WO2023208435A1 - Vorrichtung und verfahren zum eindicken einer suspension, welche fliessfähige stoffe unterschiedlicher dichte aufweist - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum eindicken einer suspension, welche fliessfähige stoffe unterschiedlicher dichte aufweist Download PDF

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WO2023208435A1
WO2023208435A1 PCT/EP2023/053641 EP2023053641W WO2023208435A1 WO 2023208435 A1 WO2023208435 A1 WO 2023208435A1 EP 2023053641 W EP2023053641 W EP 2023053641W WO 2023208435 A1 WO2023208435 A1 WO 2023208435A1
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preconditioned
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Johannes Biegel
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    • C02F2209/11—Turbidity

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for thickening a suspension which has flowable substances of different densities.
  • suspensions usually contain solid and liquid, usually water.
  • An example of such suspensions are sewage sludge, which must be dewatered, in particular to reduce volume, in order to then be stored in landfills. In some cases, sewage sludge can be burned, which is why it must be dewatered as much as possible to reduce the associated fuel requirements.
  • Other examples of such suspensions are sludges from the chemical industry, mining and water treatment, although the list is not exhaustive.
  • Such suspensions are typically thickened and dewatered using belt filters.
  • Thickening is the first step in dewatering. Thickening is an increase in the dry matter of the suspension from approx. 1% to a maximum of approx. 5%.
  • the suspension is evenly distributed and applied to a belt filter and dewatered under the influence of gravity, which results in a significant volume reduction. Further dewatering processes can then follow in order to further increase the dry matter.
  • a belt filter press can be used, in which the thickened suspension is fed onto further belt filters, which are guided through rollers, whereby the suspension is compressed and thereby releases liquid.
  • Other dewatering processes can be carried out using so-called screw centrifuges, also decanters. called, or carried out with vacuum filters. Devices for thickening and dewatering are described, for example, in EP 0 365 165 A2.
  • conditioning agents are often inorganic primary flocculants (metal salts) or organic secondary flocculants (polyelectrolytes).
  • the conditioning agents promote agglomeration or flocculation of the solids contained in the suspension, which supports or enables thickening using belt filters. Without agglomeration, the suspension would at least partially flow through the openings of the band filter without any significant thickening being achieved.
  • the complex optimization task when separating flowable substances of different densities using belt filters with regard to the adjustable parameters of conditioning agent quantity and belt speed is to achieve the highest possible dry substance content in the solid phase and the lowest possible dry substance content in the liquid phase while at the same time economical use of the conditioning agent and to achieve maximum throughput during the entire dewatering process and especially during thickening.
  • the escaping filtrate has a strong tendency to form deposits on surfaces in contact with the media.
  • Magnesium ammonium phosphate (MAP) in particular causes great difficulties in municipal wastewater treatment.
  • the substance tends to become incrusted and can clog entire pipe systems over time.
  • the lenses of optical measuring systems that come into contact with media can become contaminated within a very short time and must be cleaned very laboriously in order to deliver reliably reproducible measurement results.
  • the object of an embodiment of the present invention is to propose a device and a method for thickening a suspension which has flowable substances of different densities, which provide a remedy for the situation described above and which ensure effective thickening of the suspension with minimal Allow conditioning agent quantity and maximum throughput.
  • a preconditioning device for preconditioning the suspension, with which a conditioning agent can be added to the suspension
  • the preconditioning device has a first measuring channel with a first free jet section in which the preconditioned suspension forms a free jet
  • a feed unit arranged downstream of the preconditioning device and communicating with it, with which the preconditioned suspension can be fed onto the band filter.
  • the properties of the centrate are measured at various points and used to control or regulate the device shown there.
  • the reaction tions of the properties of the centrate for example as a result of the change in the amount of conditioning agent, only occur after a comparatively long time.
  • the composition of the suspension changes relatively quickly in many cases, for example in the case of sewage sludge.
  • the devices known from the prior art cannot be optimally controlled or regulated, which in particular leads to the optimal amount of conditioning agent not being used, but rather to overdosing or underdosing.
  • the first measuring device is arranged in such a way that the transmission of the preconditioned suspension is measured before the suspension is fed onto the band filter by means of the feed unit, changes in the composition of the suspension, which are in shows a change in transmission, can be reacted within a comparatively short time, for example with a change in the amount of conditioning agent. Consequently, the device can be operated at the optimum or in the range of the optimum.
  • the device can
  • the belt filter being moved in such a way that the suspension is conveyed from the feed unit to the delivery unit.
  • the movement of the band filter can be automated using the drive device.
  • the belt speed and consequently the residence time of the suspension on the belt filter can be changed.
  • the thickened suspension can be removed from the belt filter, for example in order to supply the thickened suspension to further devices in which further dewatering processes are carried out.
  • Collecting device communicates and forms a second free jet section
  • the second measuring device can be used to check whether the optimal amount of conditioning agent determined in the preconditioning device actually leads to optimal drainage. If this is not the case, the amount of conditioning agent supplied by the dosing unit can be corrected. In addition, the determined transmission of the band filter filtrate can be used to adjust the band speed.
  • the device can comprise at least one dewatering device with which the thickened suspension removed from the dispensing unit can be dewatered.
  • the thickened suspension is further dewatered after it has left the belt filter.
  • the thickened suspension can be fed to a decanter, a vacuum filter or a belt filter press in order to further increase the dry matter content.
  • the device can
  • the third measuring device can be used to check whether the optimal amount of conditioning agent determined in the preconditioning device actually leads to optimal drainage. If this is not the case, the amount of conditioning agent supplied by the dosing unit can be corrected.
  • a further developed embodiment can be characterized in that the first measuring device and/or the second measuring device and/or the third measuring device interacts with a control unit with which the loading unit, the dosing unit and/or the drive device depending on the specific transmission or the change in the specific transmission can be controlled.
  • Optimization algorithms can be stored on the control unit so that the device can be operated automatically, at least with regard to the amount of conditioning agent and the throughput, optimally or close to the optimal and thus economically. It should be noted at this point that the term “control unit” is not to be understood to mean that the algorithms carry out control of the device. Rather, an optimization is carried out.
  • control unit can have at least one signal generator, which outputs an indication signal when the change in the specific transmission exceeds or falls below a specific value. It is not absolutely necessary that the device is operated fully automatically. In quite a few cases, the device is monitored by a team of employees of the device operator, who changes certain operating parameters depending on the current state of the device. The possibility of giving an indication signal to the team of employees when the change in the specific transmission exceeds or falls below a certain value supports the team in initiating appropriate countermeasures in a timely manner in order to ensure that the device is optimal or close to the optimal and therefore efficient - to be able to do business.
  • the first measuring device and/or the second measuring device and/or the third measuring device can be set up in such a way that the reflection of the preconditioned suspension, the band filter concentrate or the dewatering filtrate can be determined without contact.
  • reflection determines another property of the preconditioned suspension, the belt filter concentrate and/or the dewatering filtrate. true.
  • the measurement of the reflection can serve as a redundancy in the event that the measurement of the transmission is disturbed or fails for whatever reason.
  • the determination of the transmission can be checked for plausibility. Overall, the reliability of the operation of the device is increased.
  • One embodiment of the invention relates to a method for thickening a suspension which has flowable substances of different densities, using a device according to one of the preceding claims, comprising the following steps:
  • the technical effects and advantages that can be achieved with the proposed method correspond to those that have been discussed for the present device.
  • the amount of conditioning agent can be quickly adapted to changes in the composition of the suspension, which are expressed in changes in transmission. This makes it possible to avoid prolonged over- or under-dosing and to operate the device with the optimal or almost optimal amount of conditioning agent. Due to the determination of the transmission on the free jet, the tendency of the preconditioned suspension to form deposits on media-contact surfaces has no influence on the measurement.
  • the amount of conditioning agent represents an essential parameter for the optimal operation of the device.
  • the optimal operating state for the device can be found, but in particular in the event of changes
  • the composition of the suspension allows the device to be returned to its optimal operating state very quickly.
  • the optimal operating state can therefore be continuously monitored. Deviations from the optimal operating state can be detected and corrected promptly.
  • the device In a further training, the device
  • Collecting device communicates and forms a second free jet section
  • the device can
  • the process has the following steps:
  • the belt speed is another important parameter in order to be able to operate the device at the optimum or close to the optimum, since the belt speed has an influence on the throughput and the residence time of the suspension on the belt filter. Particularly during subsequent dewatering using belt filter presses, adding too much of the thickened suspension can lead to it being squeezed out to the side, whereby it can end up in the dewatering filtrate. This can be prevented with an appropriate belt speed.
  • the reflection determines another property of the preconditioned suspension, the belt filter concentrate and/or the dewatering filtrate.
  • the measurement of the reflection can serve as a redundancy in the event that the measurement of the transmission is disturbed or fails for whatever reason.
  • the determination of the transmission can be checked for plausibility. Overall, the reliability of the operation of the device is increased.
  • the method includes the step of evaluating the transmission of the preconditioned suspension determined by the first measuring device with regard to flake stability. As will be explained in more detail later, a conclusion can be drawn about the floc stability of the suspension based on the transmission.
  • the transmission of the preconditioned suspension reaches its maximum, the attractive forces within the suspension are at their maximum, which is why the flake stability is greatest here. Since the flakes then have the largest diameter, it can be assumed that an optimum thickening is achieved. If further dewatering processes are carried out, these can also be carried out at the optimum with maximum flake stability. Since the flake stability is determined on the preconditioned but not yet thickened suspension, all subsequent processes, especially thickening, can be carried out optimally. In particular, prolonged over- or under-dosing of the conditioning agent can be avoided.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device for thickening a suspension based on a basic representation
  • FIG. 2A shows a first embodiment of a first measuring device
  • Figure 2B shows a second embodiment of a first measuring device
  • Figure 3 shows the course of transmission, reflection and flake stability as a function of the amount of conditioning agent.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of a device 10 according to the invention for thickening a suspension is shown in FIG. 1 using a basic representation.
  • the device 10 includes a preconditioning device 12 with which a suspension to be thickened can be preconditioned by adding a conditioning agent.
  • the suspension is conveyed to the preconditioning device 12 by means of a feed unit 14, which includes a feed pump 16.
  • the conditioning agent is conveyed to the preconditioning device 12 by means of a metering unit 17, which includes a metering pump 18.
  • the conditioning agent is added to the suspension in an addition section 19 of the preconditioning device 12.
  • the preconditioning device 12 comprises a mixing tube 20 in which the suspension and the conditioning agent can be mixed with one another. After the suspension and the conditioning agent have been mixed together, the suspension is preconditioned.
  • the preconditioning serves to agglomerate or flocculate the solids contained in the suspension.
  • the preconditioning device 12 also has a branch 22 from which a first measuring channel 24 originates.
  • the first measuring channel 24 is arranged within the preconditioning device 12 in such a way that a part of the preconditioning ned suspension flows through the first measuring channel 24. Consequently, in the first exemplary embodiment, the branch 22 is arranged downstream of the addition section 19 in relation to the flow direction of the suspension through the device 10. The direction of flow of the suspension through the device 10 is shown with arrows in FIGS. 1 and 2.
  • the first measuring channel 24 includes a first free jet section 26, in which the preconditioned suspension forms a free jet FS.
  • the device 10 is provided with a first measuring device 28, with which the transmission of the preconditioned suspension in the free jet FS can be measured. The design of the first measuring device 28 will be discussed in more detail later.
  • a feed unit 30 is arranged downstream of the preconditioning device 12, with which the preconditioned suspension can be fed onto a band filter 32.
  • the belt filter 32 is designed to be endless around three rollers 34 and can be moved by a drive device 36 at a belt speed.
  • the direction of movement of the band filter 32 is selected such that the preconditioned suspension is transported away from the feed unit 30 to a delivery unit 38.
  • the belt speed is selected so that, on the one hand, the preconditioned suspension is applied to the belt filter 32 evenly and at a low height, covering it as completely as possible.
  • the preconditioned suspension On the way from the feed unit 30 to the delivery unit 38, the preconditioned suspension is exposed to the influence of gravity, whereby part of the liquid contained in the suspension, typically predominantly water, is removed from the suspension and through the openings of the suspension, not shown in FIG Band filter 32 flows into a trough-shaped collecting device 40. Which is in the reception Liquid collecting device 40 is referred to below as belt filter filtrate.
  • belt filter filtrate which is in the reception Liquid collecting device 40 is referred to below as belt filter filtrate.
  • the agglomeration of the solids contained in the suspension prevents the solids from flowing through the openings of the belt filter 32 and getting into the belt filter filtrate.
  • a second measuring channel 42 communicates with the collecting device 40 and has a second free jet section 44 in which the band filter filtrate forms a free jet FS. Using a second measuring device 46, the transmission of the band filter filtrate in the free jet FS can be determined.
  • liquid is removed from the preconditioned suspension on the way to the delivery unit 38, which is why its dry matter content increases.
  • the dry matter content when applied to the belt filter 32 is approximately 1%, while when it reaches the delivery unit it can be 38 to approximately 5%.
  • This is then referred to as a thickened suspension.
  • the thickened suspension can be removed from the belt filter 32 using the delivery unit 38.
  • the delivery unit 38 is formed by one of the rollers 34, which deflects the band filter 32 downwards by at least 90°, but usually well over 90°.
  • the delivery unit 38 also includes a separator 48, which scrapes the thickened suspension from the belt filter 32 and leads it into a dewatering device 50, in which the dry matter content of the thickened suspension can be further increased.
  • the dewatering device 50 can be designed, for example, as a decanter, a vacuum filter or as a belt filter press, with the provision of the dewatering device 50 being considered optional.
  • a further collecting device 40 is arranged in the drainage device 50, in which the liquid the thickened suspension in the dewatering device 50 can be collected. This liquid is hereinafter referred to as dewatering filtrate.
  • a third measuring channel 54 communicates with the further collecting device 52 and has a third free jet section 56 in which the dewatering filtrate forms a free jet FS. Using a third measuring device 57, the transmission of the dewatering filtrate in the free jet FS can be determined.
  • the device 10 is equipped with a control unit 58 with which the loading unit 14, the dosing unit 17 and/or the drive device 36 can be controlled depending on the specific transmission or the change in the specific transmission.
  • the control unit 58 has a signal generator 60, which can output an information signal, for example when the change in transmission exceeds a certain level within a certain time.
  • a first embodiment of a first measuring device 28i is shown in FIG. 2A and a second embodiment of the first measuring device 282 is shown in FIG. 2B based on basic representations.
  • the first measuring device 28in according to the first embodiment has a first light source 661 and a second light source 662 as well as a light receiver 68 (FIG. 2A), for example a photodiode, while in the second embodiment of the measuring device 282 a light source 66 and a first light receiver 681 and a second light receiver 682 (see Figure 2B) are provided.
  • the beam path of the light is shown in Figures 2A and 2B. Referring to FIG.
  • the portion of the light which, starting from the first light source 661, passes through the free beam FS of the preconditioned suspension and from the light source 661 is determined.
  • opposite light receiver 68 is received as transmission T and the corresponding measurement is referred to as transmitted light measurement.
  • the portion of the light that is reflected by the free beam FS starting from the second light source 662 and received by the light receiver 68 arranged on the same side of the free beam FS of the light source 662 is referred to as reflection R and the corresponding measurement as incident light measurement .
  • the first measuring device 28i, 282 is able to determine both the transmission and the reflection.
  • the first measuring device 28 can also be designed in such a way that only the transmission is measured.
  • the second measuring device 46 and the third measuring device 57 can be constructed in the same way as the first measuring device 28.
  • the device 10 is operated in the following manner: By means of the feed unit 14, a certain volume flow of a suspension that is to be thickened is conveyed to the preconditioning device 12. In addition, a certain amount of conditioning agent is conveyed to the preconditioning device 12 by means of the metering unit 17 and mixed there with the suspension. A portion of the suspension preconditioned in this way flows through the first measuring channel 24. The transmission in the free jet FS is measured using the first measuring device 28.
  • the transmission T, the reflection R and the floc stability S of the preconditioned suspension are plotted schematically as a function of the amount of conditioning agent DP.
  • the amount of conditioning agent DP increases, the transmission T increases due to the increasing clear water spaces between the flakes up to a relative level. ximum T max .
  • the preconditioned suspension has the largest proportion of a clear water phase. If the amount of conditioning agent DP is increased, the transmission T drops again. The renewed drop in transmission T is due to clouding of the preconditioned suspension due to excess conditioning agent.
  • the reflection R measured on the free jet FS of the preconditioned suspension has a fundamentally different course as a function of the amount of conditioning agent DP.
  • the reflection R Up to the optimal amount of conditioning agent DP opt, the reflection R remains more or less unchanged. Above the optimal amount of conditioning agent DP opt, the reflection R increases significantly. This is due to the increasingly milky white coloring of the preconditioned suspension due to excess conditioning agent.
  • the floc stability S of the suspension is also plotted against the amount of conditioning agent DP in FIG. 3.
  • sewage sludge contains bacteria that are charged in the same direction and therefore repel each other.
  • these charges are neutralized so that agglomeration forces arise, as a result of which the size of the flakes and their flake stability S increase.
  • all repelling charges are neutralized. If additional conditioning agents are added, they impose a charge on the solids of the suspension, which leads to repulsion and a decrease in agglomeration forces.
  • shear forces act in the free jet FS, which tear the flakes apart.
  • a stable flake is created where the agglomeration forces and the shear forces are in balance.
  • the agglomeration forces pass through a maximum which coincides with the maximum of the transmission T max .
  • the flake stability S is greatest at an amount of conditioning agent DP at which the transmission is also greatest, i.e. at T max . Since the flakes then have the largest diameter, it can be assumed that an optimum thickening is achieved.
  • the amount of conditioning agent DP which is added at T max , represents the most economically advantageous amount of conditioning agent DP opt . Consequently, the amount of conditioning agent DP is changed with a corresponding control of the dosing unit 17 so that the maximum of the transmission T max is determined can. However, since in many cases the composition of the suspension can change quickly during operation of the device 10, the maximum transmission T max also shifts, so that the amount of conditioning agent DP would have to be constantly changed. To counteract this, an optimal range DPB opt of the amount of conditioning agent can be defined, which is limited by a maximum permissible deviation of the transmission T from a maximum T max that has been determined once. As long as the transmission T does not change beyond the maximum permissible deviation, the amount of conditioning agent DP is not changed.
  • the measurement of the reflection R can be used to check the plausibility of the measurement of the transmission T. If a change in transmission T is registered, reflection R should also change and vice versa. If this is not the case, this may be an indication that the first measuring device 28 is not functioning correctly.
  • the above statements also apply analogously to the measurement of the transmission T and, if necessary, the reflection R of the band filter filtrate in the second free-jet section 44.
  • the following aspect must be taken into account here: If the amount of conditioning agent DP added by the metering unit 17 is in the optimal area, the transmission T of the band filter filtrate should not change or only change to a small extent. If this is the case, the band speed of the band filter 32 may be too high or too low. Accordingly, the belt speed can be changed with a corresponding control of the drive device 36 until the transmission T remains constant or almost constant.
  • the aim here is to achieve a maximum belt speed in order to maximize the throughput of the suspension to be thickened.
  • a change therein when the amount of conditioning agent DPB opt is in the optimal range can indicate that some parameters with which the dewatering device 50 is operated are not optimal are.
  • this can be the differential speed, while for a belt filter press it can be the belt speeds. If the belt speed is too high, too much of the suspension is passed through the rollers, as a result of which part of the suspension on is pushed out laterally and falls from the belt filters of the belt filter press directly into the dewatering filtrate, whereby the transmission T decreases.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Eindicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe unterschiedlicher Dichte aufweist, umfassend eine Vorkonditionierungseinrichtung (12) zum Vorkonditionieren der Suspension, mit welcher ein Konditionierungsmittel der Suspension zugegeben werden kann, eine Beschickungseinheit (14), mit welcher die Suspension zur Vorkonditionierungseinrichtung (12) gefördert werden kann, eine Dosiereinheit (17), mit welcher das Konditionierungsmittel zur Vorkonditionierungseinrichtung (12) gefördert werden kann, eine erste Messeinrichtung (28), mit welcher die Transmission (T) der vorkonditionierten Suspension im Freistrahl (FS) berührungslos bestimmbar ist, einen Bandfilter (32) zum schwerkraftbetriebenen Entwässern der Suspension, und eine stromabwärts der Vorkonditionierungseinrichtung (12) angeordnete und mit dieser kommunizierende Aufgabeeinheit (30), mit welcher die vorkonditionierte Suspension auf den Bandfilter (32) auf gegeben werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit welchem die vorliegende Vorrichtung (10) betrieben werden kann.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM EINDICKEN EINER SUSPENSION, WEL- CHE FLIESSFÄHIGE STOFFE UNTERSCHIEDLICHER DICHTE AUFWEIST
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Eindicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe unterschiedlicher Dichte aufweist.
Üblicherweise beinhalten diese Suspensionen Feststoff und Flüssigkeit, meistens Wasser. Ein Beispiel derartiger Suspen- sionen sind Klärschlamme, welche insbesondere zur Volumenredu- zierung entwässert werden müssen, um anschließend in Deponien gelagert zu werden. In einigen Fällen können Klärschlamme ver- brannt werden, weshalb sie zur Reduzierung des diesbezüglichen Brennstoffbedarfs so weit wie möglich entwässert werden müs- sen. Andere Beispiele derartiger Suspensionen sind Schlämme aus der chemischen Industrie, dem Bergbau und der Wasseraufbe- reitung, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist.
Derartige Suspensionen werden typischerweise mit Bandfiltern eingedickt und entwässert. Das Eindicken stellt den ersten Schritt der Entwässerung dar. Unter einem Eindicken versteht man eine Steigerung der Trockensubstanz der Suspension von ca. 1% auf maximal ca. 5%. Hierzu wird die Suspension gleichmäßig verteilt auf einen Bandfilter aufgebracht und unter Einfluss der Schwerkraft entwässert, wodurch bereits eine deutliche Vo- lumenreduzierung erreicht wird. Anschließend können sich wei- tere Entwässerungsprozesse anschließen, um die Trockensubstanz weiter zu erhöhen. Hierzu kann beispielsweise eine Bandfilter- presse verwendet werden, bei welcher die eingedickte Suspensi- on auf weitere Bandfilter aufgegeben wird, die durch Walzen geführt werden, wodurch die Suspension zusammengedrückt wird und dabei Flüssigkeit abgibt. Andere Entwässerungsprozesse können mit sogenannten Schneckenzentrifugen, auch Dekanter ge- nannt, oder mit Vakuumfiltern durchgeführt werden. Vorrichtun- gen zum Eindicken und Entwässern sind beispielsweise in der EP 0 365 165 A2 beschrieben.
Häufig ist eine effektive Trennung der Flüssigkeit vom Fest- stoff nur möglich, wenn der zuströmenden Suspension sogenannte Konditionierungsmittel zugegeben werden. Konditionierungsmit- tel sind häufig anorganische Primärflockungsmittel (Metallsal- ze) oder organische Sekundärflockungsmittel (Polyelektrolyte). Die Konditionie- rungsmittel begünstigen eine Agglomeration oder Flockenbildung der in der Suspension enthaltenen Feststoffe, wodurch die Ein- dickung unter Verwendung von Bandfiltern unterstützt oder erst ermöglicht wird. Ohne eine Agglomeration würde die Suspension zumindest teilweise durch die Öffnungen des Bandfilters flie- ßen, ohne dass eine nennenswerte Eindickung erreicht wird.
Die komplexe Optimierungsaufgabe bei der Trennung fließfähiger Stoffe unterschiedlicher Dichte unter Verwendung von Bandfil- tern hinsichtlich der einstellbaren Parameter Konditionie- rungsmittelmenge und Bandgeschwindigkeit besteht darin, einen möglichst hohen Trockensubstanzgehalt in der Feststoffphase und einen möglichst geringen Trockensubstanzgehalt in der Flüssigphase bei gleichzeitig wirtschaftlichem Einsatz der Konditionierungsmittel und maximalem Durchsatz während des ge- samten Entwässerungsprozesses und insbesondere während der Eindickung zu erzielen.
Da die Verweilzeit der Feststoffe in der Vorrichtung relativ groß ist, stellt der Trockensubstanzgehalt der austretenden Feststoffphase die Verhältnisse in der Vorrichtung nur mit er- heblicher Zeitverzögerung dar. Außerdem stehen keine zuverläs- sigen, kontinuierlich arbeitenden Trockensubstanz-Messungen für die Feststoffphase zur Verfügung. In der Vorrichtung, die in der EP 0365 165 A2 beschrieben ist, wird an verschiedenen Stellen ein Teil des Filtrats entnommen und dessen Eigenschaf- ten als Messgröße für den optimalen Betrieb der Vorrichtung verwendet .
Das austretende Filtrat hat eine starke Neigung zur Belagbil- dung auf medienberührten Oberflächen. In der kommunalen Abwas- serreinigung bereitet vor allem Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) große Schwierigkeiten. Die Substanz neigt zum Inkrustie- ren und kann mit der Zeit ganze Rohrleitungssysteme verstop- fen. Besonders die Linsen medienberührter, optischer Messsys- teme können innerhalb kürzester Zeit belegen und müssen sehr aufwendig gereinigt werden, um zuverlässig reproduzierbare Messergebnisse zu liefern.
Verschiedene Messtechniken, insbesondere zum berührungslosen Messen verschiedener Parameter, sind in der EP 1241 464 Bl, der US 3 309 956 A, der US 5400 137 A, der US 5 489 977 A, der EP 0775 907 Bl, der DE 102015 105 988 B3, der DE 102006 050 921 B3, der DE 102010 047 046 Al und der DE 3832 901 C2 offenbart .
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Eindicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe unterschiedlicher Dichte aufweist, vorzuschlagen, welche eine Abhilfe für die oben be- schriebene Situation schaffen und welche eine effektive Eindi- ckung der Suspension bei minimaler Konditionierungsmittelmenge und maximalem Durchsatz ermöglichen. Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 9 angegebe- nen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Ge- genstand der Unteransprüche.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe un- terschiedlicher Dichte aufweist, umfassend
- eine Vorkonditionierungseinrichtung zum Vorkonditionieren der Suspension, mit welcher ein Konditionierungsmittel der Suspension zugegeben werden kann,
- eine Beschickungseinheit, mit welcher die Suspension zur Vorkonditionierungseinrichtung gefördert werden kann,
- eine Dosiereinheit, mit welcher das Konditionierungsmittel zur Vorkonditionierungseinrichtung gefördert werden kann,
- wobei die Vorkonditionierungseinrichtung einen ersten Messkanal mit einem ersten Freistrahlabschnitt aufweist, in welchem die vorkonditionierte Suspension einen Freistrahl bildet,
- eine erste Messeinrichtung, mit welcher die Transmission der vorkonditionierten Suspension im Freistrahl (FS) berührungslos bestimmbar ist,
- einen Bandfilter zum schwerkraftbetriebenen Entwässern der Suspension, und
- eine stromabwärts der Vorkonditionierungseinrichtung angeordnete und mit dieser kommunizierende Aufgabeeinheit, mit welcher die vorkonditionierte Suspension auf den Bandfilter aufgegeben werden kann.
Wie eingangs erwähnt, wird beispielsweise in der EP 0365 165 A2 an verschiedenen Stellen die Eigenschaften des Zentrats ge- messen und zum Steuern oder Regeln der dort gezeigten Vorrich- tung verwendet. Wie ebenfalls erwähnt, stellen sich die Reak- tionen der Eigenschaften des Zentrats beispielsweise infolge der Änderung der Konditionierungsmittelmenge erst nach einer vergleichsweise langen Zeit ein. Hinzu kommt, dass sich die Zusammensetzung der Suspension in vielen Fällen, beispielswei- se bei Klärschlamm, relativ schnell ändert. Insofern lassen sich beispielsweise die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nicht optimal steuern oder regeln, was insbeson- dere dazu führt, dass nicht die optimale Konditionierungsmit- telmenge verwendet wird, sondern über- oder unterdosiert wird.
Aufgrund der Tatsache, dass vorschlagsgemäß die erste Messein- richtung so angeordnet ist, dass die Transmission der vorkon- ditionierten Suspension gemessen wird, bevor die Suspension mittels der Aufgabeeinheit auf den Bandfilter aufgegeben wird, kann auf Änderungen in der Zusammensetzung der Suspension, die sich in einer Änderung der Transmission zeigt, innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeit beispielsweise mit einer Änderung der Konditionierungsmittelmenge reagiert werden. Folglich kann die Vorrichtung im Optimum oder im Bereich des Optimums be- trieben werden.
Aufgrund der Bestimmung der Transmission am Freistrahl hat die Neigung der vorkonditionierten Suspension zur Belagbildung auf medienberührten Oberflächen keinen Einfluss auf die Messung.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung
- eine Abgabeeinheit, mit welcher die eingedickte Suspension vom Bandfilter entnommen werden kann, und
- eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Bandfilters umfassen, wobei der Bandfilter derart bewegt wird, dass die Suspension von der Aufgabeeinheit zur Abgabeeinheit gefördert wird. Mit der Antriebseinrichtung kann die Bewegung des Bandfilters automatisiert werden. Zudem kann die Bandgeschwindigkeit und folglich die Verweilzeit der Suspension auf dem Bandfilter ge- ändert werden. Mit der Abgabeeinheit kann die eingedickte Sus- pension vom Bandfilter entnommen werden, beispielsweise, um die eingedickte Suspension weiteren Vorrichtungen zuzuführen, in welchen weitere Entwässerungsprozesse durchgeführt werden.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch aus- zeichnen, dass die Vorrichtung
- eine Auffangeinrichtung, in welcher das von der auf dem Bandfilter befindlichen Suspension abgegebene Bandfilter- Filtrat aufgefangen werden kann,
- einen zweiten Messkanal, welcher mit der
Auffangeinrichtung kommuniziert und einen zweiten Freistrahlabschnitt bildet, und
- eine zweite Messeinrichtung aufweist, mit welcher die Transmission des Bandfilter-Filtrats berührungslos bestimmbar ist.
Mit der zweiten Messeinrichtung kann kontrolliert werden, ob die in der Vorkonditionierungseinrichtung ermittelte optimale Konditionierungsmittelmenge tatsächlich zu einer optimalen Entwässerung führt. Sollte dies nicht der Fall sein, kann die von der Dosiereinheit zugeführte Konditionierungsmittelmenge korrigiert werden. Zudem kann die ermittelte Transmission des Bandfilter-Filtrats dazu verwendet werden, um die Bandge- schwindigkeit anzupassen.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Vorrich- tung zumindest eine Entwässerungseinrichtung umfassen, mit welcher die von der Abgabeeinheit entnommene, eingedickte Sus- pension entwässert werden kann. In dieser Ausführungsform kann die eingedickte Suspension weiter entwässert werden, nachdem sie den Bandfilter verlassen hat. Beispielsweise kann die ein- gedickte Suspension einem Dekanter, einem Vakuumfilter oder einer Bandfilterpresse zugeführt werden, um den Trockensub- stanzgehalt weiter zu erhöhen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung
- eine weitere Auffangeinrichtung, in welcher das von der in der Entwässerungseinrichtung befindlichen Suspension abgegebene Entwässerungsfiltrat aufgefangen werden kann,
- einen dritten Messkanal, welcher mit der weiteren Auffangeinrichtung kommuniziert und einen dritten Freistrahlabschnitt bildet, und
- eine dritte Messeinrichtung aufweisen, mit welcher die Transmission des Entwässerungsfiltrats berührungslos bestimmbar ist.
Mit der dritten Messeinrichtung kann kontrolliert werden, ob die in der Vorkonditionierungseinrichtung ermittelte optimale Konditionierungsmittelmenge tatsächlich zu einer optimalen Entwässerung führt. Sollte dies nicht der Fall sein, kann die von der Dosiereinheit zugeführte Konditionierungsmittelmenge korrigiert werden.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sich dadurch aus- zeichnen, dass die erste Messeinrichtung und/oder die zweite Messeinrichtung und/oder die dritte Messeinrichtung mit einer Steuereinheit zusammenwirkt, mit welcher die Beschickungsein- heit, die Dosiereinheit und/oder die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der bestimmten Transmission oder der Änderung der bestimmten Transmission ansteuerbar sind. Auf der Steuereinheit können Optimierungsalgorithmen hinter- legt werden, so dass die Vorrichtung automatisiert zumindest hinsichtlich der Konditionierungsmittelmenge und dem Durchsatz optimal oder nahe dem Optimum und damit wirtschaftlich betrie- ben werden kann. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff „Steuereinheit" nicht so zu verstehen ist, dass die Algorithmen eine Steuerung der Vorrichtung durchführen. Vielmehr wird eine Optimierung durchgeführt.
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann die Steuerein- heit zumindest einen Signalgeber aufweisen, welcher ein Hin- weissignal ausgibt, wenn die Änderung der bestimmten Transmis- sion einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet. Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Vorrichtung vollautomati- siert betrieben wird. In nicht wenigen Fällen wird die Vor- richtung von einem Team von Mitarbeitern des Betreibers der Vorrichtung überwacht, welches bestimmte Betriebsparameter je nach aktuellem Zustand der Vorrichtung ändert. Die Möglich- keit, ein Hinweissignal an das Team von Mitarbeitern zu geben, wenn die Änderung der bestimmten Transmission einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet, unterstützt das Team dabei, rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten, um die Vorrichtung optimal oder nahe dem Optimum und damit wirt- schaftlich betreiben zu können.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform können die erste Messeinrichtung und/oder die zweite Messeinrichtung und/oder die dritte Messeinrichtung derart eingerichtet sein, dass die Reflexion der vorkonditionierten Suspension, des Bandfilter- zentrats bzw. des Entwässerungsfiltrats berührungslos bestimm- bar ist. Mit der Reflexion wird neben der Transmission eine weitere Eigenschaft der vorkonditionierten Suspension, des Bandfilterzentrats und/oder des Entwässerungsfiltrats be- stimmt. Die Messung der Reflexion kann einerseits als eine Re- dundanz für den Fall dienen, dass die Messung der Transmission aus welchen Gründen auch immer gestört ist oder ausfällt. An- dererseits kann die Bestimmung der Transmission auf Plausibi- lität hin geprüft werden. Insgesamt wird die Zuverlässigkeit des Betriebs der Vorrichtung erhöht.
Eine Ausbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ein- dicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe unter- schiedlicher Dichte aufweist, mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:
- Fördern der Suspension zur Vorkonditionierungseinrichtung mittels der Beschickungseinheit,
- Fördern des Konditionierungsmittels zur
Vorkonditionierungseinrichtung mittels der Dosiereinheit,
- Vorkonditionieren der Suspension mittels der Vorkonditionierungseinrichtung,
- Leiten eines Teils der vorkonditionierten Suspension durch den ersten Messkanal mit einem ersten Freistrahlabschnitt, in welchem die vorkonditionierte Suspension einen Freistrahl bildet,
- Berührungsloses Bestimmen der Transmission der vorkonditionierten Suspension mittels der Messeinrichtung im ersten Freistrahl, und
- Aufgeben der vorkonditionierten Suspension auf den Bandfilter .
Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit dem vor- schlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denje- nigen, die für die vorliegende Vorrichtung erörtert worden sind. Zusammenfassend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass aufgrund der Messung der Transmission der vorkonditio- nierten Suspension vor Aufgabe auf den Bandfilter die Konditi- onierungsmittelmenge schnell an Änderungen in der Zusammenset- zung der Suspension, die sich in Änderungen der Transmission äußern, angepasst werden kann. Hiermit kann eine länger andau- ernde Über- oder Unterdosierung vermieden und die Vorrichtung mit der optimalen oder nahezu optimalen Konditionierungsmit- telmenge betrieben werden. Aufgrund der Bestimmung der Trans- mission am Freistrahl hat die Neigung der vorkonditionierten Suspension zur Belagbildung auf medienberührten Oberflächen keinen Einfluss auf die Messung.
Eine weitergebildete Ausbildung sieht vor, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Fördern einer Konditionierungsmittelmenge (DP) in die Vorkonditionierungseinrichtung mit der Dosiereinheit,
- Ändern der Konditionierungsmittelmenge (DP) durch Ansteuern der Dosiereinheit mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission (T), und
- Optimieren der Konditionierungsmittelmenge (DP) unter Verwendung der relativen Änderung der Transmission (T).
Wie eingangs erwähnt, stellt die Konditionierungsmittelmenge einen wesentlichen Parameter für den optimalen Betrieb der Vorrichtung dar. In dieser Ausbildung des Verfahrens kann zu- mindest für diesen Parameter nicht nur der optimale Betriebs- zustand für die Vorrichtung gefunden werden, sondern bei Ände- rungen insbesondere bei der Zusammensetzung der Suspension die Vorrichtung sehr schnell wieder in den optimalen Betriebszu- stand geführt werden. Der optimale Betriebszustand kann daher kontinuierlich überwacht werden. Abweichungen vom optimalen Betriebszustand können zeitnah erkannt und korrigiert werden. Bei einer weiteren Ausbildung weist die Vorrichtung
- eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Bandfilters,
- eine Auffangeinrichtung, in welcher das von der auf dem Bandfilter befindlichen Suspension abgegebene Bandfilter- Filtrat aufgefangen werden kann,
- einen zweiten Messkanal, welcher mit der
Auffangeinrichtung kommuniziert und einen zweiten Freistrahlabschnitt bildet, und
- eine zweite Messeinrichtung auf, mit welcher die Transmission des Bandfilter-Filtrats berührungslos bestimmbar ist.
Alternativ oder kumulativ kann die Vorrichtung
- eine weitere Auffangeinrichtung, in welcher das von der in der Entwässerungseinrichtung befindlichen Suspension abgegebene Entwässerungsfiltrat aufgefangen werden kann
- einen dritten Messkanal, welcher mit der weiteren Auffan- geinrichtung kommuniziert und einen dritten Freistrahlab- schnitt bildet, und
- eine dritte Messeinrichtung aufweisen, mit welcher die Transmission des Entwässerungsfiltrats berührungslos bestimmbar ist.
Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:
- Bestimmen der Transmission des Bandfilter-Filtrats mittels der zweiten Messeinrichtung und/oder der Transmission des Entwässerungsfiltrats mittels der dritten Messeinrichtung, und
- Ändern der Bandgeschwindigkeit durch Ansteuern der Antriebseinrichtung unter Berücksichtigung der bestimmten Transmission des Bandfilter-Filtrats und/oder der
Transmission des Entwässerungsfiltrats.
Die Bandgeschwindigkeit ist neben der Konditionierungsmittel- menge ein weiterer wichtiger Parameter, um die Vorrichtung im Optimum oder nahe dem Optimum betreiben zu können, da die Bandgeschwindigkeit einen Einfluss auf den Durchsatz und die Verweilzeit der Suspension auf dem Bandfilter aufweist. Insbe- sondere bei einer nachfolgenden Entwässerung unter Verwendung von Bandfilterpressen kann eine zu hohe Zugabe der eingedick- ten Suspension zu einem seitlichen Herausquetschen derselben führen, wodurch diese in das Entwässerungsfiltrat gelangen kann. Mit einer entsprechenden Bandgeschwindigkeit kann dies verhindert werden.
Eine weitergebildete Ausbildung sieht vor, dass das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
- Berührungsloses Bestimmen der Reflexion der vorkonditionierten Suspension mittels der ersten Messeinrichtung.
Mit der Reflexion wird neben der Transmission eine weitere Ei- genschaft der vorkonditionierten Suspension, des Bandfilter- zentrats und/oder des Entwässerungsfiltrats bestimmt. Die Mes- sung der Reflexion kann einerseits als eine Redundanz für den Fall dienen, dass die Messung der Transmission aus welchen Gründen auch immer gestört ist oder ausfällt. Andererseits kann die Bestimmung der Transmission auf Plausibilität hin ge- prüft werden. Insgesamt wird die Zuverlässigkeit des Betriebs der Vorrichtung erhöht. Bei einer weiteren Ausbildung umfasst das Verfahren den Schritt des Auswertens der mittels der ersten Messeinrichtung bestimmten Transmission der vorkonditionierten Suspension hin- sichtlich einer Flockenstabilität. Wie später noch genauer er- läutert werden wird, kann anhand der Transmission ein Rück- schluss auf die Flockenstabilität der Suspension gezogen wer- den. Dort, wo die Transmission der vorkonditionierten Suspen- sion ihr Maximum erreicht, haben die anziehenden Kräfte inner- halb der Suspension ihr Maximum, weshalb die Flockenstabilität hier am größten ist. Da dann auch die Flocken den größten Durchmesser aufweisen, ist davon auszugehen, dass auch ein Op- timum der Eindickung erreicht wird. Sofern noch weitere Ent- wässerungsprozesse durchgeführt werden, können diese ebenfalls bei einer maximalen Flockenstabilität am Optimum durchgeführt werden. Da die Flockenstabilität an der vorkonditionierten, aber noch nicht eingedickten Suspension bestimmt wird, können alle nachfolgenden Prozesse, insbesondere die Eindickung, op- timal durchgeführt werden. Insbesondere kann eine länger an- dauernde Über- oder Unterdosierung des Konditionierungsmittels vermieden werden.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Fol- genden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Eindicken einer Suspension anhand einer prinzipiellen Darstellung,
Figur 2A eine erste Ausführungsform einer ersten Messeinrich- tung, Figur 2B eine zweite Ausführungsform einer ersten Messeinrich- tung, und
Figur 3 der Verlauf der Transmission, der Reflexion sowie der Flockenstabilität als Funktion der Konditionierungs- mittelmenge .
In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Eindicken einer Suspension an- hand einer prinzipiellen Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Vorkonditionierungseinrichtung 12, mit welcher eine einzudickende Suspension dadurch vorkonditioniert werden kann, indem ein Konditionierungsmittel zugegeben wird. Die Suspension wird mittels einer Beschickungseinheit 14, welche eine Beschickungspumpe 16 umfasst, zur Vorkonditionierungsein- richtung 12 gefördert. Weiterhin wird was Konditionierungsmit- tel mittels einer Dosiereinheit 17, welche eine Dosierpumpe 18 umfasst, zur Vorkonditionierungseinrichtung 12 gefördert. Das Konditionierungsmittel wird der Suspension in einem Zugabeab- schnitt 19 der Vorkonditionierungseinrichtung 12 zugegeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorkonditionie- rungseinrichtung 12 ein Mischrohr 20, in welchem die Suspensi- on und das Konditionierungsmittel miteinander vermischt werden können. Nachdem die Suspension und das Konditionierungsmittel miteinander vermischt sind, ist die Suspension vorkonditio- niert. Die Vorkonditionierung dient dazu, die in der Suspensi- on enthaltenen Feststoffe zu agglomerieren oder zu flockulie- ren.
Die Vorkonditionierungseinrichtung 12 weist zudem eine Abzwei- gung 22 auf, von welcher aus ein erster Messkanal 24 ausgeht. Der erste Messkanal 24 ist so innerhalb der Vorkonditionie- rungseinrichtung 12 angeordnet, dass ein Teil der vorkonditio- nierten Suspension durch den ersten Messkanal 24 strömt. Folg- lich ist im ersten Ausführungsbeispiel die Abzweigung 22 bezo- gen auf die Strömungsrichtung der Suspension durch die Vor- richtung 10 stromabwärts des Zugabeabschnitts 19 angeordnet. Die Strömungsrichtung der Suspension durch die Vorrichtung 10 ist in den Figuren 1 und 2 jeweils mit Pfeilen dargestellt. Ferner umfasst der erste Messkanal 24 einen ersten Freistrahl- abschnitt 26, in welchem die vorkonditionierte Suspension ei- nen Freistrahl FS bildet. Darüber hinaus ist die Vorrichtung 10 mit einer ersten Messeinrichtung 28 versehen, mit welcher die Transmission der vorkonditionierten Suspension im Frei- strahl FS gemessen werden kann. Auf die Ausbildung der ersten Messeinrichtung 28 wird später noch genauer eingegangen.
Stromabwärts der Vorkonditionierungseinrichtung 12 ist eine Aufgabeeinheit 30 angeordnet, mit welcher die vorkonditionier- te Suspension auf einen Bandfilter 32 aufgegeben werden kann. Der Bandfilter 32 ist in diesem Fall endlos um hier drei Rol- len 34 ausgeführt und kann von einer Antriebseinrichtung 36 mit einer Bandgeschwindigkeit bewegt werden. Die Bewegungs- richtung des Bandfilters 32 ist dabei so gewählt, dass die vorkonditionierte Suspension von der Aufgabeeinheit 30 weg zu einer Abgabeeinheit 38 transportiert wird. Die Bandgeschwin- digkeit ist dabei so gewählt, dass einerseits die vorkonditio- nierte Suspension gleichmäßig mit einer geringen Höhe den Bandfilter 32 möglichst vollständig bedeckend auf denselben aufgebracht wird. Auf dem Weg von der Aufgabeeinheit 30 zur Abgabeeinheit 38 ist die vorkonditionierte Suspension dem Ein- fluss der Schwerkraft ausgesetzt, wodurch ein Teil der in der Suspension enthaltenen Flüssigkeit, typischerweise überwiegend Wasser, der Suspension entzogen wird und durch die in Figur 1 nicht gezeigten Öffnungen des Bandfilters 32 in eine wannen- förmige Auffangeinrichtung 40 fließt. Die sich in der Auffan- geinrichtung 40 ansammelnde Flüssigkeit wird im Folgenden als Bandfilter-Filtrat bezeichnet. Die Agglomeration der in der Suspension enthaltenen Feststoffe verhindert dabei, dass die Feststoffe durch die Öffnungen des Bandfilters 32 fließen und ins Bandfilter-Filtrat gelangen können. Ein zweiter Messkanal 42 kommuniziert mit der Auffangeinrichtung 40 und weist einen zweiten Freistrahlabschnitt 44 auf, in welchem das Bandfilter- Filtrat einen Freistrahl FS bildet. Mittels einer zweiten Mes- seinrichtung 46 kann die Transmission des Bandfilter-Filtrats im Freistrahl FS bestimmt werden.
Wie erwähnt, wird der vorkonditionierten Suspension auf dem Weg zur Abgabeeinheit 38 Flüssigkeit entzogen, weshalb ihr Trockensubstanzgehalt steigt. Typischerweise liegt der Tro- ckensubstanzgehalt beim Aufgeben auf den Bandfilter 32 bei ca. 1%, während er beim Erreichen der Abgabeeinheit 38 bis ca. 5% betragen kann. Man spricht dann von einer eingedickten Suspen- sion. Mittels der Abgabeeinheit 38 kann die eingedickte Sus- pension vom Bandfilter 32 entnommen werden. Im einfachsten Fall wird die Abgabeeinheit 38 von einer der Rollen 34 gebil- det, welche den Bandfilter 32 zumindest um 90°, üblicherweise aber deutlich über 90°, nach unten hin umlenkt. Im dargestell- ten Beispiel umfasst die Abgabeeinheit 38 aber noch einen Ab- scheider 48, welcher die eingedickte Suspension vom Bandfilter 32 abschabt und in eine Entwässerungseinrichtung 50 führt, in welcher der Trockensubstanzgehalt der eingedickten Suspension weiter erhöht werden kann. Die Entwässerungseinrichtung 50 kann beispielsweise als ein Dekanter, ein Vakuumfilter oder als ein Bandfilterpresse ausgeführt sein, wobei das Vorsehen der Entwässerungseinrichtung 50 als optional anzusehen ist.
In der Entwässerungseinrichtung 50 ist eine weitere Auffan- geinrichtung 40 angeordnet, in welcher die Flüssigkeit, welche der eingedickten Suspension in der Entwässerungseinrichtung 50 entzogen wird, aufgefangen werden kann. Diese Flüssigkeit wird im Folgenden als Entwässerungsfiltrat bezeichnet. Ein dritter Messkanal 54 kommuniziert mit der weiteren Auffangeinrichtung 52 und weist einen dritten Freistrahlabschnitt 56 auf, in wel- chem das Entwässerungsfiltrat einen Freistrahl FS bildet. Mit- tels einer dritten Messeinrichtung 57 kann die Transmission des Entwässerungsfiltrats im Freistrahl FS bestimmt werden.
Des Weiteren ist die Vorrichtung 10 mit einer Steuereinheit 58 ausgerüstet, mit welcher die Beschickungseinheit 14, die Do- siereinheit 17 und/oder die Antriebseinrichtung 36 in Abhän- gigkeit der bestimmten Transmission oder der Änderung der be- stimmten Transmission ansteuerbar sind. Weiterhin weist die Steuereinheit 58 einen Signalgeber 60 auf, der ein Hinweissig- nal ausgeben kann, beispielsweise dann, wenn die Änderung der Transmission innerhalb einer bestimmten Zeit ein bestimmtes Maß überschreitet.
In den Figuren 2A ist eine erste Ausführungsform einer ersten Messeinrichtung 28i und in Figur 2B eine zweite Ausführungsform der ersten Messeinrichtung 282 anhand von prinzipiellen Dar- stellungen gezeigt. Die erste Messeinrichtung 28inach der ers- ten Ausführungform weist eine erste Lichtquelle 661 und eine zweite Lichtquelle 662 sowie einen Lichtempfänger 68 (Figur 2A), beispielsweise eine Photodiode, während bei der zweiten Ausführungsform der Messeinrichtung 282 eine Lichtquelle 66 und ein erster Lichtempfänger 681 und einen zweiten Lichtempfänger 682 (siehe Figur 2B) vorgesehen sind. Der Strahlengang des Lichts ist in den Figuren 2A und 2B dargestellt. Bezugnehmend auf die Figur 2A wird der Anteil des Lichts, der ausgehend von der ersten Lichtquelle 661 den Freistrahl FS der vorkonditio- nierten Suspension durchläuft und vom der Lichtquelle 661 ge- genüberliegenden Lichtempfänger 68 empfangen wird, als Trans- mission T und die entsprechende Messung als Durchlichtmessung bezeichnet. Der Anteil des Lichts, der ausgehend von der zwei- ten Lichtquelle 662 vom Freistrahl FS reflektiert und vom auf derselben Seite des Freistrahls FS der Lichtquelle 662 ange- ordneten Lichtempfänger 68 empfangen wird, wird als Reflexion R und die entsprechende Messung als Auflichtmessung bezeich- net. Insofern ist die erste Messeinrichtung 28i, 282 sowohl ge- mäß der ersten Ausführungsform als auch gemäß der zweiten Aus- führungsform in der Lage, sowohl die Transmission als auch die Reflexion zu bestimmen. Die erste Messeinrichtung 28 kann aber auch so ausgeführt werden, dass nur die Transmission gemessen wird. Die zweite Messeinrichtung 46 und die dritte Messein- richtung 57 können genauso wie die erste Messeinrichtung 28 aufgebaut sein.
Die Vorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird auf folgende Weise betrieben: Mittels der Beschickungseinheit 14 wird ein bestimmter Volumenstrom einer Suspension, die ein- gedickt werden soll, zur Vorkonditionierungseinrichtung 12 ge- fördert. Zudem wird eine gewisse Menge an Konditionierungsmit- tel mittels der Dosiereinheit 17 zur Vorkonditionierungsein- richtung 12 gefördert und dort mit der Suspension vermischt. Ein Teil der so vorkonditionierten Suspension fließt durch den ersten Messkanal 24. Mittels der ersten Messeinrichtung 28 wird im Freistrahl FS die Transmission gemessen.
In Figur 3 ist sind die Transmission T, die Reflexion R und die Flockenstabilität S der vorkonditionierten Suspension schematisch als Funktion der Konditionierungsmittelmenge DP aufgetragen. Mit zunehmender Konditionierungsmittelmenge DP steigt die Transmission T aufgrund der zunehmenden Klarwasser- zwischenräume zwischen den Flocken bis zu einem relativen Ma- ximum Tmax an. Im relativen Maximum der Transmission Tmax hat die vorkonditionierte Suspension den relativ gesehen größten Anteil an einer Klarwasserphase. Wird die Konditionierungsmit- telmenge DP erhöht, sinkt die Transmission T wieder ab. Der erneute Abfall der Transmission T ist auf eine Eintrübung der vorkonditionierten Suspension durch überschüssiges Konditio- nierungsmittel zurückzuführen.
Die am Freistrahl FS der vorkonditionierten Suspension gemes- sene Reflexion R weist im Gegensatz zur Transmission T einen grundsätzlich anderen Verlauf als Funktion der Konditionie- rungsmittelmenge DP auf. Bis zur optimalen Konditionierungs- mittelmenge DPopt bleibt die Reflexion R mehr oder weniger un- verändert. Oberhalb der optimalen Konditionierungsmittelmenge DPopt steigt die Reflexion R deutlich an. Das begründet sich in der zunehmend milchig weißen Färbung der vorkonditionierten Suspension durch überschüssiges Konditionierungsmittel.
Wie erwähnt, ist in Figur 3 auch die Flockenstabilität S der Suspension über die Konditionierungsmittelmenge DP aufgetra- gen. Beispielsweise sind in einem Klärschlamm Bakterien ent- halten, die gleichsinnig geladen sind und sich infolgedessen abstoßen. Mit zunehmender Konditionierungsmittelmenge DP wer- den diese Ladungen neutralisiert, so dass Agglomerationskräfte entstehen, infolgedessen die Größe der Flocken und deren Flo- ckenstabilität S zunimmt. Ab einer gewissen Konditionierungs- mittelmenge DP sind aber alle sich abstoßenden Ladungen neutralisiert. Wird weiteres Konditionierungsmittel hinzugege- ben, prägen diese den Feststoffen der Suspension eine Ladung auf, die zu einer Abstoßung und zu einem Rückgang der Agglome- rationskräfte führt. Zudem wirken im Freistrahl FS Scherkräfte, welche die Flocken auseinanderreißen. Dort, wo die Agglomerationskräfte und die Scherkräfte im Gleichgewicht sind, entsteht eine stabile Flo- cke. Je größer die Agglomerationskräfte, desto größer ist die Flockenstabilität S und desto größer der Durchmesser der Flo- cken. Wie erwähnt, durchlaufen die Agglomerationskräfte ein Maximum, welches mit dem Maximum der Transmission Tmax zusam- menfällt. Unter der Voraussetzung, dass sämtliche übrigen Grö- ßen, die einen Einfluss auf das Agglomerationsverhalten haben, konstant gehalten werden, ist die Flockenstabilität S bei ei- ner Konditionierungsmittelmenge DP am größten, bei welcher auch die Transmission am größten ist, also bei Tmax. Da dann auch die Flocken den größten Durchmesser aufweisen, ist davon auszugehen, dass auch ein Optimum der Eindickung erreicht wird .
Die Konditionierungsmittelmenge DP, die bei Tmax zugegeben wird, stellt die wirtschaftlich günstigste Konditionierungs- mittelmenge DPopt dar. Folglich wird die Konditionierungsmit- telmenge DP mit einer entsprechenden Ansteuerung der Dosie- reinheit 17 so geändert, dass das Maximum der Transmission Tmax ermittelt werden kann. Da sich aber in vielen Fällen die Zu- sammensetzung der Suspension im Betrieb der Vorrichtung 10 schnell ändern kann, verschiebt sich auch das Maximum der Transmission Tmax, so dass die Konditionierungsmittelmenge DP ständig geändert werden müsste. Um dem entgegenzuwirken, kann ein optimaler Bereich DPBopt der Konditionierungsmittelmenge definiert werden, der von einer maximal zulässigen Abweichung der Transmission T von einem einmal ermittelten Maximum Tmax begrenzt wird. Solange sich die Transmission T nicht über die maximal zulässige Abweichung ändert, wird die Konditionie- rungsmittelmenge DP nicht geändert. Die Messung der Reflexion R kann dabei zur Prüfung der Plausi- bilität der Messung der Transmission T verwendet werden. Wird eine Änderung der Transmission T registriert, sollte sich auch die Reflexion R ändern und umgekehrt. Ist dies nicht der Fall, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass die erste Messeinrich- tung 28 nicht korrekt funktioniert.
Sinngemäß gelten die obigen Ausführungen auch für die Messung der Transmission T und gegebenenfalls der Reflexion R des Bandfilter-Filtrats im zweiten Freistrahlabschnitt 44. Aller- dings ist hierbei folgender Aspekt zu beachten: Wenn sich die von der Dosiereinheit 17 zugegebene Konditionierungsmittelmen- ge DP im optimalen Bereich befindet, sollte sich die Transmis- sion T des Bandfilter-Filtrats nicht oder nur in geringem Maß ändern. Ist dies doch der Fall, so kann die Bandgeschwindig- keit des Bandfilters 32 zu hoch oder zu gering sein. Entspre- chend kann die Bandgeschwindigkeit mit einer entsprechenden Ansteuerung der Antriebseinrichtung 36 so lange geändert wer- den, bis dass die Transmission T konstant oder nahezu konstant bleibt. Hierbei wird eine maximale Bandgeschwindigkeit ange- strebt, um den Durchsatz der einzudickenden Suspension zu ma- ximieren .
Auch bei der Bestimmung der Transmission T des Entwässerungs- filtrats im dritten Freistrahlabschnitt 56 kann eine Änderung derselben bei einer sich im optimalen Bereich befindenden Kon- ditionierungsmittelmenge DPBopt darauf hindeuten, dass einige Parameter, mit welcher die Entwässerungseinrichtung 50 betrie- ben wird, nicht optimal sind. Bei einem Dekanter kann dies die Differenzdrehzahl sein, während es bei einer Bandfilterpresse die Bandgeschwindigkeiten sein können. Bei einer zu hohen Bandgeschwindigkeit wird eine zu große Menge der Suspension durch die Walzen geführt, infolgedessen ein Teil der Suspensi- on seitlich herausgedrückt wird und von den Bandfiltern der Bandfilterpresse direkt ins Entwässerungsfiltrat fällt, wodurch die Transmission T sinkt.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
12 Vorkonditionierungseinrichtung
14 Beschickungseinheit
16 Beschickungspumpe
17 Dosiereinheit
18 Dosierpumpe
19 Zugabeabschnitt
20 Mischrohr
22 Abzweigung
24 erster Messkanal
26 erster Freistrahlabschnitt
28 erste Messeinrichtung
281 erste Messeinrichtung
282 erste Messeinrichtung
30 Aufgabeeinheit
32 Bandfilter
34 Rollen
36 Antriebseinrichtung
38 Abgabeeinheit
40 Auffangeinrichtung
42 zweiter Messkanal
44 zweiter Freistrahlabschnitt
46 zweite Messeinrichtung
48 Abscheider
50 Entwässerungseinrichtung
52 weitere Auffangeinrichtung
54 dritter Messkanal 56 dritter Freistrahlabschnitt
57 dritte Messeinrichtung
58 Steuereinheit
60 Signalgeber
66 Lichtquelle
661 erste Lichtquelle
662 zweite Lichtquelle
68 Lichtempfänger
681 erster Lichtempfänger
682 zweiter Lichtempfänger
DP Konditionierungsmittelmenge
DPBopt optimaler Bereich der Konditionierungsmittelmenge DPopt optimale Konditionierungsmittelmenge
FS Freistrahl
R Reflexion
S Flockenstabilität
T Transmission Tmax maximale Transmission

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (10) zum Eindicken einer Suspension, welche fließfähige Stoffe unterschiedlicher Dichte aufweist, um- fassend
- eine Vorkonditionierungseinrichtung (12) zum Vorkondi- tionieren der Suspension, mit welcher ein Konditionie- rungsmittel der Suspension zugegeben werden kann,
- eine Beschickungseinheit (14), mit welcher die Suspen- sion zur Vorkonditionierungseinrichtung (12) gefördert werden kann,
- eine Dosiereinheit (17), mit welcher das Konditionie- rungsmittel zur Vorkonditionierungseinrichtung (12) ge- fördert werden kann,
- wobei die Vorkonditionierungseinrichtung (12) einen ersten Messkanal (24) mit einem ersten Freistrahlab- schnitt (26) aufweist, in welchem die vorkonditionierte Suspension einen Freistrahl (FS) bildet,
- eine erste Messeinrichtung (28), mit welcher die Transmission (T) der vorkonditionierten Suspension im Freistrahl (FS) berührungslos bestimmbar ist,
- einen Bandfilter (32) zum schwerkraftbetriebenen Ent- wässern der Suspension, und
- eine stromabwärts der Vorkonditionierungseinrichtung
(12) angeordnete und mit dieser kommunizierende Aufga- beeinheit (30), mit welcher die vorkonditionierte Sus- pension auf den Bandfilter (32) aufgegeben werden kann. . Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10)
- eine Abgabeeinheit (38), mit welcher die eingedickte Suspension vom Bandfilter (32) entnommen werden kann, und - eine Antriebseinrichtung (36) zum Antreiben des Band- filters (32) umfasst, wobei der Bandfilter (32) derart bewegt wird, dass die Suspension von der Aufgabeeinheit (30) zur Abgabeeinheit (38) gefördert wird. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10)
- eine Auffangeinrichtung (40), in welcher das von der auf dem Bandfilter (32) befindlichen Suspension abgege- bene Bandfilter-Filtrat aufgefangen werden kann,
- einen zweiten Messkanal (42), welcher mit der Auffan- geinrichtung (40) kommuniziert und einen zweiten Frei- strahlabschnitt (44) bildet, und
- eine zweite Messeinrichtung (46) aufweist, mit welcher die Transmission (T) des Bandfilter-Filtrats berüh- rungslos bestimmbar ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zumin- dest eine Entwässerungseinrichtung (50) umfasst, mit wel- cher die von der Abgabeeinheit (38) entnommene, eingedick- te Suspension entwässert werden kann. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10)
- eine weitere Auffangeinrichtung (52), in welcher das von der in der Entwässerungseinrichtung (50) befindli- chen Suspension abgegebene Entwässerungsfiltrat aufge- fangen werden kann,
- einen dritten Messkanal (54), welcher mit der weiteren Auffangeinrichtung (52) kommuniziert und einen dritten Freistrahlabschnitt (56) bildet, und eine dritte Messeinrichtung (57) aufweist, mit welcher die Transmission (T) des Entwässerungsfiltrats berüh- rungslos bestimmbar ist.
6. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinrichtung (28) und/oder die zweite Messeinrichtung (46) und/oder die dritte Messeinrichtung (57) mit einer Steuereinheit (58) zusammenwirkt, mit welcher die Beschickungseinheit (14), die Dosiereinheit (17) und/oder die Antriebseinrichtung (36) in Abhängigkeit der bestimmten Transmission (T) oder der Änderung der bestimmten Transmission (T) ansteuerbar sind.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (58) zumin- dest einen Signalgeber (60) aufweist, welcher ein Hinweis- signal ausgibt, wenn die Änderung der bestimmten Transmis- sion (T) einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Messeinrichtung (28) und/oder die zweite Messeinrichtung (46) und/oder die dritte Messeinrichtung (57) derart eingerichtet sind, dass die Reflexion (R) der vorkonditionierten Suspension, des Bandfilterzentrats bzw. des Entwässerungsfiltrats berüh- rungslos bestimmbar ist.
9. Verfahren zum Eindicken einer Suspension, welche fließfä- hige Stoffe unterschiedlicher Dichte aufweist, mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, um- fassend die folgenden Schritte: - Fördern der Suspension zur Vorkonditionierungseinrich- tung (12) mittels der Beschickungseinheit (14),
- Fördern des Konditionierungsmittel zur Vorkonditionie- rungseinrichtung (12) mittels der Dosiereinheit (17), - Vorkonditionieren der Suspension mittels der Vorkondi- tionierungseinrichtung (12),
- Leiten eines Teils der vorkonditionierten Suspension durch den ersten Messkanal (24) mit einem ersten Frei- strahlabschnitt (26), in welchem die vorkonditionierte Suspension einen Freistrahl (FS) bildet,
- Berührungsloses Bestimmen der Transmission (T) der vor- konditionierten Suspension mittels der ersten Messein- richtung (28) im ersten Freistrahl (FS), und
- Aufgeben der vorkonditionierten Suspension auf den Bandfilter (32). Verfahren nach Anspruch 9, umfassend die folgenden Schrit- te:
- Fördern einer Konditionierungsmittelmenge (DP) in die Vorkonditionierungseinrichtung (12) mit der Dosierein- heit (17),
- Ändern der Konditionierungsmittelmenge (DP) durch An- steuern der Dosiereinheit (17) mittels der Steuerein- heit (58) in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission (T), und
- Optimieren der Konditionierungsmittelmenge (DP) unter Verwendung der relativen Änderung der Transmission (T). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Vorrichtung (10) eine Antriebseinrichtung (36) zum Antreiben des Band- filters (32), - eine Auffangeinrichtung (40), in welcher das von der auf dem Bandfilter (32) befindlichen Suspension abgege- bene Bandfilter-Filtrat aufgefangen werden kann,
- einen zweiten Messkanal (42), welcher mit der Auffan- geinrichtung (40) kommuniziert und einen zweiten Frei- strahlabschnitt (26) bildet, und
- eine zweite Messeinrichtung (46) aufweist, mit welcher die Transmission (T) des Bandfilter-Filtrats berüh- rungslos bestimmbar ist,
- eine weitere Auffangeinrichtung (52), in welcher das von der in der Entwässerungseinrichtung (50) befindli- chen Suspension abgegebene Entwässerungsfiltrat aufge- fangen werden kann
- einen dritten Messkanal (54), welcher mit der weiteren Auffangeinrichtung (52) kommuniziert und einen dritten Freistrahlabschnitt (56) bildet, und
- eine dritte Messeinrichtung (57) aufweisen, mit welcher die Transmission (T) des Entwässerungsfiltrats berüh- rungslos bestimmbar ist, und
- das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bestimmen der Transmission (T) des Bandfilter-Filtrats mittels der zweiten Messeinrichtung (46) und/oder der Transmission des Entwässerungsfiltrats mittels der dritten Messeinrichtung (57), und
- Ändern der Bandgeschwindigkeit durch Ansteuern der An- triebseinrichtung (36) unter Berücksichtigung der be- stimmten Transmission (T) des Bandfilter-Filtrats und/oder des Entwässerungsfiltrats.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend den folgenden Schritt: - Berührungsloses Bestimmen der Reflexion (R) der vorkon- ditionierten Suspension mittels der erste Messeinrich- tung (28). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche Anspruch 9 bis 12, um- fassend den folgenden Schritt:
- Auswerten der mittels der ersten Messeinrichtung (28) bestimmten Transmission (T) der vorkonditionierten Sus- pension hinsichtlich einer Flockenstabilität (S).
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