DE60127378T2

DE60127378T2 - Magnetabscheider mit Membran

Info

Publication number: DE60127378T2
Application number: DE60127378T
Authority: DE
Inventors: Norihide Chiyoda-ku Saho; Takashi Chiyoda-ku Mizumori; Noriyo Chiyoda-ku Nishijima
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-09-04
Also published as: DE60127378D1; EP1243559B1; JP2002273261A; EP1243559A2; JP4317668B2; EP1243559A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetabscheider für die Wasserreinigung und Feststoff-Flüssigkeits-Trennung. Um ihr Ziel zu erreichen, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Magnetabscheider, bei welchem in Rohwasser suspendierte magnetische Substanzen mit Hilfe einer Wasser durchlassenden Membran eingefangen werden, die eingefangenen magnetischen Substanzen von der Membran abgekratzt werden, die abgekratzten magnetischen Substanzen magnetisch gefangen und schließlich abgeführt werden.
Für die Feststoff-Flüssigkeits-Trennung gibt es viele Arten von Klärvorrichtungen. Eine von ihnen ist aus der US 4 039 447 bekannt, die eine Abwasserreinigungsvorrichtung beschreibt, die eine Vielzahl von magnetischen drehenden Scheiben, die mit einer sich durch zwei Kammern eines Behälters erstreckende Quelle verbunden sind, und eine Abkratzeinrichtung aufweist, die nahe an jeder der magnetischen drehenden Scheiben angeordnet ist, um Material abzukratzen, das auf den magnetischen Scheiben abgeschieden wurde. Ein solches Material ist ein magnetisches Pulver, das mit suspendierten Feststoffen aus dem Abwasser an den Scheiben in einer großen Kammer koaguliert, sowie ein magnetisches Pulver, das sich nur als solches auf den Scheiben in einer kleinen Kammer befindet. Eine solche Abwasserreinigungsvorrichtung ermöglicht es, wenn dem Abwasser ferromagnetisches Pulver zugesetzt wird und in dem Abwasser suspendierte Feststoffe zu koagulierten Flocken geformt und die Flocken an Magnetplatten magnetisch angezogen und abgeschieden werden, die Feststoffe aus dem Abwasser zu entfernen und dadurch das Abwasser zu reinigen. Das magnetische Pulver kann für die Wiederverwendung zurückgewonnen werden.
Eine andere Vorrichtung, die ein feinmaschiges Sieb zum Trennen und Entfernen von Teilchen verwendet, ist in "Yousui to Haisui" (Industriewasser und Abwasser), Band 23, Nr. 9, 43-52, 1981, erwähnt. Diese Klärvorrichtung zeichnet sich durch ihren Filter aus, der aus magnetischen, wolleartigen feinen Drähten aus rostfreiem Stahl hergestellt und in einem Raum angeordnet ist, wo ein Magnetfeld vorhanden ist. Der Filter erlaubt das Strömen von Rohwasser und lässt gereinigtes Wasser entstehen, während Verunreinigungsstoffe (beispielsweise Algenblüte und organisches Material), die eine projizierte Fläche (oder Durchmesser) haben, die größer als die Öffnung der Filtermasche ist, gefangen und separiert werden. Nach einer fortgesetzten Filtration sammeln sich die Verunreinigungsstoffe an dem Filter an und erhöhen den Strömungswiderstand, wodurch der Durchsatz stark abnimmt. Eine Art der Rückgewinnung besteht darin, die Zufuhr von Rohwasser zu unterbrechen und den Filter zu waschen (oder angesammelte Verunreinigungen von dem Filter zu entfernen), indem gereinigtes Wasser in der Gegenrichtung strömen gelassen wird. Die gebrauchte Waschflüssigkeit, die entfernte Verunreinigungen enthält, werden aus dem System entfernt, während der Betrieb durch Verwendung des gereinigten Filters wieder aufgenommen wird.
Wenn Verunreinigungen mit einer projizierten Fläche (oder Durchmesser), die kleiner als die Maschenöffnung ist, separiert werden sollen, ist es erforderlich, Rohwasser mit einem magnetischen Pulver und einem Koaguliermittel, wie Aluminiumsulfat, Polyaluminiumchlorid und Polyferrosulfat, einzuschließen, das Aluminiumionen und Eisenionen freigibt. Nach dem Rühren schließen sich das magnetische Pulver und das Koaguliermittel mit den Verunreinigungen (beispielsweise suspendierte Feststoffe, Algen, Pilze und Mikroorganismen) zusammen und bilden magnetische Flocken mit einer Größe von etwa Hunderten von Mikrometern. Solche Flocken können von einem Filter wirksam eingefangen werden, der einen Maschendurchmesser hat, der so groß ist wie das Zehnfache von Mikrometern. Eine Filtration in dieser Weise ergibt deshalb gereinigtes Wasser hoher Qualität. Die Filterreinigung erfolgt in der gleichen Weise wie vorstehend erwähnt. Der Schlamm wird abschließend verbrannt, auf einer Deponie gelagert oder kompostiert.
Der Nachteil der herkömmlichen Technologie besteht darin, dass der Schlamm große Wassermengen enthält, weil zur Wasserreinigung das Saubermachen des Filters (oder Entfernen von angesammelten Verunreinigungen) mit gereinigtem Wasser gehört, wodurch eine Mischung aus gereinigtem Wasser und separierten Verunreinigungen entsteht, die anschließend aus dem System entfernt wird.
Nach der Separierung von dem System enthält der Schlamm Wasser bis etwa 99,5%. Er ist auch 30 mal so voluminös wie teilweise entwässerter Schlamm, der 85% Wasser enthält.
Deshalb sollte der Wassergehalt in dem Schlamm vor der Entsorgung verringert werden, und zwar auf etwa 85% für Schlamm, der ohne Wasserausfluss von einem Lastwagen zu einer Verbrennungsstelle oder einer Deponie transportiert wird, und auf etwa 75% für Schlamm, der kompostiert werden soll (dieser Wassergehalt ist erforderlich, damit die Mikroorganismen das organische Material aktiv zersetzen). Die Entwässerung für diesen Zweck erfolgt mit Hilfe einer Zentrifuge oder einer Bandpresse. Die Entwässerungsvorrichtung sollte proportional zum Wassergehalt im Schlamm eine große Kapazität haben. Dies führt zu hohen Anlage- und Betriebskosten.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Wasserreinigung besteht darin, dass hin und wieder eine Filterreinigung erforderlich ist, die eine kontinuierliche Filtrierung unterbindet und somit die Wasserreinigungsleistung verringert. Wie vorstehend erwähnt, erfolgt die Filterreinigung dadurch, dass gereinigtes Wasser in umgekehrter Richtung strömen gelassen wird, um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf dem Filter ansammeln. Bei der Filterreinigung entsteht Schlamm, der sich aus gereinigtem Wasser und von dem Filter entfernten Verunreinigungen zusammensetzt. Durch Verwendung des gereinigten Filters wird die Filtrierung wieder aufgenommen.
Außerdem wird die herkömmliche Vorrichtung für die Wasserreinigung, die nur flache Filter hat, groß, wenn der Filter vergrößert wird, damit mehr Wasser durch ihn hindurchgehen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Zuwendung zu den vorstehenden Problemen wurde die vorliegende Erfindung vollendet. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Magnetabscheider bereitzustellen, der eine große Menge von Verunreinigungen aus Rohwasser wirksam und sicher separiert und die abgetrennten Verunreinigungen in Form von konzentriertem Schlamm mit einem niedrigen Wassergehalt abführt.
Um das vorstehend erwähnte Ziel zu erreichen, ist die Erfindung entsprechend auf einen Magnetabscheider gerichtet, der eine Einrichtung zum Filtern von magnetische suspendierte Feststoffe enthaltendem Rohwasser, wobei die Filtereinrichtungen Öffnungen aufweist, die für den Durchgang der suspendierten Teilchen zu klein ist, eine Einrichtung zum Auswaschen und Entfernen von filtrierten Feststoffen aus der Filtereinrichtung mit Fluidkraft, eine Einrichtung zur Überführung der entfernten Feststoffe zu einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds, das an die magnetischen, von der Überführungseinrichtung überführten Feststoffe angelegt wird, Einrichtungen zum Einfangen der überführten magnetischen Feststoffe und zum Entfernen der eingefangenen Feststoffe von dem Teil, wo ein von der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung erzeugtes starkes Magnetfeld vorhanden ist, zu dem Teil, wo ein von der ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung erzeugtes schwaches Magnetfeld vorhanden ist, Einrichtungen zum Abkratzen der eingefangenen magnetischen Feststoffe, die von der Einfang- und Bewegungseinrichtung zu dem Teil überführt worden sind, wo ein schwaches Magnetfeld vorhanden ist, und Einrichtungen zum Wiedergewinnen der abgekratzten Feststoffe aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Blockdarstellung, die einen Magnetabscheider und seine periphere Ausrüstung als Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Magnetabscheider von 1 zeigt.
3 ist eine geschnittene Draufsicht, die wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 2 zeigt.
4 ist eine Stirnansicht, die eine Membraneinheit des Magnetabscheiders von 2 zeigt.
5 ist eine Stirnansicht, die einen Rahmen der Membraneinheit von 4 zeigt.
6 ist eine Stirnansicht, die eine Packung zeigt, die zum Montieren der Membraneinheit von 4 verwendet wird.
7 ist eine Stirnansicht, die eine Membraneinheit zeigt, die bei Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.
8 ist eine Stirnansicht einer weiteren Membraneinheit, die in Beispiel 2 verwendet wird.
9 ist eine Stirnansicht, die einen Raumrahmen zeigt, der in Beispiel 2 verwendet wird.
10 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine Weise zeigt, in welcher ein Magnetabscheider in Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung in der Nähe der Magnete arbeitet.
11 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Art und Weise zeigt, in welcher der Magnetabscheider in Beispiel 3 in der Nähe der Magnete arbeitet.
12 ist eine Blockdarstellung, die die Vorrichtung zur Vorbereitung eines Keimmittels zeigt, das für einen Magnetabscheider in Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
13 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Magnetabscheider von Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine geschnittene Draufsicht, die wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 13 zeigt.
15 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Magnetabscheider von Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine geschnittene Draufsicht, die wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 15 zeigt.
17 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Magnetabscheider von Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X gesehen in Pfeilrichtung von 17.
19 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Magnetabscheider von Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun im Einzelnen unter Bezug auf die folgende bevorzugte Ausführungsform beschrieben.
Vor der Filtrierung durch einen Magnetabscheider der vorliegenden Erfindung wird Rohwasser mit einem Magnetpulver und einem Koagulans, wie Aluminiumsulfat, Polyaluminiumchlorid und Polyeisen(III)-sulfat, zusammengegeben, wodurch Aluminiumionen und Eisenionen abgegeben werden. Beim Rühren verbinden sich das Magnetpulver und das Koagulans mit Verunreinigungen (beispielsweise suspendierten Feststoffen, Algen, Pilzen und Mikroorganismen), was magnetische Flocken mit einer Größe von Hunderten von Mikrometern ergibt. Alternativ wird Rohwasser mit einer Substanz zusammengebracht, die durch chemische Reaktion magnetische Teilchen ergibt, so dass derartige magnetische Teilchen Verunreinigungen absorbieren (beispielsweise suspendierte Feststoffe, Algen, Pilze und Mikroorganismen), um magnetische Flocken mit einer Größe von etwa Hunderten von Mikrometern zu erhalten. Alternativ wird Rohwasser bei Vorhandensein von Aluminium- oder Eisenelektroden gerührt, so dass Aluminiumionen oder Eisenionen durch elektrochemische Reaktion erzeugt werden. Die Ionen enthaltendes Rohwasser wird mit einem magnetischen Pulver und einem Koagulans zusammengebracht, die sich mit Verunreinigungen (wie suspendierten Feststoffen, Algen, Pilzen und Mikroorganismen) verbinden, um magnetische Flocken mit einer Größe von etwa Hunderten von Mikrometern zu erhalten. Die sich ergebenden magnetischen Flocken gehen nicht durch Öffnungen hindurch, die eine Größe von einigen Zehnfachen von Mikrometern haben. Dadurch entfernt die Filtration auf diese Weise Verunreinigungen aus dem Rohwasser auf effiziente Weise, und das ergebende Filtrat ist gereinigtes Wasser hoher Qualität.
Der Magnetabscheider der vorliegenden Erfindung hat eine Vielzahl von drehenden trommelartigen Filtereinheiten, von denen jede auf ihren beiden Seiten und am Umfang perforierte Membranen trägt. Die Filtereinheiten sind in der Axialrichtung der drehenden Welle angeordnet. Die unter dem Rohwasserspiegel befindliche Membran sammelt magnetische Flocken, und die die magnetischen Flocken tragende Membran bewegt sich über dem Rohrwasserspiegel. Die aus dem Rohwasser aufgetauchten magnetischen Flocken werden ausgewaschen und von der Membran durch Waschwasser entfernt, das von Düsen ausgestrahlt wird, die inner halb der Filtereinheit angeordnet sind. Die entfernten magnetischen Flocken werden von einer Überführungseinrichtung zu einer ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung überführt.
Die ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung ist an dem Rohwasserspiegel angeordnet und ist von einer sich bewegenden Fangeinrichtung umgeben. Die von der Überführungseinrichtung überführten magnetischen Flocken bewegen sich zu der sich bewegenden Fangeinrichtung aufgrund der magnetischen Wirkung, die von der Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfelds hervorgerufen wird, und die magnetischen Flocken werden von der sich bewegenden Fangeinrichtung angezogen. Die Magnetkraft quetscht überschüssiges Wasser (bei dem es sich um eine nichtmagnetische Substanz handelt) aus den magnetischen Flocken teilweise heraus. Das herausgequetschte Wasser trennt sich von den magnetischen Flocken und strömt unter dem Einfluss der Schwerkraft längs der Oberfläche der sich bewegenden Fangeinrichtung nach unten. Dadurch nimmt der Wassergehalt in den magnetischen Flocken ab. Darüber hinaus drückt die Magnetkraft die magnetischen Flocken auf der Oberfläche der sich bewegenden Fangeinrichtung magnetisch zusammen. Diese Wirkung zwingt Überschusswasser aus den magnetischen Flocken heraus, wodurch der Wassergehalt in den magnetischen Flocken weiter auf etwa 95% verringert wird.
Die sich bewegende Fangeinrichtung bewegt sich in Richtung weg von der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung. Wenn sich die sich bewegende Fangeinrichtung zu einer Stelle bewegt hat, an der das Magnetfeld schwach ist, werden die magnetischen Flocken mit einer Spatel oder dergleichen von der Oberfläche des sich bewegenden Fangeinrichtung abgekratzt. Die abgekratzten magnetischen Flocken (die nun Schlamm genannt werden) werden aus dem Abscheider entfernt.
Schließlich wird die Membran durch Waschwasser und Wiedereintauchen unter den Rohwasserspiegel wieder funktionsfähig gemacht. Die sich bewegende Fangeinrichtung (von der die magnetischen Flocken abgekratzt sind) ist wieder funktionsfähig und bewegt sich zu der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung hin und sammelt magnetische Flocken ein. Die Zuführung des Waschwassers erfolgt durch Pumpen des Wassers, das durch die Membran hindurchgegangen ist.
Der wie vorstehend erwähnt gebaute Magnetabscheider kann Wasser entfernen, während die magnetischen Flocken durch die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung und die sich bewegende Fangeinrichtung gefangen und bewegt werden. Man erhält einen hochkonzentrierten Schlamm, der etwa 95% Wasser enthält. Dieser Schlamm hat etwa ein Zehntel des Volumens des herkömmlichen Schlamms, der 99,5% Wasser enthält (herkömmlicher Schlamm ist eine bloße Mischung aus Flocken und Waschwasser). Der Wassergehalt in dem Schlamm sollte vor der Entsorgung verringert werden, nämlich auf etwa 85% für einen Schlamm, der ohne Wasserausfluss von einem Lastwagen zu einer Verbrennungsanlage oder Deponie transportiert werden soll, und etwa 75% für einen Schlamm, der kompostiert werden soll (dieser Wassergehalt ist erforderlich, dass die Mikroorganismen die organische Substanz aktiv zersetzen). Die Entwässerung für diesen Zweck erfolgt mit Hilfe einer Zentrifuge oder Bandpresse. Aufgrund dieses kleinen Volumens braucht der wiedergewonnene Schlamm eine Entwässerungsmaschine, die lediglich ein Zehntel des Raumbedarfs der herkömmlichen Entwässerungsmaschine hat. Die Menge des zu entfernenden Wassers wird auch auf ein Zehntel von der der herkömmlichen Technologie verringert. Dies führt zu einer Reduzierung der Anlage- und Betriebskosten für den Wasserentzug.
Ein weiterer Vorteil des wie vorstehend beschrieben gebauten Magnetabscheiders ist die Fähigkeit, eine große Menge an Rohwasser durch die vergrößerte Membranfläche hindurchzulassen und eine große Menge von angesammelten magnetischen Flocken durch die Kraft von Waschwasser sicher zu entfernen, sowie die Fähigkeit, eine große Menge von entfernten magnetischen Flocken durch die Überführungseinrichtung zu der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung zu überführen und die magnetischen Flocken durch Verwendung der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung und der sich bewegenden Fangeinrichtung wirksam abzuführen.
Einige typische Beispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 6 gezeigt. 1 ist eine Blockdarstellung, die den Magnetabscheider und eine periphere Ausrüstung von Beispiel 1 zeigt. 2 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Magnetabscheider von 1 zeigt. 3 ist eine geschnittene Draufsicht, die wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 2 zeigt. 4 ist eine Stirnansicht, die eine Membraneinheit des Magnetabscheiders von 2 zeigt. 5 ist eine Stirnansicht, die einen Rahmen der Membraneinheit von 4 zeigt. 6 ist eine Stirnansicht, die eine zum Anbringen der Membraneinheit von 4 verwendete Packung zeigt.
Der Magnetabscheider der vorliegenden Erfindung hat eine periphere Ausrüstung, wie sie in 1 gezeigt ist. Eine Pumpe 4 saugt zu reinigendes Rohwasser aus einer Wasserquelle (beispielsweise einem Teich) 1 durch ein Rohr 2 und einen Filter 3 zum Entfernen großer Feststoffabfälle an und pumpt es zu einem Speicher 5. Eine Keimmittelvorbereitungsvorrichtung 7 führt dem Rohwasser 6 ein magnetisches Pulver (beispielsweise Eisen(II/III)-oxid), ein Mittel zur Einstellung des pH-Wertes, ein Koagulans [beispielsweise Poly-(Aluminiumchlorid, -eisenchlorid und -eisen(III)-sulfat)] zur Abgabe von Aluminiumionen und Eisenionen sowie ein polymeres verstärkendes Mittel über ein Rohr 8 zu. Das mit dem Koagulans usw. vermischte Rohwasser tritt in einen Rührbehälter 9 ein, der mit einem mit einem Motor angetriebenen Mischblatt 11 versehen ist. Das Rühren ergibt ein vorbehandeltes Wasser 12, das magnetische Flocken mit einer Größe von etwa Hunderten von Mikrometern bis mehreren Millimetern enthält. Das vorbehandelte Wasser 12 wird in den Magnetabscheider 11 über ein Rohr 13 eingeführt, was durch den Pfeil A angezeigt ist.
Der Magnetabscheider 14 ist wie in 2 und 3 gezeigt gebaut. Er hat eine Vielzahl von Membraneinheiten 16, von denen jede aus einer wasserdurchlässigen Membran 15 und einem Rahmen 18 aufgebaut ist, wie es in 4 gezeigt ist. Die Membran 15 ist ein Netz aus feinem Draht aus rostfreiem Stahl oder Kupfer oder aus Polyesterfaser mit einer Maschengröße von wenigen Mikrometern bis mehreren Zehnfachen von Mikrometern. Die Membran 15 schaut wie ein Kreisviertel aus. Die Membran 15 ist mit ihrem Umfang zwischen den Rahmen 18 (wie in 5 gezeigt) gehalten und hermetisch mit einem Klebstoff, wie einem Epoxyharz, abgedichtet.
Die Membraneinheit 16 wird an beide Seiten des Filtereinheitsgehäuses 17 geschraubt, wobei dazwischen eine Dichtung 20 (wie in 6 gezeigt) angeordnet ist. Die Membraneinheiten 16 sind durch in Schraubenlöcher 110 getriebene Schrauben so fixiert, dass sie die Öffnungen auf beiden Seiten des Filtereinheitsgehäuses 17 abdecken. 2 zeigt nur eine Membraneinheit 16. Tatsächlich decken jedoch vier Membraneinheiten 16 die Seite des Filtereinheitsgehäuses 17 vollständig ab. Das Filtereinheitsgehäuse 17 ist ein hoher trommelförmiger Rahmenaufbau mit offenem Umfang und Seiten.
Der Umfang des Filtereinheitsgehäuses 17 ist vollständig mit einer Membran 22 abgedeckt. Die Membran 22, die ähnlich der Membran 15 ist, ist ein Netz aus feinem Draht aus rostfreiem Stahl oder Kupfer oder Polyesterfaser mit einer Maschengröße von wenigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern. Die Membraneinheiten 16 (die die Membran 15 aufweisen), das Filtereinheitsgehäuse 17 und die Membran 22 bilden eine trommelförmige Filtereinheit 19. Dieser Aufbau ergibt eine große Filtrierfläche und trägt somit zu einer großen Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Wasserreinigung bei.
An einer horizontalen Hohlwelle 23 sind mehr als eine Filtereinheit 19 (bei diesem Beispiel zwei Einheiten) drehbar angebracht. Die Hohlwelle 23 durchdringt die Mitte der Filtereinheiten 19. Ihr eines Ende ist mit einer Stange 24 verbunden, ihr anderes Ende ist in eine Büchse 27 eines äußeren Behälters 26 eingeführt. Die Stange 24 ist in eine Büchse 75 des äußeren Behälters 26 eingeführt und wird von ihr gehalten. Ein Ende davon (das aus dem äußeren Behälter 26 vorsteht) ist mit der drehenden Welle eines Motors 25 verbunden.
Der Stab 24 wird in der Büchse 75 des äußeren Behälters 26 so gehalten, dass er mit Hilfe von Gleitringen 76 und 77 aus polymerem Material mit niedriger Reibung abgedichtet dreht. Das andere Ende der Hohlwelle 23 ist in der Büchse 27 des äußeren Behälters 26 so gehalten, dass es mit Hilfe von Gleitringen 28 und 29 aus einem polymeren Material mit niedriger Reibung abgedichtet dreht. Das andere Ende der Hohlwelle 23 mündet außerhalb der Büchse 27 des äußeren Behälters 26.
Die Büchse 27 hat einen Wassereinlass 30, durch den Wasser in einen Raum zwischen den Gleitringen 28 und 29 eingeführt wird, wobei das Wasser etwas mehr druckbeaufschlagt ist als das vorbehandelte Wasser 12 in dem äußeren Behälter 26. Das Einführen von unter Druck stehendem Wasser kann dadurch erreicht werden, dass der Wassereinlass 30 mit einem Speicher (nicht gezeigt) verbunden wird, der über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 in dem äußeren Behälter 26 angeordnet ist und in den ein Teil gereinigten Wassers 56 durch Pumpen eingespeist wird. Gleichermaßen hat die Büchse 75 einen Wassereinlass 78, durch den Wasser in einen Raum zwischen den Gleitringen 76 und 77 eingeführt wird, wobei das Wasser etwas stärker als das vorbehandelte Wasser 12 in dem äußeren Behälter 26 druckbeaufschlagt ist. Dieser Aufbau bildet eine größere Verbesserung der Wasserdichtheit.
Der Motor 25 dreht die Hohlwelle 23 über den Stab 24. Als Folge dreht sich die Filtereinheit 19 um die horizontale Achse. Die Filtereinheit 19 ist so angeordnet, dass ihre Mittellinie mit dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 zusammenfällt. D.h. mit anderen Worten, dass sie sich so dreht, dass ihre untere Hälfte in das vorbehandelte Wasser 12 eingetaucht ist und ihre obere Hälfte zur Atmosphäre hin freiliegt.
In der Hohlwelle 23 ist das zentrale Waschwasserrohr 34 angeordnet, das sich koaxial zur Hohlwelle 23 erstreckt. Das zentrale Waschwasserrohr 34 weist radial verzweigte Waschwasserrohre 34 auf, die die Hohlwelle 23 durchdringen und mit Waschdüsen 35 bis 37 in Verbindung stehen, die innerhalb der Membranen 15 und 22 angeordnet sind. Das Waschwasserrohr 34 ist mit einer Pumpe 39 verbunden, die einen Teil des gereinigten Wassers ansaugt, das in dem Wasserbehälter 38 gesammelt wird, um das gereinigte Wasser aufzunehmen, das aus der Hohlwelle 23 abgeführt wird. Die Waschdüsen 35 bis 37 sind innerhalb der Filtereinheit 19 angeordnet. Die Waschdüsen 35 und 36 sind über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 so angeordnet, dass sie Waschwasser über die gesamte Breite in Radialrichtung der Membran 15 auf beiden Seiten ausspritzen. Die Waschdüse 37 ist über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 angeordnet, so dass sie Waschwasser über die gesamte Breite in Axialrichtung der Membran 22 am Umfang ausspritzt.
Das Waschwasserrohr 34 wird mit Waschwasser aus dem Wasserbehälter 38 durch die Pumpe 39 gespeist, und die Waschdüsen 35 bis 37 spritzen Waschwasser zu den Membranen 15 und 22 aus. Dadurch entfernt das Waschwasser die magnetischen Flocken 55, die sich auf der Membran 15 und 22 angesammelt haben. Dieses Waschen wird kontinuierlich ausgeführt, wenn sich die Filtereinheit 19 dreht. Während einer Umdrehung wird die Membran einmal durch das Waschwasser gewaschen, das aus den Waschdüsen 35 bis 37 ausgespritzt wird. Diese Wascheinrichtung ist aufgebaut aus der Pumpe 39, den Waschwasserrohren 34 und den Waschdüsen 35 bis 37.
Der Magnetabscheider 14 hat ein zylindrisches Gehäuse 41 aus nichtmagnetischem, nichtrostendem Stahl oder aus Kunststoff und ist mit seinen Enden in eine Büchse 43 des äußeren Behälters 26 eingesetzt und wird durch Gleitringe 44 und 45 aus polymerem Material mit geringer Reibung dichtend erhalten. Ebenso wie die vorstehend erwähnten Büchsen 27 und 75 hat die Büchse 43 einen Wassereinlass 46, durch den Wasser in einen Raum zwischen den Gleitringen 44 und 45 eingeführt wird, wobei das Wasser mit etwas mehr Druck als das vorbehandelte Wasser 12 in dem äußeren Behälter 26 beaufschlagt ist.
Das zylindrische Gehäuse 41 hat an seinem einen Ende einen Flansch 48, der mit einer Stange 49 verbunden ist. Die Stange 49 ist an der Welle eines Motors 50 befestigt, so dass das zylindrische Gehäuse 41 durch den Motor 50 gedreht wird. Das zylindrische Gehäuse 41 ist drehbar so angeordnet, dass seine Achse parallel zur Achse der Filtereinheit 19 auf der gleichen Höhe ist, wobei seine untere Hälfte in das vorbehandelte Wasser 12 eingetaucht ist.
Der Magnetabscheider 14 hat eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung, die aus Magneten 40 besteht. Jeder Magnet 40 ist ein großer supraleitender Hochtemperaturmagnet oder ein supraleitender Magnet mit einer rennbahnförmigen Wicklung. Diese Magnete 40 sind an einem Halter 42 innerhalb des zylindrischen Gehäuses 41 befestigt. Die Magnete 40 sind nahe an dem zylindrischen Gehäuse 41 und auf dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung erzeugt das zylindrische Gehäuse 41 ein starkes Magnetfeld an seinem Teil, der sich in der Nähe der Magnete 40 befindet, und ein schwaches Magnetfeld an seinen Teilen, die von den Magneten 40 entfernt liegen. Der Halter 42, an dem die Magnete 40 befestigt sind, wird in das zylindrische Gehäuse 41 von dessen einem Ende aus eingeführt und an dem äußeren Behälter durch eine Halteeinrichtung (nicht gezeigt) festgelegt.
Der Magnetabscheider 14 hat Abkratzeinrichtungen in Form einer flachen Spatel 51. Die Spatel 51 ist an dem äußeren Behälter 26 über einen elastischen Körper (beispielsweise eine Feder) so befestigt, dass ihr eines Ende den Teil der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 leicht berührt, wo ein schwaches Magnetfeld vorhanden ist, während sich ihr anderes Ende über einem Schlammbehälter 53 befindet. Die Spatel 51 hat Seitenwände 69, die an ihren beiden Enden befestigt sind. Die Seitenwände 69 verhindern, dass Schlamm in das vorbehandelte Wasser 12 ausläuft. Die Spatel 51 und die Seitenwände 69 sind für das vorbehandelte Wasser wasserdicht. Vorzugsweise sollte die Spatel 51 eine Spitze aus Hartgummi haben.
Zwischen den beiden Filtereinheiten 19 und zwischen der Filtereinheit 19 und dem äußeren Behälter 26 ist eine Rinne 54 angeordnet, die an dem äußeren Behälter 26 durch ein Halte element festgelegt ist. Die Rinne 54 wirkt als Überführungseinrichtung. Sie ist über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 und etwas unter den Waschwasserrohren 34 und 35 angeordnet. Sie erstreckt sich etwas über die beiden Enden der Waschwasserrohre 34 und 35 hinaus. Sie ist so geneigt, dass sie das Waschwasser, das zum Waschen der Membran 15 verwendet wurde, und magnetische Flocken 55, die abgekratzt wurden, in die Nähe des zylindrischen Gehäuses 41 überführt.
Die Überführungseinrichtung enthält eine Wasserschutzplatte 59, die zwischen der Filtereinheit 19 und dem zylindrischen Gehäuse 41 und der Waschdüse 37 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Wasserschutzplatte 59 verhindert, dass der Sprühnebel aus der Waschdüse 37 auf das zylindrische Gehäuse 41 fällt. Sie überführt auch die abgekratzten magnetischen Flocken 55 in die Nähe des zylindrischen Gehäuses 41.
In Betrieb tritt das vorbehandelte Wasser in den äußeren Behälter 26 (außerhalb der Filtereinheit 19) durch das Rohr 13, das mit dem Boden des äußeren Behälters 26 verbunden ist, und dann in die Filtereinheit 19 durch die Membranen 15 und 22 ein. Dabei wird das vorbehandelte Wasser in die magnetischen Flocken 55, die von den Membranen 15 und 22 eingefangen werden, und das gereinigte Wasser getrennt, das durch die Membranen 15 und 22 hindurchgeht. Das gereinigte Wasser 56 wird aus dem äußeren Behälter 26 über die Hohlwelle 23 abgeführt, was durch den Pfeil B in 3 gezeigt ist. Das so abgeführte gereinigte Wasser 56 wird vorübergehend in dem Wasserbehälter 38 gespeichert und dann zu dem Teich 1 über ein Rohr 57 zurückgeführt. Das vorbehandelte Wasser 12 geht durch die Membranen 15 und 22 aufgrund der Differenz zwischen dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 und dem Spiegel des gereinigten Wassers 56 hindurch.
Wenn sich die Filtereinheit 19 im Uhrzeigersinn dreht, wobei ihre untere Hälfte in das vorbehandelte Wasser 12, wie in 2 gezeigt, eingetaucht ist, sammeln sich die magnetischen Flocken 55 auf den Membranen 15 und 22 der Filtereinheit 19 an. Die angesammelten Flocken treten aus dem vorbehandelten Wasser 12 aus, wenn sich die Filtereinheit 19 weiterdreht. Während ihrer Bewegung in der Atmosphäre über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 werden die angesammelten Flocken durch das Wasser abgewaschen, das aus den Waschdüsen 35 bis 37 gespritzt wird. Auf diese Weise werden die magnetischen Flocken 55 von den Membranen 15 und 22 entfernt, die sich über den Spiegel des vorbehandelten Wassers bewegt haben.
Nach ihrem Entfernen von den Membranen 15 und 22 werden die magnetischen Flocken 55 durch die Rinne 54 und die Wasserschutzplatte 59 zu dem Teil der Oberfläche des vorbehandelten Wassers 12 überführt, die sich nahe an dem Teil des zylindrischen Gehäuses 41 befindet, das nahe an den Magneten 40 liegt. D.h. mit anderen Worten, dass die von der Membran 15 auf beiden Seiten der Filtereinheit 19 entfernten magnetischen Flocken zusammen mit gereinigtem Wasser in die Nähe des zylindrischen Gehäuses 41 durch die Rinne 54 überführt werden, während die magnetischen Flocken, die von der Membran 22 am Umfang der Filtereinheit 19 entfernt werden, zusammen mit gereinigtem Wasser zu dem vorbehandelten Wasser 12 nahe an dem zylindrischen Gehäuse 41 überführt werden, nachdem sie auf die Wasserschutzplatte 59 aufgetroffen sind. Zu erwähnen ist, dass die magnetischen Flocken 55, die von der Membran 15 entfernt sind, nicht auf die Oberfläche des vorbehandelten Wassers 12 gerade unter dem Teil fallen, wo die magnetischen Flocken 55 entfernt worden sind, so dass die entfernten Flocken die Membran aufgrund wiederholter Filtration nicht verstopfen. Deshalb behält die Membran 15 einen hohen Durchsatz aufrecht, und die Filtereinheit 19 hat eine hohe Reinigungsleistung.
Die magnetischen Flocken 55, die zu dem Teil der Oberfläche des vorbehandelten Wassers 12 überführt worden sind, der sich nahe an dem Teil des zylindrischen Gehäuses 41 befindet, das nahe zu den Magneten 40 liegt, werden schnell zu den Magneten 40 hin angezogen, die ein Magnetfeld von 0,5 Tesla erzeugen. Somit kleben die magnetischen Flocken 55 an der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 aus nichtmagnetischem, nichtrostendem Stahl oder aus Kunststoff, das sich um die Magnete 40 dreht. Auf diese Weise werden die von den Membranen 15 und 22 entfernten magnetischen Flocken 55 durch die Rinne 54 und die Wasserschutzplatte 59 überführt und zum Haften an der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 gebracht.
Die an der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 (das sich im Gegenuhrzeigersinn dreht) anhaftenden magnetischen Flocken 55 treten aus dem vorbehandelten Wasser aus, wie es in 2 gezeigt ist. Dabei tropft oder strömt unter dem Einfluss der Schwerkraft Überschusswasser in den magnetischen Flocken nach unten auf die Oberfläche des zylindrischen Gehäu ses 41. Dadurch werden die magnetischen Flocken 55 konzentriert. Darüber hinaus werden die magnetischen Flocken 55 auch durch ein Zusammendrücken aufgrund der Magnetkraft konzentriert, die von den Magneten 40 ausgeübt wird. Die Konzentration der magnetischen Flocken 55 wird durch die Wasserspritzplatte 59 gewährleistet, die aus der Waschdüse 37 verspritztes Wasser daran hindert, auf die magnetischen Flocken 55 zu fallen, die an dem zylindrischen Gehäuse 41 haften. Der vorstehend erwähnte Vorgang verringert den Wassergehalt in den magnetischen Flocken 55 auf etwa 95% bei einer geringen Energiemenge für den Antrieb des Motors 50.
Die auf den zylindrischen Gehäuse 41 konzentrierten magnetischen Flocken 55 bewegen sich von den Magneten 40 weg, wenn sich das zylindrische Gehäuse 41 dreht. An der Stelle, an der die Magnetkraft aufgrund der Magnete 40 klein ist, werden die magnetischen Flocken 55 von der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 durch die flache Spatel 51 abgekratzt. Die abgekratzten Flocken 55 werden (als Schlamm) in dem Schlammbehälter 53 gesammelt. Der Schlamm in dem Schlammbehälter 53 wird mit Hilfe eines Schneckenförderers (der aus Schaufeln 60 und einer damit verbundenen Stange 61 besteht), der von dem Motor 62 angetrieben wird, nach hinten überführt und aus dem Auslass 63 abgegeben.
Der abgegebene Schlamm wird durch ein Rohr 64 zu einem Schlammbehälter 65 für seine Lagerung, wie in 1 gezeigt, transportiert. Danach wird der Schlamm durch eine Entwässerungseinrichtung 66 (beispielsweise eine Zentrifuge und eine Bandpresse) so konzentriert, dass der Wassergehalt auf etwa 85% für einen leichten Transport ohne Wasserablauf oder auf etwa 75% für ein leichtes Kompostieren durch Mikroorganismen zur Zersetzung der organischen Materie verringert. Der konzentrierte Schlamm wird aus dem Schlammbehälter 65 durch Lastwagen zu Deponien oder Verbrennungsanlagen transportiert. Alternativ wird er zu einem Kompostierbehälter 67 über den Kanal 68 überführt. Erforderlichenfalls wird der erhaltene Kompost zerkleinert und das magnetische Pulver mit Hilfe eines Magnetabscheiders wiedergewonnen.
Bei der Bildung des vorbehandelten Wassers 12 bleiben einige suspendierte Feststoffe zurück, ohne in den magnetischen Flocken 55 gefangen zu werden. Derartige nichtmagnetische Feststoffe werden von den Membranen 15 und 22 ebenfalls herausgefiltert und dann zu dem vorbehandelten Wasser 12 durch das gereinigte Wasser zurückgeführt. Die so zurückgeführten nichtmagnetischen Feststoffe setzen sich auf den Boden eines Behälters 71 unter dem zylindrischen Gehäuse 41 ab. Der Behälter 71 wird von einer Wand 70 gebildet. Sie werden periodisch durch eine Pumpe 171 aus einem Auslass 73 abgesaugt und zur Stromaufseite des Rohwasserspeichers 5 durch ein Rohr 74 zurückgeführt. Sie werden zu magnetischen Flocken 55 gemacht, die anschließend durch die Magnetkraft wie vorstehend erwähnt abgeschieden werden.
Das vorstehend erwähnte Beispiel erzeugt die folgenden Wirkungen. Die trommelförmige Filtereinheit 19 hat eine große Filtrierfläche und eine große Wasserreinigungsleistung, da sie mit der Membran 22 an ihrem Umfang sowie mit der Membran 15 an ihrer Seite versehen ist. Die Filtereinheit hat eine große Filtrierfläche und eine große Wasserreinigungsleistung, da sie mit den Membranen 15 auf ihren beiden Seiten versehen ist. Die Wasserreinigungsleistung wird durch Anordnen von mehr als einer Filtereinheit 19 nebeneinander stark gesteigert. Die von der Membran 15 der Filtereinheit 19 entfernten magnetischen Flocken 55 werden dem Magnetfeld der Magnete 40 durch die Rinne 54 zugeführt, ohne auf die Oberfläche des vorbehandelten Wassers 12 zu fallen, die sich genau unter dem Teil befindet, wo sie entfernt worden sind. Dies erlaubt es der Membran 15, Wasser schnell durchzulassen, was zu einer großen Wasserreinigungsleistung führt. Die magnetischen Flocken 55 werden in die Nähe der Magnete 40 angezogen und auf der Oberfläche des drehenden zylindrischen Gehäuses 41 eingefangen. Sie werden abgeschieden und in Form von konzentriertem Schlamm wiedergewonnen, der etwa 95% Wasser enthält. Dieser Schlamm hat ein Zehntel des Volumens von herkömmlichem, mit Wasser gewaschenem Schlamm, der 99,5% Wasser enthält. Aufgrund dieses geringen Volumens benötigt der gewonnene Schlamm lediglich eine Entwässerungsmaschine, die ein Zehntel der Leistung der herkömmlichen Entwässerungsmaschine hat. Dadurch wird auch die Wassermenge verringert, die vor dem Transport zur Deponie oder zur Verbrennung oder zur Kompostierung entfernt werden muss. Dies führt zu einer Verringerung der Anlage- und Betriebskosten für das Entwässern.
Nachstehend wird Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 7 bis 9 erläutert, die Stirnansichten sind und jeweils die hier verwendete eine Membraneinheit, eine weitere Membraneinheit und einen Zwischenrahmen zeigen.
Beispiel 2 unterscheidet sich von Beispiel 1 durch Folgendes: Die Membraneinheit wird aus zwei Arten von Membraneinheiten 80 und 84 aufgebaut, die jeweils Membranen 81 und 85 haben, die sich in der Maschengröße unterscheiden. Die Membraneinheit 80 besteht aus einer Membran 81 mit einer Maschengröße von mehreren zehn Mikrometern und zwei Rahmeneinheiten 82, die die Membran 81 zwischen sich halten. Die Membraneinheit 84 besteht aus einer Membran 85 mit einer Maschengröße von einigen Hunderten Mikrometern und zwei Einheitsrahmen 86, die die Membran 85 zwischen sich halten, wobei jede Membran 85 Öffnungen 88 innerhalb des Einheitsrahmens 86 hat. Die Membraneinheiten 80 und 84 werden an die Seite des Filtergehäuses 17 geschraubt, wenn sich das letztere nicht in Betrieb befindet. Zwischen den beiden Membraneinheiten 80 und 84 ist der Zwischenrahmen 89 mit einer Dicke von wenigen Millimetern bis mehreren zehn Millimetern angeordnet. Zwischen dem Filtereinheitsgehäuse 17 und der Membraneinheit 80 ist die wasserdichte Dichtung 20 eingesetzt.
Der Vorteil dieses Beispiels 2 besteht darin, dass die Membran 85 die großen magnetischen Flocken 55 fängt, jedoch kleine magnetische Flocken 55 durchlässt, während die Membran 81 die kleinen magnetischen Flocken 55 fängt, die durch die Membran 85 hindurchgegangen sind. Eine solche Filtrierung verlängert die Zeit, die dafür erforderlich ist, dass sich die Oberfläche der Membran 81 mit den magnetischen Flocken 55 bedeckt. Die Membran 85 mit großen Maschen ermöglicht einen viel schnelleren Durchgang des Wassers als die Membran 81. Deshalb ist der mittlere Durchsatz der Membranen 81 und 85 in Kombination groß. Bei dem Waschschritt wird das Waschwasser von innen gegen die Membran 81 so gespritzt, dass die Membranen 81 und 85 gleichzeitig gewaschen werden. Das Waschwasser, das die Membran 81 gewaschen hat, wird durch die Öffnungen 88 schnell abgeführt. Ein solches Waschen erhöht die Menge an zu filtrierendem vorbehandeltem Wasser, während die Waschleistung hochgehalten wird. Die vorstehend erwähnte Membraneinheit (bestehend aus zwei Membranen mit unterschiedlicher Maschengröße) kann am Umfang der trommelförmigen Filtereinheit angeordnet werden. In diesem Fall hat der sich ergebende Magnetabscheider eine hohe Behandlungsleistung, auch wenn er mit nur einer Filtereinheit versehen ist.
Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 10 und 11 erläutert. 10 ist eine vertikale Schnittansicht und zeigt eine Art und Weise, auf die ein Magnetabscheider dieses Beispiels 3 in der Nähe der Magneten arbeitet. 11 ist eine vertikale Schnittansicht und zeigt eine weitere Art und Weise, in der der Magnetabscheider dieses Beispiels in der Nähe der Magnete arbeitet.
Das Beispiel 3 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Beispiel 1 in Folgendem: Der Magnetabscheider dieses Beispiels hat einen Strömungsregulator 90 oder 91 in der Nähe von dem Teil des Umfangs des zylindrischen Gehäuses 41, der sich nahe an den Magneten 40 befindet, die das Magnetfeld erzeugen. Genauer gesagt, der Strömungsregulator 90 oder 91 ist zwischen dem zylindrischen Gehäuse 41 und dem Filtereinheitsgehäuse 17 so angeordnet, dass die magnetischen Flocken 50 durch die magnetische Attraktion wirksam an der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 51 haften. Der Strömungsregulator 90 oder 91 erleichtert die Bildung von Turbulenzen in der Nähe der Magnete 40 und ermöglicht es den magnetischen Flocken 55, sich ruhig zu dem zylindrischen Gehäuse 51 durch die magnetische Attraktionskraft hin zu bewegen. Der Strömungsregulator 90 in 10 ist nahezu parallel zur Wasseroberfläche angeordnet, während der Strömungsregulator 91 in 11 schräg zur Wasseroberfläche angeordnet ist. Letzterer ist effektiver als ersterer. Die Strömungsturbulenz in der Nähe der Magnete 40 wird durch die Drehung des Filtereinheitsgehäuses 17 und durch das Fallen des Waschwassers verursacht. Der Strömungsregulator 90 oder 91 erleichtert die Bildung solcher Turbulenzen und erlaubt es den magnetischen Flocken 55, sich durch die Magnetkraft der Magnete 40 für ihre effiziente Abscheidung ruhig zu bewegen. Zusätzlich sollte der Strömungsregulator 90 oder 91 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt werden und kann ein Drahtnetz oder eine Lochplatte sein.
Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung ist in 12 veranschaulicht, die ein Blockschema ist, welches die Vorrichtung zur Aufbereitung eines Keimmittels zeigt, das bei einem Magnetabscheider dieses Beispiels 4 verwendet wird. Dieses Beispiel unterscheidet sich bei dem vorhergehenden Beispiel 1 darin, dass die Aufbereitungsvorrichtung 7 für das Keimmittel verbessert wird.
Folgendes ist übliche Praxis bei dem herkömmlichen Vorgang. Ein handelsübliches magnetisches Pulver wird in einer ausreichenden Wassermenge zu einer Aufschlämmung verarbeitet. Die erhalte Aufschlämmung wird in einem Behälter weitergerührt, um eine Abscheidung zu verhindern, während sie in das Rohwasser gepumpt wird. Als Koagulans wird dem Rohwasser aus einem Speicherbehälter eine wässrige Lösung aus Poly(eisen(III)-sulfat) zugesetzt, das dreiwertige Eisenionen enthält. Ein polymeres Verstärkungsmittel in körniger Form wird in Wasser aufgelöst und die sich ergebende Lösung in das Rohwasser aus einem Speicherbehälter eingepumpt. Wenn das magnetische Pulver Eisen(II,III)-oxid ist, wird die sich ergebende Aufschlämmung ungleichförmig, da sie sich bei nicht ausreichendem Rühren leicht in dem Behälter absetzt. Als Folge schwankt die Konzentration des Magnetpulvers in dem Rohwasser, und die daraus gebildeten magnetischen Flocken haben keine ausreichende magnetische Kraft. Deshalb können magnetische Flocken normalerweise nicht wiedergewonnen werden, sondern sammeln sich übermäßig an der Oberfläche der Membran an. Dies führt zum Verstopfen der Membran, was die Reinigungsfähigkeit stark reduziert. Andererseits führt ein kräftiges Rühren zur Vermeidung der vorstehenden Schwierigkeit dazu, dass sich das magnetische Pulver durch die Zentrifugalkraft nach außen bewegt, wodurch die Verteilung des Magnetpulvers in dem Behälter unregelmäßig wird. Dies führt zu den gleichen vorstehend erwähnten Problemen.
In diesem Beispiel 4 ist die Aufbereitungsvorrichtung 7 für das Keimmittel wie folgt gebaut. Eisen(II,III)-oxid als Magnetpulver wird chemisch in folgender Weise gebildet: Ein Reaktionsbehälter 94 wird mit einer wässrigen Lösung aus Poly(eisen-III-sulfat) als Koagulans aus einem Behälter 92 durch eine Pumpe 93 über ein Rohr 95 versorgt. Die wässrige Lösung des Polyeisen-III-sulfats ist sauer und gibt dreiwertige Eisenionen. Der Reaktionsbehälter 94 wird ferner mit einer wässrigen Lösung von Eisenchlorid aus einem Behälter 96 durch eine Pumpe 97 über ein Rohr 98 versorgt. Die wässrige Lösung aus Eisenchlorid gibt zweiwertige Eisenionen. Ferner wird der Reaktionsbehälter 94 mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid aus einem Behälter 99 durch eine Pumpe 100 über ein Rohr 101 versorgt. In dem Reaktionsbehälter 94 findet eine chemische Reaktion zwischen einer 2:1 gemischten Lösung von trivalenten Eisenionen und divalenten Eisenionen und einer alkalischen Lösung mit einem pH-Wert von 12 (annähernd) statt. Diese chemische Reaktion, die durch die folgenden chemischen Gleichungen dargestellt wird, führt zum Entstehen von feinen ferromagnetischen Eisen-II,III-oxid-Teilchen als Zwischenprodukt. nFe(OH)₃ ⇒ (FeO(OH_S-)_n + nH₂O FeO(OH)_S- + FeOH⁺ ⇔ FeO(OH)(_S-FeOH⁺) Zwischenprodukt ⇒ Fe₃O₄
Die magnetischen feinen Teilchen werden in einen Behälter 103 eingebracht, der mit dem Rührbehälter 9 in Verbindung steht, in welchem die magnetischen Flocken aus dem Rohwasser 6 gebildet werden. Der Rührbehälter 9 ist mit dem Rührbehälter 103 über ein Rohr 102 verbunden. Der Behälter 103 wird mit einer vorgeschriebenen Menge an wässriger Lösung von Polyeisen-III-sulfat als Koagulans aus dem Speicherbehälter 94 durch eine Pumpe 104 versorgt. Wenn das Rohwasser einen hohen pH-Wert hat, wird dem Rührbehälter 9 auch eine vorgeschriebene Menge Natriumhydroxidlösung aus einem Speicherbehälter 99 durch eine Pumpe 105 über ein Rohr 106 zugeführt. In dem Rührbehälter 9 werden die Komponenten gerührt und gemischt, so dass feine magnetische Flocken gebildet werden. Dem Rührbehälter 9 wird weiterhin eine vorgeschriebene Menge einer wässrigen Lösung eines polymeren Verstärkungsmittels aus einem Speicherbehälter 107 über eine Pumpe 108 durch ein Rohr 109 zugeführt, das mit der Mitte des Rührbehälters 9 verbunden ist. Die Komponenten werden gerührt und gemischt, um große magnetische Flocken aus den feinen magnetischen Flocken zu bilden.
Der Vorteil dieses Beispiels besteht darin, dass Eisen-II/III-oxid in einer genauen Menge dadurch gebildet werden kann, dass der Durchsatz der wässrigen Lösungen von Poly(eisen-III-sulfat und -eisenchlorid) gesteuert wird, die in den Reaktionsbehälter 94 eingebracht werden. Somit bildet der Magnetabscheider magnetische Flocken gleichförmig und hat eine hohe Reinigungsleistung.
Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung ist in 13 und 14 gezeigt. 13 ist eine vertikale Schnittansicht und zeigt einen Magnetabscheider dieses Beispiels 5. 14 ist eine geschnittene Draufsicht und zeigt wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 13. Dieses Beispiel 5 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Beispiel 1 durch Folgendes: Der Magnetabscheider dieses Beispiels hat ein trommelförmiges Filtereinheitsgehäuse 17, das sich zusammen mit den Rinnen 111 dreht, die an der Membran 15 festgelegt sind. Der Vorteil dieses Beispiels besteht darin, dass die Rinnen 111 magnetische Flocken enthaltendes Waschwasser aufnehmen, das längs der Oberfläche der Membran nach unten strömt, so dass eine Rinne 111 verhindert, dass die unter Wasser befindliche Membran 15 ihre Filtrierleistung verringert. Die Rinnen 111 nehmen eine sich nach außen erweiternde Spiralkurvenform an, so dass sie geneigte Durchgänge in Richtung der Schwerkraft bilden, wenn sich das Filtereinheitsgehäuse 17 im Uhrzeigersinn dreht, und dass sie die magnetischen Flocken 55, die auf die Oberfläche des vorbehandelten Wassers 22 zum Zeitpunkt des Waschens gefallen sind, zu den Magneten hin schieben. Eine solche Maßnahme überführt die magnetischen Flocken 55 sicher zu den Magneten 40.
Das Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung ist in den 15 und 16 veranschaulicht. 15 ist eine vertikale Schnittansicht und zeigt einen Magnetabscheider des Beispiels 6. 16 ist eine geschnittene Draufsicht und zeigt wesentliche Teile des Magnetabscheiders von 15. Dieses Beispiel 6 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Beispiel 5 durch Folgendes: Der Magnetabscheider dieses Beispiels 6 verwendet kurze Magnete 40 und eine Führung zum Sammeln der abgewaschenen magnetischen Flocken 55 in der Nähe der Magnete 40. Genauer gesagt, der Magnetabscheider hat eine Öffnung an dem Teil, an dem die abgewaschenen magnetischen Flocken 55 magnetisch separiert werden, wobei die Öffnung von der stationär festgelegten Bodenplatte 12 und Seitenplatten 113 umgeben ist. Die Magnete 40 sind innerhalb eines Raums angeordnet, der der Öffnung entspricht. Die Bodenplatte 112 hat einen so gekrümmten Querschnitt, dass sie es nicht zulässt, dass die magnetischen Flocken 55 auf ihr verbleiben. Die Bodenplatte ist von ihren Enden zu der Öffnung hin geneigt, so dass die magnetischen Flocken 55 sich leicht zu der Öffnung bewegen.
Der Vorteil dieses Beispiels 6 besteht darin, dass die von der Membran abgewaschenen magnetischen Flocken 55 mit Sicherheit magnetisch separiert und von dem zylindrischen Gehäuse 41 wiedergewonnen werden, da sie sich vorübergehend in dem Raum ansammeln, der von der Bodenplatte 112 und den Seitenplatten 113 umschlossen wird, und sich dann zu der vorstehend erwähnten Öffnung durch die Drehung der Filtereinheit 19 und die Zirkulation des Waschwassers durch den Raum bewegen. Aus diesem Grund können die Magnete 40 kurz ausgeführt und somit die Kosten für die Magnete 40 reduziert werden. Die verringerte Magnetgröße hat eine ausgesprochene Wirkung auf die Kostenverringerung im Falle von teuren supraleitenden Magneten. Die kurzen Magnete 40 ermöglichen es, dass der Schlammbehälter 53 und der Schraubenförderer mit den Schaufeln 60 auch dann zufrieden stellend arbeiten, wenn sie eine verringerte Länge haben. Dies führt zu einer Investitionsverringerung.
Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung ist in den 17 und 18 gezeigt. 17 ist eine vertikale Schnittansicht und zeigt den Magnetabscheider dieses Beispiels 7. 18 ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X in Richtung der Pfeile von 17. Dieses Beispiel 7 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Beispiel 1 durch Folgendes:
Der Magnetabscheider dieses Beispiels 7 ist aus einer Membran 115 zum Ausfiltern der magnetischen Flocken 55 und aus dem zylindrischen Gehäuse 41 zum Wiedergewinnen der magnetischen Flocken 55 aufgebaut. Die Membran 115 dreht sich auf einer vertikalen Achse, und das zylindrische Gehäuse 41 dreht sich auf einer horizontalen Achse. Die Membran 115 ist an fast der ganzen Oberfläche des Umfangs des trommelförmigen Filtereinheitsgehäuses 114 festgelegt. Die Filtereinheit 114 ist aus einer zylindrischen Wand 116 (die sich über dem Spiegel des vorbehandelten Wassers 12 befindet), einer Bodenplatte 117 (die sich in dem vorbehandelten Wasser 12 befindet), einer oberen Platte 119 (die sich über der zylindrischen Wand 116 befindet) und einem Rahmen 118 (der die zylindrische Wand 116 und die untere Platte 117 miteinander verbindet) aufgebaut. Die obere Platte 119 wird durch eine Stange 120 gedreht, die mit einem Motor 121 verbunden ist. Die obere Platte 119 hat Lüftungslöcher 122.
Das vorbehandelte Wasser 12 wird in einen äußeren Behälter 124 durch ein Rohr 123 eingeführt und dann um das Filtereinheitsgehäuse 114 herum durch die Leiteinrichtung 125 verteilt. Die magnetischen Flocken 55 werden durch die Membran 115 ausfiltriert, und das Filtrat (gereinigtes Wasser) geht durch die Membran 115 hindurch und tritt in eine Hohlwelle 126 von ihrer Oberseite her ein. Das gereinigte Wasser wird vorübergehend in einem Wasserbehälter 127 gespeichert und dann aus dem Wasserbehälter 127 aus einem oberen Auslass 128 abgeführt. Am Boden des Wasserbehälters 127 und unter dem oberen Auslass 128 ist eine Pumpe 129 angeordnet. Das gereinigte Wasser wird teilweise als Waschwasser verwendet. Das Waschwasser wird durch die Pumpe 129 unter Druck Waschwasserrohren 130 zugeführt. Das durch das Waschwasserrohr 130 zugeführte Waschwasser wird gegen die Membran 115 aus Düsen 131 gespritzt.
Das aufgespritzte Wasser entfernt die magnetischen Flocken 55 von der Membran 115. Die entfernten magnetischen Flocken 55 werden in dem Raum gesammelt, der von den Seitenwänden 133 und einer elastischen Ringplatte 132 aus Hartkautschuk umgeben ist, die an der Bodenplatte 117 befestigt ist. Ein Teil des Waschwassers wird einer Düse 136 durch eine Pumpe 135 so zugeführt, dass eine nach oben gerichtete Wasserströmung in dem Raum erzeugt wird und die magnetischen Flocken 55 zu dem Magneten 40 überführt werden, ohne in dem Raum zu verbleiben. Dadurch werden die magnetischen Flocken 55 magnetisch durch die Magnete 40 separiert und durch das zylindrische Gehäuse 41 wiedergewonnen. Die wiedergewonnenen magnetischen Flocken 55 werden zu dem Schlammbehälter 53 durch die Seitenwandführung 134 überführt. Die Pumpe 135 kann durch eine Blasenbildungseinrichtung ersetzt werden. Feine Blasen enthaltendes Wasser führt zu einem zwangsweisen Aufschwimmen der magnetischen Flocken, wodurch die magnetischen Flocken an einem Verbleiben gehindert werden. Die auf der Oberfläche des zylindrischen Gehäuses 41 gesammelten magnetischen Flocken können entwässert werden, indem Druckluft (erzeugt von einem Gebläse 137) gegen das zylindrische Gehäuse 41 aus einer Düse 139 über ein Rohr 138 geblasen wird. Das so entfernte Wasser wird zu dem vorbehandelten Wasser 12 zurückgeführt.
Der Magnetabscheider 14 hat eine Unterwasser-UV-Lampe 140, die die gewaschene Oberfläche der drehbaren Membran 115 mit UV-Licht bestrahlt, wodurch auf der Membran lebende Mikroorganismen sterilisiert und die Membran von einem Verstopfen mit Mikroorganismen abgehalten wird.
Der Vorteil dieses Beispiels besteht darin, dass bei dem trommelförmigen Filtereinheitsgehäuse 114 die Membran 115 an ihrem Umfang so befestigt ist, dass die Membran 115 vollständig in das vorbehandelte Wasser 12 untergetaucht ist. Diese Anordnung gibt eine große Filtrierfläche und steigert somit die Behandlungskapazität. Der an einem Teil des Umfangs der Membran 115 gebildete Raum ermöglicht es allen magnetischen Flocken, dass sie durch Magnetabscheidung wiedergewonnen werden. Deshalb führen die Magnete 40 die Magnetabscheidung zufrieden stellend auch dann aus, wenn ihre Länge verringert ist. Dies führt zu einer Kosteneinsparung bei den Magneten 40. Die kurzen Magnete 40 ermöglichen es, dass der Schlammbehälter 53 und der mit Schaufeln 60 besetzte Schraubenförderer auch dann zufrieden stellend arbeiten, wenn sie eine reduzierte Länge haben. Dies ergibt reduzierte Anlagekosten. Die abgewaschenen Flocken 55 werden dadurch bewegt, dass ein Teil des Waschwassers zur Außenseite der Membran geführt wird, so dass die magnetischen Flocken 55 vollständig und leicht durch magnetische Abscheidung ohne Verbleiben zurückgewonnen werden. Das Aufblasen von Druckluft auf die Außenseite des zylindrischen Gehäuses 41 aus der Düse 139 entfernt Wasser von den wiederzugewinnenden magnetischen Flocken 55, während das entfernte Wasser zu dem vorbehandelten Wasser 12 zurückgeführt wird. Diese Maßnahme verringert den Wassergehalt und das Volumen des wiedergewonnenen Schlamms weiter.
Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung ist in 19 veranschaulicht, die eine vertikale Schnittansicht ist und den Membranabscheider dieses Beispiels 8 zeigt. Dieses Beispiel 8 unterscheidet sich von dem vorstehenden Beispiel 1 durch Folgendes: Bei diesem Beispiel 8 wird die Drehung des Filtereinheitsgehäuses 17 dazu verwendet, die abgewaschenen magnetischen Flocken 55 in dem Bereich zu sammeln, wo die Magnete 40 das Magnetfeld für die Trennung erzeugen. Das Filtereinheitsgehäuse 17 hat die Rinnen 111 an ihren beiden Seiten. Die Rinnen 111 bilden mit den Ringplatten 141 ein Stück. Die Ringplatte 141 hat mehrere Halter 142, an denen die spiralförmigen Sammelplatten 143 befestigt sind. Die Rinnen 111, die Sammelplatten 143 und die Ringplatten 141 drehen sich alle so zusammen, dass das Waschwasser durch die oberen Rinnen 111 in 19 ausströmt und das Waschwasser zu den Magneten 40 durch die Sammelplatten 143 über die Oberfläche des vorbehandelten Wassers 12 gedrückt wird. Dadurch können die magnetischen Flocken 55 vollständig aus dem vorbehandelten Wasser 12 durch die Magnete 40 abgetrennt werden. Der Vorteil dieses Beispiels besteht darin, dass die Drehung des Filtereinheitsgehäuses 17 die magnetischen Flocken 55 zu den Magneten 40 hin bewegt. Dies führt zu einer Kostenverringerung bei den Magneten 40.
Bei jedem der vorstehend erwähnten Beispiele werden die magnetischen Flocken 55 durch Einschluss von Eisen-II/III-oxid gebildet. Es ist jedoch möglich, Flocken ohne Eisen-II/III-oxid magnetisch zu separieren, wenn die Magnete ein sehr starkes Magnetfeld und einen magnetischen Gradienten erzeugen, da Eisen-III-hydroxid (das als Matrix für die zu entfernenden Flocken durch das Koagulans auf Eisenbasis wirkt) einen schwachen Magnetismus hat. In diesem Fall ist der in 12 gezeigte Reaktionsbehälter 94 nicht erforderlich.
Bei jedem der vorstehend erwähnten Beispiele werden Permanentmagnete als Magnetfeld erzeugende Einrichtungen verwendet. Permanentmagnete können jedoch durch Magnete aus einem supraleitenden Oxidmaterial von Wismut, Samarium oder Gadolinium ersetzt werden, die nach dem Abkühlen magnetisiert werden. Solche Magnete erzeugen ein größeres Magnetfeld, das eine wirksamere Abscheidung und Gewinnung von magnetischen Flocken mit einer geringeren Menge an magnetischem Pulver erlaubt. Eine andere ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung ist eine supraleitende Spule, die ein starkes Magnetfeld in einem dünnen langen Raum erzeugt, der einer Rennbahn ähnlich ist.
Der Magnetabscheider der vorliegenden Erfindung scheidet eine große Menge von suspendierten Feststoffen aus Rohwasser wirksam und sicher ab und führt konzentrierten Schlamm mit einem niedrigen Wassergehalt ab.

Claims

Magnetabscheider (14) – mit einer Einrichtung (7) zur Bildung von vorbehandeltem Wasser (12), in welcher suspendierte Feststoffe in magnetische Flocken (55) umgewandelt werden, indem eine magnetische Substanz und ein Koagulans in Rohwasser (6) eingeschlossen werden, das zu entfernende suspendierte Feststoffteilchen enthält, – mit einer Einrichtung (40) zum Erzeugen eines Magnetfelds, das an die magnetischen Flocken (55) angelegt wird, die von einer Überführungseinrichtung (54, 59) überführt werden, – mit einer Einrichtung (51) zum Abkratzen der magnetischen Flocken (55) und – mit einer Einrichtung (53, 60, 61) zum Wiedergewinnen der abgekratzten magnetischen Flocken (55), gekennzeichnet – durch eine Einrichtung (15, 22, 81, 85, 115) zum Filtern des vorbehandelten Wassers (12), die Öffnungen hat, die für die magnetischen Flocken (55) in dem vorbehandelten Wasser (12) für einen Durchgang zu klein sind, – durch eine Wascheinrichtung (35, 36, 37) zum Entfernen der sich auf der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) von der Oberfläche der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) aus ansammelnden magnetischen Flocken (55) durch eine Fluidkraft, – wobei die Überführungseinrichtung (54, 59) die von der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) entfernten magnetischen Flocken (55) zu der ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung (40) überführt, und – durch eine Einrichtung (41) zum Fangen der überführten magnetischen Flocken (55) und zum Bewegen der gefangenen Feststoffe aus dem Teil, wo ein starkes Magnetfeld vorhanden ist, das von der ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung (40) erzeugt wird, zu dem Teil, wo ein schwaches Magnetfeld vor handen ist, das von der ein Magnetfeld erzeugenden Einrichtung (40) erzeugt wird, – wobei die Einrichtung (51) zum Abkratzen der magnetischen Flocken (55), die zu dem Teil überführt worden sind, wo ein schwaches Magnetfeld vorhanden ist, an der Einrichtung (41) zum Einfangen und Bewegen angelegt ist.
Magnetabscheider nach Anspruch 1, bei welchem die Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) aus einer trommelartigen Filtereinheit (19, 114) besteht, die in mehreren Stufen drehbar angeordnet und für das Filtern von vorbehandeltem Wasser (12) durch seine Seiten- und die Umfangsfläche hindurch vorgesehen ist.
Magnetabscheider nach Anspruch 2, bei welchem die Wascheinrichtung (35, 36, 37) innerhalb der Filtereinheit (19) über dem Pegel des vorbehandelten Wassers (12) angeordnet ist und die Überführungseinrichtung über der Oberfläche des vorbehandelten Wassers (12) angeordnet ist und eine geneigte Rinne (54) hat, die das zum Waschen der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) verwendete Waschwasser über der Oberfläche des vorbehandelten Wassers (12) und die entfernten suspendierten Feststoffe zu dem Umfang der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) führt.
Magnetabscheider nach Anspruch 2, bei welchem die Überführungseinrichtung eine Rinne (111) ist, die ein Stück mit der Filtereinrichtung (15) bildet und sich zusammen mit der Filtereinrichtung (15) dreht.
Magnetabscheider nach Anspruch 2, bei welchem die trommelförmige Filtereinheit (114) auf einer vertikalen Achse drehbar und in das vorbehandelte Wasser (12) untergetaucht ist, wobei die das Magnetfeld erzeugende Einrichtung (40) sich in der Richtung senkrecht zur Drehachse der Filtereinrichtung (115) erstreckt.
Magnetabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85) aus Membranen zusammengesetzt ist, die in mehreren Schichten mit einem dazwischen vorgesehenen Spalt angeordnet sind und in der Maschengröße so differieren, dass sie magnetisch suspendierte Feststoffe abfiltern, die sich in der Größe in dem vorbehandelten Wasser (12) unterscheiden, wobei die Membranen in der Reihenfolge der Maschengröße so angeordnet sind, dass die äußerste die weiteste Maschengröße hat.
Magnetabscheider nach Anspruch 1, welcher weiterhin eine Durchsatzreguliereinrichtung (90, 91) aufweist, die zwischen der Einrichtung (41) für das Einfangen und Bewegen und der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) angeordnet ist.
Magnetabscheider nach Anspruch 1, bei welchem die das magnetische Feld erzeugende Einrichtung (40) kürzer als die Filtrierbreite der Filtereinrichtung (15, 22, 81; 85, 115) oder als die Breite für das Waschwasser ist, das aus der Wascheinrichtung (35, 36, 37) abfließt, und welcher weiterhin eine Führungseinrichtung (112, 113) zum Führen der von der Filtereinrichtung (15, 22, 81, 85, 115) entfernten Feststoffe zu der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung (40) hin aufweist.