DE4102703A1 - Verfahren zur mechanischen behandlung von fluessigen bis duennbreiigen medien - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur mechanischen Behandlung von flüssigen bis dünnbreiigen Medien nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist eine Vielzahl von Ver­ fahren zur mechanischen Behandlung von flüssigen bis dünn­ breiigen Medien bekannt geworden, die vorwiegend auf den Gebieten Abwasserreinigung, Wasseraufbereitung und Her­ stellung disperser Gemische zum Einsatz kommen. Dabei wird zur Erzielung einer intensiven Vermischung der Ausgangsbe­ standteile die Verwirbelung, insbesondere mittels Rotoren, eingesetzt. Durch Zerkleinerung von groben Bestandteilen zu kleineren Einheiten soll ein hoher Dispersionsgrad erreicht werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 32 41 011) wird das zu behandelnde Medium von oben in einen trichter­ förmigen Behälter eingefüllt, den es aufgrund der Schwerkraft von oben nach unten durchströmt und durch eine am unteren Ende des Trichters vorgesehene Ablauföffnung verläßt. Durch diese Vorrichtung wird eine strudelartige Verwirbelung er­ zeugt, die ein intensives Vermischen der im Medium vorhan­ denen Bestandteile, beispielsweise Zement und Wasser, be­ wirken soll. Dieses Verfahren ist auch in einer Weiterent­ wicklung bekannt geworden (DE-OS 33 25 952), bei der ein Zweikammersystem zur Anwendung kommt. Die innere, trichter­ förmige Kammer dient wiederum der Verwirbelung des die Kammer von oben nach unten aufgrund der Schwerkraft durchströmenden Mediums, während die äußere Kammer der Rückführung des die innere Kammer verlassenden Mediums zur Eintrittsöffnung der inneren Kammer dient. Zur Rückführung wird ein in der senk­ rechten Behälterachse gelagerter Rotor verwendet, dessen Flügel sich in der äußeren Kammer unterhalb der Austritts­ öffnung der inneren Kammer befinden und der das Medium entgegen der Schwerkraft zur Eintrittsöffnung der inneren Kammer zurückfördert.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß der Wir­ kungsgrad nicht groß genug ist, um in vernünftigen Zeitmaß­ stäben einen ausreichenden Dispersionsgrad des behandelten Mediums zu erzielen. Trotz Vorsehung von Propellern zur Unterstützung der Verwirbelungswirkung der Schwerkraft durch Saugen und Pumpen, bleibt der Energieeintrag doch zu gering.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 46 28 391) zum Mischen eines zweiphasigen Flüssigkeitsgemisches ist die Umwälzrichtung bezüglich der genannten Vorrichtung umgekehrt. Die Umwälzströmung wird aber auch hier mit einem Propeller oder Flügelrad bewirkt, wobei das Medium aus einer Kammer angesaugt und in eine zweite Kammer ausgeworfen wird. Daher ist der Energieeintrag zu gering, um einen ausreichenden Dispersionsgrad des behandelnden Mediums in vernünftigen Zeitmaßstäben zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Verfahren zur mechanischen Behandlung von flüssigen bis dünnbreiigen Medien derart weiterzubilden, daß in mög­ lichst kurzer Zeit ein hoher Dispersionsgrad der Bestandteile des Mediums erreicht wird. Darüber hinaus soll durch die intensive Vermischung der Bestandteile des Mediums gegebenen­ falls auch eine Koagulation von Bestandteilen des Mediums ermöglicht werden, um diese von dem übrigen Medium abzu­ trennen, beispielsweise durch Sedimentation.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch das wiederholte Versprühen des Mediums in kurzer Zeit ein hoher Energieeintrag möglich ist, der zu einer schnellen Disper­ gierung der Bestandteile des Mediums führt. Darüber hinaus wird durch diese Behandlung eine Koagulation bestimmter Bestandteile des Mediums ermöglicht, wodurch diese als Fest­ stoffe von den flüssigen Anteilen des Mediums abgetrennt werden können. Die Koagulation kann beispielsweise durch Clusterbildung erfolgen, welche durch die Feinverteilung der Bestandteile mittels der Sprühvorrichtung gefördert wird.

Durch eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einerseits sowohl die Clusterbildung weiter­ gefördert, als auch andererseits der Dispersionsgrad der Bestandteile des Mediums weiter erhöht, indem das zu be­ handelnde Medium durch die Sprühvorrichtung vernebelt wird. Bei dieser Vernebelung können flüssige Anteile des Mediums teilweise in den Gaszustand übergehen.

Die Förderung des Mediums in die Sprühvorrichtung kann vor­ teilhaften Ausgestaltungen der Erfindung zufolge entweder durch Sogwirkung oder durch Druckwirkung erfolgen. Durch Sog bzw. Druck ist ein zusätzlicher Energieeintrag in das Medium zum Zwecke der Zerkleinerung von Bestandteilen des Mediums und zur Dispergierung möglich.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale ist die Sprühvorrichtung als Schleuderrad ausgebildet mit einem Ansaugstutzen, der einerseits mit dem Vorratsbehälter des Mediums in Verbindung steht und andererseits mit radial nach außen gerichteten Kanälen. Die Drehzahl des Schleuderrads und die Querschnitte der Strömungskanäle sind so gewählt, daß das aus den radialen Kanälen austretende Medium vernebelt wird und dabei flüssige Anteile des Mediums teilweise in den Gas­ zustand übergehen. Durch diese Ausgestaltung wird auf ein­ fache Weise ein hoher Energieeintrag und ein hoher Medium­ durchsatz durch die Sprühvorrichtung ermöglicht, bei gleichzeitiger Gewährleistung der Vernebelung des Mediums durch die Sprühvorrichtung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sogwirkung so groß gewählt, daß flüssige Anteile des Mediums in den Saugkanälen zeitweise in den gasförmigen Zustand übergehen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß durch auftretende Kavitationseffekte eine zusätzliche Ver­ kleinerung von festen Bestandteilen des Mediums erfolgt, sowie eine zusätzliche Durchmischung des gesamten Mediums.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale wird durch Regeln der Temperatur des Mediums der Übergang von flüssigen Anteilen des Mediums in die Gasphase gesteuert. Auf diese Weise können die Kavitationseffekte gezielt eingesetzt werden. Insbesondere kann durch Erhöhen der Temperatur des Mediums der Übertritt in die Gasphase von flüssigen Anteilen des Mediums erleichtert werden, so daß die mechanischen Anforderungen zur Erzielung des Kavitationseffektes gering gehalten werden können. Es kann aber auch durch Temperatur­ steuerung eine möglichst große Dichteänderung des Mediums durch Sogwirkung und Zerstäubung bewirkt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Druckverhältnisse längs der Zuführkanäle des Mediums zur Sprühvorrichtung variiert. Durch diese Ausge­ staltung wird der Energieeintrag in das Medium weiter erhöht, beispielsweise durch Förderung der Kavitationseffekte.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Vermischen verschiedener Anteile des Mediums durch zusätzliche Maßnahmen gefördert, beispielsweise durch die Strömungsführung vor und/oder nach dem Versprühen des Me­ diums. Derartige Effekte können beispielsweise in Strudel­ effekten bestehen, die durch eine entsprechende Strömungs­ führung erreicht werden.

Eine Vergrößerung der Kavitationseffekte durch verstärkte Gasbildung am Ansaugstutzen könnte auch dadurch erzielt werden, daß die Drehzahl des Schleuderrades variiert wird. Die Veränderung der Strömungsrichtung des Mediums im An­ saugstutzen und im Schleuderrad kann ebenfalls derartige Effekte erzeugen. Hierfür kann es sinnvoll sein, anstelle von radial nach außen gerichteten Kanälen im Schleuderrad ge­ schwungene bzw. gebogene Kanäle vorzusehen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben: Es zeigen

Fig. 1 einen Vorratsbehälter mit im Vorratsbehälter ange­ ordnetem Schleuderrad und Ansaugstutzen und

Fig. 2 eine mögliche Anordnung der Strömungskanäle im Schleuderrad.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Behälter mit einer flaschenförmigen, nach oben sich verjüngenden Kammer 1 und einer um diese angeordnete glockenförmigen äußeren Kammer 2 auf, die beide rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse 3 angeordnet sind. In den oberen, quasi den Flaschenhals bildenden Bereich der inneren Kammer 1 ist ein Ansaugstutzen 4 eingetaucht, der mit seinem aus dem Flaschen­ hals der inneren Kammer 1 herausragenden Ende mit einem Schleuderrad 5 formschlüssig verbunden ist. Das Schleuderrad 5 ist ebenfalls rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 3 der beiden Kammern 1 und 2 angeordnet und mit radialen Kanälen 6 versehen, welche vom Bereich um die Rotationsache zur äußeren Begrenzung des Schleuderrads 5 verlaufen und dort in Aus­ trittsöffnungen 7 münden. Andernends münden die radialen Kanäle 6 in den Ansaugstutzen 4, wozu sie in Richtung auf die Symmetrieachse 3 abgewinkelt sind.

Auf seine der inneren Kammer 1 abgewandten Flachseite ist an das Schleuderrad 5 eine Antriebswelle 8 angelenkt, die mit einem nicht dargestellten Antriebsaggregat in Verbindung steht. Die Antriebswelle 8 ist durch eine Ausnehmung 9 in der Außenwand 10 der äußeren Kammer 2 in den Außenraum geführt, wobei zwischen Welle 8 und Außenwand 10 eine Dichtung vorseh­ bar ist. In ihrem oberen Bereich ist die Außenwand 10 mit einem Überdruckventil 11 und einem Unterdruckventil 12 zur Druckregulierung der äußeren Kammer 2 versehen. In ihrem unteren Bereich weist die Außenwand 10 zwei weitere Aus­ nehmungen auf, nämlich eine Einlaßöffnung 13 und eine Aus­ laßöffnung 14. Die flaschenförmige Außenwand 15 der inneren Kammer 1 ist fest mit der äußeren Kammer 2 verbunden, jedoch sind zwischen der inneren Kammer 1 und der äußeren Kammer 2 mehrere Durchlaßöffnungen 16 vorgesehen, vor denen Strömungs­ bleche 17 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schleuderrad 5, bei dem die radialen Kanäle 6 bogenförmig von innen nach außen verlaufen, wobei die Austrittsöffnungen 7 annähernd tangential zur äußeren Begrenzung des Schleuderrads 5 angeordnet sind.

Der Austritt aus den Kanälen 6 des Schleuderrades 5 erfolgt über dem Füllstand des zu behandelnden Mediums, wobei der hierfür vorgesehene Raum in der äußeren Kammer 2 mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt sein kann. Beim Austritt geht das unter starker Rotations- und Zentrifugal­ beschleunigung stehende Medium, welches ein Gemisch von verschiedenen Flüssigkeiten und/oder ein Flüssigkeitsfest­ stoffgemisch sein kann, in Nebel über und wird in das Luft- bzw. Gasvolumen der Kammer geschleudert. Der Nebel wird vom bereits kondensierten bzw. abgesunkenen Medium im Behälter 2 aufgenommen. Durch die Durchlaßöffnungen 16 wird das Medium wieder dem Ansaugstutzen 4 des Schleuderrades 5 zugeführt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jedoch auch auf eine geschlossene Behandlungskammer ver­ zichtet werden, indem der Ansaugstutzen des Schleuderrades in das Medium eingetaucht wird, beispielsweise in ein Klär­ becken, eine Güllegrube oder ein Gewässer.

Das Verfahren wird solange durchgeführt, bis das gewünschte Behandlungsergebnis eingetreten ist. Das Verfahren kann aber auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem dem Vorrats­ behälter kontinuierlich Medium zugeführt und nach Passieren der Sprühvorrichtung eine Teilmenge Medium wieder entnommen wird. Dabei muß sichergestellt werden, daß das zu behandelnde Medium mindestens einmal die Sprühvorrichtung passiert.

Folgende Behandlungsergebnisse konnten bislang nachgewiesen werden. Bei der Herstellung von Zement-Wasser-Gemisch konnte ein um mindestens 10% verminderter Wasserbedarf festgestellt werden, bei mindestens gleicher Qualität des Endproduktes. Zusätzlich konnte eine Steigerung der Festigkeit im ausge­ härteten Zustand des Zement-Wasser-Gemisches festgestellt werden. Die Rissebildung wurde vermindert. Die Homogenität des Gemisches wurde trotz geringeren Wasserbedarfs in kürzerer Zeit erreicht. Die Haftwirkung des Endprodukts ist gegenüber bekannten Zement-Wasser-Gemischen vergrößert. Die Struktur des Gemisches ist feiner, sämiger als bei herkömmlich her­ gestellten Zement-Wasser-Gemischen. Die mechanischen Festig­ keitseigenschaften sind gegenüber herkömmlich hergestellten Zement-Wasser-Gemischen bzw. daraus gebildeten Endprodukten verbessert.

Bei der Behandlung von Gülle bzw. Abwasser konnte eine Klärung des Mediums durch Ausfällen bzw. Sedimentieren fester Bestandteile erreicht werden. Bei dieser Anwendung tritt die Koagulationswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Vordergrund. Durch die erfindungsgemäße Behandlung des Me­ diums koagulieren Feststoffanteile zu größeren Einheiten, beispielsweise Clustern, und fallen aus. Auf dieselbe Weise kann aus mineralhaltigem Wasser der Mineralstoffanteil zum großen Teil ausgefällt bzw. sedimentiert werden, so daß demineralisiertes Wasser erhalten wird. Eine weitere Ver­ änderung behandelten Wassers ist wissenschaftlich bislang nicht nachweisbar, jedoch durch verschiedene Folgeerschei­ nungen bzw. Eigenschaften des behandelten Wassers nahegelegt.

Derartig behandeltes Wasser wurde beispielsweise in der Pflanzenzucht - besseres Pflanzenwachstum -, in der Boden­ behandlung - Verbesserung der Bodenstruktur - und im medi­ zinischen Bereich eingesetzt. Im medizinischen Bereich ergaben sich Hinweise auf eine positive Wirkung auf Heil­ prozesse, eine Normalisierung des Stoffwechels bei Einnahme behandelten Wassers - vermutlich durch erhöhte Sauerstoff­ aufnahme des Blutes - und Verhinderung und Reduzierung von Zahnstein bei entsprechender Anwendung behandelten Wassers.

Bei der Abwasserbehandlung sind Hinweise auf eine Verbes­ serung der Wirkung mikrobiologischer Substanzen vorhanden, die auf eine Aktivierung dieser Substanzen oder einen ver­ besserten Wirkungsgrad durch Oberflächenvergrößerung der Schadstoffpartikel zurückzuführen ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur mechanischen Behandlung von flüssigen bis dünnbreiigen Medien, insbesondere Wasser, Abwasser und Wasser-Zement-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus einem Vorratsbehälter in eine Sprühvorrichtung geleitet, das daraus versprühte Medium gesammelt und so oft der Sprühvorrichtung erneut zugeführt und versprüht wird, bis das gewünschte Behandlungsergebnis erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung derart ausgelegt ist, daß das zu behandelnde Medium durch die Sprühvorrichtung vernebelt wird, wobei flüssige Anteile des Mediums zeitweise in den Gaszustand übergehen können.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch Sogwirkung in die Sprühvorrichtung gefördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch Druckwirkung in die Sprühvorrichtung gefördert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung als Schleuderrad ausgebildet ist mit einem Ansaugstutzen, der einerseits mit dem Vorratsbe­ hälter des Mediums in Verbindung steht und andererseits mit radial nach außen gerichteten Kanälen und daß die Drehzahl des Schleuderrads und die Querschnitte der Strömungskanäle so gewählt sind, daß das aus den radialen Kanälen austretende Medium vernebelt wird und flüssige Anteile des Mediums teilweise in den Gaszustand über­ gehen.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sogwirkung so groß gewählt ist, daß flüssige Anteile des Mediums in den Saugkanälen zeitweise in den gasförmigen Zustand übergehen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß durch Regeln der Temperatur des Mediums der Übergang von flüssigen Anteilen des Mediums in die Gasphase gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Druckverhältnisse längs der Zuführkanäle des Mediums zur Sprühvorrichtung variiert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vermischen verschiedener Anteile des Mediums durch zusätzliche Maßnahmen gefördert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen verschiedener Anteile des Mediums durch die Strömungsführung vor und/oder nach dem Versprühen gefördert wird.