WO2017129419A1 - Vorrichtung und verfahren zur flokkulation von feststoffanteilen eines fest-fluessig-gemisches - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur flokkulation von feststoffanteilen eines fest-fluessig-gemisches Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for flocculation of Feststoffantei len of a solid-liquid mixture such as sludge o- the wastewater.
  • Such apparatus and methods are used for the treatment or remediation of sludges of, for example, industrial origin, sludges from mining and sludge in waters and sewage treatment plants,
  • a method for flocculation of sludge in which the sludge for the purpose of coagulation of Feststoffantei le a surface-treated natural calcium carbonate, a natural Benton it and an anionic polymer are brought into contact with the sludge.
  • a device and a method for treating sludge in which the sludge is first disintegrated, and then the disintegrated sludge a polymer-comprising flocculant is added.
  • the device comprises a trained for the passage of the solid-liquid mixture mixing section.
  • the proposed device can be, for example, an admixture or admixture of flocculation agents in a solid-liquid mixture, such as sludge or waste water.
  • the device can comprise, for example, a pump unit, or more generally a feed or charge unit, for supplying the solid-liquid mixture to the mixing section, or an interface can be present with which the device proposed here is applied a corresponding pump unit, etc. can be connected.
  • the device may, additionally or alternatively, a Separator, such as a filter unit comprising, which eclip ⁇ eliminated with soft solids, particularly coagulated solids of the solid-liquid mixture, that may be at least partially separated from the liquid fraction.
  • the mixing section in turn comprises a first mixing unit and a, in particular different, second mixing unit.
  • the mixing section may comprise at ⁇ play ei ne pipeline or ei n piece of tubing, on or in which the first and second Mischei n are formed integral, and which is adapted to a respectively to be treated, solid-liquid mixture hin miclei- th to.
  • the mixing section may have at its ends interfaces, for example in the form of couplings or connecting flanges, which are designed to connect the mixing section, for example, to an upstream feed pump unit and / or a downstream solids separator.
  • the first mixing unit comprises a for mixing a first Flokkulationsagens, or flocculant by means of the mixing section trained and established static mixer.
  • the mixing section comprises one of the first mixing unit fluidly connected in series, in particular fluidly downstream of the first mixing unit located or downstream, second mixing unit.
  • the second mixing unit comprises a dynamic mixer set up for mixing a second flocculation agent or second flocculant to the mixing section.
  • the static mixer comprises one or more impellers, in particular impingement plates, formed in the volume of the feed line, for example in the volume of the conveyor line, and / or that the dynamic mixer comprises one or more insulators Volume of the delivery line protruding, coupled to a motor drive unit, M ischrotoren includes.
  • the device has a mixing section, in which the dynamic mixer with mixing rotor fluidly, d. H. i n the flow direction provided for the solid-liquid mixture in proper operation through the mixing section, downstream of the static mixer, which may in particular comprise one or more baffles arranged.
  • the first flocculation agent it is thus possible for the first flocculation agent to be first mixed into the solid-liquid mixture by means of the static mixer and, viewed fluidically, thereafter the second flocculation agent to be mixed into the solid-liquid mixture by means of the dynamic mixer.
  • At least one of the at least egg baffle device i dealt Pra llplatte, a baffle having, which is arranged transversely, in particular perpendicular to the resulting in proper operation of the device flow direction of the solid-liquid mixture.
  • a baffle having which is arranged transversely, in particular perpendicular to the resulting in proper operation of the device flow direction of the solid-liquid mixture.
  • baffle plate cross-sectional area of the mixing section for example, the cross-sectional area of a corresponding mixing tube in which the baffle unit, in particular PralSpiatte, is located.
  • baffle plate cross-sectional area of the mixing section for example, the cross-sectional area of a corresponding mixing tube in which the baffle unit, in particular PralSpiatte, is located.
  • a circular cross section of the volume defined by the mixing section and, for example, a likewise circular baffle surface, in particular baffle plate can be used as the flow cross section at the location of the baffle surface, in particular baffle plate, for.
  • an annular gap o- are provided, for example, with a constant or substantially constant width in the circumferential direction.
  • annular gaps in connection with passive mixers or static mixers have proven to be an efficient admixture of flocculation agents, such as calcium carbonate (GaCC), for example.
  • baffle unit in particular baffle plate, with a, for example, centrally arranged with respect to the diameter in the mixing section, baffle and egg nem correspondingly formed gap, in particular annular gap, for example, can be achieved that increases the flow velocity in the baffle unit, and that the hard Liquid mixture flow is turbulent in the baffle unit, and so that ei ne improved mixing and flocculation can be achieved.
  • the size of the baffle surface and thus the reduction of the cross section of the mixing section at the location of the prying surface, can be dependent on the respective solid-liquid mixture and / or depending on the respective flocculation agent or the flocculation agents and / or their compositions and / or the geometry of the mixing section and / or the respective volume flow through the mixing section.
  • the free cross-sectional area of the mixing section at the location of the impact surface is 2 to 3 times, for example approximately 2.25 times, the impact area measured transversely to the direction of flow, ie the effective impact area, for example the Baffle plate, amounts to.
  • the diameter of the Prail configuration be about 10 cm.
  • a reduction of the free cross-sectional area of the Red Mixed range can be achieved by about 30% to 50%.
  • the free cross-sectional area of the mixing section can or should be understood to mean, in particular, the flow cross-section of the mixing section, ie the free inner diameter of the mixing section as such, which is perpendicular to the fluid line through an assumed laminar flow through the mixing section and non-existing baffle plate.
  • the first mixing unit is a first feed unit (or first injection unit) designed for, for example, passive or pump-supported active feed of the first flocculation agent with at least one first fluidically upstream of, in particular static, mixer of the first mixing unit Feed orifice (or: first injection port) for the first flocculation agent to the mixing section comprises.
  • the second mixing unit can be a second feed unit (or second injection unit) designed for, for example, passive or pump-supported active feeding of the second flocculation agent to the mixing section with at least one second feed opening located upstream of the, in particular dynamic, mixer of the second mixing unit (or: second injection port) for the second flocculation agent to the mixing section.
  • the mixing section may be formed such that both the first and the second Flokkulationsagens upstream of the respective associated mixer is added or supplied.
  • the first supply unit comprises a first supply lance projecting into the mixing volume defined by the mixing section, on which at least one first supply opening can be formed.
  • the second supply unit comprises a second supply lance projecting into the mixing volume defined by the mixing section, at which at least one second supply opening can be trained.
  • the first and / or second flocculation agent can be supplied selectively into the flow volume, for example in the area of the fluid center or centrally to the flow cross section, and / or in the area in which maximum flow rates occur, in particular ei ne comparatively good admixture of the respective flocculant can be achieved.
  • the feed lances may, for example, comprise one or more outlet or injection openings or nozzles, which is / are adapted to introduce the respective flocculation agent in suitable concentration and / or distribution into the solid-liquid mixture.
  • At least one first and / or at least one second supply opening is / are formed at a distal end of the respective feed lance located within the mixing volume, for example positioned approximately centrally to the free cross section of the mixing section.
  • Feed openings may additionally or alternatively be formed along the longitudinal extension of the respective feed lance.
  • the supply or injection unit can include in Ausgesta tions a Ri ngdüse over which the flocculation agent can be supplied to the mixing volume.
  • the annular nozzle can be arranged, for example, within the mixing volume, in particular centrally in the mixing volume, so that the opening defined by the annular gap of the annular nozzle transversely, in particular at a predetermined angle, for example an angle of 45 °, to the flow direction or flow direction of the solid-liquid Mixture a is arranged.
  • the first and / or second Zubuchöffnu ng of the first and second Mischei beauty is formed to the flow cross-section of the mixing section at the location of jewei time supply opening.
  • the respective feed opening may be designed and aligned such that a normal vector of the opening area of the feed opening transversely, in particular obliquely or perpendicular to the flow vector of the solid-liquid mixture or parallel to the flow cross-sectional area of the mixing unit.
  • the supply opening is formed and aligned such that the normal vector of the opening area is aligned at a predetermined angle to the flow vector.
  • the feed opening may be arranged such that it is aligned at a predetermined angle to the flow direction or flow direction of the solid-liquid mixture, for example at an angle of 45 °, upstream, ie opposite to the flow direction of the solid-liquid mixture.
  • a corresponding orientation of the feed opening in particular allows a comparatively uniform mixture result and / or with a suitable alignment obliquely to the flow or flow direction, an additional Verwirbelungs bine be achieved.
  • a measured in the flow direction ie parallel to the direction of flow of the solid-liquid mixture through the mixing section, in particular along the assuming laminar flow resulting fluid line or along the center axis of the mixing path volume, measured distance between the two The feed opening and the, in particular dynamic, mixer of the second mixing unit, the 0.6 times to 1.2 times, in particular 0.74 times, the free diameter of the mixing section at the location or in the region of the second mixing unit or the second supply port is.
  • distances may be in the range of 50 meters and / or in the range of 200 times the free diameter to allow for adequate development and maturation, as needed.
  • a distance measured in the flow direction between the first mixing unit, in particular between the associated first or static mixer, and second feed opening of the second mixing unit between 0.8 and 1, 2 times the free diameter of the mixing section at the location or in the area of the first mixing unit or mixer and / or at the location or in the area of the second supply opening. Also here can grds. larger distances are used, for example, in the range of one or more meters, for example, up to 50 meters, with the distances chosen in each case being set up so that sufficient ripening and development of the flakes can be achieved.
  • the first flocculation agent is thoroughly mixed with the solid-liquid mixture before it is the second mixing unit reached, at which the second Flokkulationsagens is supplied or added.
  • a distance between the first and second mixing unit for example between the first mixing unit, in particular the first or static mixer, and the second mixing unit, in particular the second feed opening or the second or dynamic mixer, in embodiments other than the values given above are.
  • the distance in particular independently of the respective diameter of the mixing section, can be in the range of up to one or more meters, and for example up to 50 m.
  • the distance may, for example, be selected such that, depending on the particular solid-liquid mixture to be treated and / or the flocculation agent (s) used in each case, sufficient maturation and development of the flakes to be formed is possible in the mixing section.
  • a device for the addition of flocculation agents in a solid-liquid mixture for example according to one of the embodiments described so far, one or the for the passage of the solid-liquid mixture formed mixing section, which comprises one or the first and one or the second mixing unit.
  • the second mixing unit is located fluidly downstream of the first mixing unit, and that the first mixing unit is adapted and adapted to add or mix the first or a first flocculation agent to the mixing section, and that the second mixing unit is set up and is specially adapted to mix or add the or a second Flokkulationsagens to the mixing section.
  • the first flocculation agent may comprise or consist of a carbonate and / or calcium salt, in particular calcium carbonate (CaCCh)
  • the second flocculation agent may comprise at least one acrylamide-free polymer or consist of a corresponding polymer.
  • the surface of the calcium carbonate (CaC0 3 ) may optionally be pretreated with phosphoric acid (H3PO4).
  • H3PO4 phosphoric acid
  • a measured distance in the flow direction between the first supply port and the mixer of the first mixing unit and / or between the second supply port and the mixer of the second mixing unit the 0.6 to 1 , 2 times, in particular 0.74 times, the free diameter (de) of the mixing section at the location or in the region of the first or second mixing unit.
  • a distance measured in the flow direction between the mixer of the first mixing unit and the second supply opening between 0.8 and 1.2 times the free diameter of the mixing section at the location or in the region of the first mixing unit and / or at the location or in the region of the second supply opening.
  • the abovementioned distances can, as already mentioned, also be greater, and be selected depending on the properties of the particular solid-liquid mixture and / or the respective flocculation agents and / or depending on the geometry of the mixing section and the mixing units, etc., with the comments referenced above, which apply accordingly.
  • Fiokkulationsagens based on at least one acrylamide-free polymer, it may be provided that the polymer is an anionic or cationic, preferably water-based, polymer han ⁇ delt and / or that the polymer comprises a polyelectrolyte.
  • a method for Flokkulation of Feststoffanteiien a solid-liquid mixture is provided, wherein the solid-liquid mixture, for example, mud, e.g. Industrial sludge, or dirty water, can act.
  • the solid-liquid mixture for example, mud, e.g. Industrial sludge, or dirty water
  • a device according to one of the embodiments described herein can be used to carry out the method, which means that all features described and mentioned in connection with embodiments of the device can also be used in the claimed method, and vice versa. It is explicitly referred to the above comments on the device, which should apply here accordingly.
  • the solid liquid mixture is passed through a mixing section, such as a mixing tube or a mixing line, wherein in the course of passage or during the passage of the mixing section of the solid-liquid mixture in the Mixed mixing a first Flokkulationsagens means of a static mixer of a first mixing unit, and a second Flokkulationsagens be mixed by a dynamic mixer of a second mixing unit, the second mixing unit with the first mixing unit fluidly connected in series, in particular fluidly located downstream of the first mixing unit or this is fluidly downstream.
  • a mixing section such as a mixing tube or a mixing line
  • the second mixing unit may be located downstream in terms of flow, ie the second mixing unit may be in one direction be arranged downstream of the first mixing unit parallel to the flow of the solid-liquid mixture.
  • the first flocculation agent is mixed with the static fluid mixer flowing through the mixing path by using a static mixer, and then the second flocculation agent by using a dynamic mixer.
  • such a combination of type and fluidic arrangement of the mixer has proven to be advantageous in terms of the achievable Koagulations horr.
  • the solid-liquid mixture is passed through one or the mixing section for flocculation of solid fractions of a solid-liquid mixture and the solid-liquid mixture in the mixing section first or the first Flokkulationsagens and fluidly downstream then one or the second Flokkulationsagens be admixed, the first Flokkulationsagens a carbonate and / or calcium salt, in particular calcium carbonate (CaC03>
  • the surface of the calcium carbonate (CaC 3) may optionally be pretreated with phosphoric acid (H 3 PO 4), ie the calcium carbonate may be subjected to a surface treatment with phosphoric acid ,
  • the first flocculation agent is supplied to the solid-liquid mixture via a first supply unit located upstream of a first mixer of the first mixing unit, for example of the static mixer.
  • the second flocculation agent is fed to the solid-liquid mixture via a second supply line, located upstream of a second mixer of the second mixer, for example the dynamic mixer.
  • the downstream, in particular fluidly downstream mixers in particular according to the embodiment described herein using a static and dynamic mixer, in muds a vortei lhafte, in particular comparatively uniform admixture of the flocculation agents, egg with comparatively good coagulation results.
  • the first flocculation agent can be fed to the solid-liquid mixture via a first feed lance projecting into the mixing volume defined by the mixing section.
  • the second flocculation agent can be fed to the solid-liquid mixture via a second feed lance protruding into the volume of liquid defined by the mixing section.
  • the first and / or second flocculation agent be at an approximately free cross-section of the mixing section is supplied to the location.
  • the flocculation agent can be supplied via a lance, in which the feed opening can be located in the region of the center axis of the mixing section.
  • a central addition, in particular in conjunction with one or more impact units or baffles, in particular baffles or a dynamic mixer, for example a mixer with radial mixing blades, the axis of rotation may be arranged for example perpendicular to the flow in the mixing section, in particular allows a homogeneous Addition of the flocculation agent (s).
  • the first and / or second flocculation agent is supplied to the solid-liquid mixture with a directional component running transversely, in particular perpendicularly, to the flow direction of the solid-liquid mixture prevailing at the respective feed location in the mixing section.
  • the respective flocculation agent can be fed, in particular injected or injected, through a feed opening, nozzle, nozzle opening or lance aligned transversely, for example at an angle of 45 ° upstream, to the flow in the mixing section.
  • At least one of the flocculation agents is provided as a solid, in particular powder, and is dissolved in a carrier liquid, for example water, before it is fed to the solid-liquid mixture or before it is fed to the mixing section.
  • a carrier liquid for example water
  • the flocculation agent can be added in powder form or in dissolved form in carrier liquid.
  • a fluidic distance in the flow direction or flow direction of the solid-liquid mixture between the place of addition of the first and / or second flocculation agent and the mixer of the respective first or second mixing unit is 0.6 to 1 , 2-fold, in particular 0.74-fold, of the on-site or in the area of first or second mixing unit measured free diameter (de) of the mixing section is.
  • Such distances result in a comparatively good mixing of Fiokkulationsagentien and solid-liquid mixture, especially in the case of sludge.
  • a fluidic distance between the location or the range of addition of the second Fiokkulationsagens and first mixing unit in particular the fluidically upstream first mixing unit, for example, between the location or range of addition of the second Fiokkulationsagens and, for example, upstream , first mixer of the first mixing unit, between 0.8 and 1.2 times the free diameter of the mixing section at the location or in the region of the first mixing unit and / or at the location or in the region of the addition of the Fiokkulationsagens.
  • FIG. 1 an exemplary device according to the invention
  • FIG. 2 is a partial sectional view of the device
  • FIG. 3 is a construction diagram of an embodiment of the device
  • FIG. 4 is a sectional view of the device in the region of the mixing section
  • FIG. 5 is a sectional view of an alternative mixing section; a detail concerning feed lances of the device; a schematic representation concerning a detail of another mixing unit of the device; and an embodiment of a mixing unit according to FIG. 8 comprising a baffle plate. a sectional view egg ner pipe with mounted mixing units; a further sectional view of the pipeline with mounted mixing units;
  • FIG. 1 to FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. FIG. 1 shows an exemplary device for flocculation of solid fractions of a solid-liquid mixture, which will be referred to as flocculating device 2 in the following.
  • the flocculating device 2 may be mounted or mounted, for example, in or on a mobile transport unit, such as a support or mounting frame 11 (see FIG 2), including, for example, forklifts and the like, or a container.
  • a mobile transport unit such as a support or mounting frame 11 (see FIG 2), including, for example, forklifts and the like, or a container.
  • this makes it possible to transport flocculation device 2 to the respective place of use in a mobile and flexible manner.
  • one or more electrical control cabinets 3, and also one or more tanks (schematically shown) attachment systems or mixing systems 4 for one or more flocculation agents may be present.
  • the flocculation device 2 comprises a first mixing unit 5, which is installed on a, in particular a mixing section forming or comprehensive, pipe 6 is insta lliert, and a us educated is for admixing a first Fiokkulationsagens.
  • the first mixing unit 5 may, for example, be configured and adapted to incorporate a calcium carbonate (CaCC) -based fouling agent in a solid-liquid mixture, for example sludge, flowing through the mixing zone.
  • CaCC calcium carbonate
  • the flocculation device 2 furthermore comprises a second mixing unit 7, which is likewise installed on the mixing section 6, and is designed to admix a second fuming agent.
  • the second mixing unit 7 can be designed, for example, to add to the solid-liquid mixture flowing through the mixing section a fuming agent based on a preferably acryiamide-free polymer.
  • coagulation of solid particles of the solid-liquid mixture can be achieved, whereby coagulated solid particles can subsequently be separated, for example, by filtration, centrifugation, or sedimentation.
  • the flocculation device 2 of FIG. 1 further includes an optional mass flow meter 8 which, as stated earlier, may be installed on the egg ngang of the mixing section n, and which may be adapted to the amount, for. B. to measure the volume or mass flow of the flowing through the mixing section-solid-liquid mixture or determine.
  • an optional mass flow meter 8 which, as stated earlier, may be installed on the egg ngang of the mixing section n, and which may be adapted to the amount, for. B. to measure the volume or mass flow of the flowing through the mixing section-solid-liquid mixture or determine.
  • Flokkulationsvoriques 2 shown is the (optional) mass flow meter 8 on the input side of the mixing section.
  • An output side or Ninu ng the mixing section is designated by the reference numeral 0.
  • the flocculation device 2 may comprise connection interfaces, for example connecting flanges, for connecting a delivery line for supplying or removing the solid-liquid mixture to or from the mixing section.
  • the first and second mixing unit 5, 6 are fluidly downstream of the mass flow meter 8.
  • the second mixing unit 7 is connected downstream of the first mixing unit 5, which is to mean that the liquid-liquid flowing through the mixing zone or pumped, solid-liquid mixture passes first the first mixing unit 5 and then the second mixing unit 7.
  • the first mixing unit 5 can, as shown in FIG. 1, a first pump unit 9 is associated, the first pump unit 9 being adapted to introduce the first flocculation agent into the mixing path via a first supply, for example a first supply lance 13. into the volume defined by the mixing section, to pump or convey.
  • a first supply for example a first supply lance 13.
  • a line connection between the first pump unit 9 and the first feed lance 13 is shown in FIG. 1 shown in dashes.
  • the second mixing unit 7 may be associated with a second pump unit 10, wherein the second pump unit 10 is adapted to introduce the second flocculation agent via a second supply, for example a second feed lance 15, into the mixing section, i. in the volume defined by the mixing section to pump or promote.
  • a second supply for example a second feed lance 15
  • FIG. 1 shown in dashes.
  • the flocculation device 2 may, as shown in FIG. 2, may include an (optional) mounting frame 12 on which components of the flocculator 2 may be mounted, and with which the flocculator may be mounted in or on a mobile (transport) unit.
  • the mass flow meter 8 can be connected via a flange connection with the pipeline 6 defining the mixing section.
  • the mass flow meter 8 may be fluidly connected downstream of an (optional) dry substance measuring unit 12, which is designed and configured to measure or determine the content of dry matter in the solid-liquid mixture flowing through the mixing section or in the mixture entering the mixing section.
  • the flocculation device 2 can be respectively suitable or required for coagulation of the solids in the solid-liquid mixture
  • the flocculation device 2 can comprise a control unit (see 20 in FIG. 3) which is set up and can be coupled to the first and second mixing units 5, 7 in such a way that the respectively required amount of first and second flocculation agent of the mixing section is supplied.
  • the control unit may be configured to adjust the delivery rate of the first and second pump units 9, 10 in accordance with the respectively required quantity of flocculation control units.
  • the pipeline 6 are connected fluidly in series, ie, one after the other, a first feed lance 13 projecting into the volume of the mixing section defined by the pipeline 6, and a static mixer 14, which are included in the first mixing unit 5, and a into the volume of the mixing section protruding second feed lance 15, and a dynamic mixer 16, which are included in the second mixing unit 7.
  • the feed lances 13, 15 protrude transversely to the direction of flow D of the solid-liquid mixture into the pipe 6 or the mixing volume, feed openings of the feed lances 13, 15 each at the end approximately centrally or centrally within the pipe 6
  • Supply lances 13, 15 are arranged.
  • the first and second flocculation agents can be supplied approximately at or in the region of the center axis of the flow forming in the mixing section, whereby a comparatively homogeneous admixture and concomitantly a comparatively good coagulation effect can be achieved.
  • the static mixer 14 of the first mixing unit 5 may, for example, as shown in FIG. 2, one (optionally a plurality of) arranged in the flow volume of the pipe baffle plate (s) 17, which is the first feed lance 13, more precisely the outlet opening of the first feed lance 13, fluidly downstream (are).
  • the baffle plate 17 By the baffle plate 17, the offset with the first Flokkulationsagens solid-liquid mixture can be mixed by the baffle plate 17, for example, locally changes the flow conditions.
  • the baffle plate 17 can be set up so that it loosens the flow lo kai and generates, for example, turbulence, turbulence, etc.
  • baffle plate 17 and a concomitant relatively thorough mixing has proven particularly advantageous when supplying a CaCC-based flocculant to sludges.
  • the baffle plate 17 may, as shown in FIG. 2, be arranged perpendicular to the center axis of the mixing volume or the pipe 6, in particular such that their surface normal is aligned parallel to the flow direction D.
  • the baffle plate 17 may be arranged approximately centrally with respect to the cross section of the mixing volume, or the pipe, wherein, for example with a circular cross-section of the pipe 6 and baffle plate 17, between the inner wall of the pipe 6 and the outer edge of the slab 17 an annular gap may be formed.
  • the dynamic mixer 16 of the second mixing unit 5 may, for example, as shown in FIG. 2, comprise a (optionally a plurality of) motor-driven mixing rotor 18 projecting transversely to the flow direction into the volume of the mixing section, which is connected downstream of the second supply lance 15, more precisely the outlet opening of the second supply lance 15.
  • the mixing rotor may comprise on a drive shaft driven by an electric drive motor, radially extending from the drive shaft mixing vanes, which allow mixing of the solid-liquid mixture, which is already offset with the first Flokkulationsagens, in particular the second Flokkulationsagens.
  • the dynamic mixer 16, or the mixing rotor 18 is designed to mix the mixed with Flokkulationsagentien solid-liquid mixture, so that a coagulation of the solids content of the solid-liquid mixture is possible on Grundläge the two Flokkulationsagentien.
  • the baffle plate 17 of the static mixer 14 may, as already indicated, for example, be designed in the manner of a circular disk, wherein at a diameter or nominal diameter de the mixing section or the pipe 6 of about 250 mm, the outer diameter of the baffle plate 17 about 100 mm can amount.
  • Rotor blades of the mixing rotor 18 may be formed, for example, such that the outer diameter of the rotor 18 is also about 100 mm.
  • FIG. 2 may be some concrete dimensions of the Flokkulations- device 2 and mutual distances of some components mentioned.
  • a distance di9-e between the pipe inlet 19 and mass flow meter 8 measured in the flow direction D can be in the region of 225 mm, and the distance d 8 u, ie center distance, between the mass flow meter 8 and the downstream measuring point of the dry substance unit 12 can be approximately 393 mm.
  • the first feed lance 13, more precisely its outlet opening, can be arranged downstream from the measuring point of the dry substance measuring unit 12, for example with a distance d i3 of 263 mm.
  • the baffle plate 17 may be disposed from the first feed lance 13 at a distance dn-r / of about 186 mm, the second feed lance 15, more precisely its outlet opening, arranged by the baffle plate 17 at a distance d -is of about 245 mm can be.
  • a distance dis-is between the second feed lance 15, more precisely its outlet opening, and the mixing rotor 18, more precisely the center axis of the mixing rotor 18, can be about 186 mm.
  • the stated dimensions and dimensions of the components of the flocculation device 2 have proven to be particularly advantageous with regard to coagulation of solids in sludges, in particular industrial sludges, for example waste sludges from copper mines.
  • FIG. 3 shows a construction diagram of the flocculation device 2, the operation of the device is explained in particular further.
  • the flocculation device 2 comprises a control unit 20, which is connected in terms of control technology to a first metering pump unit 21 for the first flocculation agent, a second metering pump unit 2 for the second flocculation agent, and the dynamic mixer 16. Furthermore, the control unit 20 is connected with the mass flowmeter 8 and the dry substance measuring unit 12 in terms of control, so that the control unit 20 has at least measurements concerning the amount and dry matter content of the solid / liquid mixture delivered into the pipeline via a feed pump.
  • the control unit 20 may, as shown in FIG. 3, in addition to be connected with a (optional) system 23 for the production of an acrylamide-free polymer solution control technology. If such a system 23 is present, it can also have its own control unit, and does not necessarily have to be coupled to the control unit 20 of the flocculation device 2 in terms of control technology.
  • the plant 23 for producing the polymer solution may comprise a feed unit 24 for charging a mixing or batch tank 25 with polymer material, in particular powdered polymer material, and a liquid feed 26 for supplying a carrier liquid, for example water, for the polymer material.
  • the mixing or batch tank 25 may comprise one or more mixing chambers each having associated motor-driven mixers 27.
  • the plant 23 for producing the polymer solution can first be operated in such a way that sufficient polymer solution of an acrylamide-free polymer is available as second flocculation agent.
  • the pipe 6 comprising the mixing section, via a conveyor pump 28, the fluidtech- with the pipe inlet 19 of the pipe 6 nically, the solid-liquid mixture conveyed to and through the mixing section.
  • the Fiokkulationsvorraum 2 may be configured to supply via the first Dosierpumpenech 21 based on Ca CO first Fiokkulationsagens via the first feed lance 13 of the mixing section, in which it mixes by the baffle plate 17 of the static mixer with the solid liquid mixture becomes.
  • an acrylamide-free polymer solution as a second fuming agent is transferred to the solid-liquid mixture already mixed with the first fluidizing agent the second feed lance 15 is supplied.
  • the second Fiokkulationsagens is mixed with the solid-liquid mixture by means of the dynamic mixer 16. After passage of the dynamic mixer, the solid-liquid mixture with admixed flocculation agents arrives at the exit opening 0 of the mixing section, or the pipeline, and can be supplied for depositing coagulated solid fractions, for example, to a filter unit (not shown) downstream of the fluid.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the device 2 in the region of the mixing section M defined by the pipeline 6 and a corresponding mixing volume.
  • the pipeline is mounted and supported on supporting feet which can be screwed to a substrate.
  • the pipeline 6 may, as shown in FIG. 4, in the flow direction fluidly connected in series two, for example, located on the same side of the pipe 6, couplings 37, comprising, for example, each a flange, for, in particular fluid-tight, connecting the first 5 and second mixing unit 6.
  • the connection couplings 37 during operation the device 1 are used for example in a laterally arranged arrangement.
  • With respect to the direction of flow D upstream of the connection clutches 37 may be located, as shown in FIG. 4, in the walls of the pipe insertion openings 38.1 and 38.2, or insertion, for the first 13 and second feed lance 15 may be provided.
  • the insertion openings 38 can lie, for example, on a straight line running in the longitudinal direction of the pipeline 6, that is, the insertion openings 38 can be arranged in alignment one behind the other in the direction of passage.
  • the pipeline can be arranged such that the insertion openings 38 are arranged below the level of the passage openings 39 present in the region of the connection couplings 37, in particular on the same side as the connection couplings 37 in the pipeline 6.
  • FIG. 5 shows a sectional view of an alternative mixing section M or of an alternative pipeline geometry of the pipeline 6.
  • the pipeline 6 of the exemplary embodiment of FIG. 5 is tapered towards both ends of the mixing section M, or at both ends of the pipeline 6.
  • the pipeline 6 is widened in the radial direction with respect to the longitudinal axis, wherein the widening in the longitudinal direction of the pipeline 6, or viewed parallel to the direction of flow D, is selected such that at least the through-openings 39 and the insertion openings 38 are included.
  • the mixing section M can be adapted with respect to geometry, arrangement and position of the first mixing unit 5 and the second mixing unit 7 to the particular solid-liquid mixture to be treated.
  • the second mixing unit 7 may comprise a rotor unit 30 connected to the pipeline 6 via a flange connection 29 with a drive shaft 31 and with a mixing rotor unit 32 attached to the distal end of the drive shaft 31.
  • the rotor body of the mixing rotor unit 32 is formed like a cylinder in the present example, and has on opposite longitudinal sides depending on a Misch selfishi 33, which is shown for example in FIG. 9 can be seen.
  • the second flocculation agent F2 may, as shown for example in FIG. 1 and FIG. 9 can be seen, for example Fiuidtech- nisch upstream of one of the mixing rotor unit 32, d. H. upstream, nozzle or lance 15 and the like are supplied.
  • FIG. 6 An example of a corresponding nozzle or lance arrangement is shown in FIG. 6 shown.
  • FIG. Fig. 6 shows a cross-section of the pipeline 6 in the region e.g. the first or second feed lance 13 or 15.
  • the feed lance 13 or 15 has a lance outlet opening 35, which is inclined relative to the flow or flow direction or flow direction D, via which the respective flocculation agent F, be it the first flocculation agent or the second flocculation agent F 2, can be supplied.
  • the lance outlet opening 35 is in the present example set up and aligned so that measured between the flow direction D and the opening plane E of the lance outlet opening 35 in the counterclockwise direction an angle ⁇ of about 45 degrees.
  • the angle can also be chosen differently.
  • the lance outlet opening 35 can be adjusted differently to the flow and / or the opening plane E of the lance outlet opening 35 can be relative to the flow direction D or. be oriented differently to the pipe 6.
  • FIG. FIG. 7 shows a further detail of the inventive flocculation device 2 in the area of the static mixer 14.
  • the static mixer 14 of FIG. 7 in the form of a baffle unit, comprising a baffle plate 17 secured in the pipeline 6.
  • the baffle plate 17 is in the example of FIG. 7 round, ie the baffle plate 17 has a round baffle P on.
  • the geometry of the baffle P and the baffle plate 17 are chosen in the present example so that between the inner wall of the pipe 6 and the outer edge of the baffle P or baffle plate 17, an annular gap 36 with a viewed in the radial direction with respect to the pipe 6 results in approximately constant gap width.
  • the orientation, position and / or geometry and / or shape of the baffle plate can also be designed differently, for example, depending on the properties of each solid-liquid mixture to be treated, in particular sludge.
  • the diameter of the baffle plate 17 may be, for example, 10 cm, so that between the inner wall of the pipe 6 and the outer edge of the baffle plate 17, a ring gap with a width of about 75 mm is formed.
  • such geometries are suitable for mixing flocculation agents with sludges, with particular reference to the above-mentioned examples with regard to the sludge.
  • the baffle plate 17 arranged in the volume of the pipeline 6, or the baffle unit causes the flow velocity in the region of the baffle or baffle plate 17 in the pipeline 6 to increase, so that it is in the region of the baffle plate 17, in particular downstream of the baffle plate 17 suitable flow velocity for the formation of flow turbulence and associated turbulence may occur, which cause mixing of the first Flokkulationsagens with the solid-liquid mixture, cause or promote.
  • FIG. 8 shows a concrete example of the static mixer 14.
  • the static mixer 14 may have a connection with the corresponding coupling 37, in particular the corresponding connecting flange connectable flange 40 in which holes for screw fastening the flange ⁇ plate 40 may be present, for example randseitlich circumferentially on the connection coupling 37.1.
  • On the flange plate 40 for example, in a central or adjacent to the middle region, a protruding from the flange plate 40 and secured to the flange plate 40 mounting arm 41 may be present.
  • the fastening arm 41 can be connected to one or the baffle plate 17, or the baffle plate 17 can be attached there.
  • the length of the attachment arm 41 is selected such that in the mounted state of the flange plate 40 on the connection coupling 37.1, the baffle plate is positioned approximately centrally in the pipeline 6.
  • the holes provided in the flange plate 40 may be arranged such that an attachment is possible, in which the baffle plate 17, ie the baffle P, is arranged substantially perpendicular to the flow direction D, or a corresponding inclination angle between the baffle P and flow direction D exists.
  • FIG. 9 shows a sectional illustration of the pipeline 6 with mixing units 5, 7 mounted, wherein the first mixing unit 5, comprising the static mixer 14, is mounted on the respective connection coupling 37.1, so that the impact plate 17 is aligned perpendicular to the flow direction D in the mixing zone M and fluidly downstream of the first feed lance 13 is arranged.
  • FIG. 10 shows a further sectional illustration of the pipeline 6 with mixing units 5, 7 mounted, viewed in the direction of the flow direction D.
  • the second mixing unit 7, comprising a dynamic mixer 16 with rotor unit 30 with drive motor, is mounted on the other connection coupling 37.2 via a flange connection.
  • the rotor unit 30 is arranged fluidically downstream of the second feed lance 15, which means that the respective second Fiokkulationsagerts is fed via the second feed lance 15 of the mixing rotor unit 32.
  • the feed lances 13, 15 may for example be inserted into the pipeline 6 so far that during operation of the device 1 the respective flocculation Agents with respect to the tube cross section or the cross section of the mixing section can be introduced approximately centrally into the flowing through the mixing section M solid-liquid mixture.
  • the burr plate 17 By means of the burr plate 17, a mixing of the solid-liquid mixture with the first flocculation agent can be achieved in the volume connected downstream of the fluid by formation of flow vortices.
  • the introduction of the second flocculation agent can also at least be favored, wherein an active mixing of the solid-liquid mixture with the two added flocculation onsagentien Especially mitteis the downstream active mixer 7 takes place ,
  • the described operation of the flocculation device with two-step admixture of a first and second flocculation agent, and the use of different types of mixer for the first, eg on CaC0 3 -based, flocculation agent, and for the second, eg based on an acrylamide-free polymer, flocculation agent, is particularly suitable for the conditioning of sludges, for example overburden sludges from copper mines.
  • sludges for example overburden sludges from copper mines.

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Abstract

Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft i nsbesondere eine Vorrichtung zur Flokkulation von Feststoffanteilen eines Fest-flüssig-Gemisches, insbesondere Schlamm oder Schmutzwasser, mit einer zur Durchleitung des Fest-flüssig-Gemisches ausgebildete Mischstrecke (6, M), mit einer ersten Mischeinheit (5) mit einem zur Beimischung eines ersten Flokkulationsagens eingerichteten statischen Mischer (14), und mit einer zur ersten Mischeinheit (5) fluidtechnisch in Reihe geschalteten zweiten Mischeinheit (7) mit einem zur Beimischung eines zweiten Flokkulationsagens zur Mischstrecke (6, M) eingerichteten dynamischen Mischer (16, 18).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Flokkulation von Feststoffantei len eines
Fest-flüssig-Gemisches
Beschreibung
Die Erfind u ng betrifft ei ne Vorrichtung und ein Verfahren zur Flokkulation von Feststoffantei len eines Fest-flüssig-Gemisches wie beispielsweise Schlamm o- der Abwasser. Solche Vorrichtungen und Verfahren finden zur Behandlung oder auch Sanierung von Schlämmen beispielsweise industrieller Herkunft, von Schlämmen aus dem Bergbau und von Schlämmen in Gewässern u nd Kläranlagen Anwendung,
Aus der WO 2014/064073 ist beispielsweise ein Verfahren zur Flokkulation von Schlamm bekannt, bei welchem dem Schlamm zum Zwecke der Koagulation der Feststoffantei le ein oberflächenbehandeltes natürliches Calciumcarbonat, ein natürlicher Benton it und ein anionisches Polymer mit dem Schlamm in Kontakt gebracht werden . Aus der WO 2009/065509 AI ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Schlamm bekannt, bei welchem der Schlamm zunächst desintegriert wird, und anschließend dem desi ntegrierten Schlamm ein Polymer-umfassendes Flockungsmittel zugesetzt wird. Ausgehend davon ist es ei ne Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zur Flokkulation von Feststoff-flüssig-Gemischen, wie beispielsweise Schlamm oder Schmutzwasser, anzugeben, welche eine, insbesondere zuverlässige, Koagulation der Feststoffa nteile und deren Abscheidung vom Flüssiganteil ermöglichen,
Diese Aufgabe wi rd insbesondere gelöst durch die Merkmale der Ausgestaltungen gemäß der unabhä ngigen Patentansprüche. Weitere Ausgestaltungen zur
i Lösung dieser Aufgabe ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die hierin beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen gemäß der zu Grunde liegenden Erfindung sind nicht durch die in den Patentansprüchen gewähltein) Merkmalskombination(en) und die gewählten Rückbeziehungen beschränkt. Jedes Merkma l einer Anspruchskategorie, beispielsweise einer Vorrichtung, kann beispielsweise auch i n einer anderen Anspruchskategorie, bei¬ spielsweise ei nem Verfahren beansprucht werden . Ferner kann jedes Merkmal in den Patentansprüchen, auch unabhängig von der jeweil igen patentanspruchsgemäßen Rückbeziehung, beispielsweise in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) der Patentansprüche oder der nachfolgenden Beschreibung beansprucht werden . Ferner kann jedes Merkmal, das in der nachfolgenden Beschreibung und/oder den anhängenden Zeich- nungen beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder meh reren anderen Merkmalen, das oder die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen besch rieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden .
In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 betreffend eine Vorrichtung zur Flokkulation von Feststoffanteilen ei nes Fest-flüssig-Gemi- sches, insbesondere Schlamm oder Schmutzwasser, umfasst die Vorrichtung eine zur Durchleitung des Fest-flüssig-Gemisches ausgebildete Mischstrecke.
Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung kan n es sich beispielsweise um eine zur Beimischung oder Beimengung von Flokkulationsagentien in ein Fest-flüssig- Gemisch, wie Schlamm oder Abwasser, handeln. Die Vorrichtung kann beispielsweise ei ne Pumpeneinheit, oder allgemeiner eine Speise- oder Beschi- ckungseinheit, zur Zufu hr des Fest-flüssig-Gemisches zur Mischstrecke umfassen, bzw. es kann eine Schnittstelle vorhanden sei n, mit welcher die hieri n vorgeschlagene Vorrichtu ng an eine entsprechende Pumpeneinheit usw. angeschlossen werden kann . Die Vorrichtung kann, zusätzlich oder alternativ, einen Abscheider, wie beispielsweise eine Filtereinheit, umfassen, mit weicher Feststoffe, insbesondere koagulierte Feststoffe des Fest-flüssig-Gemisches, abge¬ schieden, d.h. zumindest teilweise vom Flüssiganteil getrennt werden können. Die Mischstrecke wiederum umfasst eine erste Mischeinheit und eine, insbesondere davon verschiedene, zweite Mischeinheit. Die Mischstrecke kann bei¬ spielsweise ei ne Rohrleitung oder ei n Rohrleitungsstück umfassen, an oder in welchem die erste und zweite Mischei n heit ausgebildet sind, und welche dazu geeignet ist, ein jeweils zu behandelndes Fest-flüssig-Gemisch hindurchzulei- ten zu können.
Die Mischstrecke kann an deren Enden Schnittstellen, beispielsweise in Form von Kupplungen oder Anschlussflanschen, aufweisen, die dazu ausgebildet sind, die Mischstrecke beispielswese an eine vorgeschaltete Speisepumpenein- heit und/oder einen nachgeschalteten Feststoffabscheider anschließen zu können.
Die erste Mischeinheit gemäß der Ausgestaltung nach Patentanspruch 1 umfasst einen zur Beimischung eines ersten Flokkulationsagens, oder Flockungs- mittels, zur Mischstrecke ausgebildeten und eingerichteten statischen Mischer.
Ferner umfasst die Mischstrecke eine der ersten Mischeinheit fluidtechnisch in Reihe geschaltete, insbesondere fluidtechnisch stromabwä rts der ersten Mischeinheit gelegene oder nachgeschaltete, zweite Mischeinheit. Die zweite Misch- einheit umfasst einen zur Beimischung eines zweiten Flokkulationsagens, oder zweiten Flockungsmittels, zur Mischstrecke eingerichteten dynamischen Mischer.
Durch Verwendung eines statischen Mischers und eines damit in Reihe ge- schalteten, insbesondere fluidtechnisch nachgeschalteten oder stromabwärts angeordneten, dynamischen Mischers kann in der Mischstrecke eine vergleichsweise gute Ver- und Durchmischung der Flokkulationsagentien mit dem Fest- flüssig-Gemisch sowie eine vergleichsweise gute und stabile Koagulation der Feststoffanteile des Fest-flüssig-Gemisch erreicht werden, was wiederum eine vergleichsweise hohe Effizienz bei der Abscheidung der Feststoffanteile des Fest-flüssig-Gemisches ermöglicht.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass der statische M ischer eine o- der mehrere im Volumen der M ischstrecke, beispielsweise im Volumen der Förderleitung, ausgebildete Prallei nrichtungen, insbesondere Prallplatten, um- fasst, und/oder dass der dynamische Mischer einen oder mehrere ins Vol umen der Förderleitung ragende, mit einer motorischen Antriebseinheit gekoppelte, M ischrotoren umfasst.
In Ausgestaltungen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Mischstrecke aufweist, bei welcher der dynamische Mischer mit Mischrotor fluidtechnisch, d. h. i n der für das Fest-flüssig-Gemisch bei ordnungsgemäßem Betrieb vorgesehenen Durchflussrichtung durch die Mischstrecke, stromab- wärts des statischen Mischers, der insbesondere eine oder mehrere Prallplatten umfassen kann, angeordnet ist. In entsprechenden Ausgestaltu ngen ist es damit möglich, dass zuerst das erste Flokkulationsagens dem Fest-flüssig-Gemisch mittels des statischen Mischers beigemischt wird und, fluidtechnisch betrachtet, danach das zweite Flokkulationsagens mittels des dynamischen Mi- schers dem Fest-flüssig-Gemisch beigemischt wird .
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der zumindest ei nen Pralleinrichtung, i nsbesondere Pra llplatte, eine Prallfläche aufweist, welche quer, insbesondere senkrecht, zu der sich bei ordnungsgemäßem Betrieb der Vorrichtung ergebenden Durchflussrichtung des Fest-flüssig-Gemisches angeordnet ist. Insbesondere bei senkrechter Positionierung der Prallfläche der Pralleinheit(en), insbesondere der Prallplatte(n), kann eine vergleichsweise gute Beimischung des Flokkulationsagens erreicht werden . In Ausgesta ltungen ka nn vorgesehen sein, dass zumindest eine der zumindest einen Pralleinheit, insbesondere Prallplatte, mittig oder zentral bezügl ich einer am Montageort der Pral lei nheit, insbesondere Prallplatte, gegebenen Querschnittsfläche der Mischstrecke, beispielsweise der Querschnittsfläche eines entsprechenden Mischrohrs, in welchem sich die Pralleinheit, insbesondere PralSpiatte, befindet, angeordnet ist. Bei kreisförmigem Querschnitt des durch die Mischstrecke definierten Volumens und beispielsweise einer ebenfalls kreisförmigen Prallfläche, insbesondere Prall platte, kann als Strömungsquerschnitt am Ort der Prallfläche, i nsbesondere Prallplatte, z. B. ein Ringspalt erzeugt o- der vorgesehen werden, beispielsweise mit einer in Umfangsrichtung konstanten bzw. im Wesentlichen konstanten Breite. Insbesondere Ringspalte im Zusammenhang mit passiven Mischern bzw. statischen Mischern haben sich für ei ne effiziente Beimengung von Flokkulationsagentien, wie beispielsweise Calciumcarbonat (GaCC ), bewährt.
Durch die Pralleinheit, insbesondere Prallplatte, mit einer, beispielsweise mittig bezüglich des Durchmessers in der Mischstrecke angeordneten, Prallfläche und ei nem entsprechend ausgebildeten Spalt, insbesondere Ringspalt, kann beispielsweise erreicht werden, dass sich im Bereich der Pralleinheit die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, und dass die Fest-flüssig-Gemisch-Strömung im Bereich der Pralleinheit turbulent wird, und dass so ei ne verbesserte Durchmischung u nd Flokkulation erreicht werden kann.
Die Größe der Prallfläche, und damit die Reduktion des Querschnitts der Misch- strecke am Ort der Prailfläche, kann beispielsweise in Abhängigkeit des jeweiligen Fest-flüssig-Gemisches und/oder in Abhängigkeit des jeweiligen Flokkulati- onsagens bzw. der Flokkulationsagentien und/oder deren Zusammensetzungen und/oder der Geometrie der Mischstrecke und/oder der jeweiligen Volumenströmung durch die Mischstrecke gewählt sein .
In Ausgestaltungen ka nn vorgesehen sein, dass die freie Querschnittsfläche der Mischstrecke am Ort der Prallfläche, beispielsweise am Montageort der Prailplatte, d . h. die durch die M ischstrecke a ls solche, beispielsweise ein entsprechendes Mischrohr, gegebene Querschnittsfläche, das 2- bis 3-fache, bei- spielsweise etwa das 2,25-fache, der quer zur Durchflussrichtung gemessenen Prallfläche, d. h. der effektiven Prallfläche, beispielsweise der Prallplatte, beträgt. Beispielsweise kann bei ei nem Durchmesser der Mischstrecke im Bereich von etwa 25 cm, der Durchmesser der Prailfläche etwa 10 cm betragen . Insbesondere auf diese Weise kann eine Red uktion der freien Querschnittsfläche der Mischstrecke um etwa 30% bis 50% erreicht werden. Solche Querschnittsverhältnisse haben sich zur Beimengung der hierin beschriebenen ersten Flokkula- tionsagentien als besonders vorteilhaft erwiesen. Unter der freien Querschnittsfläche der Mischstrecke kann bzw. soll insbesondere der senkrecht zur Strömungsmittellinie bei angenommener laminarer Strömung durch die Mischstrecke und nicht vorhandener Prallplatte gegebene Strömungsquerschnitt der Mischstrecke, d.h. der freie Innendurchmesser der Mischstrecke als solche, verstanden werden. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die erste Mischeinheit eine zur, beispielsweise passiven oder pumpengestützten aktiven, Zufuhr des ersten Flokkulationsagens zur Mischstrecke ausgebildete erste Zufuhreinheit (oder: erste Injektionseinheit) mit zumindest einer fluidtechnisch stromaufwärts des, insbesondere statischen, Mischers der ersten Mischeinheit gelegenen ersten Zufuhröffnung (oder: erste Injektionsöffnung) für das erste Flokkulationsagens zur Mischstrecke umfasst.
In weiteren Ausgestaltungen kann die zweite Mischeinheit eine zur, beispielsweise passiven oder pumpengestützten aktiven, Zufuhr des zweiten Flokkulati- onsagens zur Mischstrecke ausgebildete zweite Zufuhreinheit (oder: zweite Injektionseinheit) mit zumindest einer fluidtechnisch stromaufwärts des, insbesondere dynamischen, Mischers der zweiten Mischeinheit gelegenen zweiten Zufuhröffnung (oder: zweite Injektionsöffnung) für das zweite Flokkulationsagens zur Mischstrecke umfassen. Insbesondere gemäß solcher Ausgestaltungen kann die Mischstrecke derart ausgebildet sein, dass sowohl das erste als auch das zweite Flokkulationsagens stromaufwärts des jeweils zugeordneten Mischers zugegeben bzw. zugeführt wird.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die erste Zufuhreinheit eine in das durch die Mischstrecke definierte Mischvolumen ragende erste Zufuhrlanze umfasst an welcher zumindest eine erste Zufuhröffnung ausgebildet sein kann. In weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die zweite Zufuhreinheit eine in das durch die Mischstrecke definierte Mischvolumen ragende zweite Zufuhrlanze umfasst, an welcher zumindest eine zweite Zufuhröffnung ausgebildet sein kann. Durch Verwendung von Zufuhrlanzen kann das erste und/oder zweite Flokkulationsagens gezielt in das Strömungsvol umen, beispielsweise im Bereich der Strömungsmittellinie bzw. mittig zum Strömungsquerschnitt, und/oder in dem Bereich, in welchem maximale Strömungsge- schwindigkeiten auftreten, zugeführt werden, so dass insbesondere ei ne vergleichsweise gute Beimischung des jeweiligen Flokkulationsagens erreicht werden kann. Die Zufuhrlanzen können jewei ls beispielsweise eine oder mehrere Auslass-, oder Injektionsöffnungen oder -düsen umfassen, die dazu eingerichtet ist/sind, das jeweilige Flokkulationsagens in geeigneter Konzentration und/oder Verteilu ng in das Fest-flüssig-Gemisch einzuleiten.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest eine erste und/oder zumindest eine zweite Zufuhröffnung an einem innerhalb des Mischvolumens gelegenen, beispielsweise etwa mittig zum freien Querschnitt der Mischstrecke positionierten, distalen Ende der jeweiligen Zufuhrlanze ausgebildet ist/sind . Zufuhröffnungen können zusätzlich oder alternativ entlang der Längserstreckung der jeweiligen Zufuhrlanze ausgebildet sein.
Die Zufuhr- oder Injektionseinheit ka nn in Ausgesta ltungen eine Ri ngdüse um- fassen über welche das Flokkulationsagens dem Mischvolumen zugeführt werden kann . Die Ringdüse kann beispielsweise innerhalb des Mischvolumens, insbesondere mittig im Mischvolumen, angeordnet sein, so dass die durch den Ringspalt der Ringdüse definierte Öffnung quer, insbesondere unter einem vorgegebenen Winkel, beispielsweise einem Winkel von 45°, zur Fließrichtung bzw. Strömungsrichtung des Fest-flüssig-Gemisches a ngeordnet ist.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder zweite Zufuhröffnu ng der ersten bzw. zweiten Mischei nheit beispielsweise quer, insbesondere schräg oder senkrecht, zum Strömungsquerschnitt der Mischstrecke am Ort der jewei ligen Zufuhröffnung ausgebildet ist. Insbesondere kann die jeweilige Zufuhröffn u ng dera rt ausgebildet und ausgerichtet sein, dass ein Normalenvektor der Öffnungsfläche der Zufuhröffnung quer, i nsbesondere schräg oder senkrecht zum Strömungsvektor des Fest-flüssig-Gemisches oder parallel zur Strömungsquerschnittsfläche der Mischeinheit verläuft. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Zufuhröffnung derart ausgebildet und ausgerichtet ist, dass der Normalenvektor der Öffnungsfläche unter einem vorgegebenen Winkel zum Strömungsvektor ausgerichtet ist. Insbesondere kann die Zufuhröffnung derart angeordnet sein, dass diese unter einem vorgegebenen Winkel zur Strömungsrichtung oder Fließrichtung des Fest-flüssig-Gemisches, beispielsweise unter einem Winkel von 45°, stromaufwärts, d.h. entgegengesetzt zur Fließrichtung des Fest-flüssig-Gemisches, ausgerichtet ist. Eine entsprechende Ausrichtung der Zufuhröffnung ermöglicht insbesondere ein vergleichsweise gleichmäßiges Mischungsergebnis und/oder bei geeigneter Aus- richtung schräg zur Strömungs- oder Fließrichtung können eine zusätzliche Verwirbelungseffekte erzielt werden.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein in Strömungsrichtung, d.h. parallel zur Durchflussrichtung des Fest-flüssig-Gemisches durch die Mischstre- cke, insbesondere entlang der bei angenommener laminarer Strömung sich ergebenden Strömungsmittellinie oder entlang der Mittenachse des Mischstreckenvolumens, gemessener Abstand, d.h. Mittenabstand, zwischen erster Zufuhröffnung, d.h. Zufuhröffnung für das erste Flokkulationsagens, und dem Mischer der ersten Mischeinheit, insbesondere dem statischem Mischer das 0,6- fache bis 1,2-fache, insbesondere das 0,74-fache, des freien Durchmessers der Mischstrecke am Ort oder im Bereich der ersten Mischeinheit bzw. am Ort eines zugeordneten Mischers, bzw. am Ort oder im Bereich der ersten Zufuhröffnung beträgt. Entsprechend kann in weiteren Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass ein in Strömungsrichtung, d. h. parallel zur Durchflussrichtung des Fest-flüssig-Gemisches durch die Mischstrecke, insbesondere entlang der bei angenommener laminarer Strömung sich ergebenden Strömungsmittellinie oder entlang der Mittenachse des Mischstreckenvolumens, gemessener Abstand zwischen der zwei- ten Zufuhröffnung und dem, insbesondere dynamischen, Mischer der zweiten Mischeinheit, das 0,6-fache bis 1,2-fache, insbesondere das 0,74-fache, des freien Durchmessers der Mischstrecke am Ort bzw. im Bereich der zweiten Mischeinheit bzw. der zweiten Zufuhröffnung beträgt. Je nach Bedarf können zur Erreichung optimaler oder zufriedenstellender Flokkulierungsergebnisse auch größere Abstände verwendet werden. Beispielsweise können Abstände im Bereich von 50 m und/oder im Bereich des 200-fachen des freien Durchmessers liegen, um, je nach Bedarf, eine ausreichende Entwicklung und Reifung zu ermöglichen.
Mit den oben genannten Abständen können insbesondere bei Schlämmen, wie Industrieschlämmen z.B. aus Kupferminen oder anderen Minen zur Metallgewinnung oder im Kohleabbau, vergleichsweise vorteilhafte Durchmischungs- grade erreicht werden, verbunden mit vorteilhafter und stabiler Koagulation der Feststoffanteile.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein in Strömungsrichtung gemessener Abstand zwischen der ersten Mischeinheit, insbesondere zwischen dem zugeordneten erstem bzw. statischen Mischer, und zweiter Zufuhröffnung der zweiten Mischeinheit zwischen dem 0,8- und 1 ,2-fachen des freien Durchmessers der Mischstrecke am Ort bzw. im Bereich der ersten Mischeinheit oder Mischers und/oder am Ort bzw. im Bereich der zweiten Zufuhröffnung beträgt. Auch hier können grds. größere Abstände verwendet werden, beispielsweise bis im Bereich eines oder mehrerer Meter, beispielsweise bis hin zu 50 Metern, wobei die jeweils gewählten Abstände derart eingerichtet sind, dass eine ausreichende Reifung und Entwicklung der Flocken erreicht werden kann. Insbesondere durch die Einstellung oder Verwendung eines jeweils geeigneten Verhältnisses, welches vom Schlamm bzw. dem jeweiligen Fest-flüssig-Gemisch abhängig sein kann, kann erreicht werden, dass das erste Flokkulationsagens ausreichend mit dem Fest-flüssig-Gemisch durchmischt ist bevor dieses die zweite Mischeinheit erreicht, an welcher das zweite Flokkulationsagens zugeführt oder beigemengt wird . Ein Abstand zwischen erster und zweiter Mischeinheit, beispielsweise zwischen der ersten Mischeinheit, insbesondere dem ersten bzw. statischen Mischer, und der zweiten Mischeinheit, insbesondere der zweiten Zuführöffnung oder dem zweiten bzw. dynamischen Mischer, kann in Ausgestaltungen auch andere als die oben angegebenen Werte betragen. Beispielsweise kann der Abstand, insbesondere unabhängig vom jeweiligen Durchmesser der Mischstrecke, im Bereich von bis zu einem oder mehreren Metern liegen, und beispielsweise bis hin zu 50 m betragen. Der Abstand kann beispielsweise derart gewählt sein, ggf. in Abhängigkeit des jeweils zu behandelnden Fest-flüssig-Gemisches und/oder des oder der jeweils verwendeten Flokkulationsagentien, dass in der Mischstrecke eine ausreichende Reifung und Entwicklung der zu bildenden Flocken möglich ist. In Ausgestaltungen der Erfindung, welche insbesondere unabhängig beansprucht werden können, kann vorgesehen sein, dass eine Vorrichtung zur Beimengung von Flokkulationsagentien in ein Fest-flüssig-Gemisch, beispielsweise nach einem der bisher beschriebenen Ausgestaltungen, eine oder die zur Durchleitung des Fest-flüssig-Gemisches ausgebildete Mischstrecke umfasst, welche eine oder die erste und eine oder die zweite Mischeinheit umfasst. Insbesondere in solchen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die zweite Mischeinheit fluidtechnisch stromabwärts der ersten Mischeinheit gelegen ist, und dass die erste Mischeinheit eingerichtet und speziell dazu angepasst ist, das oder ein erstes Flokkulationsagens zur Mischstrecke beizumengen oder beizumischen, und dass die zweite Mischeinheit eingerichtet und speziell dazu angepasst ist, das oder ein zweites Flokkulationsagens zur Mischstrecke beizumischen oder beizumengen. Insbesondere in solchen Ausgestaltungen kann das erste Flokkulationsagens ein Carbonat und/oder Calciumsalz, insbesondere Calciumcarbonat (CaCCh), umfassen oder aus den genannten Stoffen bestehen, und das zweite Flokkulationsagens kann zumindest ein Acrylamid-freies Polymer umfassen oder aus einem entsprechenden Polymer bestehen. Die Oberfläche des Calciumcarbonats (CaC03) kann optional mit Phosphorsäure (H3PO4) vorbehandelt sein. Im Hinblick auf die vorgenannten Ausgestaltungen hat sich insbesondere gezeigt, dass bei der spezifischen Kombination der Flokkulationsagentien, beispielsweise einer Kombination aus CaCCb, vorzugsweise oberflächenbehandeltem CaCOa, und zumindest einem Acrylamid-freien Polymer und/oder der spe- zifischen Art der Beimengung der Flokkulationsagentien, insbesondere für Industrieschlämme, trotz der im Vergleich zu Acrylamid-basierten Polymeren geringeren Flokkuiationswirkung der Acrylamid-freien Polymere, ein vergleichsweise hoher Grad an, insbesondere stabiler, Koagulation von Feststoffanteile im Fest-flüssig-Gemisch einerseits und, wegen der Acrylamid-freien Polymere, ein vergleichsweise Umwelt schonendes Verfa ren andererseits erreicht wer¬ den können. Wegen Beispielen für geeignete Flokkulationsagentien wird beispielhaft auf die WO2014/064073 AI verwiesen. In Ausgestaltungen, insbesondere gemäß der vorweg beschriebenen Art, kann vorgesehen sein, dass ein in Strömungsrichtung gemessener Abstand zwischen der ersten Zufuhröffnung und dem Mischer der ersten Mischeinheit und/oder zwischen der zweiten Zufuhröffnung und dem Mischer der zweiten Mischeinheit das 0,6- bis 1,2-fache, insbesondere das 0,74-fache, des freien Durchmessers (de) der Mischstrecke am Ort bzw. im Bereich der ersten bzw. zweiten Mischeinheit beträgt. Ferner kann in weiteren Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass ein in Strömungsrichtung gemessener Abstand zwischen dem Mischer der ersten Mischeinheit und der zweiten Zufuhröffnung zwischen dem 0,8- und 1,2-fachen des freien Durchmessers der Mischstrecke am Ort bzw. im Bereich der ersten Mischeinheit und/oder am Ort bzw. im Bereich der zweiten Zufuhröffnung beträgt. Die genannten Abstände können, wie bereits erwähnt, auch größer sein, und in Abhängigkeit der Eigenschaften des jeweiligen Fest-flüssig- Gemisches und/oder der jeweiligen Flokkulationsagentien und/oder in Abhängigkeit der Geometrie der Mischstrecke und der Mischeinheiten usw. gewählt sein, wobei auf die Ausführungen weiter oben verwiesen wird, die entsprechend gelten.
Im Hinblick auf die vorgenannten Abstände wird wegen Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen auf die Ausführungen weiter oben verwiesen. Zusätzlich soll erwähnt werden, dass die genannten Abstände nicht nur für die Verwendung eines statischen bzw. dynamischen Mischers für die erste bzw. zweite Mischeinheit von Vorteil sind, sondern diese Abstände haben sich auch als vorteil- haft erwiesen für die oben genannte spezifische, 2-stufige und sukzessive Bei¬ mengung des ersten Flokkulationsagens basierend auf CaCC und des zweiten
Fiokkulationsagens basierend auf zumindest einem Acrylamid-freien Polymer, In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Polymer um ein anionisches oder kationisches, vorzugsweise wasserbasiertes, Polymer han¬ delt und/oder dass das Polymer einen Polyelektrolyten umfasst.
In Ausgestaltungen der Erfindung nach Patentanspruch 8, ist ein Verfahren zur Flokkulation von Feststoffanteiien eines Fest-flüssig-Gemisches vorgesehen, wobei es sich bei dem Fest-flüssig-Gemisch beispielsweise um Schlamm, z.B. Industrieschlamm, oder Schmutzwasser, handeln kann.
Zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere eine Vorrichtung nach ei- nem der hierin beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden, was bedeuten soll, dass sämtliche in Verbindung mit Ausgestaltungen der Vorrichtung beschriebenen und genannten Merkmale in entsprechender Anwendung auch bei dem beanspruchten Verfahren angewandt werden können und umgekehrt. Es wird explizit auf die obigen Ausführungen zur Vorrichtung verwiesen, die hier entsprechend gelten sollen.
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass bei dem Verfahren das Fest- flüssig-Gemisch durch eine Mischstrecke, beispielsweise ein Mischrohr oder eine Mischleitung, durchgeleitet wird, wobei im Zuge des Durchleitens bzw. während der Passage der Mischstrecke dem Fest-flüssig-Gemisch in der Mischstrecke ein erstes Flokkulationsagens mittels eines statischen Mischers einer ersten Mischeinheit, und ein zweites Flokkulationsagens mittels eines dynamischen Mischers einer zweiten Mischeinheit beigemischt werden, wobei die zweite Mischeinheit mit der ersten Mischeinheit fluidtechnisch in Reihe ge- schaltet ist, insbesondere fluidtechnisch stromabwärts der ersten Mischeinheit gelegen oder dieser fluidtechnisch nachgeschaltet ist.
Beispielsweis kann die zweite Mischeinheit strömungstechnisch betrachtet stromabwärts gelegen sein, d.h. die zweite Mischeinheit kann in einer Richtung parallel zur Strömung des Fest-flüssig-Gemisches, der ersten Mischeinheit nachgeschaltet angeordnet sein . Mit anderen Worten wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren aus strömungstechnischer bzw. fluidtechnischer Sichtweise dem durch die Mischstrecke fließenden bzw. geleiteten Fest-flüssig-Gemisch zunächst das erste Flokkulationsagens durch Verwendung eines statischen Mischers, und dann das zweite Flokkulationsagens durch Verwendung eines dynamischen Mischers beigemischt. Insbesondere eine solche Kombination von Art und strömungstechnischer Anordnung der Mischer hat sich im Hinblick auf das erreichbare Koagulationsergebnis als vorteilhaft erwiesen. Wegen weiterer Vorteile und vorteilhafter Wirkungen wird auf die obigen Ausführungen zur Vorrichtung verwiesen, die entsprechend gelten sollen.
In Ausgestaltungen kann ein, insbesondere gesondert und/oder aber in Kombination mit Merkmalen des vorangehenden Verfahrens beanspruchbares, Verfahren vorgesehen sein, bei welchem zur Flokkulation von Feststoffanteilen eines Fest-flüssig-Gemisches das Fest-flüssig-Gemisch durch eine bzw. die Mischstrecke durchgeleitet wird, und dem Fest-flüssig-Gemisch in der Mischstrecke zunächst ein bzw. das erste Flokkulationsagens und fluidtechnisch stromabwärts sodann ein bzw. das zweite Flokkulationsagens beigemengt wer- den, wobei das erste Flokkulationsagens ein Carbonat und/oder Calciumsalz, insbesondere Calciumcarbonat (CaC03>, umfasst oder daraus besteht, und wobei das zweite Flokkulationsagens zumindest ein Acrylamid-freies Polymer umfasst oder daraus besteht. Die Oberfläche des Calciumcarbonats (CaCÜ3) kann optional mit Phosphorsäure (H3PO4) vorbehandelt sein, d.h. das Calciumcarbo- nat kann einer Oberflächenbehandlung mit Phosphorsäure unterzogen sein.
Im Hinblick auf die bei diesem Verfahren beschriebene spezifische Kombination von Flokkulationsagentien, und die spezifische Reihenfolge der Beimengung sei auf die obigen Ausführungen zur Vorrichtung verwiesen. Insbesondere soll je- doch erwähnt werden, dass die spezifische Kombination und Reihenfolge der Zugabe der Flokkulationsagentien vergleichsweise gute Koagulationsergebnisse hervorbringen, wobei das vorgeschlagene Verfahren wegen der Verwendung des oder der Acrlyamid-freien Polymere als für die Umwelt besonders schonend angesehen werden kann. In Ausgestaltungen insbesondere des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das erste Flokkulationsagens ü ber eine stroma ufwärts eines ersten Mischers der ersten Mischeinheit, beispielsweise des statischen Mischers, gelegene erste Zufuhreinheit dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt wird .
In Ausgestaltungen kann ferner vorgesehen sein, dass das zweite Flokkulationsagens über eine fluidtechnisch stromaufwärts eines zweiten Mischers der zweiten Mischei nheit, beispielsweise des dynamischen Mischers, gelegene zweite Zufuhrei nheit dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt wird.
Insbesondere durch eine stromaufwärts der Mischer erfolgende Zugabe der Flokkulationsagentien kann durch die stromabwärts gelegenen, insbesondere fluidtechnisch nachgeschalteten Mischer, insbesondere entsprechend hierin be- schriebener Ausgestaltung unter Verwendung eines statischen und dynamischen Mischers, bei Schlämmen eine vortei lhafte, insbesondere vergleichsweise gleichmäßige Beimengung der Flokkulationsagentien, ei nhergehend mit vergleichsweise guten Koag uiationsergebnissen, erreicht werden . In Ausgestaltungen kann das erste Flokkulationsagens über eine in das durch die Mischstrecke definierte Mischvolumen ragende erste Zufuhrlanze dem Fest- fl üssig-Gemisch zugeführt werden . In weiteren Ausgestaltungen kann das zweite Flokkulationsagens über eine in das durch die Mischstrecke definierte M ischvolumen ragende zweite Zufuhrlanze dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt werden. Durch die Zufuhr über Zufuhrlanzen ist es beispielsweise möglich, die Position der Abgabe der Flokkulationsagentien in das Fest-flüssig Gemisch einzustellen, und so, beispielsweise unter Berücksichtigung der verwendeten Mischertypen und der Struktur und Geometrie der Mischstrecke, die jewei ls optimale Zufuhr und Beimengung der Flokkulationsagentien zum Fest-flüssig-Ge- misch zu erhalten . Zur Zufuhr des oder der Flokkulati nosagentien kan n beispielsweise ei ne Düse, z. B. i n Form einer Ri ngdüse, verwendet werden .
In Ausgestaltungen kann vorgesehen sei n, dass das erste und/oder zweite Flokkulationsagens an einer etwa mittig im freien Querschnitt der Mischstrecke gelegenen Stelle zugeführt wird. Beispielsweise kann das Flokkulationsagens über eine Lanze zugeführt werden, bei welcher die Zufuhröffnung im Bereich der Mittenachse der Mischstrecke gelegen sein kann. Eine mittige Zugabe, insbesondere in Verbindung mit einer oder mehreren Pralleinheiten bzw. Prallflä- chen, insbesondere Prallplatten bzw. eines dynamischen Mischers, beispielsweise einen Mischer mit radialen Mischflügeln, deren Drehachse beispielsweise senkrecht zur Strömung in der Mischstrecke angeordnet sein kann, ermöglicht insbesondere eine homogene Beimengung des oder der Flokkulationsagentien. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite Flokkulationsagens mit einer quer, insbesondere senkrecht, zu der am jeweiligen Zufuhrort in der Mischstrecke herrschenden Strömungsrichtung des Fest- flüssig-Gemisches verlaufenden Richtungskomponente dem Fest-flüssig-Ge- misch zugeführt. Beispielsweise kann das jeweilige Flokkulationsagens durch eine quer, beispielsweise unter einem Winkel von 45° Richtung stromaufwärts, zur Strömung in der Mischstrecke ausgerichtete Zufuhröffnung, Düse, Düsenöffnung oder Lanze zugeführt, insbesondere eingedüst oder eingespritzt werden. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Flokkulationsagentien a ls Feststoff, insbesondere Pulver, bereitgestellt wird, und vor der Zufuhr zum Fest-flüssig-Gemisch, bzw. vor Zufuhr zur Mischstrecke in einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, gelöst wird. Insbesondere durch Verwendung von Pulver als Ausgangsmaterial ist es möglich, die Menge des je- weils zugeführten flokkungsaktiven Flokkulationsagens zu variieren und/oder die Konzentration des in der Trägerflüssigkeit gelösten Flokkulationspulvers entsprechend anzupassen. Insbesondere kann das Flokkulationsagens in Pulverform oder in Trägerflüssigkeit gelöster Form zugegeben werden. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein strömungstechnischer Abstand in Strömungsrichtung bzw. Durchflussrichtung des Fest-flüssig-Gemi- sches zwischen Ort der Zugabe des ersten und/oder zweiten Flokkulationsagens und dem Mischer der jeweiligen ersten oder zweiten Mischeinheit das 0,6- bis 1,2-fache, insbesondere 0,74-fache, des am Ort bzw. im Bereich der ersten bzw . zweiten Mischeinheit gemessenen freien Durchmessers (de) der Mischstrecke beträgt. Solche Abstände ergeben eine vergleichsweise gute Durchmischung von Fiokkulationsagentien und Fest-flüssig-Gemisch, insbesondere im Falle von Schlämmen.
In weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein strömungstechnischer Abstand zwischen dem Ort oder dem Bereich der Zugabe des zweiten Fiokkulationsagens und erster Mischeinheit, insbesondere der strömungstechnisch stromaufwärts gelegenen ersten Mischeinheit, beispielsweise zwischen dem Ort oder Bereich der Zugabe des zweiten Fiokkulationsagens und dem, beispielsweise vorgeschalteten, ersten Mischer der ersten Mischeinheit, zwischen dem 0,8- und 1,2-fachen des freien Durchmessers der Mischstrecke am Ort bzw. im Bereich der ersten Mischeinheit und/oder am Ort oder im Bereich der Zugabe des Fiokkulationsagens beträgt. Solche Abstände zwischen dem Ort bzw. dem Bereich der Zugabe eines Fiokkulationsagens und einem strömungstechnisch insbesondere stromaufwärts gelegenen, d.h. vorgeschalteten, Mischers ermöglichen insbesondere bei der Konditionierung von Schlämmen eine vergleichsweise gute und homogene Durchmischung mit beiden Fiokkulationsagentien.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand eines beispielhaften Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: FIG. 1 eine beispielhafte, erfindu ngsgemäße Vorrichtung;
FIG. 2 eine Teilschnittsdarstellung der Vorrichtung;
FIG. 3 ein Aufbaudiagramm einer Ausgestaltung der Vorrichtung;
FIG. 4 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung im Bereich der Mischstrecke;
FIG. 5 eine Schnittdarstellung einer alternativen Mischstrecke; ein Detail betreffend Zufuhrlanzen der Vorrichtung; eine schematische Darstellung betreffend ein Detail einer weiteren Mischeinheit der Vorrichtung; und ein Ausführungsbeispiel einer Mischeinheit nach FIG. 8 umfassend eine Prallplatte. eine Schnittdarstellung ei ner Rohrleitung mit montierten Mischeinheiten; eine weitere Schnittdarstellung der Rohrleitung mit montierten Mischeinheiten;
Einander entsprechende Teile und Komponenten in FIG. 1 bis FIG. 10 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
FIG. 1 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zur Flokkulation von Feststoffanteilen eines Fest-flüssig-Gemisches, die nachfolgend vereinfachend Flokkulations- vorrichtung 2 bezeichnet wird. Die Flokkulationsvorrichtung 2 kann beispielsweise in oder an einer mobilen Transporteinheit, wie beispielsweise einem Trag- oder Montagerahmen 11 (siehe FIG. 2), umfassend beispielsweise Stapleraufnahmen und dgl., oder einem Container, montiert oder befestigt sein. Insbesondere dadurch kann Flokkulationsvorrichtung 2 mobil und flexibel zum jeweiligen Einsatzort transportiert werden. Neben der Flokkulationsvorrichtung 2 können ferner ein oder mehrere elektrische Schaltschränke 3, und ferner ein oder mehrere (schematisch gezeigte) Tanks, Ansatzanlagen oder Mischanlagen 4 für ein oder mehrere Flokkulations- agentien vorhanden sein. Die Flokkulationsvorrichtung 2 umfasst eine erste Mischeinheit 5, die an einer, insbesondere eine Mischstrecke ausbildende bzw. umfassende, Rohrleitung 6 insta lliert ist, und a usgebildet ist zur Beimischung eines ersten Fiokkulationsagens. Die erste Mischeinheit 5 kann beispielsweise dazu eingerichtet u nd aus- gebildet sein, ein auf Calciumcarbonat (CaCC ) basierendes Fiokkulationsagens einem durch die Mischstrecke strömenden Fest-flüssig-Gemisch, beispielsweise Schlamm, beizumengen.
Die Flokkulationsvorrichtung 2 umfasst des Weiteren ei ne zweite Mischeinheit 7 welche ebenfalls a n der Mischstrecke 6 installiert ist, und ausgebildet ist zur Beimischung eines zweiten Fiokkulationsagens. Die zweite Mischeinheit 7 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, dem durch die Mischstrecke fließenden Fest-flüssig-Gemisch ein Fiokkulationsagens basierend auf einem, vorzugsweise Acryiamid-freien, Polymer beizumengen .
Du rch Beimengung des ersten und zweiten Fiokkulationsagens kann eine Koagulation von Feststoffa nteüen des Fest-flüssig-Gemisches erreicht werden, wobei koagulierte Feststoffa nteile anschließend beispielsweise durch Fi ltration, Zentrifugation, oder Sedimentation abgetrennt werden können .
Die Flokkulationsvorrichtung 2 der FIG. 1 umfasst des Weiteren einen optionalen Mengendurchflussmesser 8, welcher, wie vorl iegend, am Ei ngang der Mischstrecke installiert sei n kann, und welcher dazu ausgebildet sein kann, die Menge, z. B. den Volumen- bzw. Massenstrom, des durch die Mischstrecke flie- ßenden Fest-flüssig-Gemisches zu messen bzw. zu ermitteln .
Bei der in FIG . 1 gezeigten Flokkulationsvorrichtung 2 befindet sich der (optionale) Mengendurchfl ussmesser 8 eingangsseitig der Mischstrecke. Eine Ausgangsseite bzw. Ausgangsöffnu ng der Mischstrecke ist mit dem Bezugszeichen 0 bezeichnet. Ein- und Ausgangsseitig ka nn die Flokkulationsvorrichtung 2 (nicht explizit gezeigte) Anschlussschnittstellen, beispielsweise Anschlussflansche, zum Anschließen einer Förderleitung zur Zu- bzw. Abfuhr des Fest-flüssig-Gemisches zur bzw. von der Mischstrecke umfassen . Bei der in FIG. i gezeigten Flokkulationsvorrichtung 2 ergibt sich entsprechend eine durch den Doppelpfeil angedeutete Durchflussrichtung D. Unter Berücksichtigung der Durchflussrichtung D ergibt sich für das Ausführungsbeispiel der FIG. 1, dass die erste und zweite Mischeinheit 5, 6 dem Mengendurchflussmes- ser 8 fluidtechnisch nachgeschaltet sind. Ferner ist die zweite Mischeinheit 7 der ersten Mischeinheit 5 fluidtechnisch nachgeschaltet, was bedeuten soll, dass das durch die Mischstrecke fließende, bzw. gepumpte, Fest-flüssig-Ge- misch fluidtechnisch betrachtet zuerst die erste Mischeinheit 5 und dann die zweite Mischeinheit 7 passiert.
Der ersten Mischeinheit 5 kann, wie in FIG. 1 gezeigt, eine erste Pumpeneinheit 9 zugeordnet sein, wobei die erste Pumpeneinheit 9 dazu ausgebildet ist, das erste Flokkulationsagens über eine erste Zufuhr, beispielsweise eine erste Zufuhrlanze 13, in die Mischstrecke, d.h. in das durch die Mischstrecke defi- nierte Volumen, zu pumpen oder fördern. Eine Leitungsverbindung zwischen erster Pumpeneinheit 9 und erster Zufuhrlanze 13 ist in FIG. 1 strichliniert dargestellt.
Entsprechend kann der zweiten Mischeinheit 7 eine zweite Pumpeneinheit 10 zugeordnet sein, wobei die zweite Pumpeneinheit 10 dazu ausgebildet ist, das zweite Flokkulationsagens über eine zweite Zufuhr, beispielsweise eine zweite Zufuhrlanze 15, in die Mischstrecke, d.h. in das durch die Mischstrecke definierte Volumen, zu pumpen oder fördern. Eine Leitungsverbindung zwischen zweiter Pumpeneinheit 10 und zweiter Zufuhrlanze 15 ist in FIG. 1 strichliniert dargestellt.
Die Zufuhr der Flokkulationsagentien vom Tank bzw. der Ansatz- bzw. Mischanlage 4 zur ersten und/oder zweiten Pumpeneinheit kann, wie in FIG. 1 durch strichlinierte Linien angedeutet, über entsprechende Zufuhrleitungen erfolgen.
Weitere Einzelheiten von Ausgestaltungen der Flokkulationsvorrichtung 2 werden nachfolgend auch anhand der FIG. 2 beschrieben, welche eine schematische Teilschnittdarstellung der Flokkulationsvorrichtung 2 zeigt. Die Flokkulationsvorrichtung 2 kann, wie in FIG. 2 gezeigt, einen (optionalen) Montagerahmen 12 umfassen, an welchem Komponenten der Flokkulationsvorrichtung 2 montiert sein können, und mit welchem die Flokkulationsvorrichtung in oder an einer mobilen (Transport)Einheit befestigt sein kann.
In der Darstellung der FIG. 2 ist ersichtlich, dass der Mengendurchflussmesser 8 über eine Flanschverbindung mit der die Mischstrecke definierenden Rohrleitung 6 verbunden sein kann. Dem Mengendurchflussmesser 8 kann eine (optionale) Trockensubstanzmesseinheit 12 strömungstechnisch nachgeschaltet sein, welche dazu eingerichtet und ausgebildet ist, den Gehalt an Trockensubstanz in dem die Mischstrecke durchfließenden, bzw. in dem in die Mischstrecke eintretenden Fest-flüssig-Gemisch zu messen oder zu ermitteln.
Insbesondere durch Kombination der von Mengendurchflussmesser 8 und Tro- ckensubstanzmesseinheit 12 erhaltenen Messwerte betreffend Menge und Trockengehalt des zugeführten Fest-flüssig-Gemisches kann die Flokkulationsvorrichtung 2 die zur Koagulation der Feststoffanteile im Fest-flüssig-Gemisch jeweils geeignete bzw. erforderliche Menge an erstem und zweitem
Flokkulationsagens automatisch ermitteln.
Die Flokkulationsvorrichtung 2 kann eine Steuereinheit (siehe 20 in FIG. 3) umfassen, welche dazu eingerichtet ist und mit der ersten und zweiten Mischeinheit 5, 7 steuerungstechnisch derart gekoppelt sein kann, dass die jeweils erforderliche Menge an erstem und zweitem Flokkulationsagens der Mischstre- cke zugeführt wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Förderleistung der ersten bzw. zweiten Pumpeneinheit 9, 10 entsprechend der jeweils erforderlichen Menge an Flokkulationsagentlen einzustellen.
Entlang der Mischstrecke, d.h. der Rohrleitung 6, sind fluidtechnisch in Reihe, d.h. hintereinander, geschaltet eine ins Volumen der durch die Rohrleitung 6 definierten Mischstrecke ragende erste Zufuhrlanze 13, und ein statischer Mischer 14, welche von der ersten Mischeinheit 5 umfasst sind, sowie eine ins Volumen der Mischstrecke ragende zweite Zufuhrlanze 15, und ein dynamischer Mischer 16, welche von der zweiten Mischeinheit 7 umfasst sind. Die Zufuhrlanzen 13, 15 ragen quer zur Durchflussrichtung D des Fest-flüssig- Gemisches in die Rohrleitung 6 bzw. das Mischvolumen hinein, wobei Zufuhröffnungen der Zufuhrlanzen 13, 15 jeweils an dem etwa mittig bzw. zentral in- nerhalb der Rohrleitung 6 gelegen Ende der Zufuhrlanzen 13, 15 angeordnet sind. Damit können das erste und zweite Flokkulationsagens in etwa an bzw. im Bereich der Mittenachse der sich in der Mischstrecke ausbildenden Strömung zugeführt werden, wodurch eine vergleichsweise homogene Beimengung und damit einhergehend eine vergleichsweise gute Koagulationswirkung er- reicht werden können.
Der statische Mischer 14 der ersten Mischeinheit 5 kann beispielsweise wie in FIG. 2 gezeigt, eine (optional mehrere) im Strömungsvolumen der Rohrleitung angeordnete Prallplatte(n) 17 umfassen, welche der ersten Zufuhrlanze 13, ge- nauer der Auslassöffnung der ersten Zufuhrlanze 13, fluidtechnisch nachgeschaltet ist(sind). Durch die Prallplatte 17 kann das mit dem ersten Flokkulationsagens versetzte Fest-flüssig-Gemisch durchmischt werden, indem die Prallplatte 17 beispielsweise die Strömungsverhältnisse lokal verändert. Beispielsweise kann die Prallplatte 17 so eingerichtet sein, dass diese die Strömung lo- kai aufbricht und beispielsweise Turbulenzen, Verwirbelungen usw. erzeugt. Die Verwendung einer Prallplatte 17 und eine damit einhergehende vergleichsweise gute Durchmischung hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen bei Zufuhr eines auf CaCC -basierten Flokkulationsagens zu Schlämmen. Die Prallplatte 17 kann, wie in FIG. 2 gezeigt, senkrecht zur Mittenachse des Mischvolumens bzw. der Rohrleitung 6 angeordnet sein, insbesondere derart, dass deren Flächennormale parallel zur Durchflussrichtung D ausgerichtet ist.
Die Prallplatte 17 kann bezüglich des Querschnitts des Mischvolumens, bzw. der Rohrleitung, etwa mittig angeordnet sein, wobei, beispielsweise bei rundem Querschnitt von Rohrleitung 6 und Prallplatte 17, zwischen Innenwand der Rohrleitung 6 und äußerem Rand der Praliplatte 17 ein Ringspalt ausgebildet sein kann. Der dynamische Mischer 16 der zweiten Mischeinheit 5 kann beispielsweise wie in FIG. 2 gezeigt, einen (optional mehrere) quer zur Durchflussrichtung ins Volumen der Mischstrecke ragenden, motorgetriebenen Mischrotor 18 umfassen, welcher der zweiten Zufuhrlanze 15, genauer der Auslassöffnung der zweiten Zufuhrlanze 15, fluidtechnisch nachgeschaltet ist.
Der Mischrotor kann auf einer mittels eines elektrischen Antriebsmotors angetriebenen Antriebswelle ausgebildete, radial sich von der Antriebswelle erstreckende Mischflügel umfassen, die eine Durchmischung des Fest-flüssig-Gemi- sches, welches bereits mit dem ersten Flokkulationsagens versetzt ist, mit insbesondere dem zweiten Flokkulationsagens ermöglichen. Insbesondere ist der dynamische Mischer 16, bzw. der Mischrotor 18 derart ausgebildet das mit Flokkulationsagentien versetzte Fest-flüssig-Gemisch zu vermischen, so dass eine Koagulierung der Feststoffanteile des fest-flüssig-Gemisches auf Gründläge der beiden Flokkulationsagentien möglich ist bzw. erfolgt.
Die Prallplatte 17 des statischen Mischers 14 kann, wie bereits angedeutet, beispielsweise nach Art einer Kreisscheibe ausgebildet sein, wobei bei einem Durchmesser, bzw. Nenndurchmesser de der Mischstrecke bzw. der Rohrleitung 6 von etwa 250 mm der Außendurchmesser ön der Prallplatte 17 etwa 100 mm betragen kann. Rotorblätter des Mischrotors 18 können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass der Außendurchmesser die des Rotors 18 ebenfalls etwa 100 mm beträgt. Anhand der FIG. 2 seien noch einige konkrete Abmessungen der Flokkulations- vorrichtung 2 und gegenseitige Abstände einiger Komponenten genannt. So kann beispielsweise ein in Durchflussrichtung D gemessener Abstand di9-e zwischen Rohrleitungseinlass 19 und Mengendurchflussmesser 8 im Bereich von 225 mm liegen, und der Abstand d8 u, d.h. Mittenabstand, zwischen Mengen- durchflussmesser 8 und dem stromabwärts gelegenen Messpunkt der Trockensubstanzeinheit 12 kann etwa 393 mm betragen. Die erste Zufuhrlanze 13, genauer deren Auslassöffnung, kann vom Messpunkt der Trockensubstanzmesseinheit 12 stromabwärts beispielsweise mit einem Abstand d i3 von 263 mm angeordnet sein. Die Prallplatte 17 kann von der ersten Zufuhrlanze 13 in einem Abstand dn-r/ von ca. 186 mm angeordnet sein, wobei die zweite Zufuhrlanze 15, genauer deren Auslassöffnung, von der Prallplatte 17 in einem Abstand d -is von ca. 245 mm angeordnet sein kann.
Ein Abstand dis-is zwischen der zweiten Zufuhrlanze 15, genauer deren Auslassöffnung, und dem Mischrotor 18, genauer der Mittenachse des Misch rotors 18, kann etwa 186 mm betragen.
Wegen Abständen zwischen Zufuhröffnung(en) und Mischer(n) wird zusätzlich auf die Ausführungen weiter oben verwiesen, wobei erwähnt werden soll, dass zwischen den Mischeinheiten auch größere Abstände, beispielsweise bis hin zum 200-fachen des Durchmessers der Mischstrecke bzw. bis hin zu 50m, verwendet werden können.
Insbesondere die genannten Abmessungen und Dimensionen der Komponenten der Flokkulationsvorrichtung 2 haben sich im Hinblick auf Koagulation von Feststoffanteilen in Schlämmen, insbesondere Industrieschlämmen, beispielsweise Abfall-Schlämmen aus Kupferminen, als besonders vorteilhaft erwiesen.
Anhand FIG. 3, welche ein Aufbaudiagram der Flokkulationsvorrichtung 2 zeigt, wird insbesondere der Betrieb der Vorrichtung weiter erläutert.
Wie aus FIG. 3 ersichtlich ist, umfasst die Flokkulationsvorrichtung 2 eine Steuereinheit 20, welche steuerungstechnisch mit einer ersten Dosierpumpeneinheit 21 für das erste Flokkulationsagens, einer zweiten Dosierpumpeneinheit 2 für das zweite Flokkulationsagens, und dem dynamischen Mischer 16 verbunden ist. Ferner ist die Steuereinheit 20 mit dem Mengendurchflussmes- ser 8 und der Trockensubstanzmesseinheit 12 steuerungstechnisch verbunden, so dass die Steuereinheit 20 zumindest Messwerte betreffend Menge und Trockensubstanzanteil des in die Rohrleitung über eine Speisepumpe geförderten Fest-flüssig-Gemisches zur Verfügung hat. Die Steuereinheit 20 kann, wie in FIG. 3 gezeigt, des Weiteren mit einer (optional vorhandenen) Anlage 23 zur Herstellung einer Acrylamid-freien Polymerlösung steuerungstechnisch verbunden sein. Sofern eine solche Anlage 23 vor- handen ist, kann diese auch über eine eigene Steuereinheit verfügen, und muss nicht zwangsläufig mit der Steuereinheit 20 der Flokkulationsvorrichtung 2 steuerungstechnisch gekoppelt sein.
Die Anlage 23 zur Herstellung der Polymerlösung kann eine Beschickungsein- heit 24 zur Beschickung eines Misch- oder Ansatztanks 25 mit Polymermaterial, insbesondere pulverförmigem Polymermaterial, und eine Flüssigkeitszufuhr 26 zur Zufuhr einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, für das Polymermaterial, umfassen. Der Misch- oder Ansatztank 25 kann eine oder mehrere Mischkammern mit jeweils zugeordneten motorgetriebenen Mischern 27 umfas- sen.
Beim Betrieb der Flokkulationsvorrichtung 2 kann die Anlage 23 zur Herstellung der Polymerlösung zunächst derart betrieben werden, dass ausreichend Polymerlösung eines Acrylamid-freien Polymers als zweites Flokkulationsagens zur Verfügung steht.
Zur Konditionierung, beispielsweise Entwässerung von Schlamm umfassend die Koagulation der Feststoffanteile im Schlamm, oder generell eines Fest-flüssig- Gemisches, wird der Rohrleitung 6, umfassend die Mischstrecke, über eine För- derpumpe 28, die mit dem Rohrieitungseinlass 19 der Rohrleitung 6 fluidtech- nisch verbunden ist, das Fest-flüssig-Gemisch zur und durch die Mischstrecke gefördert.
Mittels des Mengendurchflussmessers 8 und der Trockensubstanzeinheit 12 werden Menge und Trockensubstanz des zugeführten Gemisches ermittelt, und die so ermittelten Werte werden der Steuerung 20 zugeführt, welche jeweils erforderliche bzw. optimale Mengen an erstem und zweitem Flokkulationsagens ermittelt. Im vorliegenden Beispiel kann die Fiokkulationsvorrichtung 2 dazu ausgebildet sein, über die erste Dosierpumpeneinheit 21 ein auf Ca CO basierendes erstes Fiokkulationsagens über die erste Zufuhrlanze 13 der Mischstrecke zuzuführen, in welcher es durch die Prallplatte 17 des statischen Mischers mit dem Fest- flüssig-Gemisch vermengt wird.
Über die zweite Dosierpumpeneinheit 22, die im Hinblick auf die zudosierte Menge an zweitem Fiokkulationsagens von der Steuereinheit 20 entsprechend gesteuert wird, wird dem bereits mit dem ersten Fiokkulationsagens vermeng- ten Fest-flüssig-Gemisch eine Acrylamid-freie Polymer-Lösung als zweites Fiokkulationsagens über die zweite Zufuhrlanze 15 zugeführt. Das zweite Fiokkulationsagens wird mit dem Fest-flüssig-Gemisch mittels des dynamischen Mischers 16 vermengt. Nach Passage des dynamischen Mischers gelangt das Fest-flüssig-Gemisch mit beigemengten Flokkulationsagentien zu r Ausgangsöffnung 0 der Mischstrecke, bzw. der Rohrleitung, und kann zur Abscheidung koagulierter Feststoffanteile beispielsweise einer fluidtechnisch nachgeschalteten (nicht gezeigten) Filtereinheit zugeführt werden.
FIG. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 2 im Bereich der durch die Rohrleitung 6 definierten Mischstrecke M bzw. einem korrespondierenden Mischvolumen. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Rohrleitung auf mit einem Untergrund verschraubbaren Stützfüßen montiert und abgestützt ist.
Die Rohrleitung 6 kann, wie in FIG. 4 gezeigt, in Durchflussrichtung fluidtechnisch hintereinander geschaltet zwei, beispielsweise auf gleicher Seite der Rohrleitung 6 gelegene, Anschlusskupplungen 37, umfassend beispielsweise je- weils eine Flanschkupplung, zum, insbesondere fluiddichten, Anschließen der ersten 5 und zweiten Mischeinheit 6. Die Anschlusskupplungen 37 können im Betrieb der Vorrichtung 1 beispielsweise in seitlich gelegener Anordnung verwendet werden. Bezüglich der Durchfiussrichtung D stromaufwärts der Anschlusskupplungen 37 gelegen können, wie in FIG. 4 gezeigt, in der Wa ndung der Rohrleitung Einführöffnungen 38.1 und 38.2, oder Einstecköffnungen, für die erste 13 bzw. zweite Zufuhrlanze 15 vorgesehen sein . Die Einführöffnungen 38, genauer de- ren Mittelpunkte, können beispielsweise auf einer in Längsrichtung der Rohrleitung 6 verlaufenden Geraden liegen, sprich, die Einführöffnungen 38 können in Durchfiussrichtung betrachtet fluchtend hintereinander angeordnet sein. Wie in FIG. 4 ersichtlich ist, kann im Betrieb der Vorrichtung die Rohrleitung derart angeordnet sein, dass die Einstecköffnungen 38 unterhalb des Niveaus der im Bereich der Anschiusskupplungen 37 vorhandenen Durchgangsöffnungen 39, insbesondere auf gleicher Seite wie die Anschlusskupplungen 37, in der Rohrleitung 6 angeordnet sind.
FIG. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer alternativen Mischstrecke M, bzw. ei- ner alternativen Rohrleitungsgeometrie der Rohrleitung 6. Die Rohrleitung 6 des Ausführungsbeispiels der FIG. 5 ist zu beiden Enden der Mischstrecke M hin, bzw. an beiden Enden der Rohrleitung 6, verjüngt. Anders ausgedrückt ist die Rohrleitung 6 in radialer Richtung bezüglich der Längsachse aufgeweitet, wobei die Aufweitung in Längsrichtung der Rohrleitung 6, bzw. parallel zur Durchfiussrichtung D, betrachtet derart gewählt ist, dass zumindest die Durchgangsöffnungen 39 und die Einführöffnungen 38 mit umfasst sind. Durch eine Aufweitung kann u.U. eine verbesserte Durchmischung erreicht werden, und/oder die Mischstrecke M kann bezüglich Geometrie, Anordnung und Lage der ersten Mischeinheit 5 und zweiten Mischeinheit 7 an das jeweils zu behandeln- den Fest-flüssig-Gemisch angepasst werden.
Die zweite Mischeinheit 7 kann eine über eine Flanschverbindung 29 mit der Rohleitung 6 verbundene Rotoreinheit 30 mit einer Antriebswelle 31 und mit einer am distalen Ende der Antriebswelle 31 angebrachten Mischrotoreinheit 32 umfassen. Der Rotorkörper der Mischrotoreinheit 32 ist im vorliegenden Beispiel zylinderartig ausgebildet, und weist an gegenüberliegenden Längsseiten je einen Mischflügei 33 auf, was beispielsweise aus FIG. 9 ersichtlich ist. Durch die Mischrotoreinheit 32, insbesondere die Mischflügel 33, erfolgt im Betrieb der Flokkulationsvorrichtung 2 eine Vermischung des zweiten Flokkulationsagens F2 mit einem an der zweiten Mischeinheit 7 vorbeifließenden Fest- flüssig-Gemisch.
Das zweite Flokkulationsagens F2 kann, wie beispielsweise aus FIG. 1 und FIG. 9 ersichtlich ist, über eine der Mischrotoreinheit 32 beispielsweise fiuidtech- nisch vorgeschaltete, d. h. stromaufwärts angeordnete, Düse oder Lanze 15 und dgl. zugeführt werden.
Ein Beispiel einer entsprechenden Düsen- oder Lanzenanordnung ist in FIG. 6 gezeigt. Konkret zeigt FIG. 6 einen Querschnitt der Rohrleitung 6 im Bereich z.B. der ersten oder zweiten Zufuhrlanze 13 bzw. 15. Im Beispiel der FIG. 6 weist die Zufuhrlanze 13 bzw. 15 eine schräg zur Strömung bzw. Strömungs- richtung bzw. Durchflussrichtung D gestellte Lanzenaustrittsöffnung 35 auf, über welche das jeweilige Flokkulationsagens F, sei es das erste Flokkulationsagens oder das zweite Flokkulationsagens F2, zugeführt werden kann.
Speziell ist die Lanzenaustrittsöffnung 35 im vorliegenden Beispiel so einge- richtet und ausgerichtet, dass zwischen der Durchflussrichtung D und der Öffnungsebene E der Lanzenaustrittsöffnung 35 in Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn gemessen ein Winkel α von etwa 45 Grad ausgebildet ist. Der Winkel kann je nach Eigenschaften des Flokkulationsagens F und/oder des zu behandelnden Fest-flüssig-Gemisches auch anders gewählt sein. Ferner kann die Lanzenaustrittsöffnung 35 anders zur Strömung angestellt sein und/oder die Öffnungsebene E der Lanzenaustrittsöffnung 35 kann relativ zur Durchflussrichtung D bzw . zur Rohrleitung 6 anders orientiert sein.
FIG. 7 zeigt ein weiteres Detail der bzw. einer erfindungsgemäßen Flokkulati- onsvorrichtung 2 im Bereich des statischen Mischers 14. Konkret ist der statische Mischer 14 der FIG. 7 in Form einer Pralleinheit ausgebildet, umfassend eine in der Rohrleitung 6 befestigte Prallplatte 17. Die Prallplatte 17 ist im Beispiel der FIG. 7 rund ausgebildet, d.h. die Prallplatte 17 weist eine runde Prallfläche P auf. Die Geometrie der Prallfläche P und der Prallplatte 17 sind im vorliegenden Beispiel so gewählt, dass sich zwischen Innenwandung der Rohrleitung 6 und Außenrand der Prallfläche P bzw. Prallplatte 17 ein Ringspalt 36 mit einer in radialer Richtung bezüglich der Rohrleitung 6 betrachtet etwa konstanten Spaltbreite ergibt. Angemerkt sei, dass die Orientierung, Lage und/oder Geometrie und/oder Form der Prallplatte auch anders ausgebildet sein kann, beispielsweise in Abhängigkeit der Eigenschaften des jeweils zu behandelnden Fest-flüssig-Gemisches, insbesondere Schlamms.
Bei einem Rohrleitungsdurchmesser von beispielsweise 25 cm kann der Durchmesser der Prallplatte 17 beispielsweise 10 cm betragen, so dass zwischen Innenwandung der Rohrleitung 6 und dem Außenrand der Prallplatte 17 ein Ring- spalt mit einer Breite von ca. 75 mm ausgebildet ist. Insbesondere solche Geometrien eignen sich zur Vermischung von Flokkulationsagentien mit Schlämmen, wobei bezüglich der Schlämme insbesondere auf die weiter oben erwähnten Beispiele verwiesen wird. Die im Volumen der Rohrleitung 6 angeordnete Prallplatte 17, bzw. die Pralleinheit, bewirkt, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Pralleinheit bzw. Prallplatte 17 in der Rohrleitung 6 ansteigt, so dass es im Bereich der Prallplatte 17, insbesondere stromabwärts der Prallplatte 17, bei geeigneter Strömungsgeschwindigkeit zur Ausbildung von Strömungsturbulenzen und damit verbundenen Verwirbelungen kommen kann, welche eine Vermischung des ersten Flokkulationsagens mit dem Fest-flüssig-Gemisch bewirken, hervorrufen bzw. fördern.
FIG. 8 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für den statischen Mischer 14. Wie in FIG. 8 gezeigt, kann der statische Mischer 14 eine mit der korrespondierenden Anschlusskupplung 37, insbesondere dem korrespondierenden Anschlussflansch, verbindbare Flanschplatte 40 aufweisen, in welcher beispielsweise randseitlich umlaufend Bohrungen zur Schraubbefestigung der Flansch¬ platte 40 an der Anschlusskupplung 37.1 vorhanden sein können. An der Flanschplatte 40, beispielsweise in einem mittigen oder einem zur Mitte benachbarten Bereich, kann ein von der Flanschplatte 40 vorspringender und an der Flanschplatte 40 befestigter Befestigungsarm 41 vorhanden sein. An ei- nem von der Flanschplatte 40 abgewandten Ende kann der Befestigungsarm 41 mit einer bzw. der Prallplatte 17 verbunden sein, bzw. die Prallplatte 17 kann dort angebracht sein. Die Länge des Befestigungsarms 41 ist derart gewählt, dass im montierten Zustand der Flanschplatte 40 an der Anschlusskupplung 37.1 die Prallplatte etwa mittig in der Rohrleitung 6 positioniert ist. Die in der Flanschplatte 40 vorgesehenen Bohrungen können derart eingerichtet sein, dass eine Befestigung möglich ist, bei welcher die Prallplatte 17, d.h. die Prallfläche P, im Wesentlichen senkrecht zur Durchflussrichtung D angeordnet ist, oder ein entsprechender Neigungswinkelzwischen Prallfläche P und Durchflussrichtung D besteht.
FIG. 9 zeigt eine Schnittdarstellung der Rohrleitung 6 mit montierten Mischeinheiten 5, 7, wobei die erste Mischeinheit 5, umfassend den statischen Mischer 14, an der jeweilige Anschlusskupplung 37.1 montiert ist, so dass die Prallplatte 17 in senkrechter Ausrichtung zur Durchflussrichtung D in der Mischstre- cke M und fluidtechnisch nachgeschaltet zur ersten Zufuhrlanze 13 angeordnet ist. FIG. 10 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Rohrleitung 6 mit montierten Mischeinheiten 5, 7 bei Betrachtung in Richtung der Durchflussrichtung D. Die zweite Mischeinheit 7, umfassend einen dynamischen Mischer 16 mit Rotoreinheit 30 mit Antriebsmotor, ist über eine Flanschverbindung an der anderen Anschlusskupplung 37.2 montiert. Die Rotoreinheit 30 ist im vorliegenden Beispiel fluidtechnisch stromabwärts der zweiten Zufuhrlanze 15 angeordnet, was bedeutet, dass das jeweilige zweite Fiokkulationsagerts über die zweite Zufuhrlanze 15 der Mischrotoreinheit 32 zugeführt wird.
Die Zufuhrlanzen 13, 15 können beispielsweise derart weit in die Rohrleitung 6 eingeführt sein, dass im Betrieb der Vorrichtung 1 die jeweiligen Flokkulations- agentien bezüglich des Rohrquerschnitts bzw. des Querschnitts der Mischstrecke etwa mittig in das durch die Mischstrecke M fließende Fest-flüssig-Ge- misch eingebracht werden können. Durch die Praiiplatte 17 kann im fluidtech- nisch nachgeschalteten Volumen durch Ausbildung von Strömungswirbeln eine Durchmischung des Fest-flüssig-Gemisches mit dem ersten Flokkulationsagens erreicht werden. Bei geeignetem fluidtechnischen Abstand zwischen Prallplatte 17 und zweiter Zufuhrlanze 15 kann ferner z.B. auch die Einbringung des zweiten Flokulationsagens zumindest begünstigt werden, wobei eine aktive Durchmischung des Fest-flüssig-Gemisches mit den beiden zugegebenen Flokkulati- onsagentien Insbesondere mitteis des stromabwärts liegenden aktiven Mischer 7 erfolgt.
Der beschriebene Betrieb der Flokkulationsvorrichtung mit zwei-stufiger Beimengung eines ersten und zweiten Flokkulationsagens, und der Verwendung unterschiedlicher Mischerarten für das erste, z.B. auf CaC03-basierte, Flokkulationsagens, und für das zweite, z.B. auf einem Acrylamid-freien Polymer basierte, Flokkulationsagens, eignet sich insbesondere für die Konditionierung von Schlämmen, beispielsweise Abraum-Schlämmen aus Kupfer-Minen. Insbesondere durch die Möglichkeit der Dosierung der Flokkulationsagentien über die erste und zweite Mischeinheit und die zweistufige, sukzessive Zufuhr der Flokkulationsagentien kann ein vergleichsweise gutes Koagulationsergebnis mit vergleichsweise guter Fest-flüssig-Trennung erreicht werden.

Claims

Vorrichtung (2) zur Flokkuiation von Feststoffanteilen ei nes Fest-fl üssig-
Gemisches, insbesondere Schlamm oder Schmutzwasser, umfassend eine zur Durchleitung des Fest-flüssig-Gemisches ausgebildete Mischstrecke (6, M), weiche eine erste Mischeinheit (5) mit einem zur Beimischung eines ersten Flokkulationsagens (F) eingerichteten statischen Mischer ( 14, 17, P), und eine zur ersten Mischeinheit (5) fiuidtechnisch in Reihe geschaltete, optional fi uidtechnisch stromabwärts gelegene, zweite Mischeinheit (7) mit einem zur Beimischung eines zweiten Flokkulationsagens (F2) zur Mischstrecke (6, M) eingerichteten dynamischen Mischer ( 16, 18) umfasst.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der statische Mischer ( 14) eine oder mehrere im Volumen der Mischstrecke (6, M) ausgebildete Pralleinrichtungen ( 17), insbesondere Prallplatten (17), umfasst, und/oder der dynamische Mischer (16) einen oder meh rere ins Volumen der Mischstrecke (6, M) ragende, mit einer motorischen Antriebseinheit gekoppelte Mischrotoren (18, 32, 33) umfasst.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei zumindest eine der zumindest einen Prallplatte (17) eine Prallfläche (P) aufweist, welche quer, insbesondere senkrecht, zu der sich bei ordnungsgemäßem Betrieb ergebenden Du rchflussrichtung (D) des Fest-flüssig-Gemisches angeordnet ist, und/oder wobei zumindest eine der zumindest einen Pralleinrichtung (17), insbesondere Prallplatte (17) mittig bezüglich einer am Montageort der Pralleinrichtung (17), insbesondere Prallplatte (17), gegebenen Querschnittsfläche der Mischstrecke (6, M) angeordnet ist, und/oder wobei die freie Querschnittsfläche der Mischstrecke (6, M) am Montageort der Prallei nheit (17), insbesondere Prallplatte ( 17), das 5- bis 7-fache, insbesondere das 6,25-fache, der quer zur Durchflussrichtung (D) gemessenen Prallfläche (P), i nsbesondere Prallplattenfläche (P), beträgt, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Mischeinheit (5) eine zur Zufuhr des ersten Fiokkulationsagens (F) zur Mischstrecke (6, M) ausgebildete erste Zufuhreinheit (13) mit zumindest einer fluidtechnisch stromaufwärts des statischen Mischers (14) gelegenen ersten Zufuhröffnung (35) für das erste Fiokkulationsagens (F) zur Mischstrecke (6, M) umfasst, und/oder wobei die zweite Mischeinheit (7) eine zur Zufuhr des zweiten Fiokkulationsagens (F2) zur Mischstrecke (6, M) ausgebildete zweite Zufuhreinheit (15) mit zumindest einer fluidtechnisch stromaufwärts des dynamischen Mischers (16) gelegenen zweiten Zufuhröffnung (35) für das zweite Fiokkulationsagens (F2) zur Mischstrecke (6, M) umfasst, wobei die erste Zufuhreinheit (13) optional eine in das durch die Mischstrecke (6, M) definierte Mischvolumen ragende erste Zufuhrlanze (13) umfasst an welcher zumindest eine der zumindest einen ersten Zufuhröffnung (35) ausgebildet ist und/oder die zweite Zufuhreinheit (15) optional eine in das durch die Mischstrecke (6, M) definierte Mischvolumen ragende zweite Zufuhrianze (15) umfasst, an welcher zumindest eine der zumindest einen zweiten Zufuhröffnung (35) ausgebildet ist, wobei bevorzugt zumindest eine erste und/oder zumindest eine zweite Zufuhröffnung (35) an einem innerhalb des Mischvolumens gelegenen, insbesondere etwa mittig zum freien Querschnitt der Mischstrecke (6, M) positionierten, distalen Ende der ersten bzw. zweiten Zufuhrlanze (13, 15) ausgebildet ist oder sind und/oder die erste und/oder zweite Zufuhröffnung (34, 35) quer, insbesondere senkrecht, zum Strömungsquerschnitt der Mischstrecke (6, M) am Ort der jeweiligen Zufuhröffnung ausgebildet ist, und/oder wobei ein in Durchflussrichtung (D) gemessener Abstand zwischen erster Zufuhröffnung (35) und statischem Mischer (14, 17, P) und/oder zwischen zweiter Zufuhröffnung (34, 35) und dynamischem Mischer (16) das 0,6- bis 1,2-fa- che, insbesondere das 0,74-fache, des freien Durchmessers (d6) der Mischstrecke (6, M) am Ort der ersten (5) bzw. zweiten Mischeinheit (7) beträgt, und/oder wobei ein in Durchflussrichtung (D) gemessener Abstand zwischen der ersten Mischeinheit (5) und zweiter Zufuhröffnung (34, 35), insbesondere zwischen statischem Mischer (17) und zweiter Zufuhröffnung (34, 35) zwischen dem 0,8- und 1,2-fachen des freien Durchmessers (d6) der Mischstrecke (6, M) am Ort der ersten Mischein¬ heit (5) und/oder am Ort der zweiten Zufuhröffnung (34, 35) beträgt.
Vorrichtung (2) zur Beimengung von Fiokkulationsagentien (F) in ein Fest-flüssig-Gemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine oder, wenn abhängig von Anspruch 1 , die zur Durchlei¬ tung des Fest-flüssig-Gemisches ausgebildete Mischstrecke (6, M), wel¬ che eine erste (5) und eine zweite (7), oder wenn abhängig von Anspruch I die erste und die zweite Mischeinheit (5, 7) umfasst, wobei die zweite Mischeinheit (7) fluidtechnisch stromabwärts der ersten Mischein¬ heit (5) gelegen ist, und die erste Mischeinheit (5) eingerichtet ist zur Beimengung eines oder des ersten Flokkuiationsagens (F) zur M ischstrecke (6, M), und die zweite Mischeinheit (7) eingerichtet ist zur Beimengung eines oder des zweiten Flokkuiationsagens (F2) zu r Mischstrecke (6, M), wobei das erste Flokkuiationsagens (F) ein Carbonat und/oder Calciumsalz, insbesondere Calciumcarbonat (CaC03) oder mit Phosphorsäure (H3P04) oberflächen beha ndeltes Calciumcarbonat (CaC03), umfasst, und das zweite Flokkuiationsagens (F2) zumindest ein Acrylamid- freies Polymer umfasst.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei ein in Durchflussrichtung (D) gemessener Abstand zwischen erster Zufuhröffnung (35) und Mischer ( 14, 17, P) der ersten Mischeinheit (5) und/oder zwischen zweiter Zufuh röffnung (34, 35) und Mischer ( 18, 32) der zweiten Mischeinheit (7) das 0,6- bis 1 ,2-fache, insbesondere das 0,74-fache, des freien Quer¬ schnitts der Mischstrecke (6, M) am Ort der ersten (5) bzw. zweiten (7) Mischeinheit beträgt, und/oder wobei ein in Durchflussrichtung (D) gemessener Abstand zwischen dem Mischer ( 14, 17, P) der ersten Mischei nheit (5) und zweiter Zufuhröffnu ng (34, 35) zwischen dem 0,8- und 1,2-fachen des freien Durchmessers (de) der Mischstrecke (6, M) am Ort der ersten Mischeinheit (5) und/oder am Ort der zweiten Zufuhröffnung (34, 35) beträgt. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei es sich bei dem Polymer um ein anionisches oder kationisches, vorzugsweise wasserbasiertes, Polymer handelt und/oder wobei das Polymer einen Poiyelektro!yten um- fasst.
Verfahren zur Fiokkulation von Feststoffanteilen eines Fest-flüssig-Gemi sches, insbesondere Schlamm oder Schmutzwasser, wobei das Fest-fiüs- sig-Gemisch durch eine Mischstrecke (6, M) durchgeieitet wird, und wobei dem Fest-fiüssig-Gemisch in der Mischstrecke (6, M) ein erstes Fiok- kulationsagens (F) mitteis eines statischen Mischers (14, 17, P) einer ersten Mischeinheit (5), und ein zweites Fiokkuiationsagens (F2) mitteis eines dynamischen Mischers (16, 18, 32, 33) einer mit der ersten Mischeinheit (5) fluidtechnisch in Reihe geschalteten, optional stromabwärts gelegenen, zweiten Mischeinheit (7) beigemischt werden.
Verfahren zur Fiokkulation von Feststoffanteilen eines Fest-flüssig-Gemi- sches, insbesondere Schlamm oder Schmutzwasser, insbesondere nach Anspruch 8, wobei das Fest-flüssig-Gemisch durch eine, oder wenn abhängig von Anspruch 8 die, Mischstrecke (6, M) durchgeieitet wird, und wobei dem Fest-flüssig-Gemisch in der Mischstrecke (6, M) zunächst ein oder das erste Fiokkuiationsagens umfassend ein Carbonat und/oder Calciumsalz, insbesondere Calciumcarbonat (CaCC ) oder mit Phosphorsäure (H3PO4) oberflächenbehandeltes Calciumcarbonat (CaC03), und fluidtechnisch stromabwärts sodann ein oder das zweite Fiokkuiationsagens umfassend zumindest ein Acrylamid-freies Polymer beigemengt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das erste Flokkuia tionsagens (F) über eine stromaufwärts des statischen Mischers (14, 17, P), oder, wenn abhängig von Anspruch 8, eines Mischers (14, 17, P) der ersten Mischeinheit (5) gelegene erste Zufuhreinheit (13) dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt wird, und/oder wobei das zweite Fiokkuiationsagens (F2) über eine fluidtechnisch stromaufwärts des dynamischen Mi- schers (16, 18, 32, 33), oder, wenn abhängig von Anspruch 8, eines Mischers (16, 18, 32, 33) der zweiten Mischeinheit (7) gelegene zweite Zufuhreinheit (15) dem Fest-flussig-Gemisch zugeführt wird, und/oder wobei das erste Flokkulationsagens (F) über eine in das durch die Mischstrecke (6, M) definierte Mischvolumen ragende erste Zufuhrlanze (13) dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt wird, und/oder wobei das zweite Flokkulationsagens (F2) über eine in das durch die Mischstrecke (6, M) definierte Mischvolumen ragende zweite Zufuhrlanze ( 15) dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt wird, und/oder wobei das erste und/oder zweite Flokkulationsagens (F, F2) an einer etwa mittig im freien Querschnitt der Mischstrecke (6, M) gelegenen Stelle zugeführt wird, und/oder wobei das erste und/oder zweite Flokkulationsagens (F, F2) mit einer quer, insbesondere senkrecht zu der am jeweiligen Zufuhrort in der Mischstrecke (6, M) herrschenden Durchfiussrichtung (D) des Fest-flüssig-Gemi- sches verlaufenden Richtungskomponente dem Fest-flüssig-Gemisch zugeführt, und/oder wobei ein strömungstechnischer Abstand in Durchflussrichtung (D) des Fest-flüssig-Gemisches zwischen Ort ( 13, 15) der Zugabe des ersten und/oder zweiten Flokkulationsagens (F, F2) und dem Mischer der jeweiligen ersten oder zweiten Mischeinheit (5, 7) das 0,6- bis 1,2-fache, insbesondere 0,74-fache, des am Ort der ersten bzw. zweiten Mischeinheit (5, 7) gemessenen freien Durchmessers (d6) der Mischstrecke (6, M) beträgt, und/oder wobei ein strömungstechnischer Abstand zwischen Ort (15, 35) der Zugabe des zweiten Flokkulationsagens (F) und erster Mischeinheit (5), insbesondere zwischen Ort (15, 35) der Zugabe und dem ersten Mischer (14, 17, P) der ersten Mischeinheit (5), zwischen dem 0,8- und 1,2-fachen des freien Durchmessers (d6) der Mischstrecke (6, M) am Ort der ersten Mischeinheit (5) und/oder am Ort (15, 35) der Zugabe beträgt.
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