DE60018678T2

DE60018678T2 - Vorrichtung zur Trennung mit Hilfe von Magneten und Membranen

Info

Publication number: DE60018678T2
Application number: DE60018678T
Authority: DE
Inventors: Norohide Saho; Hisashi Isogami; Minoru Morita; Tadashi Sano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: US6478955B1; EP1097905B1; DE60018678D1; EP1097905A2; JP2001190981A; JP4139547B2; EP1097905A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
Zur Sterilisierung einer Filterfläche des Filters oder einer Fangfläche des Fang- und Bewegungsgehäuses kann effektiv eine Sterilisiervorrichtung vorgesehen werden.
Das Fang- und Bewegungsgehäuse kann einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Organismen auf der Fangoberfläche haben.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Systemdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit Peripheranlagen.
2 ist eine vertikale Schnittansicht der in 1 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
3 ist eine Draufsicht auf die in 2 gezeigte Membran-Magnet-Trennvorrichtung, wobei die linke Hälfte im Schnitt gezeigt ist.
4 ist eine Systemansicht einer zweiten Ausführungsform der Membran-Magnet-Trennvorrichtung der vorliegenden Erfindung und ihrer Peripheranlagen.
5 ist eine vertikale Schnittansicht der in 4 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
6 ist eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte Membran-Magnet-Trennvorrichtung, wobei die linke Hälfte im Schnitt gezeigt ist.
7 ist eine vertikale Schnittansicht eines verbesserten Aufbaus der in 2 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
8 ist eine vertikale Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Membran-Magnet-Trennvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Beispiels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X von 9.
11 ist eine 2 entsprechende vertikale Schnittansicht, die zur Erläuterung eines weiteren Beispiels eines Mantels (eines Bewegungsgehäuses) 31 von 2 zweckmäßig ist.
12 ist eine Systemansicht eines modifizierten Aufbaus der in 4 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung und ihrer Peripheranlagen.
13 ist eine vertikale Schnittansicht eines verbesserten Beispiels der in 2 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
14 ist eine vertikale Schnittansicht einer modifizierten Form der in 8 gezeigten Membran-Magnet-Trennvorrichtung.
15 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine modifizierte Form der Membran-Magnet-Trennvorrichtung von 14 zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Wenn alternativ der Magnet 28 des Magnetfeldgenerators einen hohen magnetischen Gradienten hat, kann der Magnetpol 29 weggelassen werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Netz 15 kann durch eine Membran mit kleineren Sieböffnungen ausgetauscht werden.
Zusätzlich hat bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Bewegungskörper 31 einen zylindrischen Mantel, kann jedoch ein nicht magnetisches rotierendes Band aufweisen.
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.
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.
Der Magnetismuserzeuger kann ein normal leitender Elektromagnet oder ein supraleiternder Elektromagnet sein, der durch eine Kältemaschine gekühlt wird.
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.
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.
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.
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.

Claims

Membran-Magnet-Trennvorrichtung (14) – mit einem Fang- und Bewegungsgehäuse zum Fangen von Flocken (24, 27, 30), die in filtrierendem Wasser (12) enthalten sind, – mit einem Schaber (35) zum Abschaben der magnetischen Flocken (24, 27, 30) von dem Fang- und Bewegungsgehäuse und – mit einem Schlammbehälter (36) zur Rückgewinnung der abgeschabten magnetischen Flocken (24, 27, 30, 37), gekennzeichnet – durch eine drehende trommelförmige Membran (15) zum Filtrieren des Wassers (12), das die magnetischen Flocken (24, 27, 30) enthält, wobei die drehende trommelförmige Membran (15) Sieböffnungen hat, durch die die magnetischen Flocken (24, 27, 30) nicht hindurchgehen können, und – durch einen Magnetfeldgenerator (28, 29) für die magnetische Freigabe der magnetischen Flocken (24, 27, 30), die sich auf der drehenden trommelförmigen Membran (15) abgeschieden haben, – wobei das Fang- und Bewegungsgehäuse ein nichtmagnetischer rotierender Mantel (31) ist, der zwischen der drehenden trommelförmigen Membran (15) und dem Magnetfeldgenerator (28, 29) vorgesehen ist, um die magnetischen Flocken (24, 27, 30), die magnetisch von der Oberfläche der drehenden trommelförmigen Membran (15) freigegeben werden, einzufangen, wobei, während sich die magnetischen Flocken (24, 27, 30) im Raum zu dem Magnetfeldgenerator (28, 29) hin bewegen, der nichtmagnetische drehende Mantel (31) die eingefangenen magnetischen Flocken (24, 27, 30) von einem ersten Raum, wo die Magnetfeldstärke aus dem Magnetfeldgenerator (28, 29) hoch ist, zu einem zweiten Raum weiterbewegt, wo die Magnetfeldstärke niedrig ist und – wobei der Schaber (35) in dem zweiten Raum vorgesehen ist.
Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wasserbehälter (23) für die Aufnahme von gefiltertem Wasser (25) und durch eine erste Wasserstrahlvorrichtung (46, 47, 48, 49) zum Spritzen des filtrierten Wassers (25) auf eine Oberfläche der drehenden trommelförmigen Membran (15), um Abscheidungen abzulösen, die sich auf der Oberfläche der drehenden trommelförmigen Membran (15) angesammelt haben.
Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (55) zum Erwärmen und Trocknen der magnetischen Flocken (24, 27, 30) auf dem nichtmagnetischen drehenden Mantel (31).
Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtmagnetische drehende Mantel (31) ein wasserabsorbierendes Material auf dem nichtmagnetischen drehenden Mantel (31) aufweist, und dass eine Dehydriervorrichtung (71, 73) vorgesehen ist, um Wasser zu entfernen, das von dem wasserabsorbierenden Material (70) absorbiert worden ist.
Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sterilisiervorrichtung (99, 100, 101, 102) zum Sterilisieren der drehenden trommelförmigen Membran (15).
Membran-Magnet-Trennvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Freigabevorrichtung (103) zur Verwendung einer Kraft eines Fluids, wie Wasser oder Luft, für die Freigabe der auf der drehenden trommelförmigen Membran (15) abgeschiedenen magnetischen Flocken von einer Oberfläche der trommelförmigen Membran (15).