Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Behandlung von schlammhaltigem bzw. Schlamm
und/oder Abwasser, also von Wasser, welches beispielsweise
beim hydromechanischen Bohren verwendet wird, also etwa bei
der Herstellung von Fundament-Pfahlwerken, von Wasser, mit
welchem z. B. im Tiefbau kontinuierlich hergestellte Stütz-
oder Mauerwerke bzw. Aushebungswände unter Gegendruck gehal
ten werden, von Industrie-Abwasser, das bei verschiedenster
Bearbeitung anfällt, oder von Wasser aus dem Untertagebau.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfah
ren und eine Vorrichtung zur Regeneration gebrauchten
Schlammwassers, um dieses wiederverwenden zu können und zum
Abziehen von Wasser bzw. zur Dehydratisierung von gebrauch
tem Schlammwasser und/oder Abwasser, um dessen Gewicht zu
verringern.
Hydromechanische Grab- und Vortriebstechniken sind allgemein
bekannt und werden eingesetzt, wenn beispielsweise in Wohn
bereichen die entsprechenden Arbeiten nur geringen Lärm und
geringe Vibrationen erzeugen dürfen. Insbesondere im Bauwe
sen, wie z. B. beim Gründen von Pfahlwerken von Fundamenten,
beim kontinuierlichen Ausgießen oder Armieren von Tiefbau
ten, wie Tunnels oder dergleichen, beim hydromechanischen
Fördern, bei Wasserabschottungsarbeiten und dergleichen wird
mit hydromechanischem Verfahren gearbeitet. So ist bei
spielsweise ein Erdbohrverfahren (sogenanntes Honigmann-Ver
fahren, d. h. ein hydromechanisches Abteufverfahren), ein
Umkehr-Zirkulationsverfahren, oder ein BH-Verfahren in Kom
bination mit hydromechanischen Arbeitstechniken in Verwen
dung, um das Pfahlwerkgründen durchzuführen, und ein Eimer
verfahren oder ein Umlauf- bzw. Rotary-Verfahren wird zusam
men mit einer hydromechanisch untersuchten Ausschachtungs-
Technik verwendet, um unterirdisch fortlaufend Betonwände
ziehen zu können.
Beim hydromechanischen Ausschachten oder Abteufen wird
natürliches Schlammwasser, Bentonit-Schlammwasser oder Polymer-
Schlammwasser verwendet, um die Schacht-
oder Bohrlochwände durch Gegendruck, der größer ist als der
hydrostatische umgebende Wasserdruck zu halten, um loses
Grabungsmaterial oder Bohrklein aus dem Grabungsbereich zu
fördern oder zu spülen (Spülbohrung), oder um als Substitu
tions-Fluid für noch nicht ausgehärteten Beton zu dienen,
der in den ausgeschachteten Bereich eingebracht wird. Wei
terhin wird das Schlammwasser oft verwendet, um Grabungs-
oder Bohrgeräte zu kühlen und um das Eindringen von unterir
dischem Wasser in den Grabungsraum zu verhindern. Von daher
hängen die Qualität des ausgehärteten Betons, die Arbeits
zeit und Kosten und die Sicherheit der Arbeit auch ganz
erheblich von einer korrekten Steuerung und Anwendung des
Schlammwassers an der Baustelle ab.
Die Anwendung und Steuerung des Schlammwassers wird in
Abhängigkeit von unterschiedlichen Faktoren durchgeführt,
insbesondere von physikalischen Eigenschaften des Schlamm
wassers, wie Viskosität, spezifisches Gewicht, ausgefilter
ter Wasseranteil, absedimentierte Schlammschicht-Dicke,
Sandanteil und PH-Wert. Für gewöhnlich
werden die physikalischen Eigenschaften des Schlammwassers
so gesteuert, daß die Werte dieser Faktoren innerhalb eines
bestimmten Bereiches oder unterhalb eines bestimmten kriti
schen Wertes bleiben. Insbesondere sollte das spezifische
Gewicht von Schlammwasser soweit wie möglich abgesenkt wer
den, wenn ein ausgeschachtetes Loch oder eine ausgeschach
tete Bohrung stabil ist, um die Konstruktionsqualität auf
einem bestimmten Wert zu halten. Es ist wünschenswert, das
spezifische Gewicht von üblicherweise verwendetem Schlamm
wasser während des Grabvorgangs maximal bei ungefähr 1,2 zu
halten und maximal bei ungefähr 1,1 während des Eingießvor
ganges des flüssigen Betons. Wenn das spezifische Gewicht
des Schlammwassers die erwähnten Werte übersteigt, nimmt die
Qualität des Schlammwassers (oder der sogenannten Tonspülung
beim Honigmann-Verfahren) ab, was wiederum zu einer absin
kenden Ausschachtgeschwindigkeit führt und während des
Aushärtevorganges des flüssigen Betons zu ungleichmäßigen
Stellen im späteren Betongefüge führt. Demzufolge ist es
nötig, Schlammpartikel und hier wiederum feinste Partikel,
sogenannte Schleimpartikel oder Modder soweit wie möglich
aus dem Schlammwasser zu entfernen.
Für gewöhnlich werden die Schlammpartikel aus dem Wasser
mittels natürlicher Sedimentation oder mit mechanischen
Hilfsmitteln, beispielsweise sogenannten Zyklon-Abscheidern
entfernt, um das spezifische Gewicht zu verringern. Mit
diesem bekannten Verfahren ist jedoch kein ausreichender
Absenkeffekt des spezifischen Gewichtes möglich, da feine
Partikel unterhalb von 74 µ nicht ausgefällt werden können.
Für gewöhnlich werden bei bekannten Verfahren die Schlamm
partikel und Schleimpartikel mittels einer Kombination eines
Vibrationssiebes und eines Flüssigkeits-Zyklon-Abscheiders
entfernt, wobei der Klassifikationspunkt bei ungefähr 74 µ
liegt. Dieser Klassifikationspunkt zeigt die Größe der Par
tikel an, die in einem bezüglich des Separators stromabwär
tigen und einem stromaufwärtigen Wasseranteil im Verhältnis
von 50% : 50% stehen. Bei dem oben beschriebenen Sandsepara
tor, der die Kombination eines Vibrationssiebes und eines
Zyklon-Abscheiders verwendet, liegen 50% Feinsand-Partikel
in dem stromaufwärtigen Anteil vor. Von daher kann eine der
art bekannte Vorrichtung feine Sandpartikel und Schlammpar
tikel unter 74 µ nicht entfernen. Wenn an der Grabungsstelle
das dortige Erdreich hauptsächlich aus feinem Sand, Schlick,
Schluff oder Lehm besteht, verbleiben die feinen Sand-,
Schlick-, Schluff- und Lehmpartikel in dem Schlammwasser und
somit kann das spezifische Gewicht des Schlammwassers oder
der Tonspülung nicht vernünftig gesenkt werden. Das einmal
verwendete Wasser mit dem zu hohen spezifischen Gewicht kann
nicht mehr wiederverwendet werden.
Somit wird gewöhnlicherweise das Schlammwasser oder die
Tonspülung mit unerwünscht hohem spezifischem Gewicht - ver
ursacht durch feinste Schlammpartikel - teilweise oder voll
ständig von neu aufbereitetem Wasser ersetzt. Dies bedeutet,
daß das Schlammwasser mit dem hohen spezifischen Gewicht aus
dem Verfahren oder dem Grabungsprozeß herausgeführt werden
muß. Hieraus ergeben sich Nachteile, beispielsweise hin
sichtlich der für den Austauschvorgang nötigen Zeit, was die
Bauzeit insgesamt verlängert und hinsichtlich der Kosten für
das neu auf zubereitende Wasser. Auch unter dem Gesichtspunkt
des Umweltschutzes ist das Herausnehmen von Schlammwasser
oder Wasser für die Tonspülung aus dem Prozeß nachteilig.
Verschiedene Bauarbeiten erzeugen als Abfallwasser sogenann
tes Trübwasser als Mischung von Oberflächenwasser, Grundwas
ser und Regenwasser mit Zusätzen von Sand, Schlamm- oder
Tonpartikeln oder Zementpartikeln. Derartiges
Trübwasser wird beispielsweise bei Tunnelbauarbeiten er
zeugt. Weiteres Trübwasser wird beispielsweise durch Regen
wasser während Boden-Grabarbeiten, bei Baggerarbeiten, bei
bestimmten industriellen Mischvorgängen, beim Ansetzen von
Beton, bei Bohrarbeiten, bei Zement-Injektionsarbeiten,
durch ölhaltiges Abwasser von Baumaschinen, durch eisenhal
tiges Wasser aus Wasseraufbereitungsanlagen
erzeugt.
Da das derart erzeugte oder anfallende Trüb- oder Schmutz
wasser als Industrieabfall angesehen wird, sollte eine ge
eignete Behandlung vor dem letztendlichen Entsorgen erfol
gen, um Umweltverschmutzung oder gar Umweltvergiftung zu
vermeiden. Weiterhin sollte das erwähnte industrielle Abwas
ser auch so behandelt werden, daß Verschmutzungen oder Be
einträchtigungen des Grundwasser vermieden sind. Derartige
geeignete Behandlungsverfahren sind jedoch kompliziert und
sehr kostenintensiv.
Für gewöhnlich wird das gebrauchte Schmutzwasser einem Ent
wässerungsverfahren bzw. einer Dehydratisierung unterworfen
unter Verwendung von Filtertüchern, um den Gewichtsanteil
des Schlammabfalls zu verringern. Allerdings setzen sich die
Filtermaterialien mit feinen und feinsten Schlammpartikeln
aus dem Abfallschlamm sehr leicht zu, so daß die Dehydrati
sierungs-Eigenschaften in kurzer Zeit schlechter werden. Von
daher läßt sich mit Dehydratisierungs-Verfahren gebrauchtes
Schlammwasser nicht wirksam behandeln.
Herkömmlich konzipierte Schmutzwasser-Separatoren oder
Abscheider haben keine Einrichtungen, um das momentane
Leistungsvermögen des Abscheiders anzuzeigen. Im einzelnen
haben derartige Separatoren keine Mittel, mit denen der
Maximalpegel von ausgefilterten oder abgesetzten Festkörper
partikeln feststellbar ist, so daß speziell geschulte
Arbeitskräfte nötig sein würden, welche diesen maximalen
Pegel oder Füllstand innerhalb des Separators feststellen
und die Festkörperanteile, die aus dem Schmutzwasser ausge
filtert oder separiert worden sind, aus dem Separator ent
fernen konnten. Selbst geschulte Arbeitskräfte sind jedoch
nicht immer in der Lage, diesen maximalen Wert korrekt zu
erfassen, so daß das Entfernen oder Reinigen zu falschen
Zeiten durchgeführt werden kann. Wenn die abgesetzten Fest
körper den maximalen Füllstand noch nicht erreicht haben,
bewirkt dieses Entfernen oder Reinigen zur falschen Zeit,
daß die Arbeitsleistung des Separators während der Reini
gungszeit nicht zur Verfügung steht und somit insgesamt
abnimmt und wenn die abgesetzten Festkörperanteile den
Maximalwert überschritten haben, kann das Schmutzwasser
nicht mehr von dem Separator behandelt werden und wird di
rekt in das Wasserauslaßsystem abgegeben.
Aus der Druckschrift DE 11 72 616 ist eine mehrstufige
Anlage zum Entwässern von Klärschlamm bekannt, die mit ei
ner Schälzentrifuge als erste Stufe und mit einer Eintrag
vorrichtung für Flockungsmittel in den Schleuderraum der
Zentrifuge zum Ausfällen der in der sich bildenden Flüssig
keitsschicht enthaltenen Trübstoffe ausgestattet ist.
Eingehende Versuche mit Schälzentrifugen zur Entwässerung
von Klärschlamm haben gezeigt, daß eine befriedigende
Trennung des Schlammfeststoffes von Schlammwassern nicht zu
erreichen ist. Dieses Problem wird im bekannten Fall
dadurch gelöst, daß auf die Oberfläche des in die
Schleudertrommel eingetragenen Klärschlammes ein
Flockungsmittel aufgesprüht wird, wodurch eine Zerstörung
der Flocken vermieden und die Wirksamkeit des Flockungsmit
tels voll erhalten bleibt. Dadurch wird zwar ein praktisch
feststoffreier Flüssigkeitsablaufaus der Zentrifuge erhal
ten, jedoch nicht das Problem der wirtschaftlichen Entwäs
serung des aus der Zentrifuge aus getragenen Restgutes ge
löst. Der Schälzentrifuge mußte eine Schneckenpresse
nachgeschaltet werden, die zum Entwässern des aus der
Schälzentrifuge ausgetragenen Restguts dient.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von
Schlamm- und/oder Abwasser zu schaffen, mit dem die vorste
hend beschriebenen Probleme gelöst, d. h. die Schlamm- oder
Schmutzpartikel aus dem Wasser wirksam entfernt werden kön
nen, um das spezifische Gewicht des Wassers zu verringern,
so daß dieses wiederverwertbar ist, wobei dafür Sorge ge
tragen sein soll, daß die Filtereinrichtung möglichst wirt
schaftlich betrieben wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von
Schlamm- und/oder Abwasser zeichnet sich im einzelnen aus
durch einen ersten Behandlungsprozeß, um eine Dehydratisie
rung des Schlammwassers und/oder Abwassers durchzuführen,
wobei der erste Prozeß seinerseits aufweist: einen
Flockungsschritt zum Ausflocken feiner Schlammpartikel in
dem Schlammwasser und/oder industriellen Abwasser, um Aus
flockungen zu erzeugen; einen Zuführungsschritt zum Zufüh
ren bzw. Einbringen des mit dem Flockungsschritt behandel
ten Schlammwassers und/oder industriellen Abwassers in das
Trennsystem; einen Trennschritt zum Trennen der Ausflockun
gen in einen Festkörperanteil und einen Flüssigkeitsanteil,
wobei der Trennschritt in einem ersten Betriebsmodus
(Dehydratisierungsmodus) erfolgt; einen Abgabeschritt zum
Abgeben des flüssigen Anteils über einen Filter- und Was
serreinigungsschritt; und einen Festkörper-Behandlungs
schritt zum Behandeln des Festkörpers, der in dem Trenn
schritt abgetrennt worden ist; und einen zweiten Behand
lungsprozeß, um eine Regeneration des Schlammwassers durch
zuführen, welches hohes spezifisches Gewicht hat und mit
Schlammpartikeln durch hydromechanische Grabungsarbeiten
angereichert ist, wobei der zweite Prozeß seinerseits auf
weist: einen Schlammwasser-Empfangsschritt zum Empfang des
Schlammwassers von der Grabungsstelle; einen Trennschritt
zum Auftrennen des Schlammwassers in einen Festkörperanteil
und einen Flüssigkeitsanteil, wobei der Trennschritt in ei
nem zweiten Betriesmodus (Regenerationsmodus) erfolgt; einen
Wiederverwendungs
schritt zum Wiederverwenden des abgetrennten Flüssigkeitsan
teiles, der frei von Schlammpartikeln aufgrund des Trenn
schrittes ist; und einen Festkörperanteil-Behandlungsschritt
zum Behandeln des Festkörperanteils, der in dem Trennschritt
abgetrennt worden ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Schlamm
wasser und/oder Abwasser ist gekennzeichnet durch: ein er
stes Reservoir zum Speichern des Abwassers von hydromechani
schen Abteufarbeiten und/oder industriellen Arbeiten; ein
zweites Wasserreservoir zum Speichern gebrauchten Schlamm
wasser hohen spezifischen Gewichtes, welches mit Schlammpar
tikeln und anderen Materialien von hydromechanischen Gra
bungsarbeiten angereichert ist; eine Flockungseinheit zur
Zufuhr von einem Flockungsmittel in das aus dem ersten Re
servoir geförderten Wasser, um die in dem Wasser vorhandenen
feinen Partikel auszuflocken; einen mit Zentrifugalkraft ar
beitenden Separator, der abwechselnd in einem ersten Be
triebsmodus oder einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist,
eine Flüssigkeits-Reinigungseinheit zum Reinigen des aus dem Separator
kommenden Flüssigkeitsanteil, wenn dieser im ersten Be
triebsmodus arbeitet; ein drittes Wasserreservoir zur Auf
nahme des behandelten Wassers aus dem Separator, wenn dieser
im zweiten Betriebsmodus arbeitet; und eine Festkörperan
teil-Behandlungseinheit zur Behandlung des aus dem Separator
kommenden Festkörperanteils, wenn dieser im ersten oder
zweiten Betriebsmodus arbeitet.
Die Erfindung läßt sich vorteilhafter Weise mit einem vertikalen
bzw. stehenden
Schlammwasser-Abscheider bestreiben, der Schmutz- oder
Schlammpartikel aus Schlammwasser oder verschmutztem Abwas
ser, beispielsweise von Grabungsarbeiten, entfernen kann, um
das spezifische Gewicht des gebrauchten Schlammwassers und
Abwassers verringern zu können, so daß dieses wiederverwert
bar ist. Das Wasser kann dehydratisiert werden, um
sein Gewicht für eine Entsorgung zu verringern. Der Schlamm
wasserseparator umfaßt ein stationäres Gehäuse mit einem
Auslaß und einem Einlaß, einem beweglichen inneren Korb, der
beweglich in dem stationären Gehäuse angeordnet ist und des
sen zylindrische Wand nicht perforiert ist, einen Kreuzarm
an einer kreisförmigen Bodenfläche des Korbes und eine sich
drehende Antriebswelle am Mittelpunkt des Kreuzarmes, um den
Korb schwenk- oder drehbar innerhalb des beweglichen Gehäu
ses zu halten. Wenn die Antriebswelle mit hoher Geschwindig
keit gedreht wird, wird das verschmutzte Wasser durch den
Einlaß in das stationäre Gehäuse eingebracht. Die Schmutz-
oder Schlammpartikel aus dem Wasser werden aussedimentiert
und haften an der inneren zylindrischen Wand an, so daß der
Festkörperanteil und der Flüssigkeitsanteil des Wassers von
einander getrennt werden können. Dieser Separator macht es
nötig, daß der Festkörperanteil an der Korbwandung von Zeit
zu Zeit entfernt werden muß, so daß die Trennung von Fest
körper und Flüssigkeit vorübergehend angehalten werden muß,
wann immer der Festkörperanteil an der inneren Korbwandung
seinen Maximalwert erreicht hat.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich
in Verbindung mit
einem Zentrifugal-Separator mit einem statio
nären Gehäuse, einem beweglichen inneren Korb, der drehbar
in dem stationären Gehäuse mit einer Antriebswelle gestützt
ist, wobei der Korb eine nichtperforierte zylindrische Wand
und ein radförmiges Bodenteil aufweist, sowie einer Luft
düse, deren Öffnung dem radförmigen Bodenteil gegenüber
liegt. Das radförmige Bodenteil umfaßt ein ringförmig umlau
fendes Bauteil, einen kreuzförmigen Arm, der einstückig an
dem ringförmigen Bauteil angeformt ist, und Öffnungen, wel
che zwischen dem kreuzförmigen Arm und dem ringförmigen Bau
teil definiert sind, wobei jede Innenwand der Öffnungen ver
tikal so geneigt ist, daß das Abgeben von Festkörperanteilen
in Richtung des bodenseitigen Endes erleichtert wird.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung
kann der Zentrifugal-Separator weiterhin eine Vorrichtung
zum Erfassen des Maximalpegels oder Füllstandes des Festkör
peranteils an der Korbwandung aufweisen, wobei diese Vor
richtung automatisch den Zentrifugiervorgang des Korbes, so
wie die Zufuhr von Schmutzwasser unterbricht, und eine Vor
richtung zum Entfernen des an der Korbwandung anhaftenden
Festkörperanteiles.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsge
mäßen Vorrichtung wird dem gebrauchten Schlammwasser
und/oder dem industriellen Abwasser ein Flockungsmittel
zugesetzt, um Schlammpartikel-Ausflockungen zu bilden und
diese Ausflockungen werden von dem Schlammwasser und/oder
Abwasser mittels des Zentrifugen-Separators getrennt, der in
dem ersten Betriebsmodus arbeitet. Die ausgefällten oder
abgetrennten Flocken werden in dem Korb des Zentrifugen-
Separators abgeschieden und verfestigt. Der abgetrennte
Flüssigkeitsteil des gebrauchten Wassers wird mittels der
Flüssigkeits-Reinigungseinheit gefiltert, um weitere Verun
reinigungen zu entfernen und dann abgegeben.
Alternativ kann das hochdichte verschmutzte Wasser mit hoher
Schmutzfracht, welches beispielsweise beim hydromechanischen
Ausschachten anfällt, in den Zentrifugen-Separator ohne
vorherige Behandlung eingebracht werden, wobei der Separator
in einem zweiten Betriebsmodus arbeitet. Schlammpartikel
werden aus dem Schlammwasser separiert und durch die
Zentrifugalwirkung verfestigt. Der abgetrennte Flüssigkeits
anteil des Schlammwassers wird in einem dritten Reservoir
zwischengelagert und als Stabilisierungsflüssigkeit beim
hydromechanischen Ausschachten erneut verwendet.
In beiden Arbeitsmoden wird der von dem Separator abge
trennte Festkörperanteil in die Behandlungseinheit für den
Festkörperanteil gebracht, dort dehydratisiert und in Form
von entwässerten bzw. getrockneten Filterkuchen ausgebracht,
welche problemlos beispielsweise als Schütt- oder Dämmate
rialien beispielsweise für Arbeiten im Küstenbereich
entsorgt werden können.
Der Zentrifugal-Separator kann den Trenn
vorgang von Festkörpern und Flüssigkeiten ohne besondere
Totzeiten durchführen. Die Bodenseite des inneren Korbes des
Separators weist die Öffnungen auf, welche zwischen dem
kreuzförmigen Arm und dem ringförmig umlaufenden Teil defi
niert sind, wobei sich die Innenwand einer jeden Öffnung in
Richtung des bodenseitigen Endes vertikal erweitert. Die
Festkörperanteile, also beispielsweise die ausgefällten und
verfestigten Flocken und Suspensionsanteile können problem
los entlang den Innenwänden nach unten fallen, welche sich
nach unten erweitern, wobei dieses Nachuntenfallen durch die
Zentrifugalkraft und die Luftströmung von der Luftdüse un
terstützt wird. Da die Festkörperanteile problemlos aus dem
inneren Korb entfernt werden können, kann der Abtrennvorgang
oder das Ausfällen der Festkörper aus der Flüssigkeit für
eine lange Zeitdauer durchgeführt werden. Selbst wenn die
Öffnungen durch die Festkörperanteile verstopft werden soll
ten, ist es noch möglich, mittels einer Sensoreinrichtung
oder -vorrichtung den Maximalpegel des Festkörpers oder der
Festkörperanteile zu erfassen, welche sich im Korb angesam
melt haben. Diese Sensorvorrichtungen können dann automa
tisch den Zentrifugiervorgang des Korbes und die Zufuhr von
Schmutzwasser unterbrechen. Weiterhin kann in dem Fall, in
dem der Separator mit einer Einrichtung zum Entfernen der
Festkörper aus dem Korb ausgestattet ist, das Entfernen der
Festkörper automatisch von den Sensorvorrichtungen gestartet
werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich,
Schlamm- oder Schmutzwasser oder industrielles Abwasser pro
blemlos zu dehydratisieren, um das Gewicht für eine Endlage
rung oder Entsorgung zu verringern.
Weiterhin ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, den
geeignetsten Zeitpunkt zum Entfernen der Festkörperanteile,
welche sich innerhalb der Vorrichtung im Laufe der Zeit an
sammeln, zu erfassen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch das gesamte System zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schlamm-
und Abwasserbehandlung;
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch eine Ausführungs
form eines mit der Erfindung arbeitenden Separators;
Fig. 3 eine Draufsicht von oben auf das radförmige Bo
denteil des in Fig. 2 gezeigten Separators;
Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie B-B in Fig. 3;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des radförmigen Bo
denteils von Fig. 3;
Fig. 7 einen Teil-Schnitt durch den
Separator mit einer Entfernungsvorrichtung für
den Festkörperanteil;
Fig. 8 eine teilweise in Schnittdarstellung wiedergege
bene der Entfernungsvorrichtung von Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Gesamtsystems
eines Behandlungsprozesses gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Schlamm- und
Abwasserbehandlung;
Fig. 10 eine Modelldarstellung zur Erläuterung der Ko
agulation;
Fig. 11 eine Modelldarstellung zur Erläuterung der
Flockung;
Fig. 12 eine graphische Darstellung eines Vergleichs der
Gesamtinhalte vor einem Dehydratisierungsvorgang
und nach einem Dehydratisierungsvorgang gemäß
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 schematisch das Gesamtsystem eines weiteren Be
handlungsprozesses für das erfindungsgemäße Ver
fahren zur Schlamm- und Abwasserbehandlung;
Fig. 14 in einer graphischen Darstellung die Vertei
lungskurve von Schlammpartikeln in Schlammwasser
vor der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 15 eine der Fig. 14 ähnliche Darstellung der Ver
teilungskurve von Schlammpartikeln in Schlamm
wasser nach der Behandlung gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 16 eine graphische Darstellung von Vergleichsdaten
unterschiedlicher Partikel-Separationsverfahren;
Fig. 17 eine graphische Darstellung der Partikelgrößen-
Verteilungskurve für Bentonit;
Fig. 18 eine teilweise Schnittdarstellung einer weiteren
Ausführungsform eines Separa
tors mit einer Maximalpegel-Sensoreinrichtung;
Fig. 19 eine vergrößerte Schnittdarstellung der in Fig.
18 gezeigten Sensoreinrichtung;
Fig. 20 eine Draufsicht der in Fig. 18 gezeigten Sensor
einrichtung; und
Fig. 21 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch eine
Fehlbetrieb-Schutzeinrichtung für die in Fig. 18
gezeigte Sensoreinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltungsform eines erfin
dungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung von Schlamm- und/oder
Abwasser. Die Darstellung von Fig. 1 zeigt zwei Behandlungs
systeme, von denen eines eine Dehydratisierungs-Behandlung
oder Entwässerungsbehandlung ist, um den Wasseranteil von
Schlammwasser zu verringern oder um das Schlammwasser,
welches z. B. beim hydromechanischen Ausschachten oder als
Industrieabwasser anfällt, zur Entsorgung zu dehydratisie
ren, und das andere System ist eine Regenerationsbehandlung,
um das spezifische Gewicht des beim hydrodynamischen Aus
schachten einmal verwendeten Schlammwassers im selben oder
in einem anderen Verfahren erneut zu verwenden. Das
Entwässerungs-Behandlungssystem ist somit speziell für
Schmutz- oder Abwasser aus Grabungsarbeiten und für
industrielles Abwasser, um dieses Wasser vor einem Abgeben
an die Umwelt entsprechend zu behandeln und das Regenera
tionssystem ist für das Spül- oder Stützwasser beim hydrome
chanischen Ausschachten, um dieses Wasser wieder auf zuarbei
ten und erneut einsetzen zu können.
Das Entwässerungssystem umfaßt ein erster Reservoir 1a, in
welchem Schlamm- und industrielles Abwasser (nachfolgend als
"Abwasser" bezeichnet) zwischengelagert wird, sowie eine
Fluidpumpe 2, welche das Abwasser aus dem Reservoir 1a über
eine Leitung 3 in einen Neutralisationstank 4 fördert. Der
Neutralisationstank 4 wird von einem weiteren Reservoir 5
mit einer bestimmten Menge eines Koaguliermittels beschickt.
Das Koaguliermittel wird bei dem Ausführungsbeispiel aus
einer Sulfatgruppe ausgewählt, wobei beispielsweise PAC,
Kalziumchlorid oder ein Sulfat in Frage kommt.
Am Boden des Neutralisationstankes 4 ist eine weitere Pumpe
6 angeordnet, welche mit einer Leitung 7 in Verbindung
steht. Die Leitung 7 führt zu einem ersten Mischer 8, einem
ersten Reaktionszylinder 9, einem zweiten Mischer 10 und
einem zweiten Reaktionszylinder 11. Der zweite Reaktionszy
linder 11 ist über eine Leitung 12 mit einem Zentrifugal-
Separator 13 verbunden.
Das System beinhaltet weiterhin erste und zweite Ausfloc
kungseinheiten, um ein hochmolekulares Flockungsmittel der
Leitung 7 zuzufügen, so daß feine Partikel ausflocken. Die
erste Flockungseinheit besteht aus einem Flockungsmittel-Re
servoir 14 und einer Pumpe 15 vor dem Mischer 8 und die
zweite Flockungseinheit besteht aus einem Reservoir 16 und
einer Pumpe 17 nach dem ersten Reaktionszylinder 9. Der Se
parator 13 ist über eine Leitung 29 mit einem Reinigungstank
20 verbunden. In dem Tank 20 ist eine Pumpe 21 vorgesehen,
welche über eine Leitung 22 aus dem Tank 20 fördert. Weiter
hin ist der Separator 13 über eine Leitung 23 mit einer Be
handlungseinheit 24 für Festkörper verbunden.
Auf der anderen Seite weist das Regenerationssystem ein
zweites Reservoir 1b, in welchem sich Schlammwasser befin
det, welches von hydrodynamischen Ausschachtungsarbeiten
herrührt und welches nachfolgend als "gebrauchtes Wasser"
bezeichnet wird. Eine Pumpe 18 fördert das gebrauchte Wasser
über eine Leitung 19 in den Separator 13. Der Separator 13
ist mit einem Reservoir 26 für behandeltes Wasser verbunden,
welches mit einer Leitung 25 den vom Separator 13 behandel
ten flüssigen Anteil aufnimmt. Dieser flüssige Anteil wird
über eine Pumpe 27 und eine Leitung 28 einer in der Zeich
nung nicht dargestellten Wiederverwertungsanlage zugeführt,
um das Stütz- oder Spülwasser für die hydromechanischen
Abteufarbeiten erneut bereitzustellen.
Der Separator 13 ist mit einer Schalteinrichtung versehen
(nicht dargestellt), um alternativ mit den Leitungen 12 und
29 des Dehydratisierungssystemes oder den Leitungen 19 und
25 des Regenerationssystems verbunden zu werden.
Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine Ausfüh
rungsform des Zentrifugen-Separators 13 in der erfindungsge
mäßen Vorrichtung bzw. für das erfindungsgemäße Verfahren.
Der Separator 13 umfaßt im wesentlichen ein stationäres Ge
häuse 31 und eine bewegliche innere Trommel oder einen be
weglichen inneren Korb 39, der in dem Gehäuse 31 drehbeweg
lich auf gehängt ist, um das Schmutzwasser oder gebrauchte
Wasser in einen Festkörperanteil und einen Flüssigkeitsan
teil aufgrund der Zentrifugalkraft auf zuteilen, die erzeugt
wird, wenn der Korb 39 sich dreht.
Das stationäre Gehäuse 31 umfaßt ein zylindrisches Außen
teil, einen oberen Deckel und ein Bodenteil mit einem Auslaß
32 zur Abgabe des Festkörperanteils. Das zylindrische Außen
teil ist mit einem Auslaß 50 nahe dem Bodenteil versehen, um
den Flüssigkeitsanteil abzuführen, der aus dem inneren Korb
39 stammt. Der obere Deckel ist mit einer Einlaßleitung 33
versehen, durch welche das Ab- oder Schmutzwasser oder ge
brauchte Wasser in den Korb 39 eingebracht wird, sowie mit
einem Lagerkäfig 35, welcher eine Drehwelle 34 drehbar
führt. Ein Ende der Drehwelle 34 erstreckt sich nach oben
durch den Deckel des Gehäuses 31 und ist mit einem in der
Zeichnung nicht näher dargestellten Antriebsmechanismus,
beispielsweise einem Elektromotor verbunden und das andere
Ende der Drehwelle 34 ist mit einem radförmigen Bodenteil 42
des Korbes 39 verbunden, um diesen drehbeweglich innerhalb
des Gehäuses 31 zu führen bzw. auf zuhängen.
Der innere Korb 39 umfaßt weiterhin eine nichtperforierte
zylindrische Wand beispielsweise aus rostfreiem Stahl, eine
obere kreisförmige Platte 40, eine untere kreisförmige
Platte 41 und das radförmige Bodenteil 42.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen das radförmige Bodenteil 42 im De
tail. Das Bodenteil 42 umfaßt ein ringförmig umlaufendes
Teil 36, einen im wesentlichen kreuzförmigen Arm 37 und
einen Mittenabschnitt 38, der an der Antriebswelle 34 befe
stigt ist. Gemäß Fig. 3 definieren das ringförmig umlaufende
Teil 36, der kreuzförmige Arm 37 und der Mittenabschnitt 38
vier turbinenschaufelartige Öffnungen 42a, welche bezüglich
der Achse des Bodenteils 42 geneigt sind. Fig. 5 zeigt einen
vertikalen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3. Jede
Speiche oder jeder Arm des kreuzförmigen Armes 37 weist ver
tikal geneigte Wände 37a auf. Mit anderen Worten, der kreuz
förmige Arm 37 ist ähnlich geformt wie eine Schiffsschraube,
wie am besten aus Fig. 6 hervorgeht. Um das Bodenteil 42 ru
hig um eine mittige Bohrung 43 drehen zu können, in welcher
das Ende der Antriebswelle 34 geführt ist, sind die Armab
schnitte oder Speichen des kreuzförmigen Armes 37 bezüglich
der mittigen Bohrung 43 konzentrisch oder auch symmetrisch
ausgebildet. Der Neigungswinkel der Wände 37a und 36a liegt
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30° bis 45°. Bei der
dargestellten Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel der
Wand 36a des ringförmigen Teils 36 30° und der Neigungswin
kel der Wand 37a des Armes 37 beträgt 45°. Der Armabschnitt
des kreuzförmigen Armes 37 ist mit einer abgerundeten Kante
44 versehen, um zu verhindern, daß der Arm 37 in langge
streckten Abfallmaterialien stecken bleibt. Die geneigte
Wand 36a des Bauteiles 36 erweitert sich in Richtung des Bo
denendes, wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht. Das radför
mige Bodenteil 42 wird gemäß Fig. 3 in Uhrzeigerrichtung ge
dreht.
Wenn der Innenkorb 39 gedreht wird, wird der Festkörperan
teil durch die Zentrifugalkraft aus dem Schmutzwasser oder
gebrauchten Wasser abgetrennt und Teile des Festkörperantei
les fallen in die Öffnungen 42a des Bodenteils 42. Die
Festkörperanteile werden nach unten entlang der geneigten
Wände 36a und 37a während der Drehung des inneren Korbes 39
gefördert. Dies verhindert, daß sich die Öffnungen 42a mit
den Festkörperanteilen langsam zusetzen.
Gemäß Fig. 2 umfalt der Separator 13 weiterhin eine Luftdüse
45 zum Einblasen von Luft in Richtung der Öffnungen 42a. Die
Luftdüse 45 ist mit einem Kompressor 46 über eine Leitung 47
und ein Rohr 48 in Verbindung, wobei mit dem Rohr 48 die
Düse 45 an dem Lagerkäfig 35 befestigt wird. Die unter Druck
eingeblasene Luft erleichtert ebenfalls das glatte Abführen
der Festkörperanteile aus den Öffnungen 42a.
Fig. 7 zeigt, daß der Separator 13 weiterhin mit einer Ent
fernungsvorrichtung für den Festkörperanteil ausgestattet
werden kann. Die Entfernungsvorrichtung umfaßt eine Schwenk
welle 51, welche drehbar in dem Gehäuse 31 gehalten ist,
Arme 52, welche sich horizontal von der Welle 51 aus er
strecken und einen Kratzer 53, der an den Armen 52 befestigt
ist. Der Kratzer 53 weist eine gezahnte Kante 53a auf, wel
che der inneren Oberfläche des Korbes 39 gegenüberliegt. Die
vertikale Länge der gezahnten Kante 53a ist etwas kürzer als
die innere Höhe des Korbes 39, so daß die Kante 53a in den
Korb 39 paßt. Die Entfernungsvorrichtung umfaßt weiterhin
eine bogenförmige Klinge 54 (Fig. 8). Die Klinge 54 ist am
unteren Ende des Kratzers 53 befestigt, so daß die Klinge 54
dem Kratzer 53 folgt. Die Schwenkwelle 51 der Entfernungs
vorrichtung kann durch einen hydraulisch betätigten Zylinder
zwischen einer Kratzposition und einer Warteposition ver
schwenkt werden. Die Kratzposition ist in Fig. 8 mit durch
gezogenen Linien dargestellt und die Warteposition mit
strichpunktierten Linien. Die Warteposition wird eingenom
men, wenn Schmutzwasser oder gebrauchtes Wasser in den Sepa
rator 13 eingebracht wird. In der Kratzposition wird der
Kratze 53 nahe der inneren Oberfläche des Korbes 39 angeord
net, um den an der inneren Oberfläche des Korbes 39 abge
setzten Festkörperanteil abzukratzen oder abzustreifen. Der
vom Kratzer 53 entfernte Festkörperanteil wird entlang der
Klinge 54 bewegt und durch die Öffnungen 42a durch die Dre
hung des Korbes 39 aus dem Separator 13 entfernt.
Die Entfernungsvorrichtung ist natürlich nicht auf das dar
gestellte Ausführungsbeispiel mit dem Kratzer 53 beschränkt;
andere Mechanismen können - gegebenenfalls entsprechend mo
difiziert - ebenfalls beim Separator 13
verwendet werden.
In dem Separator 13 mit dem oben genannten Aufbau wird der
innere Korb 39 mit etwa 700 bis 800 Umdrehungen pro Minute
in Rotation versetzt, um eine Zentrifugalkraft von etwa 400
bis 600 g (400- bis 600-fache Erdbeschleunigung) auf das
eingebrachte Schmutzwasser oder auf das gebrauchte Wasser
aufzubringen, und Festkörperpartikel größer als der
Klassifikationspunkt von 10 Mikron (= Mikrometer = µ) werden
sofort an dem inneren Korb 39 durch die Zentrifugalkraft
niedergeschlagen und komprimiert. Zur gleichen Zeit über
strömt der flüssige Anteil die obere Kante des Korbes 39 und
wird durch den Auslaß 50 abgeführt. In dem Dehydratisie
rungs-Modus wird der flüssige Anteil über die Leitung 29 dem
Tank 20 zugeführt. Im Regenerations-Modus wird der flüssige
Anteil über die Leitung 25 dem Reservoir 26 für behandeltes
Wasser zugeführt.
Bei dem Auskratz- oder Ausschabvorgang wird der innere Korb
39 mit ungefähr 300 Umdrehungen pro Minute gedreht. Der in
den Öffnungen 42a haftende Festkörperanteil wird durch eine
Kombination der Zentrifugalkraft und der geneigten Wände ei
ner nach unten gerichteten Kraft unterworfen, wobei dies
noch durch Luftdruck von der Luftdüse 45 unterstützt wird.
Aus diesem Grund kann der Festkörperanteil problemlos zu je
der Zeit ungeachtet einer hohen oder geringen Drehgeschwin
digkeit aus dem Korb 39 entfernt werden. Mit anderen Worten,
der Separator 13 kann von Festkörperanteilen gereinigt wer
den, während die Drehzahl des Separators 13 auf einer rela
tiv hohen Geschwindigkeit bleibt. Hierdurch kann die Zeit
dauer für jeden Ausschabvorgang verringert werden und die
Arbeitsleistung verbessert werden. Die beschriebene Ausfüh
rungsform ist besonders wirksam für Schlammwasser, welches
klebrig-zähe Festkörperanteile wie beispielsweise Schlick
enthält, der dazu neigt, an den Öffnungen 42a zu haften.
Da der innere Korb 39 eine nichtperforierte zylindrische
Wand aufweist, kann der Separator 13 wirksam mit allen Typen
von Schmutzwasser und gebrauchtem Wasser ungeachtet von je
weiligem spezifischem Gewicht oder Viskosität verwendet wer
den. Weiterhin kann der Separator 13 vergleichsweise preis
wert hergestellt werden, da sein Aufbau einfach ist.
Ein bevorzugtes Beispiel eines Dehydratisierungs- oder Was
serentzugsvorganges gemäß der vorliegenden Erfindung wird
nun nachfolgend erläutert. Wie bereits erwähnt, weist der
Dehydratisierungs-Vorgang - um den Wasseranteil von Schlamm
wasser oder industriellem Abwasser zu reduzieren, um so die
Endlagerung zu erleichtern - den Koagulations- und/oder
Flockungsschritt auf, um das Koagulant und/oder das Floc
kungsmittel dem Wasser zuzuführen, um Ausflockungen der fei
nen Schlammpartikel zu erzeugen und den Trennungsschritt, um
das Schmutzwasser in den Festkörperteil und den flüssigen
Teil zu trennen, was durch den bereits beschriebenen Separa
tor erfolgt. Das industrielle Abwasser oder gebrauchte Was
ser kann beispielsweise von Erdarbeiten, Baggerarbeiten, In
dustrieanlagen und dergleichen mehr stammen. Das Koagulieren
und/oder Ausflocken dient dazu, die in dem Wasser schweben
den Partikel zu größeren Partikelformationen zusammenzubrin
gen, was durch Koagulation und/oder Brückenbildung der
feinstverteilten Partikel erfolgt.
Fig. 9 zeigt einen typischen Prozeß zur Durchführung des
Dehydratisierungsbetriebs unter Verwendung des vorstehend
beschriebenen Separators 13. Das zu behandelnde Wasser wird
dem ersten Reservoir 1a zugeführt und von dort über die Lei
tung 3 und die Pumpe 2 in den Neutralisationstank überge
leitet. Im Neutralisationstank 4 wird dem Wasser eine be
stimmte Menge eines geeigneten Sulfates (sulfate band) von
dem Reservoir 5 zugeführt, so daß das Wasser neutralisiert
und die Schlammanteile koaguliert werden. Fig. 10 veran
schaulicht schematisch diesen Koagulationsvorgang. Feine
Partikel R mit negativen Ladungen werden durch das Koagulans
G mit positiven Ladungen neutralisiert, um die gegenseitige
Abstoßungskraft zu schwächen. Die einander nurmehr schwach
abstoßenden Partikel R neigen daraufhin dazu, einander an
zunähern und aneinander zu haften. Das koagulierte Wasser
wird dann mit der Pumpe 6 durch die Leitung 7 in dem Tank 4
weitergefördert. Dem koagulierten Wasser wird dann ein er
ster Zuschlag von hochmolekularem inorganischem Flockungs
mittel aus dem Reservoir 14 zugeführt. In dem Mischer 8 wird
das Wasser mit dem Flockungsmittel durchmischt und zur Reak
tion in den ersten Reaktionszylinder 9 gebracht. Danach wird
dem Wasser ein zweiter Zuschlag des hochmolekularem Floc
kungsmittels aus dem Reservoir 16 zugeführt. Das hochmoleku
lare Flockungsmittel wird in geeigneter Weise ausgewählt,
abhängig von den chemischen und physikalischen Eigenschaften
des zu behandelnden Wassers. Das Flockungsmittel kann katio
nisch, nichtionisch und anionisch sein. Nach einem zweiten
Mischvorgang in dem Mischer 10 und einer darauffolgenden Re
aktion in dem zweiten Reaktionszylinder 11 wird das so vor
behandelte Wasser über die Leitung 12 dem Separator 13 zuge
führt. Durch das Wiederholen des Misch- und Reaktionsvorgan
ges werden feinste Partikel von unter 10 µ absorbiert und zur
Brückenbildung angeregt, um den Flockungsvorgang zu verstär
ken. Dieser Vorgang ist in Fig. 11 dargestellt. Ein Zweig
des hochmolekularen Flockungsmittels K wird an einem der
Schlammpartikel R absorbiert. Ein weiterer Zweig des Floc
kungsmittels stellt dann eine Brückenbildung zu einem weite
ren Flockungsmittel her. Diese Absorptions- und Brückenbil
dungsvorgänge werden innerhalb relativ kurzer Zeitdauer
durch die Misch- und Reaktionsschritte wiederholt, um
Flocken bzw. Ausflockungen zu erzeugen.
Der Separator 13 wird durch eine geeignete Schaltvorrich
tung, beispielsweise ein Schaltventil in den Entwässerungs
bzw. Dehydratisierungs-Modus gebracht. Die Ausflockungen in
dem Schmutzwasser werden von dem flüssigen Anteil des
Wassers durch die Zentrifugalkräfte in dem Korb 39, der in
dem Separator 13 gedreht wird, getrennt. Die ausgeflockten
Bestandteile werden an der zylindrischen Innenwand des Kor
bes 39 abgeschieden und verdichtet. Der von dem Separator 13
abgehende flüssige Anteil des Schmutzwassers wird über die
Leitung 29 dem Reinigungstank 20 zugeführt. In dem Reini
gungstank 20 werden der Flüssigkeit noch verschiedene
Additive zugeführt, beispielsweise Mittel zur Einstellung
des pH-Wertes, wonach ein Filtervorgang durchgeführt
wird. Die so behandelte Flüssigkeit kann dann über die
Leitung 22 in das öffentliche Kanalnetz, ein freifließendes
oder stehendes Gewässer oder in das Grundwasser abgegeben
werden.
Die komprimierten Ausflockungen, das heißt der aus dem Was
ser abgetrennte Festkörperanteil wird über die Leitung 23
der Behandlungseinheit 24 zugeführt. In der Behandlungsein
heit 24 wird der Festkörperanteil weiterbehandelt, um einen
getrockneten filterkuchenartigen Körper zu bilden, der als
wiederverwendbarer Stoff eingesetzt werden kann, da er sich
von Industrieabfall-Schlamm ganz erheblich unterscheidet.
Der getrocknete Filterkuchen kann beispielsweise durch Son
neneinwirkung noch weiter getrocknet werden und mit natürli
chem Erdreich oder Sand gemischt werden. Da der getrocknete
Filterkuchen aus der Einheit 24 in Form eines weitestgehend
trockenen Erdreiches vorliegt und weitestgehend frei von
Flüssigkeit ist, kann er einfach und ohne große Kosten ge
handhabt und transportiert werden.
Fig. 12 zeigt in einer graphischen Darstellung den Vergleich
des Flüssigkeitsanteiles in dem Abwasser oder Schmutzwasser
vor der Dehydratisierung und nach der Dehydratisierung.
5,25 m³ Schmutzwasser mit einem spezifischen Gewicht von 1,15
wurde durch den Dehydrationsvorgang auf 1 m³ verringert. Dies
bedeutet, daß der Flüssigkeitsanteil von 4,79 m³ auf 0,54 m³
verringert wurde, während der Festkörperanteil von 0,46 m³
konstant blieb.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Regenerations-Behandlung wird nachfolgend näher beschrieben.
Wie bereits erwähnt, entfernt diese Regenerationsbehandlung
Schlammpartikel größer als 10 µ aus dem gebrauchten Schlamm
wasser, um dieses gebrauchte Schlammwasser, welches hohes
spezifisches Gewicht hat, erneut verwenden zu können. Fig.
13 zeigt einen typischen Prozeß, der bei der Regeneration
zusammen mit dem Separator 13 verwendet wird. Hierbei wird
das beispielsweise beim hydromechanischen Abteufen als Ton
spülung verwendete Wasser, welches mit Feinstschlamm aus
z. B. Bentonit, dem sogenannten Schleim, vermischt ist, dem
zweiten Reservoir 1b zugeführt und von dort über die Pumpe
18 und die Leitung 19 dem Separator 13 zugeführt. Der Sepa
rator 13 wird wieder mit einer geeigneten Schalteinrichtung
in den Regenerations-Modus geschaltet. Die Schlammpartikel
und der Schleim in dem gebrauchten Wasser werden unter
Einwirkung der Zentrifugalkraft in dem Innenkorb 39 von dem
flüssigen Anteil getrennt. Die Schlammpartikel und der
Schleim werden an der Innenwand des Korbes 39 gesammelt bzw.
niedergeschlagen und verdichtet. Der im Separator 13 abge
trennte Flüssigkeitsanteil wird über die Leitung 25 dem
Reservoir 26 zugeführt. Über die Pumpe 27 und die Leitung 28
wird das so regenerierte Wasser einer in der Zeichnung nicht
näher dargestellten entsprechenden Wiederverwertungsanlage
zugeführt, wo das Wasser entsprechend nachbereitet wird, um
dann wieder in den hydromechanischen Prozeß rückgeführt zu
werden.
Der komprimierte Festkörperanteil aus dem Wasser wird über
die Leitung 23 der Behandlungseinheit 24 zugeführt und dort
auf gleiche Weise wie in dem Dehydratisierungs-Modus weiter
behandelt.
Die Festkörper-Entfernungsvorrichtung gemäß Fig. 7 wird in
regelmäßigen Intervallen betrieben, bevor der Festkörperan
teil in dem Korb 39 den Maximal-Füllstand oder Maximalpegel
erreicht hat. Alternativ hierzu kann die Entfernungseinrich
tung abhängig von einem Signal betätigt werden, welches von
einer Sensoreinrichtung oder Fühlervorrichtung kommt, welche
den Maximalpegel oder einen bestimmten Pegel des Festkörper
anteils im Separator 13 erfaßt. Zum Entfernen des Festkör
peranteils wird der Korb 39 mit 100 bis 300 Umdrehungen pro
Minute gedreht.
Der durch die Regenerations-Behandlung unter Verwendung des
vorstehend beschriebenen Zentrifugen-Separators bewirkte
Effekt läßt sich anhand der nachfolgenden Tabelle erläutern.
Die Tabelle zeigt die Vergleichsdaten zwischen dem spezifi
schen Gewicht von gebrauchtem Schlammwasser vor und nach der
Regenerations-Behandlung. Vergleicht man die Durchschnitts
werte von 1,110 und 1,046 wird klar, daß mit der
Regenerationsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung das
spezifische Gewicht von gebrauchtem Schlammwasser wirksam
auf den nötigen niedrigen Wert gesenkt werden kann.
Fig. 14 zeigt die Verteilungskurve der Schlammpartikel in
dem gebrauchten Wasser vor der Regenerationsbehandlung und
Fig. 15 zeigt die gleiche Kurve nach der Behandlung. Die
Partikel in dem gebrauchten Wasser nach der Regenerationsbe
handlung gehören praktisch vollständig in den Bereich unter
10 µ. Die Partikel größer als 10 µ sind durch den Separator 13
gemäß der vorliegenden Erfindung praktisch vollständig ent
fernt worden. Dies bedeutet, daß der Separator 13 eine
Regenerationsbehandlung bis zu 10 µ ermöglicht.
Fig. 16 zeigt den Vergleich zwischen dem Separator gemäß der
vorliegenden Erfindung und anderen unterschiedlichen her
kömmlichen Abscheide- bzw. Separationsverfahren. Die vorlie
gende Erfindung kann auf einem extrem weiten Bereich von
Partikelgrößen angewendet werden, und zwar unabhängig davon,
ob beispielsweise feiner Sand oder Schlick vorliegt. Der
Wasseranteil des anfallenden Festkörpers liegt zwischen 20
und 30%.
Fig. 17 zeigt die Verteilungskurven der Partikelgrößen von
Bentonit in dem gebrauchten Wasser. Gemäß der Darstellung
von Fig. 17 liegt die Partikelgröße u von Bentonit praktisch
vollständig im Bereich von 10 µ oder darunter. Da der Separa
tor gemäß der vorliegenden Erfindung die Schlammpartikel
oberhalb 10 µ, also beispielsweise den Schleimanteil prak
tisch vollständig aus dem Wasser entfernt, kann die Wirkkom
ponente in dem Wasser, das heißt Bentonit in dem behandelten
Wasser bleiben, so daß das Wasser für eine nachfolgende Wie
dereinbringung in den hydromechanischen Abteufprozeß ge
eignet ist. Wird das gebrauchte Wasser nicht der erfindungs
gemäßen Behandlung unterworfen, muß das Wasser, welches ein
zu hohes spezifisches Gewicht hat, praktisch vollständig
entsorgt werden, und eine neu hergestellte Tonspülung muß
kontinuierlich in den Prozeß eingebracht werden. Das Wasser
behandlungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann so
mit ganz erheblich zur Kosteneinsparung beitragen.
Obwohl der Separator 13 die Partikel von größer als 10 µ ent
fernt, werden die Partikel von unter 10 µ nach und nach mehr
werden, so daß das spezifische Gewicht des gebrauchten Was
sers auch nach dem Regenerationsvorgang unerwünscht hoch
ansteigen wird. Dieses Wasser wird dann schließlich
der Dehydratisierung gemäß der vorliegenden Erfindung unter
worfen und entsorgt.
Fig. 18 zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine modifi
zierte Ausführungsform des Separators 13,
der mit einer Sensoreinrichtung 60 ausgestattet ist, mit der
ein bestimmter Maximalpegel des sich in dem Korb 39 ansam
melnden Festkörperanteils erfaßt werden kann. Die Fig. 19
und 20 zeigen diese Sensoreinrichtung von der Seite und in
Draufsicht. In den Fig. 18 bis 20 bezeichnen gleiche Bezugs
zeichen gleiche oder einander entsprechende Elemente oder
Teile wie in dem Separator 13 von Fig. 2 und eine nochmalige
Erläuterung dieser Elemente oder Teile kann entfallen.
Die Sensoreinrichtung 60 umfaßt einen Drehschalter 61, der
an der oberen Oberfläche des stationären Gehäuses 31 ange
ordnet ist, einen Grenzschalter 62, der abwechselnd ein- und
ausgeschaltet wird als Antwort auf eine Drehung des Dreh
schalters 61, eine mittige Stange 63, deren eines Ende mit
dem Drehschalter 61 verbunden ist und deren anderes Ende
sich in den Korb 39 erstreckt und eine Mehrzahl von Sensor
platten 64, die an der Stange 63 in vertikaler Richtung ver
laufend befestigt sind. Der Drehschalter 61 ist drehbar auf
einem Stützteil 65 geführt, welches an der oberen Oberfläche
des Gehäuses 31 angeordnet ist. Das oberste Ende der Stange
63 ist durch eine mittige Öffnung in dem Stützteil 65
geführt und an dem Drehschalter 61 befestigt, so daß der
Drehschalter 61 durch Drehung der Stange 63 in Drehbewegung
versetzt werden kann.
Die Sensorplatte 64 weist eine langgestreckte Formgebung
auf, sie erstreckt sich in horizontaler Richtung und ist an
ihrem freien äußersten Ende mit einer Karbid-Spitze 64a ver
sehen. Vorzugsweise sind wenigstens zwei derartige Sensor
platten 64 gemäß Fig. 18 und 19 vorgesehen, um den Maximal
pegel des Festkörperanteiles 66 korrekt zu erfassen, wenn
sich dieser an der Innenwand des Innenkorbes 39 absetzt.
Zwischen dem Drehschalter 61 und dem Stützteil 65 ist eine
Feder 67 angeordnet, welche den Drehschalter 61 stets in
eine bestimmte Richtung vorspannt bzw. setzt, um zu vermei
den, daß der Drehschalter 61 mit dem Grenzschalter 62 zusam
menstößt.
Eine der Sensorplatten 64, beispielsweise in Fig. 18 die
oberste Sensorplatte, ist mit einer Schutzeinrichtung 68
versehen, welche verhindert, daß die Sensoreinrichtung 60
fehlerhaft arbeitet. Wenn nämlich Anteile des Schlammwas
sers, welche in den Separator 13 gefördert werden, die Sen
sorplatte 64 oder die Sensorplatten 64 treffen, könnte die
Sensoreinrichtung 60 fälschlicherweise betätigt werden. Dies
wird durch die Schutzeinrichtung 68 verhindert.
Fig. 21 zeigt einen typischen Aufbau einer solchen Schutz
einrichtung 68 gegen Fehlbetrieb. Die Schutzeinrichtung 68
umfaßt ein Stützteil 69, welches am rechten Ende der Sensor
platte 64 befestigt ist, ein Lagergehäuse 70, welches von
dem Stützteil 69 über ein ringförmiges Abdichtteil 71 und
Lager 72 geführt ist, und ein Sensorelement 73, welches
mittels Bolzen 74 und Muttern 75 an dem Lagergehäuse 70
befestigt ist. Das Lagergehäuse 70 ist weiterhin mit einer
oberen Platte 76 unter Zwischenschaltung einer Packung 77
und einer unteren Platte 78 versehen, wobei diese obere und
untere Platte 76 und 78 mit dem Lagergehäuse 70 über lange
Bolzen 79 und Muttern 80 befestigt sind.
Gemäß Fig. 18 beinhaltet der Separator 13 weiterhin eine ma
nuelle Sensor- oder Fühleinrichtung 81 zur Erfassung des
Maximalpegels des sich ansammelnden Festkörperanteiles 66.
Diese Fühleinrichtung 81 besteht aus einem Handgriff 82 und
einem Stab 83, wobei ein Ende des Stabes 83 mit dem Hand
griff 82 verbunden ist und das andere Ende 83a um 90° in
Richtung der zylindrischen Innenwand des Korbes 39 abgewin
kelt ist. Der Stab 83 ist dreh- oder schwenkbar in dem
Deckel des Gehäuses 31 geführt. Das abgewinkelte Ende 83a
ist etwas länger als diese Sensorplatte 64, so daß das Ende
83a in Kontakt mit dem Festkörperanteil 66 gerät, wenn
dieser sich langsam ansammelnde Festkörperanteil den Maxi
malpegel erreicht. Mit dem Bezugszeichen 84 ist ein Freiga
behebel bezeichnet, mit dem die Sensoreinrichtung 60 entrie
gelt werden kann, um beispielsweise die Sensorplatten 64,
die Schutzreinrichtung 68 und/oder die Fühleinrichtung 81 zu
überprüfen, zu reinigen oder auszutauschen.
Die Arbeitsweise der Sensoreinrichtung 60 wird nachfolgend
im einzelnen erläutert. Wenn wenigstens eine der Spitzen 64a
der Sensorplatten 64 in Anlage mit dem Festkörperanteil 66
innerhalb des Korbes 39 gerät, wobei der Festkörperanteil 66
zusammen mit dem Korb 39 in dem Gehäuse 31 rotiert, wird die
Drehkraft des Korbes 39 über die betreffende Sensorplatte 64
auf die Stange 63 übertragen. Hierdurch wird der Drehschal
ter 61, der drehfest an der Stange 63 befestigt ist, entge
gen der Kraft der Feder 67 gedreht, um den Grenzschalter 62
einzuschalten. Das Einschaltsignal vom Schalter 62 wird der
Antriebseinheit der Antriebswelle 34 des Separators 13 zuge
führt, um die Drehzahl der Welle 34 auf beispielsweise 100
bis 300 Umdrehungen pro Minute abzusenken und wird gleich
zeitig den Pumpen 2 und 6 zugeführt, wenn der Separator 13
in dem Dehydratisierungs-Modus arbeitet oder der Pumpe 18
zugeführt, wenn der Regenerations-Modus läuft, um den Was
serzufuhrvorgang über die Leitung 33 zu unterbrechen. Danach
wird die Entfernungsvorrichtung für den Festkörperanteil ge
mäß Fig. 7 und 8 in die Kratz- oder Schabposition gebracht,
wo der Kratzer 53 damit beginnt, den Festkörperanteil 66 an
der Innenwand des Korbes 39 abzukratzen. Wenn der Auskratz-
oder Ausschabvorgang abgeschlossen ist, kehrt der Drehschal
ter 61 unter der Kraft der Feder 67 in seine Ausgangslage
zurück und gerät außer Anlage mit dem Grenzschalter 62.
Die Schutzeinrichtung 68 verhindert, daß die Sensoreinrich
tung 60 durch in den Separator 13 einfließende Schmutzwasser
fehlerhaft betätigt wird. Wenn die Schutzeinrichtung 68 von
Wasseranteilen des Schmutzwassers getroffen wird, wird das
Sensorelement 73 durch die auftreffenden Tropfen
in Drehung versetzt, um die entstehenden Kräfte
auf zunehmen. Wenn andererseits der Festkörperanteil 66 sei
nen maximalen Pegel oder Füllstand beinahe erreicht hat oder
bereits überschreitet, wird das Sensorelement 73 der Schutz
einrichtung 68 wiederholt einer größeren Auftreffkraft aus
gesetzt, welche durch Drehung des Sensorelementes 73 nicht
mehr absorbiert werden kann. Somit kann die Sensoreinrich
tung 60 den Maximalpegel entsprechend dein korrekten Zeit
punkt zum Entfernen des Festkörperanteils 66 aus dem Korb 39
korrekt erfassen.
Der Maximalpegel bzw. die Maximal-Ausscheidsdicke kann durch
die manuelle Fühleinrichtung 81 gemäß Fig. 18 ertastet oder
erfaßt werden. Eine Bedienungsperson betätigt den Handgriff
82 der Fühleinrichtung 81, um zu überprüfen, ob das abgewin
kelte Ende 83a bereit in Kontakt mit dem Festkörperanteil 66
ist oder nicht. Da diese manuelle Fühleinrichtung 81 ver
gleichsweise einfachen Aufbau hat, muß die Bedienungsperson
den Handgriff 82 öfters betätigen. Bei diesem manuellen
Fühlvorgang wird auch das Entfernen des Festkörperanteiles
66 von der Bedienungsperson ausgelöst.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann mit dem er
findungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vor
richtung alternativ die Dehydratisierungs-Behandlung von
Schlammwasser und/oder industriellem Abwasser zur Endlage
rung bzw. Entsorgung oder der Regenerations-Vorgang von ein
mal während des hydrodynamischen Ausschachtens oder Abteu
fens verwendeten Schlammwasser durchgeführt werden, um die
ses erneut verwenden zu können, wobei die gleiche Vorrich
tung auf relativ einfache Art und Weise verwendbar ist.
Bei der Dehydratisierung wird das Schlammwasser und/oder in
dustrielle Abwasser mit einem Flockungsmittel versetzt, um
eine Ausflockung der Schlammpartikeln unter 10 µ zu erreichen
und diese ausgeflockten Bestandteile werden dann durch die
Zentrifugalkraft in dem Separator 13 aus dem Wasser ent
fernt. Die ausgetrennten Flocken werden verdichtet und ver
festigt, um trockene Kuchen zu bilden, welche problemlos wie
normaler gewachsener Boden entsorgt werden können. Der abge
trennte Flüssigkeitsanteil des Wassers wird in einer Reini
gungseinheit gefiltert, um noch andere Verunreinigungen zu
entfernen und dann als normales Abwasser abgeführt.
Alternativ hierzu wird bei der Regenerationsbehandlung das
bei der Wassergrabungsarbeit schon einmal verwendete
Schlammwasser mit hohem spezifischen Gewicht in den Separa
tor eingebracht, um die Schlammpartikel größer als 10 µ aus
dem Wasser zu entfernen. Da der abgetrennte Flüssigkeitsan
teil Feinpartikel unter 10 µ nach wie vor aufweist, kann die
abgetrennte Flüssigkeit in besonders vorteilhafter Weise als
Tonspülung oder Bohrspül-Flüssigkeit während des hydromecha
nischen Abteufens erneut verwendet werden.
In beiden Betriebsarten wird der im Separator abgetrennte
Festkörperanteil in die Feststoff-Behandlungseinheit abge
führt, um dort getrocknet zu werden, um getrocknete Filter
kuchen zu bilden, welche problemlos als normales Erdreich
für beispielsweise Aufschüttungsarbeiten an Küsten oder der
gleichen verwendet werden können.
Der Separator kann die Trennung von Fest
körper und Flüssigkeit ohne irgendwelche Unterbrechungen
durchführen. Die Bodenfläche des Innenkorbes im Separator
weist die zwischen dem Kreuzarm und dem kreisförmig umlau
fenden Teil gebildeten Öffnungen auf, von denen jede Innen
wand sich in Richtung der Bodenseite vertikal erweitert.
Durch diese Öffnungen können die Festkörperanteile, also die
ausgefällten und verdichteten Flocken unter
Einwirkung der Zentrifugalkraft und des aus der Luftdüse
austretenden Luftstrahls problemlos entlang der sich nach
unten erweiternden inneren Wände nach unten fallen. Da der
Festkörperanteil praktisch kontinuierlich aus dem Innenkorb
abgeführt werden kann, kann der Trennvorgang von
Festkörperanteil und Flüssigkeitsanteil für eine lange Zeit
dauer fortgeführt werden. Selbst wenn die Öffnungen von dem
Festkörperanteil nach und nach verstopft werden, wird dies
durch die Sensoreinrichtung erfaßt, welche den Maximalstau
pegel des Festkörpers in dem Korb feststellt. Durch die Sen
soreinrichtung kann der Zentrifugationsvorgang des Korbes
und die Zufuhr von Schmutzwasser automatisch unterbrochen
werden. Wenn weiterhin der Separator mit einer Einrichtung
zum Entfernen des Festkörperanteils aus dem Korb ausgestat
tet ist, kann der Entfernungsvorgang des Festkörperanteils
automatisch im Ansprechen auf ein entsprechendes Signal von
der Sensoreinrichtung gestartet werden. Hierbei verhindert
die Schutzeinrichtung, daß die Sensoreinrichtung aufgrund
von Wassertropfen oder dergleichen fehlerhaft anspricht.
Das Dehydratisierungs-System und das Regenerations-System
gemäß der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich
auch unabhängig voneinander bzw. parallel arbeiten, wobei
dann zwei Separatoren eingesetzt werden, beispielsweise
dann, wenn ausgesprochen hohe Mengen von Schlamm- oder
Brauchwasser anfallen.