Filtrierverfahren und Einrichtlmg zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Filtrierverfahren, insbesondere zum Filtrieren von schwer filtrierbaren Abwasserschlämmen, bei dem dem zu filternden Gut ein Filterhilfsmittel, wie z. B. Kieselgur, Schlammasche o. dgl., zugesetzt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, dass die Filterleistung bei Filterpressen im Laufe der Filtrationszeit sehr stark abfällt, wobei der Abfall einen etwa parabelförmigen Verlauf nimmt. Insbesondere beim Filtrieren von kommunalen Schlämmen, die häufig besonders fein sind, fällt die pro Zeiteinheit anfallende Filtratmenge von einem anfänglichen Höchstwert innerhalb von sehr kurzer Zeit sehr stark ab, so dass zum Erzielen eines halbwegs erträglichen Filtrations ! ergebnisses eine ausserordentlich lange Filtrationszeit notwendig ist, denn die in der Zeiteinheit anfallende Filtratmenge nähert sich assymptotisch dem Wert Null.
Um die Filterleistung nun zu vergrössern, wurde bereits vorgeschlagen, das zu filtrierende Gut mit einem Filterhilfsmittel, wie z. B. mit Kieselgur oder Schlammasche, zu vermischen und in dieser Mischung auf den Filter aufzubringen. Durch dieses Verfahren wird eine erhebliche Steigerung der anfallenden Filtratmenge bei gleicher Filtrationszeit erreicht, wobei jedoch der parabelförmige Abfall der pro Zeiteinheit anfallenden Filtratmenge praktisch unverändert erhalten bleibt. Auch in diesem Fall nähert sich die Filtratmenge, die je Zeiteinheit anfällt, assymptotisch dem Wert Null.
Beim Zusetzen des Filterhilfsmittels wird derzeit ausschliesslich so vorgegangen, dass dem zu filternden Gut das Filterhilfsmittel in einem bestimmten konstanten Verhältnis zugesetzt, mit dem zu filternden Gut innig vermischt und auf das Filter aufgegeben wird.
Bei schwer zu filterndem Gut muss der Anteil an Filterhilfsmittel relativ gross sein, wenn die Filterleistung ein wirtschaftlich vertretbares Mass erreichen soll.
Lediglich bei leicht filtrierbarem Gut kommt man mit einer relativ erträglichen Zugabemenge an Filterhilfsmittel aus.
Die Zugabe von Filterhilfsmittel zum Filtergut hat nun einen wesentlichen Nachteil. Das Filterhilfsmittel entnimmt aus dem zu filternden Gut Flüssigkeit und bindet diese an sich. Mit zunehmendem Mischungsverhältnis steigt somit zwangsläufig die Restflüssigkeitsmenge im Filterkuchen, da es ja nicht möglich ist, ein zu filterndes Gut vollständig abzufiltrieren. Insbesondere bei der Verwendung von Filterpressen verbleibt eine relativ grosse Flüssigkeitsmenge in dem abgefilterten Gut, die sich naturgemäss um den in dem Filterhilfsmittel enthaltenen Teil erhöht. Bei mineralischen Filterhilfsmitteln ist dieser Nachteil besonders gross.
Ein weiterer Nachteil ist der, dass zwar die Filtrationsleistung erhöht wird, jedoch gleichzeitig die Filterbelastung zunimmt, denn auch das Filterhilfsmittel muss das Filter passieren.
Beim Filtrieren von Abwasserschlämmen wird dem zu filternden Schlamm normalerweise Schlammasche als Filterhilfsmittel zugesetzt, die nach dem Verbrennen des gefilterten Schlammes entsteht. Da die Schlammasche selbst jedoch nicht mehr brennbar ist, andererseits auch von dem gefilterten Schlamm nicht mehr getrennt werden kann, muss die Asche des verbrannten Schlammes zusammen mit dem frisch gefilterten Schlamm erneut den Schlammverbrennungsofen passieren, was zu einer erheblichen Mehrbelastung der Schlammverbrennungsanlage führt. Auch steht bei derartigen Anlagen nur eine relativ begrenzte Schlammaschenmenge zur Verfügung, da man ja bestrebt ist, einen möglichst geschlossenen Kreislauf bei der Filtration und Verbrennung des Schlammes zu erreichen.
Aus all dem folgt zwangsläufig, dass die Menge des zugesetzten Filterhilfsmittels so gering wie möglich gehalten werden sollte. Um jedoch andererseits eine möglichst grosse Filtrationsmenge pro Zeiteinheit zu erzielen, ist es wiederum notwendig, möglichst viel Filterhilfsmittel zuzusetzen; denn nur so lässt sich die Filtrationszeit und damit die Anzahl der benötigten Filter oder die benötigte Gesamtfilterfläche in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen niedrig halten. Beide Forderungen stehen somit im Gegensatz zueinander.
Bei den bekannten Filterverfahren, die mit dem Zusatz von Filterhilfsmitteln arbeiten, ist das Verhältnis von Filterhilfsmittel und dem zu filternden Gut konstant, d. h., dass in jeder Höhenlage über dem Filter im Filterkuchen dasselbe Verhältnis von Filterhilfsmittel zu Filtergut besteht. Gemäss der Erfindung hat sich nun herausgestellt, dass die pro Zeiteinheit anfallende Filtratmenge oder die Filterleistung dann erheblich gesteigert werden kann, wenn das Filterhilfsmittel dem zu filternden Gut während der Dauer einer Filtrationscharge in abnehmendem Verhältnis zugesetzt wird.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass in dem Filtergut, das dem Filter am nächsten liegt, ein hoher Prozentsatz an Filterhilfsmittel zugesetzt sein kann, der in senkrechter Richtung über dem Filter stufenweise oder kontinuierlich abnehmen kann. Bei gleicher Filterleistung kann somit der Gesamtzusatz an Filterhilfsmittel erheblich verringert werden oder aber die Gesamtfilterleistung innerhalb der vorgesehenen Filterzeit steigt erheblich an, wenn dieselbe Gesamtmenge an Filterhilfsmittel zugesetzt wird.
Zwar lässt sich durch die beschriebenen Massnahmen im allgemeinen die maximale Filtratmenge pro Zeiteinheit, die unmittelbar nach dem vollständigen Füllen des Filters erreicht werden kann, nicht oder nicht wesentlich steigern, jedoch fällt die pro Zeiteinheit anfallende Filtrationsmenge im Laufe der Zeit erheblich langsamer ab, wobei vor allem erreicht werden kann, dass der parabelförmige Abfall zu einem linearen Abfall wird. Aufgrund der benötigten Zeitdauer für die Filtration lohnt sich eine Fortsetzung der Filtration in dem Moment nicht mehr, in dem die pro Zeiteinheit anfallende Filtratmenge zu gering wird.
Dieser Zeitpunkt lässt sich bei einem parabelförmigen Verlauf der Kurve des pro Zeiteinheit anfallenden Filtervolumens über der Filtrationsdauer nur sehr schlecht feststellen, da sich die Kurve assymptotisch dem Wert Null nähert. Bei einem linearen Verlauf dagegen kann dieser Punkt relativ exakt ermittelt werden.
Die überraschende Verbesserung der Filterleistung dürfte sich dadurch erklären, dass der Anteil an Filterhilfsmittel in den verschiedenen Zonen des Filterkuchens mit der Höhe des Kuchens ohne Beeinträchtigung der Filterwirkung abnehmen kann, wenn zugleich der Filterhilfsmittelanteil in den unteren Zonen vergrössert worden ist; denn für jede der oberen Filterkuchenschichten stellen ja die darunter befindlichen Schichten ein Filter dar, dessen Verstopfung durch den Zusatz von Filterhilfsmittel verzögert wird.
Gemäss einem vorteilhaften Merkmal des Verfahrens kann das Verhältnis von Filterhilfsmittel zu dem zu filternden Gut am Ende der Filtrationscharge bis auf Null abnehmen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Filterverfahrens. Gemäss der Erfindung besteht die Filtereinrichtung aus einer Förder- und Dosiereinrichtung für das Filterhilfsmittel und einer Schlammförderpumpe, die Schlamm und Asche in ein Durchlaufmischgerät fördern, wobei weiterhin eine Kolbenmembranpumpe zur Förderung des Gemisches auf das Filter vorgesehen ist. Hierbei kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Förder- und Dosiereinrichtung für das Filterhilfsmittel eine Steuerscheibe aufweist, deren Umdre hungszeit im wesentlichen der Zeitdauer einer Filtrationscharge entspricht. Die Steuerscheibe kann vorteilhafterweise austauschbar sein, damit das Verhältnis von Filterhilfsmitteln zu Filtergut den sich gegebenenfalls ändernden Verhältnissen angepasst werden kann.
Diese Massnahme kann besonders wichtig sein bei der Verarbeitung von kommunalen Frischschlämmen, deren Zusammensetzung Schwankungen unterworfen ist, die unter Umständen eine Anpassung der prozentualen Beimischung erforderlich machen.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein beispielsweises Diagramm, in dem das Filtratvolumen, das pro Zeiteinheit anfällt, über der Filtrationsdauer aufgetragen ist und das den Unterschied zwischen den bekannten Verfahren und dem erfindungsgemässen Verfahren veranschaulicht.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Filtrieranlage gemäss der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm enthält drei Kurven, aus denen der Unterschied zwischen den bekannten Verfahren und dem erfindungsgemässen Verfahren deutlich wird. Hierbei ist auf der Abszisse die Filtrationsdauer und auf der Ordinate das pro Zeiteinheit anfallende Filtratvolumen aufgetragen. Das Diagramm enthält drei Kurven. Die Kurve I stellt den Verlauf dar, der sich einstellt, wenn das zu filternde Medium ohne Filterhilfsmittel gefiltert wird. Die Kurve II ergibt sich, wenn eine bestimmte Gesamtmenge an Filterhilfsmittel zugesetzt wird und die prozentuale Verteilung zwischen Filterhilfsmittel und zu filterndem Medium in der gesamten Charge konstant ist.
Die Kurve III stellt den Verlauf bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens dar, wenn eine bestimmte Gesamtmenge an Filterhilfsmittel dem zu filternden Gut zugesetzt wird, die gleich ist der Gesamtmenge, die im Falle der Kurve II zugesetzt wurde. Lediglich die Verteilung der Filterhilfsmittel im zu filternden Gut wurde in der erfindungsgemässen Weise abgeändert.
Alle drei Kurven wurden in der Weise abgebrochen dargestellt, dass die zwischen jeder Kurve und der Abszisse eingeschlossene Fläche gleich gross ist. Die Restflüssigkeitsmenge im Filterkuchen ist also in jedem Falle dieselbe, d. h. dass der gleiche Entwässerungsgrad erzielt wurde, mit dem erfindungsgemässen Verfahren jedoch in wesentlich kürzerer Zeit. Die einzelnen Flächen sind mit F1, F2 und F5 gekennzeichnet.
Aus dem Kurvenverlauf lässt sich unschwer das erzielte Ergebnis entnehmen. Alle drei Kurven beginnen im Koordinatennullpunkt und verlaufen bis zum Abschluss der Füllung des Filters auf derselben Linie.
Von da an fällt die gestrichelte Kurve I für das Filtergut ohne Filterhilfsmittel etwa parabelförmig ausserordentlich stark ab, während der ausgezogene Verlauf für das Filtergut mit Filterhilfsmittel zwar auch parabelförmig, jedoch nicht so stark abfällt. Die strichpunktierte Kurve III für das Filtergut mit in der erfindungsgemässen Weise verteiltem Filterhilfsmittel fällt dagegen praktisch linear ab, und zwar wesentlich schwächer als beide Kurven I und II in ihrem Anfangsbereich, der für die Filterleistung entscheidend ist.
Die Anlagen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, kann bei spieisweise zur Verarbeitung von kommunalen Frischschlamm dienen, der gefiltert und nach dem Filtern verbrannt wird.
Der verbrannte Schlamm dient als Filterhilfsmittel, das in Form von Asche über eine Aschendosiereinrichtung 1 in dem bestimmten gewünschten Verhältnis dem von der Schlammförderpumpe 2 gefördertem Schlamm zugesetzt und zusammen mit diesem einem Durchlaufmischgerät 3 zugeführt wird. Durch die Dosiereinrichtung 1 wird die Asche in der Weise zugegeben, dass sich das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von der Filtrationsdauer, beispielsweise durch eine Steuerung mit einer Kurvenscheibe ändert, und zwar kontinuierlich abnimmt. Eine Umdrehung der Kurvenscheibe entspricht der Zeitdauer einer Filtrationscharge. Durch entsprechende Formgebung der Kurvenscheiben können in Abhängigkeit von der Zeit bestimmte Mischungsverhältnisse gesteuert werden.
Durch Austausch der Steuerscheibe können unterschiedliche Betriebsbedingungen berücksichtigt werden, d. h. der Funktionsverlauf, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, kann in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen wahlweise verändert werden.
Aus dem Durchlaufmischgerät 3 gelangt das Schlamm-Aschengemisch über eine Kolbenmembranpumpe 4 auf den Filter 5, aus dem das Filtrat 6 ausströmt und abgeleitet wird.