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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Membran-Magnet-Trennvorrichtung
für die Wasserreinigung,
die Feststoff-Flüssigkeits-Trennung
oder dergleichen und insbesondere auf eine Membran-Magnet-Trennvorrichtung
zur kontinuierlichen Durchführung
des Einfangens einer magnetischen Substanz durch eine Membran und
der magnetischen Abtrennung der eingefangenen Substanz.
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Aus
der
US 4 039 447 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abwasserbehandlung bekannt, bei
denen dem Abwasser ein ferromagnetisches Pulver zugesetzt wird und
in dem Abwässer
suspendierte Feststoffe in koagulierte Flocken umgebildet und die
Flocken magnetisch angezogen und auf Magnetplatten abgeschieden
werden, um so die Feststoffe auf dem Abwasser zu entfernen und das
Abwasser dadurch zu reinigen. Die koagulierten Flocken werden auf
Magnetplatten abgeschieden, die als Magnetdrehscheiben ausgebildet
sind, wobei jede Drehscheibe mit ihrem unteren Teil in das Abwasser
eingetaucht ist und ihr oberer Teil in die Luft austaucht. Die Ansammlung
der koagulierten Flocken an jeder Scheibe wird abgekratzt, nachdem
jede Scheibe drehbar aus dem Abwasser aufgetaucht ist, was durch
einen Schaber erreicht wird, der aus einer Platte besteht, die eine
Nut hat, die so breit wie die Scheibe ist. Dies führt zum
Entfernen der koagulierten Flocken auf den Magnetplatten durch Drehen
der Scheibe, wenn die Magnetplatten durch die Nut hindurchgehen.
Die abgeschabten koagulierten Flocken rutschen in einen Behälter längs einer
Leitplatte nach unten.
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Eine
Reinigungsvorrichtung zum Zwecke der Wasserreinigung oder dergleichen
durch Feststoff-Flüssigkeits-Trennung
und Verwendung einer aus Polymerfasern gewirkten feinen Gaze oder
eines Netzes als Wassertrennfilm zum Abtrennen und Entfernen von
Teilchen ist beispielsweise in „Service Water & Waste Water" Band 23, Nr. 9 (1981),
Seiten 43 bis 52 beschrieben. Eine solche Reinigungsvorrichtung
hat ein Netz, das aus dünnen
Drähten
aus rostbeständigem
Material, Polyesterfasern oder dergleichen so hergestellt ist, dass
es Sieböffnungen
mit einer Größe von beispielsweise
mehreren 10 μm
hat, so dass das zu behandelnde Wasser durch die Öffnungen
hindurchgeht. Wenn eine zu behandelnde Substanz (beispielsweise
eine Verunreinigung, wie ein Wassertrübstoff oder ein Organismus)
in dem zu behandelnden Wasser eine projizierte Fläche (oder einen
projizierten Durchmesser) hat, der größer ist als die Öffnung in
dem Netz, kann sie durch das Netz nicht hindurchgehen und wird eingefangen
und von dem Wasser abgetrennt, so dass das durch die Membran (Netz)
hindurchgehende Wasser gereinigt wird. Wenn man das zu behandelnde
Wasser kontinuierlich durch die gleiche Membranfläche hindurchgehen lässt, scheidet
sich die behandelnde Substanz auf der Durchlassseitenfläche der
Membran ab und erhöht
den Durchlasswiderstand, wodurch die hindurchgehende Wassermenge
extrem reduziert wird. Deshalb wird die Membranfläche mit
den Abscheidungen (ein Teil der Oberfläche der Membran unter dem Spiegel
des zu behandelnden Wassers) zu einem Atmosphärenabschnitt über dem
Spiegel des zu behandelnden Wassers bewegt, wo die Membran unter
Verwendung von beispielsweise einer Dusche aus gereinigtem Wasser
gewaschen wird. Aus einem Separiersystem wird eine Mischung aus
Waschwasser und den Abscheidungen als Schlamm ausgeworfen. Die gewaschene
Membranfläche
wird unter den Spiegel des zu behandelnden Wasser zurückgeführt.
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Wenn
alternativ eine feine Verunreinigung, die kleiner ist als die projizierte
Fläche
(projizierter Durchmesser) der Öffnung
abzutrennen ist, wird dem zu behandelnden Wasser ein Koagulationsmittel
wie Aluminiumsulfat, Polyaluminiumchlorid oder Polyeisensulfat zugeführt und
dann gerührt.
Als Folge koagulieren feine Feststoffsuspensionen, Algen, Pilze, Mikroorganismen
oder dergleichen in dem zu behandelnden Wasser zu einer Größe in der
Größenordnung
von mehreren 100 μm
unter Bildung von Flocken. Die Bildung solcher Flocken setzt sogar
eine Membran mit Sieböffnungen
mit einer Größe von mehreren
10 μm in
die Lage, die feine Verunreinigung mit hoher Entfernungsrate einzufangen
und abzutrennen, um gereinigtes Wasser hoher Qualität zu erhalten.
Der Membranwaschaufbau ist in diesem Fall der gleiche wie vorher
beschrieben. Der Schlamm wird abschließend von einem Lastwagen zu
einer Müllhalde
oder einer Verbrennungsanlage transportiert oder kompostiert.
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Bei
den obigen herkömmlichen
Beispielen haben die Abscheidungen auf der Membranfläche eine
hohe Abscheidungsdichte (in dem Spalt zwischen den Abscheidungen
ist nur eine geringe Wassermenge enthalten) und der Wassergehalt
ist gering. Es wird jedoch eine große Menge Waschwasser verwendet,
um die Ablagerungen von der Membran zu entfernen und die Konzentration
der Ablagerungen (Schlamm) zu reduzieren, wodurch der Wassergehalt über den
während
der Abscheidung auf der Membranfläche vorhandenen hinaus wesentlich
erhöht
wird.
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Der
Wassergehalt muss vor dem Transport oder der Kompostierung reduziert
werden. Er muss auf etwa 85% reduziert werden, um zu verhindern, dass
Wasser aus dem Schlamm austritt, wenn der Schlamm vom Lastwagen
zur Müllhalde
oder Verbrennungsanlage trans portiert wird. Er muss auf etwa 75%
reduziert werden, um Mikroorganismen so zu aktivieren, dass sie
während
der Kompostierung Organismen ersetzen, wenn der Schlamm kompostiert
wird. Der Wassergehalt des Schlamms nach dem Waschen mit Wasser
beträgt
jedoch 99% und sein Volumen wird deshalb fünfzehnmal (im Falle des Transports)
oder fünfundzwanzigmal
(im Falle der Kompostierung) so groß wie vor der Waschbehandlung.
Da diese Differenz im Wassergehalt entfernt werden muss, wird der
Schlamm weiter entwässert unter
Verwendung von Entwässerungseinrichtungen wie
einer Zentrifugenentwässerungsanlage
oder einer Bandpressmaschine. Je größer der Wassergehalt des Schlamms
im Eingangsabschnitt der Entwässerungsvorrichtung
ist, desto höher
muss die Behandlungsleistung der Entwässerungseinrichtung sein, wodurch
die Vorrichtungs- und Betriebsenergiekosten steigen.
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Zusätzlich werden
5% bis 10% des gereinigten Wassers, das frei von Verunreinigungen
ist, dazu verwendet, die auf der Membran angesammelten Abscheidungen
abzuwaschen und zu entfernen, so dass die erhaltene Menge an gereinigtem
Wasser entsprechend abnimmt, was zu einer reduzierten Reinigungsleistung
führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Membran-Magnet-Trennvorrichtung
bereitzustellen, die eine zu entfernende auf einer Membran eingefangene
Substanz ohne Verwendung von Waschwasser oder unter Verwendung einer
reduzierten Waschwassermenge abtrennen und einen dichten Schlamm
der zu entfernenden Substanz mit einem geringen Wassergehalt auswerfen
kann.
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Zum
Erreichen dieses Ziels hat die Membran-Magnet-Trennvorrichtung einen
Filter (beispielsweise einen netzartigen oder membranartigen Körper) zum
Filtern von zu behandelndem Wasser, das eine zu entfernende magnetische
Substanz enthält, wobei
der Filter Sieböffnungen
hat, durch die magnetische Substanz in dem zu behandelnden Wasser nicht
hindurchgehen kann, einen Magnetfeldgenerator (beispielsweise einen
Permanentmagneten) für die
magnetische Freigabe der auf dem Filter abgeschiedenen magnetischen
Substanz von einer Oberfläche
des Filters, ein Fang- und Bewegungsgehäuse (beispielsweise einen dünnen Mantel
aus rostfreiem Stahl), das zwischen dem Filter und dem Magnefteldgenerator
zum Einfangen der von der Oberfläche des
Filters freigesetzten magnetischen Substanz angeordnet ist, während sich
die magnetische Substanz räumlich
zu dem Magnetfeldgenerator hin bewegt, wobei das Fang- und Bewegungsgehäuse weiterhin
die eingefangene magnetische Substanz von einem ersten Raum, wo
die Magnetfeldstärke
aus dem Magnet feldgenerator hoch ist, zu einem zweiten Raum bewegt.
wo die Magnetfeldstärke
niedrig ist, einen Schaber (beispielsweise eine Spatel) zum Abschaben
der auf dem Fang- und Bewegungsgehäuse in dem zweiten Raum eingefangenen
magnetischen Substanz sowie einen Schlammbehälter zur Rückgewinnung der abgeschabten
magnetischen Substanz.
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Die
zu entfernende magnetische Substanz können magnetische Flocken sein,
die dadurch erhalten werden, dass eine magnetische Substanz und ein
Koagulans oder ein Additiv, das chemisch der zu entfernenden Substanz
zur Erzeugung einer magnetischen Substanz reagiert, einem Fluid
zugesetzt wird, das eine magnetische oder nichtmagnetische zu entfernende
Substanz enthält.
Ferner kann die zu entfernende magnetische Substanz aus magnetischen
Flocken bestehen, die dadurch erhalten werden, dass einem Fluid,
das eine nicht magnetische zu entfernende Substanz enthält, eine
magnetische Substanz zugesetzt wird.
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Bevorzugt
wird, dass das Fang- und Bewegungsgehäuse ein Wasser absorbierendes
Material mit einer Wasser absorbierenden Funktion und Einrichtungen
zum Dehydrieren von Wasser aufweist, das von dem Wasser absorbierenden
Material absorbiert ist. Ferner kann die Membran-Magnet-Trennvorrichtung
mit einer Freigabevorrichtung versehen werden, um eine Kraft eines
Fluids, wie Wasser oder Luft, zur Freigabe der auf dem Filter abgeschiedenen magnetischen
Substanz von einer Oberfläche
des Filters zu verwenden.
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Es
kann eine Heizvorrichtung vorgesehen werden, die die sich auf dem
Fang- und Bewegungsgehäuse
bewegende Substanz erhitzt. Die Heizvorrichtung kann so gestaltet
sein, dass sie ein Dielektrikum in der Substanz selektiv erhitzt,
die sich auf dem Fang- und Bewegungsgehäuse bewegt.
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Zur
Sterilisierung einer Filterfläche
des Filters oder einer Fangfläche
des Fang- und Bewegungsgehäuses
kann effektiv eine Sterilisiervorrichtung vorgesehen werden.
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Das
Fang- und Bewegungsgehäuse
kann einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Organismen auf
der Fangoberfläche
haben.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Systemdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Membran-Magnet-Trennvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung mit Peripheranlagen.
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2 ist
eine vertikale Schnittansicht der in 1 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
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3 ist
eine Draufsicht auf die in 2 gezeigte
Membran-Magnet-Trennvorrichtung,
wobei die linke Hälfte
im Schnitt gezeigt ist.
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4 ist
eine Systemansicht einer zweiten Ausführungsform der Membran-Magnet-Trennvorrichtung
der vorliegenden Erfindung und ihrer Peripheranlagen.
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5 ist
eine vertikale Schnittansicht der in 4 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
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6 ist
eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte
Membran-Magnet-Trennvorrichtung,
wobei die linke Hälfte
im Schnitt gezeigt ist.
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7 ist
eine vertikale Schnittansicht eines verbesserten Aufbaus der in 2 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
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8 ist
eine vertikale Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Membran-Magnet-Trennvorrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Beispiels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie X-X von 9.
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11 ist
eine 2 entsprechende vertikale Schnittansicht, die
zur Erläuterung
eines weiteren Beispiels eines Mantels (eines Bewegungsgehäuses) 31 von 2 zweckmäßig ist.
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12 ist
eine Systemansicht eines modifizierten Aufbaus der in 4 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung und ihrer Peripheranlagen.
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13 ist
eine vertikale Schnittansicht eines verbesserten Beispiels der in 2 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
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14 ist
eine vertikale Schnittansicht einer modifizierten Form der in 8 gezeigten
Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
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15 ist
eine vertikale Schnittansicht, die eine modifizierte Form der Membran-Magnet-Trennvorrichtung
von 14 zeigt.
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BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Es
werden nun Charakteristika der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Magnetflocken werden dadurch gebildet, dass
zu behandelndem Wasser Magnetpulver hinzugegeben, ein Koagulans
wie Aluminiumsulfat, Polyaluminiumchlorid oder Polyeisensulfat,
dem zu behandelnden Wasser zugesetzt werden, die Mischung gerührt wird
und ein Koagulans dazu verwendet wird, das magnetische Pulver und
eine zu entfernende Substanz in dem zu behandelnden Wasser, das
eine Verunreinigung ist, beispielsweise Feststoffsuspensionen, Algen,
Pilze oder Mikroorganismen, auf eine Größe in der Größenordnung
von mehreren 100 μm
miteinander zu verbinden. Die Flocken können nicht durch die Sieböffnungen
mit einer Größe von mehreren
10 μm hindurch
gehen und werden somit gefangen und aus dem zu behandelnden Wasser mit
hoher Entfernungsrate abgetrennt und dann auf der Membran abgeschieden,
während
das durch die Membran hindurchgehende Wasser gereinigtes Wasser
hoher Qualität
wird.
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Eine
Membranfläche
mit darauf abgeschiedenen Magnetflocken, die sich unter dem Spiegel des
zu behandelnden Wassers befindet, wird zu einem Atmosphärenabschnitt über dem
Spiegel des zu behandelnden Wassers bewegt. An dieser Stelle strömt eine
bestimmte Menge an Überschusswasser in
den magnetischen Flocken längs
der Membranfläche
aufgrund der Schwerkraft nach unten, so dass der Wassergehalt der
Abscheidung auf der Membranfläche
im Atmosphärenabschnitt
auf beispielsweise etwa 95% abnimmt. In der Nähe der Membranfläche mit
den darauf abgeschiedenen magnetischen Flocken ist eine ein Magnetfeld
erzeugende Einrichtung (beispielsweise ein Permanentmagnet, ein
supraleitender Spulenmagnet oder ein supraleitender Blockmagnet)
angeordnet, während
ein bandförmiger
Bewegungskörper
aus einem nicht magnetischen Material zwischen der Magnetfeld erzeugenden
Einrichtung und der Membranoberfläche angeordnet ist.
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Die
magnetischen Flocken auf der Membran, die in den atmosphärischen
Abschnitt bewegt worden ist, werden von der Magnetfeld erzeugenden Einrichtung
magnetisch stark angezogen und magnetisch von der Membranfläche abgetrennt.
Die magnetischen Flocken bewegen sich dann durch die Atmosphäre zu der
Magnetfeld erzeugenden Einrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit
und haften an der Oberfläche
des sich bewegenden Gehäuses. Aufgrund
einer sich ergebenden Kollisionskraft wird mehr Wasser aus den Magnetflocken
abgetrennt und strömt
längs der
sich bewegenden Gehäusefläche nach
unten oder fällt
aufgrund der Schwerkraft nach unten, wodurch der Wassergehalt der
magnetischen Flocken verringert wird. Zusätzlich drückt eine magnetische Kraft
aus der Magnetfeld erzeugenden Einrichtung die Magnetflocken auf
der sich bewegenden Gehäuseoberfläche magnetisch zusammen
und presst Überschusswasser
aus den magnetischen Flocken. Dieses Wasser strömt längs der sich bewegenden Gehäuseoberfläche nach
unten oder fällt aufgrund
der Schwerkraft nach unten, wodurch der Wassergehalt der Magnetflocken
auf beispielsweise bis zu etwa 90% reduziert wird.
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Das
Bewegungsgehäuse
bewegt sich unabhängig
von der Magnetfeld erzeugenden Einrichtung weg, während eine
Schabereinrichtung, beispielsweise eine Spatel, die Magnetflocken
von der sich bewegenden Gehäusefläche an einer
Stelle abkratzt, an der die Magnetkraft schwach ist, um sie von
einem Trennabschnitt als Schlamm zu entfernen. Dieser Vorgang erfordert
kein Waschwasser und ermöglicht es,
dass die Membranfläche
magnetisch zurückgewonnen
und zu einer Stelle unter dem Spiegel des zu behandelnden Wasser
zurückgeführt wird.
Andererseits wird dann die Bewegungsgehäusefläche, von dem die magnetische
Substanz entfernt worden ist, wiedergewonnen und zu der Magnetfeld
erzeugenden Einrichtung bewegt, um wiederum Magnetflocken an der
Membranfläche
anhaften zu lassen.
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Dieser
Aufbau ermöglicht
es, dass Abscheidungen auf der Membranfläche freigegeben und ohne Verwendung
von Waschwasser abgetrennt werden, wodurch ein hochkonzentrierter
Schlamm mit etwa 90% Wassergehalt erhalten wird, ohne den Wassergehalt
der Abscheidungen zu erhöhen.
Dementsprechend beträgt
das Volumen des Schlamms etwa ein Zehntel von dem Schlamm, der nach
dem Waschen in Wasser nach dem Stand der Technik, d.h. mit 99%,
erhalten wird. Wenn somit der Wassergehalt auf etwa 85% reduziert
ist, so dass Austreten von Wasser aus dem Schlamm verhindert wird,
wenn der Schlamm von einem Lastwagen zu einer Müllhalde oder einer Verbrennungsanlage
transportiert wird, oder auf etwa 75%, um so Mikroorganismen zu
aktivieren, die Organismen während
der Kompostierung zersetzen, wenn der Schlamm kompostiert wird,
ist eine Entwässerungseinrichtung
wie ein Zentrifugendehydrator oder eine Bandpressmaschine erforderlich,
die jedoch ein Zehntel der Behandlungsleistung und ein Zehntel der
Dehydriermenge verglichen mit dem Stand der Technik erfordert, wodurch
die Entwässerungseinrichtungskosten
und die Betriebsenergiekosten wesentlich reduziert werden.
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Zusätzlich ist
kein Waschwasser erforderlich, um die Abscheidungen aus der Membran
abzuwaschen, wodurch eine Verringerung der Menge an gereinigtem
Wasser und eine Abnahme der Reinigungsleistung verhindert wird.
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Wenn
zusätzlich
Freigabewasser verwendet wird, um die Abscheidungen von der Membran
freizugeben, kehrt es zu dem Wasser zurück, das durch die Membran hindurch geht
und tritt somit nicht in den Schlamm ein, wodurch eine Erhöhung des
Wassergehalts in dem gewonnenen Schlamm verhindert wird.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine spezielle Ausführungsform
beschrieben. 1 bis 3 zeigen
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Membran-Trennvorrichtung von 1. 3 ist
eine Halbschnittansicht der Membran-Trennvorrichtung von 2 gesehen von
oben.
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Wie
in 1 gezeigt ist, strömt Rohwasser, d.h. zu behandelndes
Wasser, von einer Wasserquelle (beispielsweise einem Speicher) 1 durch
eine Leitung 2 und einen Filter 3 zum Entfernen
von grobem Schmutz und wird dann in einen Rohwasserspeichertank 5 mit
Hilfe einer Pumpe 4 gesaugt. Eine Reguliervorrichtung 7 für ein Kernbildungsmittel
setzt Magnetpulver, wie Ionentetroxyd, einen pH-Regler, ein Koagulans
(eine Wasserlösung
von Polyaluminiumchlorid, Eisenchlorid oder Eisen-III-Sulfat) zur
Schaffung von Aluminium- oder Eisenionen und ein polymerverstärkendes
Mittel dem Rohwasser 6 durch eine Leitung 8 zu
und führt
das Rohwasser zu einem Rührbehälter 9.
Der Rührbehälter 9 hat
Rührflügel 11,
die von einem Motor 10 drehangetrieben werden, um das Wasser
zu rühren,
damit Magneftlocken mit einer Größe von mehreren
100 μm bis
mehreren mm gebildet werden, um dadurch zu behandelndes Wasser 12 zu
erzeugen. Das zu behandelnde Wasser strömt durch eine Leitung 13 in
die Membran-Trennvorrichtung 14, wie es durch einen Pfeil
A gezeigt ist.
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Es
wird der Aufbau der Membran-Magnet-Trennvorrichtung 14 unter
Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein trommelförmiges Netz
(eine Membran), die von feinen Strängen aus rostfreiem Stahl,
Kupfer, Polyesterfasern oder dergleichen bestehen und Sieböffnungen
mit einer Größe von einigen
10 μm besteht. Die
gegenüberliegenden
Enden des Netzes 15 sind mit den trommelförmigen Mänteln 16 und 17 ohne
irgendwelche Sieböffnungen
verbunden, wobei eines der Enden einstückig mit einem Flansch 18 verbunden
ist. Der Flansch 18 hat einen zentralen Abschnitt, der
an einer Stange 19 befestigt ist. Das trommelförmige Netz 15 wird
von einem Motor 20 über
die Stange, den Flansch 18 und den Mantel 16 gedreht.
Der Mantel 17 gleitet drehbar, während er in luftdichtem Kontakt
mit einem stationären
Flansch 21 über
eine Gleitfläche 22 gehalten
wird. Außerhalb
des Netzes 15 ist ein Behälter 23 für gereinigtes
Wasser angeordnet. Das zu behandelnde Wasser 12 strömt aus der
Leitung 13 in das trommelförmige Netz 15 und geht
durch es hindurch. An dieser Stelle werden magnetische Flocken 24 in
dem zu behandelnden Wasser 12 durch eine Innenfläche des
Netzes 15 gefangen. Nach dem Durchgang durch das Netz 15 wird das
von den Magnetflocken 24 befreite Wasser gereinigtes Wasser 25,
das in dem Behälter 23 für gereinigtes
Wasser gesammelt und dann zu der Wasserquel le (Speicher 1) über ein
Rohr 26 abgeführt
wird, was durch einen Pfeil B gezeigt ist. Das zu behandelnde Wasser
geht durch das Netz 15 basierend auf einem Differenzspiegel
zwischen dem zu behandelnden Wasser 12 und dem gereinigten
Wasser 15 hindurch. Andererseits haften die magnetischen
Flocken 24 an der inneren Fläche des Netzes 15 und scheiden
sich darauf aufgrund des Durchgangswiderstands ab. Das Netz 15 dreht
sich in 2 im Uhrzeigersinn und die abgeschiedenen
Magnetflocken 24 sind dem Atmosphärenabschnitt über dem Spiegel
ausgesetzt. An diesem Punkt strömt
der Teil des Wassers in den magnetischen Flocken längs des Netzes 15 aufgrund
der Schwerkraft nach unten, wodurch der Wassergehalt der Abscheidungen
auf der Netz-(Membran-)Oberfläche,
die dem Atmosphärenteil über dem
Spiegel ausgesetzt ist, auf etwa 95% reduziert und die Abscheidungen
werden konzentriert.
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Wenn
sich die dem atmosphärischen
Teil ausgesetzten und konzentrierten magnetischen Flocken 27 einem
Magnetfeldgenerator, beispielsweise einem Permanentmagneten 28 mit
einer Oberflächenmagnetfeldstärke von
0,5 Tesla sowie einem Magnetpol 29 aus Eisen, nähern, werden
sie von dem Netz 15 zu dem Magnetpol 29 hin mit
hoher Geschwindigkeit aufgrund eines magnetischen Gradienten außerhalb
des Magnetfeldgenerators aufgetrennt und entfernt. Die magnetischen
Flocken 30 haften an einem nicht magnetischen Bewegungsgehäuse (oder
einem dünnen
Mantel) 31 (beispielsweise hergestellt aus rostfreiem Stahl),
der sich außerhalb
des Magnetfeldgenerators bewegt. Eine sich einstellende Kollisionskraft
führt dazu,
dass Überschusswasser aus
den Magnetflocken 30 abgetrennt wird, die an dem Bewegungsgehäuse 31 haften,
während
die magnetischen Flocken 30 weiterhin konzentriert werden.
Die magnetischen Flocken 30, die an dem Bewegungsgehäuse 31 haften,
werden einer magnetischen Kompressionskraft aus dem magnetischen Pulver
in den Magnetflocken aufgrund des magnetischen Gradienten des Magnetfeldgenerators
ausgesetzt, so dass weiteres Überschusswasser
aus den magnetischen Flocken 30 herausgedrückt wird,
das dadurch weiter konzentriert wird. Das abgetrennte Wasser strömt auf einer
Fläche
des Mantels 31 nach unten oder fällt nach unten. Dadurch nimmt
der Wassergehalt der magnetischen Flocken auf etwa 90% ab.
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Der
Mantel (Bewegungsgehäuse) 31 hat
ein Ende, das mit einem Flansch 32 ein Stück damit
bildend verbunden ist. Eine an dem Flansch 32 befestigte
Stange 33 wird im Uhrzeigersinn in 2 durch einen
Motor 34 gedreht, um die konzentrierten magnetischen Flocken 30 an
der Manteloberfläche
im Uhrzeigersinn zu drehen. Wenn sich die magnetischen Flocken 30 von
dem Magnetfeldgenerator weg bewegen, schwächt sich die magnetische Anziehkraft
ab und die Flocken werden von der Manteloberfläche durch eine stationäre Spatel
(Schaber) 35 freigeben und dann in einem Schlammbehälter 36 als Schlamm 37 ge trennt
und gesammelt. Ein Sammelelement (beispielsweise ein Wendelplattenelement) 38,
das in einem unteren Teil des Schlammbehälters 36 angeordnet
ist, wird dann von einem Motor 40 über eine Stange 39 gedreht,
um den Schlamm 37 in dem Schlammbehälter 36 nach oben
in 3 zu transportieren, um ihn in seinem Auslass 41 auszuwerfen.
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Der
ausgeworfene Schlamm 37 geht durch einen in 1 gezeigtes
Rohr hindurch und wird dann in einem Schlammbehälter 43 gespeichert.
In dem Schlammbehälter 43 wird
der Wassergehalt des Schlamms unter Verwendung einer Dehydriervorrichtung
weiter verringert, beispielsweise durch eine Seperatorzentrifuge
oder eine Bandpressmaschine oder dergleichen, so dass er auf etwa
85% reduziert wird, um zu verhindern, dass Wasser aus dem Schlamm
ausfließt,
wenn der Schlamm transportiert wird, oder auf etwa 75% reduziert
wird, um Mikroorganismen zu aktivieren, die Organismen während der
Kompostierbehandlung ersetzen, wenn der Schlamm kompostiert wird.
Der konzentrierte Schlamm wird von einem Lastwagen zu einer Müllhalde
oder Verbrennungsanlage transportiert oder durch einen Kanal 45 zu
einem Kompostbehälter 44 überführt, der
hinter dem Schlammbehälter 43 für eine Kompostierbehandlung
angeordnet ist. Nach der Kompostierbehandlung kann der Kompost zu Pulver
zerkleinert werden, so dass magnetisches Pulver oder erzeugte magnetische
Substanzen aus dem Verbund eine Wiederverwendung mit Hilfe einer weiteren
magnetischen Trennvorrichtung wiedergewonnen werden können.
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Da
bei dieser Ausführungsform
die Abscheidungen auf der Membran (Netz) freigegeben und abgetrennt
werden können,
ohne Waschwasser zu verwenden, wird verhindert, dass der Wassergehalt
der Abscheidungen zunimmt, wodurch ein Schlamm hoher Konzentration
mit einem Wassergehalt von etwa 90% gewonnen werden kann. Demzufolge
kann das Volumen des Schlamms um etwa ein Zehntel von dem reduziert
werden, das nach dem Waschen in Wasser nach dem Stand der Technik
erhalten wird, d.h. 99%. Wenn somit der Schlamm von einem Lastwagen
zu einer Müllhalde
oder Verbrennungsanlage transportiert oder kompostiert wird, wird
eine Entwässerungsvorrichtung,
wie ein Zentrifugenentwässerer oder
eine Bandpressmaschine verwendet, um den Wassergehalt des Schlamms
zu verringern, wofür man
jedoch nur ein Zehntel der Behandlungsleistung und ein Zehntel der
Dehydriermenge verglichen mit dem Stand der Technik benötigt, wodurch
die Dehydriervorrichtungskosten und Betriebsenergiekosten wesentlich
verringert werden. Außerdem
wird kein Waschwasser zum Waschen der Abscheidungen auf dem Netz
verwendet, wodurch eine Erhöhung
der Menge des gereinigten Wassers und eine Zunahme der Reinigungsleistung
verhindert werden. Da kein Waschwasser verwendet wird, wird darüber hinaus verhindert,
dass das Netz einer wiederholten Beanspruchung aufgrund des Drucks
des Waschwassers unterliegt, wodurch ausgeschlossen wird, dass die Fasern
des Netzes brechen. Als Folge ergibt sich eine lange Lebensdauer
des Netzes, und die Häufigkeit,
mit der das Netz ausgetauscht werden muss, nimmt ab, wodurch die
Kosten wesentlich reduziert werden.
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Bei
der obigen Ausführungsform
erhält
man ähnliche
Effekte durch Verwendung einer Wasserlösung mit einem pH-Regulator
sowie Eisenchlorid oder Eisen-III-Sulfat, um nur Eisenionen zu schaffen, ohne
Magnetpulver wie Eisentetroxyd durch den Regulator 7 für das Keimbildungsmittel
einzuführen,
um Eisenhydroxyd als Koagulanskomponente aufweisende Flocken zu
erzeugen, so dass die niedrige magnetische Suszeptibilität des Eisenhydroxyds
dazu verwendet werden kann, die Flocken magnetisch abzutrennen.
Dieses Verfahren kann die Betriebskosten weiter verringern, da kein
Magnetpulver verwendet wird.
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4 bis 6 zeigen
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Unterschiede zwischen dieser Ausführungsform
und der Ausführungsform
von 1 bis 3 sind wie folgt. Von den Abscheidungen
auf dem Netz (Membran) 15 werden eine Fangsubstanz, auf
die die magnetische Anziehungskraft nicht wirkt, oder magnetische
Flocken, die nur eine kleine Menge Magnetpulver enthalten und fast
keiner Magnetkraft unterliegen (die mehrere Prozente der gesamten
entfernten Substanz oder mehrere Prozente der Magnetflocken einnehmen)
von dem Magnetfeldgenerator (dem Permanentmagneten 28 und
dem Magnetpol 29) nicht angezogen. Somit verbleiben diese
gefangenen Substanzen auf dem Netz 15, wobei jedoch eine
kleine Menge von Abscheidungen die Durchlässigkeit nicht sofort beeinträchtigt.
Wenn jedoch die Menge der Abscheidungen proportional zur Betriebszeit
zunimmt, wird die Durchlässigkeit
beeinträchtigt.
Deshalb wird bei dieser Ausgestaltung versucht, solche Abscheidungen
abzuwaschen. Das gereinigte Wasser 25 in dem Behälter 23 für gereinigtes
Wasser wird durch einen Einlass 47 mit Hilfe einer Pumpe 46 angesaugt und
dann durch eine Leitung 48 zu einem Duschrohr 49 geführt, welches
Duschwasser 50 in das Netz durch Poren darin so ausstrahlt,
dass das Wasser von einer Außenfläche des
Netzes 15 zu einer Innenfläche von ihm gestrahlt wird.
Die auf der Innenfläche des
Netzes 15 angesammelten Abscheidungen werden durch das
Duschwasser freigegeben, um das Netz 15 zu erneuern. Das
Duschwasser und die freigegebenen Abscheidungen werden in einem
Trog 51 gesammelt, der innerhalb des Netzes 15 vorgesehen ist,
gehen durch einen Abzugskanal 52 und ein Rohr 54 und
strömen,
wie durch einen Pfeil C gezeigt ist, ab. Dieses Waschwasser wird
zu einer Stromaufseite des Rohwasserreservoirs 5 über eine
Pumpe 53 und ein Rohr 54 zurückgeführt, während die entfernte Substanz
remagnetisiert und wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform
magnetisch separiert wird. Da bei dieser Ausführungsform die zu entfernende
Menge von Abscheidungen gering ist, ist nur eine geringe Menge Waschwasser
erforderlich, wodurch eine Abnahme in der Menge des gereinigten Wassers
auf mehrere Prozent begrenzt wird. Dies verhindert, dass sich eine
eingefangene Substanz, auf die die magnetische Anziehungskraft nicht
wirkt, auf der Netzoberfläche
abscheidet, ohne dass die Reinigungsleistung merklich abnimmt. Da
nur eine geringe Menge Waschwasser erforderlich ist, kann zusätzlich eine
wiederholte Beanspruchung an dem Netz, die durch den Druck des Waschwassers
verursacht wird, verringert und eine Abnahme der Lebensdauer des
Netzes ausgeschlossen werden. Bei dieser Ausführungsform kann sich die Pumpe 46 zum Zuführen von
Waschwasser außerhalb
des Behälters 23 für gereinigtes
Wasser befinden, so dass Rohwasser oder dergleichen als Waschwasser
verwendet werden kann.
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Dadurch,
dass in 5 die Innenfläche des Netzes 15 in
Kontakt mit dem Mantel 31 gebracht wird oder die Innenfläche in der
Nähe des
Mantels angeordnet wird, kann eine Schlammschicht zwischen der Innenfläche des
Netzes 15 und dem Mantel 31 als Brücke angeordnet
werden, um den Abschälwiderstand
zu verringern, der ausgeübt
wird, wenn die magnetischen Flocken 27 aufgrund ihrer Oberflächenspannung
oder dergleichen abgeschält werden.
Dies ermöglicht
es, dass die magnetischen Flocken magnetisch mit einer geringeren
Magnetkraft abgetrennt werden. In diesem Fall kann eine Pumpe oder
dergleichen verwendet werden, um einen Teil des gereinigten Wassers 25 zwischen
die Innenfläche
des Netzes 15 und den Mantel 31 zuzuführen, um
beabsichtigt eine Flüssigfilmschicht
auszubilden. Alternativ kann der Trennungseffekt dadurch verbessert
werden, dass die Drehzahlen der Innenfläche des Netzes 15 und
des Mantels 31 so eingestellt werden, dass ihre Relativgeschwindigkeiten verringert
werden.
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Wenn
alternativ der Magnet 28 des Magnetfeldgenerators einen
hohen magnetischen Gradienten hat, kann der Magnetpol 29 weggelassen
werden.
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7 zeigt
eine verbesserte Form der in 2 gezeigten
Ausführungsform.
Die verbesserte Form unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform
dadurch, dass ein Generator 55 für elektromagnetische Wellen
verwendet wird, um elektromagnetische Wellen zum Trocknen und Konzentrieren
der abgetrennten Magnetflocken 30 auf dem Mantel 31 verwendet
wird, der nicht magnetisch ist. Da das Magnetpulver über den
magnetischen Flocken gleichförmig
vorhanden ist, wenn sie der elektromagnetischen Welle ausgesetzt
werden, tritt ein Induktionsstrom in dem Magnetpulver auf, der Joulesche
Wärme proportional
zum elektrischen Widerstandswert des Magnetpulvers erzeugt. Dementsprechend
werden alle Magnetflocken wirksam erhitzt, während Wasser aus ihnen verdampft
wird, um ihren Wassergehalt weiter zu verringern. Dadurch kann der Wassergehalt
auf 85% bis 75% ohne Verwendung von einer Entwässerungsvorrichtung wie einer
Separatorzentrifuge oder einer Bandpressmaschine verringert werden.
Anstelle des Generators 55 für elektromagneti sche Wellen
kann eine Heizeinrichtung, eine Infrarotlampe oder eine Beheizung
oder Heißwind
zum Konzentrieren der magnetischen Flocken verwendet werden.
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8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Unterschiede zwischen dieser Ausführungsform
und der in 5 gezeigten Ausführungsform
werden nachstehend beschrieben. Das zu behandelnde Wasser 12 strömt von der
Leitung 13 in einen Trennbehälter 56 außerhalb
des trommelförmigen
Netzes 15 und geht dann durch das Netz 15 hindurch.
An dieser Stelle werden die magnetischen Flocken in dem zu behandelnden
Wasser durch eine äußere Umfangsfläche des
Netzes 15 gefangen. Das Wasser, das durch das Netz 15 von
dessen Außenseite
zu dessen Innenseite hindurchgegangen ist, um frei von magnetischen
Flocken 24 zu werden, wird in dem Netz 15 als
gereinigtes Wasser 25 gesammelt. Das gereinigte Wasser 25 wird
dann zum Speicher 1 oder dergleichen über das Rohr 26 abgeführt. Das
zu behandelnde Wasser geht durch das Netz 15 basierend
auf einer Pegeldifferenz zwischen dem zu behandelnden Wasser 12 und
dem gereinigten Wasser 25 hindurch. Andererseits scheiden sich
die Magnetflocken 24, die an der Außenfläche des Netzes 15 anhaften,
das in 8 im Uhrzeigersinn dreht, darauf ab und werden
dem atmosphärischen
Teil über
dem Spiegel ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt strömt ein Teil des Wassers in
den magnetischen Flocken nach unten längs des Netzes 15 aufgrund
der Schwerkraft, wodurch die Abscheidungen konzentriert werden.
In diesem Fall nimmt der Wassergehalt der Abscheidungen auf der
Membran-(Netz-)Oberfläche
in dem atmosphärischen
Teil auf etwa 95% ab.
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Wenn
sich die magnetischen Flocken 27, die dem atmosphärischen
Teil ausgesetzt sind, einem Magnetfeldgenerator annähern (beispielsweise
dem Permanentmagneten 28, der eine Oberflächenmagnetfeldstärke von
0,5 Tesla und den Eisenmagnetpol 29 hat), der sich an der
Atmosphäre
außerhalb
des Netzes 15 befindet, bewegen sie sich mit hoher Geschwindigkeit
zu dem Magnetpol 29 für
eine magnetische Separierung aufgrund eines magnetischen Gradienten
außerhalb
des Magnetfeldgenerators. Die sich bewegenden magnetischen Flocken 30 haften
an dem nicht magnetischen Bewegungskörper (oder dem dünnen Mantel) 31 (der
beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist), der sich außerhalb
des Magnetfeldgenerators rotationsmäßig bewegt. Die sich ergebende
Kollisionskraft führt
dazu, dass Überschusswasser
von den magnetischen Flocken 30 abgetrennt wird und die
magnetischen Flocken 30 weiter konzentriert werden. Die
magnetischen Flocken 30 werden einer magnetischen Druckkraft
von dem Magnetpulver in den magnetischen Flocken aufgrund des magnetischen
Gradienten des Magnetfeldgenerators unterworfen, so dass mehr Überschusswasser
aus den magnetischen Flocken 30 herausgedrückt wird,
die dadurch weiter konzentriert werden. Der Wassergehalt der magnetischen Flocken
nimmt auf etwa 90% ab.
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In 8 dreht
sich der Mantel im Uhrzeigersinn. Wenn sich die konzentrierten Magnetflocken auf
der Oberfläche
des Mantels 31 von dem Magnetfeldgenerator wegbewegen,
um die magnetische Anziehungskraft zu schwächen, werden sie von einem Kratzer
(einer Spatel) 35 freigesetzt und dann abgetrennt und dann
in einem Schlammbehälter 57 als Schlamm
gesammelt. Der Schlamm in dem Schlammbehälter 57 wird mit Hilfe
des Sammelelements 38 überführt und
dann aus dem Auslass ausgeworfen.
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Andererseits
wird ein Teil des gereinigten Wassers durch den Einlass 47 der
Pumpe 46 gesaugt und dann durch die Leitung 48 zum
Duschrohr 49 transportiert, welches das Duschwasser 50 in
das Netz 15 durch Poren in ihm so einstrahlt, dass das Wasser
von der Innenfläche
des Netzes 15 zu seiner Außenfläche gestrahlt wird. Die auf
der Außenfläche des
Netzes 15 angesammelten Abscheidungen werden durch das
Duschwasser freigesetzt und das die Abscheidungen enthaltende Waschwasser
wird in einem Trog 58 gesammelt, der sich außerhalb
des Netzes befindet, während
das Netz 15 regeneriert wird. Das Waschwasser in dem Trog 15 wird
aus einem Abführabschnitt 59 abgeführt und
zur Stromaufseite des Rohwasserspeichers 5 zurückgeführt, wie
es bei der in 4 gezeigten Ausführungsform
der Fall ist.
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Der
aus dem Schlammbehälter 57 ausgeworfene
Schlamm wird in dem Schlammbehälter 43 über das
Rohr 42 wie in 1 gelagert. Der Schlamm wird
dann in der gleichen Weise wie bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen behandelt.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann ein magnetischer Trennabschnitt (ein Abschnitt zum Abtrennen
der magnetischen Flocken des Magnetfeldgenerators) außerhalb
des Netzes 15 angeordnet werden, um das zu behandelnde
Wasser auf einem hohen Pegel zu halten, während das zu behandelnde Wasser
einen großen
Querschnitt beim Durchgang durch das Netz haben kann, wodurch die
Menge des gefilterten Wassers erhöht wird. Demzufolge kann eine
gesteigerte Menge von zu behandelndem Wasser zur Verwendung der
gleichen Form und Größe der Netztrommel
wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gereinigt werden.
Zusätzlich hat
der magnetische Trennabschnitt einen größeren Installierungsraum als
wenn er innerhalb des Netzes installiert würde, wodurch die Größe des Magnetfeldgenerators
und somit die Magnetfeldstärke
erhöht werden.
Dementsprechend können
durch Erhöhen der
Magnetkraft auch Magnetflocken, die nur eine kleine Menge an Magnetpulver
enthalten, magnetisch getrennt werden, um die Menge der Restabscheidungen
zu verringern. Dadurch ist es möglich, Waschwasser
(das Duschwasser 50) einzusparen, das verwendet wird, um
das Netz zu waschen. Außerdem
kann die Magnetfeldstärke
gesteigert werden, um die magnetische Druckkraft zu vergrößern. Deshalb
ist es möglich,
den Wassergehalt der magnetischen Flocken 30 weiter zu
reduzieren.
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9 und 10 zeigen
einen weiteren Aufbau des Magnetfeldgenerators für jede der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen.
Dieser Magnetfeldgenerator verwendet eine Masse 60 eines oxydischen
supraleitenden Materials auf Wismut- oder Samariumbasis, das bei
etwa 77°K
supraleitend wird. Die Masse 60 befindet sich in einem
Vakuum-Wärmeisolations-Behälter 61 und
hat beispielsweise einen thermischen Kupferleiter 62 an
einer rückwärtigen Oberfläche, während die
Masse und der thermische Leiter thermisch miteinander integriert
sind. Eine thermische Leiterplatte 65, die mit einem Kühlende 64 einer
Kältemaschine 63 in
Pulsrohrbauweise oder dergleichen integriert ist, wird thermisch
mit einem Ende des thermischen Leiters 62 integriert, um
den Leiter 62 auf eine extrem niedrige Temperatur von etwa
50°K zu
kühlen.
Durch ein laminiertes Wärmeisoliermaterial 66 ist
ein Abschnitt mit extrem niedriger Temperatur thermisch isoliert. Die
Kältemaschine 63 in
Pulsrohrbauweise sowie ein Kompressor 67 sind miteinander
durch ein Druckrohr 68 verbunden, um einen Kältekreislauf
zu bilden. Ein Ende des Motors 34 und der Vakuum-Wärme-Isolierbehälter 61 sind
miteinander über
ein Halteelement 69 für
eine stationäre
Festlegung integriert. Die Masse 60 wird mit Hilfe der
Kältemaschine 63 abgekühlt und
danach dringen von außen
mit Hilfe einer Magnetisiervorrichtung (nicht gezeigt) Magnetfelder durch,
so dass ein induzierter Permanentstrom innerhalb der Masse herbeigeführt wird.
Während
die Masse auf einer extrem niedrigen Temperatur gehalten wird, kann
die Masse als Permanentmagnet verwendet werden, um beispielsweise
Magnetfelder von ein Tesla zu erzeugen. Dementsprechend stellt diese Ausführungsform
eine Magnetfeldstärke
bereit, die mehrere Male so hoch ist, wie die eines herkömmlichen
Normaltemperatur-Permanentmagneten auf Neodymium-Basis, und ermöglicht die
Erzeugung eines maximalen Magnetfelds im Zentrum des Magneten im
Gegensatz zum Permanentmagneten. Deshalb ist es möglich, Magnetfelder
mit hohem Gradienten in der Mitte des Magneten zu erzeugen. Diese Ausgestaltung
kann somit die Magnetfeldstärke
des Magnetfeldgenerators steigern und den magnetischen Trenneffekt
und den Dehydriereffekt verbessern. Da das maximale Magnetfeld in
der Mitte des Magneten auftritt und das Magnetfeld mit hohem Gradienten
allmählich
um das maximale Magnetfeld herum abgeschwächt werden kann, bewegen sich zusätzlich die
magnetischen Flocken auf dem Mantel 31 nicht in die entgegengesetzte
Richtung und können
somit leicht in der Manteldrehrichtung für ein glattes Entfernen bewegt
werden. Ähnliche
Effekte erhält
man, wenn die Kältemaschine
eine Gifford Macmahon-Kältemaschine,
eine Solvay-Kältemaschine,
eine Starring-Kältemaschine,
eine Auditor-Kältemaschine
oder dergleichen ist. Statt der Masse 60 kann alternativ
ein supraleitender Magnet bestehend aus einem Hochtemperatursupraleiter
als Magnetfeld erzeugende Einrichtung verwendet werden.
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11 zeigt
einen weiteren Aufbau des Mantels (Bewegungskörpers) 31 in der in 2 oder 5 gezeigten
Ausführungsform.
Bei diesem Aufbau ist eine Membran 70 mit einem Wasser
absorbierenden Material, das aus einem Filztuch oder aus feuchtefesten
Fasern eines Polymermaterials besteht, in einem Stück an die
Außenumfangsfläche des
Mantels 31 geklebt. Zusätzlich
bezeichnet das Bezugszeichen 71 eine Rolle, die an der
Innenfläche des
Mantels 31 angeordnet ist, während das Bezugszeichen 73 eine
Antriebsrolle bezeichnet, die sich an einer Außenfläche der Wasser absorbierenden
Membran 70 befindet und von einem Motor 72 drehangetrieben
wird. Diese Rollen 71 und 73 bilden eine Entwässerungsvorrichtung,
die so angeordnet ist, dass sich der Mantel 31 und die
Membran 70 sandwichartig zwischen den Rollen 71 und
der Antriebsrolle 73 befinden. Diese Entwässerungsvorrichtung
quetscht die Membran 70 zum Entfernen von absorbiertem Wasser
aus ihr, während
das entfernte Wasser nach unten in dem Netz 15 aufgrund
der Schwerkraft strömt.
Die wasserfreie Membran 70 bewegt sich im Uhrzeigersinn
und die magnetischen Flocken 30 haften an der Membran aufgrund
einer magnetischen Abtrennung. Ein Teil des Wassers in den Flocken wird
von der Membran 70 aufgrund der Oberflächenspannung oder einer anderen
Wirkung absorbiert, während
die Flocken von der Membran 70 mit Hilfe der Spatel 35 abgeschabt
werden. Da die abgeschabten Magnetflocken 30 einen reduzierten
Wassergehalt haben, können
konzentrierte Magnetflocken abgetrennt und entfernt werden. Die
Membran 70, aus der die magnetischen Flocken abgeschabt worden
sind, wird wieder durch die Entwässerungsvorrichtung
gequetscht, so dass absorbiertes Wasser nach außen bezüglich der Membran ausgeworfen wird.
Bei diesem Aufbau dient die Membran 70 zum Entwässern der
auf dem Bewegungskörper 31 während der
Bewegung magnetisch abgetrennten magnetischen Flocken, wodurch die
Gewinnung von konzentrierten magnetischen Flocken ermöglicht wird.
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12 zeigt
eine Änderung
der in 4 gezeigten Ausführungsform, bei welcher der
von der Membran-Magnet-Trennvorrichtung gewonnene Schlamm thermisch
zersetzt wird, um das Magnetpulver zurückzugewinnen. Bei dieser Variante
wird der gewonnene Schlamm in eine Schlammdruckpumpe 76 von
einem Schlammtank 74 über
ein Rohr 75 eingeführt,
ohne dass eine Dehydriervorrichtung wie eine Seperatorzentrifuge
verwendet wird. An einem Einlassabschnitt der Schlammdruckpumpe 76 werden
dem Schlamm aus einem Agentientank 77 über ein Ventil 78 Wasser
und ein Reaktionsbeschleuniger, der für die Behandlung bei hoher
Temperatur und hohem Druck erforderlich ist, eine Alkalilösung, die
als Neutralisator wirkt, und dergleichen zugesetzt. Der Schlamm
wird auf einen Druck von etwa 2 MPa mit Hilfe der Schlammdruckpumpe 76 gebracht
und im Innenraum eines Reaktionsrohrs 79 ausgeworfen. Der
Schlamm wird durch einen Vorerhitzungsaustauscher 80 vorerhitzt,
um Wär me
nach der Behandlung zurückzugewinnen.
Der Schlamm wird mit Hilfe eines Temperaturregulators 81,
der eine eingebaute Heizeinrichtung oder dergleichen hat, auf 200°C erhitzt,
und tritt somit in einen subkritischen Zustand ein.
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Phytoplanktone
oder Zooplanktone oder dergleichen in dem Schlamm sind Organismen,
während
das Koagulans ein anorganisches oder ein organisches System ist.
Somit sind in subkritischem Wasser die koagulierten Flocken und
magnetischen Flocken in ihren Bindungen zerstört und Feststoffe in den Flocken
werden zersetzt. Die Organismen werden zu einer subkritischen Lösung mit
einer öligen viskosen
Flüssigkeit
darin und eingemischtem Wasser, während das Koagulans vom Umfang
des Magnetpulvers in dem Schlamm freigegeben wird, so dass das Magnetpulver
einzeln aus dem Schlamm abgetrennt wird. In einem Magnetpulverseparator 82 begünstigt eine
Rühreinrichtung
(nicht gezeigt) eine Trennung des Magnetpulvers und es werden Magnetismus
erzeugende Einrichtungen 83, beispielsweise Elektromagnete 83a, 83b und 83c verwendet,
um das separierte Magnetpulver zu einem Ende dieses Behälters für ein Sammeln
zu leiten, indem eine Leistungszuführung zu jedem der Elektromagneten
ein- und ausgeschaltet wird. Wenn sich einmal eine bestimmte Menge
Magnetpulver in dem Behälter
angesammelt hat, werden die Leistungseinspeisungen zu den Elektromagneten
abgeschaltet oder ein leitender Strom reduziert, um eine elektromagnetische
Kraft zu verringern. Zur Gewinnung des Manetpulverschlamms unter
Verwendung eines Innendrucks wird ein Ventil 84 geöffnet. Das
gewonnene Magnetpulver wird für
die magnetische Trennung wieder verwendet.
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Wenn
der Schlamm den Magnetpulverseparator 82 verlassen hat,
werden dem Schlamm aus dem Agentientank 86 in einem Reaktionsrohr 90 über ein
Ventil 87 und eine Pumpe 88 Sauerstoff, Wasserstoffperoxyd,
Luft, ein eutektisches Reaktionsmittel, eine Alkalilösung oder
dergleichen zugesetzt, die für die
Oxidation bei hoher Temperatur und hohem Druck erforderlich sind.
Die Temperatur des Schlamms wird von einem Temperaturregler 89 gesteuert,
der eine eingebaute Heizeinrichtung hat, so dass die in dem Schlamm
enthaltenen Organismen zur Reduzierung seines Volumens oxydiert
werden. Während
einer chemischen Reaktion wird in dem Schlamm vorhandener Phosphor
zu Phosphat und dann zu einem Feststoffsediment. An dem Reaktionsrohr 90 ist
ein Sicherheitsventil 91 befestigt.
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Danach
geht die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisende
Lösung
durch ein Rohr 92 hindurch und ihre Wärme wird dann durch den Vorheizaustauscher 80 zurückgewonnen.
Der Druck der Lösung
wird durch ein Druckeinstellventil 94 reduziert, anschließend wird
sie in einen Entspannungstank 93 gesprüht. Der Druck in dem Entspannungstank 93 ist
etwas höher
als der Atmosphärendruck über das
Druckeinstellventil 94 ein gestellt. In dem Entspannungstank 93 verdampft
ein Teil des Wassers in der Schlammlösung mit hoher Temperatur und
hohem Druck durch ihr eigenes Wärmevolumen,
während
der restliche Teil durch eine eingebaute Heizeinrichtung oder dergleichen
erhitzt und dann verdampft wird. Die verdampften Dämpfe isolieren den
Entspannungstank 93 thermisch und werden aus dem Drucksteuerventil 95 emittiert.
Nicht oxidierte Organismen und anorganische Moleküle in dem Schlamm
werden in dem Entspannungstank 93 getrocknet und verfestigt
und die getrockneten Feststoffe setzen sich am Boden des Behälters ab
und trennen sich dort und werden aus dem Tank herausgenommen. Der
restlichen Lösung
wird über
ein Rohr 96 und ein Durchsatzsteuerventil 97 Rohwasser
zugeführt,
das mit der Lösung
in einem Rohr 98 gemischt wird. Die Wasserqualität der Mischung
wird eingestellt, wonach sie einem Abwassersystem, einer Plantage
oder dergleichen zugeführt
wird.
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Bei
dieser Ausführung
wird die Koagulationswirkung des Koagulans durch das eine hohe Temperatur
und einen hohen Druck aufweisende Wasser außer Funktion gesetzt, die Feststoffe
in den Flocken werden zersetzt und das Koagulans wird aus Peripherien
des Magnetpulvers in dem Schlamm frei gegeben. Deshalb kann das
Magnetpulver individuell abgetrennt und aus dem Schlamm wiedergewonnen werden.
Als Folge erhält
man ein sehr reines magnetisches Pulver für die Wiederverwertung. Da
der Schlamm behandelt werden kann, ohne dass eine Konzentriereinrichtung,
wie eine Separatorzentrifuge oder eine Bandpressmaschine verwendet
wird, können
zusätzlich
die Vorrichtungskosten verringert werden, und das reduzierte Volumen
des Schlamms reduziert die Schlammbehandlungskosten. Diese Ausführungsform
ist auch auf die Rückgewinnung
und Wiederverwendung von Magnetpulver anwendbar, wenn eine Mischung
aus Magnetpulver oder einer entfernten Substanz einer Membran-Magnet-Trennung
unterworfen wird, ohne dass das Koagulans verwendet wird und magnetische
Flocken erzeugt werden.
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13 zeigt
einen verbesserten Aufbau der in 2 gezeigten
Ausführungsform.
Er unterscheidet sich von der Ausführungsform von 2 dadurch,
dass Ultraviolettlampen 99 und 100 in Schutzglasrohre 101 bzw. 102 eingeführt sind,
die dann in Position gebracht werden, um Mikroorganismen in dem
zu behandelnden Wasser daran zu hindern, an dem Netz 15 zu
haften, und sich fortzupflanzen, um das Netz 15 zu blockieren.
Jedes Schutzglasrohr 101 bzw. 102 hat einen dampfabgeschiedenen
Aluminiumfilm an seiner Innenfläche
ein seinem oberen oder unteren Teil, so dass Ultraviolettstrahlen
reflektiert und zur Einwirkung auf die innere und äußere Fläche des
Netzes 15 gebracht werden. Bei dieser Ausgestaltung werden
Eier oder Larven von Zooplanktonen oder Phytoplanktonen durch die
Ultraviolettstrahlen getötet
und pflanzen sich somit auf dem Netz nicht fort, wodurch eine Blockierung
des Netzes 15 oder eine Verringerung der Größe der Sieböffnungen
verhindert wird, was die Reinigungsfunktion beeinträchtigen
kann. Durch Immobilisieren einer aktiven oxidierenden Katalysatorsubstanz,
wie Titanoxyd, auf feinen Linien oder Fäden, die das Netz 15 bilden, können zusätzlich andere
anhaftende Organismen anstatt lebende Dinge oxidiert und zersetzt
werden, um auszuschließen,
dass das Netz 15 mit Organismen oder dergleichen verunreinigt
wird.
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14 zeigt
eine Änderung
der in 8 gezeigten Ausführungsform. Gemäß dieser Änderung dient
ein magnetischer Gradient außerhalb
eines Magnetfeldgenerators, der den Permanentmagneten 28 mit
der Oberflächenmagnetfeldstärke von
0,5 Tesla und dem Magneteisenpol 29 aufweist, dazu, die
magnetischen Flocken 27 magnetisch von dem zu behandelnden
Wasser 12 abzutrennen. Die Ausgestaltung führt dazu,
dass die magnetischen Flocken 27 mit einer Dicht von etwa
1,05 kg/m3 an dem trommelförmigen Netz
anhaften, um sich durch das zu behandelnde Wasser 12 zu
dem Bewegungskörper 31 zu bewegen.
Dementsprechend wird das Gewicht der magnetischen Flocken wesentlich
durch den Auftrieb ausgeglichen, so dass eine magnetische Trennung auch
bei abgeschwächter
Magnetkraft für
eine Bewegung der magnetischen Flocken möglich ist. Nach dem Anhaften
an dem nicht magnetischen sich bewegenden Körper (oder an dem dünnen Mantel) 31, der
sich in Rotation außerhalb
des Magnetfeldgenerators bewegt, werden die bewegten magnetischen Flocken 30 zu
dem Atmosphärenteil überführt, wo
sie dehydriert und konzentriert werden. Durch die Drehkraft des
Mantels 31 wird eine der Schwerkraft der magnetischen Flocken
entsprechende Bewegungskraft gegeben, wodurch die magnetischen Flocken leicht
vom Wasser zum atmosphärischen
Teil bewegt werden. Diese Ausführung
erfordert nur eine geringe Menge an Magnetpulver in den magnetischen
Flocken, wodurch die zugegebene Magnetpulvermenge somit die Betriebskosten
reduziert werden.
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15 zeigt
eine Abänderung
der in 14 gezeigten Ausführungsform.
Bei dieser Abänderung wird
das gereinigte Wasser 25 in dem Netz 15 durch einen
Einlass 106 einer Pumpe 105 angesaugt, so dass
das freiwerdende Wasser (das gereinigte Wasser) 104 nahe
der Oberfläche
des zu behandelnden Wassers auf das Netz aus Poren in einem Duschrohr 103 über eine
Leitung 107 gesprüht
wird. Die Wasserstrahlen von der Innenfläche des Netzes 15 zu
der Außenfläche geben
die Magnetflocken 27 von der Oberfläche des Netzes 15 frei,
so dass die Flocken 27 in dem zu behandelnden Wasser nahe
am Netz 15 suspendiert werden. Dadurch kann die Magnetkraft, die
für die
Bewegung an dem Netz 15 anhaftenden magnetischen Flocken 27 (Dichte
etwa 1,05 kg/m3) zu dem Magnetfeldgenerator
erforderlich ist, mit einer Größe verringert
werden, die der Beseitigung der Notwendigkeit der Freigabekraft
entspricht. Da die magnetischen Flocken 27 sich durch das
behandelnde Wasser 12 bewegen, wird zusätzlich das Gewicht der magnetischen
Flocken im Wesentlichen durch den Auftrieb ausgeglichen, so dass
eine magnetische Trennung auch bei abgeschwächter Magnetkraft möglich ist.
Nach dem Anhaften an dem nicht magnetischen sich bewegenden Körper (oder
dem dünnen
Mantel) 31, der sich in einer Drehbewegung außerhalb
des Magnetfeldgenerators befindet, werden die magnetischen Flocken 30,
die sich zum Magnetfeldgenerator bewegt haben, leicht zu dem Atmosphärenteil
geführt,
wo sie entwässert
und konzentriert werden. Zusätzlich
befindet sich bei dieser Ausgestaltung der Schlammbehälter 57 außerhalb des
Separierbehälters 56.
Da diese Ausgestaltung es ermöglicht,
dass die magnetischen Flocken von dem Netz 15 mit einer
viel schwächeren
Magnetkraft als bei der Ausgestaltung von 14 separiert
werden, kann die Menge des Magnetpulvers in den magnetischen Flocken
weiter verringert werden, um die Betriebskosten entsprechend der
verringernden Menge des zugesetzten Magnetpulvers zu reduzieren.
Da das zur Freigabe der magnetischen Flocken verwendete Wasser durch
das Netz 15 strömt,
um sich wieder mit dem gereinigten Wasser 25 zu vereinigen, wird
es rezyklisiertes Wasser und tritt nicht in den Schlamm ein, wodurch
eine Erhöhung
des Wassergehalts des Schlamms verhindert wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die Ausführungsformen
beschrieben, bei denen die Verunreinigung in dem Rohwasser in die
magnetischen Flocken umgewandelt wird. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch auch auf eine Vorrichtung zum Entfernen von magnetischen
Flocken aus Waschwasser anwendbar (dieses Wasser enthält eine
große
Menge von magnetischen Flocken und hat einen hohen Wassergehalt
von 98%), das sich nach Rückgewinnung
eines magnetischen Filters ergibt, der magnetische Flocken in einer
magnetischen Trennvorrichtung gefangen hat, die den magnetischen
Filter dazu verwendet, eine große
Menge von magnetischen Flocken mit hoher Geschwindigkeit zu fangen.
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Wenn
die zu entfernende Substanz eine magnetische Substanz ist, beispielsweise
magnetische Bakterien oder ein Eisenoxyd oder eine magnetische kolloidale
Substanz wie Eisenhydroxyd oder Eisenphosphat, kann alternativ die
zu entfernende Substanz bei einem niedrigen Wassergehalt ohne jede Vorbehandlung
zur Umwandlung der Substanz in eine magnetische Substanz separiert
und entfernt werden.
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Durch
chemisches Binden einer toxischen Substanz, wie Arsen, an einem
eutektischen Körper, wie
Eisen, mittels Ferritisierung, brauchen magnetisierte Teilchen nicht
in Flocken umgewandelt zu werden und die zu entfernende Substanz
kann bei einem niedrigen Wassergehalt abgetrennt und entfernt werden.
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Durch
Bereitstellen einer Reihe von Magnetfeldgeneratoren mit unterschiedlichen
Magnetfeldern an einer Vielzahl von Stellen, können Teilchen mit unterschiedlichen
magnetischen Suszibilitäten
für eine magnetische
Trennung klassifiziert werden.
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Durch
Vorsehen einer Wasserabweisung oder einer hydrophilen Eigenschaft
für die
Oberfläche
eines Drahtes, der das Netz 15 bildet, kann, um die Haftung
der magnetischen Flocken an der Oberfläche des Netzes 15 zu
verringern, die für
die Freigabe der magnetischen Flocken erforderliche Kraft verringert
werden, um die Menge des erforderlichen Freigabewassers 64 abzusenken,
wodurch die nötige
Leistung einer Pumpe 60 reduziert wird. Ferner kann die
Magnetpulvermenge in den magnetischen Flocken ebenfalls weiter verringert
werden, um die Betriebskosten entsprechend der verringerten zugesetzten
Magnetpulvermenge zu reduzieren.
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Das
Netz 15 kann durch eine Membran mit kleineren Sieböffnungen
ausgetauscht werden.
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Zusätzlich hat
bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Bewegungskörper 31 einen
zylindrischen Mantel, kann jedoch ein nicht magnetisches rotierendes
Band aufweisen.
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Wenn
sich die magnetischen Flocken 30, die sich zur Oberfläche des
Mantels 31 bewegt haben, von dem Magnetismuserzeuger weg
bewegen, werden sie zu dem Magnetismuserzeuger aufgrund der Magnetkraft
rückgeführt, wobei
jedoch ein solches Zurückführen dadurch
verhindert werden kann, dass Aussparungen und Vorsprünge auf
der Oberfläche des
Mantels 31 ausgebildet werden. Die magnetischen Flocken
können
auch von einer Rückkehr
abgehalten werden, indem ein filzartiges Tuch mit dem Mantel 31 so
integriert wird, dass feine Aussparungen oder Vorsprünge auf
der Oberfläche
des Tuchs dazu dienen, den stationären Reibungswiderstand von
den magnetischen Flocken aus zu erhöhen.
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Es
ist möglich,
die Substanz aus dem Rohwasser ohne irgendein Koagulans dadurch
zu entfernen, dass Magnetpulver in das Rohwasser für eine Mischung
eingespritzt wird, wobei das Magnetpulver im Wesentlichen so groß wie die
zu entfernende Substanz oder kleiner als sie und groß genug
für ein
Einfangen durch das Netz ist, dass die Mischung der zu entfernenden
Substanz das Magnetpulver auf der Netzoberfläche gefangen und abgeschieden
werden und dass die Mischung von dem Netz in einer Zeit freigegeben
wird, die auf der Magnetkraft und seiner Bewegung im Raum basiert.
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Der
Magnetismuserzeuger kann ein normal leitender Elektromagnet oder
ein supraleiternder Elektromagnet sein, der durch eine Kältemaschine gekühlt wird.
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Bei
jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Netz 15 wie
eine Trommel geformt, es kann jedoch wie eine Scheibe geformt sein,
so dass eine Vielzahl solcher Scheiben in Vertikalrichtung angeordnet
werden kann, um eine Vorrichtung zu bilden, während die innere und äußere Fläche des
Netzes 15 mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt werden kann.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden die Magnetflocken auf die Membran (das Netz) durch
die magnetische Kraft aus dem Magnetfeldgenerator angezogen und
können
dadurch magnetisch von der Membran so getrennt werden, dass sie
sich zu dem Magnetfeldgenerator bewegen und an der Oberfläche des
Bewegungskörpers
(Mantel) haften. Eine sich ergebende Kollisionskraft führt dazu,
dass Wasser in den magnetischen Flocken von den Flocken getrennt
wird und nach unten längs
der Membranoberfläche
strömt
oder nach unten aufgrund der Schwerkraft fällt, wodurch der Wassergehalt
der magnetischen Flocken verringert wird. Weiterhin werden die magnetischen
Flocken an der Bewegungskörperoberfläche magnetisch
zusammengedrückt,
so dass Überschusswasser
aus den magnetischen Flocken herausgedrückt wird und nach unten längs der Bewegungskörperoberfläche strömt und nach
unten aufgrund der Schwerkraft fällt,
wodurch der Wassergehalt weiterhin abgesenkt wird. Durch Verwendung der
Spatel zum Abschaben der Abscheidungen, die auf dem Bewegungskörper zurückbleiben
(die magnetischen Flocken, d.h. die zu entfernende Substanz), kann
demzufolge ein konzentrierter Schlamm mit einem niedrigen Wassergehalt
kontinuierlich gewonnen werden.
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Nach
der vorliegenden Erfindung erhält
man eine Membran-Magnet-Trennvorrichtung, mit welcher die zu entfernende
Substanz, welche auf der Membran gefangen ist, unter Verwendung
von keiner oder einer reduzierten Waschwassermenge getrennt werden
kann.
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Zusätzlich kann
gemäß der Membran-Magnet-Trennvorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung Schlamm der zu entfernenden Substanz
mit einem niedrigeren Wassergehalt und hoher Dichte ausgeworfen
werden.