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Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Entfernung von in Flüssigkeiten suspendierten Stoffen
Die Deckung des gegenwärtigen und immer mehr wachsenden Bedarfes an Wasser, der insbesondere durch die ausserordentliche Entwicklung einer Reihe von Industriezweigen, für die Wasser der lebensnotwendige Rohstoff ist, hervorgerufen wurde, ist durch eine wirksame Reinigung der Abwässer bedingt. Es ist darum notwendig, dass das Wasser nach seiner Verwendung für technologische Prozesse in einem solchen Zustande den Wasserläufen zurückgeführt wird, dass diese nur in einem zulässigen Masse verunreinigt werden.
Zu den Grossabnehmern von Wasser gehören z. B. die Papier-, die Zellulose-, die Textilindustrie und andere. Die Reinigung von Abwässern, die suspendierte Stoffe enthalten, geschieht im wesentlichen mit Hilfe von drei Verfahrensarten : a) Sedimentation b) Filtration c) Flotation.
Das am meisten verwendete Verfahren zur Reinigung von Betriebs- und Abwässern, besteht im Auffangen von suspendierten Stoffen in Sedimentationseinrichtungen. Die Wirksamkeit solcher Einrichtungen ist bei optimalen qualitativen und quantitativen Bedingungen eine gute. Die Investitionsaufwände für den Bau von Sedimentationseinrichtungen sind aber ziemlich gross. Ein schwerwiegender Nachteil der Einrichtung dieses Typs ist aber der bedeutende Raumbedarf, der sich aus der verhältnismässig langen Verweildauer ergibt, während welcher das Wasser in dem Funktionsraum zu verbleiben hat. Diese Einrichtungen haben eine nur begrenzte Belastungsfähigkeit und mit dem Ansteigen der Abwassermenge, die gereinigt werden muss, steigt auch die Anzahl dieser Raum und Investitionen benötigenden Einrichtungen.
Ein weiterer bedeutender Nachteil dieser Einrichtungen ist ihre Empfindlichkeit gegen Überlastung, Schwankungen der Qualität der zu reinigenden Wässer und Änderungen des pH-Wertes. Diese Einrichtungen stellen darum auch an die Bedienung grosse Anforderungen.
Ein anderer Typ von zur Reinigung von suspendierte Stoffe enthaltenden Abwässern sind Filtrationseinrichtungen. Sie werden als Siebfilter in verschiedenen Ausführungsformen konstruiert. Die Investitionsaufwände von Filtrationseinrichtungen sind im Vergleich mit denen von Sedimentationseinrichtungen niedriger, aber ihre Reinigungswirkung ist auch unvergleichbar niedriger. Diese Einrichtungen haben eine hohe Störanfälligkeit und die Aufwände für die Bedienung sind ziemlich bedeutend. Für eine wir- kungsvolle Reinigung grosser Industriewassermengen sind darum Filtrationseinrichtungen ungenügend und wenig entsprechend.
Der dritte Typ von Einrichtungen, die für die Reinigung von Abwässern verwendet werden, sind Flotationseinrichtungen. Die Reinigungswirkung bei allen Typen von Flotationseinrichtungen wird einerseits erzielt durch die Anwendung von chemischen Mitteln, deren Wirkung in der Erzielung der notwendigen Koagulation von suspendierten Teilchen liegt, anderseits in der physikalischen Wirkung, durch welche die koagulierten Teilchen an die Oberfläche getragen werden. Der Wirkungsgrad von Flotationseinrichtungen ist aber gleichfalls niedriger als der von gut arbeitenden Sedimentationseinrichtungen. Neben ihrem geringen Wirkungsgrad sind als Nachteile die hohen Bedienungs- und Erhaltungskosten zu nennen.
Sie erfordern eine fachmännische Bedienung.
So ist ein Schaumverfahren bekanntgeworden, bei welchem die Wirkungen chemischer Mittel und
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einer mechanischen Einrichtung ausgenutzt werden. Das Wesen der mechanischen Tätigkeit besteht, in der Beimischung von Luft in einen Teil des zu reinigenden Wassers in dem Schaumbildner. Infolgedessen entsteht hier der Schaum unter Beigabe von schaumbildenden Mitteln. Der Schaum dient zur Austragung suspendierter Teilchen an die Oberfläche. Hieraus geht hervor, dass hier keine Dispergierung stattfindet, sondern eine Beimischung von Luft. Aus diesem Grunde können mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung lediglich Teilchen in der Form koagulierter Flocken relativ grossen Umfanges an die Oberfläche getragen werden.
Mit Rücksicht darauf, dass das flüssige Medium durch die Dispergierungsphase nicht durchdrungen ist, findet hier nicht einmal eine vollkommene Austragung gröberer Teilchen zur Oberfläche statt und umso weniger eine Austragung kolloidaler Teilchen.
Gemäss einem weiters bekanntgewordenen Vorschlag wird mittels Zerstäubungsdüsen, Drosselventilen bzw. durchlochter Membranen eine Luft-Wassermischung gebildet. Auch hier findet keine Dispergierung statt und das Flüssigkeitsmedium ist nicht durch eine Dispergierungsphase durchtreten, so dass keine vollkommene Austragung der suspendierten Stoffe an die Oberfläche stattfindet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Entfernung von in Flüssigkeiten suspendierten Stoffen, welche die Nachteile der im vorstehenden beschriebenen Reinigungseinrichtungen beseitigen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von in Flüssigkeiten suspendierten Stoffen ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit, welche die zu entfernenden Stoffe enthält, Luft durch mechanische Schwingungen, die im Frequenzbereich 1, 5-45 kHz liegen, im Funktionsbereich eines Schwingungserregers zu feinen Teilchen dispergiert wird, welche die suspendierten Stoffe zur Flüssigkeitsoberfläche austragen. Die Erfindung schafft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schwingungserreger im Zulaufsystem der Flüssigkeit, aus der die suspendierten Stoffe entfernt werden sollen, angeordnet ist und dass in dieses die Zuleitung der Luft mündet.
Die Dispergierung der Luft wird wirkungsvoll untersützt durch eine intensive Kavitation. Als Schwin - gungserreger wird am besten ein hydrodynamischer Schwingungserreger verwendet, der durch seine absolute Betriebsverlässlichkeit mit Sicherheit die Erlangung der beiden verlangten und wesentlichen Eigenschaften garantiert, d. h. also eine feine Dispergierung der Luftteilchen und ihre vollkommene Verteilung im ganzen Inhalt des zu reinigenden Wassers oder andern Flüssigkeiten, welche Stoffe enthalten, die aus ihnen zu entfernen sind. Die Luft, die zur Dispergierung in der Flüssigkeit bestimmt ist, wird durch Ejektionsoder Injektionswirkung in das Funktionsgebiet des Schwingungserregers gemeinsam mit der Flüssigkeit zugeführt, aus welchem die suspendierten Teilchen entfernt werden sollen.
Die Luftteilchen tragen die im Wasser oder in der Flüssigkeit enthaltenen Teilchen rasch an die Oberfläche des Wassers oder der Flüssigkeit, wo sie eine zusammenhängende, völlig stabile Schicht bilden. Die herausgetragenen Teilchen können entfernt werden oder man leitet sie in eine Sammelgrube, von wo sie weggeführt und in bekannter Weise verarbeitet werden. Die Bildung einer stabilen Schicht auf der Oberfläche des gereinigten Wassers oder einer an'ders Flüssigkeit wird gleichfalls durch die Koagulierung der suspendierten Teilchen unterstützt, welche durch die mechanischen Schwingungen beim Durchgang des zu reinigenden Wassers bzw. der Flüssigkeiten durch den Schwingungserreger hervorgerufen wird. Der Prozess verläuft um Vieles schneller als bei den jetzt verwendeten, an sich vollkommenen Einrichtungen.
Eine beispielsweise Durchführung der Erfindung ist aus der Zeichnung zu sehen, welche ein Funktionsschema der Einrichtung darstellt.
1 bedeutet eine Grube für Abwässer, die zur Reinigung bestimmt sind, aus welchen durch die Pumpe 2 ein Teil oder die gesamte Menge des Wassers oder einer andern Flüssigkeit mit Hilfe der Leitung 3 und dem Regulierorgan 4 durch den Schwingungserreger 5 in den Raum 8 geleitet wird. Im Falle, dass das Wasser oder eine andere Flüssigkeit in den Funktionsbereich des Schwingungserregers nur zum Teil geführt wird, wird der restliche Teil durch eine besondere Leitung in die Nähe des Schwingungserregers durch die
Leitung 7 geführt, wo er gleichfalls von den Feinluftteilchen durchdrungen wird.
Dem Schwingungserreger
5, der direkt in reines Wasser bzw. in Wasser oder eine andere Flüssigkeit, welche die zu entfernenden Stoffe enthält, getaucht wird, wird durch das Rohr 6 Luft zugeführt, welche durch einen Ejektor ange- saugt oder gegebenenfalls durch einen Injektor zugeführt wird. Die Luft wird durch Schwingungserreger 5 auf äusserst feine Teilchen dispergiert, welche vollkommen den Raum des zu reinigenden Wassers bzw. der Flüssigkeit, welche die zu entfernenden Stoffe enthält, durchdringen. Im Raum 8 kommt es zu einem äusserst raschen Aufsteigen der suspendierten Teilchen zur Oberfläche. An den Flanschen 9 kann eine
Pumpe zur Vakuumbildung über dem Raum des zu reinigenden Wassers bzw. Flüssigkeit angeschlossen werden, wodurch eine Beschleunigung des Prozesses erzielt werden kann.
Das Ausstrahlen der mechani-
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schen Schwingungen in den umgebendenWasserraumverursacht gleichzeitig eine Koagulation der suspendierten Teilchen. Die herausgetragenen Teilchen bilden auf der Oberfläche eine kompakte stabile Schicht, welche in der Richtung des Laufes des gereinigten Wassers oder einer andern Flüssigkeit fortschreitet und durch den Überfall 10 in den Sammelraum 11 gelangt, von wo sie durch die Leitung 12 weggeführt wird. Das gereinigte Wasser oder eine andere Flüssigkeit strömt durch das Regulierorgan 13 und die Leitung 14 ab.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist verhältnismässig klein, stellt also keine räumlichen Ansprüche und hat einen sehr hohen Reinigungs-Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil ist ihre Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Menge der Abfallwässer und dies auch bei Schwankungen in grossem Massstab, gegen Schwankungen der Qualität der Abwässer, gegen Änderungen des pH-Wertes und gegen Schwankungen in der Menge der suspendierten Stoffe.
Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass keinerlei chemische Reagenzien zur Koagulation, zur Einstellung des pH notwendig sind und dass die Ansprüche an Bedienung im Vergleich zu den üblichen Typen von Einrichtungen minimal sind. Die Investitionskosten, die notwendig sind zum Bau der Einrichtung gemäss der Erfindung, sind niedrig, ebenso die Betriebsaufwände.
Durch den hohen Wirkungsgrad und die Geschwindigkeit des Reinigungsprozesses erniedrigt die Einrichtung gemäss Erfindung die Verweilzeit des Abwassers im Wirkungsraum auf einen Bruchteil der Zeit, die z. B. bei einer Sedimentationsanlage notwendig ist.
In Hinblick auf die verhältnismässig geringen räumlichen Ansprüche und in Hinblick auf die Geschwindigkeit des Reinigungsprozesses kann man die Einrichtung zur Reinigung von Umlaufwässern verwenden, die z. B. für die Spritzröhren von Papiermaschinen oder andern industriellen Einrichtungen mit Rücklauf des Wassers in den Erzeugungsprozess bestimmt sind, was eine radikale Einschränkung des Verbrauches an frischem Wasser ermöglicht.
Das Verfahren und die Einrichtung zur kontinuierlichen Entfernung von in Flüssigkeiten suspendierten Stoffen gemäss Erfindung hat ein weites Anwendungsgebiet auf allen industriellen Gebieten, die Abwässer und suspendierte Teilchen enthaltende Flüssigkeiten produzieren.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann in Hinblick auf ihre geringen räumlichen Ansprüche und ihre hohe Leistung als fahrbare oder übertragbare Einrichtung gebaut werden, was ihre unmittelbare Verwendung in der Nähe der Quellen von zu reinigenden Wässern bzw. von Flüssigkeiten, die zu entfernende Stoffe enthalten, ermöglicht. Eine transportable Einrichtung kann mit Vorteil auf vorübergehende Zeit im Falle der Notwendigkeit oder bei Überlastung von stabilen Einrichtungen verwendet werden.
Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf eine Menge von 1000 1 des zu reinigenden Abwassers ; der Gehalt (Konsistenz) an suspendierten Stoffen ist in Gewichtsprozenten angegeben.
Beispiel 1 : Es wurden die im Abwasser der Erzeugung von Zigarettenpapier suspendierten Stoffe entfernt, wobei der Gehalt (Konsistenz) vor dem Durchgang durch die Einrichtung 0, 06971o betrug. Nach dem Durchgang durch die Einrichtung während einer Verweildauer von 3 min wurde ein Gehalt (Konsistenz) von 0, 0052% festgestellt. Der Wirkungsgrad der Einrichtung betrug 92, 520/0.
Beispiel 2 : Das Abwasser bei der Erzeugung von Zigarettenpapier hatte vor dem Durchgang durch die Einrichtung einen Gehalt (Konsistenz)
EMI3.1
<tb>
<tb> von <SEP> 0,4544 <SEP> g/l
<tb> der <SEP> Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> betrug <SEP> 0, <SEP> 0158 <SEP> g/l <SEP>
<tb> die <SEP> Durchgangsdauer <SEP> betrug <SEP> 4 <SEP> min
<tb> der <SEP> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Einrichtung <SEP> 96, <SEP> 60%. <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : Das Abwasser einer Erzeugung von Kondensatorpapier wurde in der Einrichtung gereinigt.
EMI3.2
<tb>
<tb>
Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 0, <SEP> 5037 <SEP> g/l <SEP>
<tb> Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 0,0148 <SEP> g/l
<tb> die <SEP> Durchgangsdauer <SEP> betrug <SEP> 4 <SEP> min
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Einrichtung <SEP> zo
<tb>
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Beispiel 4 : Das Abwasser einer Erzeugung von Kondensatorpapier wurde in der Einrichtung gereinigt.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 0,5946 <SEP> g/l
<tb> Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durchgang <SEP> 0, <SEP> 0049 <SEP> g/l <SEP>
<tb> Durchgangsdauer <SEP> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 5 <SEP> min
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Einrichtung <SEP> 99, <SEP> 180/0. <SEP>
<tb>
Beispiel 5 : Das Abwasser einer Erzeugung von grauem Paclpapier wurde in-der Einrichtung ge- reinigt.
EMI4.2
<tb>
<tb>
Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 0,0609 <SEP> g/l
<tb> Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durchgang <SEP> 0, <SEP> 00235% <SEP>
<tb> Durchgangsdauer <SEP> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 4 <SEP> min
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Einrichtung <SEP> 96, <SEP> 15%. <SEP>
<tb>
Beispiel 6 : Das Abwasser einer Erzeugung von mittelfeinem graphischem Papier wurde in der Einrichtung gereinigt.
EMI4.3
<tb>
<tb>
Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Durchgang
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 0,4860 <SEP> g/l
<tb> Gehalt <SEP> (Konsistenz) <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durchgang <SEP> 0, <SEP> 0209 <SEP> g/l <SEP>
<tb> Durchgangsdauer <SEP> durch <SEP> die <SEP> Einrichtung <SEP> 4 <SEP> min
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Einrichtung <SEP> 93, <SEP> 77'%). <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von in Flüssigkeiten suspendierten Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit, welche die zu entfernenden Stoffe enthält, Luft durch mechanische Schwingungen, die im Frequenzbereich 1, 5-45 kHz liegen, im Funktionsbereich eines Schwingungserregers zu feinen Teilchen dispergiert wird, welche die suspendierten Stoffe zur Flüssigkeitsoberfläche austragen.