation der dekontami­ nierten, körnigen Materialien von den beladenen Trägermaterialien zuge­ führt werden kann. Als nachteilig hat sich hierbei erwiesen, daß der Austrag mit einer zu hohen kinetischen Energie ausgefördert wird, wo­ durch eine anschließende Separation behindert und erschwert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn für eine möglichst vollständige Abtrennung der Schadstoffe die Hochdruck-Wasserstrahlen in mehreren aufeinanderfol­ genden Stufen eingetragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der genannten Art zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen zu schaffen, die eine Hochdruck-Reinigung erlaubt, bei der ein entspannter und/oder beruhigter Austrag erhalten wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird eine Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen geschaffen, bei der das aus einem Hochdruck-Strahlrohr ausströmende, mit erheblichen Luftmengen verwirbelte Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durch ein schlei­ fenförmig verlaufendes Auslaufrohr mit vergrößertem Strömungsquerschnitt einem Ausgabekasten zugeführt wird. Das Auslaufrohr bewirkt folglich form- und durchmesserbedingt eine deutliche Reduktion der Geschwindig­ keit des in einen Ausgabekasten geförderten Gemisches.

Die schleifenförmige Ausbildung des Auslaufrohres kann über einen gewun­ denen Rohrbogen erfolgen, der ein rundes Ende zwischen einem ersten Rohrschenkel und einem zweiten Rohrschenkel bildet. Eine Richtungsände­ rung des strömenden Abflusses erfolgt dann an einer gekrümmten Strö­ mungsfläche, die einen geringen Pralleffekt auf das strömende Gemisch ausübt. Bevorzugte Krümmungsgrade sind in Anspruch 3 angegeben. Der ge­ wundene Rohrbogen besitzt somit vorzugsweise eine starke Krümmung, um nach Art einer Haarnadel-Schleife auf kürzestem Weg eine Umkehrung der Strömungsrichtung, insbesondere durch eine Umlenkung bis zu 180°, errei­ chen zu können. Eine weitgehende Kontinuität des Abflusses unter Verrin­ gerung der Strömungsgeschwindigkeit wird hierdurch sichergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Auslaufrohr eine Schleife mit einem flachen Ende zwischen einem ersten und einem zweiten Rohr­ schenkel aufweisen. Das flache Ende kann dann eine Prallfläche für das aus dem Hochdruck-Strahlrohr ausströmende Gemisch bilden und eine starke Abbremsung desselben hervorrufen.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 erlaubt die Vermeidung von durch Richtungsänderungen der Strömung induzierten Turbulenzen, die zu Strö­ mungsablösungen führen würden.

Zur Steuerung der Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit kann der ver­ größerte Strömungsdurchmesser des Auslaufrohrs variieren. So kann das Auslaufrohr aus aufeinanderfolgenden Rohrabschnitten mit jeweils einem größeren Strömungsdurchmesser bestehen. Desweiteren oder zusätzlich kann mittels einer Strömungsabzweigung im Verlauf des Auslaufrohrs eine Ver­ größerung des Strömungsquerschnitts erreicht werden.

Mögliche, durch örtliche Strömungsverluste bedingte Feststoff-Ablagerun­ gen auf einem Boden des Ablaufrohrs in einem einer Schleife nachgeordne­ ten Abschnitt können durch eine Beaufschlagung mit Prozeßwasser ausge­ tragen werden.

Weiterhin kann der Strömungsauslaß des Hochdruck-Strahlrohrs als Diffu­ sor genutzt werden, in dem das ausströmende Austrag-Gemisch eine erste Geschwindigkeitsverminderung erfährt.

Das bei der Verzögerung der Strömung in dem Auslaufrohr und dem Eintritt in den Ausgabekasten sich entspannende Gas kann über einen Gasaustritt, der den Ausgabekasten direkt oder über eine Filtereinrichtung mit der Atmosphäre verbinden kann, abgeführt werden. Am unteren Ende des Ausga­ bekastens kann dann ein praktisch druckloser Austrag die Vorrichtung über eine Austragöffnung verlassen.

Um vom Gas mitgeführte feste und/oder flüssige Schwebstoffe abscheiden zu können, kann eine in den Ausgabekasten ragende Gasumlenkung vorgese­ hen sein.

Das Hochdruck-Strahlrohr ist vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Die Beanspruchung des angesaugten körnigen Materials mit Wasserstrahlen er­ folgt dann mehrfach wiederholt, wodurch eine weitgehend vollständige Ab­ trennung der Schadstoffe von dem körnigen Material erreicht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Auslaufrohrs der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen,

Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Auslaufrohrs der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur naßme­ chanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien, insbesondere Schadstoff kontaminierter Boden-, Zunder- und Sintermaterialien sowie sonstiger Schüttgüter und deren Aufschlämmungen mit einem Hochdruck- Strahlrohr 1 und einem nachgeordneten Auslaufrohr 2, das in einen Ausga­ bekasten 3 fördert.

Das Hochdruck-Strahlrohr 1 umfaßt ein langgestrecktes, horizontal oder leicht geneigt angeordnetes Strömungsrohr 4 mit einem eingangsseitigen Saugeinlaß 5, mindestens einem umlaufenden, inneren Düsenkranz zur Bil­ dung eines Strahlkegels 6, 7 in einem Strömungskanal 8 des Strömungs­ rohrs 4 und einem ausgangsseitigen Strömungsauslaß 9.

Der Strahlkegel 6, 7 bildet einen Reaktorabschnitt, in dem ein angesaug­ ter Eintrag von Hochdruck-Wasserstrahlen beansprucht wird. Dazu fördert eine nicht dargestellte Hochdruckpumpe ein Prozeßfluid, insbesondere Prozeßwasser, mit einem Düsenvordruck in eine den Düsenkranz speisende Ringleitung. Der Düsenvordruck liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 300 und 600 bar. Die dann von den Düsen ausgeförderten und zur Ausbil­ dung eines Strahlkegels 6, 7 ausgerichteten Wasserstrahlen besitzen ei­ ne Austrittsgeschwindigkeit von über 200 m/s.

Nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe wird innerhalb eines Strahlkegels 6, 7 eine Erniedrigung des Luftdrucks erzeugt. Dies führt dazu, daß über den Saugeinlaß 5 körniges Material und/oder deren Aufschlämmungen zusam­ men mit erheblichen Mengen an Luft in den oder die Strahlkegel 6, 7 des Strömungsrohrs 3 gefördert werden. Es kommt deshalb zu heftigen Verwir­ belungen mit dem Ergebnis einer Schadstoff-Abtrennung, insbesondere durch Absprengung an der Oberfläche von Feststoffpartikeln anhaftender Schadstoffe.

Damit diese Schadstoff-Abtrennung möglichst vollständig ist, ist das Hochdruck-Strahlrohr 1 vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Mehrere Strahlkegel 6, 7, von denen hier zwei dargestellt sind, sind dann hin­ tereinander angeordnet. Vorzugsweise sind drei bis sechs Strahlkegel hintereinander angeordnet.

Das aus dem Hochdruck-Strahlrohr 1 ausströmende Austrag-Gemisch wird dem Auslaufrohr 2 zugeführt. Das Auslaufrohr 2 ist ein Strömungsrohr mit ei­ nem schleifenförmigen Verlauf, das den Strömungskanal 8 des Hochdruck- Strahlrohrs 1 verlängert und diesen mit dem Ausgabekasten 3 verbindet.

Das Auslaufrohr 2 umfaßt einen ersten Rohrschenkel 10, der eingangssei­ tig an den Strömungsauslaß 9 anschließt, einen zweiten Rohrschenkel 11, der ausgangsseitig an den Ausgabekasten 3 anschließt und eine den ersten Rohrschenkel 10 und den zweiten Rohrschenkel 11 verbindende Schleife 12. Erster Rohrschenkel 10, zweiter Rohrschenkel 11 und die Schleife 12 de­ finieren einen fortlaufenden Strömungskanal 13, wobei die Schleife 12 eine Richtungsänderung der Strömung bewirkt. Rohrschenkel 10 und 11 sind zudem vorzugsweise zylindrische Rohre.

Der erste Rohrschenkel 10 des Auslaufrohrs 2 ist eine geradeaus weiter­ geführte Verlängerung des Strömungsrohrs 4 des Hochdruck-Strahlrohrs 1. Die Strömungskanäle 4, 13 des Hochdruck-Strahlrohrs 1 und des ersten Rohrschenkels 10 des Auslaufrohrs 2 fluchten dann, und deren Strömungs­ querschnitte sind gleich.

Der erste Rohrschenkel 10 schließt ausgangseitig an die Schleife 12 an. Die Schleife 12 wird von einen runden Rohrbogen gebildet, der ein rundes Ende des Strömungskanals 13 definiert. Der Rohrbogen kann horizontal liegen oder abwärts verlaufen. Bevorzugt verläuft der Rohrbogen abwärts, wie in Fig. 1 dargestellt. In Strömungsrichtung schließt die Schleife 12 an den zweiten Rohrschenkel 11 an. Der zweite Rohrschenkel 11 besteht hier aus zwei zweiten Rohrteilschenkeln 14, 15, die parallel zueinander von der Schleife geradeaus zurückgeführt sind. Die Anbindung der beiden zweiten Rohrteilschenkel 14, 15 an die Schleife 12 erfolgt mittels zuge­ ordneter Teilschleifen 16, 17, die an einer Abzweigung 18 am Ende des ersten Rohrschenkels 10 beginnen. Die beiden zweiten Rohrteilschenkel 14, 15 besitzen hier jeweils den gleichen Strömungsquerschnitt wie der erste Rohrschenkel 10, wodurch das Auslaufrohr 2 im Bereich des zweiten Rohrschenkels 11 einen vergrößerten Gesamtströmungsquerschnitt besitzt. Das Auslaufrohr 2 besitzt demnach einen Strömungskanal 13, der im Be­ reich des ersten Rohrschenkels einrohrig und im Bereich des zweiten Rohrschenkels zweirohrig ist, vgl. Fig. 2.

Alternativ kann nur ein zweiter Rohrschenkel 11 vorgesehen sein, der dann einen gegenüber dem ersten Rohrschenkel 10 vergrößerten Innendurch­ messer besitzt. Die Zunahme des Innendurchmessers erfolgt vorzugsweise im Bereich der Schleife 12′, deren einfacher Rundbogen die Krümmung mit einer stetigen Vergrößerung des Innendurchmessers des Strömungskanals 13 in diesem Bereich verbindet.

Die Schleife 12 und deren Teilschleifen 16, 17 sind Krümmer, die einen Bogen von mindestens 160°, insbesondere 175 bis 180°, bilden, um eine vollständige Umkehrung der Strömungsrichtung im zweiten Rohrschenkel 11 gegenüber der im ersten Rohrschenkel 10 zu erreichen. Die Krümmung ist dabei vorzugsweise stark, wodurch die Schleife 12 kurz ist, so daß das Ablaufrohr 2 ähnlich einer Haarnadel mit gering zueinander beabstandeten Schenkeln ausgebildet ist. Der erste Rohrschenkel 10 und der zweite Rohrschenkel 12 liefern jeweils axiale Strömungen, wobei die Schleife 12 bzw. 16, 17 die Änderung der Strömungsrichtung bewirkt.

Das Auslaufrohr 2 schließt ausgangsseitig an den Ausgabekasten 3 an, der kopfseitig einen Gasaustritt 19 und am unteren Ende eine nicht weiter dargestellte Austragsöffnung aufweist. Der Ausgabekasten 3 ist ein größervolumiges Behältnis, das der Abtrennung der gasförmigen Bestand­ teile des durch das Auslaufrohr 2 eingeförderten Gemisches dient. Im Bereich des Kopfes des Ausgabekastens 3 kann weiterhin eine in einen Innenraum 20 ragende Gasumlenkung 21 angeordnet sein. Als Gasumlenkung 23 ist ins­ besondere eine Stufe oder ein geneigtes Leitblech geeignet, wodurch das Gas auf seinem Weg zum Gasaustritt 19 eine Strömungsbahn erhält.

Schließlich kann ein Boden 23 des hinter der Schleife 12 liegenden Rohr­ schenkels 11 des Auslaufrohrs 2 mit einem Prozeßfluid beaufschlagbar sein. Weiterhin kann das Auslaufrohr 2 von einem Gehäuse 24 oder einer Isolierung umgeben sein.

Das in den Fig. 3 und 4 dargesellte Ausführungsbeispiel unterschei­ det sich von dem vorstehend beschriebenen lediglich dadurch, daß der Strömungsauslaß 6 als Diffusor mit einem gleichmäßig sich erweiternden Innendurchmesser ausgebildet ist und die zwei Rohrteilschenkel 14, 15 des zweiten Rohrschenkels 12 jeweils einen Innendurchmesser besitzen, der größer ist als der des ersten Rohrschenkels 10. Beispielhaft genann­ te Innendurchmesser sind 150 mm für das Strömungsrohr 4, 250 mm für den ersten Rohrschenkel 10 und jeweils 300 mm für die beiden zweiten Rohr­ teilschenkel 14, 15. Die unterschiedlichen Strömungsquerschnitte im Ver­ lauf des Ablaufrohrs 2 sind aus Fig. 4 ersichtlich.

Das in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Schleife 12 nicht von einem runden Rohrbogen, sondern gebildet wird von einem Umlenkabschnitt mit einer Prallwand 22, die der­ art angeordnet ist, daß das im ersten Rohrschenkel 10 strömende Gemisch gegen die Prallwand 22 schlägt und von dort über den zweiten Rohrschen­ kel 11 abfließt.

Für den Fall, daß Aufschlämmungen der körnigen Materialen mit den vor­ stehend beschriebenen Vorrichtungen naßmechanisch behandelt werden sol­ len, kann dem Hochdruck-Strahlrohr 1 eine nicht dargestellte Einschlämm­ vorrichtung vorgeschaltet sein. Die Aufschlämmungen bieten den Vorteil einer Vorhomogenisierung des zu behandelnden Materials.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung eines körnigen Materials und/oder einer Aufschlämmung eines körnigen Materials, wobei im Betrieb Schadstoffe, die an der Oberfläche des körnigen Materials als Feststoffe haften, abgesprengt werden, mit einem langgestreckten Hochdruck-Strahl­ rohr, das einen Saugeinlaß und einen Strömungsauslaß aufweist, mit min­ destens einem umlaufenden Düsenkranz im Inneren des Strahlrohres, der einen Triebstrahlkegel aus Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen in das Innere des Strahlrohres befördert, wobei im Betrieb das körnige Material mit den anhaftenden Schadstoffen und/oder die Aufschlämmung desselben sowie erhebliche Mengen an Luft durch den Saugeinlaß angesaugt werden, und mit einem Auslaufrohr, das an den Strömungsauslaß anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (2) mindestens eine Schleife (12) mit einem gewundenen Rohrbogen zur Umkehrung der Strömungsrichtung aufweist, daß der Strömungsquerschnitt des Auslaufrohres (2) sich im Bereich der Schleife (12) vergrößert, und daß ein Ausgabekasten (3) sich an das Auslaufrohr anschließt, der kopfseitig einen Gasaustritt (19) und an seinem unteren Ende eine Austragsöffnung für das körnige Material, die abgesprengten Schadstoffe und gegebenenfalls die Flüssigkeit auf­ weist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbo­ gen der Schleife (12) von einem horizontal oder abwärts verlaufenden runden Ende gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife (12) einen Bogen von mindestens 160°, insbesondere 175° bis 180°, bil­ det.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslauf­ rohr (2) eine Schleife (12) mit einem flachen Ende (22) zwischen einem ersten und einem zweiten Rohrschenkel (10, 11) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (2) einen ersten, geradeaus von dem Strömungskanal (8) zu einer Schleife (12) weitergeführten Rohrschenkel (10) und einen zweiten, geradeaus von der Schleife (12) entgegengesetzt weitergeführten Rohrschenkel (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (2) einen ersten Rohrschenkel (10) mit einer Abzwei­ gung (18) aufweist, von der sich mindestens zwei zweite Rohrteilschenkel (14, 15) erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzwei­ gung (18) stromaufwärts einer Schleife (12) angeordnet ist und jedem zweiten Rohrteilschenkel (14, 15) eine Teilschleife (16, 17) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Auslaufrohrs (2) sich in Stufen ver­ größert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zweiter Rohrschenkel (11) des Auslaufrohrs (2) einen größeren Strömungsquerschnitt besitzt als ein erster Rohrschenkel (10).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Boden (23) eines hinter einer Schleife (12) liegenden Rohr­ schenkels (11) des Auslaufrohrs (2) mit einem Prozeßfluid beaufschlagbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strömungsauslaß (9) des Hochdruck-Strahlrohrs (1) von einem linear divergierenden Strömungsrohr (4) gebildet wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ausgabekasten (3) kopfseitig eine innenseitig angeordnete Gasumlenkung (21) trägt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hochdruck-Strahlrohr (1) mehrstufig ausgebildet ist mit ei­ ner Mehrzahl in Reihe hintereinander angeordneten Strahlkegeln (6, 7).