DE69100360T2

DE69100360T2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Reinigung von Flüssigkeiten.

Info

Publication number: DE69100360T2
Application number: DE91101996T
Authority: DE
Inventors: Fabio Perletti
Original assignee: Officina Meccanica Collareda Srl OMC
Current assignee: Officina Meccanica Collareda Srl OMC
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: EP0442463B1; IT9019401A0; ES2045965T3; ATE94513T1; CA2036292A1; DE69100360D1; US5176835A; EP0442463A1; IT1239047B; IT9019401A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur kontinuierlichen Reinigung von Flüssigkeiten, und insbesondere auf einen Apparat zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten mit festen Schwebepartikeln durch das Flotationsverfahren mit gelöstem Gas.
Bei dem bekannten Flotationsverfahren mit gelöstem Gas, auch als Differentialdruckflotationsverfahren bezeichnet, wird die in den Flotationsbehälter fließende zu behandelnde Flüssigkeitsströmung, oder Teil dieser Strömung vorbereitend mit Gas gesättigt, das in einem besonderen Druckbelüftungstank unter Druck in der Flüssigkeit gelöst wird. Durch ein direkt vor dem Eingang der Flüssigkeit in die Flotationszelle befindliches Reduzierventil wird der Druck scharf reduziert, so daß das gesamte übersättigte Gas in Form von mikroskopisch kleinen Bläschen (30 - 100 u) freigegeben wird; diese Bläschen sind im gesamten Flüssigkeitsvolumen fein verteilt und haften an den in der Flüssigkeit befindlichen Schwebepartikel. Das daraus entstehende Aggregat hat eine relative Dichte, die niedriger ist als die der Flüssigkeit, von der es sich trennt und somit in der Flüssigkeit nach oben steigt.
Die sich an der Flüssigkeitsoberfläche ansammelnden Festpartikel werden dann durch ein Überlaufsystem entfernt.
In konventionellen Apparaturen dieser Art liegt die hydraulische Belastung im Bereich zwischen 3 und 5 m³/h x m² Tankoberfläche, mit Permanenzzeiten von mindestens 30 Minuten; diese Zustände liegen vor in Flotationstanks mit einer Flüssigkeits- oder Hydraulikhöhe im Bereich zwischen 2 und 3 m.
US-A-4022 696 beschreibt eine Flotationszelle die mit hohen hydraulischen Belastungen arbeiten kann (bis zu 10m³/h x m²), wodurch die Tank-Permanenzzeiten erheblich reduziert werden können, wobei in der Praxis die Flüssigkeitshöhe des besagten Tanks reduziert wird.
Dieser Apparat weist jedoch eine erhebliche konstruktive Komplexität auf, da ein strukturmäßig beträchtlich kompliziertes und teures bewegbares System zur Verteilung der zu klärenden Flüssigkeit und zum Ableiten der geklärten Flüssigkeit bereitgestellt ist.
Das System erfordert ferner den Einsatz von Röhren und Trennwänden, die sowohl zur Verteilung der zu behandelnden Flüssigkeit als auch zum Ableiten der geklärten Flüssigkeit dienen, und die leicht verschmutzt werden, aber bei denen es schwer ist, sie schnell und effizient zu reinigen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Probleme zu lösen, indem eine Apparatur bereitgestellt wird, die zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten mit gelösten Feststoffen eingesetzt wird, und bei der ein hoher stündlicher Durchsatz erreicht wird, ohne daß die genannten konstruktiven Komplexitäten erforderlich sind.
Im Rahmen des oben beschriebenen Zieles ist ein besonderer Gegenstand der Erfindung die Bereitstellung eines Flotationsapparates, der eine höhere Leistungsfähigkeit gekoppelt mit geringerer konstruktiver Komplexität aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung eines Flotationsapparates, der während des Betriebes selbstreinigend arbeitet und in dem alle Komponenten vollständig zugängig sind, so daß eine schnelle und radikale Reinigung möglich ist, eine grundsätzlich wichtige Eigenschaft, wenn es wiederkehrend notwendig ist, unterschiedliche Schlammsorten im Rahmen hauptsächlich industrieller Verfahren zu behandeln, z.B. bei Produktionswechsel in Papierfabriken, Färbeanlagen, Klärverfahren für Nahrungsflüssigkeiten, Säfte, Getränke und Ähnliches.
Und nicht zuletzt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Apparatur zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten, wobei durch die besonderen Ausführungseigenschaften der Apparatur die größtmögliche Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit gegeben sind und die Apparatur ferner aus rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten konkurrenzfähig ist.
Dieses Ziel, die bereits genannten und im Nachfolgenden noch ersichtlich werdenden Gegenstände, werden erreicht durch einen Apparat zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten mit verteilten Feststoffen durch das Flotationsverfahren mit gelöstem Gas, gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß der in den Ansprüchen aufgestellten Definitionen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile werden in der Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht auschließlichen, Ausführungsform des Apparates zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten mit festen Schwebepartikeln verdeutlicht, wobei das verwendete Beispiel in den begleitenden Figuren nur zur Veranschaulichung und nicht zur Erschränkung dient. Dabei ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht der Zelle des Apparates gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Draufsicht der Zelle;
Figur 3 eine Detailansicht der Mittel zur Bewegung des rotierenden Rahmens;
Figur 4 ein Funktionsdiagramm, das die Verteilung der geklärten Flüssigkeit zeigt.
Bezugnehmend auf die oben genannten Figuren besteht die der Erfindung zugrundeliegende theoretische Konzeption in der besseren Ausnutzung der Hydraulikströmungsanordnung, die von der reinigenden Flüssigkeit eingenommen wird, wenn sie im mit gelöstem Gas übersättigten Vorbereitungszustand in die Flotationszelle eingespeist wird.
Im Flotationsverfahren mit gelöstem Gas beinhaltet die zu klärende Flüssigkeit, die in den Behälter oder in die Flotationszelle eingespeist wird, Gas in der Form von verteilten Mikrobläschen und Flüssigkeit, im Verhältnis von normalerweise 15 bis 90 Liter Gas pro 1000 Liter Flüssigkeit. Dies bedeutet, daß die Dichte dieser Mischung aus Gas/Flüssigkeit bezogen auf die Dichte der Flüssigkeit ohne Gas im Bereich zwischen 0,985 bzw. 0,91 liegt.
Dieser Unterschied in der Dichte der einströmenden Flüssigkeit, d.h. Flüssigkeit plus Gas, und der umgebenden Flüssigkeit, d.h. Flüssigkeit ohne Gas, bewirkt in der Praxis einen Dichtestrom, der absolut vorherrschend ist gegenüber den relativen Bewegungen zwischen der Schwebepartikel/Gasbläschen-Zusammenballung und der umgebenden Flüssigkeit, die die aufsteigenden Flotationsgeschwindigkeiten kennzeichnen.
In der Praxis hat der erwähnte Dichtestrom bei der Einströmung in den Tank eine Aufwärtsgeschwindigkeit im Bereich von 100-200 m/h gegenüber 5-20 m/h der normalen aufsteigenden Flotationsgeschwindigkeiten; ferner weisen diese beiden Geschwindigkeiten die gleiche Richtung und Orientierung auf, so daß sie in der Praxis addiert werden können.
Der Dichtestrom kann, wie dies in der Praxis auch geschieht, weiter erhöht werden, wenn die zu klärende Flüssigkeit bei ihrer Einströmung eine höhere Temperatur aufweist als die umgebende Flüssigkeit.
Gemäß der schematischen Darstellung Figur 4, erhält man in der Praxis einen Pfad, indem die zu klärende Flüssigkeit, die mit gelöstem Gas übersättigt ist, durch das axiale Zuführen in die Flotationszelle mit kreisförmigem Querschnitt einen axialen Bereich mit erheblicher Strömungsgeschwindigkeit bildet. Die so mit verteiltem Gas übersättigte zu klärende Flüssigkeit tendiert dazu, sich an die Flüssigkeitsoberfläche zu bewegen, wo sie sich dann radial auseinandergabelt, wobei sie in der Praxis mit zunehmendem Abstand dünner und langsamer wird bis sie im peripheren Bereich ausläuft.
Dieser Sachverhalt ergibt sich sowohl durch die offenkundige geometrische Korrelation zum sich vergrößernden Querschnitt des Strömungspfades, der proportional zum Radius des Tanks steigt, als auch deshalb, weil die Dichteströmungsintensität der zu klärenden Flüssigkeit im Lauf der Zeit spontan abnimmt, während die darin enthaltenen Mikrobläschen spontan freigegeben werden.
In der Praxis sinkt die geklärte Flüssigkeit spontan zum unteren Tankbereich ab, während die Schwebepartikel an der Oberfläche bleiben.
Durch Ausnutzung der durch die niedrigere Dichte der zu klärenden, mit verteiltem Gas übersättigten Flüssigkeit bewirkte Aufwärtsströmung entsteht somit in der Praxis ein Hauptstrom, der die Schwebepartikel sofort an die Oberfläche befördert; daraufhin sinkt die geklärte Flüssigkeit in den unteren Tankbereich ab und wird abgezogen.
In der Praxis wird dieses Phänomen dadurch erreicht, daß eine Flotationszelle mit einer Flüssigkeitshöhe unter 1 m und normalerweise im Bereich zwischen 50 und 80 cm, entsprechend dem kleineren und größeren Durchmesser der Zelle, eingesetzt wird, so daß sich ein Verhältnis zwischen der Flüssigkeitshöhe und dem Zellendurchmesser zwischen 0,25 (für kleinere Durchmesser) und 0,05 (für größere Durchmesser) ergibt.
Ein erheblicher funktioneller Vorteil und bedeutsamer struktureller Vorteil werden somit erreicht, da das Tankvolumen und somit das behandelte Flüssigkeitsvolumen erheblich verringert werden, während jedoch eine hohe Klärungsleistung erhalten bleibt.
In der Praxis weist die Flotationszelle, die allgemein mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet wird, eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration auf, mit einem Einlaß 2 zur Einspeisung der zu klärenden Flüssigkeit, die bereits mit Gas übgersättigt ist; dieser Einlaß führt zum Boden 3 der Zelle, in einer axialen Position.
Ein axialer Ablenkkörper 10 ist über dem Punkt bereitgestellt, an dem die zu klärende Flüssigkeit in den Tank eingespeist wird, und hat einen geschlossenen Boden 11 und ein hohles Inneres, dessen Funktion im Nachfolgenden offensichtlich werden wird. In der Praxis wirkt der genannte Körper als Strömungsteiler für die axial steigende Strömung, wobie, wie bereits erläutert, die zu klärende Flüssigkeit zur freien Flüssigkeitsoberfläche getragen wird, wo sie sich dann aus den oben beschriebenen Gründen radial auseinandergabelt und mit zunehmendem Abstand dünner und langsamer wird, die Schwebepartikel an der Oberfläche zurückläßt und als geklärte Flüssigkeit in den unteren Bereich der Zelle fällt.
Ein konzentrisch zur Zelle 1 gelagerter Rahmen 20 ist ausgestattet mit einem ersten Motor 21, der dazu dient, den erwähnten Rahmen um den genannten Tank zu drehen.
Dieser erste Motor 21 betätigt ein Ritzel 22, das mit einer Zahnstange 23 kämmt, die auf dem Tankrahmen angeordnet ist, und die dazu dient, eine kontinuierliche und gleichmäßige Bewegung relativ zum Tank zu gewährleisten.
Der Rahmen 20 trägt ferner ein Überfluß- oder Überlaufsystem 30; dieses umfaßt eine erste Drehschaufel 21 mit spiralförmigem Querschnitt und eine zweite Drehschaufel 32, die nur die äußere Hälfte des Radialbereiches beeinflußt, um eine gleichmäßigere Einsammlung der an der Oberfläche abgegebenen Schicht zu gewährleisten, die, aufgrund der Achsenneigung zum Überlaufsystem, zur inneren Seite des Ablenkkörpers 10 und dann zum Ausstoß befördert wird.
Ein unabhängig vom ersten Motor 21 arbeitender zweiter Motor 35 dient dazu, die Welle der Überlaufeinheit zu drehen.
Die Spannungsversorgung des Motors wird über ein Drehgelenk 40, das axial innerhalb des Tankes gelagert ist, bereitgestellt.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung liegt darin, daß die Abstreichereinheit, allgemein durch die Ziffer 50 gekennzeichnet, mit dem Rahmen verbunden ist und einen Bodenabstreicher 51, einen externen Umlaufabstreicher 52, der sich parallel zur Achse erstreckt, und einen kreisförmigen inneren Abstreicher 53, der auch parallel zur axialen Erstreckung verläuft, umfaßt.
Auf dieser Weise werden alle nassen Flächen automatisch gereinigt, da die Abstreichereinheit während der normalen Drehung des Rahmens automatisch eine Reinigung durchführt.
Gemäß den Darstellungen in den Figuren, ist im unteren Bereich eine Ableitungsöffnung 60 bereitgestellt, die sich, in dem dargestellten Beispiel, auf dem unteren Teil der Außenwandseite befindet, wo die geklärte Flüssigkeit gesammelt und nach außen über das Rohr 61 abgeleitet wird.
Es ist konzeptmäßig auch möglich, die Ableitungsöffnung unten am Tankbereich zwischen 1/3 und 3/3 des Tankdurchmessers bereitzustellen.
Um die Beschreibung zu vervollständigen, sollte ferner hinzugefügt werden, daß ein Sammeltrichter, gekennzeichnet durch die Ziffer 70, unten an der Zelle bereitgestellt ist, um eventuelle Ablagerungen von Partikeln oder Festkörpern, die durch Schwerkraft zum Boden gefallen sein mögen, zu entfernen.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung das vorgeschlagene Ziel und die Gegenstände der Erfindung erfüllt, und es wird insbesondere darauf hingewiesen, daß berietgestellt wird, ein Flotationsapparat zur kontinuierlichen Klärung, in der eine Zelle bereitgestellt ist, mit einer sehr geringen Flüssigkeitshöhe und ohne komplizierte Vorrichtungen für einen ohnehin nicht erreichbaren Ruhezustand des Schlammes im Tank, mit der Möglichkeit, während des Betriebes eine kontinuierliche Selbstreinigung des Tanks ohne tote Zonen zu gewährleisten, in denen Schlamm stagniert.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung ist durch die Tatsache begründet, daß jeder Punkt des Tankes leicht und sofort zugängig ist, damit wirksame Reinigungsmaßnahmen durchgeführt werden können, die während des Betriebs automatisch erfolgen.
Den obigen Aussagen sollte ferner hinzugefügt werden, daß mit dem Apparat gemäß der vorliegenden Erfindung, das Flotationsverfahren dadurch erfolgt, daß alle Schwebepartikel sofort nach oben zur Oberfläche befördert werden und das in der Praxis nach unten zum Tankboden abfallende geklärte Wasser abgezogen wird.
Die somit konzipierte Erfindung kann auf vielerlei Weise modifiziert und verändert werden; alle diese möglichen Modifikationen und Änderungen fallen in den Rahmen des erfinderischen Konzeptes.
Darüber hinaus können alle Einzelheiten durch andere technische äquivalente Elemente ersetzt werden.
In der Praxis können alle verwendeten Materialien sowie alle Maße und abhängige Formen je nach Bedürfnis gewählt werden.
Wo in den Ansprüchen technische Merkmale genannt werden, gefolgt von Bezugssymbolen, sind jene Bezugssymbole einzig und allein zur Verbesserung der Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt worden; somit haben solche Bezugssymbole keine einschränkende Auswirkung auf den Umfang des jeweils so durch Bezugssymbole exemplarisch gekennzeichneten Elementes.

Claims

1. Apparat zur kontinuierlichen Klärung von Flüssigkeiten mit verteilten Feststoffpartikeln durch das Flotationsverfahren mit gelöstem Gas, bestehend aus einer Flotationszelle (1) mit einer Flüssigkeitshöhe von weniger als 1 m und einem Verhältnis von Flüssigkeitshöhe zu Zellendurchmesser zwischen 0,25 und 0,05, wobei die genannte Flotationszelle (1) ausgestattet ist mit einem Einlaß (2) für die Zufuhr der zu klärenden Flüssigkeit, die mit verteiltem Gas übersättigt ist, einem Rahmen (20) der mit der genannten Zelle (1) in Verbindung steht, wobei der genannte Rahmen (20) konzentrisch zur Zelle (1) rotiert und eine Überlaufeinheit (30) zur Aufnahme der aufgeschwemmten Schicht und eine Abstricheinheit (50), die auf alle nassen Flächen der Zelle (1) wirkt, trägt, ferner eine Ableitungsöffnung (60) im unteren Bereich der genannten Zelle (1) zur Ausströmung der zum unteren Bereich der Zelle hin abfallenden geklärten Flüssigkeit, wobei der genannte Apparat dadurch gekennzeichnet ist, daß der genannte Einlaß (2) zur Einströmung der zu klärenden Flüssigkeit axial am Unterteil der Zelle (1) angeordnet ist, so daß direkt vom Unterteil der Zelle (1) ein axial aufsteigender Strom der zu klärenden Flüssigkeit entsteht, mit radialer Gabelung des Stromes zur Oberfläche der Flüssigkeit hin.

2. Apparat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er innerhalb der Zelle (1) einen intern hohlen Ablenkkörper (10) mit einem geschlossenen Bodenteil umfaßt, benachbart zum genannten Einlaß (2), der zur Einströmung der zu klärenden Flüssigkeit dient, so daß der erwähnte steigende Strom bewirkt wird, der auf die Oberfläche des Ablenkkörpers einwirkt.

3. Apparat gemäß den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten Motor (21) und einen zweiten Motor (35) umfaßt, die gegenseitig voneinander unabhängig sind und die die Mittel zur Drehung des genannten Rahmens und die Mittel zur Drehung des genannten Überlaufsystems betätigen.

4. Apparat gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (21) ein Ritzel (22) antreibt, das mit einer kreisförmigen Zahnstange (23) kämmt, die am äußeren Rand des genannten Tankes (1) vorgesehen ist.

5. Apparat gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Überlaufsystem (3) einen Doppeleimer mit einem ersten Eimer (31) aufweist, der auf den gesamten radialen Bereich wirkt, und einem zweiten Eimer (32) der auf den raidalen Bereich zur Peripherie hin wirkt, wobei die genannten Eimer mit der Welle in Verbindung stehen, die vom zweiten Motor (35) gedreht wird.

6. Apparat gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ableitungsöffnung (60) im unteren seitlichen Bereich der genannten Zelle (1) angeordnet ist.

7. Apparat gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ableitungsöffnung (60) unten am Boden der genannten Zelle (1) in einem Bereich zwischen 1/3 und 3/3 seiner diametralen Erweiterung angebracht wird.

8. Verfahren zur kontinuierlichen Flotation von zu klärenden Flüssigkeiten, folgende Schritte umfassend:

- Einführung eines zu klärenden Flüssigkeitsstromes, übersättigt mit verteiltem Gas, eine Flotationszelle mit einer Flüssigkeitshöhe von weniger als 1 m und einem Verhältnis von Flüssigkeitshöhe zu Zellendurchmesser zwischen 0,25 und 0,05;

- Entnahme von festen Schwebepartikeln, die im oberen Bereich der Flotationszelle schwimmen;

- In der Nähe des unteren Zellbereiches, Rückgewinnung der geklärten Flüssigkeit, die in den unteren Bereich der genannten Zelle absinkt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Strömung der zu klärenden Flüssigkeit direkt am Boden der Zelle und axial dazu eingeleitet wird, wodurch ein steigender axialer Strom der zu klärenden Flüssigkeit entsteht, mit radialer Auseinandergabelung zur Oberfläche der Flüssigkeit hin.