DE2658048A1

DE2658048A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schlammhaltigem wasser

Info

Publication number: DE2658048A1
Application number: DE19762658048
Authority: DE
Inventors: Johannes Gerardus Romijn
Original assignee: Grassos Koniklijke Machinefabrieken NV
Current assignee: Grassos Koniklijke Machinefabrieken NV
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-07-14
Also published as: NL165064B; FR2337104A1; NL165064C; NL7515206A; GB1561449A; SE7614671L; FR2337104B1

Description

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Frarskanfoi^ r ö; "-. n₇ ²¹ · Dezember 1976

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GRASSO¹S KONINKLIJKE MACHINEFABRIEKEN N.V. 's-HERTOGENBOSCH / Niederlande

¹¹ Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von schlammhaltigem Wasser "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von schlammhaltigem oder in anderer Weise verunreinigtem Wasser, insbesondere zum technisch und wirtschaftlich günstigen Trennen von feinverteilten Beimengungen aus dem Wasser

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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens sowie !'eilen davon.

Zum Trennen von sich nicht absetzendem oder nicht filterbarem gallertartigen Schlamm von .■ asser muß ein Kniff angewandt werden.

Dieser Kniff wird als "Behandlung" von Schlamm bezeichnet.

be Das Ergebnis einer guten .Behandlung steht darin, daß das mit der Trockensubstanz gebonderte >'/asser abgeschieden wird und dann durch Filtrieren oder Absenken durch Schwerkraft vom Schlamm getrennt v/erden kann.

Das Trennen von Schlamm und Wasser ist aus folgenden Gründen erwünscht:

- dem ,vert des .»'assers;

- der Verarbeitbarkeit oder der Y/iederbenutzung von der Trockensubstanz des Schlammes;

- den Kosten für Transport und Lagerung des Schlammes.

Die zur Behandlung und Entwässerung qualifizierten Schlammsorten sind die folgenden:

1. Eisen (III) Hydroxid und Alurninium-Hydroxidschlamm aus der Ausfällstufe bei der Trinkwasseraufbereitung.

2. Oxidation und Gärungsschlamm aus der biologischen Abwasserreinigung.

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3« Andere üchlammarteri aus der Kahrungsmittelbehandlungsindustrie, unter denen hochstärkehaltiges ^T.vasser bei der Zucker aus Zuckerrüben gewinnenden Industrie hervorzuheben ist.

Es ist auffallend, daß die Behandlung von Abwasserschlamm eine ansteigende Anzahl von Problemen nicht nur in den wiederlanden sondern auch in anderen Ländern aufwirft.

Der gegorene schlamm ist saisonbedingt ein humusreiches wertvolles Düngemittel.

Die Transportkosten für Schlammwasser das nur 4 bis 5% Trockensubstanz enthält, betragen in den Niederlanden pro Kubikmeter 5 bis 10 Gulden.

Durch die Entwässerimg bis zu 20 bis 50/u der Trockensubstanz ist das zu transportierende und zu lagernde Volumen von 20 bis 8% des Ausgangsvolumens reduziert. Durch diese Tatsache können in den Niederlanden 5 bis 9 Gulden pro Kubikmeter des Ausgangsvolumens bei gleichen Transportkosten pro Kubikmeter eingespart werden.

Die Abv/asser reinigenden Anlagen in den Niederlanden zählen jetzt 530 und zu diesen werden 80 große Anlagen noch hinzugefügt .

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In jeder dieser Anlagen werden etwa Ί bis 20 Kubikmeter Schlamm-Wasser pro Stunde behandelt.

Es sind bereits Verfahren.und Vorrichtungen zum Trennen von schlammhaltigem Vasser in konzentrierten Schlamm einerseits und in gereinigtes !fesser andererseits bekannt, bei denen der Prozeß der Anregung der Schlammkomponenten-Klärung durch Gefrieren verwendet wird.

So ist beispielsweise ein Verfahren unter Anwendung des Gefrierens zum Entwässern von Schlamm in "Journ. Instit. Sewage Purific", 4 (1950), Seiten 318-337 beschrieben. Der Schlamm wurde langsam geforeren, für eine gewisse Zeit auf einer Gefriertemperatur gehalten und dann aufgetaut. Zum Verbessern der Filttierbarkeit wurden Chemikalien hinzugefügt. Um jedoch

Ge ein brauchbares Ergebnis zu erreichen, muß das frieren sehr langsam erfolgen. Bei großen Mengen, wie sie in der Praxis anfallen, stellt dies einen großen Nachteil dar, da der Vor-, gang zuviel Raum und Zeit in Anspruch nimmt, um wirtschaftlich zu sein. Darüber hinaus scheint es, daß vollständiges frieren wichtig ist und daß bereits kleine Mengen von nichgefrorenen Anteilen die Piltrierbarkeit des Materials sehr nachteilig beeinflussen. Darüber hinaus ist der Zusatz von chemischen Ausfällstoffen bei zahlreichen Anwendungsgebieten, wie der Landwirtschaft und der Nahrungsmittelindustrie unerwünscht.

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Häufig müssen diese wieder entfernt /v/erden, was Laborbehandlungen und kostspielige Ausrüstungen erforderlich macht.

Es wurde festgestellt, daß bei einem Schnellgefrierverfahren der Schlamm seine kolloidalen Eigenschaften wieder bekommt. Dieses Phänomen konnte -zu einem-Teil durch längeres Stehen eingedämmt v/erden, wodurch der Ausstoß nachteilig beeinflußt wurde.

In der GB-PS 1 012 693 ist ein'Kessel beschrieben, in dem eine Anzahl von vertikalen Rohren angeordnet sind, durch :die ein
Kühlmittel fließt. Jedes Rohr erstreckt sich von der Oberseite zum Boden des Kessels derart, daß zwischen den Rohren sich

sind

vergrößernde Zwischenräume ausgebildet^ die nach oben weiterwerden, so daß nichtgefrorener Schlamm aufwärts gezwungen wird und an der Oberseite auftaucht mit dem Ergebnis, daß die sowohl auf die Rohre als auch auf den Kessel einwirkende Expansionskraft begrenzt wird.

Von oben aus gesehen, sind die Rohre in Form von gleichseitigen Dreiecken angeordnet und die (freilich große) Entfernung ist
in jeder Richtung praktisch gleich. Die Rohre dürfen im Kessel nicht miteinander verbunden sein, hauptsächlich weil jede Verbindung oder jeder Vorsprung die Expansion behindern würde, so daß Brüche auftreten könnten.' '""'' ■·--■-■ -■■-.■■

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Das Verfahren ist in der Zeitschrift Journ. Instit. Water Enging.", 19 (1965), No. 4, Seiten 251-275 beschrieben. Nach faßt vollständigem Gefrieren wird ein wärmeres Kühlmittel durch die ^ohre gefördert. Dieses Kühlmittel wird dann kondensieren und in den Rohren abwärts fließen, so daß der gefrorene Schlamm wieder auftauen wird. Das Gefrieren ist durch ein Kompressor-Kühlgerät bewirkt. Der Verbrauch an Energie ist hoch und die Tatsache, daß viel Schlamm von Eis umgeben ist und die Gefahr von Brüchen als Ergebnis des Gefrierens auftreten können, sind große Machteile. Mit dieser Vorrichtung ist es nicht möglich, kontinuierlich zu arbeiten, da stärkeres Gefrieren, wie bereits beschrieben, Nachteile erbringt. Aus diesem Grunde kann mit dieser Vorrichtung keine größere Geschwindigkeit erreicht werden.

In der Zeitschrift "Filtration und Separation" 1969, Seiten 383-389 ist ein ähnliches Gefrier- und Tauverfahren für die Trennung von Schlamm beschrieben. Jedoch auch dort muß das Gefrieren langsam bewirkt werden, da sich sonst kein filterbares oder absenkbares Präzipitat entwickelt. Auch bei diesem Verfahren werden vertikale nicht untereinander verbundene Röhren benutzt. Die Konstruktion soll sehr schwer ausgeführt sein, um den Drücken wi-derstehen zu können, die durch wiederholtes Gefrieren und Tauen auftreten. Die Investitionen sind hoch.

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Die Temperaturunterschiede die angewandt werden, sind beträchtlich. Aus diesem Grunde wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem es möglich sein sollte, kontinuierlich und wirksam mit großen Volumen und mit einer großen Geschwindigkeit zu arbeiten, wobei die Kosten für Investitionen so niedrig wie möglich gehalten werden.

Es wurde versucht, dies mittels Pilmgefrierung zu erreichen. Ein ähnliches Verfahren ist in "Environm. Sc. und Techn.", 4 (1979), Nr. 12, Seiten 1145 - 1147 beschrieben. Mit diesem Verfahren wird es möglich sein, schneller zu arbeiten und mit geringeren Temperaturunterschieden. Es wird jedoch unumgänglich erforderlich sein, Aluminiumsulfat hinzuzufügen und die Gesamtkapazität wird wegen der Notwendigkeit in dünnen Schichten zu arbeiten, klein sein.

Es konnte ein besserer Ausstoß erreicht werden durch wiederholtes, teilweises Gefrieren und Tauen, das höher war als das, das durch einen einzelnen vollständigen Gefrierzyk^s erreicht wurde, wie aus einer Veröffentlichung in "Journ. A.W.W.A.", 1971, Seiten 787 - 791 hervorgeht. Es ist dort auch angegeben, daß das Aluminiumhydroxid-Gel, das sich als Ergebnis des Hinzufügens von Aluminiumsulfid entwickelt, das Fließen der Flüssigkeit stark behindert, so daß ein wirksamer Vorgang unmöglich ist,

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In " Enivironm. Sc, und Technol.",6 (1972 ), Nr. 3_f Seiten 739 - 743 ist eine Gefriertechnik beschrieben, die mit Plattenkühlvorrichtungen und mit einem Stahlstreifen wirkt, der durch kalte Lauge gekühlt wird. Es scheint, daß extrem große Oberflächen für diesen Zweck erforderlich sind. Kontinuierliches Gefrieren auf einem Förderband ist zu kostspielig. Wie sich aus den Veröffentlichungen ergibt, ist das Behandeln durch Gefrieren und Tauen ein Verfahren, das wegen der Notwendigkeit des langsamen Einfrierens, nur begrenzte Möglichkeiten bietet.

Es ist festgestellt worden, daß eine beträchtliche Einsparung von Energie erreicht werden kann und daß die mechanischen Probleme überwunden werden, während es möglich ist, kontinuierlich zu arbeiten bei ausreichender Kapazität, wenn schlammhaltiges Wasser durch Gefrieren und Tauen in zwei Wärmeaustauschern behandelt wird, die in abwechselnden Zyklen wirken und ein horizontal verlaufendes Bündel von parallelen Rohren umfassen, wobei das Bündel mit vertikal gerichteten, in Abständen voneinander liegenden, ununterbrochenen parallelen Rippen versehen ist.

Es wurde festgestellt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Gefrierphase die Menge an umgebendem nicht gefrorenen Wasser sehr klein ist. Durch die Anordnung der Rippen in geringem Abstand voneinander wird die Wärme wirksam in eine Richtung rechtwinklig zum Rohr abgeführt.

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Als Kühlmittel kann Ammoniak oder fluorisierte (Halogen-) Kohl en-Wasser stoffe verwendet werden. NH-, sollte so ölfrei wie möglich sein, um die Erhaltung einer guten Wärmeübertragung im Inneren des Rohres sicherzustellen.

Darüber hinaus umfaßt die Vorrichtung einen dritten Kessel, der als Trennkessel dient und erforderlichenfalls mit einem Filter versehen sein kann, wobei in diesem Kessel die Trennung von Wasser und dem Sediment erfolgt.

Die Länge des Rohres kann in einem rechteckigen Muster oder versetzt angeordnet sein. Im Falle eines rechteckigen Musters kann der Abstand zwischen den Reihen gleich oder unterschiedlich dem bzw. zu dem Rohrabstand der Rohre in einer Reihe sein. Vorzugsweise kann der Rohrabstand zwischen zwei Rohren in einer Reihe 50 mm oder geringer sein.

In einer Entfernung von der Länge des Rohres können die Rippen mit einer Öffnung versehen sein, so daß die dazwischen liegende Masse sich frei ausdehnen kann. Die Rippen sind eng zusammen angeordnet, so daß eine große Festigkeit garantiert ist.

Das Gehäuse des Kessels ist an einer Seite oder an mehreren Seiten elastisch, wodurch die Wand im Falle der Ausdehnung nachgeben wird. Es ist in Verbindung mit der Ausdehnung des Eises

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als sehr vorteilhaft erkannt worden, etwa 10#> der Flüssigkeit zum Ende der Gefrierphase abzuziehen. Darüber hinaus wird damit Energie gespart.

Die Rippen sind aus Stahlblech oder erforderlichenfalls aus einem anderen Metall, wie Aluminium gefertigt und haben eine Stärke von 0.4 bis 0.7 mm.

In der Zeichnung sind Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers dargestellt. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Y/ärmeaustauscher, der zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist;

Fig. 2 einen Teil des Wärmeaustauschelementes eines Wärmeaustauschers, aus der die Gestalt des Rohres und die Anordnung der Rippen ersichtlich ist und

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie III-III, aus dem die gegenseitige Anordnung der Längen der Rohre ersichtlich ist .

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Wärmeaustauscher 1 dargestellt, der ein horizontal angeordnetes Bündel 2 von parallelen Rohren

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5 umfaßt. Dieses Bündel 2 ist mit vertikal gerichteten, ununterbrochenen parallelen Rippen 4 (Fig» 2) versehen, die dicht nebeneinander angeordnet sind.

In Fig. 3 ist dargestellt, röie die Rohre 3 in einem rechteckigen Muster angeordnet sind. In diesem Falle kann der Abstand zwischen den Reihen der Längen der Rohre 3 gleich oder unterschiedlich bezüglich des Rohrabstandes der Γ:öhre in einer Reihe sein. ■ .

.Anstelle von zwei v/ärmeaustauschkesselri, f>lo wechselweise kühlen und heizen, kann ein Doppelkessel verwendet werden, der aus zwei getrennten vmrmeisolierten Abteilun^n hergestellt ist.

Beispiel ;

ßin System von einer halb.tecbu lsehen ütui'o mit einer Kapazität von !00/200 Kg/Hr wird mit üiaer:: kleinen Irutustriekompressor und nit" einem Kühlmittel betrieben, daa far diese Anordnung besonders geeignet ist, nämlich Ammoniak.

Eine Vergrößex-uf.g der Stufe :ca einer inda.j er tollen Anlage lüb möglich. Bei gegorenem Abwasserschlamm küuuen ΒΟ?ό des V/assery

INSPECTED

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beim Absetzen des gefrorenen und getauter. Schlammes gemäß der
Erfindung entzogen werden. Als Ergebnis der Filterung kann der Trockensubstanzgehalt auf annähernd 50^ nach dem Entnehmen von weiteren I6?o Wasser gebracht v/erden,

6 bis 10 KwH/ton ./asser vurden verwendet. Die Gesamtkosten betrugen bei dem in den Niederlanden ausgeführten Versuch
3 bis 5 Gulden pro Kubikmeter behandelten "Wassers.

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Claims

-yi- Ansprüche

1. Verfahren zum Behandeln von schlammhaltigein V/asser durch Gefrieren und Auftauen, dadurch gekennzeichnet, daß das schlammhaltige V/asser in zwei Wärmeaustauscher geleitet wird, die in einem abwechselnden Zyklus arbeiten und je ein horizontal angeordnetes Bündel von parallelen Rohrlängen umfassen, wobei das Bündel mit verstikal gerichteten, ununterbrochenen parallelen Rippen versehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von fluorisierten (Halogen-) Kohlenwasserstoffen bzw. Ammoniak als Kühlmittel, dieses vorzugsweise fast ölfrei sein soll.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichne t, daß ölfreies bzw. fast ölfreies Ammoniak als Kühlmittel verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung in einem dritten Kessel bewirkt wird, der mit einem Filter versehen ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e kennz eichne t, daß am Ende der Gefrierphase etwa 1O^ der Flüssigkeit entzogen werden.

6. Vorrichtung zum Behandeln von schlammhaltigem V/asser gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Wärmeaustauscher, von denen jeder ein horizontal angeordnetes Bündel vor parallelen Längen eines Rohres (3) umfaßt, wobei das Bündel mit vertikal gerichteten, ununterbrochenen parallelen Rippen (4) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Öffnungen in den Rippen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Wände der Kessel der Wärmeaustauscher elastisch sind.

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