DE4422277C1 - Verfahren zum Beschicken von Kammerfilterpressen, Membranfilterpressen, Siebbandpressen und Zentrifugen mit Schlamm zur Entwässerung desselben sowie Düse zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschicken von Kammerfilterpressen, Siebbandpressen und Zentrifugen mit Schlamm zur Entwässerung desselben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Düse zur Durchführung des Verfah­ rens gemäß Anspruch 4.

Derartige Verfahren und Düsen sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Es wird beispielsweise auf die DE-OS-40 29 825 verwiesen. Danach wird beim Einmischen von Flockungsmittel in eine zu entwässernde Schlammsuspension in der Druckleitung zwischen einer Beschickungspumpe und einer Entwässerungsvorrichtung der Abstand zwischen der Einmischstelle und dem Eintritt in die Entwässerungsvorrichtung während des Betriebes verän­ dert, z. B. indem eine einen Einmischkopf tragende Lanze in der Schlammleitung verschoben wird oder indem mehrere in verschiedenen Abständen von der Entwässerungsvorrichtung angeordnete Einmischstellen wahlweise in Betrieb genommen werden. Auf diese Weise kann die für die Ausbildung und Reifung der Schlammflocken zur Verfügung stehende Verweilzeit jeweils im Hinblick auf die momentan herrschenden Bedingungen sowie die Art des zugesetzten Flockungsmittels optimiert werden.

Das Entwässern von Klärschlämmen aus Industrie und Kommune stellt an die Betreiber von Klärwerken seit Jahrzehnten hohe Anforderungen. Ziel aller maschinellen Entwässerungsverfahren ist es, auf technisch zeitgemäße und wirtschaftliche Weise die großen Mengen an Rohschlamm aus der Abwasserklärung auf ein möglichst geringes Restvolumen zu reduzieren.

In der Vergangenheit war es noch möglich, Schlämme naß zu entsor­ gen, beispielsweise in der Landwirtschaft. Aufgrund der immer enger gesteckten gesetzlichen Grenzwerte und Richtlinien für Schwermetalle und andere Inhaltsstoffe ist es dagegen kaum noch möglich, mit derartigen Entsorgungskonzepten zu arbeiten. Das bedeutet für die Praxis, daß Lösungen gesucht und gefunden werden müssen, die Restvolumina auf ein technisch machbares Minimum zu reduzieren, um diese dann auf Deponien oder in Ver­ brennungsanlagen technisch vernünftig zu entsorgen. Besonders bei der Schlammtrocknung und Schlammverbrennung spielen Wasserge­ halt, Menge und Art erforderlicher Konditionierungshilfsmittel im entwässerten Schlamm eine entscheidende Rolle für die gesamte Energiebilanz.

Beim Entwässern von Schlämmen setzt man Konditionierungshilfsmit­ tel ein, die wirtschaftlich und im Hinblick auf bestmögliche Resultate dosiert werden müssen. Als Konditionierungshilfsmittel werden seit Jahren verstärkt organische hochmolekulare Flockungs­ hilfsmittel (Polyelektrolyte oder Polymere) eingesetzt. Im Gegensatz zu den älteren Konditionierungsverfahren mit Eisensal­ zen, Kalk oder Asche, müssen Polymere genau dosiert und gut in den Schlamm eingemischt werden.

Zusätzlich können neben der Beschickungssteuerung Konditio­ nierungshilfsmittel volumenproportional saug- oder druckseitig der Beschickungspumpen dosiert werden. Durch Regelung der Mi­ schenergie werden die Konditionierungshilfsmittel in den Schlamm eingebracht. Welche Konditionierungshilfsmittel eingesetzt werden, ist nur von der Anwendung abhängig.

Nachteilig hat sich jedoch bei den vorbekannten Verfahren und Düsen bemerkbar gemacht, daß sie relativ kompliziert und aufwen­ dig sind oder bei zunehmender Beschickungszeit die Durchflußlei­ stung reduziert wird, da durch den Aufbau des Filterkuchens der Filterwiderstand steigt, so daß keine hochturbulente Strömung mehr vorliegt, die die Konditionierungshilfsmittel oder Floc­ kungsmittel verwirbeln würde, sondern ein langsamer Übergang zur laminaren Strömung stattfindet, die keine Durchmischung mehr ge­ währleisten kann. Die eingangs genannte, vorbekannte Vorrichtung bedient sich deshalb rotierender Elemente, um eine Turbulenz zu erzeugen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die Düse zur Durchführung des Verfahrens derart zu verbessern, daß die geschilderten Nachteile mit Sicher­ heit vermieden werden, so daß neben einer optimalen Einbringung der Konditionierungshilfsmittel oder Flockungsmittel in den Schlamm auch seine Dosierung bei maximaler Wirkung niedrig und somit kostengünstig gehalten werden kann. Ein Ziel der Erfindung ist es, eine derartige Dosierung bei einfachem Düsenaufbau unter Verzicht auf jegliche rotierenden Elemente (Mischrührer) und verschiebbare Lanze rechtzeitig steuern zu können, ohne daß es zu Verstopfungen kommt. Anders gesagt: Das Konditionierungshilfs­ mittel sollte sowohl bei turbulenten als auch laminarer Schlamm­ strömung homogen in den Schlamm hineingemischt werden, was für eine gleichmäßige Flockenbildung entscheidend ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Ver­ fahren bzw. durch die im Anspruch 4 gekennzeichnete Düse gelöst. Die gewünschte feine turbulente Verdüsung mit einer optimalen Vermischung von polymerem Konditionierungshilfsmittel und Schlamm ist erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, daß der Austrittsspalt der Düse durch die Federkraft variabel einstell­ bar ist und die Ausströmgeschwindigkeit der Konditionierhilfsmit­ tellösung konstant gehalten werden kann.

Eine Düse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei so aufgebaut, daß sie einen in etwa mittigen, ringförmigen Austrittsspalt besitzt, der gegenüber einer vorgespannten Schrau­ benfeder geschlossen gehalten und durch den Druck des einzuspei­ senden fluiden Mediums, insbesondere einer Polymerlösung des Konditionierungshilfsmittels oder Flockungsmittels, mehr oder weniger geöffnet wird, wobei der Austrittsspalt über mehrere Bohrungen mit einer Kammer für das fluide Medium in Verbindung steht. Die Größe des Austrittsspaltes wird erfindungsgemäß durch den Druck des polymeren Konditionierungshilfsmittels gesteuert, der wiederum seinerseits von der Volumengröße des Schlammstromes abhängt. Die Steuerung erfolgt über einen Prozeßrechner, der eine Dosierpumpe und damit den Druck auf die Schraubenfeder in der Düse steuert.

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1-3 Querschnitte durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Düse mit unterschiedlich großem Austrittsspalt; und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Aus­ führungsform für eine erfindungsgemäße Düse.

In den Fig. 1 bis 3 ist die erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Düse allgemein mit 10 bezeichnet. Sie besitzt ein zweiteiliges, langgestrecktes Gehäuse 12, 14, wobei im oberen Gehäuseteil 12, das auch als Federdeckel für die Feder 18 angesehen werden kann, die Schraubenfeder 18 in einem Sockel des Düsengrundkörpers 17 arretiert ist. In Fig. 1 wird der zwischen Düsengrundkörper und unterem Gehäuseteil 17 bzw. 14 liegende, mittige, ringförmige Austrittsspalt 16 in seinem geschlossenen Zustand gezeigt. Demgegenüber ist der offene Ringspalt in Fig. 2 gezeigt, wobei er in Fig. 3 noch weiter geöffnet ist, wodurch eine Anzahl von Bohrungen 20 dann für den Austritt des nichtge­ zeigten fluiden Mediums sorgen, das aus der Kammer 22 in radialer Richtung, quer zur Strömungsrichtung des Schlam­ mes, austritt, wie dieses durch den Pfeil 30 angedeutet ist. Beim fluiden Medium handelt es sich insbesondere um eine Polymerlösung von Konditionierungshilfsmitteln/ Flockungsmitteln.

Mittig in der Schraubenfeder 18 ist eine Gewindestange 19 angeordnet, die am oberen Ende der Feder 18 durch eine Mutter mit Scheibe 21 und einer Führungshülse 23 arretiert ist. Im unteren Gehäuseteil 14 ist die Gewindestange 19 an einem Haltebolzen 25 arretiert.

Mit anderen Worten:
Aus dem Ringspalt 16 strömt die Polymerlösung in einem Winkel quer zur Strömungsrichtung des Schlammes zu. Der Ringspalt 16 ist durch die Kraft der Feder 18 geschlossen gehalten. Erst durch den Druck der Polymerlö­ sung wirkt eine Kraft der Federkraft entgegen und öffnet den Austrittsspalt 16. Die Polymerlösung strömt jetzt durch den Ringspalt 16 in den Schlamm.

Mit der Führungsgröße Schlammvolumenstrom wird über einen Prozeßrechner die Dosierpumpe (beide nicht gezeigt) und damit der Druck auf die Feder 18 in der Düse 10 gesteuert. Bei abnehmendem Schlammvolumenstrom wird der Polymervolu­ menstrom proportional dazu ebenfalls verringert. Die Aus­ strömgeschwindigkeit der Polymerlösung aus der Düse 10 ist, durch Verengung des Ringspaltes 16, dagegen weiterhin konstant.

Die Polymerlösung strömt mit hoher Geschwindigkeit, auch bei laminarer Schlammströmung, in den Schlamm. Es ist somit immer eine feine turbulente Verdüsung mit einer optimalen Vermischung zu jeder Zeit gewährleistet.

Die Vorkammer 22 im Ringspalt 16 ermöglicht einen störungs­ freien, gleichmäßigen Austritt der Polymerlösung.

Eine andere Form der Düse wird in Fig. 4 gezeigt, die jedoch auf dem gleichen Prinzip basiert, nämlich der radia­ len Einspeisung des Hilfsmittel quer zur Strömungsrich­ tung eines zu behandelnden Schlamms.

In dieser Ausführungsform ist die Feder nicht mehr oberhalb des Austrittsspaltes 16, sondern unterhalb desselben ange­ ordnet und wird durch das untere Gehäuseteil 31 zusammenge­ drückt, da sie am ringförmigen Vorsprung 35 mit ihrem einen Ende anliegt. Das andere Ende wird durch den Gewindering 38 abgestützt. In der vorliegenden Abbildung ist die Düse mit geschlossenem Austrittsspalt gezeigt, so daß die Bohrungen 34 durch den unteren Gehäuseteil 31 abgedeckt sind.

Eine derart aufgebaute Düse wird im Prinzip in der Mitte einer Schlammleitung positioniert und eignet sich zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens.

Im folgenden wird eine Beispielsrechnung durchgeführt, die die Anfangs-, Übergangs- und Endbedingungen aufzeigt:

Beispielrechnung

In einer Kammerfilterpresse-Beschickungsleitung DN 80 nimmt der anfängliche Schlammvolumenstrom V_sch = 55 m³/h auf den minimalen V_sch = 2 m³/h ab. Die volumenproportionale Poly­ merzugabe des Konditionierungshilfsmittels beträgt 20%.

Anfangsbedingungen (a)

• - Geschwindigkeit,
• - Reynoldszahl, Re

Mit der Schlammdichte von ρ = 1500 kg/m³ und der Viskosität ⁿ = 100 mPa·s ergibt sich eine Reynoldszahl von:

Die Strömung befindet sich im turbulenten Bereich.

• - Polymervolumenstrom, _p

Bei einer erfindungsgemäßen Dosierdüse sollte die maximale freie Ausströmfläche um 25% größer sein als die Innen­ rohr-Querschnittsfläche der Düse. Mit einem Innendurchmes­ ser von d_i = 28 mm ergibt sich die Austrittsfläche zu:

Damit ergibt sich eine Ausströmgeschwindigkeit von:

Diese Polymerausströmgeschwindigkeit wird auch bei einer laminaren Schlammströmung in der Beschickungsleitung erreicht.

Übergangsbedingungen (U)

• - Übergangsgeschwindigkeit, w_ü

Bei einer Re = 2300 geht die Strömung vom turbulenten in den laminaren Bereich über:

Somit ergibt sich ein Schlammvolumenstrom von:

Endbedingungen (e)

• - Geschwindigkeit, w
• - Reynoldszahl, Re

Mit der Schlammdichte von ρ = 1500 kg/m³ und der Viskosität ⁿ = 100 mPa·s ergibt sich eine Reynoldszahl von:

Die Strömung befindet sich im laminaren Bereich.

• - Polymervolumenstrom, _p
• - Austrittsfläche, A_e

Damit ergibt sich ein Öffnungsspalt L von:

Der Spalt ist am Ende der Kammerfilterpresse-Preßzeit fast geschlossen. Die Ausströmgeschwindigkeit ist über den gesamten Zeitraum durch den veränderlichen Ringspalt kon­ stant gehalten worden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschicken von Kammerfilterpres­ sen, Membranfilterpressen, Siebbandpressen und Zentrifugen mit Schlamm zur Entwässerung desselben, bei gleichzeitiger Zugabe in eine Schlammleitung und Dosierung polymerer Konditionierungshilfsmittel oder Flockungsmittel, wobei das Volumen des Schlammes druckabhängig und das Volumen des polymeren Konditionierungshilfsmittels proportional zum Schlamm geregelt wird, wobei die das Konditionierungshilfsmittel abgeben­ de Düse in etwa mittig in der Schlammleitung positioniert wird, welche das Konditionierungshilfsmittel radial, quer zur Strö­ mungsrichtung des Schlammes, einspeist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen ringförmigen, verän­ derlichen Austrittsspalt besitzt, der durch Federkraft geschlos­ sen gehalten und durch den Druck des polymeren Konditionierungs­ hilfsmittels geöffnet wird, und daß
die Öffnung des Austrittsspaltes und Einspeisung des Konditionie­ rungshilfsmittels mit zunehmendem/abnehmendem Druck desselben vergrößert bzw. verkleinert wird, und daß die Ausströmgeschwin­ digkeit der Konditionierungshilfsmittel-Lösung aus der Düse (10) über den gesamten Arbeitsbereich konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßrechner das Volumen des Schlammstromes ermittelt, der eine Dosierpumpe zur Einspeisung des Konditionierungshilfs­ mittel-Volumens derart steuert, daß beide Volumina proportional zueinander sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Konditionierungshilfsmittel oder Flockungsmit­ tel durch eine Polymerlösung gebildet wird.

4. Düse zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zweiteiliges Gehäuse (12, 14; 30, 31), das einen dazwi­ schenliegenden, ringförmigen Austrittsspalt (16) besitzt, der gegenüber einer vorgespannten Schraubenfeder (18; 32) geschlos­ sen gehalten und durch den Druck des einzuspeisenden fluiden Mediums mehr oder weniger geöffnet wird, wobei der Austritts­ spalt (16) über mehrere Bohrungen (20; 34) mit einer Kammer (22; 36) für das fluide Medium in Verbindung steht.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (22) einen rohrförmigen Querschnitt aufweist, und daß die maximale, freie Ausströmfläche 25% größer ist als die Quer­ schnittsfläche des Kammer-Innenrohres als Maßnahme gegen Verstop­ fung.