DE3430600C2

DE3430600C2 -

Info

Publication number: DE3430600C2
Application number: DE3430600A
Authority: DE
Inventors: Akira Kasukabe Saitama Jp Suzuki; Yasumi Tokio/Tokyo Jp Shioya; Norio Kawasaki Kanagawa Jp Watanabe
Original assignee: SHINRYO AIR CONDITIONING CO Ltd TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: SHINRYO AIR CONDITIONING CO Ltd TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1992-05-14
Also published as: AU3147084A; FR2550962B1; AU561220B2; JPS6044085A; DE3430600A1; GB8419814D0; US4626356A; FR2550962A1; GB2145404B; GB2145404A; JPS6333435B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konzentrieren von Schlamm, insbesondere durch Flotation unter Verwendung von weniger Flockungsmittel als üblicherweise erforderlich.

Zur Konzentration von Schlamm wird häufig die Flotations technik angewendet. Bei dem Konzentrationsverfahren mit Druck-Flotation wird geklärtes Wasser, in dem Luft bei einem Druck von 4 bis 5 bar gelöst ist, mit dem Schlamm ver mischt, und die erhaltenen feinen Blasen bewirken das Auf schwimmen von konzentrierten Feststofflocken auf der Oberflä che des Flüssigkeits-Gemisches. Dieses Verfahren erfordert nicht nur einen hohen Energieeinsatz zum Einpressen von Luft, sondern erschwert auch die Erzielung einer hohen Schlammkon zentration, da die Luftblasen lediglich durch schwache physi kalische Adsorption an den Schlammfeststoffen gebunden werden.

Die DE 30 32 887 A1 beschreibt ein sogenanntes atmosphäri sches Flotationsverfahren als neue Technik zur Konzentration von Schlamm ohne die Nachteile der bis zu diesem Zeitpunkt üblichen Verfahren. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird Luft bei Atmosphärendruck in eine flüssige Phase einge leitet, die ein Schäumungsmittel und Flockungsmittel enthält, so daß sich Schaum ausbildet, der mit dem Schlamm vermischt wird; das Gemisch wird einem Flotationstank zugeführt, um die Schlammfeststoffe durch Flotation zu konzentrieren. Die ses Verfahren ist dem Druck-Flotationsverfahren deshalb über legen, da es preisgünstig ist und in einfacher Weise eine hohe Konzentration des Schlamms ermöglicht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur atmosphärischen Flotationskonzentration anzu geben, das eine konsistente und hohe Konzentration von Schlamm bei Einsatz von wesentlich geringeren Mengen an Flockungs mitteln als bei üblichen Verfahren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird insbesondere mit den Merkmalen der Patent ansprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 4 Flußdiagramme für zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungs gemäß einsetzbaren Mischanlage und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A′ in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 weist eine Schäumungszone 1 im allgemeinen einen Rührbehälter, eine Schaumausgleichskammer, eine Flüssigkeits- Trennkammer zum Abtrennen eines chemischen Stoffes von dem Schaum, einen Schaumauslaß sowie eine Rückführeinrichtung zum Rückleiten des abgetrennten chemischen Stoffes zum Rühr behälter auf. Die Schäumungszone kann lediglich aus dem Rühr behälter bestehen. Der Schäumungszone 1 wird geklärtes Wasser, ein Schäumungsmittel sowie Luft über entsprechende Leitungen 4, 5 bzw. 6 zugeführt. Das geklärte Wasser kann durch abgetrenn tes Wasser ersetzt werden, das von einer nachstehend noch zu beschreibenden Flotationszone 3 kommt. Anstelle der direkten Zuführung des Schäumungsmittels in die Schäumungszone 1 durch Leitung 5 kann es auch mit dem geklärten Wasser vermischt und über die Leitung 4 zugeführt werden; als weitere Alternative kann das Schäumungsmittel in Form von Pulver mit Luft ver mischt und durch die Leitung 6 zugeführt werden.

Jede zur Schaumbildung geeignete Verbindung kann als Schäu mungsmittel eingesetzt werden; typische Beispiele hierfür sind kationische, grenzflächenaktive Mittel, wie Alkylamine und quarternäre Ammoniumsalze. Der aus der Schäumungszone 1 kommende Schaum besteht aus feinen Blasen, deren Größe durch Einstellen der Drehgeschwindigkeit eines Rührwerks innerhalb der Schäumungszone eingestellt werden kann. Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Schaum mit Blasen von 300 bis 500 µm Durch messer.

Bei dem bekannten Verfahren wird der Schäumungszone ferner ein polymeres Flockungsmittel zugeführt. Im Gegensatz hier zu wird erfindungsgemäß das polymere Flockungsmittel in einer Mischzone 2 zugeführt. Der Schaum aus der Schäumungszone 1 wird der Mischzone 2 über eine Leitung 7 zugeführt, und das polymere Flockungsmittel wird der Mischzone über eine Lei tung 13 zugeführt. In der Mischzone 2 wird der über eine Lei tung 8 zugeführte Schlamm mit dem Schaum und dem Flockungs mittel vermischt. Gegebenenfalls kann die Mischzone 2 aus zwei Mischzonen bestehen, wobei in der ersten Mischzone der Schaum mit dem Schlamm vermischt und in der zweiten Zone das polymere Flockungsmittel in das Schlamm-Schaum-Gemisch ein getragen wird.

In Fig. 2 ist eine Mischvorrichtung dargestellt, die in vor teilhafter Weise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einge setzt werden kann. Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um einen zylindrischen Mischbehälter mit zwei auf einer Welle befestigten Rührern 21, der aus einer ersten Mischzone 23 und einer von dieser durch eine Trenn wand 22 getrennten zweiten Mischzone 24 besteht. Der Schlamm 25 und der Schaum 26 werden in die erste Mischzone 23 über entsprechende Einlässe zugeführt und durch die Drehbewegung des einen Rührers 21 gemischt. Das Schlamm-Schaum-Gemisch, das man in der ersten Mischzone 23 erhält, tritt über den Zwischenraum zwischen der Trennwand 22 und der Innenwand des Mischbehälters in die zweite Mischzone 24 ein. Durch die Drehbewegung des anderen Rührers 21 bildet sich ein Wirbel aus dem Schlamm-Schaum-Gemisch, der ein getrennt zugeführ tes polymeres Flockungsmittel 27 einfängt. Das erhaltene Schlamm-Flockungsmittel-Gemisch wird der Flotationszone 3 über einen Auslaß 28 zugeführt.

Das erfindungsgemäß verwendete, polymere Flockungsmittel kann anionisch, kationisch oder nichtionisch sein, wobei der ge eignete Typ entsprechend der Art und den Eigenschaften des zugeführten Schlamms ausgewählt werden kann. Wenn Überschuß- Schlamm zugeführt wird, so ist kationischer Polymethacrylat ester ein bevorzugtes Flockungsmittel.

Das in der Mischzone gebildete Gemisch aus Schlamm und Flockungs mittel wird in die Flotationszone 3 eingeleitet, wo das Gemisch in konzentrierten Schlamm und Wasser getrennt wird. Der konzentrierte Schlamm wird über eine Leitung 10 abge führt und anschließend weiterbehandelt. Das aus dem konzen trierten Schlamm der Flotationszone 3 abgetrennte Wasser wird über Leitungen 11 und 12 vom System abgegeben. Ein Teil des vom Boden der Flotationszone 3 abgetrennten Wassers kann als geklärtes Wasser verwendet werden, das über die Leitung 4 in die Schäumungszone 1 eingeleitet wird. Die Flotationszone 3 kann mit einem Dreh-Schaber zum Entfernen des konzentrier ten Schlamms ausgerüstet sein.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt, wo die gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die Schlamm zuführung in zwei Abschnitte unterteilt, so daß der Schlamm über Leitungen 14 bzw. 15 zugeführt wird. Der Schlammanteil, der durch die Leitung 14 zugeführt wird, hängt von der Art und der Feststoffkonzentration des Schlamms ab und beträgt vorzugsweise 20 bis 80% der Gesamtmenge an zugeführtem Schlamm, ein besonders bevorzugter Bereich liegt zwischen 40 und 60% des insgesamt zugeführten Schlamms. Der über die Leitung 14 zugeführte Schlamm tritt in die Mischzone 2 ein, wo er mit dem Schaum und dem polymeren Flockungsmittel ver mischt wird, die über Leitungen 7 bzw. 13 zugeführt werden. In der Mischzone kann der Schlamm mit dem Schaum und dem Flockungsmittel gleichzeitig vermischt werden. Alternativ kann der Schlamm zunächst mit dem Schaum vermischt werden, und das erhaltene Schlamm-Schaum-Gemisch wird anschließend mit dem Flockungsmittel vermischt. Das die Mischzone 2 ver lassende Schlamm-Flockungsmittel-Gemisch tritt in die Kombi nationszone 16 über eine Leitung 17 ein und wird dort mit dem über die Leitung 15 zugeführten anderen Teil des Schlamms vermischt. Das erhaltene Gemisch wird über eine Leitung 18 der Flotationszone 3 zugeführt, um es in konzentrierten Schlamm und Wasser zu trennen.

Die Mischzone 2 kann eine Heizvorrichtung zum Anwärmen des durch die Leitung 14 zugeführten Schlamms oder des in der Mischzone 2 gebildeten Schlamm-Schaum-Gemisches des Schlamm- Flockungsmittel-Gemisches aufweisen. Unabhängig davon, wel che dieser Substanzen erwärmt wird, sollte eine vorgegebene Heiz temperatur eingehalten werden. Die Heiztemperatur beträgt mindestens 40°C, vorzugsweise 60°C oder darüber.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine konsistente und hohe Konzentration von Schlamm unter Einsatz einer we sentlich geringeren Menge an polymerem Flockungsmittel als bei üblichen Verfahren. Bei dem bekannten Verfahren wird der Schaum durch Einleiten von Luft, einem Schäumungsmittel, einem Flockungsmittel und Wasser in die Schäumungszone ge bildet. Die Oberfläche jeder Blase wird entweder positiv oder negativ aufgeladen, da an ihr das polymere Flockungs mittel adsorbiert ist. Wenn der aus geladenen Blasen be stehende Schaum mit dem Schlamm vermischt wird, so werden diese beiden elektrochemisch gebunden. Wenn jedoch das Schäumungsmittel und das Flockungsmittel gleichzeitig in die Schäumungszone eingeleitet werden, beeinträchtigt das Schäumungsmittel die Agglomerationsaktivität des Flockungs mittels, und die gewünschte Flockungswirkung wird nur dann erreicht, wenn eine sehr große Menge an Flockungsmittel ein gesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird das polymere Flockungsmittel nicht in die Schäumungszone eingeleitet, und lediglich Luft, Schäu mungsmittel und Wasser werden zum Ausbilden von Schaum ein geleitet. Wenn der Schaum und das polymere Flockungsmittel gleichzeitig dem Schlamm zugegeben werden oder wenn das Flockungs mittel einem Vorgemisch aus Schlamm und Schaum zugegeben wird, bindet das Flockungsmittel Feststoffteilchen in einem dispergierten Schlamm, so daß sich große Schlammflocken mit eingetragenem Schaum bilden. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Gemisch aus Schäumungsmittel und Flockungsmittel auf der Blasenoberfläche adsorbiert, so daß das Schäumungs mittel die Aktivität des Flockungsmittels beeinträchtigt. Dies tritt nicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein, da das Flockungsmittel, das dem Schlamm gleichzeitig mit dem Schaum oder zu einem Vorgemisch aus Schlamm und Schaum zuge geben wird, mit dem Schlamm selbst in Berührung kommt und Flocken aus Schlammfeststoffen bildet, in denen Schaum ent halten ist. Daher muß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weniger Flockungsmittel eingesetzt werden.

Eine weitere Verringerung der Menge an Flockungsmittel kann mit der nachstehenden Verfahrensführung erfindungsgemäß re alisiert werden. Ein Teil des zuzuführenden Schlamms wird innig mit dem Schaum und dem polymeren Flockungsmittel ver mischt, um das Flockungsmittel gleichmäßig auf der Oberflä che der Schlammfeststoffteilchen zu adsorbieren, und danach wird das Gemisch mit dem restlichen zuzuführenden Schlamm vermischt. Die Feststoffe dieses restlichen Schlamms bilden Flocken durch Bindung an die Feststoffe in dem anderen Teil des Schlamms über Flockungsteilchen, die auf ihrer Oberfläche adsorbiert werden. Dies ermöglicht einen weiteren wirksamen Einsatz des Flockungsmittels. Der Zweck der Vermischung des ersten Teils des Schlamms mit dem Schaum und dem Flockungs mittel besteht darin, die Oberfläche der Feststoffe in die sem Schlammanteil mit dem Flockungsmittel zu bedecken; daher kann eine große Rührkraft bei verlängerter Rührdauer ange wendet werden. Dies erhöht die Menge an Flockungsmittel, das an dem Schlamm absorbiert ist, während die Flockungsmittel menge, die in das freie Wasser abgegeben wird, sich verrin gert. Selbst das in das freie Wasser abgegebene Flockungs mittel wird durch Adsorption an dem restlichen Schlamm aus genutzt. Durch Erwärmen des ersten Schlammanteils nach Ver mischen mit dem Schaum und dem polymeren Flockungsmittel kann die Adsorptionsrate des Flockungsmittels an den Schlamm feststoffen erhöht werden, so daß sich die Menge an im frei en Wasser enthaltenen Flockungsmittel weiter verringert.

Die erfindungsgemäß angestrebten Vorteile erreicht man nicht, wenn der Schaum mit einem vorher gebildeten Gemisch aus Schlamm und Flockungsmittel vermischt wird. Im Rahmen der Erfindung ist der Zeitpunkt der Zugabe von polymerem Flockungsmittel zum Schlamm kritisch, und das Flockungsmit tel muß entweder gleichzeitig mit oder nach der Zugabe des Schaums zugegeben werden.

Erfindungsgemäß behandelbare Schlämme enthalten mehrere hundert ppm bis mehrere zehntausend ppm suspendierte Fest stoffe; typische Beispiele hierfür sind Überschußschlamm aus dem Belebtschlammverfahren , digestierter Schlamm aus der anaeroben Digestierung, Minenabwässer und Abwässer aus der Zellstoffaufbereitung. Besonders signifikante Resultate er geben sich bei Behandlung von Überschußschlamm mit dem er findungsgemäßen Verfahren.

Beispiel 1

Überschußschlamm aus dem Belebtschlammverfahren wird erfin dungsgemäß konzentriert unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 2. Die Feststoffe des Schlamms hatten ein schein bares spezifisches Gewicht von 1,03 und einen pH-Wert von 6,8.

Dem aus dem Flotationstank abgetrennten, geklärten Wasser werden 0,15 g Lauryltrimethylammoniumchlorid (als Schäumungs mittel) pro Liter geklärtem Wasser zugegeben. Das Gemisch wird dem Schäumungsbehälter zugeführt, wo es mit Hilfe eines Homogenisators mechanisch umgerührt wird; der gebildete Schaum wird in die erste Mischkammer geleitet, wo die Ver mischung mit dem Schlamm erfolgt, der mit 2 l/min zugeführt wird. Nach etwa 1 Minute Mischen unter Rühren wird das Schaum- Schlamm-Gemisch der zweiten Mischkammer zugeführt, wo es wäh rend etwa 1 Minute mit einer Lösung vermischt wird, die ein Polymethacrylatester (polymeres Flockungsmittel) gelöst in geklärtem Wasser in einer Menge von 5 g/l geklärtes Wasser enthält. Das erhaltene Gemisch wird einem Flotations-Trenn- Tank zugeführt, wo die Feststoffe von dem Schlamm durch Flo tation während etwa 30 Minuten abgetrennt werden. Die erhal tenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Vergleichsbeispiel

Ein Schlamm mit gleichen Eigenschaften wie bei Beispiel 1 wird in üblicher Weise konzentriert, wobei ein Schäumungs mittel und ein Flockungsmittel gleichzeitig in der Schäu mungszone zugegeben werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Gemäß den Tabellen 1 und 2 führt das erfindungsgemäße Verfah ren zu einer ausreichend hohen Konzentration des Schlamms, wobei jedoch etwa 20% weniger polymeres Flockungsmittel als bei dem bekannten Verfahren eingesetzt werden.

Beispiel 2

Überschußschlamm aus dem Belebtschlammverfahren wird erfin dungsgemäß nach Fig. 4 konzentriert. Die Feststoffe im Schlamm haben ein scheinbares spezifisches Gewicht von 1,03 und einen pH-Wert von 6,8. Dem aus dem Flotationstank abge trennten, geklärten Wasser werden 0,15 g Lauryltrimethyl ammoniumchlorid (als Schäumungsmittel) pro Liter geklärtem Wasser zugegeben, und das Gemisch wird der Schäumungsvor richtung zum mechanischen Umrühren mit Hilfe eines Homoge nisators zugeführt. Der gebildete Schaum wird in die erste Mischkammer geleitet, wo er mit vorbestimmten Anteilen des zugeführten Schlamms vermischt wird, der mit einer Geschwin digkeit von 2 l/min zugeführt wird. Nach etwa 1 Minute Mi schen unter Rühren wird das Schaum-Schlamm-Gemisch der zwei ten Mischkammer zugeführt, wo es während etwa 1 Minute mit einer Lösung vermischt wird, die etwa 0,25 bis 0,4 g Poly methacrylatester (polymeres Flockungsmittel) pro Liter ge klärtem Wasser in diesem gelöst enthält. Danach wird das Gemisch mit dem verbleibenden Teil des zugeführten Schlamms während etwa 1 Minute gemischt. Das erhaltene Gemisch wird dann dem Flotationstank zugeführt, wo die Feststoffe vom Schlamm durch Flotation während etwa 30 min getrennt werden. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die anderen Versuchsbedingungen sind fol gendermaßen: Schlammkonzentration: 11 080 ppm; Schäumungsmittelmenge: 6,3 ppm; Schaumgehalt: 30%; und Gas-Feststoff-Verhältnis: 0,028 kg Luft/kg Feststoffe.

Es wurde ein Experiment durchgeführt in der gleichen Weise wie vorstehend, jedoch wurden 50% des zuzuführenden Schlamms abgetrennt und mit einem Schaum in der ersten Mischkammer vermischt. Die Ergebnisse und andere Verfahrensbedingungen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 3

Tabelle 4

*50% abgetrennter Schlamm

Die Daten in den Tabellen 3 und 4 zeigen, daß bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wo ein Teil des zuge führten Schlamms zunächst mit einem Schaum vermischt wird, etwa 30% Reduktion der Menge an polymerem Flockungsmittel gegenüber dem bekannten Verfahren erreicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht somit wirksamen Ge brauch von dem polymeren Flockungsmittel, indem es als Bin demittel für dispergierte Flocken der Schlamm-Feststoffe eingesetzt wird. Daher ist die erfindungsgemäß einzusetzen de Flockungsmittelmenge etwa um 20 bis 30% geringer als bei bekannten Verfahren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß Schaum und polymeres Flockungsmittel getrennt zugegeben wer den, so daß die Mengen der beiden Komponenten unabhängig von einander entsprechend den spezifischen Eigenschaften des zu behandelnden Schlamms eingestellt werden können. Daher er möglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung mini maler Mengen an Schäumungsmittel und polymerem Flockungsmit tel.

Claims

1. Verfahren zum Konzentrieren von Schlamm gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Bilden von Schaum in einer Schäumungszone durch Ver mischen eines Schäumungsmittels, Luft und Wasser,
b) Vermischen des zugeführten Schlamms mit dem Schaum und einem polymeren Flockungsmittel in einer Misch zone und
c) Einleiten des erhaltenen Gemisches aus Schlamm und Flockungsmittel in eine Flotationszone zum Trennen des Gemisches in konzentrierten Schlamm und Wasser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum in der Mischzone zunächst mit dem Schlamm und anschließend das erhaltene Schlamm-Schaum- Gemisch mit dem polymeren Flockungsmittel vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Bilden von Schaum in einer Schäumungszone durch Ver mischen eines Schäumungsmittels, Luft und Wasser,
b) Abtrennen eines Teils des zugeführten Schlamms,
c) Vermischen des abgetrennten Schlammteils mit dem Schaum und einem polymeren Flockungsmittel in einer Mischzone,
d) Vermischen des erhaltenen Gemisches aus Schlamm und Flockungsmittel mit dem Rest des zugeführten Schlamms in einer Kombinationszone und
e) Einleiten des erhaltenen Gemisches in eine Flotations zone zum Trennen des Gemisches in konzentrierten Schlamm und Wasser.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum in der Mischzone zunächst mit dem abgetrennten Schlamm und anschließend das erhaltene Schlamm-Schaum- Gemisch mit dem polymeren Flockungsmittel vermischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der abgetrennte Teil des Schlamms 40 bis 60% des insgesamt zugeführten Schlamms beträgt.