DE4420210A1

DE4420210A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Feststoffen und hydrophoben Substanzen in Suspension mit Hilfe von Ultraschall-Flotation

Info

Publication number: DE4420210A1
Application number: DE4420210A
Authority: DE
Inventors: Michael Donalies; Michael Mackeprang
Original assignee: DONALIES MICHAEL DIPL CHEM
Current assignee: DONALIES MICHAEL DIPL CHEM
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 1995-12-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Feststoffen und hydro phoben Substanzen in Suspension mit Hilfe von Ultraschall-Flotation, bei dem in der Suspension adhäsive bzw. adsorptive Bindungen zwischen Feststoffen und hydrophoben Substanzen mit Hilfe von Ultraschall gelöst und die abzu trennenden hydrophoben Substanzen anschließend mit Hilfe von aufsteigenden Gasblasen im Flotationsverfahren ausgetragen werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Technik der Flotation ist seit langem ein Verfahren zur Aufbereitung mineralischer Rohstoffe, wie z. B. Erze, Kohlen, Steine und Erden, Industrie- Minerale, und auch eingeführt in der Wasser- und Abwasserbehandlung. Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß manche feinverteilte, in Wasser suspendierte Stoffe die Eigenschaft haben, sich an Gasblasen anzulagern, so daß sie dann an die Suspensionsoberfläche aufsteigen und im Schaum ausgetragen werden können. Es handelt sich also um ein Sortierverfahren, das unterschiedliche Oberflächeneigenschaften von Feststoffen und hydrophoben Substanzen ausnutzt. Diese Oberflächeneigenschaften lassen sich unter Umständen auch mit Hilfe spezieller Chemikalien gezielt steuern.

Ultraschall wird seit Jahren unter anderem dazu eingesetzt, adhäsive bzw. adsorptive Bindungen zu lösen. In diesem Zusammenhang sind mit der Bezeichnung Ultraschall Frequenzen unterhalb 10000 Hz eingeschlossen.

Die DE-PS 7 44 674 schlägt ein Verfahren zur Schwimmaufbereitung von Mineralien vor, bei dem eine Suspension mit Hilfe von Ultraschallwellen behandelt wird. Erze, Kohlen und andere Mineralien sollen durch Ultraschallwellen beeinflußt werden. Während mit Hilfe von Ultraschall die auszutragenden Stoffe abgetrennt werden, soll das Flotationsverfahren dazu dienen, die Stoffe an die Oberfläche der Suspension zu führen und dort als Schaum zur Entnahme anzusammeln. Als Anwendungsgebiet wird lediglich der Bereich des Austragens von Mineralien erwähnt. Die Ultraschall- Behandlung und die Flotation finden in ein und demselben langgestreckten Behälter (Schwimmzelle) statt, deren Baulänge ein Vielfaches der Bauhöhe betragen soll.

In der Sonderabfallwirtschaft, in Recyclingprozessen und in der sogenannten Altlastensanierung besteht ein bisher nur unbefriedigend gelöstes Problem in der Aufbereitung von mit flüssigen und festen hydrophoben Substanzen (z. B. Rohöl, Heizöl, Treibstoffe, Schmierstoffe, Teeröle und Teerpartikel, Druckerschwärze, etc.) behafteten Feststoffen (z. B. Böden, Sande, Schleifschlämme, Flußsedimente, Altpapier, Altkunststoff, etc.).

Zur Aufbereitung von in Wasser suspendierten, mit hydrophoben Substanzen behafteten Feststoffen nutzt man seit einigen Jahren unter anderem auch die Flotation. Zur effektiven Separation von hydrophoben Substanzen müßten aber zunächst adhäsive- bzw. adsorptive Bindungen zwischen hydrophoben Substanzen und Feststoffen gelöst werden, um die hydrophoben Substanzen dann selektiv mittels Flotation abtrennen zu können. Die Abtrennung der hydrophoben Substanzen von den Feststoffen durch mechanische Energie, etwa mit Hilfe von Rührwerken, ist kaum möglich, da hier nur makroskopische Scherkräfte wirken. Noch weniger ist eine Lösung möglich ohne Eintragung von mechanischer Energie, wie bei der pneumatischen Flotation oder der Elektroflotation. Bei nur geringer Abtrennung der hydrophoben Substanzen von den Feststoffen ist die Flotation nicht ausreichend selektiv. Es erfolgt also ein hoher Fehlaustrag.

Eine Abtrennung durch Ultraschall in Verbindung mit einer anschließenden Flotations-Behandlung ist deswegen nicht ohne weiteres erfolgversprechend, weil durch Ultraschalleinwirkung auch und gerade die für die Flotation erforderliche Bindung der auszutragenden Stoffe an Gasblasen aufgehoben und der zum Austrag des Flotats erforderliche Schaum zerstört wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestatten, Ultraschall zur Abtrennung auszutragender Bestandteile in Verbindung mit dem Flotationsverfahren erfolgreich einzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der obigen Art dadurch gelöst, daß die Ultraschall-Behandlung räumlich und/oder zeitlich und/oder prozessual getrennt von der Flotationsbehandlung erfolgt.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß nach dem Abtrennen der auszu tragenden Stoffe deren Verbindung mit aufsteigenden Gasblasen im Zuge der Flotation durch Ultraschall-Einfluß nicht wieder aufgehoben wird und daß der zum Austrag des Flotats notwendige Schaum nicht durch Ultraschall einwirkung zerstört wird.

So kann die Ultraschall-Behandlung beispielsweise räumlich getrennt in einer entfernten Position ein und desselben Flotationsbehälters vorgenommen werden. Bei einem im Durchlauf arbeitenden Verfahren kann sich die Ultraschall-Quelle im Zulauf der Suspension zu einem Flotationsbehälter befinden. Bei einer anderen Lösung kann in einem Suspensionsbehälter, im Zeittakt abwechselnd, eine Ultraschall-Behandlung und Flotationsbehandlung erfolgen.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen, die es gestattet, die Ultraschall-Behandlung räumlich und/oder zeitlich und/oder prozessual getrennt von der Flotationsbehandlung vorzunehmen.

Die Erfindung ist anwendbar über das bei der herkömmlichen Flotation übliche Kornsprektrum hinaus auch auf gröberes Material oberhalb 0,5 mm Korndurchmesser, wenn am Boden der Flotationsvorrichtung eine ent sprechende Räumvorrichtung vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann eine sukzessive Verschlammung des Behälters verhindert werden.

Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich insbesondere zur Aufbereitung der Inhalte von Sandfängen, Fett-, Öl- und Benzinabscheidern, Flußsedimenten etc. Diese Gemische von Wasser, Ölen, Benzin und Fett mit mineralischen Feststoffen (Sand, Schluff, Ton) fallen in den unterschiedlichsten prozentualen Zusammensetzungen in großen Mengen an.

Weiterhin kann die Erfindung eingesetzt werden zur Sanierung von sogenannten Altlasten in Form von kontaminierten Böden und in der Recyclingtechnik, z. B. zur Aufbereitung von Altpapier ("Deinking"), Altkunststoffen, etc. Daneben ist eine Kombination der Erfindung mit den Techniken zum mikrobiologischen Schadstoffabbau möglich.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zugleich das Verfahren sowie die eingesetzte Vor richtung mit einem der Flotation vorgeschalteten Behälter (Konditionierbehälter) erkennbar wird;

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform mit Ultraschall- Behandlung im Zulauf;

Fig. 3 ist eine entsprechende Darstellung einer weiteren Aus führungsform mit Ultraschall-Behandlung im Zulauf;

Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, mit Eintragung der Ultraschall-Energie im unteren Bereich eines Behälters;

Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform, die einige Ab wandlungen gegenüber derjenigen der Fig. 4 enthält;

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit Schlaufenströmung im Behälter;

Fig. 7 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der Erfindung mit einigen abgewandelten Einzelheiten.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einem separaten Konditionierbehälter 10, der am Boden über eine Leitung 12 mit dem Boden eines Flotations behälters 14 verbunden ist. Wie mit der Punktierung innerhalb des Konditionierbehälters 10 angedeutet, wird die entsprechend dem Pfeil 16 in den Konditionierbehälter 10 eingeleitete Suspension entsprechend einem Pfeil 8 mit Ultraschall beaufschlagt und anschließend über die Leitung 12 in den Flotationsbehälter 14 überführt. Im Bodenbereich des Flotationsbehälters 14 wird entsprechend einem Pfeil 18 die Zufuhr von Gas-, insbesondere Luftblasen vorgenommen.

Die Zufuhr von Gas- bzw. Luftblasen wird in Fig. 1 bis 7 schematisch dargestellt (Bezugsziffern 18 bzw. 38) und bezieht sich auf alle Flotationsprinzipien (Rührwerksflotation, pneumatische Flotation, Entspannungsflotation, Elektroflotation, etc.).

Im oberen Bereich des Flotationsbehälters 14 erfolgt der Austrag von Bergen entsprechend einem Pfeil 20 und der Austrag des Flotats entsprechend einem Pfeil 22. Bei dieser Ausführungsform sind somit die Vorgänge der Ultraschall- Behandlung und der Flotation auf zwei von der Suspension nacheinander durchströmte Behälter aufgeteilt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2, in der für Elemente, die bereits in Fig. 1 vorhanden sind, die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, umfaßt wiederum einen Flotationsbehälter 14. An der Unterseite des Flotations behälters 14 tritt eine Leitung 24 ein, die der Zufuhr einer Suspension entsprechend einem Pfeil 26 dient. In die zufließende Suspension wird entsprechend einem Pfeil 28 innerhalb der Leitung 24 Ultraschall-Energie eingetragen. Dadurch erfolgt wiederum die Auftrennung der Bestandteile der Suspension, die anschließend im Bereich des Pfeiles 18 durch Luftblasen- Eintrag und anschließender Flotation in der bereits geschilderten Weise separiert werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist unmittelbar angrenzend an den Flotationsbehälter 14 eine mit diesem verbundene Einlaufkammer 30 vor gesehen, in die eine Suspension entsprechend einem Pfeil 32 von oben eingeleitet wird. Im unteren Bereich besteht eine offene Verbindung 34 zwischen der Einlaufkammer und dem Flotationsbehälter 14. In der Einlauf kammer wird die Suspension entsprechend einem Pfeil 36 und der in der Einlaufkammer gezeigten punktierten Fläche mit Ultraschall-Energie beaufschlagt. Die Pfeile 38 veranschaulichen eine Reihe von Luftdüsen zum Einieiten von Luftblasen am Boden des Flotationsbehälters 14.

Am Boden der Einlaufkammer 30 und des Flotationsbehälters 14 befindet sich im übrigen ein Kettenräumer 40, der es gestattet, sedimentierte Grobstoffe am Boden des Behälters in einen Sumpf 42 zu überführen, von dem aus die Grob stoffe entsprechend einem Pfeil 44 ausgetragen werden können. Die Separation von Flotat und Bergen erfolgt auch hier in der geschilderten Weise, entsprechend den Pfeilen 20 und 22.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einem Flotationsbehälter 14, der im wesentlichen dem Flotationsbehälter gemäß Fig. 1 und 2 entspricht und in dessen oberen Bereich Berge und Flotat entsprechend den Pfeilen 20 und 22 ausgetragen werden. Der Pfeil 18 verkörpert wiederum den Luftblaseneintritt zum Zwecke der Begasung. Unterhalb des Pfeiles 18, also unterhalb des Luft blaseneintrags, befindet sich im Flotationsbehälter 14 in der Darstellung der Fig. 4 eine punktierte Fläche, die eine Ultraschall-Behandlung entsprechend einem Pfeil 46 verkörpert. Hier wird also die Suspension, die über eine in dem Boden des Flotationsbehälters 14 eintretende Leitung 48 entsprechend dem Pfeil 50 zugeführt wird, einer Behandlung mit Ultraschall ausgesetzt. Anschließend gelangt die Ultraschall-behandelte Suspension um Zuge des weiteren Aufsteigens im Flotationsbehälter 14 in den Flotationsbereich.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die nur geringfügig gegenüber derjenigen der Fig. 4 abgewandelt ist. Gemäß Fig. 5 erfolgt lediglich der Eintrag von Ultraschall-Energie gemäß einem Pfeil 46 nicht unterhalb, sondern oberhalb des Eintrags von Luftblasen gemäß dem Pfeil 18. Bei kontinuierlicher Zufuhr von Luftblasen und Ultraschall-Energie könnte hier die Gefahr bestehen, daß die Verbindung zwischen Luftblasen und hydrophoben Substanzen, die im Bereich des Pfeiles 18 zustande gekommen ist, im Bereich des Ultraschall- Eintrags beim Pfeil 16 wieder gelöst wird. Es ist jedoch beispielsweise eine im Zeittakt abwechselnde Zufuhr von Luftblasen und Ultraschall-Energie vorstellbar.

Die Separation von Flotat und Bergen erfolgt auch hier in der geschilderten Weise, entsprechend den Pfeilen 20 und 22.

Fig. 6 und 7 zeigen einander ähnliche Ausführungsformen, bei denen das sogenannte Airlift-Schlaufen-Prinzip eingesetzt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist wiederum ein vorzugsweise zylindrischer Flotationsbehälter 14 mit geschlossenem Boden und offener Oberseite vorgesehen, in dessen Boden eine Leitung 52 eintritt, die gemäß dem Pfeil 54 eine Suspension zuführt. Im Inneren des zylindrischen Flotations behälters 14 ist ein ebenfalls zylindrischer, an den Enden offener, konzentrischer Einsatz 56 aufgehängt. In dem durch die Wand des Flotations behälters 14 und diesen Einsatz 56 gebildeten Ringraum, der in Fig. 6 durch Punktierung markiert ist, wird wiederum Ultraschall-Energie entsprechend einem Doppelpfeil 58 eingetragen. Die Zufuhr von Luftblasen erfolgt im unteren Bereich des Flotationsbehälters 14 von dessen Boden aus. Durch das Aufsteigen der Luftblasen im Inneren des Einsatzes 56 wird erreicht, daß sich in dem zwischen diesem Einsatz und der Wand des Flotationsbehälters 14 gebildeten Ringraum eine abwärtsgerichtete Strömung ergibt. Nachdem die Suspension in diesem Ringraum mit Ultraschall beaufschlagt wurde, gelangt sie also in den Bereich aufsteigender Luftblasen, in dem sie der flotativen Separation ihrer Bestandteile ausgesetzt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 erfolgt die Zufuhr der Ultraschall- Energie gemäß dem Pfeil 60 im Inneren des Einsatzes 56, während Luftblasen gemäß dem Doppelpfeil 62 im äußeren Ringraum zwischen dem Einsatz 56 und dem Flotationsbehälter 14 zugeführt werden. Dementsprechend teilt sich auch die Leitung 52 in zwei Zweigleitungen 52a und 52b, die in den Boden des Flotationsbehälters 14 in zwei diametral gegenüberliegenden Positionen eintreten.

Claims

1. Verfahren zur Trennung von Feststoffen und hydrophoben Substanzen in Suspension mit Hilfe von Ultraschall-Flotation, bei dem in der Suspension adhäsive bzw. adsorptive Bindungen zwischen Feststoffen und hydrophoben Substanzen mit Hilfe von Ultraschall gelöst und die abzutrennenden hydrophoben Substanzen anschließend mit Hilfe von aufsteigenden Gasblasen im Flotationsverfahren ausgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Behandlung räumlich und/oder zeitlich und/oder prozessual getrennt von der Flotationsbehandlung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall- Behandlung in einem anderen Bereich eines Suspensionsbehälters erfolgt als die Flotationsbehandlung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall- Behandlung in einem durchlaufenden Verfahren stromaufwärts der Flotationsbehandlung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall- Behandlung im Zeittakt abwechselnd mit der Flotationsbehandlung erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 3, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß dem Flotationsbehälter (14) ein Konditionierbehälter (10) vorgeschaltet ist, der mit dem Bodenbereich des Flotationsbehälters (14) über eine Leitung (12) verbunden ist, und an bzw. in dem eine Ultraschall-Quelle (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 3, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (24) zum Einleiten einer Suspension in den Bodenbereich des Flotationsbehälters (14) eintritt und daß im Bereich der Leitung (24) eine Ultraschall-Quelle (28) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 3, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar angrenzend an den Flotationsbehälter (14) eine Einlaufkammer (30) ausgebildet ist, die im unteren Bereich mit Hilfe einer Verbindung (34) mit dem Flotationsbehälter (14) in Verbindung steht und an bzw. in der eine Ultraschall-Quelle (36) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten einer Suspension im Bodenbereich des Flotationsbehälters (14) eine Leitung (48) eintritt und daß angrenzend an den Boden unterhalb der Position (18) des Luftblaseneintrags eine Eintrageinrichtung (46) für Ultraschall-Energie am bzw. im Behälter vorgesehen ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleiten einer Suspension im Bodenbereich des Flotationsbehälters (14) eine Leitung (48) eintritt und daß angrenzend an den Boden des Flotationsbehälters (14) ein Luftblasen-Eintrag (18) und oberhalb dessen eine Zufuhr von Ultraschall- Energie (46) erfolgt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Flotationsbehälters (14) ein zylindrischer, konzentrisch zum Behälter liegender Einsatz (56) vorgesehen ist, der mit den Wänden des Flotationsbehälters (14) einen Ringraum bildet, und daß der Ringraum der Einwirkung von Ultraschall- Energie (58) ausgesetzt ist, während vom Mittelpunkt des Flotationsbehälters (14) Luftblasen zugeführt werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Flotationsbehälter (14), einem Luftblasen-Eintrag (18, 38) in den Flotationsbehälter und einer auf die Suspension einwirkenden Ultraschall- Quelle (8, 28, 36, 46, 58, 60), dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Flotationsbehälters (14) ein zylindrischer, konzentrisch zum Behälter liegender Einsatz (56) vorgesehen ist, der mit den Wänden des Flotationsbehälters (14) einen Ringraum bildet, und daß das Innere des Einsatzes (56) der Einwirkung von Ultraschall-Energie (60) ausgesetzt ist, während unterhalb des Ringraumes Luftblasen zugeführt werden.