DK148675B - Fremgangsmaade og apparat til udskillelse af suspenderede faste partikler - Google Patents

Description

148675

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og et apparat til udskillelse af suspenderede faste partikler fra en væskestrøm, hvor væskestrømmen opdeles i delvæskestrømme i strømningskanaler, som er forsynede med øvre og nedre, i forhold til hinanden bevægelige sigte-duge, af hvilke de nedre sigteduge, bevæger sig i væskens hovedstrømningsretning. Apparatet er anvendeligt til nævnte formål, hvor væsken, som sædvanligvis er vand, kontinuerligt tilføres apparatet, og det suspenderede materiale enten indeholdes i en tilført væskestrøm eller helt eller delvis f.eks. ved tilsætning af kemikalier frembringes i selve apparatet. Fra apparatet fås lige så kontinuerligt to strømme, der i det følgende kaldes klarvandsstrømmen og slamstrømmen. Klarvandsstrømmen indeholder hovedparten af tilført væske 148675 2 og kun en ringe del af det suspenderede materiale. Hovedparten af det suspenderede materiale findes i slamstrømmen, som har et forholdsvis stort tørstofindhold.

En sådan udskillelse kan opnås ved sedimentering, dersom det suspenderede materiales rumvægt er større end væskens. I modsat fald sker udskillelsen ved flotation. Dersom det suspenderede materiale og væsken har forskellig rumvægt, kan udskillelsen også opnås ved hjælp af centrifugalkraft. Filtrering er en anden sædvanlig måde at udskille suspenderet materiale fra væskestrømme. Disse udskillelsesmekanismer udnyttes i kendte apparater, såsom sedimenteringsbeholdere, flotationsapparater, centrifuger, cykloner og filtre.

Trods det store antal apparater, der findes til separering af suspenderet materiale fra væskestrømme, har det vist sig, at intet hidtil kendt apparat er fri for ikke uvæsentlige ulemper i specielle tilfælde. Sådanne tilfælde forekommer f.eks. ved rensning af store spildevandsstrømme, hvor det suspenderede materiales partikelstørrelse er lille, og dets rumvægt tilnærmelsesvis svarer til vandets. Som et andet eksempel kan nævnes genvinding af fibre fra bagvandet ved papirmaskiner. I sådanne tilfælde kræver en effektiv udskillelse ved sedimentering af det suspenderede materiale fra væskestrømmen lange opholdstider for væsken i sedimenteringsapparaterne, der da får uøkonomisk store dimensioner. Ved at gøre sedimenteringsstrækningen kortere ved hjælp af forskellige typer af faste installationer, kan opholdstiden til en vis grad forkortes. Slamstrømmen udtages imidlertid fra sedimenteringsapparaterne ved pumpning sammen med væske, hvilket bevirker, at slammets tørstofindhold er lavt, og at det i regelen skal gennemgå en sekundær afvanding i et andet apparat, f.eks. en centrifuge eller en filterbåndpresse for at kunne håndteres som et fast materiale.

Ved filtrering kan suspenderede partikler udskilles fra en væske, uafhængigt af om partiklerne og væsken har forskellig rumvægt eller ikke. I filtre udtages slamstrømmen sædvanligvis oven over den frie væskeflade i apparatet. Slammet har derfor et forholdsvis højt tørstofindhold. I et filter udgør den dannede filterkage det filtrerende element. Dette begrænser mulighederne for at anvende filtre til udskillelse af suspenderet materiale fra store væskestrømme, idet den dannede filterkage, som er mikroporøs og desuden sammentrykkelig, udgør en stor strømningsmodstand for væsken. Da hele væskestrømmen skal passere filterkagen, kræves set ud fra et økonomisk synspunkt urealistisk store filterflader, dersom væskestrømmen er stor.

3 148875

Fra beskrivelsen til svensk patent nr. 333.721 kendes et apparat til udskillelse af suspenderet materiale fra en væske. Dette apparat har strømningskanaler for suspensionen med i kanalens længderetning bevægeligt anbragte kanalvægge for at opnå en hastighedsgradient i suspensionen, hvorved det suspenderede materiale søger at vandre mod områder i suspensionen, hvor hastighedsgradienten er mindre, således at der fås en klaret væskeandel og en væskeandel indeholdende en større koncentration af faste partikler.

Ved fremgangsmåden, der gennemføres ved hjælp af dette kendte apparat, anvendes således den i og for sig kendte effekt, at materiale, der befinder sig i en væske med hastighedsgradienter, vandrer mod områder i væsken, hvor hastighedsgradienten er mindre eller er tilstrækkelig lille. Ved at optimere hastighedsgradienten i væsken i størrelse og retning ved hjælp af de som bevægelige bånd udformede kanalvægge fås en koncentration af partikler ved faldende gradient. Væskeandelen indeholdende denne større koncentration af faste partikler kan derefter separat strømme ud af apparatet. De bevægelige bånds eneste opgave er således at tilvejebringe et passende strømningsfelt i væsken. De tjener hverken som filter- eller transportelementer. Der tilstræbes ikke en separering ved hjælp af t filtrering og sedimentation. Ulempen ved dette kendte apparat, ved hvilket udskillelsen af de faste partikler således udelukkende er baseret på tilvejebringelsen af hastighedsgradienter i behandlingsvæsken, er at opnåelsen af hastighedsgradienter i væskestrømmen forudsætter, at denne er laminær, og dette betyder, at strømningshastigheden nødvendigvis bliver så lav, at der ikke kan opnås en i praksis anvendelig udskillelseskapacitet, og af det nævnte svenske fremlæggelsesskrift fremgår da også, at der udtages en mere tyktflydende væske af apparatet, og det udskilte produkt indeholder altså stadig store mængder væske.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en fremgangsmåde og et apparat til udskillelse af suspenderet materiale fra en væskestrøm, og herved at eliminere de hidtidige ulemper og at opnå en større udskillelseskapacitet.

Denne opgave løses ved at regulere væskens strømningshastighed i strømningskanalerne på en sådan måde, at strømningen er turbulent, men samtidig så lav, at der sker en sedimentering af det suspenderede materiale til dannelse af et klarlag med et væsentligt reduceret indhold af suspenderet materiale i den øvre del af væskestrømmen, at over halvdelen af den til strømningskanalen 148675 4 tilførte væske affiltreres gennem den øvre siflade, at mindre end halvdelen af den til strømningskanalen tilførte væske suges gennem det på den nederste siflade dannede sediment, og at sedimentet til-sidst aftages fra den nederste siflade.

Ifølge en særlig fordelagtig udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen transporteres det dannede sediment op over væskens frie overflade, inden det fjernes fra den nederste siflade.

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse tilstræbes i modsætning til den fremgangsmåde, der gennemføres ved hjælp af det foran beskrevne kendte apparat, en reguleret turbulent strømning. Turbulensen er nødvendig for at opnå en høj separationskapacitet, men samtidig må turbulensen ikke blive så stor, at sedimenteringen forstyrres. Ved transporten af det dannede sediment op over væskens frie overflade,'inden det fjernes fra den nederste siflade, opnås yderligere afløb af væske fra sedimentet. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås således i modsætning til den kendte fremgangsmåde et sediment af faste partikler, der kun indeholder små mængder væske.

Et apparat til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen består af et åbent bassin med sidevægge og et indløb for suspensionen og er ejendommeligt ved flere efter hinanden i bassinet i det mindste delvis hen over hinanden hældende anbragte kassetter, der sammen med bassinets sidevægge danner flere strømningskanaler for suspensionen, og som strækker sig fra et sted oven over bassinets bund til et punkt oven over suspensionens overflade, og som omfatter en ramme, hvis øvre og nedre flade for mere end to tre-diedeles vedkommende udgøres af sigteduge, samt organer til forskydning af den nævnte sigtedug opad langs kassettens øvre og nedad langs kassettens nedre flade hen over i det mindste to sugekasser med separate udløb, hvilke sugekasser åbner sig mod kassettens øvre og nedre flade til fjernelse af væske fra suspensionen gennem sigtedu-gen, og anordninger til fjernelse af sedimentet af faste partikler fra sigtedugen oven over suspensionens overflade. Ved hjælp af dette apparat udnyttes de i og for sig kendte fysiske udskillelsesforløb på en ny måde, således at sedimenteringens og filtreringens fordele kombineres.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere under henvisning til en på tegningen anskueliggjort udførelsesform.

5 148675 På tegningen viser:

Pig. 1 et lodret længdesnit gennem apparatet, fig. 2 apparatet og dets ydre rørledninger, set fra den ene ende, fig. 3 et tværsnit gennem en for apparatet typisk strømningskanal , og fig. 4 den principielle konstruktion af de særlige apparatelementer, som danner begrænsningvægge for strømningskanalerne og er væsentlige dele i apparatet ifølge opfindelsen.

Det på tegningen viste skal imidlertid kun opfattes som eksempler på en teknisk udformning af apparatet, idet der også kan tænkes andre udformninger, ved hvilket apparatets funktion kan realiseres.

I tegningens figurer betegner 1 et basin, hvortil væsken, fra hvilken faste suspenderede partikler skal udskilles, føres gennem et indløb 2. Dette indløb udmunder på et vilkårligt sted i basin-delen 3* som kan være forsynet med strømningsstyrende plader 4, og til hvilken del der kan tilføres kemikalier for at tilvejebringe en udfældning eller flokkulation til større aggLomerater af de udskilte partikler i væsken. I basinet 1 findes to eller flere apparatelementer 5, der i det følgende kaldes kassetter, og som er således anbragte, at den ene ende af hver kassette er under væskefladen 6, medens den anden ende er beliggende oven over væskeoverfladen 6 i basinet. I fig. 1 vises tre forskellige kassetter, men der kan i samme basin være anbragt flere gange ti kassetter.

Mellem kassetternes nederste ende og basinbunden findes en fri strømningskanal 7 over hele bredden af basinet 1. Gennem denne strømningskanal kan væske strømme fra basindelen 3 til de over hele basinbredden dannede strømningskanaler 8, som findes mellem hver to efter hinanden følgende kassetter. Kassetterne hviler på bærelister 9, som er fastgjorte til basinets længdevægge. Disse lister hindrer desuden væske i at strømme mellem de langsgående vægge og kassetterne fra en strømningskanal 8 til en anden. Hvorledes strømningskanalerne ser ud, ses i fig. 3, der viser et tværsnit af en typisk strømningskanal.

Kassetterne 5 kan, men behøver ikke nødvendigvis, være således anbragte i basinet 1, at hver kassette kan løftes op af basinet, uafhængigt af om de andre kassetter er på plads eller ikke. Kassetterne kan ligeledes udformes som identiske enheder, der kan skiftes ud med 148675 6 hinanden.

Den principielle opbygning af kassetterne 5 forklares ved hjælp af fig. 1 og 4. Hver kassette består af en f.eks. af rør og plademateriale opbygget ramme 10, som bærer to ved hver sin ende af kassetten anbragte valser 11 og 12. Valsen 11, som er anbragt ved den ende af kassetten, som ligger oven over væskeoverfladen 6 i basinet 1, drejes af en drivmaskine 13, som kan være en separat til hver sin kassette hørende og på denne monteret elektrisk motor eller et fælles drev for flere kassetters valser. Valsen 12,som befinder sig under væskeoverfladen i basinet, er en styrevalse, som ikke drives. Om disse valser løber en endeløs sigtedug 14, f.eks. af formstof eller metal. Denne sigtedug drives rundt af valsen 11 ved hjælp af dennes drev 13, således at den øverste del bevæger sig skråt opad og den nederste del bevæger sig skråt nedad langs kassetten, når denne er anbragt i basinet 1. Sigtedugen er så bred, at den strækker sig over hele kassetten, ud til kassettens bærelister 9, uden dog at røre disse. En speciel tætning af sigtedugens kant mod kassetten er ikke påkrævet.

I kassettens ramme under sigtedugen er indbygget i det mindste to sugekasser 15 og 16. Væske kan over et stort antal åbninger strømme gennem sigtedugen fra den strømningskanal 8, som er beliggende in-der den pågældende kassette, og ind i sugekassen 15. På tilsvarende måde kan der til sugekassen 16 strømme væske gennem sigtedugen og gennem et stort antal af sigtedugen dækkede åbninger fra den strømningskanal 8, som er beliggende oven over den pågældende kassette. Hver sugekasse står i åben forbindelse 22 med hvert sit rør 17, der delvis kan indgå i kassettens rammekonstruktion, og som udmunder uden for basinet l’s vægge. I øvrigt begrænses sugekasserne af lukkede vægge.

I fig. 2 vises hvorledes hvert rør 17 er forbundet med et faldrør 18, som over en vandlås 19 udmunder i en åben kanal 20 i et lavere niveau end den frie væskeoverflade 6 i basinet 1. I rørene kan der være anbragt ventiler 21. Alternativt kan rørene 18 være forbundne med en lukket rørledning, hvorfra væske kan bringes til at strømme ved hjælp af sin egen vægt eller ved pumpning. I stedet for den åbne rende 20 kan en lukket rørledning anbringes i et niveau, uafhængigt af væskeniveauet i basinet 1.

Hver kassette er i den del, der befinder sig oven over den frie væskeoverflade 6, forsynet med en anordning til fjernelse af slam fra sigtedugen, f.eks. en skraber 23 eller en anordning til trykluft- 148675 7 gennemblæsning af sigtedugen indefra og udad. Denne anordning kan i-midlertid også udelades.

Ved hjælp af fig. 1—^1 skal separeringsprocessen herefter forklares nærmere. Gennem rørledningen 2 tilføres basindelen 3 den væske, som indeholder de suspenderede partikler, eller i hvilken de suspenderede partikler kan frembringes ved hjælp af kemikalietilførsel. I det sidstnævnte tilfælde kan kemikalietilførslen foretages i basindelen 3» som kan forsynes med omrøreorganer og strømningsstyrende plader. Pra denne del af basinet strømmer væsken med de suspenderede partikler ned i strømningskanalen 7 og derfra op i strømningskanalerne 8 mellem kassetterne 5 i apparatet. Antallet af sådanne kassetter og dermed også af strømningskanaler 8 i apparatet tilpasses efter den tilførte væskestrøm på en sådan måde, at strømningshastigheden i hver kanal bliver tilstrækkelig lav, således at der kan nå at ske en sedimentering af de. faste partikler på den underliggende sigtedug 14. Som følge af sedimenteringen dannes nærmest den øverst liggende kassettes nederste side et væskelag, som kun indeholder en lille del af det suspenderede materiale. Væske fra dette lag filtreres gennem den ovenover beliggende kassettes sigtedug og ind i kassettens sugekasse 15, hvorunder trykforskellen over sigtedugen tilvejebringes ved, at sugekassens væskeaf-løb gennem faldrørene 18 udmunder i et lavere niveau end den frie væskeoverflade i basinet 1. Ved hjælp af ventilerne 21 kan strømnings-voluminet gennem hver sugekasse og dermed også i hver strømningskanal 8 i apparatet reguleres. Da størsteparten af de faste partikler i den væske, som filtreres ind i sugekasserne 15*ved hjælp af sedimentering, udskilles fra denne del af væsken, dannes der ikke en tyk filterkage med stor strømningsmodstand ved denne filtrering. Størstedelen af tilført væskestrøm kan på denne måde filtreres ud af sedimenteringens klar*-væskelag.

Som følge af at sigtedugen 14 ved den opad vendende side af de kassetter 5, der i højderetningen begrænser den betragtede strømningskanal 8, bevæger sig opad ved valsen 11's rotation, transporteres det på sigtedugen sedimenterede materiale opad langs den derunder beliggende kassette. Herunder passerer det sedimenterede lag på sigtedugen hen over sugekassen 16 i kassetten, hvorved forskellen mellem trykket i strømningskanalen 8 og sugekassen 16 bevirker en sammentrykning af sedimentet på sigtedugen, samtidig med at en mindre del væske filtreres gennem den dannede filterkage. Den sammentrykkede filterkage føres ved sigtedugens bevægelse op over væskefladen 6 i basinet 1 og løsnes 8 148675 fra sigtedugen, f.eks. med en skraber 23, og transporteres af efterfølgende kassetters sigteduge ud af apparatet.

Fra den på denne måde dannede filterkages porer kan der yderligere fjernes vand ved, at der suges luft gennem filterkagen. Denne i og. for sig kendte teknik kan, men behøver ikke udnyttes i dette apparat. Dersom denne teknik anvendes, anbringes der yderligere en sugekasse i kassetten i den del af denne, som er beliggende oven over den frie væskeoverflade 6. Sugekassen sluttes til et undertrykssystem, som tilvejebringer gennemsugning af luft gennem filterkagen. Denne mulighed er ikke vist i fig. l-iJ.

Forsøg med en prototype af det her beskrevne apparat har vist, at ved rensning af forskellige typer af affaldsvand kan middelstrømhastigheden i kanalerne 8 vælges i størrelsesordenen 1 meter/minut, hvorved der dannes et sådant klarlag i den øverste del af strømningskanalen, at hoveddelen af tilført vand kan suges gennem sigtedugen til sugekassen 15· En lille del af den tilførte væskestrøm kan filtreres gennem filterkagen til sugekassen 16, men denne forholdsvis lille væskestrøm er tilstrækkelig til at sammentrykke filterkagen effektivt, således at den kan følge med sigtedugen op over væskeoverfladen i apparatet.

Med denne strømningshastighed er væskestrømmen turbulent nær strømningskanalens øverste begrænsningsflade, hvor sigtedugen bevæger sig mod væskens hovedstrømningsretning. En bestemt hastighedsgradient i væskestrømmen kan derfor ikke opretholdes og er hverken nødvendig eller tilstræbt i strømningskanalerne.

Φ

Claims (12)

148675 Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til udskillelse af suspenderede faste partikler fra en væskestrøm, hvor væskestrømmen opdeles i delvæske-strømme i strømningskanaler (8), som er forsynede med øvre og nedre i forhold til hinanden bevægelige sigteduge (14) , af hvilke de nedre sigteduge bevæger sig i væskens hovedstrømningsretning, kendetegnet ved, at væskens strømningshastighed i strømningskanalerne (8) er så stor, at strømningen er turbulent, men samtidig så lav, at der sker en sedimentering af det suspenderede materiale til dannelse af et klarlag med et væsentligt reduceret indhold af suspenderet materiale i den øvre del af væskestrømmen, at over halvdelen af den til strømningskanalen (8) tilførte væske affiltreres (15) gennem den øvre siflade, at mindre end halvdelen af den til strømningskanalen (8) tilførte væske suges (15) gennem det på den nederste siflade dannede sediment, og at sedimentet til sidst aftages (23) fra den nederste siflade.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det dannede sediment transporteres op over væskens frie overflade (6), inden det fjernes fra den nederste siflade.

3. Apparat til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 og bestående af et åbent bassin (1) med sidevægge og et indløb (2) for suspensionen, kendetegnet ved flere efter hinanden i bassinet (1) i det mindste delvis hen over hinanden hældende anbragte kassetter (5), der sammen med bassinets sidevægge danner flere strømningskanaler (8) for suspensionen, og som strækker sig fra et sted oven over bassinets (1) bund til et punkt oven over suspensionens overflade (6), og som omfatter en ramme (10), hvis øvre og nedre flade for mere end to trediedeles vedkommende udgøres af sigteduge (14) samt organer (11,12,13) til forskydning af den nævnte sigtedug (14) opad langs kassettens øvre og nedad langs kassettens nedre flade hen over i det mindste to sugekasser (15,16) med separate udløb (17), hvilke sugekasser åbner sig mod kassettens øvre og nedre flade til fjernelse af væske fra suspensionen gennem sigtedugen (14), og anordninger (23) til fjernelse af sedimentet af faste partikler fra sigtedugen (14) oven over suspensionens overflade (6).

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at kassetterne har en sådan hældning, at sigtedugens (14) bevægel- 148675 sesretning danner en vinkel på 10-60° med det vandrette plan.

5. Apparat ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at sigtedugen (14), der bevæger sig hen over de af kassettens flader, som begrænser strømningskanalerne (8), er endeløs og løber over en valse (11,12) ved hver ende af kassetten, af hvilke valser den øverste valse (11) drejes ved hjælp af en drivanordning (13) og derved bevæger sigtedugen (14) hen over kassetten.

6. Apparat ifølge krav 3,4 eller 5, kendetegnet ved, at alle kassetterne kan udskiftes med hinanden i bassinet (1), samt at hver kassette kan indføres i eller udtages af bassinet uafhængigt af, om de øvrige kassetter befinder sig på plads eller ikke.

7. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3-6, kendetegnet ved, at kassetterne er anbragte i bassinet (1) på en sådan måde, at der i bassinet findes et væskevolumen (3) uden for strømningskanalerne (8) med en så stor middelopholdstid for væsken, at der her kan ske en kemisk flokkulering eller udfældning af det i væsken suspenderede materiale.

8. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3-7, kendetegnet ved rørledninger (17,18), gennem hvilke væske kan strømme ud af sugekasserne (15,16) med et åbent udløb oven over en åben rende (20) , der befinder sig i et lavere niveau end den frie væskeoverflade (6) i bassinet (1), og at hver rørledning nærmest dette udløb er udformet som en vandlås (19).

9. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3-7, kendetegnet ved, at udløbene, gennem hvilke væske kan strømme ud af sugekasserne, er tilsluttede til en fælles lukket rørledning.

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at der i de rørledninger (18) , gennem hvilke væske kan strømme ud af sugekasserne (15,16), findes ventiler (21) til indstilling af væskestrømmen gennem rørledningerne.

11. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3-10, kendetegnet ved, at der i et ønsket antal kassetter findes yderligere en sugekasse, som ved hjælp af mellemvægge er helt afgrænset fra kassettens øvrige sugekasser, og at en sådan sugekasse kun ved hjælp af et antal åbninger gennem sigtedugen står i forbindelse med den omgivende luft oven over den frie væskeoverflade i bassinet, samt at disse sugekasser ved hjælp af rørledninger er sluttede til en fælles vakuumpumpe.

12. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 3-11,