DE4426599C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung fester und flüssiger Bestandteile eines Ausgangsstoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zur Trennung fester und flüssiger Bestandteile eines Ausgangsstoffes, insbesondere einer Suspension, gemäß dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 1 und zum anderen eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Vor­ richtungsanspruchs 9.

Bei der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung ist das Verfah­ ren der sedimentativen Phasentrennung allgemein bekannt. Unter Einwirkung der Schwerkraft sinken bei diesem Verfah­ ren die Feststoffteile eines Ausgangsstoffes zu Boden. Im oberen Bereich des Behälters bildet sich eine Zone mit ge­ ringerem oder keinem Feststoffanteil aus. Sowohl das Sedi­ ment als auch die sogenannte Klare können nach dem Sedimen­ tationsvorgang einer Weiterbehandlung unterworfen werden.

Das Sedimentationsverfahren findet insbesondere in den Be­ reichen der Abwässerreinigung und der Abscheidung von Fest­ stoffen aus Waschwässern bei der Kohle- und Erzaufbereitung breite Anwendung. Die Eindickung von Suspensionen und Schlämmen durch Sedimentation wird auch häufig als Vorstufe für ein weiteres Trennverfahren, beispielsweise für Pressen oder Zentrifugieren, eingesetzt. Die Vorteile der Sedi­ mentation sind hierbei insbesondere der geringe Energie­ bedarf, die niedrigen Betriebskosten und der geringe Bedie­ nungsaufwand.

Der Sedimentationsprozeß läuft jedoch sehr langsam ab, so daß bei der Behandlung größerer Mengen entsprechend große Absetzbehälter notwendig sind, welche mit hohen Investi­ tionskosten verbunden sind. Zudem wird nach einer bestimm­ ten Zeit ein Endzustand der Sedimentation mit einer be­ stimmten Porosität des Sedimentes erreicht, wobei auch bei längeren Absetzzeiten keine weitere Verdickung des Sedi­ mentes mehr möglich ist.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vor­ richtung sind aus der DE 41 01 173 A1 bekannt. Dieses be­ kannte Verfahren dient zur Reinigung von Abwässern in einem Beruhigungsbehälter. Dieser weist einen unteren Absetzbe­ reich für die Sinkstoffe auf, der als Konusboden ausgebil­ det ist. In dem Absetzbereich ist ein Krähl- oder Räumwerk zum Entwässern und Weiterfördern der Sinkstoffe angeordnet. Das Krählwerk hält den Abscheideinhalt beständig in langsa­ mer Rotationsbewegung, die eine Verwirbelung der Sinkstoffe auch der Trübe erzeugt, was einen optimalen Sedimentations­ vorgang verhindert.

Aus der DE 35 35 708 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Anregung von Setzwasserschwingungen bei einer Rundsetzmaschine mit mehreren Setzbereichen bekannt. Das Setzverfahren dient zur Dichtesortierung von Setzgut auf einem horizontal bewegtem Setzgutträger. Der Setzgutträger und das Setzgut werden dabei in einem Behälter mit Setz­ wasser angeordnet, welches in periodische Bewegungen ver­ setzt wird.

Durch die Schwingbewegungen in vertikaler Richtung werden auf dem horizontal bewegten Setzgutträger die körnigen Feststoffe entsprechend ihrer Dichte sortiert.

In der DE 92 11 263 U1 ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von in Wasser suspendierten Schwebstoffen beschrieben. Da­ bei ist ein Behälter zur Aufnahme eines die suspendierten Schwebstoffe enthaltenden Wasservolumens vorgesehen, der einen zur Behälterachse hin geneigten Boden aufweist. Der gesamte Behälter wird in eine Schüttelbewegung versetzt, so daß auf dem Boden abgesetzte Schwebstoffe durch die Schüt­ telbewegung in den trichterartig geneigten Boden wandern.

Eine weitere Vorrichtung zum Abscheiden von Sink- und Schwimmstoffen ist aus der DE 81 26 650 U1 bekannt. Im oberen Teil eines Behälters ist dabei ein Rührwerk ange­ ordnet, daß zur Erzeugung einer Rotationsströmung dient, mit der die Sinkstoffe nach unten und an die Behälter­ wand getrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen so­ wohl der Sedimentationsvorgang beschleunigt wird, als auch eine besonders dichte Packung des Sediments erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zum einen durch ein Ver­ fahren bei dem der Ausgangsstoffin einen Behälter gelei­ tet wird, in welchem sich die festen Bestandteile unter Schwerkrafteinfluß absetzen und im unteren Bereich des Be­ hälters ein Sediment mit hohem Feststoffanteil und in ei­ nem darüberliegenden Bereich eine Klare mit geringem oder keinem Feststoffanteil gebildet wird, wobei der Ausgangs­ stoff in dem Behälter durch Einbringung mechanischer Ener­ gie mittels eines Bewegungsorgans eingedickt wird, dadurch gelöst, daß die mechanische Energie erst nach dem Erreichen des Kompressionspunktes des sich bildenden Sediments einge­ bracht wird, und daß durch das Bewegungsorgan eine Taumel­ bewegung um eine im wesentlichen parallel zur Absetzrich­ tung gerichtete Achse geführt wird.

Bei Sedimentationsverfahren war man bisher der Auffassung, daß der Absetzvorgang der Feststoffteile nicht durch Ein­ bringen von Energie gestört werden sollte. In Versuchen er­ gab sich jedoch die überraschende Feststellung, daß das Einbringen einer geringen Menge von Bewegungsenergie den Sedimentationsvorgang beschleunigt und die Dichte des ge­ bildeten Sediments erhöht.

Eine Erklärung hierfür kann darin vermutet werden, daß beim Übereinanderlagern der Feststoffteile zur Sedimentbildung zwischen den einzelnen Feststoffteilchen größere Zwi­ schenräume vorhanden sind. Durch das Einbringen von mecha­ nischer Energie, beispielsweise durch sehr langsames Rühren werden die einzelnen Feststoffteilchen aus ihrer ursprüng­ lichen Position im Sedimentverbund heraus bewegt und können eine energetisch günstigere Lage, d. h. eine tieferliegende Position, einnehmen. Hierdurch werden die Zwischenräume zwischen den einzelnen Feststoffteilchen größtenteils ge­ füllt, so daß sich die Dichte des Sediments erhöht und somit auch dessen Porosität und Feuchtigkeitsgehalt redu­ ziert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht darin, daß die mechanische Energie mit ei­ nem Bewegungsorgan eingebracht wird, welches zumindest teilweise in dem Behälter mit dem Ausgangsstoff angeordnet ist. Das Bewegungsorgan ist dabei ein Platten- oder Stan­ genkörper, welcher durch den Ausgangsstoff in dem Behälter hindurch bewegt wird. Das Bewegungsorgan ist dabei in dem Behälter so angeordnet, daß es sich in Absetzrichtung der Feststoffteilchen erstreckt. Durch das Bewegen in dem Aus­ gangsstoff werden zum einen die Feststoffteilchen ange­ stoßen, so daß die Bindungen zu anderen Feststoffteilchen aufgebrochen werden und die einzelnen Teilchen eine tiefere Lage einnehmen können. Zum anderen bilden sich im Bereich der Wandung des Bewegungsorgangs Kanäle mit einem relativ hohem Durchströmquerschnitt aus, entlang derer verdrängte Porenflüssigkeit aus dem Sediment nach oben strömen kann. Durch die Verwendung eines bewegten Körpers wird also neben der Partikelumlagerung auch der Durchflußwiderstand des Sediments im Bereich des Bewegungsorgans reduziert.

Es ist erfindungswesentlich, daß die mechanische Energie erst zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Einleiten des Ausgangsstoffes in den Behälter eingebracht wird. Hierbei wird berücksichtigt, daß in einem Ausgangsstoff mit homoge­ ner Feststoffverteilung eine gewisse Zeit notwendig ist, bis sich am Bodenbereich eine erste Feststoffstruktur abge­ setzt hat. Ein zu frühes Einbringen von mechanischer Ener­ gie könnte zu zusätzlichen Verwirbelungen in dem Ausgangs­ stoff und somit zu einer Verlangsamung des gesamten Sedi­ mentationsprozesses beitragen.

Erfindungsgemäß wird die mechanische Energie erst ab Errei­ chen des Kompressionspunktes des sich bildenden Sedimentes eingebracht wird. Der Kompressionspunkt ist hierbei der Übergang von der Sedimentationsphase, d. h. der Phase des Absetzens der Feststoffteile aus dem Ausgangsstoff und der Bildung eines Feststoffgerüstes, zu der Kompressionsphase. In der Kompressionsphase verdichtet sich das Feststoff­ gerüst durch den Feststoffdruck der übereinandergelagerten Teilchen. Die Teilchenbewegung läuft während der Kompres­ sionsphase wesentlich langsamer ab als während der Sedimen­ tationsphase. Es kann durch das Einbringen mechanischer Energie während der Kompressionsphase erfindungsgemäß eine Beschleunigung der Vorgänge und eine weitere Verdichtung erreicht werden.

Bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist es vorteilhaft, daß die mechanische Energie mit einer Rührbewegung in den Ausgangsstoff eingebracht wird. Eine Rührbewegung kann durch bekannte und kostengünstige Rührantriebe durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß ist hierbei von Vorteil, daß die Rührbewe­ gung im wesentlichen quer zur Absetzrichtung der Feststoff­ teile ausgeführt wird und daß die Rührbewegung zusätzlich mit der erfindungsgemäßen Taumelbewegung um eine im wesent­ lichen parallel zur Absetzrichtung gerichteten Achse kombi­ niert wird. Durch die taumelnde Bewegung wird abwechselnd eine Verdichtung und eine Entspannung des Sediments be­ wirkt. Dies hat zur Folge, daß im sich entspannenden Ab­ schnitt Kanäle in dem vorher verdichteten Sediment gebildet werden. Diese Kanäle füllen sich ebenfalls mit Flüssigkeit und werden durch die sich anschließende Verdichtung ausge­ preßt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht darin, daß die Rührgeschwindigkeit auf ei­ nen Wert zwischen 0,1 U/min und 2 U/min, inbesondere auf etwa 0,5 U/min, eingestellt wird. Die optimale Rührge­ schwindigkeit hängt dabei jeweils von den spezifischen Gege­ benheiten, wie Flockungsfaktor, Anfangskonzentration und Fließeigenschaften des Ausgangsstoffes ab. In jedem Fall darf die Rührgeschwindigkeit nicht zu hoch gesetzt werden, da ansonsten Verwirbelungen erzeugt werden, welche ein Ab­ setzen der Feststoffteile verhindern. Die optimale Rührgeschwindigkeit kann jedoch in einfacher Weise sowohl für die jeweilige Anlage als auch für den zu behandelnden Stoff experimentell bestimmt werden.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, daß im oberen Bereich des Behälters Klare abgeführt wird und das Sediment nach Abführung der Klare aus dem Behälter entfernt wird. Die abgeführten Pro­ dukte können direkt einer Weiterverarbeitung zugeführt wer­ den. In Abhängigkeit von der erreichten Eindickung ist es gegebenenfalls nicht mehr möglich den Bodensatz durch plas­ tisches Fließen aus dem Behälter abzuführen, da er nicht mehr fließfähig ist. Das Sediment muß dann von der Obersei­ te des Behälters her abgefördert werden. Die Klare wird hierbei zuvor beispielsweise mittels einer Pumpeinrichtung abgeführt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß zur Sedimentabführung der Behälter gestürzt wird. Hierbei wird der Behälter um eine horizontal gerichtete Schwenkachse um einen Winkelbetrag zwischen 90° und 180° geschwenkt. Das Sediment wird bei dieser gekippten Stellung aus dem Behälter geschüttet oder kann zumindest unter Schwerkrafteinfluß leicht aus­ getragen werden.

Soweit das Sediment fließfähig bleibt, kann die Sedimen­ tabführung, die Klareabführung und die Ausgangsstoff­ zuführung kontinuierlich ausgeführt werden. Somit kann das erfindungsgemäße Flüssig-Fest-Trennverfahren in auch einen kontinuierlichen Prozeß integriert werden.

Weiterhin besteht eine vorteilhafte Ausführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens darin, daß der Ausgangsstoff ober­ halb des Bewegungsorgans zugeführt wird und daß die Klare mittels eines Überlaufs oberhalb des Ausgangsstoffzulaufes abgeführt wird. Dadurch ist eine gute Trennung des einge­ dickten Stoffes von der gereinigten Flüssigkeit möglich.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit ei­ nem Absatzbehälter, einem Zulauf zur Zuführung des Aus­ gangsstoffes, einem Ablauf im oberen Bereich des Absetz­ behälters, einer Bewegungseinrichtung mit einem Bewegungsor­ gan und einem Antrieb, wobei das Bewegungsorgan zumindest teilweise in den Ausgangsstoff in dem Absetzbehälter ein­ bringbar ist und zur Einbringung von mechanischer Energie in dem Ausgangsstoff antreibbar ist, erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß das Bewegungsorgan in dem Absetzbehälter taumelnd gelagert ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere Schlämme in einer wirtschaftlichen Weise eingedickt werden. So kann bei Klärschlamm Deponievolumen eingespart, und es können bei weiter zu entfeuchtenden Schlämmen die Kosten für eine nachfolgende Trocknung oder anderweitige Entfeuch­ tung reduziert werden.

Durch das Bewegungsorgan werden die Bindungskräfte im Fest­ stoffgerüst des Sedimentes überwunden, so daß die einzelnen Feststoffpartikeln sich umlagern und eine energetisch günstigere dichtere Packung einnehmen können. Weiterhin wird durch die Kanalbildung am sich bewegenden Bewegungsor­ gan der Durchflußwiderstand des Sedimentes reduziert, so daß leichter Flüssigkeit aus dem Feststoffgerüst verdrängt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung besteht darin, daß der Absetzbehälter rotations­ symmetrisch ist und sich in seinem unteren Bereich ver­ jüngt. Durch die Symmetrie wird eine im wesentlichen gleichmäßige Horizontalschichtung des Sedimentes erreicht. Durch eine Verjüngung im unteren Bereich des Behälters wird in der untersten Sedimentsschicht ein besonders hoher Fest­ stoffdruck und somit ein hoher Trockensubstanzgehalt er­ reicht. Der Behälter kann insbesondere eine Konus- oder Trichterform, eine Zylinderform oder eine Halbkugelform aufweisen.

Hierbei ist es vorteilhaft, daß am Boden des Absetz­ behälters, insbesondere an seinem tiefsten Punkt, ein Un­ terlauf zur Abführung der abgesetzten Feststoffe vorgesehen ist. Der Unterlauf kann dabei ein Ventil oder ein Schleuse aufweisen. Hierdurch kann das eingedickte Sediment diskon­ tinuierlich oder kontinuierlich abgeführt und einem weite­ ren Behandlungsprozeß zugeführt werden.

Es ist zudem eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, daß der Unterlauf mit einer Schlauch- oder Kolbenmembran­ pumpe verbunden ist. Durch diese Schlauch- oder Kolbenmem­ branpumpe kann gezielt eine vorgegebene Menge aus dem Ab­ setzbehälter abgezogen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Absetzbehälter zumindest in seinem unteren Bereich als Konus ausgebildet ist, daß das Rührorgan als Schaufelrad ausgebildet ist und daß das Schaufelrad im unteren Bereich des Absetzbehälters gelagert ist und im oberen Bereich mit einem Exzenteran­ trieb verbunden ist. Das Schaufelrad weist dabei radial zu einer Schaufelachse angeordnete Blätter auf, welche in Ab­ stimmung auf die Konusform im wesentlichen dreieckig ausge­ bildet sind. Durch den exzentrischen Antrieb des Schaufel­ rades wird eine Rühr- und Taumelbewegung erzeugt, durch welche eine besonders gute Verdichtung des Sedimentes er­ zielbar ist.

Erfindungsgemäß ist es hierbei vorteilhaft, daß der Exzen­ terantrieb einen Motor, ein Getriebe und einen Exzenter aufweist, in dem eine Antriebswelle des Rührorgans exzen­ trisch zur Drehachse des Exzenters gelagert ist, welche zur Längsachse des Konus koaxial ist. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß das Rührorgan nahezu das gesamte Füll­ volumen des Absetzbehälters durchläuft.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, daß der Behälter um eine horizontal gerichtete Achse schwenkbar gelagert ist. Bei einem nicht mehr fließfähigen Sediment besteht so die Möglichkeit, nach Abführung der Klare den Behälter zu stürzen, wobei das Sediment aus dem Behälter fällt. Es ist vorgesehen, daß vor der Schwenkbewegung das Rührorgan aus dem Behälter entfernbar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung besteht darin, daß am Unterlauf und/oder am Über­ lauf Sensoren zur Erfassung der Trübe und des Durchflusses vorgesehen sind, daß am Zulauf ein Stellventil vorgesehen ist und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche das Stellventil und/oder der Antrieb des Bewegungs­ organs in Abstimmung auf die erfaßten Meßwerte steuerbar ist. Erreicht beispielsweise das am Unterlauf abgeführte Sediment nicht den vorgesehenen Trockensubstanzgehalt, so kann die Steuereinrichtung entweder die Verweilzeit des Stoffes in dem Absetzbehälter durch Reduzierung des Zu­ laufes erhöhen oder eine korrigierte Drehgeschwindigkeit am Rührantrieb einstellen.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß der Absetzbehälter ein Absetzbecken mit einer zur Füllhöhe relativ großen Grundfläche ist.

Die Absetzbecken können dabei etwa die Größe von Fußball­ feldern bei einer Füllhöhe von 1 bis 2 m erreichen. Derar­ tige Absetzbecken werden insbesondere bei Deponien oder im großtechnischen Bereich eingesetzt. Die Bewegungseinrich­ tung kann dabei als eine transportable Einheit oder als fe­ ste Einrichtung in den Absetzbecken vorgesehen sein.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß an der Bewegungs­ einrichtung in einem Abstand zueinander angeordnete Bewe­ gungsorgane vorgesehen sind, welche zumindest in ihrem un­ teren Bereich in dem Absetzbecken angeordnet sind und daß zur Einbringung der mechanischen Energie der Abstand der Bewegungsorgane zueinander veränderbar ist. Die einzelnen Bewegungsorgane sind dabei in einfacher Weise am Boden des Absetzbeckens aufgesetzt oder mittels einer Lagereinrich­ tung drehbar gelagert. Durch eine Verschiebung am oberen Be­ reich der Bewegungsorgane wird somit eine Verdrehung er­ reicht. Durch diese Verdrehung wird die mechanische Energie in den zu behandelnden Stoff eingebracht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht erfindungsgemäß darin, daß die Bewegungsorgane durch Rohre verbunden sind und daß zur Abstandsvergrößerung oder Abstandsverkleine­ rung die Rohre mit einem heißen oder einem kalten Fluid durchströmbar sind.

Zudem ist es besonders vorteilhaft, daß die Bewegungsorgane am Boden des Absetzbeckens schwenkbar gelagert sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung besteht darin, daß die Bewegungsorgane mit Stellelementen verbunden sind, die mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind. Als Stellelemente können beispielsweise langsam arbeitende Hydraulikkolben eingesetzt werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, daß das Stellelement ein Wellrohr ist. In das an den Stirnseiten geschlossene Wellrohr wird zur Längenänderung eine Druckflüssigkeit eingeleitet. Das Schwellen des Druckes führt hierbei zu der gewünschten Längenänderung des faltenbalgartig geformten Wellrohres.

Vorteilhafterweise besteht das Rohr aus einem Metall mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung. Durch eine derartige Anordnung können mit einem einfachen Warm- und Kalt­ wasser-Anschluß die notwendigen Stellkräfte auch bei großen Ab­ setzbecken aufgebracht werden.

Vorteilhafterweise sind die Bewegungsorgane erfindungsgemäß als Blechplatten, Roste oder Kästen ausgebildet. Die Größe und Ausbildungsform der Bewegungsorgane ist dabei auf die Ausgestaltung des Absetzbehälters sowie auf den zu behan­ delnden Ausgangsstoff abgestimmt. Die Blechplatten können sowohl mit geschlossenen Flächen als auch mit Durch­ strömungsöffnungen ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Sedimentstruktur nach einem konventionellen Sedimentationsverfahren,

Fig. 1b eine Sedimentstruktur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2a eine weitere Sedimentstruktur nach einem konventionellen Sedimentationsverfahren,

Fig. 2b eine weitere Sedimentstruktur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 ein Diagramm mit Sedimentationskurve,

Fig. 4a, b, c Sedimentationskurven für verschiedene Ausgangsstoffe,

Fig. 5 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 9 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Fig. 8,

Fig. 10a, b eine schematische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung und

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung mit Wellrohr.

Eine schematische Sedimentstruktur bei einem Ausgangsstoff mit körnigen Partikeln ist in den Fig. 1a und 1b darge­ stellt. In Fig. 1a ist die Sedimentstruktur nach einem kon­ ventionellen Verfahren entstanden. Das Partikelgefüge weist dementsprechend größere Hohlräume auf. Durch das Ein­ bringen einer geringen Menge mechanischer Energie werden die Bindungskräfte zwischen den einzelnen Partikeln der Se­ dimentstruktur aufgebrochen und die Partikel können eine energetisch günstigere Lage einnehmen. Hierbei werden die bestehenden Hohlräume teilweise gefüllt, so daß eine dich­ tere Partikelpackung entsteht. Eine Sedimentstruktur bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1b gezeigt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ebenfalls jeweils eine Gefüge­ struktur vor und nach dem Einbringen von mechanischer Ener­ gie. Im Gegensatz zum Gefüge gemäß Fig. 1a und 1b weist hierbei der Ausgansstoff stab- oder plättchenförmige Fest­ stoffteile auf.

Ein Sedimentationsdiagramm für ein konventionelles Sedimen­ tationsverfahren und für das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 3 dargestellt. Die Sedimentationskurve 10 gibt den Verlauf des Absinkens der Feststoffteile von einer Aus­ gangshöhe h₀ über den zeitlichen Verlauf an. Durch das absinken der Feststoffteile bildet sich im oberen Bereich des Ausgangsstoffes eine sogenannte Klarwasserzone I aus. Vom Bodenbereich her lagert sich ein Sediment in einer so­ genannten Kompressionszone III an. Das Anwachsen der Kom­ pressionszone ist mit der Kurve 12 gezeigt. Der dazwischen liegende Bereich II der Trübe verkleinert sich im zeitli­ chen Verlauf, bis sich die Klarwasserzone und das gebildete Sediment am sogenannten Kompressionspunkt KO vollständig an­ genähert haben. Ab diesem Kompressionspunkt KO reduziert sich bei einem konventionellen Verfahren die Sedimenthöhe noch geringfügig durch den Feststoffdruck. Wird jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine mecha­ nische Energie eingebracht, so ergibt sich eine deutliche Senkung der Sedimenthöhe und eine entsprechende Erhöhung der Dichte des Sedimentes. Diese Eindickung des Sedimentes ist durch eine Eindickkurve 11 gezeigt.

In den Fig. 4a, 4b und 4c sind weitere Sedimentationskurven dargestellt, welche in Experimenten bei verschiedenen Suspensionen ermittelt wurden.

Aus der Sedimentationskurve in Fig. 4a ist zu entnehmen, daß Flotationskohle, ähnlich wie Papierschlamm, sich in einem konventionellen Sedimentationsverfahren nur unwesent­ lich eindicken läßt. Wird jedoch erfindungsgemäß mecha­ nische Energie während des Absetzprozesses eingebracht, so ist selbst bei diesen Suspensionen eine deutliche Eindic­ kung erzielbar.

Bei BaSO₄ verlaufen die Sedimentationskurven für eine konventionelle Sedimentation und das erfindungsgemäße Verfahren anfänglich gleich. Ab dem Kompressionspunkt wird jedoch durch die Rührbewegung eine zusätzliche Eindickung erreicht.

Selbst bei Glaskugeln ergibt sich durch das erfindungs­ gemäße Verfahren eine zusätzliche Eindickwirkung, wie es in Fig. 4c gezeigt wird.

Ein Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 ist in Fig. 5 schematisch gezeigt. Die Vorrichtung 20 weist einen Behälter 21 auf, der in seinem unteren Bereich konisch ausgebildet ist. Eine Bewegungseinrichtung 22 ist an der Oberseite des Behälters 21 angebracht. Diese weist einen Motor 24, eine Exzenterscheibe 25 und eine Antriebswelle 26 auf, mit der ein Bewegungsorgan 23 in dem Behälter 21 angetrieben wird.

Das Bewegungsorgan ist als ein konisch verlaufendes Schau­ felrad ausgebildet, welches an die Form des Trichterförmi­ gen Behälters 21 angepaßt ist. Das Bewegungsorgan 23 wird durch die exzentrisch gelagerte Antriebswelle derart ange­ trieben, daß das Flügelrad eine Taumelbewegung ausführt.

Ein Ausgangsstoff wird über einen Zulauf 27 in den Behälter 21 eingeleitet. Unter Schwerkrafteinfluß bilden sich in dem Behälter 21 ein feststoffreicher Bereich 36 und eine Klarwasserzone 35 aus.

Das Sediment wird an der Spitze des Behälters 21 über einen Unterlauf 28 mittels einer Pumpe 31 als eingedicktes Produkt abgeführt. Die Klare wird über einen Überlauf 29 an der Oberseite des Behälters abgeleitet. Der Behälter 21 ist an seiner Oberseite als ein nach oben gerichteter Konus ausge­ bildet, um durch die nach oben schräg gestellten Wände eine bessere Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen.

Für einen kontinuierlichen Verfahrensprozeß kann der Zulauf 27 mittels eines Stellventils 33 über eine Steuereinrich­ tung 32 gesteuert werden. Über Sensoren 34 innerhalb des Behälters 21 und an einem Ventil 30 am Unterlauf 28 werden Daten zum Durchfluß und zur Trübe ermittelt. Anhand dieser Daten kann die Steuerung 32 den Zulauf 27 oder den Antrieb 24 regeln.

In Fig. 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 50 zur Trennung fester und flüssiger Bestandteile eines Aus­ gangsstoffes dargestellt. Der Behälter 21 ist bei dieser Ausführungsform in einem Gerüst 52 angeordnet. Das Rührorgan 23 weist eine Taumelwelle 37 auf, an der radial gerichtete Rührblätter 38 angebracht sind. In Abstimmung auf die Bewe­ gung des Rührorgans 23 sind an der Innenseite des Behälters 21 radial nach innen gerichtete feste Blätter 39 befestigt, welche dem durch das Rührblatt angeschobenen Sediment eine Abstützungsmöglichkeit geben. Hierdurch wird verhindert, daß der gesamte Schlamm die Taumelbewegung mit ausführt.

Die Taumelwelle 37 ist mit ihrem unteren Ende in einem Stützlager 41 gelagert. Das Stützlager 41 ist auf einem Abschlußflansch 40 befestigt. Der Unterlauf 28 ein­ schließlich einem Ventil 30 ist um das Stützlager 41 herum angeordnet. Zur Probenentnahme und für Meßsensoren sind verschließbare Öffnungen 42 in der Wandung des Behälters 21 angeordnet.

Die Taumelwelle 37 ist über ein Gelenklager 43 mit der An­ triebswelle 26 verbunden. Die Antriebswelle 26 ist im we­ sentlichen in ihrem Mittenbereich in einem Drehlager auf­ gehängt. Das obere Ende der Antriebswelle 26 ist gelenkig in einer Exzenterscheibe derart gelagert, daß die Antriebs­ welle 26 zur Längsachse des konusförmigen Behälters ange­ stellt ist. Die Exzenterscheibe 25 wird über einen Getrie­ beabtrieb 45 rotierend angetrieben, so daß die Antriebswel­ le 26 eine taumelnde Bewegung des Rührorgans 23 um die Längsachse des Behälters 21 erzeugt.

Das Getriebe 44 steht über eine Getriebeantriebsanordnung 46, eine Kupplung 47, eine Übersetzung 48 mit einer Motor­ welle 49 eines Motors 51 in Verbindung.

Die Anordnung der festen Blätter 39 an der Wandung des Behälters 21 sowie der exzentrische Umlauf der Taumelwel­ le 37 des Rührorgans 23 kann Fig. 7 entnommen werden, welche einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 6 zeigt.

Eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung 60 ist in Fig. 8 dargestellt. Der konusförmige Behälter 21 ist mit einer Deckplatte 55 an seiner Oberseite verschlossen. Die durch das Gerüst 52 gestützte Deckplatte 55 weist eine koaxial zur Längsachse des Behälters 21 gelagerte Exzenterriemen­ scheibe 53 auf. Über eine exzentrisch in der Exzenterrie­ menscheibe 53 angeordnete Antriebswelle 26 wird das Rührorgan 23 taumelnd angetrieben. Die in dem Lager 56 ge­ lagerte Exzenterriemenscheibe 53 wird mittels einer wei­ tern Scheibenanordnung über den Motor 24 angetrieben. Der Zulauf erfolgt bei dieser Vorrichtung 60 durch einen Einfülltrichter 57.

In Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 8 gezeigt. Aus dieser Ansicht geht hervor, daß das Rührorgan 23 insgesamt 8 Rührblätter aufweist. Feste Rührblätter an der Innenwandung des Behälters 21 sind bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen.

In den Fig. 10a und 10b ist in einer Detailansicht eine weitere erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung 70 schema­ tisch dargestellt. An einem Behälterboden 71 sind über Ge­ lenke 73 plattenförmige Bewegungsorgane 72 angebracht. Die Bewegungsorgane 72 sind in ihrem oberen Bereich über ein Rohr 74 aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoef­ fizienten miteinander verbunden.

In Fig. 10a ist die Position der Bewegungsorgane gezeigt, bei der kaltes Wasser entsprechend Pfeil P1 in das Rohr eingeleitet ist. Wird nunmehr heißes Wasser in das Rohr 74 eingeleitet, so dehnt sich das Rohr 74 aus und verschwenkt die Bewegungsorgane 72 gegeneinander. Die Verschwenkposi­ tion ist in Fig. 10b gezeigt.

In Fig. 11 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 80 schematisch dargestellt. Ein Bewegungsorgan 72 wird durch ein Wellrohr 76 bewegt, welches einerseits mit dem Bewe­ gungsorgan 72 und andererseits mit einer Stützplatte 75 verbunden ist. Die Stützplatte 75 ist sowohl im Untergrund 71 als auch an einer Führungsschiene 77 fest angeordnet. Hingegen ist das im Untergrund 71 angebrachte Bewegungsor­ gan 72 an der Führungsschiene 77 mittels einer Büchse 81 axial beweglich gelagert. Durch Einleiten eines Druckmedi­ ums über die Druckleitung 78 in das längselastische Well­ rohr 76 wird eine langsame Längendehnung des Wellrohr-Kom­ pensators 76 hervorgerufen. Hierdurch schwenkt das Bewe­ gungsorgan 72 in die gestrichelt dargestellte Lage.

Durch diese langsame Verschwenkbewegung kann erfindungsgemäß in eine einzudickende Suspension eine bestimmte Menge mechanischer Energie dosiert eingebracht werden, so daß sich der zusätzliche Verdickungseffekt ergibt. Die Erzeugung der Verschwenkbewegung durch Längenausdehnung ist insbesondere für großflächige Anlagen bei Deponien und zur Klärschlammeindickung vorteilhaft.

Claims (24)

1. Verfahren zur Trennung fester und flüssiger Bestand­ teile eines Ausgangsstoffes, insbesondere einer Sus­ pension, bei dem der Ausgangsstoffin einen Behälter eingeleitet wird, in welchem sich die festen Bestand­ teile unter Schwerkrafteinfluß absetzen, und im unte­ ren Bereich des Behälters ein Sediment mit hohem Fest­ stoffanteil und in einem darüberliegenden Bereich eine Klare mit geringem oder keinem Feststoffanteil gebil­ det wird,
wobei der Ausgangsstoff in dem Behälter durch Einbrin­ gung mechanischer Energie mittels eines Bewegungsor­ gans eingedickt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanische Energie erst nach dem Erreichen des Kompressionspunktes des sich bildenden Sedimentes eingebracht wird, und
daß durch das Bewegungsorgan eine Taumelbewegung um eine im wesentlichen parallel zur Absetzrichtung ge­ richtete Achse ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsorgan (23), mit dem die mechanische Energie eingebracht wird, zumindest teilweise in dem Behälter (21) mit dem Ausgangsstoff angeordnet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Energie in einer Rührbewegung in den Ausgangsstoff eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührbewegung im wesentlichen quer zur Absetz­ richtung der Feststoffteile ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührgeschwindigkeit auf einen Wert zwischen 0,1 U/min und 2 U/min, insbesondere auf etwa 0,5 U/min, eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Behälters (21) Klare abgeführt wird und das Sediment nach Abführung der Klare aus dem Behälter (21) entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sedimentabführung der Behälter (21) gestürzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsstoff oberhalb des Bewegungsorgans (23) zugeführt wird und
daß die Klare mittels eines Überlaufs (29) oberhalb eines Ausgangsstoffzulaufes (27) abgeführt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Absetzbehälter, einem Zulauf zur Zuführung des Ausgangsstoffes, einem Ablauf im oberen Bereich des Absetzbehälters, einer Bewegungseinrichtung mit einem Antrieb und einem Bewegungsorgan, welches zumindest teilweise in den Ausgangsstoff in dem Absetzbehälter einbringbar und zur Einbringung mechanischer Energie in den Ausgangsstoff durch den Antrieb antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsorgan (23) in dem Absetzbehälter (21) taumelnd gelagert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absetzbehälter (21) rotationssymmetrisch ist und sich in seinem unteren Bereich verjüngt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Absetzbehälters (21), insbesondere an seinem tiefsten Punkt, ein Unterlauf (28) zur Abführung der abgesetzten Feststoffe vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterlauf (28) mit einer Schlauch- oder Kolben­ membranpumpe (31) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Absetzbehälter (21) zumindest in seinem unteren Bereich als Konus ausgebildet ist,
daß das Rührorgan (23) als Schaufelrad ausgebildet ist und
daß das Schaufelrad im unteren Bereich des Absetzbehälters (21) gelagert und im oberen Bereich mit einem Exzenterantrieb verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterantrieb einen Motor (51), ein Getriebe (44) und einen Exzenter (25, 53) aufweist, in dem eine Antriebswelle (26) des Bewegungsorgans (23) exzentrisch zur Drehachse des Exzenters (25, 53) gelagert ist, welche zur Längsachse des konusförmigen Absetzbehälters (21) koaxial ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (21) um eine horizontal gerichtete Achse schwenkbar gelagert ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß am Unterlauf (28) und/oder am Überlauf (29) Sensoren (34) zur Erfassung der Trübe und des Durchflusses vorgesehen sind,
daß am Zulauf (27) ein Stellventil (33) vorgesehen ist und daß eine Steuerung (32) vorgesehen ist, durch welche das Stellventil (33) und/oder der Antrieb (24) des Bewegungsorgans (23) in Abstimmung auf die erfaßten Meßwerte steuerbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Absetzbehälter (21) als ein Absetzbecken mit einer zur Füllhöhe relativ großen Grundfläche ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Bewegungseinrichtung (22) in einem Abstand nebeneinander angeordnete Bewegungsorgane (72) vorgesehen sind, welche zumindest in ihrem unteren Bereich in dem Absetzbecken angeordnet sind und
daß zur Einbringung der mechanischen Energie der Abstand der Bewegungsorgane (72) zueinander veränderbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsorgane (72) durch Rohre (74) verbunden sind und daß zur Abstandsvergrößerung oder Abstandsverkleinerung die Rohre (74) mit einem heißen oder einem kalten Fluid durchströmbar sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsorgane (72) mit Stellelementen verbunden sind, die mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement ein Wellrohr (76) ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsorgane am Boden (71) des Absetzbeckens schwenkbar gelagert sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsorgane (23) als Blechplatten, Roste oder Kästen ausgeführt sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre ein Metall mit einem hohen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung, aufweisen.