DE69524591T2 - Vorrichtung und methoden zum abtrennen von feststoffen aus strömenden flüssigkeiten oder gasen - Google Patents

Vorrichtung und methoden zum abtrennen von feststoffen aus strömenden flüssigkeiten oder gasen

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zum Trennen von Feststoffen oder Schwebstoffen aus strömenden Flüssigkeiten oder Gasen. Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich anwendbar auf die Filtration von schwimmenden, schwebenden und mitgerissenen Feststoffen aus Ausströmungsmengen von Wasser. Eine besondere Anwendung der Erfindung gibt es im Hinblick auf die Entwässerungstechnologie von Oberflächenwasser.
    • Stand der Technik der Erfindung
  • Es gibt viele Anwendungen, wo es erwünscht ist, Feststoffe aus einer fließenden Flüssigkeit zu separieren. Solche Anwendungen schließen das folgende ein.
    • 1. Trennung von Feststoffen aus Oberflächenwasser
  • In vielen Teilen der Welt wird Oberflächen- bzw. Regenwasser zu Wasserwegen und Seen geführt. Oberflächenwasser ist ein Hauptträger fester Verunreinigungen, wie zum Beispiel Kunststoffe, Dosen, Baumzweige und tierische Abfälle unter anderen Dingen zu Wasserwegen und Seen hin.
  • Es sind bisher Bemühungen unternommen worden, um den Durchgang mindestens eines Teils dieser Materialien zu Wasserwegen und Seen zu begrenzen. Ein Verfahren, welches verwendet wurde, ist die Benutzung von Rosten oder Gittern quer über die Auslässe der Abzüge. Dieses Verfahren war im allgemeinen nicht zufriedenstellend, denn die Gittergröße muß oft so sein, daß Wasser hindurchströmen kann, wenngleich festes Material durch Wasserdruck gegen das Gitter gehalten wird. Dementsprechend war es notwendig, daß das Gitter eine wesentliche Öffnungsgröße hat. Ein weiteres Problem besteht darin, daß selbst große Gitter blockiert werden können, und es ist wichtig, einen Fließweg um das Gitter oder über das Gitter vorzusehen, um zu vermeiden, daß sich Wasser aufstromig in dem Drainagesystem aufbaut. Eine zweite vorgeschlagene Alternative war die Verwendung von Systemen, wie zum Beispiel Zyklonen und dynamischen Separatoren, um den Abfall zu entfernen. Diese können zwar unter gewissen Umständen wirksam sein, sie sind aber oft in der Gesamtheit eines Oberflächenwasserdrainagesystems zu teuer zu benutzen.
    • 2. Flüssigkeitstrennung aus Abwasser
  • Eine Hauptschwierigkeit bei vielen Abwasseranlagen ist das zu handhabende Gesamtvolumen der Flüssigkeit. Dies wird erschwert, wenn ein "gemischtes" System, d. h. ein System verwendet wird, welches sowohl Abwasser als auch Oberflächenwasser trägt. In vielen Fällen könnten Abwasseranlagen mehr Abwasser handhaben, wenn die Menge der zugeführten Flüssigkeit verringert werden könnte. Dies könnte zum Beispiel geschehen, wenn Flüssigkeit aus dem Abwasser entfernt würde, bevor sie in Sammelabwasserleitungen eintritt. Dies erschien bislang nicht durchführbar.
  • Weiterhin gibt es in der Welt viele Bereiche, bei denen Oberflächenwasser und Abwasser von demselben System aufgenommen werden. Dies kann Schwierigkeiten hervorrufen, wo es schwere Regenfälle gibt, welche das System überlasten, denn es ist unerwünscht, Rohabwasser über den Überlauf strömen zu lassen.
    • 3. Entfernen von Schadstoffen aus Industrieabfällen
  • Viele Industriebetriebe müssen Schutzsteuern bezahlen, um verunreinigte Flüssigkeiten in Abwasserkanäle abzulassen. Es wäre äußerst erwünscht, einen Teil der Verunreinigung abzutrennen, bevor der Abfall den Abwasserleitungen zugeführt wird, und dies wäre sowohl für den Betrieb als auch die Behörde wirtschaftlich, wenn die Kosten einer früheren Entnahme verschmutzter Stoffe geringer wären als die Kosten zum Reinigen der Verschmutzung zu einer späteren Zeit.
  • Dieses sind nur Veranschaulichungen von vielen Verwendungen, für welche eine Vorrichtung oder ein Verfahren zum Trennen von Feststoffen aus einer strömenden Flüssigkeit in Frage käme. Es gibt viele andere solche Anwendungen, die man beschreiben könnte.
  • US-A-2,788,087 beschreibt eine Vorrichtung zum Trennen von Schwebstoffen aus einem Gas, wobei die Vorrichtung ein Trennfeld aufweist, das in dem Fließweg der Flüssigkeit oder des Gases angeordnet ist, wobei das Trennfeld eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und in einer Kammer eingeschlossen ist, und einen Einlaß aufweist für das Einführen von Gas mit der Trennkammer, um eine kreisförmige Gasströmung in der Trennkammer außerhalb des Trennfeldes zu bilden, wodurch die Schwebstoffe außerhalb des Trennfeldes gehalten werden. Die Vorrichtung stellt auf die Prinzipien der Oberflächentrennung ab und hängt nicht von der Größe der Öffnungen ab.
  • DE-U-91 14 607 beschreibt eine Vorrichtung zum Trennen von Wasser aus feuchtem, synthetischem Feststoff. Die Vorrichtung hat ein zylindrisches Trennfeld in einer Trennkammer mit einer Vielzahl von Öffnungen und einen Einlaß zum Einführen von Stoffen in das Trennfeld mit einer kreisförmigen Strömung. Die Flüssigkeit hat die Möglichkeit zum Durchgehen durch das Trennfeld, Feststoffe sammeln sich auf der Innenseite des Trennfeldes und Trägergas strömt durch einen Gasauslaß aus.
  • US-A-1,856,685 offenbart ein einfaches, konisches Gasfilterfeld, welches in einer getrennten Kammer untergebracht ist, wobei Gas in das konische Filterfeld tangential eingeführt wird, um eine kreisförmige Strömung zu erzeugen. Teilchen sammeln sich auf dem Filterfeld, und es gibt keine Möglichkeit, das Sammeln nach Anhaften getrennter Teilchen an dem Filterfeld zu unterbinden.
  • FR-A-2,520,632 beschreibt eine Filtriervorrichtung, in welcher ein Fluidstrom gegen ein zylindrisches oder konisches Filter zentrifugiert wird. Die Vorrichtung stellt auf eine Fluidzirkulation mit hoher Geschwindigkeit ab, um das Verstopfen des Filters zu verhindern.
  • In unserer internationalen Patentanmeldung Nummer PC/AU94/00061 haben wir eine Vorrichtung und Trennverfahren für Feststoffe aus strömenden Flüssigkeiten offenbart und beansprucht. Wir glauben, daß die in dieser Anmeldung beschriebene Vorrichtung und die beschriebenen Verfahren sehr gute Ergebnisse bei Anwendungen vorsehen, bei denen die Trennung von festen Stoffen aus strömenden Flüssigkeiten gefordert ist. Wir haben jetzt Verbesserungen und/oder Verfeinerungen der in jener Anmeldung beschriebenen Erfindung entwickelt, von denen wir glauben, daß sie noch bessere Ergebnisse bringen als diejenigen, die in unserer früheren Anmeldung offenbart sind.
    • 4. Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen aus einer flüssigen Strömung vorgesehen, welche durch die Vorrichtung hindurchgeht, wobei die Vorrichtung aufweist:
  • ein im allgemeinen zylindrisches Trennfeld, das einen Innenraum umgibt und so ausgerichtet ist, daß es eine im allgemeinen aufrechte Längsachse hat, wobei das Feld ferner eine Vielzahl von Öffnungen hat, die geeignet sind, festes Material, welches größer als eine vorbestimmte Größe ist, aus der Flüssigkeit zu entfernen, welche durch das Feld hindurchgeht;
  • ein Kammerteil, welches das Feld umgibt und mit diesem zusammenwirkt, um einen Kammerabschnitt vorzusehen, in welchen die Flüssigkeit hineingeht, nachdem sie durch das Feld hindurchgegangen ist;
  • einen Einlaß für das Zuführen des Flüssigkeitsstromes zu dem Raum;
  • einen Auslaß, der sich von dem Kammerabschnitt erstreckt und bezüglich der Kammer so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Feldes eingetaucht bzw. untergetaucht oder verdeckt ist;
  • wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie geeignet ist, die Flüssigkeitsströmung in dem Raum um die Achse zirkulieren zu lassen, und das Feld Ablenksegmente hat, welche den Öffnungen zugeordnet sind und bezüglich des Raumes nach innen ragen, um Schwebstoffe mindestens der vorbestimmten Größe daran zu hindern, die Öffnungen zu blockieren, wobei die Öffnungen relativ zu der dort passierten Flüssigkeitsströmung hinter den Segmenten angeordnet sind.
    • 5. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
  • Damit man die Erfindung weiter versteht, werden nun bevorzugte Ausführungsformen derselben nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Bei diesen gilt:
  • Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Beispiels einer Trenneinrichtung, die erfindungsgemäß aufgebaut ist;
  • Fig. 2 veranschaulicht eine Ansicht (in Fig. 1 in Richtung des Pfeils, der mit "B" markiert ist) eines vertikalen Abschnitts der in Fig. 1 gezeigten Trenneinrichtung entlang der Linie A-A in jener Figur;
  • Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Horizontalschnitt eines Teils eines Trennfeldes für die erfindungsgemäße Verwendung; und
  • Fig. 4 ist eine Ansicht von der Seite eines vertikalen Abschnitts durch eine beispielhafte Trenneinrichtung, die erfindungsgemäß aufgebaut ist.
  • Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung, die verwendet werden könnte, um Feststoffe aus einer strömenden Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser (und insbesondere Oberflächenwasser) zu trennen. Die allgemein mit 25 bezeichnete Vorrichtung weist ein Trennfeld 1 auf, das gemäß Darstellung eine im allgemeinen kreisförmige Gestalt hat, wenn man auf den horizontalen Querschnitt sieht. Wenn man dreidimensional blickt (wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist), kann man sehen, daß das Trennfeld 1 eine im allgemeinen zylindrische Gestaltung mit offenem Ende hat.
  • Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist das Trennfeld 1 innerhalb einer Trennkammer 2 angeordnet. Die Flüssigkeit tritt über ein Einlaßmittel 3 in die Trennvorrichtung 25 in der Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils 27 ein. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Einlaßkanal 3 nach links abgebogen, bis er den Körper 37 der Trenneinrichtung 25 erreicht, wo Wasser und mitgerissene Feststoffe oder Schwebstoffe durch eine Öffnung 8 in das Innere 19 des Trennfeldes 1 eingeführt werden. Der allgemein zylindrische Aufbau des Trennfeldes 1 ist derart, daß wenn das Wasser die Öffnung 8 verläßt und in das Innere (oder die Ränder) 19 des Trennfeldes 1 eintritt, wird eine Kreisflußbewegung innerhalb der Ränder 19 des Trennfeldes 1 in der Richtung gebildet, welche in Fig. 1 durch den Pfeil 29 gezeigt ist.
  • Beziehen wir uns nun auf Fig. 3, so sieht man, daß das beispielhafte Trennfeld 1 gemäß Darstellung aus einer Vielzahl von Umlenkmitteln besteht in der Form fester Umlenksegmente 10, die allgemein eine geschlossene Fläche für die Fließrichtung der Flüssigkeit in dem Trennfeld 1 bilden (wie in Fig. 3 durch den Pfeil 31 gezeigt). Hinter jedem Ablenksegment 10 in dem Trennfeld gibt es eine Öffnung 9. Gemäß Darstellung ist jede Öffnung 9 unter einem Winkel zur Fließrichtung der Flüssigkeit in dem Trennfeld 1 angeordnet. Ferner haben die Öffnungen 9 alle eine vorbestimmte Größe, die so gewählt ist, daß nur der Durchgang von Feststoffen bzw. Schwebstoffen gestattet ist, die eine kleinere Größe haben als die Öffnungen. Die Flüssigkeit kann selbstverständlich frei durch die Öffnungen hindurchgehen. Bei der Verwendung der Trennvorrichtung 25 ist die Wirkung dieser Anordnung von Merkmalen so, daß nur die Flüssigkeit und die Feststoffe oder Schwebstoffe mit einer Größe, die kleiner als die der Öffnungen 9 ist, in der Lage sind, durch das Trennfeld hindurchzugehen. Feststoffe oder Schwebstoffe, die größer sind, werden deshalb in den Rändern 19 des Trennfeldes eingefangen. Ferner bedeutet die Kreisbewegung der Flüssigkeit innerhalb der Ränder 19 des Trennfeldes, daß eingefangene Feststoffe oder Teilchen kontinuierlich von der Innenwand 33 des Trennfeldes abgelenkt werden. Der Nettoeffekt dieser Anordnung besteht daher darin, daß das Trennfeld 1 im wesentlichen selbstreinigend ist.
  • In den Rändern 19 des Trennfeldes eingefangene Feststoffe werden daher veranlaßt, sich fortlaufend durch den Kreisfluß zu bewegen, bis sie sich unter der Wirkung der Schwerkraft absetzen oder, wenn sie flotierbar sind, auf der Oberfläche gehalten werden. Gleichzeitig sind nicht eingefangene Feststoffe und die Flüssigkeit in der Lage, durch das Trennfeld in den oberen Abschnitt 5 der Trennkammer 2 hindurchzugehen und von dort zu den Auslaßmitteln 6 (die gemäß Darstellung in Fig. 1 die Form eines Kanals, Rohrs oder eines anderen geeigneten Auslaßaufbaus annehmen können).
  • Gemäß Darstellung in Fig. 3 geht der Fluß der Flüssigkeit oder des Gases außerhalb der Ränder des Trennfeldes in einer Richtung entgegen der des Flusses innerhalb seiner Ränder. Diese gegenstromige Fließbewegung auf gegenüberliegenden Seiten des Trennfeldes schafft ein kinetisches Gleichgewicht, welches seinerseits die allgemein selbstreinigende Funktion der Kreisflußbewegung ermöglicht, die innerhalb der Ränder 19 des Trennfeldes gebildet ist.
  • Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, kann die Trennvorrichtung 25 auch ein Behältnis 4 aufweisen, wie zum Beispiel einen Sammelsumpf für die Aufnahme (und gegebenenfalls das Entfernen) absetzbarer Feststoffe. Der Sumpf 4 kann so groß und so ausgestaltet sein, daß er die kreisförmige Strömung der Flüssigkeit am unteren Abschnitt der Vorrichtung 25 verlangsamt, um das Absetzen der Feststoffe zu begünstigen. Der Sumpf 4 kann auch mit beliebigen geeigneten Mitteln versehen sein, um das Entfernen abgesetzter Feststoffe oder Schwebstoffe zu erleichtern. Solche Mittel können zum Beispiel das periodische Entfernen oder eine mechanische Wanne oder einen Korb einschließen, der in dem Sumpf abgehängt wird. Flotierbare Stoffe, die man oben auf dem Körper des durch die Trennvorrichtung 2b behandelten Wassers schwimmen bzw. schweben läßt, könnten durch beliebige, zweckmäßige Mittel entfernt werden.
  • Wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt ist, kann die Trennvorrichtung auch Mittel aufweisen für die Unterstützung des Absetzens von Feststoffen in den Sumpf 4 hinein. Die in Fig. 4 gezeigten Mittel haben die Form eines nach unten gerichteten, ringförmigen Flansches oder eines Ablenkbleches 17, welches das Einführen von sich nach unten bewegenden Feststoffen in den Sumpf 4 hinein unterstützt. Der Flansch oder das Ablenkblech 17 verhindert auch im wesentlichen, daß die Kreisbewegung der Flüssigkeit oder des Gases innerhalb der oberen Bereiche der Trennkammer in den Sumpf 4 übertragen wird.
  • Nach Fig. 2 kann gemäß Darstellung das zylindrische Trennfeld 1 mit einem Fortsetzungsteil 7 aus demselben Material (oder aus einem anderen, im allgemeinen undurchlässigen Material) über dem Niveau des normalen Einlaufstromes eingerichtet sein. Dieses Fortsetzungsteil 7 stellt das Zurückhalten schwimmender Feststoffe sicher, wenn die Trennvorrichtung dem Gefälledruck (zum Beispiel während Überlaufbedingungen) ausgesetzt ist, wenn die Vorrichtung zum Beispiel zum Entfernen von Müll aus städtischem Abwasser benutzt wird.
  • Wenn zum Abschluß des Filtrationsverfahrens besonders "gereinigte" Flüssigkeiten oder Gase erforderlich sind, ist es für den Auslaß aus einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung möglich, in den Einlaß für eine zweite solche Trenneinrichtung einzuspeisen, also für die Flüssigkeit oder das Gas, das nach und nach durch zwei oder mehrere solcher Trenneinrichtungen, die in Reihe angeordnet sind, gefiltert werden soll. In einer solchen Anordnung könnte die Größe der Öffnungen in den Trennfeldern für die zweiten und nachfolgenden Trenneinrichtungen nacheinander (und zunehmend) kleiner sein, so daß jede nachfolgende Trenneinrichtung zunehmend feinere Teilchen entfernt. Durch diese Anordnung könnte deshalb ein sehr hohes und tatsächlich jedes gewünschte Niveau der Filtration oder Reinigung erreicht werden.
  • Während sich ein großer Teil der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Vorrichtungen zum Trennen von in Flüssigkeiten mitgerissenen Feststoffen befaßt, versteht es sich, daß die Erfindung ebenso bei der Trennung von in Gasen mitgerissenen Feststoffen anwendbar ist. Im allgemeinen wäre es für einen wirksameren Betrieb von Trenneinrichtung von Feststoffen aus Gasen, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind, notwendig, daß die Trenneinrichtung als abgedichtete Einheit aufgebaut ist, um das unerwünschte Entweichen von Gasen, welche der Filtration unterworfen werden, zu verhindern. (Dies ist ein Merkmal, das auch bei einigen Trenneinrichtungen für Feststoffe aus Flüssigkeiten, die erfindungsgemäß aufgebaut sind, verwendet werden könnte.) Auf diese Weise könnten in Abgasen und Gasemissionen aus verschiedenen Herstellungsbetrieben mitgerissene Feststoffe weitgehend auf dieselbe Weise gefiltert werden, wie Feststoffe transportierende Flüssigkeiten behandelt werden, wobei die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung (25) zum Abtrennen von Feststoffen aus einer flüssigen Strömung, welche durch die Vorrichtung (25) hindurchgeht, wobei die Vorrichtung (25) aufweist:
ein im allgemeinen zylindrisches Trennfeld (1), welches einen Innenraum (19) umgibt und so ausgerichtet ist, daß es eine im allgemeinen aufrechte Längsachse hat, wobei das Feld (1) ferner eine Vielzahl von Öffnungen (9) hat, die geeignet sind, festes Material, welches größer als eine vorbestimmte Größe ist, aus der Flüssigkeit zu entfernen, welche durch das Feld (1) hindurchgeht;
ein Kammerteil (2), welches das Feld (1) umgibt und mit diesem zusammenwirkt, um einen Kammerabschnitt (5) vorzusehen, in welchen die Flüssigkeit hineingeht, nachdem sie durch das Feld (1) hindurchgegangen ist;
einen Einlaß (3) für das Zuführen des Flüssigkeitsstroms zu dem Raum (19);
einen Auslaß (6), der sich von dem Kammerabschnitt (5) erstreckt und bezüglich der Kammer (5) so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil des Feldes (1) untergetaucht ist;
wobei die Vorrichtung (25) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie geeignet ist, die Flüssigkeitsströmung in dem Raum (19) um die Achse zirkulieren zu lassen und das Feld Ablenksegmente (10) hat, welche den Öffnungen (9) zugeordnet sind und bezüglich des Raumes (19) einwärts vorstehen, um Schwebstoffe mindestens der vorbestimmten Größe daran zu hindern, die Öffnungen zu blockieren, wobei die Öffnungen (9) relativ zu der dort passierten Flüssigkeitsströmung hinter den Segmenten (10) angeordnet sind.
2. Vorrichtung (25) nach Anspruch 1, wobei der Einlaß (3) die Flüssigkeit so richtet, daß sie in dem Raum (19) um die Achse zirkuliert.
3. Vorrichtung (25) nach Anspruch 10 der 2, ferner mit einem Behältnis (4) zur Aufnahme der aus dem Strom durch das Feld (1) entfernten Schwebstoffe.
4. Vorrichtung (25) nach Anspruch 3, wobei das Behältnis unter dem Raum (19) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einlaß und der Auslaß in im wesentlichen derselben Höhe angeordnet sind.
6. Vorrichtung (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Einlaß (3) und der Auslaß (6) im wesentlichen in Flucht angeordnet sind.
7. Vorrichtung (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Feld eine den Raum (19) umgebende innere Wand (33) vorsieht und der Einlaß (3) die Strömung im wesentlichen tangential zu der inneren Wand (33) richtet.
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