EP3137220A1 - Hydrodynamische schwerstoffabtrennung einer aufschlämmung - Google Patents

Hydrodynamische schwerstoffabtrennung einer aufschlämmung

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EP3137220A1
EP3137220A1 EP16728658.2A EP16728658A EP3137220A1 EP 3137220 A1 EP3137220 A1 EP 3137220A1 EP 16728658 A EP16728658 A EP 16728658A EP 3137220 A1 EP3137220 A1 EP 3137220A1
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EP
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storage chamber
classifying
actuator
water
rinse water
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EP16728658.2A
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Roland Carra
Patrick Fluck
Tobias Ziegler
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BTA International GmbH
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Publication date
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    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
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    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks

Definitions

  • the invention relates to a device for the separation of heavy materials from a slurry of components under defencel density and different particle structure.
  • a wet mechanical treatment of mixtures e.g. Waste
  • mechanically separated waste fractions or commercial residues create slurries, e.g. Pulps or suspensions containing still relevant quantities of water-sedimentable and sharp-edged substances, e.g. Gravel, Spl it, stones, ceramic or glass fragments or metal lpelle contain, in downstream process stages operating problems, e.g. Deposits or wear.
  • the consequences are e.g. Sediment layers in containers, which require a costly emptying after a few years of operation, a laying of pipelines, which cause a high cleaning effort, or due to the most abrasive properties of these substances caused severe wear of the machinery.
  • Organic wastes suitable for fermentation may contain mineral heavy materials of 4% by weight (Riebler, H., Hoppenheidt, K., Haschsch, P., Kottmair, A., Nrichter, R., Nordsieck, H., M ., Mücke, W., Swerev (2000) Ful l scale co-digestion of organic waste, Water Science & Technology 41, 1 95-202).
  • Municipal biowaste contains relevant quantities of mineral heavy materials such as stones, broken glass, split or gravel or sand, which according to the investigations of Kranert et. al. (Kranert, M., Hartmann A., Graul S. (1,999) Determination of sand content in digestate. In: W.
  • heavy material separators are used.
  • these heavy material separators must also minimize the discharge of the other constituents which are present in the slurry and are to be utilized in the downstream process stages, for example fermentable organic substances. This can be done by a combination of hydrocyclone and classifying tube, which is located in the lower reaches of the hydrocyclone, for discontinuous discharge of the Separated heavy materials can be achieved.
  • rinsing liquid is frequently supplied to the classifying tube. As a result, a countercurrent is generated in the classifying tube, which frees the separated heavy materials from the other Bestan constitution the slurry.
  • Such a device is described in DE 1 95 05 073 A1 with a flat-bottomed hydrocyclone for separating heavy materials from a slurry which was produced from waste materials.
  • the flat-bottomed cyclone is followed by a classifying pipe to increase the selectivity of the heavy material separator.
  • the separated heavy materials are collected in the course of the classifying pipe by means of a lock system with integrated chamber and discharged discontinuously. If, following emptying of the chamber, the shut-off valve is opened to the classifying tube, the content of the classifying tube and part of the contents of the hydrocyclone are discharged into the chamber at one go. On the other hand, it can happen that the heavy substances contained in the chamber become caked and thus make it difficult, if not impossible, to discharge them from the chamber.
  • the rinsing water flow in relation to the desired separation of the fractions have mutually opposite effects: reducing the rinse water stream leads to an improved separation of the easily sedimentable solids from the suspension, but increases the proportion the biologically recoverable components in the separated heavy fraction. These are then removed from the downstream process stages for the utilization of the suspension.
  • Increasing the rinse water flow h has a counteracting effect because although the proportion of the biologically recoverable constituents in the separated heavy fraction falls, the separation of the easily sedimentable constituents from the suspension is deteriorated.
  • Fig. 1 shows this opposite effect on the basis of operating results of a process step with hydrodynamic heavy ash separation in a fermentation plant for 75,000 Mg / a organ ischem Abbib le.
  • process water In order to limit the demand for fresh water and, if I also limit the sewage infiltration, it is important - especially for reasons of economy and ecology - to use process water as flushing water, which is recirculated in the system (process water). This requires a process step that provides the process water in terms of pressure levels in the heavy material separator under a sufficiently high pressure. U nder the aspect of cost and space requirements, the diameters of the process water lines must be limited.
  • process water demand peaks occur in the heavy material separator itself as well as in other upstream or downstream units of the wet mechanical processing plant. As a result, there is always considerable pressure fluctuations in the process water supply of the classifying tube.
  • the object of the invention is now to improve the degree of separation of the device and to reduce the pollution of the separated fraction.
  • This object is achieved by a device according to claim 1, or by a method according to claim 1 3.
  • the basic idea of the invention is, taking into account the above mari lderten effects of Spü lwasserstromes that les depending on the requirements profi for plant operation, an optimum amount and pressure of the flushing water flow to the classifying tube determined and adjusted according to the flow rate of the rinse water. Furthermore, it is part of the invention to minimize the flushing water consumption to the storage chamber.
  • the control technique of the present invention takes into account the above-described significant pressure fluctuations in the rinse water supply of the classifier tube and the storage chamber. Thereby, the negative impact on the separation efficiency can be eliminated, whereby the separation quality of the separated heavy materials increases and a reduced Spülement site is the result.
  • the adjustment of the flushing water flow relates, on the one hand, to the inlet to the classifying pipe and, on the other hand, to the storage chamber separated from the classifying pipe, into which the separated heavy materials are introduced.
  • both the classifying pipe and the separate storage chamber are subjected to rinsing water. This is done in such a way that the inlet to the classifying pipe is regulated and the inlet to the storage chamber is controlled. While the control determines a comparison between the actual state and the target state and switches an actuator in response thereto, the control of the inlet to the storage chamber focuses on the detection of the actual state to switch a corresponding actuator.
  • the heavy material separator according to the invention with a detection of Schwerstoff Strukturl lstandes in the storage chamber to initiate their emptying and a detection of Spülwasser overflow at their Be somnol development equipped with rinse water.
  • the emptying of the storage chamber takes place only when the maximum filling capacity of heavy materials in the storage chamber is determined by measurement.
  • a full Fül ment the storage chamber is always guaranteed and I therefore minimized the number of required emptying operations.
  • the filling of the storage chamber with the rinse water is terminated only when process water is detected in the overflow of the storage chamber. Both features lead to a minimum need for rinse water.
  • This process of filling the chamber with process water can also be time-controlled and ensure a measured volumetric storage chamber.
  • the controller must be aware of the following facts:
  • the emptying of the storage chamber In order to avoid a backflow of the heavy materials into the classifying pipe, which can cause a clogging of the classifying pipe, the emptying of the storage chamber must take place sufficiently early. As a result, the storage chamber is frequently not completely filled with separated heavy materials when emptied. In order to be able to separate off the same amount of heavy materials, more emptying / filling cycles are therefore necessary. Since the storage chamber must be flushed with rinse water before opening the shut-off valve to the classifying pipe, a higher number of draining and filling cycles leads to a higher consumption of rinsing water.
  • the emptying of the storage chamber is initiated by the detection of the maximum filling level of heavy materials and the supply of process water when filling the emptied storage chamber by detecting the overflow of process water from the chamber finished.
  • the emptying of the storage chamber is carried out after detection of the maximum Schwofoff Stahles by closing the shut-off valve to the classifying pipe and opening the lower shut-off valve of the storage chamber.
  • the storage chamber is timed short rinse water pulses supplied to prevent caking of the bed of heavy materials in the storage chamber.
  • the bed when opening the chamber vol lentlysortedfal len or be removed.
  • Fig. 2 shows a regulated flushing water flow to the classifying tube when using a process water containing suspended matter, with the use of a disk Stel lorgans with integrated flow measurement
  • FIG. 3 shows a schematic of an embodiment of a hydrodynamic heavy material separation according to the invention
  • FIG. 4 shows guide jump responses of the control loop at a flow rate of 500 l / h for fresh water and process water containing solids.
  • the process water for rinsing purposes is initially generated in-process by means of a solid-liquid separation during the treatment of mixtures.
  • the process water for rinsing purposes is initially generated in-process by means of a solid-liquid separation during the treatment of mixtures.
  • the processing and recycling of organic waste producing a low-solids process water is problematic. This is because suspensions of organic waste contain fibrous as well as very fine-grained slimy constituents with a small difference in density.
  • the process water production provides a rinse water with a considerable content of suspended matter of 1 to 10 g / l.
  • concentration of suspended matter in the process water is often in the range of 0.5 to 4 g / l.
  • actuators In order to achieve a uniform rinsing water supply, the choice of the actuator depending on the Aufschlämmanteils in the process water can be crucial. This is mainly due to a random partial laying by suspended in the process water substances in the actuator.
  • actuators have discs of disks, which are adjusted against each other via an axis and the opposite movement of the free passage continuously changed, pinch valves, ball sector valves or ball valves proven.
  • FIG. 3 shows a schematic of an embodiment according to the invention of a hydrodynamic heavy material separation consisting of hydrocyclone (1), classifying pipe (2) and storage chamber (3).
  • the rinsing water flow to the classifying pipe (4) is regulated and controlled to the storage chamber (5).
  • the adjustment of the rinsing water upstream into the classifying tube is effected by means of a leveling element (6), which is not easily laid by suspended substances and has a self-cleaning effect, as mentioned above.
  • the supply of process water when filling the emptied storage chamber is controlled by a detection of the overflow of process water (7) from the chamber.
  • a detection of the overflow of process water (7) from the chamber To control the rinsing water flow the above mentioned as suitable Stel lgl ieder said elements are combined in a preferred embodiment with a flow meter for the rinse water (8). This flow meter must be suitable for solids containing water flows.
  • the detection of the overflow of solids-containing process water (7) for Fül len the chamber can be done by means of capacitive proximity switch or infrared light barrier.
  • Ball sector valves are even more superior to a ball valve for such controls of solids containing streams because the seals in the ball sector valve are less exposed to the abrasive heavies.
  • Motor control valves in a flat rotary valve design in the throttle body allow a linear flow change.
  • such valves represent a proportional-regulating actuator, which ensures a constant flushing water flow even with solids-containing process water.
  • the control is designed so that the previously assumed valve position is maintained in the event of a power failure.
  • FIG. 2 shows the operating result of the hydrodynamic heavy material separator with controlled rinsing water flow to the classifying tube when using a process water containing suspended substances, and a flat rotary valve throttle device in combination with an upstream magnetic-inductive through-flow. flow measurement operated. Thanks to these system components, the supply of solids-containing process water to the classifying pipe was kept relatively constant at the setpoint.
  • the actuator in an advantageous embodiment is deliberately driven up at short notice in order to completely relieve possible misplacement. This short-term full opening is time-controlled and favors the Einregeln a constant flushing water flow.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur hydrodynamischen Schwerstoffabtrennung aus einer Suspension, aufweisend einen die Suspension aufnehmenden Hydrozyklon (1), ein sich an den Hydrozyklon anschließendes Klassierrohr (2) und eine die abgetrennten Schwerstoffe aufnehmende Speicherkammer (3), wobei ein jeweiliger Spülwasserstrom zum Klassierrohr (2) und zur Speicherkammer (3) vorgesehen ist, die mittels eines jeweilig am Zulauf zum Klassierrohr bzw. zur Speicherkammer vorgesehenen Stellglied regelbar bzw. steuerbar sind.

Description

Hydrodynamische Schwerstoffabtrennung einer Aufschlämmung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Schwerstoffen aus einer Aufschlämmung von Bestandteilen unterschiedl icher Dichte und unterschiedlicher Partikelstruktur. Bei einer nassmechanischen Aufbereitung von Stoffgemischen, z.B. Abfäl len, mechanisch abgetrennten Abfal lfraktionen oder gewerbl ichen Reststoffen, entstehen Aufschlämmungen, z.B. Pulpen oder Suspensionen, die noch relevante Mengen an in Wasser sedimentierbaren und scharfkantigen Stoffen, z.B. Kies, Spl it, Steine, Keramik- bzw. Glasbruchstücke oder Metal lpartikel enthalten, die in nachgeschalteten Verfahrensstufen Betriebsprobleme, z.B. Ablagerungen oder Verschleiß, verursachen. Die Folgen sind z.B. Sedimentschichten in Behältern, die ein aufwändiges Entleeren nach wenigen Betriebsjahren erforderl ich machen, ein Verlegen von Rohrleitungen, die einen hohen Reinigungsaufwand verursachen, oder ein durch die meist abrasiven Eigenschaften dieser Stoffe bedingter starker Verschleiß der Maschinentechnik.
Für eine Vergärung geeignete organische Abfälle können mineral ische Schwerstoffe von 4 Gew.% enthalten (Kübler, H., Hoppenheidt, K., H irsch, P., Kottmair, A., N immrichter, R., Nordsieck, H., M., Mücke, W. , Swerev (2000) Fül l scale co- digestion of organic waste. Water Science & Technology 41 , 1 95-202). Kommunale Bioabfäl le enthalten relevante Mengen an mineral ischen Schwerstoffen wie Steine, Glasscherben, Split oder Kies bzw. Sand, die gemäß den Untersuchungen von Kranert et. al. (Kranert, M., Hartmann A., Graul S. (1 999) Determination of sand content in digestate. In: W. Bidl ingmaier et al. (Hrsg.) Proceedings of the International Conference ORBIT 99 on Biological Treatment of Waste and the Environment, Part I, P. 31 3-318) einen Anteil an der Trockenmasse des Abfalls von teilweise über 25 Gew.% ausmachen können. Ein wesentlicher Teil dieser mineralischen Schwerstoffe wird bei einer nassmechanischen Aufbereitung der Bioabfälle in die Pulpe eingetragen, die dann der biologischen Verwertung zugeführt wird. Untersuchungen von Kübler et al. (Kübler, H., Nimmrichter, R., Hoppenheidt, K., Hirsch, P., Kottmair, A., Nordsieck, H., Swerev, M., Mücke, W. (1998) Füll scale co-digestion of biowaste and commercial organic waste. Materials and Energy from Refuse. P. De Bruycker und J. Kretschmar (Hrsg.), Technlogisch Instituut Antwerpen, P. 195-202) zeigen, dass bei der nassmechanischen Aufbereitung von Bioabfällen eine Pulpe entsteht, aus der eine hydrodynamische Schwerstoffabscheidung noch ca. 3 Gew.% der Feuchtmasse des behandelten Abfalls als Schwerstoffe abtrennt.
Beim Betrieb von Abfallbehandlungsanlagen, in denen die abgesiebte Fraktion kleiner 80 mm einer Nassaufbereitung zugeführt wird, wurde in dieser Fraktion ein Anteil von Glaspartikeln und mineralischen Bestandteilen von 12 bis 14 Gew.% an der Feuchtmasse dieser Fraktion ermittelt (Rita, J., Braga, J., Mannall, C., Goldsmith, S., Kübler, H., Rahn, T., Schulte, S. (2015) Compost-like material or thermal valorisation - impact on MBT Plant economics and environmental aspects - case studies in Portugal and UK. In: M. Kühle-Weidemeier und M. Balhar (Hrsg.) Energie und Rohstoffe aus Rest- und Bioabfällen, Cuvillier Verlag Göttingen, P. 395-406).
Um eine störungsarme Verwertung der Aufschlämmungen oder Suspensionen aus der Nassaufbereitung sicherzustellen, werden häufig die leicht sedimentierbaren Anteile aus der Suspension abgetrennt. Hierzu werden Schwerstoffabscheider eingesetzt. Zusätzlich zur Abtrennung der Störstoffe müssen diese Schwerstoffabscheider aber auch einen Austrag der anderen Bestandteile, die in der Aufschläm- mung vorliegen und in den nachgeschalteten Verfahrensstufen verwertet werden sollen, z.B. vergärbare organische Stoffe, minimieren. Dies kann durch eine Kombination von Hydrozyklon und Klassierrohr, das im Unterlauf des Hydrozyklons angeordnet ist, zum diskontinuierlichen Ausschleusen der abgetrennten Schwerstoffe erreicht werden. U m den Austrag der anderen Bestandteile zu reduzieren, wird dem Klassierrohr häufig Spülflüssigkeit zugeführt. Dadurch wird im Klassierrohr ein Gegenstrom erzeugt, der die abgetrennten Schwerstoffe von den anderen Bestanteilen der Aufschlämmung befreit.
Eine solche Vorrichtung ist in der DE 1 95 05 073 A1 mit einem Flachboden- hydrozyklon zur Abtrennung von Schwerstoffen aus einer Aufschlämmung, die aus Abfal lstoffen erzeugt wurde, beschrieben. Dem Flachbodenzyklon ist ein Klassierrohr nachgeschaltet, um die Selektivität des Schwerstoffabscheiders zu erhöhen. Die abgetrennten Schwerstoffe werden im U nterlauf des Klassierrohres mittels eines Schleusensystems mit integrierter Kammer aufgefangen und diskontinuierl ich ausgetragen. Wird nachfolgend einer Entleerung der Kammer die Absperrarmatur zum Klassierrohr geöffnet, entleert sich mit einem Schlag der Inhalt des Klassierrohres und ein Teil des Inhaltes des Hydrozyklons in die Kammer. Andererseits kann passieren, dass sich die in der Kammer befindl ichen Schwerstoffe verbacken und einen Austrag aus der Kammer dadurch erschweren, wenn nicht gar verhindern. Dadurch wird die Zone der selektiven Abtrennung der Schwerstoff gestört und die Selektivität des Trennergebnisses verschlechtert sich. In besagtem Dokument wird auch darauf verwiesen, dass sich die Reinigungswirkung des Klassierrohrs verbessert, wenn dem Klassierrohr eine Spülflüssigkeit gegen den im Hydrozyklon herrschenden Druck zugeführt und über den Oberlauf des Zyklons ausgetragen wird. Als Spülflüssigkeit wird Brauchwasser oder eine andere Flüssigkeit vorgesehen. Beim Betrieb derartiger hydrodynamischer Schwerstoffabscheider wird der Abtrenngrad der sedimentierbaren Bestandteile als auch der Austrag anderer Bestandteile stark vom Spülwasserstrom, der im Klassierrohr einen Gegenstrom erzeugt, beeinflusst. Dabei hat der Spülwasserstrom in Bezug auf die erwünschte Trennung der Fraktionen sich einander gegenüberstehende Wirkungen: Ein Reduzieren des Spülwasserstromes führt zu einer verbesserten Abtrennung der leicht sedimentierbaren Bestanteile aus der Suspension, jedoch steigt der Anteil der biologisch verwertbaren Bestandteile in der abgetrennten Schwerstofffraktion. Diese werden som it den nachgeschalteten Verfahrensstufen zur Verwertung der Suspension entzogen. Ein Erhöhen des Spülwasserstromes h ingegen hat eine gegentei l ige Wirkung, näml ich der Antei l der biologisch verwertbaren Bestand- tei le in der abgetrennten Schwerstofffraktion sinkt zwar, aber d ie Abtrennung der leicht sedimentierbaren Bestantei le aus der Suspension verschlechtert sich. Die Fig. 1 zeigt diesen gegenläufigen Effekt anhand von Betriebsergebnissen einer Verfahrensstufe mit hydrodynam ischer Schwerstoffabscheidung in einer Vergärungsan lage für 75.000 Mg/a organ ische Abfäl le.
U m den Frischwasserbedarf und folgl ich auch der Abwasseranfal l zu begrenzen, ist es - vor al lem aus ökonom ischen als auch ökologischen Aspekten - wichtig, als Spü lwasser Brauchwasser einzusetzen, das in der An lage rezirku l iert wird (Prozesswasser). Dies erfordert eine Verfahrensstufe, die das Prozesswasser in Bezug auf d ie Druckn iveaus im Schwerstoffabscheider unter ausreichend hohem Druck zur Verfügung stel lt. U nter dem Aspekt von Kosten und Raumbedarf müssen d ie Durchmesser der Prozesswasserleitungen begrenzt werden. H ierbei wurde erfinderseitig erkannt, dass im Stand der Techn ik periodisch hohe Prozesswasserbedarfsspitzen beim Schwerstoffabscheider selbst als auch bei anderen vor- oder nachgeschalteten Aggregaten der nassmechanischen Aufbereitungsan lage auftreten. Dies führt dazu, dass es in der Prozesswasserversorgung des Klassierrohres immer zu erhebl ichen Druckschwankungen kommt. Aufgabe der Erfindung ist es nun den Trenngrad der Vorrichtung zu verbessern und die Verunrein igung der abgetrennten Fraktion zu reduzieren. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 3. Grundgedanke der Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der oben geschi lderten Wirkungen des Spü lwasserstromes, dass in Abhängigkeit des Anforderungsprofi les für den Anlagenbetrieb ein Optimum an Menge und Druck des Spülwasserstroms zum Klassierrohr ermittelt und entsprechend der Volumenstrom des Spülwassers eingestellt wird. Ferner ist es Teil der Erfindung, den Spülwasserverbrauch zur Speicherkammer zu minimieren.
Die Steuertechnik der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die oben dargestellten erheblichen Druckschwankungen in der Spülwasserversorgung des Klassierrohres und der Speicherkammer. Dadurch kann die negative Beeinträchtigung der Abscheideleistung eliminiert werden, womit die Trennqualität der abgetrennten Schwerstoffe steigt und ein verminderter Spülwasserbedarf die Folge ist.
Die Einstellung des Spülwasserstromes betrifft erfindungsgemäß einerseits den Zulauf zum Klassierrohr und andererseits zu der vom Klassierrohr separierten Speicherkammer, in die die abgeschiedenen Schwerstoffe eingebracht werden. Mit anderen Worten werden sowohl das Klassierrohr als auch die separate Speicherkammer mit Spülwasser beaufschlagt. Dies erfolgt derart, dass der Zulauf zum Klassierrohr geregelt und der Zulauf zur Speicherkammer gesteuert abläuft. Während die Regelung einen Vergleich zwischen Ist-Zustand und Soll-Zustand ermittelt und in Abhängigkeit hiervon ein Stellglied schaltet, konzentriert sich die Steuerung des Zulaufs zur Speicherkammer auf die Detektion des Ist-Zustandes, um ein entsprechendes Stellglied zu schalten.
Zur DE 195 05 073 A1 wurde die nachteilige Wirkung der schlagartigen Entleerung des Klassierrohres im Stand der Technik bereits angesprochen. Um nun eine solche schlagartige Entleerung des Klassierrohres in die erfindungsgemäße separate Speicherkammer zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Speicherkammer nachfolgend einer Entleerung mit Spülwasser in gesteuerter Weise zu fluten. Hierbei erfolgt die erforderliche Entlüftung der Kammer über eine am oberen Ende der Kammer angeordnete Entlüftungs- bzw. Überlauföffnung. Um den Spülwasserbedarf der Speicherkammer nun zu minimieren und das oben beschriebene Problem zu lösen, dass bei einer Speicherkammer, die mit Spülwasser nur teilgefül lt ist, durch das Öffnen der Absperrarmatur zum Klassierrohr die Zone der selektiven Abtrennung der Schwerstoff gestört und die Selektivität des Trennergebnisses verschlechtert werden, wird der Schwerstoffabscheider erfindungsgemäß mit einer Detektion des Schwerstofffül lstandes in der Speicherkammer zum Initiieren ihrer Entleerung und einer Detektion des Spülwasserüberlaufes bei ihrer Befül lung mit Spülwasser ausgerüstet. Die Entleerung der Speicherkammer erfolgt erst, wenn der maximale Fül lstand an Schwerstoffen in der Speicherkammer mittels Messung festgestel lt wird. Somit wird immer eine vol lständige Fül lung der Speicherkammer gewährleistet und folgl ich die Anzahl der erforderl ichen Entleervorgänge minimiert. Das Befüllen der Speicherkammer mit dem Spülwasser wird erst beendet, wenn im Überlauf der Speicherkammer Prozesswasser detektiert wird. Beide Ausrüstungsmerkmale führen zu einem minimalen Bedarf an Spülwasser.
Dieser Befül lvorgang der Kammer mit Prozesswasser kann auch zeitgesteuert und Gewährleistung einer gemessenen vol len Speicherkammer erfolgen. Die Steuerung muss dabei folgenden Sachverhalt zu berücksichtigen wissen:
Um einen Rückstau der Schwerstoffe in das Klassierrohr zu vermeiden, der eine Verstopfung des Klassierrohres hervorrufen kann, muss die Entleerung der Speicherkammer ausreichend früh erfolgen. Dadurch ist die Speicherkammer bei Entleerung häufig nicht vol lständig mit abgetrennten Schwerstoffen gefül lt. U m die gleiche Menge an Schwerstoffen abtrennen zu können, sind somit mehr Entleer- Befül l-Zyklen notwendig. Da die Speicherkammer vor Öffnen der Absperrarmatur zum Klassierrohr wieder mit Spülwasser gefül lt sein muss, führt eine höhere Anzahl von Entleer-Befül l-Zyklen zu einem höheren Spülwasserverbrauch. Bei einer anderen präferierten Ausführung wird die Entleerung der Speicherkammer durch die Detektion des maximalen Fül lstandes an Schwerstoffen initiiert und die Zufuhr von Prozesswasser beim Befül len der entleerten Speicherkammer durch eine Detektion des Überlaufes von Prozesswasser aus der Kammer beendet. Die Entleerung der Speicherkammer erfolgt nach Detektion des maximalen Schwerstofffüllstandes durch das Schließen der Absperrarmatur zum Klassierrohr und Öffnen der unteren Absperrarmatur der Speicherkammer.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden der Speicherkammer zeitgesteuert kurze Spülwasserstöße zugeführt, um ein Verbacken der Schüttung der Schwerstoffe in der Speicherkammer zu verhindern. Damit kann die Schüttung beim Öffnen der Kammer vol lständig herausfal len bzw. entnommen werden.
Zur Regelung des Spülwasserstromes zum Klassierrohr werden derartige Stel lgl ieder mit einem Durchflussmesser für das Spülwasser kombiniert. Dieser Durchflussmesser muss für feststoffhaltige Wasserströme geeignet sein. Die Detektion des Überlaufes des feststoffhaltigen Prozesswassers zum Fül len der Kammer erfolgt mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 die Konzentration an leicht sedimentierbaren mineral ischen Stoffen in einer Abfallsuspension nach hydrodynamischer Schwerstoffabscheidung in 1 0 g/l (·) und Anteil der Organik in der Trockenmasse der abgetrennten Schwerstoffe (Δ) in Abhängigkeit der Erhöhung des Spülwasserstromes zeigt;
Fig. 2 einen geregelten Spülwasserstrom zum Klassierrohr bei Einsatz eines Prozesswassers aufzeigt, das suspendierte Stoffe enthält, mit Einsatz eines Scheiben-Stel lorgans mit integrierter Durchflussmessung
Fig. 3 ein Schema einer erfindungsgemäßen Ausführung einer hydrodynamischen Schwerstoffabscheidung zeigt; und Fig.4 Führungssprungantworten des Regelkreis bei einem Durchfluss von 500 l/h für Frischwasser und feststoffhaltigen Prozesswasser zeigt. Zur Produktion von Spülwasser wird bei der Aufbereitung von Stoffgemischen zunächst das Prozesswasser für Spülzwecke mittels einer Fest-Flüssig-Trennung prozessintern erzeugt. Insbesondere bei der Aufbereitung und Verwertung von organischen Abfällen ist das Erzeugen eines feststoffarmen Prozesswassers problematisch. Dies liegt daran, dass Suspensionen aus organischen Abfällen faserige als auch sehr feinkörnige schleimige Bestandteile mit einem geringen Dichteunterschied enthalten. Dies führt dazu, dass die Prozesswassergewinnung bei einem wirtschaftlichen Einsatz von Fällungs- und Flockungsmitteln ein Spülwasser mit einem erheblichen Gehalt an suspendierten Stoffen von 1 bis 10 g/l liefert. Auch eine zweistufige Entwässerung wie eine Kombination aus Dekanter- Zentrifuge mit Polymerdosierung und anschließender Feinsiebung des Zentrats z.B. mittels 250 μνη Spaltsieb liegt die Konzentration der suspendierten Stoffe im Prozesswasser häufig im Bereich von 0,5 bis 4 g/l.
Um eine gleichmäßige Spülwasserzufuhr zu erreichen, kann die Wahl des Stellgliedes in Abhängigkeit des Aufschlämmanteils im Prozesswasser dabei entscheidend sein. Dies ist vor allem auf ein zufälliges partielles Verlegen durch die im Prozesswasser suspendierten Stoffe im Stellglied zurückzuführen. Als geeignete Stellglieder haben sich Stellglieder aus Scheiben, die über eine Achse gegeneinander verstellt werden und deren gegenläufige Bewegung den freien Durchgang stufenlos verändert, Schlauchquetschventile, Kugelsektorventile oder Kugelhähne erwiesen.
Aufgrund der bereits oben erwähnten erfinderseitig zu handhabenden Druckschwankungen in der Prozesswasserversorgung variiert der diesbezügliche Volu- menstrom bei der Befüllung der Speicherkammer entsprechend. Dies hat zur Folge, dass entsprechende Zeitreserven für den Füllvorgang vorzusehen sind, um eine vol lständige Befül lung der Kammer sicherzustel len. Diese Zeitreserven können zu einem unnötig großen Prozesswasservolumen führen, das aufbereitet und auf Druck gehalten werden muss. U m dies zu vermeiden, wird der Prozesswasserbedarf zum Fül len der Kammer in einer vorteilhaften Ausführung entweder mittels einer Fül lstandsmessung in der Speicherkammer oder mittels Detektion des Prozesswasserüberlaufs aus der Speicherkammer minimiert.
Fig. 3 zeigt ein Schema einer erfindungsgemäßen Ausführung einer hydrodynamischen Schwerstoffabscheidung bestehend aus Hydrozyklon (1 ), Klassierrohr (2) und Speicherkammer (3). Bei der erfindungsgemäßen Ausführung dieser hydrodynamischen Schwerstoffabscheidung wird der Spülwasserstrom zum Klassierrohr (4) geregelt und zur Speicherkammer (5) gesteuert. Bei einer präferierten Ausführung erfolgt das Einstel len des Spülwasseraufstromes in das Klassierrohr mittels eines Stel lgl iedes (6), das von suspendierten Stoffen nicht leicht verlegt wird und einen selbstreinigenden Effekt hat, wie sie oben genannt sind.
Bei einer anderen präferierten Ausführung wird die Zufuhr von Prozesswasser beim Befül len der entleerten Speicherkammer durch eine Detektion des Überlaufes von Prozesswasser (7) aus der Kammer gesteuert. Zur Regelung des Spül wasserstromes werden die oben als geeignete Stel lgl ieder genannten Elemente in bevorzugter Ausführung mit einem Durchflussmesser für das Spülwasser (8) kombiniert. Dieser Durchflussmesser muss für feststoffhaltige Wasserströme geeignet sein. Die Detektion des Überlaufes des feststoffhaltigen Prozesswassers (7) zum Fül len der Kammer kann mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke erfolgen.
Versuche, den Spülwasseraufstrom im Klassierrohr mittels eines Kugelhahnes zu steuern, brachten bereits befriedigende Ergebnisse. Die folgende Tabel le gibt die Entwicklung des Spülwasseraufstromes über den Versuchszeitraum wieder. Der Sol lwert des Spülwasseraufstromes war 500 l/h. Dabei wurde die Korrektur der Stellung des Kugelhahnes nach Vorgabe manuell vorgenommen. Periodisch wurde der Kugelhahn kurzzeitig voll geöffnet, um Feststoffanlagerungen wegzuspülen.
Versuchsdauer Spülwasseraufstrom Spülvorgang
Aktueller Wert Korrigierter Wert durchgeführt
[min] [l/h] [l/h]
0 500 500 Nein
1 5 481 498 Nein
30 487 502 Nein
45 469 500 Nein
60 451 505 Nein
75 425 500 Ja
90 458 500 Nein
105 490 503 Nein
120 473 505 Nein
1 35 498 498 Nein
1 50 479 500 Nein
1 65 466 497 Nein
180 453 502 Nein
1 95 438 497 Ja
210 489 501 Nein
225 473 498 Nein
240 478 503 Nein Kugelsektorventile sind jedoch für derartige Steuerungen von feststoffhaltigen Stoffströmen konstruktionsbedingt einem Kugelhahn noch überlegener, da die Dichtungen im Kugelsektorventil den abrasiven Schwerstoffen weniger ausgesetzt sind.
Motorregelventile in Flachdrehschieber-Konstruktion im Drosselorgan ermöglichen eine lineare Durchflussänderung. In Verbindung mit einem Elektromotor stellen derartige Ventile einen proportional-regelnden Aktor dar, der auch bei feststoffhaltigem Prozesswasser einen konstanten Spülwasserstrom sicherstellt. Um auch bei Ausfall der Stromversorgung den Spülwasserstrom so konstant wie möglich zu halten, wird die Regelung so konzipiert, dass bei Spannungsausfall die zuvor eingenommene Ventilstellung erhalten bleibt.
Versuche mit Wasser zum Regelverhalten der Aufstromregelung mittels Flachdreh- schieber-Drosselorgan ergaben ein schnelles Einregeln beim Start des Systems und bei Änderungen des Sollwertes sowie ein gutes Regelverhalten für ein Ausregeln von Druckänderungen (Fig.4). Eine Einstellung des Reglers mittels Ziegler- Nichols-Verfahren ergibt ein gutes Regelergebnis. Da der Volumenstrom des Aufstromwassers einen deutlichen Einfluss auf den Verlauf der Führungssprung- antworten des Regelkreises hat, führt eine Einstellung des Reglers beim Soll- Durchfluss zum besten Regelergebnis. Dabei zeigte sich, dass eine Pl-Regelung (proportional-integral Controller) ausreichend ist und zu einer geringeren Beanspruchung des Stellglieds führt. Ein mit Frischwasser parametrierter Regler zeigt bei feststoffbel astetem Spülwasser aufgrund von größerer Überschwungweite und größerer Ausregelzeit kein optimales Regelverhalten (Fig.4). Folglich muss der Regler mit dem Spülwasserstrom der Betriebsanlage eingestellt werden.
Fig.2 zeigt das Betriebsergebnis des hydrodynamischen Schwerstoffabscheiders mit geregeltem Spülwasserstrom zum Klassierrohr bei Einsatz eines Prozess- wassers, das suspendierte Stoffe enthält, und sich eines Flachdrehschieber-Drosselorgan in Kombination mit einer vorgeschalteten magnetisch-induktiven Durch- flussmessung bedient. Durch diese System komponenten konnte die Zufuhr an feststoffhaltigem Prozesswasser zum Klassierrohr relativ konstant auf dem Sollwert gehalten werden.
Allgemein ist ein Verlegen der Ventile durch suspendierte Stoffe nicht vollständig auszuschließen. Deshalb wird zur Beseitigung derartiger Verlegungen das Stellglied in einer vorteilhaften Ausführung gezielt kurzfristig vollkommen aufgefahren, damit sich mögliche Verlegungen vollständig ablösen. Diese kurzfristige Vollöffnung erfolgt zeitgesteuert und begünstigt das Einregeln eines konstanten Spülwasserstromes.
Versuche mit Frischwasser als auch mit Prozesswasser ergaben, dass beim Befüllen der Kammer in deren Überlaufleitung der Phasenwechsel zwischen Entlüftungsluft und überströmender Flüssigkeit zuverlässig mittels kapazitivem Näherungsschalter oder Infrarot-Lichtschranke gemessen werden kann.

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur hydrodynamischen Schwerstoffabtrennung aus einer Aufschlämmung, aufweisend einen die Aufschlämmung aufnehmenden Hydrozyklon (1), ein sich an den Hydrozyklon anschließendes Klassierrohr (2) und eine die abgetrennten Schwerstoffe aufnehmende separate Speicherkammer (3), wobei ein mittels Regelkreis und Stellglied geregelter Spülwasserstrom zum Klassierrohr (2) vorgesehen ist, und ein mittels Stellglied gesteuerter Spülwasserstrom zur Speicherkammer (3) vorgesehen ist, zu dem ein Sensor vorgesehen ist, der eine Detektion des Füllstandes der Schwerstoffe und eines Spülwasserüberlaufes der Speicherkammer einbezieht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Drosselorgan ist, bei dem Scheiben über eine Achse gegeneinander verstellt werden, und deren gegenläufige Bewegung den freien Durchgang verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Flachdrehschieber ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Schlauchquetschventil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Kugelsektorventil ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Kugelhahn ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Spülwasserstroms zum Klassierrohr ein Durchflussmesser (8) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass d Durchflussmesser (8) ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (7) zur Detektion von Spülwasser in einem Überlauf an der Speicherkammer (3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Detektion von überlaufendem Spülwasser einen kapazitiven Näherungsschalter aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Detektion von überlaufendem Spülwasser eine Infrarot- Lichtschranke aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7) zur Detektion des Fül lstandes der Schwerstoffe einen Vibrationsgrenzschalter aufweisen.
1 3. Verfahren zur hydrodynamischen Schwerstoffabtrennung aus einer
Aufschlämmung, wobei
eine Aufschlämmung einem Hydrozyklon (1 ) zugeführt wird, hiervon abgetrennte Schwerstoffe anschl ießend in ein mit Spülwasser beaufschlagbares Klassierrohr (2) zur weiteren Trennung geleitet wird,
nachfolgend die abgetrennten Schwerstoffe in einer separaten Speicherkammer sedimentiert werden, wobei dem Klassierrohr mittels Regelkreis und Stel lgl ied in geregelter Weise ein Spülwasserstrom zugeleitet wird, und der Fül lstand der Speicherkammer mittels Sensor detektiert wird, um aus dem detektierten Fül lstand die Speicherkammer in gesteuerter Weise mit Spülwasser zu fluten.
Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgl ied, bzw. Drosselorgan zur Steuerung des Spülwasserstromes zum Klassierrohr zeitgesteuert für kurze Zeitinterval le vol lständig aufgefahren wird.
1 5. Verfahren nach Anspruch 1 3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülwasserstrom zum Klassierrohr mittels eines magnetischinduktiven Durchflussmessers geregelt wird.
1 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Spülwasserstromes zum Klassierrohr mit einem Pl-Regler erfolgt. 1 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parametrierung der Regelung des Spül wasserstromes zum Klassierrohr (2) bei Sol ldurchfluss mit Spülwasser erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fül lvorgang der Speicherkammer (3) mit Spülwasser durch Detektion von Spülwasser im Überlauf beendet wird.
1 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3 bis 1 8, dadu gekennzeichnet, dass der Speicherkammer zeitgesteuert kurzze Spülwasser zugeführt wird.
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