NO301312B1 - Fortykning av finfordelte partikler i suspensjon - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fortykning og klaring av finfordelte partikler i suspensjon, hvorved fortykningen og klaringen utføres samtidig med pulsert filtrering. Oppfinnelsen angår også en anordning i form av en filtermodul for utførelse av fremgangsmåten.

Fortykning og klaring av finfordelte partikler, dvs. finere partikler i mer eller mindre jevn fordeling, i suspensjon utføres ofte som gravitasjonsseparering ved sedimentering eller avsetning i store fortykkelsesenheter, dvs. separasjonskar med stort tverrsnittsareal, slik at en så økonomisk separering som mulig skal kunne gjennomføres. Konvensjonell filtrering med filtermedium av tekstil har vist seg altfor uøkonomisk ved fortykning av finfordelte eller finpartikulære suspensjoner, bl.a. av grunner som det skal redegjøres for i det følgende. Jo finere de faste partikler er i suspensjonen, desto vanskeligere er de å holde tilbake på filterduken i tilstrekkelig tykke sjikt, og de partikler som blir holdt tilbake vil få tendens til kraftig opphopning til en sammenhengende filterkake som er vanskelig å fjerne med de metoder som foreligger for konvensjonell filtrering. Jo mer f in-partikulære de faste bestanddeler er, desto mer besværlig blir således en konvensjonell filtrering slik som antydet ovenfor, men også separering ved hjelp av tyngdekraften (gravitasjonsseparering) i store fortykningsenheter blir mindre og mindre effektiv ettersom sedimentasjonshastigheten reduseres kraftig med redusert partikkel-størrelse. Derved reduseres produktiviteten, og av denne grunn må enten større fortykningsenheter anvendes for samme kvantitet og/eller flokkingsmidler må tilsettes for å forbedre sedimenter-ingen. Flokkingskjemikalier er imidlertid kostbare både når det gjelder innkjøp og håndtering, og de utgjør ofte en ikke ønsket belastning eller bestanddel i det fortykkede produkt. Et alternativ ville kunne være en kombinasjon av sedimentering og filtrering, hvorved de grovere partikler kunne sedimenteres ved hjelp av gravitasjonskraften, mens finere partikler kunne fanges opp på filtere, imidlertid er slike fremgangsmåter ikke tilgjengelig innenfor den rådende teknologi. Visselig har nye filtermedier blitt introdusert på markedet, hvilke muliggjør oppfanging av stadig finere partikler, men de ovenfor antydede problemer med tilstopping av filterdukene blir snarere verre, det samme gjelder problemet med fjerningen av allerede dannede filterkaker. En slik tenkt kombinasjonsmåte ville i såfall kreve meget store filteroverflater for i størst mulig grad å redusere den spesifikke belastning ved filtreringen.

Det foreslås i det sveitsiske patentskrift CH-A-657066 en kontinuerlig fortykning av suspensjoner ved hjelp av rørformede filterelementer i en lukket filterfortykningsenhet. For å befri filterelementene fra tilstoppende filterkake er de anordnet i flere og parallelle samlerør som kan skiftes ut ett for ett. Deretter kan et trykkstøt, f.eks. av luft føres gjennom samlerøret og det filterelement som er koblet til dette, i motsatt retning av filtreringsretningen, for å befri filterelementene fra avsatt f ilterkake. I DE-C-244878 beskrives videre en lukket f ilterf ortyk-ningsenhet av eldre og mer komplisert konstruksjon, denne anfører renblåsing av filterelementene uten avbrudd i filtreringen.

Nylig er foreslått en filtreringsmåte som i en viss utstrekning anvender en lignende filterfortykningsenhet, denne måte beskrives i en artikkel av G.R.S. Smith og CR. Rinschler i Min & Met Proe, aug. 1990, s. 169 ff. Metoden kalles i artikkelen "back-pulse filtration", hvilket kan oversettes med "pulsert filtrering", og dette uttrykk skal brukes i det følgende.

Ved utvikling av stadig mer effektivt filtermediummateri-ale har det tildels vært mulig å fange opp stadig finere partikler, men problemene med tilstopping og rensing av filtrene øker derved, slik det er beskrevet ovenfor.

Den nå beskrevne pulsering løser imidlertid en del av disse problemer. Filtreringen gjennomføres således ved hjelp av rørformede filtere med høyeffektive filtermedia basert på ekspandert polytetrafluoretylen (PTFE). Slike filtermedia mar-kedsføres f.eks. under varmerket GORETEX. De rørformede filtere dannet av slike filtermedia virker derved omtrent som de slange-f il ter kammer e (bag-houses) som finnes for rensing av gasser. Etter en viss filtreringstid reverseres væskestrømmen slik at allerede filtrert væske vil strømme tilbake gjennom filtermediet og derved bryte ned den f ilterkake som er dannet på utsiden av dette. Revers-eringen avbrytes etter meget kort tid, f .eks. etter 1-3 sekunder, hvoretter filtreringen gjenopptas som før, og den kan derfor i praksis anses å være kontinuerlig. Frigjorte biter av filterkaken løsner fra filtermediet og faller raskt ned mot bunnen under dannelse av en suspensjon med stor tetthet, siden de avbrutte filterkakebiter ikke kommer til å løses opp igjen på ny. Fra bunnen kan derfor en fortykket suspensjon tas ut. Filtreringen kan utføres ved hjelp av pumper under suging eller ved trykk. Filtrene kan være helt lukket, slik at giftige eller ildsfarlige væsker kan behandles.

Pulsert filtrering nevnes i artikkelen å være egnet for en rekke anvendelser, bl.a. i enkelte tilfeller for fortykkelse i stedet for gravitasjonsseparering, et eksempel er metall-hydroksidfiltrering, såkalt bakvann fra papirmaskiner, slam fra avsvovling av avgasser, og industrielle avfallsløsninger. For behandling av bakvann som kan betraktes som en høytetthetssuspen-sjon foreslås også en kombinert filtrering/klaring, hvorved man anvender et stort kar med en rake i bunnen, og i dette kar benyttes både sedimentering såvel som pulsert filtrering.

Det å anvende pulsert filtrering for fortykning og klaring ifølge det som her er nevnt, begrenses imidlertid av filtrerings-kostnadene, rent kostnadsmessig kreves nemlig at det behandlede produkt har eller i det minste får en viss verdi som tilsvarer de økede kostnader. Filterenhetene må av praktiske grunner i en viss utstrekning begrenses i størrelse, hvorved også f ilterf låtene begrenses.

En årsak til at pulsert filtrering utført ifølge tek-nikkens stand i praksis er begrenset når det gjelder filterflater og størrelsene av separasjonskarene er at store volumer filtrert væske må reverseres, hvilket bl.a. krever store og avanserte pumper. En eventuell tilstopping av ett eller annet separat, rørformet filter innebærer også driftsavbrudd for hele filteren-heten så lenge det tilstoppede filteret er ute for rensing.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å presentere en fremgangsmåte og en anordning for fortykning og klaring av finfordelte partikler i suspensjon under samtidig pulsert filtrering. På denne måte kan fortykning og klaring utføres uten behov for spesielle kar og uten at de ulemper som er nevnt ovenfor kommer til å påvirke driften i negativ retning. Fremgangsmåten kjennetegnes i dette henseende ved de trekk som fremgår av de etter-følgende fremgangsmåtekrav 1-3. Anordningen som er i form av en separat filtermodul kjennetegnes av de trekk som fremgår av de etterfølgende patentkrav 4-8.

Ifølge oppfinnelsen gjennomføres således en pulsert filtrering samtidig med fortykningen og klaringen, ved hjelp av filtermoduler som anbringes delvis nedsenket i suspensjonen. Fortrinnsvis gjennomføres filtreringen i flere og separat operative f iltermoduler som hovedsakelig anbringes jevnt fordelt over suspensjonens overflate. Filtermodulene kan ifølge oppfinnelsen senkes ned i det kar eller lignende hvor suspensjonen ellers behandles, eller i et annet kar eller lignende, særskilt utformet for formålet, eventuelt direkte i en eller annen form av reservoar hvor suspensjonen hendelsesvis befinner seg, så som i avfalls-dammer, sjøer eller brønner. Det er hensiktsmessig og fordelaktig å styre filtreringen i hver filtermodul separat med hensyn til hver moduls aktuelle filtreringsevne som forøvrig kontinuerlig kan følges opp. Dette kan f.eks. skje ved kontinuerlig måling av trykkfallet over hver separat modul, og når trykkfallet når en forhåndsgitt verdi reverseres filtreringen for oppbryting og fjerning av filterkaken. Det er naturligvis også mulig å gjen-nomføre den individuelle styring på annen måte, f.eks. ifølge et forutbestemt tidsskjema, slik at minst mulig forstyrrelse skal forekomme i enhetens komplette fortykningsprosess. Separate moduler kan naturligvis når som helst og uten vanskelighet frakoples driften hvis f.eks. en vanskelig tilstopping inntreffer eller når ett eller annet filterelement blir skadet eller på annen måte kommer til å funksjonere dårlig. Reparasjon av en separat modul kan derved uten problemer gjennomføres uten at driften i hele fortykningsenheten behøver å stanses.

Hver filtermodul ifølge oppfinnelsen har ett eller flere parallelt arbeidende, vertikale og rørformede filterelementer som er montert i en plate, samt en anordning som er felles for samtlige filterelementer og beregnet for tilførsel og fjerning av væske og eventuelt luft for drift av dem. Anordningen for tilførsel og fjerning av væske innbefatter et lokk som under driften ligger tett an mot platen på oversiden av modulens filterelementer, og rørstusser anordnet i lokket for tilkopling til ytre ledninger. Slike ledninger føres til en passende type pumpeanordning for å besørge den pulserende tilførsel og fjerning av væske og som trengs for den pulserte filtrering. En passende pumpetype er en peristaltisk pumpe som kan egne seg godt ved raske reverseringer under pumpingen. Også enklere pumpeanordninger basert på undertrykk vil være egnet ved større f iltratmengder. Til og med en enkel anordning basert på hevertprinsippet kan benyttes i denne sammenheng.

Filtermodulen ifølge oppfinnelsen utføres passende med sirkulært tverrsnitt, og filterelementene anordnes passende med i det minste en del av filtersammenstillingene i sirkel. I hvert rørformet filterelement i filtermodulen utføres med fordel den øverste del som ikke er innrettet for å stå i kontakt med suspensjonen, vesentlig ugjennomtrengelig for luft. For å til-rettelegge for reparasjon m.m. av filtermodulene utføres fortrinnsvis hvert rørformet filterelement individuelt utbyttbart i modulen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til de tilhørende tegninger, hvor fig. 1 viser et oppriss av en fortykningsenhet i tverrsnitt, mens fig. 2 viser den øvre delen av en filtermodul ifølge oppfinnelsen, også i tverrsnitt.

På fig. 1 vises en stor fortykningsenhet 10 som består av et sedimenteringskammer 11 med en øvre sylindrisk del 12 og en nedre konisk del 13. Sedimenteringskammeret begrenses derved av en sylindrisk vegg 14 og en konisk bunn 15. Fortykningsenheten 10 har også et stativ 16 som hviler på et underlag 17. På oversiden av sedimenteringskammeret 11 er anordnet et gulv 18 som hviler på den øvre del av veggen 14. I gulvet 18 er anordnet flere hull 19 som f iltermoduler 20 ifølge oppfinnelsen plasseres i, av disse er på tegningen vist fire stykker. Hullene 19 er passende anordnet i sirkelform over gulvets 18 plan. På fig. 1 kan man tenke seg at hullene 19 er anordnet langs to sirkler med forskjellig diameter, men med samme sentrum i gulvets midte. Hver filtermodul 20 innbefatter flere rørformede f ilterelementer 21, av disse vises tre. Også de rørformede filterelementer 21 kan anordnes slik at de fleste følger en sirkel i hver modul 20 på samme måte som omtalt for selve modulene 20, men passende med ett filterelement 21 i modulens 20 sentrum 22. Hver filtermodul 20 er utrustet med en eller flere rørstusser 23 i sitt lokk 24. På tegningen er hvert lokk 24 vist utrustet med tre rørstusser 23, men i enkelte tilfeller vil det være tilstrekkelig med én rørstuss 23. Fortykningsenheten 10 er også utrustet med en roterbar skrape 25 som drives via en aksel 26 koplet til en hver ikke vist drivanordning. Skrapen 25 er tilpasset utskraping av fortykket bunnsuspensjon som inne-holder sedimentert og fast materiale falt ned fra f ilterelementene, gjennom en mateåpning 27, slik at den fortykkede suspensjon kan tas ut fra fortykningsenheten 10 via en ledning 27A slik som antydet med en vertikal pil. Den væske som skal fortykkes tilføres under fortykningen kontinuerlig via et innløp 40 og tas ut også hovedsakelig kontinuerlig gjennom i det minste noen av rørstussene 23 i hver modul 20. Det øvre væskenivå i fortykningsenheten 10 er for driftstilstanden antydet med en linje 28 på fig. 2.

Fig. 2 viser den øvre del av en filtermodul 20 i en foretrukket utførelsesform. Filtermodulen 20 innbefatter en monteringsplate 29 som det er anordnet åpninger 30 i, på figuren vises fem slike åpninger, hvorav tre med innsatte tilpassede rørformede filterelementer 21. Hvert rørformet filterelement 21 er festet til platen 29 ved hjelp av et tilpasningsstykke 31 som har et håndtak 32 for benyttelse ved inn- hhv. utmontering av filterelementet 21. Hvert filterelement 21 er i sin øvre del utrustet med en tett, dvs. ikke-gassgjennomtrengelig mantel 21A, mens resten av filterelementet 21 har en mantel 21B som består av et filtermedium for svært finkornede partikler, fortrinnsvis er dette filtermedium av PTFE-type. På oversiden av platen 29 er lokket 24 montert slik at det under modulens drift ligger tett an overfor omgivelsene, for å gi det ønskede væske- og/eller luft-trykk under lokket 24. Lokket 24 vises her tettet med en tet-ningslist 33. Det er svingbart montert på en aksel 33A og avsteng-og låsbart ved hjelp av en stengeanordning 34. Hele filtermodulen 20 hviler via et stag 35 og en ramme 36 forbundet med denne, på gulvet 18 langs kanten av åpningen 19, og filtermodulen kan skrus fast i gulvet ved hjelp av en bolt gjennom dertil anordnede hull 37 i både gulv 18 og ramme 36.

Ved drift av filtermodulen 20 kobles rørstussen 23A til en pumpe, fortrinnsvis av peristaltisk type. Pumpen bringes derved til å pumpe væske fra modulen 20, og derved suges væske opp fra fortykningsenheten som modulen 20 er plassert i ved dens samtlige f ilterelementer 21, og det som skjer er at det partikkelmateriale som befinner seg i væsken festes på yttersiden av f ilterelementene 21 under væskenivået 28, nemlig på de mantler 21B som rager ned fra filterelementene 21. På denne måte dannes en stadig tykkere f ilterkake. Den væske som suges gjennom mantlenes 21B filtermedium suges opp i det rom 38 som dannes under lokket 24 og på oversiden av modulens monteringsplate 29 rundt filterelementenes 21 øvre deler, og væsken føres videre ut gjennom rørstussen 23A til den ikke viste pumpe. Når filterkakene på filterelementene 21 har bygget seg opp i tykkelse slik at filtreringen begynner å bli dårligere eller det på annen måte, f .eks. ved tidsstyrt pulsering er aktuelt med en reversering (pulsformet), signaliseres om dette til pumpen som umiddelbart starter å pumpe tilbake væske gjennom stussen 23A til rommet 38 og videre ned gjennom de eneste mulige strømningsbaner som står til rådighet, nemlig inne i de rørformede f ilterelementer 21 og ut gjennom disses væskepermeable nedre mantel 21B. Herved kommer den f ilterkake som er bygget opp utenpå mantlene 21B til å brytes i stykker som følge av trykket fra den væskestrøm som kommer innenfra filterelementet 21, og filterkaken løsner i de avbrutte biter som faller ned under tyngdekraftens virkning. Etter en kort, gitt tidsperiode, vanligvis 1-3 sekunder, reverseres på ny pumpen og filtreringen gjenopptas i normal drift under dannelse av nye filterkaker på filterelementene 21.

Under reverseringsperioden kan også trykkluft utnyttes for å oppnå raskere og effektivere reverserings forløp, trykkluften bidrar nemlig på en effektiv måte til å trenge vekk væske i rommet 38 og tilføres av denne grunn gjennom den ene av eller begge rørstusser 23B.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir følgelig muligheter til å benytte en kombinasjon av sedimentering og filtrering uten behov for spesielle filterkar, hvorved filteroverflaten kan velges så stor som ønsket slik at effektiv fortykning oppnås. Ved å benytte et variabelt, gitt antall filtermoduler i fortykningsenheten kan det totale filtreringsareal velges innenfor meget vide grenser som ikke begrenses av dannelse av pulsert filtrering.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fortykning og klaring av finfordelte partikler i suspensjon under samtidig pulsert filtrering, KARAKTERISERT VED at en eller flere separat operative og lett flyttbare filtermoduler (20), hvilke filtermoduler ( 20 ) omfatter ett eller flere paralleltvirkende filterelement (er) (21), anbringes delvis nedsenket i suspensjonen av finfordelte partikler i åpne kar eller reservoarer, at den pulserte filtrering av suspensjonen gjennomføres i disse kar eller reservoarer ved hjelp av filtermodulene, og at hver filtermodul (20) arbeider separat sammen med en pumpeenhet som er koplet til den for å sørge for fortykningen og klaringen av suspensjonen under den samtidig pulserte filtrering gjennom de paralleltvirkende filterelementer (21) hos modulen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den pulserte filtrering utføres i flere, separat operative filtermoduler (20) som hovedsakelig er jevnt fordelt over suspensjonens overflate.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED utførelse i konvensjonelle fortykkere.

4. Filtermodul for anvendelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 - 3 og omfattende ett eller flere paralleltvirkende, vertikale, rørformede filterelementer (21) og en felles anordning for samtlige f ilterelementer (21) for tilførsel og bortføring av væske og eventuelt luft for drift av f ilterelementene (21), KARAKTERISERT VED at filterelementene (21) er montert i en plate (29) med et lett åpnbart lokk (24) som i stengt tilstand ligger tettende an mot platen (29) slik at det dannes et lukket rom (38) med innløp og utløp for væske og luft utelukkende gjennom tilkoplinger (23) i lokket (24) samt gjennom de øvre ender av f ilterelementene (21).

5. Filtermodul ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED et sirkulært tverrsnitt.

6. Filtermodul ifølge krav 4 og 5, KARAKTERISERT VED at den i det minste omfatter ett sett filterelementer (21) anordnet sirkulært.

7. Filtermodul ifølge krav 4-6, KARAKTERISERT VED at hvert rørformet filterelement (21) i den øvre del og som under drift ikke er innrettet for å være i kontakt med suspensjonen, er utført hovedsakelig ugjennomtrengelig for luft.

8. Filtermodul ifølge krav 4-7, KARAKTERISERT VED at hvert rørformet filterelement (21) er enkeltvis utskiftbart.