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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor-
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richtung zum Aufbereiten von Suspensionen feinverteilter Feststoffteilchen,
vorzugsweise keramischer Teilchen, durch Flüssigkeitsentzug, beispielsweise zur
Rückgewinnung von feinzerkleinertem Glasurmaterial aus Glasurabwasser, wie es beim
Reinigen von Mahlwalzen, Glasur-Spritzeinrichtungen u.dgl. anfällt Bei Produktionsgängen,
in welchen feinzerkleinerte Feststoffteilchen verarbeitet werden, fallen oftmals
Suspensionen von solcher geringen Konzentration an, daß die Wiederverwendung nicht
möglich oder lohnend erscheint. Beispielsweise fallen in der keramlschenndustrie
bei der Herstellung glasierter Produkte große Mengen von Glasurabwässern an: a)
bei der Glasuraufbereitung, beispielsweise beim Reinigen von Mahlwalzen oder sonstigen
Zerkleinerungsgeräten und b) bei der Glasurverarbeitung, beispielsweise beim Reinigen
von Glasur-Spritzeinrichtungen oder sonstigen Glasurauftrageinrichtungen.
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Die in diesen Suspensionen enthaltenen Feststoffteilchen sind wertvoll,
einerseits im Hinblick auf ihren Materialpreis und andererseits im Hinblick auf
die an ihnen bereits vorgenommenen Aufbereitungsarbeiten, wie Mahlen u.dgl..
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Andererseits sind die Feststoffteilchen - wenn solche Suspensionen
ins Abwasser abgelassen würden - umweltbelastend. Beispielsweise enthalten Glasurmaterialien
hohen Anteil an Schwermetalloxiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, anfallende Suspensionen geringer
Konzentration durch ein Aufkonzentrieren so zu behandeln, daß zumindest die in der
Suspension enthaltenen Feststoffteilchen weitgehend für Wiederverwendung zurückgewonnen
werden.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst,
daß die Suspension zum Abtrennen eines Teiles ihrer Flüssigkeit in turbulenter Strömung
unter der Einwirkung von erhöhtem Druck und Abfiltrieren eines Teiles der Flüssigkeit
über die Oberfläche einer Mikrofiltrations-Membran bis zum Erreichen eines Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnisses
geleitet wird, bei dem die Suspension wiederverwendungsfähig ist.
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Durch die Erfindung werden wertvolle Rohstoffe in einem einfachen,
sicheren Verfahren rückgewonnen. Das Litergewicht des Konzentrats kann beliebig,
d.h. den jeweiligen Anforderungen entsprechend eingestellt werden. Es entfällt die
Belastung des Abwassers. Das Verfahren hat selbstreiniwende Eigenschaft, d.h. die
für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Einrichtungen unterliegen keiner
Verschmutzung. Die im erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Feststoffmaterialien
werden in Produktionsgänge zurückgeführt. Das Filtrat ist feststofffrei und in der
Regel eine in dem jeweiligen Produktionsgang benutzte Flüssigkeit, bevorzugt Wasser.
Das Filtrat kann somit ebenfalls in dem Produktionsgang wiederverwendet werden,
beispielsweise als Betriebswasser. Für die Durchführung des Verfahrens werden keinerlei
Fremdchemikalien benötigt. Schließlich zeichnen sich das erfindungsgemäße Verfahren
und die für seine Durchführung benötigten Einrichtungen durch geringen Bedienungs-und
Wartungsaufwand und durch einfachen Verfahrensablauf bzw. Arbeitsweise aus.
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In bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens wird die Suspension
mit für die Entwicklung turbulenter Strömung ausreichender Strömungsgeschwindigkeit
durch einen Kanal oder durch eine Leitung mit durch die Filtermembran gebildeter
Wandung geführt. Beispielsweise kann hierzu die Suspension unter Erzeugung eines
transmembranen
Druckes bei 2 bis 4 bar mit einer Strömungsgeschwindigkeit
von 4 bis 5 m/sec. durch einen aus einer Mikrofiltrationsmembran gebildeten Schlauch
von etwa 25 mm Durchmesser geführt werden.
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Im speziellen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens für
die Rückgewinnung von Glasurmaterial aus beim Reinigen von Mahlwalzen, Glasur-Auftrageinrichtungen
u.dgl. beim Glasieren keramischer Artikel anfallenden Glasur-Abfall-Suspensionen,
empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung zum Reinigen der Mahlwalzen, Glasur-Auftrageinrichtungen
u.dgl. gleiche Flüssigkeit wie in der zum Glasieren gebildeten Glasur-Suspension,
vorzugsweise Wasser, zu benutzen, wobei die Abfall-Suspension durch Flüssigkeitsentzug
über ein Mikrofiltrationsmembran bis zur unmittelbaren Benutzbarkeit als Glasursuspension
aufkonzentriert bzw. aufgedickt wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere
eine Vorrichtung, die sich durch mindestens ein Mikrofiltrationsmodul kennzeichnet,
in welchem eine in den Strömungsweg der Suspension zwischen einem Druckerzeuger,
beispielsweise einer Pumpe und einer Auffangvorrichtung für die aufgedickte Suspension
anzuschließende schlauchförmige Mikrofiltrationsmembran angebracht und von einem
Auffangraum für die als Filtrat die Mikrofiltrationsmembran durchsetzende Flüssigkeit
umgeben ist. In einem solchen Mikrofiltrationsmoduist die schlauchförmige Mikrofiltrationsmembran
betriebssicher untergebracht und läßt sich besonders zweckmäßig in den für die gewünschten
Betriebsverhältnisse angepaßten Abmessungen und sonstigen Eigenschaften typenmäßig
bereithalten. Beispielsweise kann speziell für die Rückgewinnung von Glasurmaterial
aus wässriger Abfallsuspension ein Mikrofiltrationsmodul vorgesehen sein, bei dem
die Mikrofiltrationsmembran aus
Polyolefin, bevorzugt Polyäthylen,
besteht und eine Molekularausschlußgrenze bei 20.000 aufweist. Der aus der Mikrofiltrationsmembran
gebildete Schlauch kann dabei in seiner Länge, seinem Durchmesser und seiner Druckfestigkeit
auf die Erzeugung turbulenter Strömungsverhältnisse in der ihn durchsetzenden Suspension
bei der Entwicklung eines transmembranen Druckes bei 2 bis 4 bar berechnet sein.
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Dabei kommen bevorzugt eine Schlauchlänge von 11,5 m und ein Schlauchdurchmesser
von 25 mm in Betracht.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Mikrofiltrationsmodulen
mit ihren aus einer Mikrofiltrationsmembran gebildeten Schläuchen in Reihenanordnung
hintereinander angeordnet sein. Die Mehrzahl von Mikrofiltrationsmodulen bildet
dann eine vom Druckerzeuger zur Auffangvorrichtung für die eingedickte Suspension
durchgehende Leitung.
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Der Aufbau der Mikrofiltrationsmembran kann asymmetrisch mit Trägerschicht
und filtrationswirksamer Schicht sein.
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Bevorzugt ist die Mikrofiltrations-Membran durch einen dünnen, beispielsweise
einige Mikron dicker Film gebildet und auf einem Textilstoffträger angebracht.
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Für den Aufbau eines erfindungsgemäßen Mikrofiltrationsmoduls empfiehlt
es sich, den mit seinem einen Ende an einen Suspensionseinlaß und seinem anderen
Ende an einen Suspensionsauslaß angeschlossenen, an seiner Innenseite die filtrationswirksame
Oberfläche aufweisenden Mikrofiltrations-Schlauch im Inneren eines gelochten Innenrohres
anzubringen, das selbst von einem den Auffangraum für das Filtrat umgrenzenden Außenrohr
umgeben ist, an das die #iltrat-Abzugleitung angeschlossen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind eine Mehrzahl von Mikrofiltrations-Modulen, eine Suspensions-Umwälzpumpe, mindestens
ein Vorlage-Spülflüssigkeits-Becken, die diese Teile verbindenden Rohrleitungen
und Druck- und Strömungsmengen-Meßgeräte zu einer fahrbaren Einheit verbunden. Die
Einheit kann an Sammelbecken für Abfallsuspension zu einem Kreislaufsystem angeschlossen
werden, während die Filtratabzugleitung an ein Filtrat-Sammelbecken anzuschließen
ist, um auch das Filtrat für seine Wiederverwendung zu gewinnen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema für das erfindungsgemäße
Verfahren und den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.
2 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mikrofiltrationsmodul und Fig. 3
einen vergrößerten Schnitt durch den im Mikrofiltrationsmodul nach Figur 2 benutzten
Mikrofiltrationsschlauch im Bereich 3 der Figur 2.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Aufbereitung
von Glasur-Wasser-Suspensionen, speziell um die Aufbereitung von bei der Herstellung
glasierter Produkte in großen Mengen anfallenden Glasurabwässern.
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Die Glasurabwässer werden während des Glasierens in Arbeitsbecken
11 gesammelt. Dabei ist für jede im Glasierbetrieb benutzte Glasurzusammensetzung
ein eigenes Arbeitsbecken vorgesehen, so daß n-ur Abwässer gleicher Glasurzusammensetzung
in ein und dasselbe Arbeitsbecken 11 geleitet werden. Jedes dieser Arbeitsbecken
11 enthält ein Rührwerk 12> einen mit Ventil 13 verschließbaren Boden-
auslaß
für die Fertigglasur, einen ebenfalls mit Ventil 14 verschließbaren Bodenauslaß
für die Abfallsuspension und einen mit Ventil 15 verschließbaren Einlauf für die
Suspension.
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Ferner sind in dem Betrieb Filtratbecken 21 vorgesehen, die einen
mit Ventil 22 verschließbaren Filtrateinlauf und einen mit einem Ventil 23 verschließbaren
Brauchwasserauslaß aufweisen. Aus diesem Brauchwasserauslaß kann jederzeit im Betrieb
benötigtes Brauchwasser entnommen werden.
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Für das Aufarbeiten der in einem Arbeitsbecken 11 gesammelten Abfallsuspension
ist eine fahrbare Einheit 31 vorgesehen, die eine Mehrzahl, beispielsweise fünf,
zehn, zwanzig oder noch mehr, Mikrofiltrationsmodule 32 enthält.
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jedes dieser Mikrofiltrationsmodule 32 enthält einen in Verbindung
mit den Figuren 2 und 3 erläuterten Mikrofiltrationsschlauch 33 und einen Auffangraum
34 für das Filtrat. Im dargestelltenlBeispiel sind die Mikrofiltrationsmodule 32
mit ihren Mikrofiltrationsschläuchen 33 in Reihe angeordnet. Der Einlaß des ersten
Mikrofiltrationsmoduls 32 ist an die Druckseite einer Umwälzpumpe 35 angeschlossen,
wobei zur Betriebsüberwachung ein Druckmeßgerät 36 uno ein Strömungsmengenmeßgerät
37 an dieser Anschlußstelle vorgesehen sind. Am Auslaß des letzten Mikrofiltrationsmoduls
32 ist eine Suspensionsableitung 38 angeschlossen, die ebenfalls ein Druckmeßgerät
39 trägt. Die Suspensionsableitung 38 führt zur Anschlußeinrichtung 40 für den mit
Ventil 15 versehenen Suspensionseinlaß des Arbeitsbeckens 11. Außerdem enthält die
fahrbare Einheit 31 im dargestellten Beispiel zwei (nur eines dargestellt) parallel
angeordnete Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken 41 mit Rührwerk 42, Suspensionseinlaßventil
43 und Spülflüssigkeitseinlaß 44 sowie einem Bodenauslaß 45, der über eine Ventilanordnung
46 mit der Anschlußeinrichtung 47 für den mit Ventil 14 ausgestatteten Auslaß des
Arbeitsbeckens 11, einem Abfluß 48 und einer zur Umwälzpumpe 35
führenden
Suspensionsumwälzleitung 49 verbindbar ist.
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Die Filtratauffangräume 34 der Mikrofiltrationsmodule 32 sind über
Filtratabzugleitungen 50 miteinander parallelgeschaltet und über eine Anschlußeinrichtung
51 mit dem mit Ventil 22 ausgestatteten Filtrateinlaß des jeweils anzuschließenden
Filtratbeckens 21 verbindbar. Durch Einstellen des Ventils 44 wird ein Teil des
Filtrats, meßbar mittels eines Strömungsmengenmeßgerätes 52, in die Vorlagespülflüssigkeitsbecken
41 geleitet.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich, enthält jedes Mikrofiltrationsmodul
32 einen Mikrofiltrationsschlauch 33. Dieser Mikrofiltrationsschlauch 33 ist nach
der Darstellung der Figur 3 durch einen äußeren flüssigkeitsdurchlässigen Gewebeschlauch
53 und eine eigentliche Mikrofiltrationsschicht 54 gebildet. Der Gewebeschlauch
53 dient als Träger für die Mikrofiltrationsschicht 34 und ist geeignet den im Inneren
des Mikrofiltrationsschlauches 33 aufrecht erhaltenen Überdruck aufzunehmen. Im
übrigen ist er aber ohne Ausübung eaner iltrationswirkung für die abzufiltrierende
Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchlässig. Die auf der Innenseite des Gewebeschlauches
53 aufgebrachte Mikrofiltrationsschicht besteht im dargestellten Beispiel aus Polyäthylen
und hat eine Molekülausschlußgrenze bei etwa 20.000. Die Dicke dieser Mikrofiltrationsschicht
54 beträgt einige Mikron.
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Der Mikrofiltrationsschlauch 33 ~st im dargestellten Beispiel mit
einer Vliesschicht 55 umgeben, und zusammen mit dieser Vliesschicht 55 im Inneren
eines gelochten Innenrohres 56 gehalten. Die Vliesschicht 55 wirkt dabei als Flüssigkeitsverteiler,
um die den Mikrofiltrationsschlauch 33 durchsetzende Flüssigkeit zu den Löchern
57 des Innenrohres zu leiten. Außerhalb des Innenrohres 56
ist
ein ringförmiger Auffangraum 34 für das Filtrat geschaffen, der nach außen durch
ein Außenrohr 58 umgrenzt ist. An dem Außenrohr 58 ist ein Anschluß 59 für die Filtrat-Abzugleitung
angebracht. Die koaxiale Anordnung von Mikrofiltrationsschlauch 33, Vliesschicht
55, Innenrol 56 und Außenrohr 58 wird mittels Flanschstücken 60 gewährleistet, die
mit sich axial erstreckenden inneren Ringelementen 61, 62 und 63 ausgebildet sind,
um die genannten Elemente aufzunehmen und zu fixieren.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist eine in Figur 1 gezeigte fahrbare
Einheit 31 mit ihren Anschlußteilen 40 und 47 an ein mit Abfallsuspension bzw. Glasurabwasser
gefülltes Arbeitsbecken 11 anzuschließen, während an die Anschlußvorrichtung 51
der Filtrateinlaß eines Filtratbeckens 21 anzuschließen ist. Es werden dann zunächst
die Zulaufventile 43 und 44 zu dem einen mit Spülflüssigkeit, vorzugsweise Wasser
gefüllten Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken 41 und der zur Umwälzpumpe 35 führende
Teil von dessen Auslaufventil 46 geöffnet. Sodann wird die Umwälzpumpe 35 in Gang
gesetzt, so daß ein Spülflüssigkeit umlauf durch die Mikrofiltrationsmodule 32,
die Suspensionsleitung 38 sowie die Filtratleitung 50 zurück zum Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken
41 aufgebaut wird. Wenn dieser Flüssigkeitsumlauf in Gang gekommen ist, werden das
Einlaufventil 15 und das Auslaufventil 14 des Arbeitsbeckens 11 zunehmend geöffnet
und im entsprechenden Maß die Einlaufventile 43 und 44 zum Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken
41 geschlossen. Desgleichen wird der zum Auslaufventil 14 gerichtete Teil des Ventils
46 geöffnet.
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Außerdem wird das Einlaufventil 22 zum Filtratbecken geöffnet. Es
stellt sich hierdurch ein Suspensionsumlauf vom Auslaufventil #14 des Arbeitsbeckens
11 über die Mikrofiltrationsmodule 32 ein, wobei der Druckabfall über die Mikrofiltrationsmodule
32 an den Druckmeßgeräten 36 und 39 feststellbar ist. Die am Strömungsmengenmesser
37
ablesbare Durchströmungsmenge ist derart einzurichten, daß im
Inneren der Mikrofiltrationsschläuche 33 der Mikrofiltrationsmodule 32 eine turbulente
Strömung herrscht. Durch diese turbulente Strömung wird verhindert, daß sich Feststoffteilchen
auf der Innenfläche der Mikrofiltrationsschläuche 33, d.h. auf der filtrationswirksamen
Oberfläche der Mikrofiltrationsschicht 54 in nennenswerter Menge abscheiden bzw.
festsetzen. Ein erheblicher Teil der Flüssigkeit durchsetzt die Mikrofiltrationsschläuche
33 und gelangt über die Filtratleitung 50 in das Filtratbecken 21. Die in das Arbeitsbecken
11 zurückfließende Suspension ist somit gegenüber der das Arbeitsbecken 11 verlassenden
Suspension aufkonzentriert.
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Durch Betätigung des Rührwerkes 12 wird innerhalb der im Arbeitsbecken
11 befindlichen Suspension praktisch gleichmäßige Konzentration aufrecht erhalten
Der Suspensionskreislauf wird solange aufrecht erhalten, bis die im Arbeitsbecken
11 enthaltene Suspension ein gewünschtes Volumengewicht erreicht, beispielsweise
bei L#1,05 kg/ltr.
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für Glasursuspensionen.
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Bei Erreichen des gewünschten Volumengewichtes der Suspension im Arbeitsbecken
11 werden das Einlaufventil 15 und das Auflaufventil 14 des Arbeitsbeckens 11 geschlossen.
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Desgleichen wird das Einlaufventil 22 des Filtratbeckens 21 geschlossen.
Dafür wird das Einlaufventil 43 des ersten Vorlage-Spülflüssigkeitsbeckens 41, das
sich beim Vorlaufbetrieb zumindest teilweise mit Spülflüssigkeit gefüllt hat, geöffnet.
Desgleichen wird das Auflaufventil dieses ersten Vorlage-Spülflüssigkeitsbeckens
41 nach dem Abfluß 48 hin geöffnet und das Rührwerk 42 eingeschaltet. Beim zweiten,
mit Spülflüssigkeit gefüllten Vorlage-Spülflüssigkeitbecken 41 werden das Auflaufventil
46 nach der Umwälzpumpe 35 hin und das von der Filtratleitung 50 kommende Einlaßventil
44 geöffnet. Es stellt sich dadurch ein
Reinigungs-Umlauf her,
der Spülflüssigkeit vom zweiten Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken 41 über die Suspensionsleitung
49 und die Umwälzpumpe 35 durch die Mikrofiltrationsmodule 32 führt. Die Innenfläche
der Mikrofiltrationsschläuche 33, d.h. die filtrationswirksame Oberfläche der Mikrofiltrationsschicht
54 wird dadurch mittels turbulenter Spülflüssigkeitsströmung von restlichen Glasurteilchen
freigewaschen. Diese restlichen Glasurteilchen gelangen mit Spülflüssigkeit in das
erste Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken 41. Sie sind aber nur noch in so geringer Menge
vorhanden, daß sie zusammen mit der Spülflüssigkeit in den Abfluß geleitet werden
können. Die die Mikrofiltrationsschläuche 33 durchsetzende Flüssigkeit gelangt zurück
in das erste Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken 41, so daß hierdurch der Spülvorgang
verlängert werden kann.
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Nach erfolgtem Spülen sind die Umwälzpumpe 31 und die Rührwerke 42
abzuschalten und sämtliche Ventile 43, 44, 46 zu schließen. Die Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken
sind wieder mit Spülflüssigkeit aufzufüllen, und die Anschlußvorrichtungen 40, 47
und 51 sind zu lösen, so daß die fahrbare Einheit 31 an anderer Stelle eingesetzt
werden kann.
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Die oben beschriebene Mikrofiltrations-Anlage für Glasurabwässer
zeichnet sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus. Diese Wirtschaftlichkeit basiert
auf den folgenden Punkten: a) Rückgewinnung der teuren Glasurrohstoffe; b) Rückgewinnung
des Waschwassers; c) Verringerung der Betriebskosten für die betriebliche Kläranlage;
d) niedrige Betriebskosten der Mikrofiltrationsanlage; e) geringer Bedienungsaufwand
und f) Einsparen der Kosten gemäß Abwasserabgabeverordnung.
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Diese hohe Wirtschaftlichkeit läßt sich an einem folgenden Zahlenbeispiel
belegen: (Grundlage sind Anhaltswerte betrieblicher Kosten und die Investitionskosten
für eine Standard-Anlage, die ja nach Betrieb und Anlagengröße variieren können.)
Recycling-Leistung einer Standard-Microfiltrations-Anlage (1-Schicht-Betrieb/ Arbeitstag
ca. 100 jato Glasurrohstoff Brutto-Glasurkosten incl .Aufbereitungskosten usw. 2.850,--Jto
Betriebskosten der Microfiltrations-Anlage incl. Bedienung, Wartung, Kapitalkosten
700,--/to Jährliche Einsparung: 215.000>--/Jahr Kapitalrückflußzeit: 6 - 8 Monate
Verfahren
und Vorrichtung zum Aufbereiten von Suspensionen feinverteilter Feststoffteilchen,
vorzugsweise keramischer Teilchen, durch Flüssigkeitsentzug Bezugszeichenliste 11
Arbeitsbecken 12 Rührwerk 13 Ventil 14 Ventil 15 Ventil 21 Filtratbecken 22 Ventil
23 Ventil 31 Einheit (fahrbar) 32 Mikrofiltrationsmodule 33 Mikrofiltrationsschlauch
34 Auffangraum 35 Umwälzpumpe 36 Druckmeßgerät 37 Strömungsmengenmeßgerät 38 Suspensionableitung
39 Druckmeßgerät 40 Anschlußeinrichtung
41 Vorlage-Spülflüssigkeitsbecken
42 Rührwerk 43 Suspensionseinlaßventil 44 Spülflüssigkeitseinlaß 45 Bodenauslaß
46 Ventilanordnung 47 Anschlußeinrichtung 48 Abfluß 49 Suspensionsumwälzleitung
50 Filtratabzugleitung 51 Anschlußeinrichtung 52 Strömungsmengenmeßgerät 53 Gewebeschlauch
54 Mikrofiltrationsschicht Vliesschicht 56 Innenrohr 57 Löcher 58 Außenrohr 59 Anschluß
60 Flanschstück 61 inneres Ringelemeit 62 inneres Ringelement 63 inneres Ringelement