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Diese
Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum wirksamen
Entfernen von Fremdstoffen aus Feinkornerde, Tonschlick und Sedimentpartikeln.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Entfernen von Fremdstoffen
aus Erde, Ton und Sedimentpartikeln, die in durch industrielle Chemikalien, Öle oder ähnlichem
verschmutzten Gebieten gefunden werden können. Die Einrichtung verwendet
Flüssigkeit,
um Fremdstoffe wirksam von der Oberfläche des Erdpartikels zu entfernen.
Die Einrichtung erzeugt eine Zone mit extremer Turbulenz durch entgegengesetzte hohe
Druckstrahlen von Flüssigkeit,
die an einem einzelnen Punkt gerichtet werden. Eine Aufschlämmungseinlaufeinrichtung,
die eine Aufschlämmung
von verschmutzter Erde in das Gebiet einspritzt, wovon der Auslauf
von den Düseneinrichtungen.
Fremdstoffe werden aus den Erdpartikeln in der Aufschlämmung entfernt, sobald
sie die Schnittzone des Auslaufes von den Wasserstrahlen und Düsen durchströmen. Auf
diese Weise werden die Fremdstoffe von der Oberfläche des
Erdpartikels getrennt. Dadurch wird ein im Wesentlichen fremdstofffreier
Anteil von Partikeln zurückgelassen,
und die Fremdstoffe können
dann von der Flüssigkeit durch
Mittel, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, getrennt werden.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Schritte der Vorbehandlungsphase
der Trennung von verschmutzter Erde nach Größe, der Herstellung der zu
behandelnden Aufschlämmung
und des Gebrauchs der Kollisionskammer zur Behandlung zeigt. Das
Diagramm zeigt auch den Zusatz verschiedener Verstärker, die
die Abtragleistung der Waschflüssigkeit
verbessern.
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2 ist
eine Seitenansicht der Kollisionskammer.
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3 ist
eine Aufsicht auf den Kollisionskammerdeckel.
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4 ist
eine Schnittzeichnung des oberen Drittels der Kollisionskammer.
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5 ist
ein detailliertes Diagramm der Düsen-
und Hochdruckstrahlanordnung, die am Ort in den 2 und 4 gezeigt
sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Entfernung von Fremdstoffen aus Erde und Sediment ist ein Hauptanliegen
für Industrie-
und Regierungsvertretungen. Kunden und Verkäufer von Grundstücken müssen oftmals
eine Bescheinigung vorlegen, dass das Grundstück frei von umweltbedingten
Fremdstoffen, wie Chemikalien und Öle, ist, bevor eine Finanzierung
erhalten wird. Ökologisches
Bewußtsein
hat auch den Bedarf an wirksamen Fremdstoffentfernungssystemen gesteigert.
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Erde,
die Verschmutzung unterliegt, kann in jeden Herstellungsbereichen
gefunden werden. Unternehmen, die Chemikalien oder Öle herstellen,
verwenden oder lagern, erleben oftmals Geschehen von Überlauf, wie
leckende Lagertanks oder Überläufe während des
Transports. Tankstellen oder andere Anlagen, die Untergrundlagertanks
verwenden, haben oft Fremdstoffe um die Tanks herum aufgrund von
kleinen Undichtigkeiten oder Überläufen, die
beim Füllen
der Tanks auftreten.
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Die
Erde, die durch Vorkommen von Überläufen betroffen
wird, ist eine Kombination vieler Partikelgrößen. Verschmutzte Erdpartikel
können
im Größenbereich
von großen
Steinen zu Feinstoffen und Tonarten liegen, was extrem kleine Partikelgrößen sind.
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Umweltsäuberungsprotokolle
erfordern gewöhnlich
eine Trennung der verschmutzten Erde in ihre Anteile, die auf Größe basiert
sind. Die Basis für
eine solche Trennung ist, dass größere Erdpartikel einfacher
zu säubern
sind. Dadurch sind die Partikel, die größer als ungefähr 0,6 mm
sind, von den kleineren Partikeln getrennt.
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Im
Allgemeinen werden die größeren Partikel
bei Verwendung konventioneller, nach dem Stand der Technik bekannten
Mittel gesäubert.
Anteile von verschmutzter Erde mit kleineren Partikelgrößen werden
zur angemessenen Lagerung und zu Entsorgungsanlagen transportiert.
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Dieses
Verfahren säubert
nicht die Gesamtheit aller verschmutzten Erdpartikel. Die Standardpraxis überführt lediglich
den verschmutzten Anteil von feinen Partikeln in eine Anlage, wo
solche Partikel gelagert werden. In bestimmten Fällen wird verschmutzte Erde
als Giftmüll
behandelt.
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Sand,
Kies und Stein, bei denen alle Partikel größer als 0,063 mm sind, können relativ
einfach gesäubert
werden. Kleinere Erdpartikel sind schwieriger zu säubern, und
deshalb sind diese Partikel im Allgemeinen aus der Erde entfernt
worden, um als Gift- oder Sondermüll beseitigt zu werden. Daher
hat Erdsäuberung
eine Reduzierung von Volumen der völlig verschmutzten Erde durch
Entfernung von Fremd- und Schadstoffen von grobkörnigeren Erdpartikeln und Trennung
der feinkörnigen,
zu entsorgenden Partikel eingeschlossen.
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Entsorgungskosten
für den
Transport und die Lagerung von verschmutzter Erde und verschmutztem Ton
sind hoch. Die Verfügbarkeit
von Deponien für
solch verschmutzte Erde und solch verschmutzten Schlamm ist durch
die Verfügbarkeit
von Land begrenzt, das für
Entsorgung geeignet ist. Entsorgungs- und Lagerungsvarianten sind
weiterhin durch den Wunsch begrenzt, Fremdstoffe in einem im Wesentlichen
geschlossenen System zu behalten, worin die Fremdstoffe nicht zu
einem benachbarten Grundwasserspiegel absickern.
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Technologien
zur Säuberung
grobkörnigerer
Erde unter Verwendung von Tensiden, Hitze oder mechanischen Prozessen,
wie Umrühren,
sind nach dem Stand der Technik bekannt. Durch diese Mittel, die
allein oder in Kombination verwendet werden können, werden Fremdstoffe in
einer Säuberungsflüssigkeit
entsorgt, die weiterhin mit einer Vielzahl von Prozessen zur Entfernung
oder Reduzierung chemischer Fremdstoffe in der Flüssigkeit
behandelt werden kann.
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Säuberung
von Erde (was hierbei die Säuberung
von Sediment, Erde, Feinstoffen, Tonarten und großen Partikeln
betrifft) basiert auf dem Trennungsprinzip und der Optimierung von
Behandlung, die auf bestimmte Partikelgrößendomänen gerichtet ist. Erdsäuberung
kann bei einer breiten Vielfalt von Projekten, worin Fremdstoffe
vorkommen, angewendet werden.
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Diese
Verfahren sind bei der Entfernung von Fremdstoffen aus Partikeln,
die kleineren Durchmesser als ungefähr 0,6 mm haben, unwirksam.
Daher sind die bekannten Technologien zur Entfernung von Fremdstoffen
aus Erde und Sedimenten nur für
die größeren Erdpartikel
wirksam. Die gegenwärtige
Technologie erfordert eine Trennung von verschmutzter Erde in zwei
Einzelströmungen,
und das bedeutet Partikel (Durchmesser größer als ungefähr 0,5 mm)
und Feinstoffe und Tonarten.
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Die
größeren Partikel
können
wirksam bei Verwendung von Standardverfahren gesäubert werden, und die gewaschene
Erde kann nach der Behandlung sicher zum Standort zurückgeführt werden.
Die Feinstoffe oder Partikel kleiner als ungefähr 0,63 mm sind nicht in der
Lage, bei Verwendung von Standardverfahren gesäubert zu werden. Partikel in
dieser Größendomäne sind
von der Gesamtheit der verschmutzten Erde isoliert, und dann in
einer geeigneten Anlage entsorgt oder gelagert.
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Daher
sind die gegenwärtigen
Erdsäuberungstechnologien
nur für
große
Erdpartikel wirksam. Die kleineren Partikel werden überhaupt
nicht gesäubert,
doch einfach in eine Lagerungsanlage, wie eine lizenzierte Giftmüllanlage, überführt. Dies
erfordert, dass die Besitzer oder Betreiber der Anlage hohe Kosten
für Transport
und Lagerung von verschmutzten Partikeln zahlen. Die Entsorgungsanlage
muß auch
sorgfältig
konstruiert und überwacht
werden, um Leckage von dieser Anlage zum Grundwasser vorzubeugen.
Im Wesentlichen überführt dies
das Problem von dem ursprünglichen
verschmutzten Standort zur Lagerungsanlage. Die Behandlung verschmutzter
Erde ist nicht erfolgreich gewesen, um feinkörniges Erdmaterial zu säubern.
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Die
vorliegende Erfindung entfernt wirksam Fremdstoffe von der Gesamtheit
der verschmutzten Erde und vermeidet das Problem der Entsorgung
des Anteils von verschmutzter Erde, was die Feinstoffe und Tonarten
einschließt.
Die Anwendung dieser Einrichtung in einem verschmutzten Standort
verhindert die Entsorgung großer
Mengen verschmutzter Erde als Giftmüll.
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Verschmutzte
Erde hat im Allgemeinen Fremdstoffe in drei typischen Stadien; als
freies Material, als ausreichend adsorbiertes Material oder als
kleines oder kolloides Material, worin Fremdstoffe physikalisch oder
elektrochemisch an die feineren Erdkörner gebunden sind. Das Standardverfahren
zur Reduzierung von Verschmutzung von Erde durch die Anwendung von
Partikelgrößentrennung
basiert auf der Tatsache, dass meist organische oder unorganische
Fremdstoffe dazu neigen, mit dem feinkörnigen Erdanteil verbunden
zu sein, der gewöhnlich
durch Tonarten und Schlickarten vertreten ist. Entfernung und Entsorgung
der Feinstoffe und Tonarten nimmt eine große Menge der Fremdstoffe aus
der Erde heraus. Dennoch säubert
das nicht die gesamte verschmutzte Erde.
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Dekontaminierung
von Erde erfordert ein Verständnis
der Natur der Erdmatrix, in der die Fremdstoffe gebunden sind. Im
Allgemeinen ist die grobe Erdmatrix, vorrangig bestehend aus großen Erdpartikeln,
der ideelle Kandidat zur konventionellen Erdsäuberung oder -waschung.
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Verschmutzte
Erde wird im Allgemeinen durch die Standardverfahren zur Trennung
nach Größe und Waschung
größerer Partikelgrößen behandelt.
Fremdstoffe, die zum Entfernen durch konventionelle Verfahren geeignet
sind, sind semi-flüchtige
organische Verbindungen, Pestizide, poly-chlorinierte Bi-phenole
(PCB), Metalle, bestimmte Radio-Nukleotide und poly-aromatische
Kohlenwasserstoffe oder Erdpartikel mit einem Durchmesser von > 2 mm. Flüchtige organische
Verbindungen (VOC's)
sind nicht besonders geeignet als Zielfremdstoffbehandlungsmaterialien,
da die im Allgemein aggressive Mischung- und Materialbehandlung im Säuberungsprozess
die Möglichkeit
einer daraus ergebenen Freigabe von VOC's in die Luft zur Folge hat.
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Die
gewöhnliche
Begrenzung bei der Erdwaschung oder Dekontaminierung wird durch
die Art der Erdmatrix und den eingeschlossenen Fremdstoff herbeigeführt. Fremdstoffe
haften im Allgemeinen oder werden schneller und in einer größeren Menge
in feinkörnigen
Materialien adsorbiert. Das ist ein Ergebnis der komplexen und starken
Bindungskräfte,
die durch feinkörnige
Materialien ausgeübt
werden. Grobkörnige
Materialien können
auch Fremdstoffe als ein Ergebnis adsorptiver Bindungskräfte festhalten,
jedoch sind grobkörnigere Materialien
im Allgemeinen leichter zu säubern,
da die adsorptive Bindungskraft im Allgemeinen niedriger ist, als
die Partikelgröße ansteigt.
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Das
Ergebnis der Anwendung von Standardverfahren von Erdwaschung ist,
dass Feinstoffe und Ton zu Entsorgungs- oder Lagerungsanlagen aufgrund
der Begrenzung von konventionellen Säuberungsprozessen geschickt
werden. Daher reduziert die Trennung von Feinstoffen von der größeren Erdmatrix
das Volumen verschmutzter, Entsorgung erfordernder Erde. Dennoch
löst Trennung
der Feinstoffe und Tonarten nicht das Problem. Es führt nur
zu einem Lagerungsproblem. Die verschmutzte Erde muß zu Kosten
im Bereich von $20 bis $200 pro Kubikyard, abhängig von der Art des Fremdstoffes,
transportiert und gelagert werden.
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Der
konventionelle Prozess kann verhältnismässig nicht
verunreinigte Erdanteile von schwerer verschmutzten Feinstoffen
trennen. Die resultierende Feinstoffaufschlämmung kann dann durch Anwendung
einer bio-aktivierten Behandlung oder Metalchelatbildung behandelt
werden. Die Feinstoffe in Ton werden im Wesentlichen behandelt,
um ein weniger verschmutztes Schlammprodukt herbeizuführen. Dieser
Prozess konzentriert im Allgemeinen organische Fremdstoffe in eine
verschmutzte Feinstoffaufschlämmung,
die eine Mehrzahl der organischen Fremdstoffe nach Gewicht betragen
kann, während
sie anfangs ein kleinerer Anteil des gesamten Prozessertrags ist.
Diese feinkörnigen
Materialien sind außerdem
schwieriger zu entwässern, um
einen Schlammkuchen zu bilden aufgrund der Affinität kleinerer
Partikel, eine Vielfalt von Materialien, einschließlich Wasser
und andere hydrophile Fremdstoffe, zu adsorbieren.
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Standard-Erdwaschverfahren
beginnen mit der Vorbehandlung durch Zerkleinerungs- und Trennungseinrichtungen,
um Erde und Sediment nach Partikelgröße zu isolieren. Die Erde wird
dann zu einem Schüttelsieb
geleitet, das Partikel in Ströme,
die auf Partikelgröße basiert
sind, trennt. Material, das größer als
ein bis zwei Millimeter ist, wird in einer Erdwaschanlage für Partikel
mit Standardgröße behandelt,
was die Anwendung von Hitze, Umrühren
und Tensiden zur Trennung adsorbierter Materialien von den größeren Partikelgrößen einschließt. Kleinere
Partikelgrößen werden
zur Entsorgung geleitet. Diese Partikel können, falls notwendig, in einem
Hydrozyklon zur Trennung von Flüssigkeit
und Erde entwässert
werden.
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Tenside
werden oftmals der Säuberungsflüssigkeit
zugefügt,
um den Prozess und die Hilfe beim Prozess des Bruchs der adsorptiven
und absorptiven Bindungen zwischen dem Fremdstoff und dem Fremdstoffpartikel
zu beschleunigen. Tenside können
jedoch zusätzlich
Schwierigkeiten aufgrund der Toxizität der Tenside darstellen sich
führen.
Viele Einrichtungen zur Entfernung von Fremdstoffen von Erdpartikeln
sind nach dem Stand der Technik bekannt. Diese Einrichtungen dekontaminieren
nicht feine Erdpartikel, Tonarten, Schlickarten und dergleichen.
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Im
U.S. Patent Nr. 4415368 ,
ausgegeben für
Kroon, wird ein Verfahren beschrieben, worin ein Strahlrohr angewendet
wird, um ein Vakuum herzustellen, das dazu eingerichtet ist, die
Fremdstoffe theoretisch durch Durchleiten der Partikel durch einen
Vorhang von zerstäubtem
Wasser zu entfernen. Kroon nutzt den Wasservorhang, um Partikel
in ihre kleinste Basiseinheit zu trennen, wobei Klumpen von verschmutzter
Erde aufgebrochen werden. Die größeren Partikel
werden dann in diesem Verfahren gesäubert, und die kleineren Partikel
und Feinstoffe werden durch Flockung getrennt. Gemäß dem NATO
Report, Demonstration of Remedial Action Technologies for Contaminated
Land and Groundwater, Final Report, 1986–1991, veröffentlicht von der U.S. Environmental
Protection Agency, Februar 1993, werden kleine Partikel mit Durchmessern
von weniger als 0,03 bis 0,05 mm durch die Wasserstrahlen in der
Konfiguration und bei den von Kroon hervorgebrachten Drucken nicht
wirksam gesäubert.
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Im
Kroon'schen Verfahren
werden die Fremdstoffe theoretisch von den Erdpartikeln durch Anwendung eines
Wasserstroms, der ein Vakuum erzeugt, getrennt. Der Druck des Wasserstroms
beträgt
250 bar, was ungefähr
3,500 psi (Pfund pro Quadratzoll) ist. Dieses Verfahren entfernt
nicht Fremdstoffe von Tonarten oder feinkörnigerer Erde in wirksamer
Weise.
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Darley
beschreibt im
U.S. Patent Nr.
3764008 ein Verfahren zum Entölen von Sand bei Verwendung einer
Kombination von Stromzyklonen und Venturianordnungen. Darley verwendet
Zentrifugalkräfte
zum Trennen von öligem
Abfall von Sand. Sein Prozess erfordert mehrere Durchgänge durch
die Einrichtung zur Entfernung von nur einem Anteil des Fremdstoffes.
Dieses Verfahren entfernt jedoch nicht Fremdstoff von feinkörnigen Partikeln
auf wirksame Weise, wie es die vorliegende Erfindung tut. Weiterhin
behandelt die beschriebene Einrichtung nicht die feinsten Sandpartikel,
auf die üblicherweise
gestoßen
wird und die als Sande, Ton oder Schlick klassifiziert sind, auf
wirksame Weise. Sein Prozess verwendet ebenso nicht ein Verfahren,
das dieser Erfindung ähnelt,
weder in seinem Verfahren, seiner Konfiguration oder seinem Ergebnis.
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Andere
Verfahren sind beschrieben worden, die im Wesentlichen Hitze zur
Verdampfung oder Verbrennung von Fremdstoffen anwenden. Der Nachteil
dieser Verfahren ist, dass Fremdstoffe in die Luft entlassen werden
können
und das Verbrennungsverfahren eine große Zufuhr von thermaler Energie
erfordert, was nicht so wirtschaftlich rentabel wie die vorliegende
Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung verwendet ein Gerät
zum mechanischen Entfernen von Fremdstoffen aus der Oberfläche von
Erde, Schlick, Ton und Feinpartikeln. Diese Partikel werden in einen
flüssigen
Träger
geführt,
um eine Aufschlämmung
zu bilden. Der Flüssigkeitsträger wird
in ein Gebiet des Schnittpunkts von Auslaufströmen von den früher angebrachten
Düsen eingeführt. Die
Auslaufströme
können
Wasser allein sein, oder Wasser gemischt mit einem Tensid. Diese
Auslaufströme
werden von zwei oder mehreren im Wesentlichen entgegengesetzten
Düseneinrichtungen
abgeleitet. Die Düseneinrichtungen
sind an einem Rahmen angebracht. Der Rahmen wird verwendet, um die
Düsenmittel
zu unterstützen,
und fungiert auch, um die angemessene Platzierung der Düseneinrichtungen
zu ermöglichen.
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Die
Düseneinrichtungen
leiten Flüssigkeit
in einem bevorzugten Druck von zwischen 13,8 MPa (2,000 psi) und
138 MPa (20,000 psi) ab. Die Druckeinstellung wird basierend auf
der Größe von behandelten
Partikeln und der Art des zu entfernenden Fremdstoffes von der Oberfläche des
Partikels bestimmt. Die Anwendung einer einzelnen Düse kann
zusätzlich
bei Verwendung eines Auslaufs von der Düse bei ca. 69 MPa (10000 psi)
bis ca. 138 MPa (20000 psi) durchgeführt werden.
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Ein
Strom der zu behandelnden Erde wird in das Gebiet, wo die Ströme der Waschflüssigkeit
von der Düse
abgelassen werden oder wo der Auslauf von mindestens zwei Düsen zusammenläuft, eingespritzt
oder eingesetzt. In diesem Gebiet werden die Erdpartikel einer Gesamtkraft
von ca. 27,6 MPa (4000 psi) bis ca. 414 MPa (60000 psi), abhängig von
der Anzahl der verwendeten Düseneinrichtungen,
unterworfen.
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In
der am meisten bevorzugten, unten diskutierten Ausführungsform
ist die Anzahl der verwendeten Düseneinrichtungen
vier. Der Betreiber findet eventuell, dass die Anwendung von einer,
zwei, drei, vier, fünf oder
mehreren Düseneinrichtungen
passend und wirksam sein kann, um die Entfernung von Fremdstoffen
aus der Oberfläche
von feinkörniger
Erde-, Schlick- und Sedimentpartikeln zu erreichen.
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Die
Erfindung kann auch modifiziert werden, um den Kollisionswinkel
zwischen dem Auslauf der Düseneinrichtungen
und dem Einlaufstrom von Aufschlämmung
zu beeinflussen. Es ist daran zu denken, dass die Aufschlämmung eine
Trägerflüssigkeit,
wie Wasser mit der Aufschlämmung,
enthalten kann. Die Aufschlämmung
kann auch Tensid haben, das während
der Vorbehandlung oder während
der Behandlung in der Kollisionskammer hinzugefügt wird.
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Der
Aufschlämmungsauslauf
wird an einem Auslaufpunkt von der Düse geleitet. Falls mehr als
eine Düse
verwendet werden, muß der
Aufschlämmungsauslauf
zum Schnittpunkt der Düsen
geleitet werden. Dies kann durch Einstellung des Düsenstützrahmens,
Führung
der Düsen
in eine bestimmte Richtung oder durch Änderung des Einspritzwinkels
des Erdaufschlämmungsstroms
erreicht werden.
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Die
Konvergenzzone der Ströme
von den Düseneinrichtungen
ist eine Zone, wo die in das Gebiet eingespritzten Objekte oder
Partikel einer großen
Kraft unterworfen werden. Die verschmutzten Partikel, die in diese
Zone eingespritzt werden, haben die Fremdstoffe von den Partikeln
entfernt. Es scheint, dass sich die meisten Fremdstoffe an der Oberfläche der
kleineren Erdpartikel befinden. Daher ist die Bindung zwischen dem
Fremdstoff und dem Erdpartikel adsorptiv. Diese Bindung kann einfach
unterbrochen werden, da eine solche Bindung vorrangig eine schwache
elektromechanische Bindung ist. Hierdurch werden die Erdpartikel
dann vom Fremdstoff mechanisch getrennt. Die Fremdstoffpartikel
bleiben im Flüssigkeitsträger zurück, und
die Erdpartikel werden zum Boden des Kollisionsgefäßes durch
die Schwerkraft geleitet. Von hier wird der Träger, gesäuberte Erdpartikel und verwendete
Säuberungsflüssigkeit
mittels eines Dränmechanismus,
der nach dem Stand der Technik bekannt ist, abgeführt.
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Es
ist die Kraft der von der Düseneinrichtung
abgeführten
Flüssigkeit,
oder in der Konvergenzzone der entgegengesetzten Ausläufe vom
Düsenmechanismus,
der die Fremdstoffe aus der Oberfläche der gesäuberten Partikel entfernt.
Diese Turbulenz muß ausreichend
groß sein.
Es ist festgestellt worden, dass die Anzahl der Düsen die
Auslaufleistung von den Düseneinrichtungen
bestimmt.
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Wird
eine einzelne Düse
verwendet, hat sich herausgestellt, daß dieser Auslauf von ungefähr 69 MPa (10000
psi) bis ungefähr
138 Mpa (20000 psi) Entfernung von Fremdstoffen im Bereich von ungefähr 85 Prozent
Entfernung bis ungefähr
90 Prozent Entfernung zur Folge hat. Die Verwendung von zwei oder
mehreren Düsen
steigerte die Abtragleistung der Fremdstoffe. Werden zwei oder mehrere
Düsen verwendet,
ist die Auslaufleistung von den Düsen ungefähr 13,8 MPa (2000 psi) bis
ungefähr
138 MPa (20000 psi) bei der Entfernung von mehr als ungefähr 90 Prozent
der Fremdstoffe wirksam.
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Der
Auslauf der Säuberungsflüssigkeit
bei ausreichend hohem Druck kann durch Zusatz von Tensid zur Waschflüssigkeit
oder durch Zusatz von Tensid zum Träger des Erdaufschlämmungsstroms
verbessert werden. Die Wechselwirkung der mechanischen Kräfte mit
oder ohne Tensid reicht dabei aus, um die mechanische Trennung von
Fremdstoffen von Erdpartikeln durchzuführen.
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Das
Ergebnis einer Anwendung der vorliegenden Einrichtung ist eine Aufschlämmung von
Tonarten, Feinstoffen und Schlickarten, die im Bereich von ca. 89%
Entfernung von Fremdstoffen bis ca. 99% (oder mehr) Entfernung von
Fremdstoffen gesäubert
werden. Dieser Bereich lässt
zu, dass das behandelte Material als nicht verschmutzte Erde verwendet
werden kann.
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Mehrfache
Säuberungsabläufe können durch
Wiedereinführung
des behandelten Materials in den Reinigungsbehälter und Wiederholung des Ablaufs
vollendet werden.
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Es
ist ein wesentlicher Vorteil der Anwendung dieser Einrichtung, dass
bei Verwendung der beanspruchten Einrichtung getestete Fremdstoffe
gesäuberte
Erdpartikel zur Folge haben (Tonarten, Feinstoffe und Schlickarten),
die zur Anwendung in irgendeinem Gebiet geeignet sind. Die Entfernung
von Fremdstoffen war so sorgfältig,
um Entsorgung dieser Materialien an irgendeiner Gift- oder anderen
Sondermüllanlagen
vorzubeugen.
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Daher
sorgt diese Einrichtung für
die Säuberung
dieser Feinpartikel, während
die zusätzlichen
Kosten für
Entsorgung vermieden werden. Es wird geschätzt, dass die Kosten zur Behandlung
pro Kubikyard unter Anwendung dieser Einrichtung wesentlich geringer
sind als die Kosten zur Entsorgung verschmutzter Materialien im
Bereich von $4.00 bis $350.00 und mehr für jeden Kubikyard von verschmutzter
Erde. Solche Entsorgung muß in
einer lizenzierten Gift- oder Sondermüllanlage ausgeführt werden
und erfordert Transport des Materials, was durch verschiedene Behörden geregelt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage, schwere Kohlenwasserstoffschadstoffe,
einschließlich
Erdöl,
polyaromatische Kohlenwasserstoffe, Heizöl und Diesel aus den meisten
Matrixen, einschließlich
Feinstoffe und Tonarten, zu säubern.
Dieser Prozess ist für
Fremdstoffe im weiten Bereich von organischen, unorganischen und
metallischen Verbindungen angemessen, wo Ton und Schlick oftmals
das vorherrschende Medium sind und wirksam unter Verwendung dieser
Anwendung dekontaminiert oder gesäubert werden.
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Die
vorliegende Erfindung löst
drei Hindernisse zur weit verbreiteten Einführung von Erdwaschtechnologie.
Diese Hinternisse sind Unfähigkeit,
Fremd- oder Schadstoffe mit hohem Molekulärgewicht zu handhaben, Unfähigkeit,
kleine Sedimente, wie Schlick- und Tonpartikel zu waschen, und die
hohen Kapitalkosten und relative Unbeweglichkeit von großen, in
den Erdwaschungstechnologien verwendeten Produktionsanlagen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht Anwendung synthetischer Bio-Tensidchemikalien
(Biogenesis Enterprises, Inc., Milwaukee, Wisconsin) mit ein, die
abhängig
von den darauf gestoßenen
Fremdstoffen verwendet werden können.
Diese Bio-Tensidchemikalien
können
fortlaufende Sanierungsprozesse nach der Waschung vorsehen, um sorgfältiger die
Fremdstoffniveaus im gewaschenen Erdprodukt zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Technologie vor Ort, die für alle durch
organische Schadstoffe oder Metalle verschmutzte Erdtypen verwendet
werden kann. Partikel größer als
ca. 0,5 mm werden durch Standard-Erdwaschverfahren behandelt, und
die für
eine solche Behandlung verwendete Flüssigkeit wird dann weiterhin
behandelt, um Fremdstoffe von dieser Flüssigkeit zu entfernen. Partikel
mit einer Größe von weniger
als ungefähr
0,5 mm können
leicht in der Einrichtung gemäß dieser
Erfindung, d.h. diesem Erd- und Sedimentwaschverfahren, behandelt
werden.
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Die
Säuberungsflüssigkeit,
die Wasser allein sein kann, kann weiterhin behandelt werden, und
die gereinigte Erde und das gereinigte Sediment werden danach zum
Standort zurückgeführt oder
anders verwendet.
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Die
Anwendung dieser Erfindung kann im Zusammenhang mit einer komplexen
bio-beseitigenden Tensidmischung stehen, oder im Zusammenhang mit
Wasser, Hitze, Mischung und Friktion, um Erdpartikel zu säubern. Es
ist nach dem Stand der Technik bekannt, dass große Partikelgrößen waschende
Einheiten mehr als 80 Kubikyard pro Stunde säubern können.
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In
der vorliegenden Erfindung können
Sediment- und Erdpartikel (auch als Feinstoffe und Tonarten definiert)
in einer mobilen Dauerflusseinheit bei einer Geschwindigkeit von
mehr als 80 Yards pro Stunde gesäubert
werden, ohne dass zusätzliche
Entsorgung von Feinstoffen oder Tonarten erforderlich ist.
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Die
Geräteanforderungen
schließen
Partikelbemessungsgeräte,
Tanks, die Wässerungs-
und Wasserbehandlungsgeräte
und einen Bio-Reaktor ein, die alle gemäß des Stands der Technik sind.
Die Kollisionskammer, die diese Erfindung betrifft, gestattet dem
Betreiber, die Feinstoffe und Tonarten zu säubern.
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Die
Sediment waschende Einrichtung kann auch als eine fortlaufende Fließeinheit
konfiguriert werden.
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Isolierung
von Partikelgröße kann
erreicht werden, indem die Klassifikation von Wentworth oder ein anderes
System, das nach dem Stand der Technik bekannt ist, verwendet wird.
Die einzige, zu erfüllende
Anforderung ist, dass die Korngröße einen
Durchmesser von weniger als ungefähr 5 mm hat.
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Beschreibung der Konfiguration
der Einrichtung
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In
dieser Erörterung
wird die Einrichtung in den 1-4 gezeigt.
Die Konfiguration ist für
Anwendung bei der Säuberung
einer größeren Menge
von Erde geeignet, entnommen aus einem verschmutzten Gebiet, das
als ein Industriestandort verwendet worden ist. Die verschmutzte
Erde in diesem Gebiet war eine Kombination von Sand, Kies, Lehm,
Feinsand und Ton.
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Das
Sediment waschende System wurde in zwei Grundsektionen konfiguriert.
Diese Sektionen sahen Sedimentbemessung und Herstellung von Erde
zur Behandlung im Teil 1 und Säuberung von Erdpartikeln im Reinigungsgefäß im Teil 2 vor.
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Aus
dem ersten Schritt und in Bezug auf 1 ist ersichtlich,
dass verschmutztes Material, auch als Sediment bezeichnet, zuerst
nach Partikelgröße getrennt
wird. Das Material wurde aus dem Sedimentteich 10 entnommen
und via Schlammführung 14 zum
Naßfiltergerät 4 geleitet.
Die verwendete Naßfilterförderpumpe 11 war
Liquid Waste Technology von Somerset, WI, die Pit Hog 900 Hydraulikpumpe.
Der Schlamm wurde entlang der Schlammführung 14 mittels der
Naßfilterförderpumpe 11 bewegt.
Wenn das Schlammmaterial durch den Naßfilter 4 bearbeitet
wird (Vibro-Energy Separator LSZ4S461 SWECO Inc., Florence KY.),
werden Materialien mit einem Durchmesser von größer als ungefähr 0,5 mm
getrennt. Die kleineren Materialien werden zum Feintonlagertank 50 mittels
eines Feinschlammschlauchs 49 transportiert. Lineare Mischer
können
eingesetzt werden, um das Absetzen von Material zu verhindern und
bei Bewegung (Modell 50--FT-2 Inliner. Grey Lightnin, Toronto, CAN)
zu helfen. Größere Materialien
werden durch konventionelle, nach dem Stand der Technik bekannte
Mittel behandelt.
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In
der Feintonmischkammer 50 wird das Material mittels einer
Mischeranordnung 2 umgerührt (Litnin, Model V5P55 VEKTOR
Mixer mit 11,8'' in einer Turbine,
Litnin Co., Rochester, NY). Mischeranordnungen sind nach dem Stand
der Technik bekannt. Die Feintonmischung hat Wasser hinzugefügt bekommen,
um eine Aufschlämmung
zu bilden. Die Feintonaufschlämmung
fließt
dann vom Feintontank 50 durch einen Feintonfördermesser 51 zur
Kollisionskammerförderpumpe 21,
worin es durch den Feinton durch das Rohr 22 zur Kollisionskammer 20 geleitet
wird.
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Schritt 2 des
Verfahrens erscheint in der Kollisionskammer 20, wo Fremdstoffe
entfernt werden. Nach Betreten der Kollisionskammer 1 wird
die Feintonaufschlämmung
durch den Schnittpunkt des Sprays der Düseneinrichtungen 24 geleitet.
Die behandelte Aufschlämmung
läuft danach
mittels Schwerkaft zum behandelten, Aufschlämmung haltenden Tank 25 in
der Kollisionskammer 20. Die Aufschlämmung in der Mischzone der Kollisionskammer 20 wurde
dann behutsam mit einer Mischereinrichtung 2 gerührt, um
das gesäuberte
Material in Suspension in der Trägerflüssigkeit
zu halten. Dies wird mittels eines Mischers 2 (Litnin,
V5P55 VEKTOR Litnin, Rochester, NY) erreicht. Die behandelte Erde
wurde dann vom Kollisionsmischbehälter mittels Schwerkraft oder
einer Hilfsförderpumpe 31 durch
die Dränmittel 304 und
folglich durch den Ausgangsschlauch 31 entfernt.
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Die
Düseneinrichtung 24 ist
an einem Düseneinstellarm 407 montiert.
Der Düseneinstellungsarm 407 wird
von der Düsenstange 401 umfasst,
die am Düsenstellring 402 befestigt
ist. Diese Einrichtung ist am Düsenrahmen 400 angebracht.
Die Düsenstange 401 kann
in Bezug auf das Niveau irgendeiner der anderen Düsen 24 eingestellt
werden, wenn mehr als eine Düse
verwendet wird. Zusätzlich
kann die Düseneinrichtung 24 so
eingestellt werden, dass sich der Auslauf von der Düseneinrichtung,
oder irgendeiner davon, in einem bestimmten Winkel im Verhältnis zum
Auslauf vom Aufschlämmungseinlaufrohr 231 befindet.
Diese Einstellungskennzeichen sind gestaltet, um den Betreiber den
Winkel des Auslaufs der Düse
einstellen zu lassen. Der Düseneinstellungsarm 407 und
der Düsenankereinstellungsarm 341 sind
zusammen an der Düsenstützverstärkung 342 angebracht.
Die verschiedenen Elemente der Düsenstützmittel
können
dann einstellbar an die Düsenstange 401 angepasst
werden, die einen Teil des Rahmenmittels zum Halten der Düseneinrichtung
in einem bestimmten Winkel und in einer erwünschten Höhe innerhalb des Säuberungsbehälters bildet.
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Der
Düseneinstellungsmechanismus
ist aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Düsenstange ist aus unlegiertem
Stahl hergestellt. Düsenköpfe für den Auslauf
von, in dieser Erfindung, Säuberungsflüssigkeit,
sind nach dem Stand der Technik bekannt.
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Die
Düse 500 des
Auslaufs von Säuberungsflüssigkeit
wurde von Quality Spray Products von Elmhurst, Illinois mit der
Modellnummer 1/4M6.5-7E Tungston Carbide Spray Nozzle erhalten.
Es ist eine Hochdruckdüse
zum Auslauf von Säuberungsflüssigkeit
an einem erwünschten
Druck zwischen 13,8 MPA (2,000 psi) und 138 MPA (20,000 psi), abhängig von
der Konfiguration der Düse
500-Einrichtungen,
dem zu entfernenden Fremdstoff und der Art von verschmutztem Material,
das in dieser Einrichtung gereinigt ist.
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Der
Düseneinstellrahmen 400 (und
Schablone) läßt den Betreiber
einen angemessenen Schnittwinkel des Auslaufs von der Düseneinrichtung
im Verhältnis
zum Sedimenteinflussauslaufkopf 231 wählen, der so montiert ist,
daß sich
der Sedimenteinflussauslauf vorzugsweise über der Schnittebene des Auslaufs
von der Düseneinrichtung 500 befindet.
Dennoch kann der Betreiber wünschen,
den Sedimenteinfluss oben auf der Einrichtung in Abhängigkeit
von räumlichen
Grenzen und Formpräferenzen
zu haben. Die Lage der Sedimenteinflusseinrichtung ist nicht entscheidend
für die
Funktion dieser Einrichtung, so lange die Sedimenteinflusseinrichtung
dem Betreiber gestattet, die Aufschlämmung in den Sedimenteinfluss 23 zu
führen,
um durch die Schnittebene vom Auslauf der Düseneinrichtung 500,
wie in 3 und 4 gezeigt, zu passen.
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Bei
Betrieb dieser Einrichtung wünscht
der Betreiber eventuell, zusätzliche
Säuberungsfolgen
mit dem behandelten Material durchzuführen. Dieses einmal behandelte
Material kann durch die selbe Kollisionskammer 20 ganz
und gar zurückgeführt werden
oder kann in eine zweite oder dritte Einheit für zusätzliche Behandlungsfolgen geleitet
werden. Dennoch ist bestimmt worden, dass zusätzliche Behandlungsfolgen weitgehend nicht
notwendig sind, wenn die Säuberungsfolge
optimiert ist.
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Diese
Optimierung tritt durch Einstellung des Winkels der Ebene ein, die
durch den Auslauf von den Düseneinrichtungen
durch Anpassung des passenden Elements an den Düsenrahmen und Einstellung der Temperatur
des Aufschlämmungseinflusses
geformt ist. Die Temperatur der Säuberungsflüssigkeit kann ebenso eingestellt
werden, um die Entferungseffizienz zu erhöhen. Es hat sich gezeigt, dass
die Temperatur der Säuberungsflüssigkeit
auf ungefähr
37,8°C (100
Grad F) erhöht
wird.
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Im
Fall, daß die
zusätzlichen
Behandlungsfolgen nicht notwendig sind, wird das behandelte Material dann
mittels des behandelten Schlammrohrs 33 zu einem Hydrozyklon 30 geleitet.
Hydrozyklone sind nach dem Stand der Technik bekannt, wie z. B.
(Encyclon, Inc. Kenosha, WI). Nachdem die Wasser/Schlamm-Trennung
im Hydrozyklon 30 durchgeführt worden ist, wird die resultierenden
Erde in den Erdsammelbehälter 40 gefördert und
dann mithilfe der Erdübertragungspumpe 42 oder
einem anderen angemessenen Mechanismus zur Erdlagerung 44 transportiert.
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Das
Wasser, das im Hydrozyklon 30 getrennt wurde, wird via
eine Flüssigkeitsübertragungspumpe 41 zu
einem Flüssigkeitslagertank 43 zur
nachfolgenden Behandlung geleitet oder kann durch einen Erdwaschprozess
mithilfe zusätzlicher
Rohrleitungen zurückgeführt werden,
was durch den Betreiber in Übereinstimmung
mit den Anforderungen der Anwendung dieser Erfindung bereitgestellt
werden kann.
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In
diesem Beispiel ist das Säuberungsmaterial
Wasser, das gewöhnliches
Leitungswasser aus einer Stadtquelle oder kommunalen Quelle sein
kann, das durch das Rohr 17 geleitet wird. Das Wasser kann
auf ca. 37,8°C
(100°F)
bis ca. 71,1°C
(160°F)
erwärmt
werden. Es ist festgestellt worden, dass die Säuberungsflüssigkeit bei irgendeiner Temperatur über dem
Gefrierpunkt bis einer Temperatur von annähernd 93,3°C (200°F), oder von ca. 0,66°C (33°F) bis ca.
93,3°C (200°F) liegen
kann.
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Zusätzlich kann
eine Säuberungsflüssigkeit,
wie z. B. Wasser, mit einer gemessenen Menge eines ausgewählten Tensids
vom Tensidspender 6 kombiniert werden. Das Tensid, das
in dieser Erfindung eingesetzt wurde, war ein Bio-Tensid von Biogenesis
Enterprise, Inc., Milwaukee, WI.
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Das
Tensid/die Säuberungsflüssigkeitskombination
kann durch die Tensidförderpumpe 180 geleitet werden
oder später
in die Einrichtung durch spätere
Injektion in Wasser im Rohr 18 eingeführt werden. Dies ergibt eine
gemessene Menge von Tensid, die in Kombination mit dem Wasser wirkt,
um die Säuberungseffektivität der Säuberungsflüssigkeit
zu verbessern.
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Das
Wasser allein oder die Wasser-Tensidmischung 17 wird dann
durch eine Hochdruckkolbenpumpe 9 geleitet, worin der Druck
in einem Bereich von zwischen ca. 13,8 MPa (2,000) bis maximal von
ca. 138 MPa (20,000 psi) erhöht
wird. Das Wasser oder die Wasser-Tensid-Mischung unter Hochdruck
wird durch eine Hochdruckleitung 16 zur Düsenanordnung 24 geleitet.
Die Düsenanordnung 24 ist
so aufgebaut, dass ein Spray von Leitungswasser allein oder Leitungswasser
in Kombination mit Tensid 17 gerichtet wird, um mit einem
Strom von der Aufschlämmungseinlaufpumpe 23 in
der Kollisionskammer 20 zu kollidieren.
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In
Bezug auf 2, einer Vorderansicht der Kollisionskammeranordnung,
ist zu sehen, dass der Rahmen 301 den Körper der Kollissionskammer 20 unterstützt. Es
ist ebenso eine Brücke 303 vorgesehen,
die durch eine Griffstange 302 für Betreiber-Einstellungen und
Beobachtung eingerahmt ist. Oben auf der Kollisionskammer 20 ist
die Hochdruckleitung 16 zusammen eingepaßt und durch
den Kollisionskammerdeckel 307 mittels Flansche 308 eingesetzt.
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Der
Kollisionskammerdeckel 7 ist in Zusammenarbeit an den Körper der
Kollisionskammer 20 mittels Flansche 306 angepaßt.
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Die
Kollisionskammer 20 ist auch mit Niveaufühlern 303 eingepaßt, die
geformt sind, um zu sichern, dass die Kollisionskammer 20 auf
dem Niveau für
eine optimale Leistung der Düsenanordnung 24 zurückbleibt. Die
Kollisionskammereinrichtung ist mit einer Mischeranordnung 2 eingepaßt, die
nach dem Stand der Technik Standard ist. Die Mischeranordnung 2 wird
verwendet, um zu vermeiden, dass die behandelte Erde zu einem schweren
Schlamm und einem Wasserbestandteil getrennt wird. Die Anwendung
der Mischeranordnung 2 sichert, dass die Feinstoffe und
der andere Erde sich nicht absetzen; dabei verbleibt die Mischung
in einer Aufschlämmung.
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Das
behandelte Material wird von der Mischkammer 1 der Kollisionskammeranordnung 20 mittels
eines Isolierungsventils 304 geleitet. Dieses Ventil 304 ist
vom Typ nach dem Stand der Technik bekannt. Die behandelte Aufschlämmung wird
dann durch einen Pumpmechanismus 31 zu entweder einem Hydrozyklon 30 geleitet
oder wird durch die Kollisionskammer 20 mittels einer Rohranordnung 16 wieder
in Umlauf gebracht. Ein elektrisches Steuerelement 305 ist
zum geeigneten Montieren an das Rahmenelement 301 vorgesehen. Dieses
elektrische Steuerelement 305 wird verwendet, um die Pumpe,
wie z. B. die Pumpe 31, zu steuern. Es ist auch ein Lukenfenster 330 vorgesehen,
das an der Seite der Kollisionskammer 20 montiert ist.
Dieses Lukenfenster 330 ist vorgesehen, um dem Betreiber
zu ermöglichen,
den Wechselwirkungsprozess der Tensid-Wassermischung oder der Wassermischung
und der Feinstofftonaufschlämmung
zu beobachten.
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In
Bezug auf 3, die eine Aufsicht auf die
Kollisionskammer ist, wird eine Abdeckung 307 angezeigt.
Die Hochdruckleitung 16 wird hier oben auf der Kollisionskammer
dargestellt, worin die Hochdruckleitungen mit dem Düsenmechanismus 24 mittels
einer Schweißmuffe 318,
die zusammen an einem Hochdruck-Tensidschlauch 319 angrenzt,
verbunden sind. Andere Anordnungen des Tensid-Wasserversorgungssystems
zur Hochdruckdüse 24 kann
leicht durch einen Fachmann bestimmt werden.
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Die
Kollisionskammerabdeckung 307 ist am Körper der Kollisionskammer mittels
Montierflange 306 befestigt. In dieser Anordnung sind die
Düsen (24)
an der Abdeckung 307 angebracht. Die Ansicht in 3 zeigt
eine Anordnung von Hochdruckförderleitungen 319,
die über
dem Deckel 307 der Kollisionskammer 20 angeordnet
sind. Der Schnittpunkt der Hochdruckförderleitungen 319 ist
ein Flansch 320, der die Hochdruckförderleitung 319 in
einem festen Verhältnis
zu einer zweiten Hochdruckförderleitung 319 hält. Der
Ausübende kann
wählen,
eine Anordnung von nur zwei entgegengesetzten Düsen 24, falls erwünscht, zu
verwenden. Das würde
nur eine Hochdruckförderleitung 319 erfordern.
Die Hochdruckförderleitung 319 ist
an der Düsenanordnung
mittels einer Schweißmuffe 318 angebracht.
Die Düsenanordnung 24 ist
weiterhin in 4 beschrieben.
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4 ist
eine Teilansicht des oberen größten Teils
der Kollisionskammer 20. Diese Figur zeigt das Ventil und
die Düsenanordnung 24,
die an der Stelle auf dem Kollisionskammerdeckel 307 mittels
eines Ankergestells 340 festgehalten werden, und eine Stützverstärkung 342,
das zusammen mittels Sechskantmuttern und Bolzen 403 angebracht
ist. Die Düsenanordnung
ist mit Einstellmitteln 341 ausgerüstet, was dem Betreiber ermöglicht,
die Düsenanordnung 24 in
einer Niveaustellung zu halten. Die Aufschlämmung wird in die Kollisionskammer
mittels der Aufschlämmungseinlaufleitung 23 geleitet.
Nachdem sie in die Kammer geleitet worden ist, wird die Aufschlämmung weiterhin
nach oben geführt
und tritt aus der Aufschlämmungseinlaufleitung 23 von
einer Schlammeinlaufdüse 231 heraus,
und dann wird die Aufschlämmung
in den Schnittbereich des Auslaufs von der/den Düseneinrichtung oder -einrichtungen 24 geführt. Die
Aufschlämmung,
die in die Kollisionskammer unter Druck eingeführt wird, der nur ausreichend
sein muß,
um den Ausfluss von der Aufschlämmungseinlaufdüse 231 hervorzurufen,
um zu genügen,
die Aufschlämmung
dazu zu veranlassen, ein Gebiet tatsächlich zu erreichen, das sich
dicht genug am Düsenauslauf
von der Düse 24 befindet,
um die Säuberungsflüssigkeit
effizient an der Aufschlämmung
zum Entfernen von Fremdstoffen aus der Aufschlämmung fungieren zu lassen.
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Diese
Strömungsgeschwindigkeit
läßt die Aufschlämmung nach
oben in die Schnittstelle des Auslaufs der Düsenanordnung 24 einspritzen,
worin die Waschung oder die Säuberung
der Aufschlämmung
stattfindet.
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In
dieser 4 ist wieder ein Quarzglasfenster 330 vorgesehen,
das in die Seitenwand 201 der Kollisionskammer 20 eingepasst
ist, um dem Betreiber einen Blick auf das Waschverfahren zu genehmigen.
Trotz des Charakters der Aufschlämmung
säubert
die fortgesetzte Infusion der Säuberungsflüssigkeit,
die entweder Wasser oder Wasser in Tensidmischung ist, schnell das
Glas, und im Fall, dass der Aufschlämmungsfluss durch die Leitung 23 momentan
unterbrochen wird, oder wenn die Aufschlämmung weitgehend eine Flüssigkeit
ist, hat das Verfahren zur Säuberung
der Aufschlämmung
auch eine Runterwaschung der Seiten 201 der Kollisionskammer 20 zur
Folge.
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5 zeigt
die Düsenanordnung
in seiner am meisten bevorzugten Ausführungsform. Diese Anordnung
ist durch eine stabilisierende Wechselwirkung von Gestell- und Verstärkungsmitteln
gekennzeichnet, die jede der vier Düsenstangen 401 halten.
Jede Düsenstange 401 ist
an die Düse 500 mittels
eines Düsenkranzes 402 angepasst.
Der Düsenkranz 402 ist
dann zusammen an die Hochdrucktensidanlage 16 mittels Sechskantmuttern 404 angepasst.
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Die
Düsenverstärkungsarme 342 sind
oberhalb des Auslaufniveaus der Düsen 500 angebracht,
um so nicht den Fluss von der Düse 500 zu
behindern.
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Die
Düsenstangen 401 bilden
zusammen mit den Düsenverstärkungen 343 und 342 einen
Rahmen, der die Düsenstruktur 24 in
der Kollisionskammer 20 unterbricht. Die Düsenstangen 401 sind
mit Einstellmitteln angepasst, die nach dem Stand der Technik weit
bekannt sind. In diesem Fall werden die Düsenstangen 401 leicht
durch Einstellen des Einstellarms 341 eingestellt.
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Diese
gesamte Struktur von 5 ist an die Kollisionskammer 20,
wie in 4 gezeigt, angepasst. Andere Anordnungen zur Platzierung
des Düsenmechanismus
sind für
den Ausübenden
dieser Erfindung ersichtlich. Die besondere Anordnung der in den
Zeichnungen gezeigten Einrichtung kann manipuliert werden, ohne
die Effizienz der Einrichtung zu beeinträchtigen.
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Die
Düseneinrichtung 24 ist
so platziert, dass der Auslauf von jeder Düse 500 an einem Punkt
ausläuft, der
sich ungefähr
mit irgendeiner oder alle anderen Düsen 500 ausrichtet.
Dieser Auslauf bildet eine Wasserschicht, die ungefähr die geometrische
Form einer Ebene hat. An einem Punkt ungefähr in der Mitte der Auslaufzone
ist eine Zone von sich überschneidenen
Wasserstrahlen von den Düsen
gebildet. Diese Zone ist das Gebiet, wo der Auslauf vom Aufschlämmungseinlauf 231 geleitet
wird. Der Winkel der Ebene, der durch den Auslauf der Düsen 500 und
den Aufschlämmungseinlauf 231 definiert
ist, kann die Effizienz des Betriebs dieser Einrichtung beeinflussen.
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Die
Säuberungsflüssigkeit,
die aus der Düse/den
Düsen 500 ausgelaufen
ist, kann Wasser allein, Wasser mit Tensid, heißes Wasser oder heißes Wasser
mit Leitungswasser sein. Die Säuberungsflüssigkeit mit
Leitungswasser kann eine Mischung werden, oder Tensid kann in die
Reinigungsflüssigkeitsleitung 12 eingespritzt
werden, der die Reinigungsflüssigkeit
von der Hochdruckkolbenpumpe 9 zur Düsenzuleitung 319 und daraufhin
zur Düse 500 transportiert.
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Die
Bedingungen und Parameter der vorgehenden Beschreibung wurden bei
Anwendung der Einrichtung verwendet, wie weiter in den folgenden
Beispielen dargelegt.
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Beispiel 1
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Die
Einrichtung, wie in diesem Beispiel konfiguriert, war eine fortlaufende
Flusseinheit für
Säuberungsfeinstoffe
und Tonarten. Kapazitäten
von bis zu zwischen 61,2 und 76,5 m3 (80
bis 100 Kubikyards) pro Stunde wurden bei Anwendung paralleler Bearbeitung
in einer Folge von Kollisionskammern hergestellt.
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Mit
mehr als 4000 ppm polyaromatische Hydrocarbone (PAH) verschmutztes
Sediment wurde zur Säuberung
ausgewählt.
Das verschmutzte Sediment war vorherrschend (81%) Mediumschlick
mit einer Durchschnittspartikelgröße von weniger als 38 Mikrometer.
Das Sediment wurde anfangs bearbeitet, um grobes Material zu trennen.
Die Materialien mit grober Partikelgröße wurden in eine Waschanlage
für Partikel
mit Standardgröße abgeleitet.
Material, das den gräulichen
Fluss passiert, strömte/floß zu einem
Häcksler
und dann zu Vorbehandlungstanks. Das gehäckselte Material wurde gemischt,
erwärmt
und mit Wasser und Bio-Tensidchemikalien gemischt. Dies bildete
eine Aufschlämmung.
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Die
Aufschlämmung
wurde dann zu einem Schüttelsiebtrenner
geführt,
der Partikel in zwei Ströme klassierten.
Material mit einem Durchmesser größer als 0,5 mm wurde in eine
Erdwaschanlage für
Partikel mit Standardgröße abgeleitet.
Material von 0,5 mm und kleiner setzte zu Sedimentwaschfülltrichter
fort. Hiervon wurde die Aufschlämmung
zur Sedimentmischkammer gepumpt, wo er mit einer Lösung, bestehend
aus 2% Bio-Tensid (Biogenesis, Milwaukee, WI) und Leitungswasser,
behandelt wurde. Dieses bewerkstelligte vorrangige Lockerung der
Verbindungen zwischen dem Fremdstoff und dem Partikel. Die Auschlämmung wurde
auf 71,1°C
(160°F)
erwärmt.
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Nach
Erwärmen
der Aufschlämmung,
Wassers und der Tensidmischung wurde die Mischung (in Bezug auf
dieses Beispiel als Aufschlämmung
bezeichnet) zur Kollisionskammer geleitet, wo die Aufschlämmung in
das Schnittgebiet von vier Düseneinrichtungen
gespritzt wurde.
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Die
behandelte Aufschlämmung
wurde dann im niedrigeren Teil der Kollisionskammer mittels Schwerkraft
gesammelt, da das Material nach Behandlung auf den Boden der Kollisionskammer
fiel.
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Drei
Kollisionskammer/Kollisionswäscherreihen
wurden nacheinander verbunden, um aufeinander folgende Waschungen
durchzuführen.
Die behandelte Aufschlämmung
floß dann
durch Hydrocyklondämme,
um Feststoffe zu trennen, die eine Größe von 5 bis 10 Mikrometer
haben. Die freie Flüssigkeit
wurde zu einer Zentrifuge zur endgültigen Feststoff-Flüssigkeitstrennung
gesteuert.
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Feststoffe
wurden zur Säuberungserdmenge
geleitet, wogegen die ganze Flüssigkeit
zur Abwasserbehandlung zur Entfernung von organischen und unorganischen
Fremdstoffen geleitet wurde. Dekontaminiertes Wasser wurde durch
den Prozess zurückgeführt. Die
behandelten Sedimente und Feinstoffe wurde auf die Effektivität der Säuberung
hin getestet. Es wurde bestimmt, dass die Säuberungseffektivitäten 90 Prozent
Entfernung durch Anwendung dieser Verfahren überschritten.
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In
den Beispielen 2–7
wurden die folgenden generellen Bedingungen angewendet.
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Partikelgrößen wurden
für Partikel,
die 10, 50, 100 und 200 Mesh passieren, ausgewählt. Der Testfremdstoff war
Schmieröl,
was an die Partikel angebracht wurde und was man an den Partikeln
ungefähr
12 Stunden lang verbleiben ließ.
Schmieröl
wurde als ein repräsentativer
Fremdstoff eines organischen Fremdstofftypen mit einem Mediumgewicht
ausgewählt.
Von Fremdstoffen mit einem leichteren Molekulärgewicht wäre zu erwarten, höhere Entfernungsprozente
unter allen Umständen
zu haben, während
von Fremdstoffen mit schwererem Molekulärgewicht zu erwarten wäre, ein
bisschen niedrigere Entfernungseffizienzen zu haben.
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Dennoch
wird in allen Anwendungen dieser Erfindung erwartet, dass, wenn
das Gerät
bei seiner Maximumseffektivität
für eine
bestimmte Fremdstoffentfernungsaufgabe verwendet wird, Sau berungseffektivitäten höher als
90% sein werden.
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Die
gewählte
Säuberungsflüssigkeit
war Wasser. In den folgenden Beispielen wurden kein Tensid oder andere
Säuberungschemikalien
zur evaluierten Reinigungsflüssigkeit
zugeführt,
um so nicht die Evaluierung der mechanischen Fähigkeiten der Einrichtung zu
beeinflussen. Tenside können
zur Säuberungsflüssigkeit hinzugefügt werden,
um die Effizienz der oben erörterten
Erfindung zu steigern.
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Wie
im Beispiel 1 gesehen, steigert die Anwendung von Säuberungschemikalien
in der Reinigungsflüssigkeit
oder alternativ eingemischt in die Erde und die Sedimentaufschlämmung die
Effektivität
der Fremdstoffentfernung.
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In
jeder der folgenden Beispiele bildet der Fluss von den Düsen, die
die Säuberungsflüssigkeit
ablassen, im Wesentlichen eine Ebene. Jede der Düsen ist am Rahmenelement des
Geräts
mit dem Auslaufteil der Düse,
die nach vorn zum Mittelpunkt des Geräts zeigt, angebracht.
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Die
Ebene, die durch den Auslauf der Düseneinrichtungen definiert
wird, von denen jede im Wesentlichen die gleiche Höhe in der
Einrichtung hat, ist in den folgenden Beispielen als alpha definiert.
Wenn alpha gleich Null ist, sind die durch den Auslauf von den Düseneinrichtungen
definierte Ebene und die Richtung des Einlaufstroms von Sedimentaufschlämmung parallel,
d.h. sie fließen
in die gleiche Richtung. In diesem Fall kommt keine Kollision zwischen
dem Sedimenteinfluss und dem Auslauf von den Düseneinrichtungen vor. Falls
der Winkel zwischen dem Auslauf von den Düseneinrichtungen und dem Sedimenteinfluss
90 Grad ist, ist die Düsenauslaufrichtung
und das Sediment darin ungefähr
senkrecht. Da der Winkel des Auslaufs steigt, sind der Einlaufstrom
und die Düsenströme dann
einander direkt entgegengesetzt.
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Es
gibt eine weitere Einstellung, die im Winkel zwischen dem Auslauf
von den Düsenflusseinrichtungen
und den Sedimenteinflusseinrichtungen gemacht werden kann. Es ist
am meisten bevorzugt, einen Winkel zu haben, bei dem der Fluss von
den Düseneinrichtungen,
der im Wesentlichen in eine einzelne Ebene ausläuft, ungefähr 30 Grad im Verhältnis zum
Einfluss vom Sedimentauslauf beträgt.
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In
jedem der folgenden Beispiele wurde die Anzahl von Düsen zwischen
einer Auslaufdüse
und vier Auslaufdüseneinrichtungen
variiert. Es wurde gefolgert, basierend auf der Einschätzung dieser
Resultate, dass Ausläufe
von den Düseneinrichtungen
an vier Düseneinrichtungen
optimiert wurden. Minimale Entfernung oder Effektivität wurde
vom Auslauf von einer Düseneinrichtung
erreicht.
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In
jeder der folgenden Beispiele wurde gezeigt, dass der Winkel der
Ebene, der den Düsenauslauf
im Verhältnis
zur Auslaufrichtung des Aufschlämmungseinlaufflusses
definiert, für
das Definieren der Effektivität der
Erfindung bedeutend war. Da der Winkel zwischen der Ebene, der den
Düsenauslauf
definiert, und dem Sedimenteinfluss auf 30 Grad ansteigt, wurden
optimale Ergebnisse definiert.
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Die
vorgehende Information wird in jedem der folgenden Beispiele genutzt.
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Beispiel 2
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In
diesem Beispiel wurden Körner
von über
50 Mesh und unter 50 Mesh gewählt.
In diesem Beispiel wurde die Temperatur der Säuberungsflüssigkeit bei 100 Grad F. gehalten.
Die Anzahl von angewendeten Düseneinrichtungen
war vier. Der Schnittwinkel zwischen der durch Düsenausläufe und Einlaufstrom definierten Ebene
wurde bei 135 Grad gehalten.
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Drucke
wurden bei 41,4 MPa (6,000 psi) Auslauf von jeder Düse und bei
55,2 MPa (8,000 psi) und 82,7 MPa (12,000 psi) pro Düse getestet.
Es wurde festgestellt, dass, wenn die Korngröße kleiner als 50 Mesh ist,
Auslauf von den Düseneinrichtungen
im Bereich zwischen 55,7 und 82,7 MPa (8,000 und 12,000 psi) eine 99-prozentige
Entfernungseffektivität
von Partikeln, die 200 Mesh passieren, ergab. Siehe Tabelle 1. TABELLE 1
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
von Korngröße und Düsendruck |
| | Druck (psi)
MPa | |
| (2.000) 13,8 | (4.000) 27,6 | (6.000) 41,4 | (8.000) 55,2 | (10.000) 69,0 | (12.000) 82,7 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 89 | 96 | 99 | 99 | 99 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 90 | 96 | 99 | 99 | 99 | 99 |
| 100
Mesh- | 76 | 91 | 98 | 99 | 99 | 99 |
| 200
Mesh- | 72 | 90 | 97 | 99 | 99 | 99 |
-
Beispiel 3
-
In
diesem Beispiel war die Anzahl von verwendeten Düsen vier, wobei jede Düse 41,4
MPa (6,000 psi) Säuberungsflüssigkeit
auslaufen lässt.
Der Auslaufwinkel zwischen der Ebene, die durch den Auslauf der
Düseneinrichtungen
und dem Einlauffluss definiert war, wurde bei 90 Grad gehalten.
-
In
diesem Beispiel wurden Temperaturen der Säuberungsflüssigkeit in einem Bereich über und
unter 37,8°C
(100 Grad F) getestet. Diese Temperaturen waren an sowohl großen als
auch kleinen Korngrößen weniger
wirksam (siehe Tabelle 2). TABELLE 2
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
von Korngröße und Waschtemperatur |
| | Temperatur | |
| (50
F) 10,0 °C | (75
F) 23,9 °C | (100
F) 37,8 °C | (130
F) 54,4 °C | (160
F) 71,1 °C |
| Meshgröße | 10
Mesh | 94 | 97 | 99 | 99 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 92 | 95 | 99 | 99 | 99 |
| 100
Mesh | 83 | 93 | 98 | 99 | 99 |
| 200
Mesh | 79 | 91 | 98 | 99 | 99 |
-
Es
wurde festgestellt, dass Temperaturen zwischen 37,8 und 71,1°C (100 und
160 Grad F) gehalten werden müssen,
um eine Effektivität
von 99% bei Partikeln, die 200 Mesh passierten, zu erreichen, wenn
ein Fremdstoff, wie das in diesem Beispiel verwendete Öl, entfernt
werden soll. Andere Anwendungen der Einrichtung können eine
höhere
oder niedrigere optimale Temperatur der Säuberungsflüssigkeit, abhängig vom Fremdstofftypen
und der Durchschnittsgröße der in
der Aufschlämmung
behandelten Partikel, verwenden.
-
Beispiel 4
-
In
diesem Beispiel wurde der Schnittwinkel zwischen der Ebene, die
vom Auslauf der Düse
definiert wurde, und dem Einlauffluss zu 45 Grad im Verhältnis zum
Fluss der Aufschlämmung
eingestellt. In diesem Beispiel wurde der Auslauf von jeder der
Düsen bei
einer Konstante von 41,4 MPa (6,000 psi) gehalten. Die Temperatur
der Waschflüssigkeit
wurde bei 37,8°C
(100 Grad F) gehalten.
-
In
diesem Beispiel ergab der Anstieg der Anzahl von Düsen einen
ungefähr
linearen Effektivitätsanstieg
ohne Bezug auf Partikelgröße. Dennoch
ergab der Winkel zwischen dem Auslauf der Düseneinrichtungen und dem Einlauffluss
bei alpha gleich 45 Grad nur Entfernungsraten von rund 90%, ungeachtet
der getesteten Korngröße. Daher
wurde bestimmt, dass der Winkel des Auslaufs, der bei 45 Grad liegt,
die ungefähr niedrigste
Effektivitätsgrenze
für Materialien,
die 200 Mesh betragen, ist. Siehe Tabelle 3. TABELLE 3
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für alpha
= 45 |
| | Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 69 | 80 | 91 | 98 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 70 | 80 | 89 | 96 |
| 100
Mesh | 71 | 82 | 88 | 94 |
| 200
Mesh | 76 | 81 | 85 | 87 |
-
Beispiel 5
-
In
diesem Beispiel wurde der Auslauf von den Düseneinrichtungen bei 41,4 MPa
(6,000 psi) gehalten; die Temperatur der Waschflüssigkeit wurde bei 37,8°C (100 Grad
F) gehalten.
-
In
diesem Beispiel stieg der Schnittwinkel des Auslaufs von den Düseneinrichtungen
und dem Einlauffluss von 45 auf 90 Grad an. Dies steigerte dramatisch
die Effektivität
der Fremdstoffentfernung für
die kleinsten Korngrößen.
-
In
diesem Beispiel wurde bei Anwendung von entweder drei oder vier
Düsen eine
Entfernung von ca. 95% bis ca. 97% für alle Korngrößen erreicht.
Siehe Tabelle 4. TABELLE 4
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für alpha
= 90 |
| | # Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 68 | 80 | 96 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 76 | 85 | 96 | 99 |
| 100
Mesh | 78 | 86 | 95 | 97 |
| 200
Mesh | 83 | 89 | 94 | 96 |
-
Beispiel 6
-
In
diesem Beispiel wurde der Auslauf von den Düseneinrichtungen wieder bei
41,4 MPa (6,000 psi) gehalten. Die Temperatur der Waschflüssigkeit
wurde bei 37,8°C
(100 Grad F) gehalten. In diesem Beispiel wurde durch Vergrößern des
Winkels zwischen dem Auslaufpunkt der Düseneinrichtungen und dem Einlauffluss
von 90 bis 135 Grad ein weniger spektakulärer Fortschritt bei der Entfernung
von Fremdstoffen erreicht, als die Ergebnisse, die in Beispiel 5
erreicht wurden. Siehe Tabelle 5. TABELLE 5
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für alpha
= 135 |
| | # Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 70 | 82 | 97 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 77 | 88 | 96 | 99 |
| 100
Mesh | 82 | 89 | 96 | 98 |
| 200
Mesh | 87 | 91 | 95 | 97 |
-
Beispiel 7
-
In
diesem Beispiel wurde der Winkel zwischen dem Auslauf von den Düseneinrichtungen
und der Winkel, der zwischen der Richtung des Sedimenteinflusses
und dem Zutritt, der die Richtung des Flusses von den Düseneinrichtungen
bestimmt, bestimmt wird, variiert. In diesem Beispiel wurde der
Auslaufdruck von den Düseneinrichtungen
bei 41,4 MPa (6,000 psi) gehalten. Wie in Tabelle 8 gesehen, hat
der Anstieg des Winkels zwischen dem Düsenfluss und dem Sedimenteinfluss
von ca. 30 Grad eine sehr geringe Auswirkung.
-
Da
der Winkel zwischen der Ebene, der den Düsenauslauf definiert, und dem
Sedimenteinfluss auf 30 Grad anstieg, wurden optimale Ergebnisse
erreicht, wie in Tabelle 6 widergespiegelt. Tabelle 6
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für beta =
30 |
| | # Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 68 | 80 | 96 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 76 | 85 | 96 | 99 |
| 100
Mesh | 78 | 86 | 95 | 97 |
| 200
Mesh | 83 | 89 | 94 | 96 |
Tabelle 7
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für beta =
0 |
| | # Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 69 | 78 | 82 | 81 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 77 | 79 | 81 | 82 |
| 100
Mesh | 77 | 80 | 82 | 83 |
| 200
Mesh | 84 | 85 | 84 | 86 |
Tabelle 8
| EFFEKTIVITÄT BEI DER
WASCHUNG VON SEDIMENT |
| Variation
der Korngröße & # Düsen für beta =
60 |
| | # Düsen | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Meshgröße | 10
Mesh | 71 | 81 | 96 | 99 | % Entfernung |
| 50
Mesh | 78 | 85 | 95 | 99 |
| 100
Mesh | 78 | 86 | 95 | 99 |
| 200
Mesh | 84 | 89 | 93 | 95 |
-
Andere
Variationen und Einstellungen der hierin offenbarten Einrichtung
und des hierin offenbarten Verfahrens können ohne Abweichung von der
hierin offenbarten Erfindung ausgeführt werden.