DE4000149A1 - Flockungs-filtrationsverfahren und -einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flockungs-Filtrationsverfahren für kolloidal-disperse Suspensionen, bei dem die kolloidal-dis­ persen Feststoffteilchen an ein Flockungsmittel gebunden, durch Sedimentation aus der Lösung abgetrennt und an­ schließend ausgefiltert wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Unter kolloidal-dispersen Suspensionen werden hier insbeson­ dere Klärschlämme, Ton-Schluff-Wassergemische, Hafenschlick sowie Industrieschlämme verstanden, deren Entsorgung problematisch ist, wenn diese Suspensionen Schadstoffe ent­ halten. Derartige Feststoff-Flüssigkeitsgemische können ins­ besondere Schluff mit einer Korngrößenverteilung von 0,002- 0,06 mm, Sand mit einer Korngrößenverteilung von 0,06-2 mm, Kies mit einer Korngrößenverteilung von 2-63 mm und Steine bzw. Blöcke mit Korngrößen größer als 63 mm enthalten. An Schadstoffen können diese Substanzen wasserlösliche Schadstoffe, wasserunlösliche Schadstoffe, kolloid-disperse Flüssigkeiten und kolloid-disperse Feststoffanteile enthal­ ten. Auch organische Substanzen können enthalten sein, bei­ spielsweise noch nicht völlig zersetzte, pflanzliche oder tierische Rückstände. Insbesondere die Filtration von Böden und deren umwelttechnische Entsorgung ist bei bindigen Böden mit einem Feinstkorn oder Ton und Schluff mit den organischen Bestandteilen problematisch. Die Filtration derartiger Fest­ stoff-Flüssigkeitsgemische ist auch im Hinblick auf die Schadstoffbelastung von bindigen Böden durch wasserlösliche und wasserunlösliche Schadstoffe nur im Zusammenhang mit ei­ ner entsprechenden Flockulationstechnologie möglich. Im Be­ reich der feinsten Feststoffteilchen, die nicht mehr sedimen­ tieren, da ihre Korngröße unter dem kritischen Wert von 0,5 µm liegt, kann die Trübe nur mit Hilfe von Flockungsmitteln sedimentierfähig gemacht werden. Die Flockulation erfolgt durch Agglomeration, d. h. durch Verbinden langer Kettenmole­ küle eines Flockungsmittels mit den Feststoffteilchen durch mechanische Brücken, wobei lockere Agglomerate entstehen, und durch Koagulation, d. h. durch eine direkte Anlagerung von Feststoffteilchen, nachdem eine gegenseitige elektrische Ab­ stoßung mittels eines Elektrolyts aufgehoben wurde. Flockungsmittel können Metallsalze oder polymere Substanzen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flockungs-Fil­ trationsverfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wobei aus kolloidal-dispersen Suspen­ sionen die kolloidal-dispersen Feststoffteilchen soweit abge­ trennt und abgefiltert werden können, daß der Feststoffanteil mit einem hinreichend geringen Schadstoffanteil für die Rück­ führung und die Lösung einer separaten Entsorgung zugeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Flockula­ tions-Filtrationsverfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Suspensionslösung das Flockungsmittel in Form von fertigen Flockungsaggregaten mit waben- oder flockenstruktur zugegeben wird, daß die so erzeugte Mischung mechanisch durchgemischt wird, wobei die kolloidal-dispersen Feststoffteilchen der Suspensionslösung mit den Flockungsaggregaten verbunden wer­ den.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Anspruch 4 gekennzeichnet, während die An­ sprüche 5 bis 9 vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungs­ gemäßen Einrichtung charakterisieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden fertige Flockula­ tionsaggregate mit der Suspension gemischt, so daß die kol­ loidal-dispersen Feststoffteilchen an den Flockungsaggregaten absorbiert werden. Durch eine ggf. durchgeführte, nachfol­ gende Stabilisation wird ein Flockungsgebilde erzielt, wel­ ches die mechanischen Eigenschaften hat, die zur erfolgrei­ chen Filtration erforderlich sind. Bentonit als Flockungsmit­ tel bildet die erforderlichen Waben- und Flockenstruktur, so daß an den Flockungsaggregaten die bindigen Bodenbestandteile oder die bindigen Feststoffanteile angelagert werden, wobei die Aggregate eine hohlraumreiche Ausbildung besitzen. Die Feststoff-Flüssigkeitssuspensionen können kolloidal-disperse Trockensubstanzen und kolloidal-disperse, flüssige Kohlenwas­ serstoffsubstanzen enthalten. Um die kolloidal-dispersen Koh­ lenwasserstoffsubstanzen zu eliminieren, werden diese separat von kolloidal-dispersen Trockensubstanzteilchen zu einer Ag­ gregation gebracht und durch den Auftrieb durch Überwindung des Zetta-Potentials an die Oberfläche eines Flüssigkeitsni­ veaus flotiert. Die zurückbleibende Trockensubstanzsuspension wird abgezogen und ebenfalls mittels Zugabe eines bereits fertigen Flockungsmittelaggregats beaufschlagt, so daß an der fertigen Aggregation eine Absorption der kolloidal-dispersen Feststoffteilchen stattfinden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der bei­ liegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Flockungs-Fil­ trationseinrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines in der Ein­ richtung von Fig. 1 verwendeteten Bandfilters;

Fig. 3 eine Kammerfilterpresse zur Verwendung in der Einrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Preßbandfilter zur Verwendung in der Einrich­ tung nach Fig. 1;

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Teil des Preßbandfilters von Fig. 4; und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie A-B von Fig. 5.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Flockungs-Filtrationseinrich­ tung zur Verarbeitung von Schluff-Wasser-Gemisch. Das Schluff-Wasser-Gemisch wird über eine Leitung 2 zugeführt, die zu einer statischen Mischeinrichtung 4 führt. Vor der Mischeinrichtung 4 mündet eine Leitung 6, über die Frischwas­ ser oder Prozeßwasser zugeführt wird. Über eine weitere Lei­ tung 8 wird aus Reaktionsbehältern 10, 12 fertiges Flockenge­ misch wechselweise zu dem kontinuierlich zugeführten Schluff- Wasser-Gemisch in die Leitung 2 zudosiert. Zur Dosierung der Flockengemische aus den Behältern 10, 12 sind an den Ausgän­ gen der Behältern Magnetventile 14, 16 angeordnet, die wech­ selweise betätigbar sind. Von den Ventilen 14, 16 führen Lei­ tungen 18, 20 zu einer Pumpe 22, die das Flockengemisch für die Leitung 8 in die Leitung 2 pumpt.

Das Schluff-Wasser-Gemisch hat eine gleichbleibende Konzen­ tration von maximal 15% Trockensubstanz. Beide Stoffströme kontaktieren vor der statischen Mischeinrichtung 4 und gelan­ gen tangential in einen Trennbehälter 24, der so dimensio­ niert ist, daß der Volumenstrom eine ausreichende Kontaktzeit besitzt zur Adsorption der kolloidal-dispersen Feststoffteil­ chen an den ausgebildeten Flockungsaggregationen. Von einem Stabilisatorbehälter 26 wird über ein Magnetventil 28, eine Pumpe 30 und eine Leitung 32 ein Stabilisator dem Trennbehäl­ ter 24 zugeführt. Der Stabilisator ist ein langkettiges Poly­ mer (Polyelektrolyt). Der Überlauf des Absetzbehälters 24 führt über eine Leitung 25 zu einem Wasserbehälter 27 und wird von dort über eine Pumpe 29 und eine Leitung 31 entweder zu der Leitung 6 zurückgeführt oder anderweitig verwendet.

Der abgesetzte, ausgeflockte Feststoffanteil wird diskontinu­ ierlich über ein Magnetventil 34, eine Leitung 36 und eine Pumpe 38 abgezogen und wahlweise über eine Leitung 40, eine Filtereinrichtung 42 oder über eine Leitung 44 einem Reakti­ onsbehälter 46 zugeführt. Die Leitung 40 enthält hierzu ein Magnetventil 48, und die Leitung 44 enthält ein Magnetventil 50. Eine Auslaßleitung 52 führt von dem Auslaß des Reaktions­ behälters 46 zu der Leitung 36 und enthält ein Magnetventil 54. In die Leitung 52 mündet eine Leitung 56 von einem Oxida­ tions- oder Reduktionsmittelbehälter 58 sowie eine Leitung 60 von einem Tensidbehälter 62, der ein langkettiges Tensid ent­ hält. Die Leitung 56 enthält ein Ventil 64, und die Leitung 60 ein Ventil 66. Wenn die Ventile 34 und 48 geschlossen sind, und wenn die Ventile 50 und 54 geöffnet sind, pumpt die Pumpe 38 das Gemisch im Kreislauf aus dem unteren Bereich des Behälters 46 zurück in den oberen Bereich des Reaktionsbehäl­ ters 46. Dabei wird bei geöffneten Ventilen 64, 66 Oxida­ tions- oder Reduktionsmittel sowie ein langkettiges Tensid zugemischt. In dem Reaktionsbehälter 48 erfolgt somit eine Nachbehandlung mit einem spezifischen Reaktionsmittel. Wird auf eine Nachbehandlung durch Reaktionsmittel aus dem Behäl­ ter 58 verzichtet, so wird lediglich aus dem Behälter 62 zu­ dosiert, um mit dem langkettigen Polymer den Reibungswider­ stand innerhalb der Kapillaren und der Hohlraumbildung der Flocken zu vermindern, d. h. die Renoldzahl wird im Strömungs­ bereich erheblich vergrößert. Das Flockungsgemisch aus dem Umwälzkreislauf des Reaktionsbehälters 46 und aus dem Absetz­ behälter 24 wird schließlich der Filtereinrichtung 42 zuge­ führt.

Die Filtereinrichtung weist ein Endlosfilterband 68 auf, das über Transportrollen 70 geführt ist und über einen Motor 72 angetrieben wird. Das Filterband 68 läuft durch eine Filter­ presse 74 und transportiert den Filterkuchen 76 zu einem Bandförderer 78 als Austragförderer. Eine Flüssigkeitspumpe 80 pumpt Flüssigkeit aus einer Kammer 82 der Filterpresse 64 und einer Wanne 84 unterhalb des Förderbandes 68 ab. Eine Va­ kuumpumpe 86 erzeugt ein Vakuum in der Kammer 82.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile der Filterpresse 74. Über dem Filterband 68 liegt eine Filterkammer 90 mit einem Zulauf 92 für zuviel vorhandenes Flockengemisch. In der Filterkammer 90 ist ein Hohlkolben 94 angeordnet, der mechanisch mit einem Druck P nach unten bewegbar ist. Der Innenraum des Filterkol­ bens 94 wird über Einlässe 96, 98 mit Druckluft mit ca. 10 bar beaufschlagt. An der Stirnseite des Filterkolbens 94 sind Druckluftauslässe 100 angeordnet, so daß die Druckluft durch das Filtergut gedrückt wird. Unterhalb des Filterbandes 68 befindet sich die Kammer 82 mit einem Wasserauslaß 102 und einem Vakuumstutzen 104. Der Auslaß 102 ist mit der Pumpe 80 und der Stutzen 104 ist mit der Pumpe 86 verbunden. Eine auf der Unterseite des Filterbandes 68 angeordnete Stirnplatte 104 weist Durchlässe 106 auf, durch die die abgefilterte Flüssigkeit in die Kammer 82 gesaugt wird. Über Behälter 108 kann Filterhilfsmittel oder Flüssigkeit zudosiert werden. Die Filtereinrichtung 42 weist eine zweite Filterpresse 74′ auf, die wie die Filterpresse aufgebaut ist, so daß sich eine er­ neute Beschreibung erübrigt. Die beiden Filterpressen 74, 74′ arbeiten im Gegentakt.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Kammerfilterpresse 110, die al­ ternativ zu der Kolbenfilterpresse 74 einsetzbar ist. Die Kammerfilterpresse 110 hat mehrere Filterkammereinheiten 112 mit einer beweglichen Kammerwand 114 und einer statischen Kammerwand 118. Die bewegliche Kammerwand 114 wird mit einem Druck von ca. 10 bar beaufschlagt, während hinter der Kammer­ wand 116 ein Vakuum erzeugt wird. Über Auslässe 118 in der beweglichen Kammerwand 114 gelangt Druckmittel in das Filter­ gut. Über Auslässe 120 in der Kammerwand 116 wird die abge­ filterte Flüssigkeit abgezogen. Das zu filternde Flocken/Wassergemisch wird von oben in die Kammerfilterpresse 110 aufgegeben und unten abgezogen.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Wandpreßfilter 130, bei dem das Filtergut zwischen zwei Filterbändern 132, 134 verpreßt, die durch Druckwalzen 136, 138 aneinandergedrückt werden. Das Filtergut wird über die Hauptdruckwalze 138 mit Druckluft mit ca. 10 bar und über die Andruckwalzen 138 mit Vakuum beauf­ schlagt. Das Filtergut wird über einen Zufuhrtrichter 140 zu­ geführt und über eine Abstoßeinrichtung 142 abgeführt.

In den Fig. 5 und 6 sind Einzelheiten des Preßbandfilters 130 dargestellt, wobei Fig. 6 einen Schnitt durch Fig. 5 entlang der Linie A-B ist. Die Zylinderwand 144 der Hauptwalze 136 weist Durchlässe 146 für Druckluft auf, während die Zylinder­ wand 148 der Andruckwalze 138 Auslaßöffnungen 150 aufweist, durch die die abgefilterte Flüssigkeit abgesaugt wird. Bei den gezeigten Filtereinrichtungen wird die Flüssigkeit aus dem Filtergut durch Einwirkung von Druck und Vakuum, d.h. im Druck-Saug-System abgesaugt.

Claims (9)

1. Flockungs-Filtrationsverfahren für kolloidal-disperse Suspensionen, bei dem die kolloidal-dispersen Fest­ stoffteilchen an ein Flockungsmittel gebunden, durch Sedimentation aus der Lösung abgetrennt und an­ schließend ausgefiltert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspensionslösung das Flockungsmittel in Form von fertigen Flockungsaggregaten mit Waben- oder Flockenstruktur zugegeben wird, daß die so erzeugte Mi­ schung mechanisch durchmischt wird, wobei die kol­ loidal-dispersen Feststoffteilchen der Suspensionslö­ sung mit den Flockungsaggregaten verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem abgesetzten ausgeflockten Feststoffanteil ein lang­ kettiges Polymer (Polyelektrolyt) zugegeben wird, bevor der Feststoffanteil der Filterpresse zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Feststoffanteil zu einer Nachbehandlung einem Reaktionsbehälter zugeführt wird, und daß dem Reaktionsbehälter ein Oxidationsmittel oder ein Reduk­ tionsmittel und/oder ein langkettiges Tensid zugeführt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (4), der die kolloidal-disperse Suspensionslösung und die Flockungsaggregate zugeführt werden, durch einen der Mischeinrichtung nachgeschalteten Absetzbehälter (24), eine dem Absetzbehälter nachgeschaltete Pumpe (38) zum Abziehen des ausgeflockten Feststoffanteils und eine der Pumpe nachgeschaltete Filterpresse (42, 110, 130).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen dem Absetzbehälter (24) nachgeschalteten Reaktionsbe­ hälter (46), der an einen Behälter (58) für Oxidations­ mittel oder Reduktionsmittel und an einen Behälter (62) für ein langkettiges Tensid angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Pumpe (38) ein Umwälzkreislauf verwirk­ licht ist, der von einem Auslaß des Reaktionsbehälters (46) über die Pumpe zum Einlaßbereich des Reaktionsbe­ hälters (48) führt.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpresse einen Bandfilter (42) aufweist, auf dessen Oberseite der Filterkuchen gebildet wird, eine Filterkammer (90) mit einem Filterkolben (94) oberhalb des Filterguts, eine Kammer (82) unterhalb des Filterbandes (68), wobei der Filterkolben eine Druck­ kammer aufweist, über die das Filtergut mit Druckluft beaufschlagt wird, und wobei die Kammer (82) einen Va­ kuumstutzen (104), über den in der Filterkammer ein Va­ kuum erzeugt wird, und einen Wasserauslaß (102) auf­ weist, über den das ausgepreßte Wasser abgeführt wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpresse eine Kammerfilterpresse (110) auf­ weist, wobei eine Filterkammer von einer Seite mit Druck beaufschlagt wird und auf der anderen Seite unter Vakuum steht.

9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterpresse ein Preßbandfilter (130) ist, bei dem das Filtergut zwischen zwei Filterbändern (132, 134) verpreßt wird, die durch Druckwalzen aneinanderge­ drückt werden, wobei das Filtergut über die Hauptwalze (136) mit Druck und über die Andruckwalzen (138) mit Vakuum beaufschlagt wird.