DE2616214A1

DE2616214A1 - Verfahren und vorrichtung zum entwaessern von abfallstoffen aus der abwasserbehandlung

Info

Publication number: DE2616214A1
Application number: DE19762616214
Authority: DE
Inventors: Ernest Robert Ramirez
Original assignee: Swift and Co Inc
Current assignee: JBS USA LLC
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-13
Publication date: 1976-10-28
Also published as: GB1531775A; FR2307769A1; SE7604297L; JPS51128148A; US4071447A

Description

50*9-*..

Anmelden Swift & Company,

115 West Jackson Boulevard, Chicago, Illinois 60604 /U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern von Abfallstoffen aus der Abwasserbehandlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern vor: Abfallstoffen aus der Abwasserbehandlung mittels sehr feiner Gasbläschen innerhalb einer Schachtsäule (Kaminsäule).

Bei der Klärung von Industrieabwassern und kommunalen Abwässern ist es üblich, feste oder flüssige Verunreinigungen oder teilchenförmige Materialien auf verschiedene V/eise zu koagulieren und dann die Verunreinigungen oder die Makroteilchen durch Flotation oder Sedimentation von dem gereinigten Abwasser zu trennen. Bei jedem derartigen Verfahren werden große Mengen an Abfallstoffen aus der Abwasserbehandlung, in der Regel Schäume oder Schlämme, gebildet. Der hier verwendete Ausdruck "Abwasser-Schäume" bezieht sich allgemein auf den !Teil des behandelten Abwassers, der einer Flotation (Schwinimaufbereitung) unterzogen und von der Oberfläche des geklärten Wassers abgeschöpft wird. Diese Schäume bestehen allgemein aus agglomerierten festen oder flüssigen Verunreinigungen oder Makroteilchen, einer be-

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trächtlichen Menge Wasser und einer Menge Gas. Der hier verwendete Ausdruck "Abwässer-Schlämme" bezieht sich allgemein auf den Teil des behandelten Abwassers, der aus einem Abwasser ausgefällt worden ist, und er besteht aus ausgefällten festen oder flüssigen Verunreinigungen oder Makroteilchen und einer beträchtlichen Men^e Wasser. Derartige Schäume (skimmings) oder Schlämme (sludges) können als aktivierter Schlamm, Eonservenikbriksdiäune (Lagerhausschäume) , Fleischverarbeitungssehäume, Nahrungsmittelverarbeitungsschäume, Molkerei- und Geflügelverai'beitungs schäume, Enthaarungsschäume, V/äschereischäume und dgl. bezeichnet werden

Diese Abfallstoffe weisen in der Regel einen verhältriipmAGig geringen Gehalt an festen oder flüssigen Verunreinigungen auf, der in der Größenordnung von 0,1 bis I5 Gew.-% der Schäume oder Schlämme liegt. Wenn die Abfallstoffe selbst keinen Marktwert haben, wenn sie beispielsweise keinen signifikanten Fett- und Ölgehalt aufweisen, müssen sie in geeigneter Weise beseitigt werden. Diese Beseitigung ist billiger und effizienter, wenn das Volumen der Abfallstoffe vermindert v/ird und wenn der Wassergehalt der Abfalls fcoffe herabgesetzt wird und als Folge davon der Gewicatsprozentsatz der darin enthaltenen Verunreinigungen erhöht wird. Diese Verfahren können als Entwässerung der Abfallstoffe bezeichnet werden.

Es ist bekannt, daß durch bestimmte Verfahren, z.B. durch Sedimentation, Zentrifugieren, chemische Behandlung, Behandlung unter Verwendung verschiedener Filtereinrichtungen, wie Filterpressen, Vakuumfilter, Druckfilter, Sandfilter und Membranfilter, und durch verschiedene Kombinationen solcher Verfahren eine Entwässerung der Abfallstoffe bis zu einem gewissen Grade erzielt werden kann. Diese bekannten Verfahren sind Jedoch verhältnismäßig wenig effektiv und erfordern häufig viel Handarbeit und. große Kapitalinvestitionen.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Entwässern der Abfallstoffe aus Abwasserbehandlungen durch Entfernung von etwa 2/3 ihres Wassergehaltes anzugeben. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit .deren Hilfe es möglich ist, die Abfallstoffe aus der Abwasserbehandlung in eine untere Schicht aus im wesentlichen geklärtem Wasser und eine obere Schicht aus Gas, Restwaeser und einem Gehalt an konzentrierten festen oder flüssigen Verunreinigungen aufzutrennen. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, den Gehalt der Abfallstoffe aus der Abwasserbehandlung an Verunreinigungen auf etwa das 2- bis etwa das 7-fache zu erhöhen.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Entwässern %^ron Abfallstoffen aus der Abwasserbehandlung, wobei die Abfallstoffe im oberen Abschnitt eines Schachtes (Kamins) und im Kontakt mit einer Zuführung von sehr feinen Bläschen angeordnet sind, welche die festen oder flüssigen Verunreinigungen innerhalb der Abfallstoffe in eine obere Schicht aus Gas, Restwasser und · einem Gehalt an konzentrierten Verunreinigungen nach oben tragen, während das Wasser innerhalb der Abfallstoffe durch die Gasbläschen in eine untere Schicht von praktisch geklärtem Wasser nach unten verdrängt wird, wobei dann die obere Schicht aus dem oberen Abschnitt des Schachtes (Kamins) und die untere Schicht an einer Stelle unterhalb der Bläschenzufuhr aus dem Schacht (Kamin) abgezogen werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Dabei zeigen:

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Fig» Λ eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine detaillierte Ansicht eines Teils einer "bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Frontaufrißansicht der bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 und

Fig. 4- eine Seitenaufrißansicht der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen in der Weise durchgeführt, daß man die Abfallstoffe aus der Abwasserbehandlung an einer Zufuhr von winzigen Bläschen vorbeiführt, wobei die Abfallstoffe und die Bläschen innerhalb einer Säule eingeschlossen sind, um so einen Teil des Wassers zu verdrängen und dadurch den Gehalt der Abfallstoffe an festen oder flüssigen Verunreinigungen zu erhöhen. Die auf diese Weise behandelten Abfallstoffe läßt man dann innerhalb der Umgrenzung der Säule nach oben steigen, wodurch sie von dem verdrängten Wasser getrennt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung treten die Abfallstoffe in einer hauptsächlich horizontal, orientierten Eintrittszone,' die entlang der Länge der Säule und oberhalb eines ^Elektrodengitters innerhalb der Säule angeordnet ist, in die Säule ein. Die Abfallstoffe werden vorzugsweise etwas nach oben abgelenkt, wenn sie aus der horizontalen Zone in die Säule eintreten. Ein Teil der Abfallstoffe strömt über das Elektrodengitter zur Bildung eines Vorrats (einer Zufuhr) von elektrolytisch erzeugten Bläschen. Die Bläschen verdrängen dann eine beträchtliche Menge des Wassergehaltes der Abfallstoffe, wodurch eine erste Entwässerung der Abfallstoffe erzielt wird. Es wird angenommen, daß bei diesem Entwasserungsprozeß eine direkte Wechselwirkung

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zwischen den Bläschen und den festen oder flüssigen Verunreinigungen der Abfallstoffe auftritt. Die hier verwendeten Ausdrücke "feste und flüssige Verunreinigungen" und "Verunreinigungen"beziehen sich auf Feststoffe und nicht-wäßrige Flüssigkeiten, die in industriellen und kommunalen Abwässern enthalten sind.

Während dieser Wechselwirkung verbinden sich die feinsten der Bläschen mit den Abfallverunreinigungen und haften daran unter Bildung von Verbundgemischen aus Gas und Verunreinigungen Die scheinbare Dichte dieser Verbundgemische beträgt weniger als 1, so daß diese Verbundgemische innerhalb des Wassers der Abfälle aufschwimmen. Bei der weiteren Elektrolyse entstehen weitere dichte Bläschenvolumina innerhalb der Umgrenzung der Säule. Diese Bläschen verdrängen dann einen Großteil der Wasserphase um die aufschwimmenden Verbundgemische herum unter Bildung einer verhältnismäßig dicken oberen Schicht, die Verunreinigungen, Gas und Restwasser enthält. Die scheinbare Dichte dieser oberen Schicht wird noch weiter vermindert, da die aufsteigenden Gasbläschen das Volumen Wasser aus der oberen Schicht in eine untere Schicht verdrängen, bei dem es sich hauptsächlich um Wasser handelt, .. " das von den Abfällen abgetrennt oder davon freigesetzt worden ist. Mit fortschreitendem Verfahren nähert sich die scheinbare Dichte der oberen Schicht einem Wert von etwa 0,6 für das spezifische Gewicht. Die oben&chwimmende obere Schicht wird dann für die geeignete Beseitigung oder für eine weitere Verarbeitung entfernt, während die untere Schicht, die etwa 2/3 des ursprünglichen Wassergehaltes der Abfälle enthält, zu einem praktisch geklärten Abstrom fließen gelassen wird. Dieser Strom kommt vorzugsweise von unterhalb des Elektrodengitters, er kann aber auch von oberhalb des Gitters kommen. Der praktisch geklärte Abstrom strömt vorzugsweise in eine im wesentlichen horizontale Auslaßzone, die sich außerhalb der Säule befindet und mit der Länge der Säule in Verbindung steht. Danach wird der Abstrom vorzugsweise in Aufwärtsrichtung bis zu

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einer Höhe gelenkt, die etwa in der Nähe der Oberfläche der oberen Schicht liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt noch die Einführung eines Hilfselektrolyten, wie z.B. eines Salzes, in die Schäume oder Schlämme, bevor diese das Elektrodengitter passieren. Der Hilfselektrolyt steigert die elektrische Leitfähigkeit der Abfallstoffe beträchtlich, wodurch der Wirkungsgrad des Verfahrens stark erhöht wird. Der Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit erleichtert stark die Bildung von ausreichenden Mengen von winzigen Bläschen selbst bei sehr niedrigen Spannungen, z.B. bei nur 4- Volt, wodurch der Energiebedarf des Verfahrens minimal gestaltet wird. Die Stromstärke liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa I50 Ampere pro 0,093 m² (1 ft.²) Elektrodenoberflächec

Ein solcher Hilfselektrolyt kann auch dazu dienen, die Koagulation und die Ladungsneutralisation der Feststoffteilchen innerhalb der Abfallstoffe zu verbessern oder zu vervollständigen. \7enn der Hilfselektrolyt auch ein Desinfektionsmittel ist, können gleichzeitig Verunreinigungen, wie z.B. Fäkal-Colibakterien, behandelt werden. So werden beispielsweise durch Verwendung von !Natriumchlorid als Hilfselektrolyt in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn es zum Entwässern von Gerbereischäumen mit Fäkal-Colibakterien-Titern in der Größenordnung von mehreren Millionen auf 100 cnr eingesetzt wird, diese Titer praktisch auf 0 vermindert.

Wenn eine Desinfektion oder dgl. nicht erwünscht ist, kann die Verwendung eines anderen billigen Salzes als Hilfselektrolyt von Vorteil sein. Es wurde nämlich gefunden, daß durch Verwendung eines Salzes, wie Natriumsulfat, Korrosionsprobleme, die durch Hilfselektrolyten, wie z.B. Natriumchlorid, hervorgerufen werden, vermindert werden, während gleichzeitig die Effizienz der Bläschenerzeugüng erhöht wird. Eine kombinierte

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Zugabe von beispielsweise Natriumchlorid und Natriumsulfat
dient sowohl der Desinfektion als auch der Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades und dabei kann es sich um den
bevorzugten Hilfselektrolyten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf bestimmte Typen von Abfallstoffen handeln

Die Menge des Hilfselektrolyten, falls ein solcher zugesetzt wird, variiert in Abhängigkeit von der Qualität des Hilfselektrolyten und in Abhängigkeit von dem Typ der zu behandelnden Abfälle. So liegt beispielsweise, wie gefunden wurde, die
optimale Konzentration an Natriumchlorid für die Zugabe zu
bestimmten Konservenfabrik schäumen in der Größenordnung von 3000 mg Salz pro Idter Abfälle. Im allgemeinen haben sich
Konzentrationsbereiche von 1000 bis 10 000 mg Hilfselektrolyt pro Liter Abfälle als günstig erwiesen.

Es ist ferner bevorzugt, daß zusammen mit oder etwa an der
gleichen Stelle wie der Hilfselektrolyt ein Ausflockungsmittel zugegeben wird. Das Ausflockungsmittel wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens in erster Linie zu dem Zweck zugegeben, eine untere Schicht mit einer höheren Klarheit zu erhalten,und es kann gewünschtenfalls auch weggelassen
werden. Bei dem Ausflockungsmittel kann es sich um ein Polymerisat, wie z.B. ein Polyacrylamid, handeln, das in Konzentrationen innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 50 mg pro Liter Abfälle zugegeben wird, um den eventuellen Abstrom zu unterstützen, die suspendierten Feststoffe innerhalb der
unteren Schicht zu verringern. Obgleich gefunden wurde, daß
die meisten Ausflockungsmittel für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, wurde festgestellt, daß Polyelektrolyten besonders gut geeignet sind. Dazu gehören z.B. Polyacrylamide, Mischpolymerisate aus etwa 50 bis etwa
90 Gew.-% Acrylamiden oder Methacrylamid en und etwa 10 bis
etwa 50 Gew.-% Acrylsäure oder Methacrylsäure oder wasserlöslichen Salzen davon. Polymerisate dieses Typs sind an sich
bekannt und sie sind charakterisiert durch ein durchschnittliche

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Molekulargewicht von etwa 2 Millionen und ein solches, das in der Regel innerhalb des Bereiches von etwa 7 Ms etwa Millionen liegt, gemessen nach der Lichtstreumethode.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder diskontinuierlich (ansatzweise) oder kontinuierlich durchgeführt werden. Eine wirksame diskontinuierliche Entwässerung wird innerhalb von etwa 1 bis etwa 10 Stunden erzielt. Wenn das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, variiert die Entwässer-ungsströmungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Gehalt der Abfälle, die entwässert werden sollen, und der Kapazität der jeweils verwendeten Vorrichtung. Allgemein wird die Strömungsgeschwindigkeit der Schäume auf die horizontale Fläche der Entwässerungssäule abgestimmt. Die Strömungsgeschwindigkeiten können von etwa 0,76 bis etwa 7,6 1 (0,2 bis 2 gallons) Schäumen pro Minute pro 0,093 m² (1 ft.²) des horizontalen Querschnitts durch die Säule an der Stelle in der Nähe der Bläschenzufuhr variieren.

Um eine wirksame Entwässerung bei kontinuierlicher Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Strömungsgeschwindigkeiten in dieser Größenordnung zu erzielen, ist es \ves.entlich, daß ausreichende Mengen an Bläschen zugeführt werden. Gemessen durch das Volumen der Gasbläschen, die an der Zufuhr der Gasbläschen innerhalb der Säule zur Verfügung gestellt werden, können derartige geeignete Mengen innerhalb des^Bereiches von etwa 0,0057 "bis etwa 0,057 m⁵ (0,2 bis 2 ft. ^) Gasbläschen pro Stunde pro 0,093 m² (1 ft.²) des horizontalen Querschnitts durch die Säule an der Stelle der Zufuhr der Bläschen liegen· Das Volumen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,028 m⁵ (1 ft.⁵) pro Minute pro 0,093 m (1 ft.. ) Fläche. Diese Gasvolumenmessungen werden ungefähr bei Standardtemperatur und Standarddruck durchgeführt.

Gemäß einer Abänderung des vorstehend erörterten Grundverfahrens können die Abfälle vor dem Hinwegführen über das Elek-

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trodengitter erwärmt (erhitzt) werden. Dieses Erwärmen wird, wenn es durchgeführt wird, bevorzugt anstelle der bevorzugten Stufe der Einführung eines Hilfselektrolyten und/öder eines Ausflockungsmittels durchgeführt, es kann aber auch zusätzlich dazu durchgeführt werden. Obgleich das Erwärmen unmittelbar vor und nach dieser Zufuhr durchgeführt werden kann, hat das Erwärmen nach der Zufuhr den Vorteil, daß dadurch vermieden wird, daß sich' die Temperatur der Abfälle verringern kann, wenn sie mit einer nicht-erhitzten Menge der Ausgangssubstanz in Kontakt gebracht werden. Durch 'die Erwärmung wird die Temperatur der Schäume auf einen Wert zwischen etwa 38 und etwa 93°C (100 bis 200⁰F) erhöht. Rpotein enthaltende Schäume werden im allgemeinen auf mindestens etwa 57⁰C (135⁰F) erwärmt, um eine beschleunigte Koagulation derselben zu fördern.

Es wird angenommen, daß durch diese Erwärmung die Wirksamkeit der elektrolytischen Bläschenbildung insofern verbes- ■ sert (erhöht) wird, als dadurch offenbar sowohl die Oberflächenspannung erniedrigt als auch die elektrische Leitfähigkeit des Wassers innerhalb der Abfälle erhöht wird. Beide Merkmale fördern die Bildung von großen Mengen an sehr kleinen Bläschen (mit einem Durchmesser von nur 20 _%l bis 30 Mikron), die, wie gefunden wurde, sich besonders gut eignen für die Bildung der Verbundgemische und zum Verdrängen" des Wassers aus der oberen Schicht in die untere Schicht.

Ein anderes gegebenenfalls angewendetes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens führt ebenfalls zu einer Herabsetzung der Oberflächenspannung des Wassers der Abfälle. Dabei wird ein konventionelles oberflächenaktives Mittel in die Abfälle eingeführt, bevor der Wasseranteil derselben elektro· lysiert wird. Die Zugabe von sehr geringen Mengen eines oberflächenaktiven Mittels, etwa 0,01 bis etwa 0,001 Gew.-% der Schäume oder Schlämme, führt zu einer beträchtlichen

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Herabsetzung der Oberflächenspannung auf Werte in der Größen-

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Ordnung von 30 bis ^O dyn pro cm .

Es ,wurde auch festgestellt, daß durch Herabsetzung der Oberflächenspannung entweder durch Erwärmen und/oder durch Einführung eines oberflächenaktiven Mittels die vorstehend beschriebene Verdrängung des Wassers innerhalb der oberen Schicht durch die feinen Bläschen verbessert wird, wobei diese Verdrängung in Abwärtsrichtung in die untere Schicht erfolgt. Durch die verminderte Oberflächenspannung kann das Wasser schneller aus der oberen Schicht ablaufen, wodurch die Konzentrierung der Verunreinigungen innerhalb der oberen Schicht gefördert wird.

Bei der Erläuterung der Wirksamkeit (des Wirkungsgrades) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nützLich, zwischen solchen Abfällen, die Metallhydroxide enthalten, und solchen, die diese nicht enthalten, zu unterscheiden. Während der Bildung der Abfälle werden häufig Metallsalzkoagulantien, wie Eisen-(III)sulfat, verwendet, wodurch Metallhydroxide in die Abfälle eingeführt τ/erden. Diese Metallhydroxide neigen dazu, die physikalische Konsistenz in Art eines Gels aufzuweisen, was zur Bildung von Schäumen oder Schlämmen führt, die einen verhältnismäßig hohen Wassergehalt oder einen verhältnismäßig geringen Gehalt an festen oder flüssigen Verunreinigungen aufweisen, und die auch die Neigung haben, sich einer weiteren Entwässerung zu widersetzen.

Infolgedessen sind Schäume oder Schlämme, die Metallhydroxide, wie Aluminium- oder Eisen(III)hydroxid, enthalten, schwieriger zu entwässern als Abfälle, welche diese Hydroxide nicht enthalten. So können beispielsweise Abfälle ohne Metallhydroxide einen Gehalt an Verunreinigungen in der Größenordnung von 15 Gew.-% aufweisen und sie können, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bis auf einen Gehalt an Verunreinigungen von etwa 30 °/o entwässert werden. Schäume, die Metallhydroxide enthalten,

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neigen dazu, einen Gehalt an Verunreinigungen von nur etwa 4- Gew.-% zu haben. Jedoch können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch solche, sich der Entwässerung widersetzenden Schäume noch leicht entwässert werden "bis auf einen Gehalt an Verunreinigungen in der Größenordnung von 17 Gew.-%.

In seiner bevorzugten Ausführungsform wenden die Bläschen in dem erfindungsgemäßeη Verfahren aus der Wasserphase der Abfälle elektrolytisch erzeugt, während diese über eine Vielzahl von Elektroden hinweggeführt werden, wobei diese jeweils alternierend als Anoden und die übrigen alternierenden Elektroden als Kathoden dienen. Nach mehrstündigem Betrieb beginnen sich verschiedene Ionen und andere Verunreinigungen auf den Elektroden anzureichern, insbesondere auf denjenigen, die als Kathoden dienen. Dementsprechend wird in der Segel dafür gesorgt, daß periodisch eine Umkehr der Polarität der Elektroden durchgeführt wird, um eine übermäßige Anreicherung von Verunreinigungen auf den Elektroden zu verhindern. Die Polaritätsumkehr (Umpolung) sollte nicht weniger als einmal pro Woche und nicht mehr als einmal pro Betriebsstunde durchgeführt werden. Die Polarität sollte vorzugsweise etwa alle 10 bis 14 Betriebsstunden umgekehrt werden.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Gasbläschen brauchen nicht elektrolytisch erzeugt zu werden, sondern können auch auf andere Weise zugeführt werden, beispielsweise durch Scherungswasser (shearing water) oder durch Auflösen von Bläschen innerhalb des Wassers, vorausgesetzt, daß dadurch ein ausreichendes Volumen an Gasbläschen, wie oben erläutert, d.h.von etwa 0,0057 bis etwa 0,057 m³ (0,2 bis 2 ft. ) Gasbläschen pro Stunde pro 0,093 m² (1 ft.²) des horizontalen Säulenquerschnittes,zugeführt werden kann!

Die in der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen perspektivisch dargestellte erfindungsroemäße Vorrichtung besteht aus einem Tank (Behälter), der durch die Bezugsziffer 11 gekennzeichnet

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ist. Ein vertikal orientierter Teiler 12 trennt den oberen Abschnitt des Tanks 11 in einen Einlaßtrichter 15 und einen Schacht (Kamin) 14. Eine Abstrom-Auslaßeinrichtung 15 ist in der Nähe des Bodens des Schachtes 14 angeordnet. Eine Bläschen zuführungseinrichtung 16 ist in Richtung auf den unteren Abschnitt des Schachtes 14, vorzugsweise jedoch oberhalb der Auslaßeinrichtung 1^angeordnet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Bläschenzuführungsein₌ richtung 16 um ein Elektrodengitter, das eine Vielzahl von Elektroden 17 aufweist, die in der Fig. 2 am deutlichsten zu erkennen sind. Obgleich die Elektroden 17 innerhalb des Elektrodengitters im Hinblick auf ihre Anzahl, ihre Form, ihre Größe, ihre Abstände und der sie aufbauenden Materialien variieren können, beziehen sich die nachfolgenden beispielhaften Ausführungen nur auf eine akzeptable praktische Ausführungsform der Erfindung. Ein spezielles Elektroäengitter kann etwa 1^0 Elektroden mit einem kreisförmigen Querschnitt, hergestellt aus platiniertem Titan, mit einem Durchmesser von 1,90 cm (3/4 inch) enthalten. Die Elektroden sind parallel zueinander in etwa der gleichen horizontalen Ebene angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Oberflächen der benachbarten Elektroden etwa 0,952 cm (3/8 inch) beträgt. Es können auch andere Elektrodenmaterialien verwendet werden, wie z.B. solche aus platiniertem ITiob. Elektroden aus Perrosiliciumlegierungen, wie z.B. Duriron, sind ebenfalls geeignet und besonders haltbar.

Jede übernächste (alternierende) Elektrode 17 steht in elektrischem Eontakt mit einem der beiden Schienenstäbe 21, 22, wobei der. eine Schienenstab 21 mit einer Anschlußklemme einer Gleichstrom-Energiequelle in Kontakt ist, während der andere Schienenstab 22 mit der anderen Anschlußklemme dieser Energiequelle in Kontakt steht. Dementsprechend dienen die alternierenden (übernächsten) Elektroden als Anode bzw. Kathode,

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wobei die nebeneinander angeordneten Elektroden durch eine Isoliereinrichtung 23 an den Anschlußenden jeder Elektrode elektrisch gegeneinander isoliert sind, um so einen Kurzschluß dazwischen zu verhindern.

In der bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung Öffnet sich ein Injektor 31 in den Tank 11. Wie am besten aus der Fig. zu ersehen ist, kann es sich bei dem Injektor" 31 um eine langgestreckte Leitung handeln, die sich über die Länge des Tanks 11 hinweg erstreckt und eine Vielzahl von Öffnungen entlang ihrer Länge aufweist, um so eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung der eingespritzen Substanzen über die Länge des Tanks 11 zu erzielen. Diese eingespritzen »Substanzen können beispielsweise den Hilfselektrolyten, das Ausflockungsmittel oder das oberflächenaktive Mittel, wie vorstehend erläutert, enthalten bzw. umfassen.

Auch ist eine verhältnismäßig große Spüleinrichtung 33 vorgesehen, um die Entfernung von verhältnismäßig großen und dichten Verunreinigungen und die allgemeine Reinigung des Tanks 11 zu erleichtern. Die Spüleinrichtung 33 ist vorzugsweise dem Boden des Schachtes (Kamins) 14- am nächsten angeordnet .

Aus der Fig. 4 ist zu ersehen, daß der unterste Abschnitt des Schachtes 14- vorzugsweise ein verjüngtes Ende 34 hat, welches dazu dient, die großen Verunreinigungen innerhalb der Abfälle in Sichtung auf die Spüleinrichtung 33 zu lenken und auch die Chance zu vermindern, daß die großen Verunreinigungen in die Auslaßeinrichtung I5 gelangen, die sich außerhalb des Schachtes befindet und entlang der Länge desselben damit in Verbindung steht. Die Auslaßeinrichtung 15 besteht vorzugsweise aus einer umschlossenen, verhältnismäßig flachen und im allgemeinen in horizontaler Eichtung langgestreckten Kammer 41, die sich in eine im allgemeinen vertikal orientierte Auslaßleitung 42 öffnet.

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Der Einlaßtrichter 13 öffnet sich in den Schacht 14-, Bei der bevorzugten Konstruktion beschränkt ein Leitblech 4-3 diese öffnung, so daß den aus dem Trichter 13 in den Schacht einfließenden Fluids sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Richtungskomponente verliehen wird. Das Leitblech 4-3 ist vorzugsweise nach oben geneigt und im wesentlichen entlang der Länge des Tanks 11 an der Befestigungslinie des Bodens des Einlaßtrichters 13 an dem Tank 14- angeordnet, wobei die Befestigungslinie unterhalb des Teilers 12 liegt. Ein gegebenenfalls vorhandenes Strukturmerkmal ist die Anordnung der Heizeinrichtung 44- innerhalb des Tanks 11, vorzugsweise innerhalb des Einlaß tr ic ht er s 13, so daß die Abfälle erwärmt (erhitzt) werden können, bevor sie mit den aus der Zuführungseinrichtung 16 aufsteigenden Gasbläschen in Kontakt kommen.

Die Heizeinrichtung 44· kann Jede beliebige Form haben, die geeignet ist, die Temperatur der Abfälle auf einen TCert sv/ischen etwa 38 und etv;a 93°C (100 bis 200⁰E¹) zu erhöhen, wie z.B. die Form eines Wasserdampfrohres oder einer V/iderstandsheizeinrichtung. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Abfälle vor der Einführung in den Trichter 13 mittels einer "Vorwärme inr ic ht ung (nicht dargestellt) er?/ärmt werden.

Bei einer bevorzugten Betriebsart dieser Vorrichtung lagern sich die Abfälle aus der Abwasserbehandlung innerhalb des Trichters 13 für die Beschickung unterEinwirkung der Schwerkraft in dem Schacht 14 ab, wobei diese Abfälle durch das Leitblech. 4-3 etwas in Aufwärtsrichtung gelenkt werden. Wie weiter oben erläutert, zersetzen die Elektroden 17 auf elektrolytischem Wege einen Teil des Wassers der Abfälle unter Bildung von Gasbläschen, die Teile der Abfälle flotieren (zum Aufschwimmen bringen) und dadurch einen Teil des Restwassers innerhalb dieser flotierten Abfälle verdrängen. Dieses Verfahren kann durch Zugabe eines oder mehrerer Hilfselektro-

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lyten, Ausflockungsmittel und/oder oberflächenaktiver Mittel durch den Injektor 31 unterstützt werden. Die flotierten Verunreinigungen steigen in dem Schacht 14 nach oben, wobei während dieser Zeit ein weiterer Teil des Bestwassers durch die aufsteigenden Gasbläschen in Abwärtsrichtung verdrängt wird. Die flotierten, entwässerten Abfälle bilden die obere Schicht, die aus dem oberen Abschnitt des Schachtes 14 entwede manuell oder unter Verwendung einer Absofeöpfeinrichtung oder einer ähnlichen mechanischen Einrichtung (nicht dargestellt) entfernt wird. Das nach unten verdrängte Wasser, das etwa 2/3 des ursprünglichen Wassergehaltes der Abfälle umfaßt, verläßt den Schacht 14, indem es durch die Kammer 41 und die Auslaßleitung 42 strömt. Die Leitung 42 hat vorzugsweise eine Höhe, die etwa der Höhe des oberen Abschnittes des Schachts 14 entspricht, so daß die verdrängte untere Schicht (oder der im wesentlichen geklärte Ab^trom) mit einer verhältnismäßig gleichmäßigen Geschwindigkeit hindurch s tr ("men, um dadurch die Chance zu vermindern, daß durch die Bewegung der unteren Schicht durch die Blasenzuführungseinrichtung 16 signifikante Mengen der oberen Schicht mitgerissen werden. Der allgemeine Aufbau der Kammer 41 verbessert ebenfalls dieses Merkmal der Vorrichtung.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen an Hand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, ohne jedoch.darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Konservenfabrikschäume, .die unter Verwendung von 250 ppm Eisen(III)sulfat in dem Abwasser elektroflotiert worden sind, hatten einen Gehalt an Verunreinigungen von etwa 4,5 Gew.-%. 1893 1 (500 gallons) dieser Schäume wurden in einen 0,60 m (2 feet) breiten, 1,50 m (5 feet) langen und 2,10 m (7 feet) hohen Behälter für eine 2-stündige diskontinuierliche Behandlung eingeführt. Es wurde ein Polyacrylamid zugesetzt

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und eine bestimmte Menge an elektrolytisch erzeugten Gasbläschen wurde durch ein Gitter eingeführt, das 50 unlösliche Elektroden mit einer Stromtransportkapazität von 800 Ampere enthielt. Der Gehalt der oberen Schicht an Verunreinigungen betrug, wie gefunden wurde, 19)5 Gew.-%. Der Abstrom dieses Beispiels enthielt die folgenden Verunreinigungen: 1200 ppm COD, 250 ppm suspendierte Feststoffe und 80 ppm Fette, Öle und Schmierstoffe.<Diese Werte stellen einen Durchschnittswert vieler zusammengesetzter Abstromproben dar. Es wurde auch festgestellt, daß dann, wenn das Polyacrylamid weggelassen wurde, der Abstrom etwa die 4-fache Menge der oben angegebenen Verunreinigungen enthielt.

Beispiel 2

Elektroflotierte Konservenfarbrikschäume, die unter Verwendung eines Koagulans aus 250 ppm Eisen(III)sulfat hergestellt worden waren und einen Gehalt an Verunreinigungen von etwa bis etwa 6 Gew.-% hatten, wurden durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung geführt, in der ein Strom von JOO Ampere erzeugt wurde. Das Verfahren wurde etwa 2 Stunden lang mit einer 1514 (400 gallons)-Charge durchgeführt. Es wurde ein- anionisches Polyacrylamid-Polymerisatausflockungsmittel in Mengen von 20 mg pro Liter Schaum zugegeben. Der Gehalt des Abstroins an Verunreinigungen betrug, wie gefunden wurde, 19,5

Beispiel 3

Schäume, die den in Beispiel 2 behandelten ähnelten, wurden kontinuierlich mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 1 (8 gallons) pro Minute durch eine an dem Elektrodengitter 500 Ampere erzeugende Vorrichtung behandelt, wobei 20 mg eines anionischen Polyacrylamid-Polymerisatausflockungsmittels pro Liter Schaum zugegeben wurden. Der Gehalt des Abstroms oder der entwässerten Schäume an Verunreinigungen wurde analysiert und er betrug 15,5 Gew.-%.

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Beispiel 4

Elektroflotierte Gerbereiabwasserschäume, die mit 50 ppm Eisen(IIl)sulfat hergestellt worden waren und 4 bis 5 Gew.-9» Verunreinigungen enthielten, wurden in einer 1514 1 (400 gallons)«Charge in einer Vorrichtung mit einem 600 Ampere erzeugenden Elektrodengitter behandelt. Wiederum wurden 20 mg Polymerisatausflockungsmittel pro Li$er zugegeben und der Abstrom wurde analysiert, wobei gefunden wurde, daß er 14,2 Gew.-% Verunreinigungen enthielt.

Beispiel 5

Schäume aus der Abwasserbehandlung einer Eonservenfabrik, die durch Luftflotation hergestellt worden waren und denen kein Koagulationsmittel zugesetzt worden war, wurden in einem Chargencyclus einer Länge von 2 Stunden behandelt. Diese Schaum enthielten anfänglich 15»5 Gew.-% Verunreinigungen. Bei der verwendeten Vorrichtung handelte es sich um eine solche im Labornaßstab, wobei das Elektrodengitter 6 Ampere erzeugte. Es wurde kein Ausflockungsmittel zugegeben. Der Gehalt der entwässerten Schäume an Verunreinigungen betrug, wie gefunden wurde, 29 Gew.-%.

Beispiel 6

Ein aktivierter Schlamm aus einer kommunalen Kläranlage wurde wie in Beispiel 5 behandelt. Der Schlamm hatte einen Anfangsgehalt an Verunreinigungen von 0,5 Gew.-%. Hach der erfindungsgemäßen Behandlung hatte der Schlamm einen Gehalt an entwässerten Verunreinigungen von 3,5 Gew.-%.

Beispiel 7

Schäume aus dem Abwasser eines Schlachthofes, die 10 Gew.-% Verunreinigungen enthielten, wurden in einen graduierten

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Zylinder bis zu der 100 ccm-Marke eingegossen. Da diese Schäume, wie festgestellt wurde, eine schlechte elektrische Leitfähigkeit hatten, wurden 0,1 Gew.-% Natriumsulfat zugegeben. In den Zylinder wurden eine Anode und eine Kathode

ρ ρ

mit jeweils einer Oberfläche von 4-, 52 cm (0,7 inch") aus platiniertem Titan eingesetzt und es wurden eine Spannung von 12 Volt und ein Strom von 4-00 Milliampere angelegt. Dieser Vorgang wurde etv/a 4- Stunden lang fortgesetzt, wobei eine obere Schicht mit einem erkennbaren Gehalt an Verunreinigungen und eine untere Schicht, die offensichtlich aus klarem Wasser bestand, gebildet wurden. Das klare Wasser hatte ein Volumen von etwa 70 ecm, während die obere Schicht ebenfalls ein Volumen von etv/a 70 ecm hatte. Die obere Schicht enthielt, wie gefunden wurde, etv/a 4-5 Gew.-% Verunreinigungen.

Beispiel 8

Das Abwasser aus einer Gerberei (Lederfabrik) das mit Eisen-(III)sulfat, Kalk und einem PolyelektroIyten behandelt v/orden war, ergab Abwasserschäume mit einem Gehalt an Verunreinigungen von-4,5 Gew.-%. Diese Schäume wurden auf 71⁰C (160°F) erhitzt und in einen graduierten Zylinder bis zu der 100 ccm-Marke gefüllt. In den Zylinder wurden eine Anode und eine Kathode aus platiniertem iitan, die jeweils eine Oberflachen-

2 2
größe von etwa 3,23 cm (0,5 inch ) hatten, eingesetzt und mittels einer Gleichstromquelle von 10 Volt wurde ein Strom von 0,7 Ampere erzeugt. Nach 1 Stunde und 10 Minuten waren zwei Schichten klar erkennbar. Die obere Schicht enthielt feste oder flüssige Verunreinigungen, während die untere Schicht praktisch reines Wasser enthielt. Jede Schicht hatte ein Volumen von etwa 60 ecm. Die obere Schicht wurde analysiert und sie enthielt 12,5 Gew.-% Verunreinigungen.

Beis-piel 9

Schäume aus dem Abwasser eines Schlachthofes, die etwa 10

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Gew.-% Verunreinigungen enthielten und einen Colibakterien-Titer in dem Bereich von 1800 aufwiesen, wurden mit etwa 0,2 Gew.-% Natriumchlorid vereinigt und auf etwa 66⁰C (150⁰F) erhitzt, danach wurden sie in einen graduierten Zylinder bis zu der 100 ccm-Marke gegossen. Es wurdeiKathoden und Anoden aus platiniertem iitan in einem Abstand von 0,381 cm (0,15 inches) voneinander, die jeweils eine Oberflächengröße von 4,84· cm (0,75 inch ) hatten, in den Zylinder eingeführt, danach wurde mittels einer Spannungsquelle von 10,5 Volt ein Strom von 0,6 Ampere erzeugt. Die Behandlung wurde 1 , Stunde und 30 Minuten lang fortgesetzt, wobei sich eine im wesentlichen klare untere Schicht aus Wasser mit einem Volumen von etwa 50 ecm und eine obere Schicht aus entwässerten Schäumen mit einem Volumen von etwa 60 ecm bildeten. Die obere Schicht enthielt, wie gefunden wurde, etwa 30 Gew.-% Verunreinigungen, während ihr Gehalt an Colibakterien, wie analytisc festgestellt wurde, 0 betrug«

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

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: Swift & Company ^o ' ^{D z 1}^

Patentansprüche

, 1»y Yerfahren zum Entwässern von Abfällen, wie Schäumen "öder Schlämmen, aus der Abwasserbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfälle aus der Abwasserbehandlung in eine Säule einführt, sie an einer dichten Einführung von kleinen Gasbläschen vorbeiführt, die Gasbläschen damit in Kontakt kommen läßt, wobei sich nach oben schwimmende Verbundgemische mit den Verunreinigungen innerhalb der Abfälle bilden, daß man die Verbundgemische innerhalb der Säule einschließt, die nach oben schwimmenden Verbundgemische entwässert, indem man sie mit einer dichten Zufuhr von kleinen Gasbläschen in Kontakt kommen läßt, die innerhalb der Säule nach oben steigen und dadurch das gesamte Wasser bis auf eine Restmenge aus den nach oben schwimmenden Verbundgemischen nach unten verdrängen unter Bildung einer oberen Schicht aus den Verbundgemischen mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt an Verunreinigungen und einer unteren Schicht aus praktisch geklärtem Wasser,und daß man die obere Schicht von der unteren Schicht trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht einen Gehalt an Verunreinigungen aufweist, der etwa 2-bis etwa 7-mal größer ist als derjenige der Abfälle aus der Abwasserbehandlung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfälle vor dem Überleiten über die Bläschen auf etwa 38 bis etwa 93°C (100 bis 200⁰P) erwärmt.
4-, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß man vor dem überleiten der Abfälle über die Bläschen ein Polymerisatausflockungsmittel einführt, das in Mengen innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 30 mg pro Liter Abfälle zugegeben wird.

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5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Überleiten über die Gasbläschen in die Abfälle ein oberflächenaktives Mittel einführt, das in einer Konzentration von etwa 0,01 bis etwa 0,001 Gew.-%, bezogen auf die Abfälle, zugegeben wird, um dadurch die Dichte der Gasbläschenzufuhr und den Wirkungsgrad der Verdrängung des Wassers aus der oberen Schicht nach unten zu erhöhen.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfälle bei der Einführung durch eine hauptsächlich horizontal orientierte Eintrittszone leitet, die entlang der Länge der Säule angeordnet ist,
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfälle bei der Durchleitung durch die Eintrittszone etwas nach oben ablenkt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Trennung der oberen und der unteren Schicht voneinander die untere Schicht an einer Stelle, die ursprünglich unterhalb der dichten Bläschenzufuhr liegt, unter Bildung eines Abstromes abfließen läßt, und daß man die obere Schicht an dem oberen Ende abzieht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die untere Schicht entlang praktisch der gesamten Länge der Säule in einer im wesentlichen horizontalen Austrittszone außerhalb der Säule abfließen läßt und den Abstrom in Aufwärt srichtung von der Austrittszone lenkt, bis der Abstrom eine Höhe erreicht, die etwa der Höhe des oberen Endes der oberen Schicht entspricht.
10. Verfahren.nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeicl net, daß man die Gasbläschen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,0057 bis etwa 0,057 m³ (0,2 bis 2 ft.³) Gasbläschen

pro Stunde pro 0,093 m² (ft.²) eines horizontalen Querschnit-

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tes durch den Schacht an einer Stelle, die etwa in der Nähe der Bläschenzufuhr liegt, zuführt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die dichte Zufuhr der kleinen Gasbläschen aus dein Wassergehalt der Abfälle erzeugt, wobei die Bläschen durch Elektrolyse erzeugt werden, bei der ein Gleichstrom an eine Vielzahl von alternierenden Elektroden angelegt wird, die als Kathoden dienen, während die übrigen alternierenden Elektroden als Anoden dienen, wobei man die Polarität der Elektroden periodisch umkehrt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Überleiten der Abfälle über die Gasbläschen einen HiIfselektrolyten einführt.
13. Vorrichtung zum Entwässern der Abfälle, wie Schäumen oder Schlämmen, aus einer Abwasserbehandlung, gekennzeichnet durch einen Einlaßtrichter (13), einen Schacht (14), eine Bläscheneinführungseinrichtung (16) innerhalb des Schachtes (14), wobei der untere Abschnitt des Trichters (13) praktisch in horizontaler Verbindung mit einer vertikalen Seite des Schachtes (14) an einer Stelle oberhalb der Bläschenzuführungseinrichtung (16) steht5 und eine Abflußeinrichtung (15), die mit einer vertikalen Seite gegenüber einer Seite des Schachtes (14) an einer Stelle unterhalb der Bläscheneinführungseinrichtung (16) in Verbindung steht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußeinrichtung (15) sich außerhalb des Schachtes (14) befindet und besteht aus einer sich horizontal erstreckenden länglichen Kammer (41) in der Verbindung mit dem Schacht (14) entlang praktisch der Länge desselben, und einer vertikalen Abflußleitung (42), die mit der Kammer (41) in Verbindung steht und in einer Höhe endet, die etwa der Höhe des Schachtes (14) entspricht.

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15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Injektor (31) aufweist, der etwa in der Hähe der Verbindung zwischen dem Trichter (13) und dem Schacht (14) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 "bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein nach oben geneigtes Leitblech (43) aufweist, das an der Verbindung zwischen dem Trichter (13) und dem Schacht (14) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Heizeinrichtung (44) aufweist, die stromabwärts der Blaschenzuführungseinrichtung (16) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17, dad'rrch gekennzeichnet, daß es sich bei der Bläschenzuführungseinrichtung (16) um ein- Elektrodengitter handelt, wobei die alternierenden Elektroden (17) als Kathoden und die anderen alternierenden Elektroden (17) als Anoden dienen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17) aus einer !Ferrosiliciumlegierung bestehen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17) aus platiniertem Titan oder platiniertem Mob bestehen.

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