METHOD AND APPARATUS FOR THE SEPARATION OF LIQUIDS FROM HETEROGENEOUS LIQUID-SOLID MATERIAL MIXTURES, E.G. METHODS FOR THE DEHYDRATION OR THICKENING OF COMMUNAL OR INDUSTRIAL SLUDGES

Abstract: 1. Method to separate liquids from heterogeneous mixtures, containing liquids and solid particles, in order to drain or concentrate community or industrial sludges, especially low viscosity sludges whereat sludge will be pumped to a container at a lower pressure and thereafter at a comparatively higher pressure and a filtrate will be drawn off from the volume of the container, submitted to pressure, or the sludge cake, respectively, within the container, characterized in that in the method a transportable container is applied, which is provided with a filter mesh or a fine mesh sieve whereat the action upon the sludge is supported by the gravity force and the method will be applied in fractional portions of a pressure-time diagram of the container, comprising the sludge and having a hydraulically directly and continously connected pressure volume, in which diagram increasing pressure values will be applied which are linear and/or of square tape and whereat increasing structure of pressure and the pressure distribution in the filtrate sludge will be carried out intermittently and/or in a pulse type.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Ausscheidung von Flüssigkeiten aus heterogenen Flüssigkeits-Massegefügen, zum Beispiel Entwässerungs- bzw. Eindickverfahren für kommunale oder industrielle Schlämme. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausscheidung von Flüssigkeiten aus heterogenen Flüssigkeits-Massegefügen, z.B. Entwässerungs- bzw. Eindickverfahren für kommunale oder industrielle Schlämme, durch die mindestens ein transportabler oder auch stationärer Behälter aufgefüllt und aus letzteren ein Filtrat abgeleitet wird. Solche Schlämme fallen in der Kanalisation von Gemeinden und Städten sowie bei verschiedenen Industriebetrieben seit Jahren in wachsender Anzahl an. Bevor diese Schlämme in wirtschaftlicher Weise zu Deponien befördert, bzw. überhaupt einer Nachbehandlungsstufe ausgesetzt werden, um den Schlämmen eine deponiefähige Konsistenz zu geben, werden die Schlämme mehr oder weniger entwässert. Hierzu gehören auch Rieselfelder, Schlammabsetzteiche und Schlammtrockenbeete, deren Anlage, Wartung und Räumung allerdings zeitaufwendig und lohnintensiv ist. Bei einem Entwässerungsverfahren nach dem Oberbegriff wird hierzu ein siebartiger Behälter mit schrägen Entwässerungswänden, der auf einem Fahrzeug transportierbar befestigt ist, verwendet. Das Abführen des Filtrats aus dem oben offenen Behälter und der Wirkung der Schwerkraft ist aber noch nicht effektiv genug und ausserdem ist hier zu erwarten, dass die Sieblöcher in nicht langer Zeit mehr oder weniger verstopft werden (GB-PS 153.335). Mit etwa gleicher Wirkung arbeitet ein anderer oben offener Behälter zur Entwässerung von Schlämmen (US-PS 1.537.818). Bei einer anderen Vorrichtung ist der Entwässerungsbehälter mit mehreren Kammern versehen, wobei ein halbautomatischer Antrieb zur Bewegung des Schlammes verwendet wird, so dass gleich an Ort und Stelle eine Aufbereitung des Schlammes durch Zusetzen von Chemikalien erfolgt. Wegen des Mehrkammersystems erfolgt ein Flüssigkeitsfluss von einer zur zweiten Kammer, die aber keine Entwässerungsbehälter darstellen. Dieser ist hier lediglich ein Trog, in welchem sich ein Polyäthylensack be-i findet, wobei der Sackboden perforiert und die Entwässerung wiederum nur durch die Schwerkraft erfolgt ( US-PS 3,317,o4T). Bei einer ähnlichen Entwässerungsvorrichtung ist eine Mehr- zahl von Säcken im Entwässerungsbehälter ineinandergeschachtelt angeordnet. Der Behälter, bzw. die Säcke sind oben offen, die Entwässerungsleistung beschränkt (DE-Gbm 19 75 690). Eine Verbesserung und Erhöhung der Filtrierleistung wird allerdings nach einem anderen Verfahren durch sogenannte atmende Filterwände in Containern erreicht (DE PS 23 20 350), jedoch ist das bekannte Verfahren noch verbesserungswürdig. Die Verbesserung kann allerdings nicht durch einen Vorschlag, Filtersäcke aus Polymermaterial in Gestelle einzuhängen, erreicht werden, da hier zwar die Füllmenge bis 6 m3 vergrössert werden kann, aber nicht die Entwässerungsleistung pro Zeiteinheit (FR-PS 95 310 bzw. 1.53#.99B). Zwar sind zur Entwässerung noch Siebbandpressen und Kammerfilterpressen bekannt, die aber überwiegend für Spezialzwecke eingesetzt werden und nur werden können, da sie bereits Anlagen von sehr hohem Kostenaufwand sind und sich für transportable Behälter vonvornherein verbieten (DE-OS 20 30 234). Den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist also der Nachteil gemeinsam, dass sie für die Entwässerung lediglich die Schwerkraft --- allenfalls noch eine geringfügige Scherkraft (DE-PS 23 20 350) --- einsetzen können. Sie ermöglichen nur eine begrenzte Entwässerungsleistung, aber nicht, die für den Schlammkuchen erforderliche gute Stichfestigkeit zu erreichen, deren Güte für eine Ablagerung auf Deponien unumgänglich ist und bei einem Einlauf-Feststoffgehalt im Dünnschlamm ab ca. 15 % T Sbeträgt., TS bedeutet die absolute Trockensubstanz. Bekannte Verfahren, bzw. Vorrichtungen sind auch noch insoweit verbesserungsbedürftig, als sie nur Schlammengen bis maximal ca. lo m3/h in einen offenen Behälter oder Filtersack im Zulauf einzubringen gestatten. Aus der Praxis er geben sich dann zumeist noch geringere Einlaufmengen, da die Schammwucht die Poren oder Filtersieböffnungen in kurzer Zeit verschliesst und eine Flüssigkeitsableitung weitgehend verhindert, zum anderen nur eine Füllgrösse zulässt, die durch eine Gegenprallwirkung, in Abhängigkeit von der Höhe des Behälters, weitgehend beeinflusst wird. So können in der Praxis lediglich zur Entwässerung dienende Behälter, bzw. Container bis zu ca. 2,0 m Höhe und 4,o m obere Kantenlänge --- die Breite wird um die Bodenabmessungen des Lastkraftwagens eingegrenzt --- eingesetzt werden. In etwa können Dünnschlammengen bis 40 m3 innerhalb 5 bis i, 7 Stunden in einen 12 m3 Entwässerungs-Container eingebracht und bis gerade zur beginnenden Stichfestigkeit nach ca. 12 Stunden entwässert werden. Hierbei ist die Konstanz noch immer gelartig bis dickbreiähnlich. Die Schwerkraft bei 2 m. Füllhöheergibt in Bodenhöhe eine derartige Verdickung, dass die nach 12 bis 20 Stunden noch minimalen Abtropfmengen auf die gesamte Entwässerungsleistung, insbesondere auf die Stichfestigkeit des Schlammkuchens, kaum einen Einfluss zeigt gen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entwässerungs leistung pro Zeiteinheit bei Verwendung einfacher und billiger Entwässerungsbehälter, insbesondere bei transportablen oder verfahrbaren Behältern, wesentlich zu erhöhen. Diese Aufgabe löst die Erfindung so, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, dass nunmehr heterogene Flüssigkeits-Massegefüge, insbesondere Dünnschlämme, schneller als bisher entfeuchtet und ent; wässert werden und, je nach Art des Schlammes, auch im Ein- zelfall eine Vortrocknung erfolgen kann.Sie ist insbesondere für mit Lastkraftwagen transportierbare Behälter anwendbar, wobei die vorrichtungsmässige Anpassung des Behälters billig ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nun erstmals Grossraumcontainer als Entwässerungsbehälter nutzbar gemacht werden können, einschliesslich von durch Schiffe transportable Container, weil durch den wesentlich erhöhten Filtratentzug für die Grosscontainer die erforderliche Wirtschaftlichkeit erreicht wird. Der Grossraumcontainer kann auch in Gleitrahmenbauart und/oder als Sattel schlepperAiflieger odgl. eingesetzt werden, je nach der einzeln zweckmässigen Transportart. Es können auch Rundbehälter mit allseitig geschlossener Bauform eingesetzt werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt, Fig. 1 einen Behälter mit einem schematisch dargestellten Einflussstutzen und einem Stutzen für Filtratabfluss, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie A-A der Figur 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf Fig.1, wobei die obere Wandung entfernt ist, Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung eines Eckbereichs des Behälters, markiert in Fig. 3 mit B und Fig. 5 ein Druck-Zeitdiagramm für einen Ausführungs weg der Druckverteilung im Behälter während des Betriebes. Ein aus Stahlblech bestehender Behälter lo von rechteckiger Form, vgl. Fig. 1, weist an einer Seite, vorzugsweise einer Stirnseite eine Armatur, z.B. einen Gewindestutzen 11 auf, der in eine obere Öffnung des Behälters lo fest eingesetzt, z.B. verschraubt wird. Die Armatur weist einen zum Anschluss für einen nicht dargestellten Schlauch vorhandenen Flansch 12 auf. Zur Behälteröffnung kann die Armatur 11 durch einen oder mehrere Dichtringe aus Polytetrafluoräthylen oder Kautschuk abgedichtet sein. An den Flansch 12 wird ein Anschlusselement, z.B. ebenfalls ein Flansch des, den Schlamm in den Behälter lo mit Hilfe einer Pumpe fördernden Schlauches angeschlossen. Die ( nicht dargestellte) Pumpe ist eine Exzenterschneckenpumpe, Membranpumpe oder eine Druckschlauchpumpe, wobei letztere mit intermittierend an einer Schlauchwandung mit Quetschwirkung angreifende Bauelemente, z.B. umlaufende Rollen, versehen ist. Der Behälter lo hat im Bereich des Bodens 13 eine oder mehrere Armaturen 14,15 zum Ablassen des Filtrats. Die Ablassarmaturen sind in ihrer einfachsten Bauweise als Kegel- oder Schieberventile ausgebildet. Zwischen Behälterwandung und Armaturhals kann mindestens eine nachgiebige O-Ringdichtung aus Kautschuk odgl. eingesetzt sein. Der als Druckbehälter ausgebildete Behälter lo kann einen Deckel aufweisen. Zwischen der oberen Stirnkante der Seitenwände 17,18 und der Innenfläche des Deckels kann eine umlaufende Profil dichtung aus Kautschuk oder --- bei aggressiveren Schlämmen --- aus PolytetrafluoräthYlen dichtend im Randbereich eingesetzt sein. Der Behälter ist vorzugsweise am Boden 13 mit Schienen 20 versehen, die Stahlprofilteile sein können. Diese dienen als Gleitbauteile, um den Behälter lo auf einen tragenden Boden 21 eines Lastkraftwagens, eines Sattelschleppers oder auch eines Transportkahnes- bzw. schiffes gleitend aufzuschieben. Statt der Schienen 20 können äquivalente, die Reibung verringernde Bauteile, wie Rollen oder Walzen, je nach Einzelfall, benutzt werden. Das als solches bekannte Transportfahrzeug ist nicht dargestellt. Sofern Behälter 1o mit einer abnehmbaren Wand, insbesonderb dem Deckel 16, gebaut wird, sind im Bereich der Kanten oder Ecken, vgl. Fig. 2, zwischen Deckel 16 und den Stirnwänden und/oder den Seitenwänden 17,18 mechanische, manuell betätigbare Verschlüsse 22 vorhanden, z.B. Spannver schlüsse, Hakenverschlüsse, Scharnierverschlüsse. Hier greift z.B. eine an einem Kniehebel vorhandene Use, befestigt an der Seitenwand 17 bzw. 18 in ein am Deckel 16 starr befestigtes Maul oder ein Haken ein. Die Dicke und/ oder Anordnung der Behälterwände ist nach einer Ausführungsform der Erfindung so ausgelegt, dass sie bei dem zu erwartenden Höchstdruck im Behälter, der bei 4,5 Atü liegen kann, zuzüglich eines aus der Wöhlerkurve bekannten Sicherheitskoeffizienten für die Dauerbelastung eines Metalles, vollständig ausserhalb einer Rissgefahr liegen. Ferner können verstärkende Segmente, wie Rippen oder Stege über Deckel 16, bzw. Boden 13 als auch über die Seitenwände geführt und festgemacht sein, z.B. Rippen 22 in Fig. 3. Solche Stützelemente können die gesamte Wandhöhe ausnutzen. Vorzugsweise bilden solche Stützelemente an den Längsseiten der Wände im Inneren des Behälters zugleich Abstandshalter, die eine Tragkonstruktion aus einem ausreichend stark dimensionierten Lochblech und/oder einer starren, kräftigen Drahtgitterunterlage darstellen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Hier ist das eigentliche Filte- element 23 ( Gewebewand oder ein Polymergitter) dargestellt Das Filterelement 23 kann am oberen Ende ( bei 16) über mit stehend ausgebildet und an der Wand anliegend und einer Al,- dichtung gegen evtl. aufspritzende Schlämme und/oder sonstige zu entwässernde feststoffhaltige Flüssigkeiten ausgebildet sein. Dieses Element 23 kann auch an einer Versteifungswinkelkonstruktion 24 anliegend angeordnet sein. Erfindungsgemäss ist vorteilhaft, das Filterelement 23 in gesamter Länge und bis auf die obere Umbiegekante desselben auch in der Höhe von einer groben Schutznetzkonstruktion zu bedecken. In Fig. 4 ist das Schutznetz 24 schematisch dargestellt. Unter dem Filterelement 23 befindet sich eine Tragkonstruktion für ihn in Form eines Lochbleches oder Grobgitters 25. Zwischen Boden 13 und dem Grobgitter 25 angeordnete Halteelemente 26 dienen als Abstandshalter für das Filterlement 23. Diese Halteteile 26 sind gem. Erfindung gleichzeitig als Stütz- und Versteifungselemente für die Behälterwände vorgesehen. Die Anordnung des Filterelementes 23, des Schutznetzes 24, des Grobnetzes 25 erstreckt sich ( wie nur angedeutet) weiter entlang der Innenfläche der Seitenwände 17,18 und der anderen Wände. Das Filterelement kann ausser einem Filtergewebe auch ein Feinsieb sein. Das Ablassen des Filtrats über den Ablaufstutzen 14 oder 15 erfolgt über durch ein Druckmanometer 27 gesteuertes Ablaufventil 28. Das Manometer 27 kann auf einen Überdruck von o,3 bis 1,2 Bar, oder höher,je nach Auslegung des Behälters als Druckbehälter,eingestellt sein. Auch kann Manometer 27 über eine nicht dargestellte Steuer- oder Regelleitung mit der an der Armatur 11 angeschlossenen, den Schlamm in den Behälter 10 fördernden Pumpe in Verbindung stehen. -In dem Druck- Zeitdiagramm gem. Fig. 5 ist ein er findungsgemässer Ausführungsweg für die Beschickung des Behälters lo mit dem zu filtrierenden Schlamm dargestellt. Diese zeigt die intermittierende Ausführungsvariante. Nach einem allmählichen, hier liniaren Druckanstieg im Kurvenzweig a erfolgt zum Zeitpunkt tl das Öffnen des Ventils 28 das Filtrat wird abgelassen und hieraus ergibt sich ein Druckabfall gem. Zweig b. Dieser Ablauf wiederholt sich sinngemäss für die weitere Betriebszeit.Der in Fig. 1 angedeutete Schlammkuchen 29, der später durch eine verschliess bare Klappe 30 odgl. abführbar ist, gibt somit in jedem Arbeitszyklus a-tl-b Filtrat ab, bzw. der sich entwässernde Kuchen vergrössert sich nacheinander in vertikaler Richtung. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet, die Effizienz der Entwässerung zu steigern, in Abhängigkeit von der Art des Sch#lammes, der Bauweise des Behälters, der erwünschten Stichfestigkeit oder einer anderen Betriebseigenschaft des Kuchens und/oder Filtrats. Dies kann durch quadratisch ansteigende ( nicht dargestellt) Druckkurvenwerte erreicht werden. In dem Zweig bis zum Punkt tl erfolgt zunächst der Druckanstieg geringer, danach aber wesentlich steiler, etwa nach der Formel b=f (t2). Es ist erkannt worden, dass durch nicht linearen Druckanstieg im Behälter, Kurve c die Einwirkungsmöglichkeiten auf Kuchen und/oder Filtratdurchsatz vergrössert werden können. Dies kann auch durch einen impulsartigen Druckverlauf, Kurve d, bzw. durch stossweise Erhöhung der Schlammzufuhr in den Behälter 16 erfolgen, Kurve d. Im Einzelfall vergrössert sich die vorteilhafte Einwirkung auf Kuchen und Filtrat indem dieser Druckaufbau in unterschiedlich langen Zeit- bzw. Druckperioden durchgeführt wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ausscheidung von Flüssigkeiten aus hetero; genen Flüssigkeits-Massegefügen, z.B. Entwässerungs- bzw. Eindickverfahren für kommunale oder industrielle Schlämme, durch die mindestens ein transportabler oder stationärer Behälter aufgefüllt und aus letzterem ein Filtrat abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlamm ausser der Schwerkraft einer vorbestimmten, zusätzlichen Druckeinwirkung in einem geschlossenen, hydraulich unmittelbar und durchgehend zusammenhängenden Druckraum des Behälters ausgesetzt wird. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dam auf den Schlamm ein zeitlich von kleineren zu grösseren Werten ansteigender Druck ausgeübt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Teilbereichen eines Druckzeitdiagrammes mit linear und/oder quadratisch ansteigenden Druckkurvenwerten gearbeitet wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau- und verteilung im Schlamm periodisch, intermittierend und/oder impulsartig ausgeführt wird. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck aufbau, bzw. die Druckverteilung mit unterschiedlich langen bzw. grossen Zeit- und/oder Druckperioden durchgeführt wird. 6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (10) als im wesentlichen allseitig geschlossener Druckbehälter ausgebildet ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Behälters (10) an seiner Innen- und/oder Aussenfläche eine die Wand in Bezug auf den maximalen Innendruck im Schlamm versteifende Stützkonstruktion mit streben rippen - oder stegartigen Stützelementen(22,26) aufweisen. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feinsieb ( 23) durch ein inneres und/oder ein äusseres, als Schutz- bzw. Tragelement dienendes, netz oder lochblechartiges Bauteil ( 25) bedeckt oder umfasst ist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-S, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bauteil (25) als Tragelement für den Feinsieb - bzw. im Feinsieb (23) selbst und der Behälterwand angeordneten, als Abstandshalter dienenden Halteelemente vorhanden sind. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch ge kennzeichnet, dass er mindestens ein Druckmanometer ( 27 ) für die Messung des Behälterinnendrucks, mindestens ein Sicherheitsventil (28) für die Öffnung mindestens eines Abflussstutzens, z.B. des Filtratstutzens bei überschreitung eines vorbestimmten Behälterinnendruckes von z.B. 0,3 - 1,2 Atü und mindestens ein Rückschlagventil, bzw. eine Rückschlagklappe für die Schlammzuführleitung auf weist,wobei mindestens zwei dieser Bauteile zu einem vom Behälterinnendruck und/oder der Betriebszeit abhängigen Steuer- oder Regelkreis verbunden sind. Patentansprüche 1. Verfahren zur Ausscheidung von Flüssigkeiten aus heterogenen Flüssigkeits-Massegefügen als Entwässerungsbzw. Eindickverfahren für kommunale oder industrielle Schlämme, bei dem in einen Behälter Schlamm odgl. bei einem niedrigen und danach einem relativ höheren Druck zugepumpt wird und aus dem Behälter-Druckraum bzw. einem Schlammkuchen innerhalb des Behälters ein Filtrat abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung des Verfahrens auf einen transpor tablen nahe seiner Wandinnenfläche mit einem durch eine Stützkonstruktion gehaltenen Filtergewebe oder einem Feinsieb versehenen Behälter in Teilbereichen eines Druck-Zeitdiagrammes für den geschlossenen, einen hydraulisch unmittelbar und durchgehend zusammenhängenden Druckraum aufweisen den Behälter mit linear und/oder quadratisch anstei genden Druckwerten gearbeitet und der Druck aufbau und die Druckverteilung im Schlamm intermittie rend und/oder impulsartig ausgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau bzw. die Druckverteilung mit unterschiedlich langen Zeit- und/oder Druckperioden durchgeführt wird. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Behälters (10) an seiner Innen- und/oder Aussenfläche eine die Wand in Bezug auf den maximalen Innendruck im Schlamm versteifende Stützkonstruktion mit streben-, rippen- oder stegartigen Stüzelementen (22,26) au weisen. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinsieb (23) durch ein inneres und/oder ein äusseres, als Schutz- bzw. Tragelement dienendes, netzoder lochblechartiges Bauteil (25) bedeckt oder umfasst ist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen dem Bauteil (25) als Tragelement für das Feinsieb- bzw. dem Feinsieb (23) selbst und der Behälterwand angeordnete, als Abstandshalter dienende Halteelemente vorhanden sind. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale a) mindestens einem Druckmanometer (27) für die Messung des Behälterinnendrucks b) mindestens einem Sicherheitsventil (28) für die Öffnung mindestens eines Abflussstutzens, z.B. des Filtratstutzens,bei Überschreitung eines vorbestimmten Behälterinnendruckes von z.B. 0,3 - 1,2 Atü und c) mindestens einem Rückschlagventil, bzw. eine. Rück- schlagklappe für die Schlammzuführleitung d) wobei mindestens zwei dieser Bauteile zu einem vom Behälterinnendruck und/oder der Betriebszeit abhängigen Steuer- oder Regelkreis verbunden sind.

Inventors: LARSEN, HANS, MOOS, SIMON
Applicants: SIMON MOOS MASKINFABRIK APS
Application year: 1981
Main classification: C02F11
IPC codes: B01D29, C02F11