NO141978B - Fremgangsmaate og apparat til aa separere et suspendert materiale fra en vaeskestroem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat til kontinuerlig å separere ut suspendert materiale fra væsker. Apparatet er anvendelig til dette formål når væsken, som vanligvis er vann, kontinuerlig tilføres apparatet og det suspenderte materiale enten finnes i den tilførte væskestrøm eller helt eller delvis, f.eks. ved kjemikalietilsetning, frembringes i selve apparatet. Fra apparatet fåes likeledes kontinuerlig to strømmer som i det følgende vil bli betegnet som henholdsvis klartvann-strøm og slamstrøm. Klartvann-strømmen inneholder hovedparten av tilført væske og bare en liten del av det suspenderte materiale. Hovedparten av det suspenderte materiale finnes i slamstrømmen, som har forholdsvis høyt tørrstoffinnhold.

En slik separasjon kan bevirkes ved sedimentering hvis

det suspenderte materiale har større tetthet enn væsken. I mot-satt fall skjer en separasjon ved flotasjon. I tilfellet av en forskjell i tetthet mellom suspendert materiale og væske, kan separasjonen også bevirkes under utnyttelse av sentrifugal-kraften. Filtrering er en annen vanlig metode til å separere suspendert materiale fra væskestrømmer. Disse separasjons-mekanismer blir fra gammelt av benyttet i kjente apparater som sedimenteringsbassenger, fIotasjonsapparater, sentrifuger, sykloner og filtre.

Til tross for den mangfoldighet av apparater som finnes

for separasjon av suspendert materiale fra væskestrømmer, har det vist seg at ikke noe for tiden kjent apparat er uten

betydelige ulemper i spesielle tilfeller. Slike tilfeller forekommer f.eks. ved rensning av store awannstrømmer hvor det suspenderte materiale har liten partikkelstørrelse og har omtrent samme tetthet som vannet. Som et annet eksempel kan nevnes gjenvinning av fibre fra papirmaskiners nullvannsystem.

I slike tilfeller krever en effektiv separering av det suspenderte materiale fra væskestrømmen ved sedimentering lange oppholdstider for væsken i sedimenteringsapparatet, som dermed får uøkonomisk store dimensjoner. Ved å forkorte sedimenteringsveien ved hjelp av forskjellige former for faste innsatser er det mulig å forkorte oppholdstiden i en viss grad. Slamstrømmen tas imidlertid ut fra sedimenteringsapparatet ved pumping sammen med væsken, noe som fører til at slammet får lavt tørrstoffinnhold og i regelen må gjennomgå en sekundær avvanning i et annet apparat, f.eks. en sentrifuge eller filterbåndpresse for å kunne håndteres som fast materiale.

Ved filtrering kan suspenderte partikler skilles fra en væske uansett om der foreligger noen forskjell i tetthet mellom partikler og væske eller ikke. I filteret tas slamstrømmen i alminnelighet ut ovenfor den frie væskeoverflate i apparatet. Slammet får derfor relativt høyt tørrstoffinnhold. I et filter utgjør den dannende filterkake det filtrerende medium. Dette begrenser mulighetene for å anvende filtre til separasjon av suspendert materiale fra store væskestrømmer, idet den dannende filterkake, som er mikroporøs og dessuten kompressibel, danner en stor strømningsmotstand for væsken. Da hele væskestrømmen skal pasere filterkaken, behøves fra et økonomisk synspunkt urealistisk store filterflater hvis væskestrømmen er stor.

Fra svensk patentskrift 333 721 er der kjent et apparat til å separere suspendert materiale fra en væske under utnyttelse av strømningskanaler for suspensjonen, hvor kanalvegger anordnet i kanalens lengderetning forårsaker en hastighetsgradient i suspensjonen, hvorved det suspenderte materiale søker å vandre mot slike områder i suspensjonen hvor hastighetsgradienten er mindre så det fås en klar oppløsning og en tyknet oppløsning.

Dette kjente apparat har imidlertid altfor lav kapasitet til å finne noen anvendelse i praksis. For at der skal oppnås en hastighetsgradient i væskestrømmen, bør denne være laminær, noe som betyr at strømningshastigheten forblir så lav at man ikke med dette apparat kan oppnå annen praktisk anvendelig separasjonskapasitet.

Hensikten ved den foreliggende oppfinnelse er således å skaffe en fremgangsmåte og et apparat til separasjon av suspendert materiale fra en væskestrøm hvor ulempene ved tidligere metoder og apparater er eliminert, samtidig som der fåes god kapasitet. Oppfinnelsens vesentlige kjennetegn fremgår av patentkrav 1.

I et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelse blir de i og for seg kjente fysikalske separasjonsforløp utnyttet på en ny måte, slik at fordelene ved sedimentering og filtrering blir kombinert. Dette skjer i et apparat hvis prinsipielle utformning er anskueliggjort på tegningen. Fig. 1 viser skjematisk vertikalt lengdesnitt av apparatet. Fig. 2 viser apparatet sett fra sin ene kortside, tillike med de tilhørende ytre rørledninger. Fig. 3 viser tverrsnitt av en strømningskanal som er typisk for apparatet ifølge oppfinnelsen, og

fig. 4 viser den prinsipielle oppbygning av de spesielle elementer av apparatet som danner begrensningsvegger for strømningskanalene og inngår som vesentlige deler av apparatet.

Det apparat som fremgår av tegningen, blir imidlertid å oppfatte som et eksempel på en teknisk utførelse, idet også andre utførelser hvormed apparatets funksjon realiseres, kan komme på tale.

På tegningen betegner 1 et basseng som væsken som faste suspenderte partikler skal skilles fra, ledes til gjennom et innløpsrør 2. Dette munner ut på et vilkårlig sted i bassengdelen 3, som kan være forsynt med strømningsstyrende blikk 4, og som kan få tilført kjemikalier til å bevirke utfellning eller flokking til større agglomarater av de suspenderte partikler i væsken. I bassenget 1 sitter to eller flere elementer 5 som i det følgende vil bli betegnet som kassetter, og som er plasert slik at den ene ende av hver kassett ligger under væskeoverflaten 6, mens dens annen ende ligger ovenfor væskeoverflaten 6 i bassenget. På fig. 1 sees tre slike kassetter, men der kan gjerne være flere titalls kassetter i samme basseng.

Mellom kassettenes nedre ende og bassengets bunn er der levnet en fri strømningskanal 7 over hele bredden av bassenget 1. Gjennom denne strømningskanal kan væske fra bassengdelen 3 strømme til kanaler 8 som foreligger mellom de på hinannen følgende kassetter og strekker seg over hele bredden av bassenget. Kassettene hviler ved sine sidekanter på støttelister 9 festet til bassengets langsgående vegger. Disse lister hindrer også væske i å strømme fra en strømningskanal 8 til den neste mellom den langsgående vegg og kassettens. En typisk tverrsnittsform for strømningskanalene fremgår av fig. 3.

Kassettene 5 kan, om enn ikke nødvendigvis, være plasert slik i bassenget 1 at hver av dem kan løftes opp av bassenget uansett om de øvrige er på plass eller ikke. Likeledes kan kassettene utformes som identisk like enheter som kan skiftes ut seg i mellom.

Den prinsipielle oppbygning av kassettene 5 vil bli beskrevet under henvisning til fig. 1 og 4. Hver kassett om-fatter en ramme 10, som f.eks. er oppbygget av rør og blikk,

og som bærer to valser 11 og 12 plasert i hver sin ende av kassetten. Valsen 11, som sitter i den ende av kassetten som strekker seg opp over væskeoverflaten 6 i bassenget 1, drives av et maskineri 13, som kan bestå av en separat montert elektromotor på hver kassett eller være felles for valsene hos flere kassetter. Valsen 12, som ligger nedenfor væskeflaten i bassenget, er en vende-valse uten egen drift. Over disse valser løper en endeløs silduk 14 utført f.eks. som en plast- eller metallvire. Denne silduk drives rundt av valsen 11 ved hjelp av dennes drivmaskineri 13 slik at dukens øvre løp beveger seg skrått oppover og dens nedre løp beveger seg skrått nedover langs kassetten når denne er på plass i bassenget 1. Silduken er så bred at den strekker seg over hele kassetten til støttelistene 9 uten å berøre disse. Noen spesiell tetning av sildukens kant mot kassetten forøvrig behøves ikke.

I kassettens ramme under silduken er der innbygd minst to sugekasser 15 og 16. Til sugekassen 15 kan væske, via mang-foldige åpninger strømme gjennom silduken fra den strømnings-kanal 8 som ligger under vedkommende kassett. På tilsvarende måte kan væske strømme til sugekassen 16 gjennom silduken og via en mangfoldighet av åpninger dekket av silduken, fra den strømningskanal 8 som ligger over vedkommende kassett. Hver sugekasse står i åpen forbindelse (22) med hvert sitt rør 17

som delvis kan inngå i kassettens rammekonstruksjon, og som munner ut utenfor veggen av bassenget 1. Forøvrig er sugekassene avgrenset med lukkede vegger.

På fig. 2 sees hvorledes der til hvert rør 17 er sluttet fallrør 18 som via vannlåsen 19 munner ut i en åpen kanal 20

på et lavere nivå enn den frie væskeoverflate 6 i bassenget 1.

I rørene kan der være innskutt ventiler. Alternativt kan rørene 18 være tilsluttet en lukket rørledning hvorfra væske kan bringes til å strømme ved fri avrinning eller ved pumping. En lukket rør-ledning som alternativ til den åpne kanal 20 kan plaseres på

et nivå som er uavhengig av den frie væskeoverflate i bassenget 1.

Hver kassett er i den del som befinner seg ovenfor den frie væskeoverflate 6, utrustet med en innretning til å fjerne slam fra silduken, f.eks. en skraper 23 eller en anordning til trykk-luftgjennomblåsning av silduken innenfra og ut. Denne innretning vil imidlertid også kunne unnværes.

Separasjonsmåten vil nå bli beskrevet under henvisning

til tegningen. Gjennom rørledningen 2 får bassengdelen 3 til-ført den væske som inneholder de suspenderte partikler, eller fra hvilken de suspenderte partikler kan frembringes ved til-førsel av kjemikalier. I det sistnevnte tilfelle kan til-førselen av kjemikalier skje til bassengdelen 3, som kan forsynes med røreverk og strømningsstyrende blikk. Fra denne del av bassenget strømmer væsken med de suspenderte partikler ned i strømningskanalen 7 og derfra"opp i strømningskanalene 8 mellom kassettene 5 i apparatet. Antallet av slike kassetter og dermed også av strømningskanaler 8 i apparatet avpasses i forhold til den tilførte væskestrøm på en slik måte at strømningshastigheten i hver kanal blir tilstrekkelig lav til

at en sedimentering av de faste partikler ned mot den underliggende silduk 14 når å skje. Som følge av sedimenteringen

blir der nærmest undersiden av den ovenliggende kassett dannet et væskeskikt som bare inneholder en liten del av det suspenderte materiale. Væske fra dette skikt blir filtrert

gjennom silduken hos den overliggende kassett og inn i dens sugekasse 15, og trykkdifferansen over silduken blir i den forbindelse tilveiebragt ved at sugekassens væskeutløp

gjennom fallrørene 18 munner ut på et lavere nivå enn den frie væskeflate 6 i bassenget 1. Ved hjelp av ventilene 21

er det mulig å regulere volumhastigheten gjennom hver suge-

kasse og dermed også inn i hver strømningskanal 8 i apparatet.

Da hovedparten av de faste partikler i den væske som filtreres

inn i sugekassene 15, er fjernet fra denne del av væsken ved sedimentering, blir der ikke dannet noen tykk filterkake med stor strømningsmotstand ved denne filtrering. Hovedparten av tilført væskestrøm kan således filtreres fra sedimenteringens klarvæskeskikt.

Da silduken 14 på oversiden av den nedre av de kassetter 5 som begrenser den betraktete strømningskanal 8 i vertikalretning, beveger seg oppover som følge av rotasjonen av valsen 11, blir også det på silduken sedimenterende materiale transportert oppover på

den underliggende kassett. Herunder passerer sedimentkakene på silduken over'sugekassen 16 i kassetten hvorved forskjellen mellom trykkene i strømningskanalen 8 og sugekassen 16 komprimerer sedimentet på silduken, samtidig som en mindre del væske blir filtrert gjennom den dannende filterkake. Den således tyknede filterkake blir ved sildukens bevegelse ført opp over væskeflaten 6 i bassenget 1 og løst fra silduken, f.eks. med en skrape 23, samt ved hjelp av sildukene hos etterfølgende kassetter transportert ut av apparatet.

Fra porene i den således dannende filterkake er det mulig

å fjerne ytterligere vann ved, sugning av luft gjennom kaken.

Denne i og for seg velkjente teknikk kan utnyttes i det foreliggende apparat, men behøver det ikke. Hvis den benyttes,

blir en sugekasse i tillegg montert i kassetten i den del som ligger over den frie væskeflate 6. Denne sugekasse tilsluttes

et undertrykksystem som bevirker luftgjennomsugningen gjennom filterkaken. Denne mulighet er dog ikke anskueliggjort på tegningen.

Forsøk med en prototyp av det beskrevne apparat har

vist at det ved rensning av forskjellige typer av avfallsvann er mulig å bruke en midlere strømningshastighet i kanalene 8

i størrelsesorden 1 m/min, under dannelse et slikt klarvæskeskikt i den øvre del av strømningskanalen at hovedparten av tilført vann kan suges gjennom silduken til sugekassen 15.

En liten del av den tilførte væskestrøm kan filtreres gjennom filterkaken til sugekassen 16, men denne forholdsvis svake væskestrøm er tilstrekkelig til effektiv inntykning av filterkaken slik at denne kan følge med silduken opp over væskeflaten i apparatet.

Med denne strømningshastighet er væskestrømmen turbulent nær strømningskanalens øvre begrensningsflate-, hvor silduken beveger seg mot væskens hovedstrømningsretning. Det er derfor ikke mulig å opprettholde noen bestemt hastighetsgradient i væskestrømmen, og det er da heller ikke nødvendig eller tilstrebet i strømningskanalene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til å separere ut faste stoffer fra væskesus-pensjoner, hvor suspensjonen føres med oppadgående hovedstrømnings-retning mellom to over hinannen anordnede skrånende flater hvorav den nedre er bevegelig i forhold til den øvre i hovedstrømnings-retningen, og der dannes et område med høyere konsentrasjon ved sedimentering på den nedre flate og et område med lavere konsentrasjon på den øvre flate, karakterisert ved at suspensjonen i begge områder filtreres i tillegg ved avsugning av klarvæske og det partikkelskikt som tas med av den nedre flate, utmates fra suspensjonen.

2. Apparat til gjennomførelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor skråttstilte og i forhold til hinannen bevegelige flater er anordnet i et av suspensjonen gjennomstrømmet åpent basseng og løper i form av endeløse bånd over valser, karakterisert ved at de bevegede flater er ført som sil-duker (14) over sugekasser (15, 16) som er anordnet i bassenget (1) og hvori der hersker et lavere trykk enn i bassenget (1) og at den klare væske som suges inn i sugekassene (15, 16) gjennom silduken, kan ledes bort fra kassene (15, 16) gjennom åpninger (22) og ledninger (17, 18).

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at sugekassene (15, 16) tillike med silduken (14) som dekker dem, rager opp over væskespeilet (6) i bassenget (1) og der er forsynt med en innretning (23) til å fjerne det medførte partikkelskikt.

4. Apparat som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at vinkelen mellom sugekassene (15, 16) og hori-sontalen utgjør 10-60°.

5. Apparat som angitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at der ved de deler av sugekassene (15, 16) som rager opp over væskespeilet (6), er anordnet motorer (13) til drift av øvre valse (11).

6. Apparat som angitt i et av kravene 2-5, karakterisert ved at sugekassene (15, 16) med de tildekkende sil-duker (14) og drivmotorene (13) er utformet som enkeltvis utskift-bare kassetter (5).

7. Apparat som angitt i et av kravene 2-6, karakterisert ved at de ledninger (17, 18) som går ut fra sugekassene (15, 16) på et nivå nedenfor væskespeilet (6), munner ut i en åpen kanal (20) og der ved hver munning er anordnet en væskelås (19).

8. Apparat som angitt i et av kravene 2-7, karakterisert ved at der i de ledninger (18) som tjener til bort-ledning av klarede væsker, er anordnet ventiler (21) til regulering av væskestrømmen.

9. Apparat som angitt i et av kravene 2-8, karakterisert ved at der under det parti av silduken (14) som rager ut over væskespeilet (6), er anordnet en separat sugekasse som er tilkoblet en vakuumpumpe og tjener til tørring av det på silduken avsatte partikkelskikt.

10. Apparat som angitt i et av kravene 2-9, karakterisert ved at innretningen til å fjerne det av silduken (14) medførte partikkelskikt utgjøres av en luftdyse med spalteformig åpning som strekker seg over hele bredden av duken.