DE4446888C2 - Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen.

Vorrichtungen zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen dienen der Schadstoff-Abtrennung von einem körnigen Material, insbesondere Bodenkörnern, und der Aufnahme der Schadstoffe in Trägermedien. Bewährt haben sich hierzu unter anderem Hochdruck-Wasserstrahlen, die in einer Art Waschvorgang zur Ablösung der Schadstoffe von dem körnigen Material nutzbar sind und zugleich eine Ho­ mogenisierung des körnigen Materials bewirken, so daß das körnige Mate­ rial von allen Seiten von den Wasserstrahlen beansprucht wird.

Aus der Zeitschrift Umwelt & Technik 4/87, S. 68-69, ist ein derartiges Hochdruck-Strahlrohr zur Bodensanierung bekannt. Das in einem Prozeß­ kreislauf geführte Wasser wird von einer Hochdruckpumpe mit bis zu 250 bar Druck über ringförmig angeordnete Düsen in das Strahlrohr gefördert. Als Austrag wird ein Feststoff-Wasser-Luft-Gemisch erhalten, das an­ schließend einer Separation der kontaminierten, körnigen Materialien von den beladenen Trägermaterialien zugeführt wird, wozu eine Naßsiebanlage sowie ein Hydrozyklon eingesetzt werden. Als nachteilig hat sich hierbei erwiesen, daß der Austrag mit einer zu hohen kinetischen Energie ausge­ fördert wird, wodurch eine anschließende Separation behindert und er­ schwert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn für eine möglichst voll­ ständige Abtrennung der Schadstoffe die Hochdruck-Wasserstrahlen in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen eingetragen werden.

Die nachveröffentlichte DE-OS 43 36 210 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Naßaufschließen kontaminierten Bodenmaterials mit Hilfe von Hochdruck-Wasserstrahlen. Die dort beschriebene Vorrichtung zum Naßaufschließen kontaminierten Bodenmaterials besteht aus einem Be­ schleunigungsschacht, in dem das zugeführte Bodenmaterial mittels Was­ serflachstrahlen beschleunigt wird und der kopfseitig in einen zylinder­ förmigen Aufschlußbehälter tangential zur Mantelinnenseite überführt wird. In dem Aufschlußbehälter wird die erhaltene Dispersion durch Leit­ elemente derart geführt, daß sie sich entlang der Mantelinnenseite spi­ ralförmig in axiale Richtung bewegt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur naßmechani­ schen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Auf­ schlämmungen zu schaffen, die eine Hochdruck-Reinigung erlaubt, bei der ein entspanntes und/oder beruhigtes Austrag-Gemisch erhalten wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird eine Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen geschaffen, bei der das aus einem Hochdruck-Strahlrohr ausgetragene, mit erheblichen Luftmengen verwirbelte Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch einem rotations­ symmetrischen Behälter tangential zugeführt wird. Dadurch strömt das Austrag-Gemisch kreisend nach unten, was zu hohen Geschwindigkeitsverlu­ sten führt. Das sich dabei entspannende Gas wird über den Gasaustritt, der den Behälter direkt oder über eine Filtereinrichtung mit der Atmo­ sphäre verbinden kann, abgeführt. Am unteren Ende des Behälters verläßt dann ein praktisch druckloses Austrag-Gemisch die Vorrichtung.

Dort wo der tangentiale Zulauf anschließt, trägt eine Innenwandung des Behälters vorzugsweise eine verschleißfeste Innenverkleidung. Es wird so vermieden, daß das hier mit voller Geschwindigkeit entlang einer Behäl­ terinnenwand strömende Austrag-Gemisch eine starke Abnutzung verursacht.

Um dem Austrag-Gemisch eine möglichst lange Wegstrecke nach unten anzu­ bieten, kann der Behälter turmartig mit einer vertikal stehenden Kammer ausgebildet sein.

Die Beabstandung des tangentialen Zulaufs vom Behälterkopf dient einer entfernten Anordnung des Zulauf-Anschlusses vom Gasaustritt, um dem sich entspannenden Gas innerhalb des Behälters eine Wegstrecke oberhalb des kreisend strömenden Austrag-Gemisches bereitzustellen. Eine solche Beab­ standung kann dadurch erreicht werden, daß der Behälter in einem mitti­ gen Behälterabschnitt tangential angeströmt wird.

Eine bevorzugte Bauform für den Behälter ist ein Rundbehälter mit einem konvergierenden Bodenabschnitt. Ein solcher Rundbehälter liefert über seine Innenwandung eine gleichmäßig gekrümmte Strömungsfläche, entlang der das tangential aus dem Hochdruck-Strahlrohr einströmende Austrag-Ge­ misch nach unten auslaufen kann. Der trichterförmige Bodenabschnitt er­ leichtert schließlich noch die Abführung.

Um dem aus dem Hochdruck-Strahlrohr tangential in den Behälter einströ­ menden Austrag-Gemisch eine Strömungsfläche bereitzustellen, die einen möglichst geringen Pralleffekt auf das strömend nach unten laufende Aus­ trag-Gemisch ausübt, kann der Behälter gemäß Anspruch 6 ausgebildet sein.

Um vom Gas mitgeführte feste und/oder flüssige Schwebstoffe abscheiden zu können, kann eine in den Behälterinnenraum ragende Gasumlenkungsein­ richtung vorgesehen sein.

Desweiteren kann der Strömungsauslaß des Hochdruck-Strahlrohrs als Dif­ fusor genutzt werden, in dem das ausströmende Austrag-Gemisch eine erste Geschwindigkeitsverminderung erfährt.

Als Auslaß kann eine Ausführvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine Zellenradschleuse für eine dosierte Ausführung.

Das Hochdruck-Strahlrohr ist vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Die Beanspruchung des angesaugten körnigen Materials mit Wasserstrahlen er­ folgt dann mehrfach wiederholt, wodurch eine weitgehend vollständige Ab­ trennung der Schadstoffe von dem körnigen Material erreicht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels einer Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontami­ nierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen,

Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur naßme­ chanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien, insbesondere Schadstoff-kontaminierter Bodenmaterialien oder sonstiger Schüttgüter, und deren Aufschlämmungen mit einem Hochdruck-Strahlrohr 1 und einem nachgeordneten rotationssymmetrischen Behälter 2.

Das Hochdruck-Strahlrohr 1 umfaßt ein langgestrecktes, horizontal oder leicht geneigt angeordnetes Strömungsrohr 3 mit einem eingangsseitigen Saugeinlaß 4, einem innen mit mindestens einem umlaufenden Düsenkranz bestückten Rohrabschnitt 5 und einem ausgangsseitigen Strömungsauslaß 6.

Der innen mit mindestens einem umlaufenden Düsenkranz bestückte Rohrab­ schnitt 5 bildet den sogenannten Reaktorabschnitt, in dem ein angesaug­ ter Eintrag von Hochdruck-Wasserstrahlen beansprucht wird. Dazu fördert eine nicht dargestellte Hochdruckpumpe ein Prozeßfluid, insbesondere Prozeßwasser, mit einem Düsenvordruck in eine den Düsenkranz speisende Ringleitung. Der Düsenvordruck liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 300 und 600 bar. Die dann von den Düsen ausgeförderten Wasserstrahlen 7, 8, 9 besitzen eine Austrittsgeschwindigkeit von über 200 m/s. Die Anord­ nung und Ausrichtung der Düsen an einem Düsenkranz erfolgt derart, daß die ausgeförderten Wasserstrahlen 7 einen kegelförmigen Prozeßfluid- Schleier 10, 11, 12 im Strömungsrohr 3 bilden.

Nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe wird innerhalb eines Strahlkegels 10, 11, 12 eine Erniedrigung des Luftdrucks erzeugt. Dies führt dazu, daß über den Saugeinlaß 4 körniges Material und deren Aufschlämmungen zusammen mit erheblichen Mengen an Luft in den oder die Strahlkegel 10, 11, 12 des Strömungsrohrs 3 gefördert werden, was zu heftigen Verwirbe­ lungen führt. In dem Reaktorabschnitt 5 werden deshalb die Schadstoffe, die an der Oberfläche einzelner Partikel fest anhaften, abgesprengt.

Damit diese Schadstoff-Abtrennung möglichst vollständig ist, ist das Hochdruckstrahlrohr 1 vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Mehrere Strahlkegel 10, 11, 12 sind dann hintereinander angeordnet, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.

Das aus dem Hochdruck-Strahlrohr 1 ausströmende Austrag-Gemisch wird dem rotationssymmetrischen Behälter 2 tangential zugeführt, und zwar beab­ standet zum Behälterkopf. Dazu schließt der Strömungsauslaß 6 an einen tangentialen Zulauf 13 am Behälter 2 an, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Abstand zwischen einem Behälterdach 14 und dem tangentialen Zulauf 13 ist vorzugsweise größer als der doppelte Innen­ durchmesser des Strömungsrohrs 3. Besonders bevorzugt ist der tangentia­ le Zulauf 13 in einem mittigen Abschnitt des Behälters 2, bezogen auf die Bauhöhe des Behälters 2, angeordnet.

Der Behälter 2 besitzt einen Behälterinnenraum 15, der durch eine Behäl­ terwand 16 begrenzt wird. Das aus dem Hochdruck-Strahlrohr 1 strömende Austrag-Gemisch gelangt über den tangentialen Zulauf 13 in den Behälte­ rinnenraum 15 und strömt kreisend nach unten zu einem Auslaß 17, der an einem unteren Ende des Behälters 2 vorgesehen ist. Am Behälterkopf weist der Behälter 2 einen Gasaustritt 18 auf, der hier im Behälterdach 14 ausgebildet ist. Der Gasaustritt 18 ist direkt oder über einen Filter mit der Atmosphäre verbunden und sorgt für einen Druckausgleich im Be­ hälter 2. Entsprechend ist auch der Öffnungsdurchmesser des Gasaustritts 18 zu wählen.

Die Bauform des Behälters 2 ist rotationssymmetrisch. Das mit hoher Ge­ schwindigkeit aus dem Hochdruck-Strahlrohr 1 tangential einströmende Austrag-Gemisch kann dann entlang der als Strömungsfläche dienenden In­ nenwandung 19 einer bogenförmigen Behälterwand 16 nach unten strömen, vgl. Fig. 2. Aufgrund der Krümmung der Behälterwand 16 ist der Prallef­ fekt, der zu einer zu abrupten Abbremsung des Austrag-Gemisches führt und damit auch die anschließende Separation der dekontaminierten Fest­ stoffpartikel von beladenen Trägermaterialien erschwert, verkleinert.

Vorzugsweise ist die Krümmung der Behälterwand 16 zumindest in einem vom Anschluß des tangentialen Zulaufs 13 nach unten sich erstreckenden Ab­ schnitt 20 des Behälters 2 klein.

Desweiteren besitzt der Behälter 2 eine vertikal stehende, hohe Bauform, um dem tangential einströmenden Austrag-Gemisch eine ausreichende Lauf­ strecke nach unten zu geben und die Beabstandung des Zulaufs 13 vom Be­ hälterkopf zu gewährleisten. Dazu kann der Behälter 2 auch turmartig ausgebildet sein. In einer einfachen Bauform ist der Behälter als Rund­ behälter ausgebildet. Ein unterer Bodenabschnitt 21 kann schließlich trichterartig geformt und auf den Auslaß 17 gerichtet sein.

Zumindest in dem Bereich, wo der tangentiale Zulauf 13 am Behälter 2 an­ schließt, weist der Behälter 2 eine die Innenwandung 19 dort abdeckende Verschleißverkleidung 22 auf. Vorzugsweise ist die Verschleißverkleidung 22 umlaufend angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Der Auslaß 17 ist hier als eine Ausführeinrichtung in Form einer Zellen­ radschleuse ausgebildet, die einen dosierten Auslaß ermöglicht.

Im Bereich des Behälterkopfes kann zudem eine in den Behälterinnenraum 15 ragende Gasumlenkung 23 angeordnet sein. Als Gasumlenkung 23 ist ein geneigtes Leitblech geeignet, das vor den Gasaustritt 18 ragt und damit das Gas auf seinem Weg zum Gasaustritt 18 lenkt, vgl. Pfeil in Fig. 1.

Das in den Fig. 3 und 4 dargesellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen lediglich dadurch, daß der Strö­ mungsauslaß 6 als Diffusor ausgebildet ist. Der Strömungsauslaß 6 besitzt dann einen gleichmäßig sich erweiternden Innendurchmesser.

Für den Fall, daß Aufschlämmungen der körnigen Materialen mit den vor­ stehend beschriebenen Vorrichtungen naßmechanisch behandelt werden sol­ len, kann dem Hochdruck-Strahlrohr 1 eine Einschlämmvorrichtung 24 vor­ geschaltet sein. Die Aufschlämmungen bieten den Vorteil einer Vorhomoge­ nisierung des zu behandelnden Materials.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur naßmechanischen Behandlung kontaminierter, körniger Materialien und deren Aufschlämmungen mit einem einen Saugeinlaß (4) und einen Strömungsauslaß (6) aufweisenden Hochdruck-Strahlrohr (1), das in­ nen mit mindestens einem umlaufenden, einen Triebstrahlkegel (10,11,12) ins Rohrinnere befördernden Düsenkranz bestückt ist, und mit einem rota­ tionssymmetrischen Behälter (2), dem beabstandet vom Behälterkopf ein tangentialer, an den Strömungsauslaß (6) anschließender Zulauf (13) zu­ geführt ist, wobei der Behälter (2) einen kopfseitigen Gasaustritt (18) und am unteren Ende einen Auslaß (17) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dort, wo der tangentiale Zulauf (13) anschließt, der Behälter (2) eine verschleißfe­ ste Innenverkleidung (22) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) turmartig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der tangentiale Zulauf (13) in einem mittigen Behälterabschnitt an­ schließt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) ein Rundbehälter mit einem konvergierenden Bodenab­ schnitt (21) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) zumindest in einem von dem Anschluß des tangentia­ len Zulaufs (13) nach unten sich erstreckenden Behälterteilabschnitt (20) einen solchen Innendurchmesser aufweist, daß die umfangsseitig ei­ nen Behälterinnenraum (15) begrenzende Behälterwand (16) einen geringen Krümmungsgrad besitzt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) am Kopf eine in einen Behälterinnenraum (15) ragen­ de Gasumlenkung (23) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsauslaß (6) von einem linear divergierenden Strömungs­ rohr gebildet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (17) von einer Zellenradschleuse gebildet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hochdruck-Strahlrohr (1) mehrstufig ausgebildet ist mit ei­ ner Mehrzahl in Reihe angeordneten Düsenkränzen (10, 11, 12).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Hochdruck-Strahlrohr (1) eine Einschlämmvorrichtung (24) vorgeschaltet ist.