DE2925457A1

DE2925457A1 - Methode und vorrichtung um in einer fluessigkeit suspendierte partikel schwimmfaehig zu machen mittels gasblasen

Info

Publication number: DE2925457A1
Application number: DE19792925457
Authority: DE
Inventors: Jacob Pielkenrood
Original assignee: Pielkenrood Vinitex BV
Current assignee: Pielkenrood Vinitex BV
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1979-06-23
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DK253379A; AU4834279A; FR2429618A1; GB2024192A; BR7904092A; CA1130019A; US4277347A; NO792198L; BE877044A; DE2925457C2; US4344845A; DE7918107U1; AU526265B2; GB2024192B; JPS6320579B2; NO159702B; NO159702C; SE7905538L; MY8400398A; ES482023A1

Description

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"Methode und Vorrichtung um in einer Flüssigkeit suspendierte Partikel schwimmfähig zu machen mittels Gasblasen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode und eine Vorrichtung, die in einer Flüssigkeit suspendierte Stoffe die daraus entfernt werden sollen, mittels Gasblasen schwimmbar zu machen, da diese Partikel durch die Adhäsion von Gasblasen leichter als die Flüssigkeit gemacht werden.

Dies ist besonders günstig für suspendierte Teile mit einem nur geringfügig von dem der Flüssigkeit verschiedenen spezifischen Gewicht und/oder dann, wenn ihre Abscheidung aus der Flüssigkeit durch Reibungskräfte beträchtlich verzögert wird. Auch bei Partikeln, die schwerer als die Flüssigkeit sind, kann die Abschexdungsrichtung auf diese Weise oft umgekehrt werden.

Zu diesem Zweck wird eine Flüssigkeit, und ganz allgemein die gereinigte Trägerflüssigkeit, mit einem Gas, und besonders mit Luft, unter Druck gesetzt und kurz vor der Einführung in die zweite Flüssigkeit wieder drucklos gemacht; dadurch wird eine große Anzahl von Gasblasen erzeugt, von denen

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sich wenigstens ein Teil an die in der Flüssigkeit suspendierten Partikel heftet. Diese Partikel werden dann beträchtlich leichter als die Trägerflüssigkeit und können daher durch Schwimmen aus der Flüssigkeit abgeschieden werden.

Die Gasblasenadhäsion stößt aber auf größere Schwierigkeiten, wenn die Gasblasen im Vergleich zu den schwimmbar zu machenden Partikeln größer sind. Schon bei ihrer Erzeugung unterscheiden sie sich im wesentlichen in ihrer Größe, was sich noch mehr verstärkt, wenn ditjGasblasen sich zu größeren Blasen verbinden; daher ist dem Schwimmeffekt der Blasen eine Grenze gesetzt.

Ein Zweck dieser Erfindung ist, den mit den Gasblasen erreichbaren Schwimineffekt zu verbessern und dafür eine Methode zu erstuiien, in dor in eine erste, zu behandelnde Flüssigkeit eine uweito eingeführt wird, die bei dem Druck und der l'emporatur dor oruton Flüssigkeit mit einem dan" üborfjfittigt wird. Diese Method« ist dadurch gokonnzoicilmut, daß dLo Einführung eiinor zwoitun L'lü.'ssinkuit in wimigntuiuj zwei aufoinanderL'oLgmidtm iJtufon /or ;;ioh goht, und zwar so, daß die; Kcm.u.'nt.rut/ion ilt;.¹» in dor orsiton

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Flüssigkeit aufgelösten Gases erst noch verstärkt wird, ehe durch nachfolgende Einführung der zweiten Flüssigkeit eine Erzeugung von höchst wirkungsvollen kleinen Gasblasen erfolgt.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß die zu behandelnde Flüssigkeit im allgemeinen untersättigt oder höchstens mit Gas gesättigt ist, insbesondere mit Luft, so daß beim Einbringen von Gasblasen zuerst die Konzentration des in der Flüssigkeit aufgelösten Gases verstärkt wird, bis der Gasdruck in der Flüssigkeit dem in den Gasblanen mehr oder weniger entspricht und daß nur dann eine ausreichende Gasblasenei'zeugung erfolgen kann. Es hat sich gezeigt, daß wenn dan Gas mit oinemmal eingeführt wird, kleinere Gaublasen nicht in ausreichender Anzahl erzeugt werden, und zwar ist dien eine Folge dieses Druckuntorschiedes. WiLtI jetzt aber das Gas in aufeinanderfolgenden stufen eingeführt, kann eine ijaturieiung der Flüssigkeit soweit erzielt wurden, daß in einer folgernden iJUifo υLno ^oniigundo Anzahl von für die imün'wockfi gouignottm Gasblasoii m /,eugt wird.

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Rohrleitung zugeführt wird, wenn an verschiedenen aufeinanderfolgenden in der Flußrichtung der Flüssigkeit voneinander getrennten Stellen Gas in diesen Kanal oder diese Rohrleitung eingebracht wird.

Wenn außerdem zusätzliche Substanzen zur Förderung der Abscheidung der Flüssigkeit hinzugefügt werden sollen, kann dies gleichzeitig mit der Einführung von Gas erfolgen, was dann zu einer besseren Wirkung dieser Substanzen in der zu behandelnden Flüssigkeit führen kann.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine für die Durchführung dieser Methode bestimmte Vorrichtung.

Kachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beigefügte Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer Verkörperung einer Vorrichtung nach der Erfindung ist und

Fig. 2 ein Querschnitt auf der Linie II-II von Fig.

Vor der Beschreibung von Methode und Vorrichtung nach der Erfindung soll zuerst der technische Hintergrund beschrieben werden.

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Die Erfindung gründet auf der Einsicht, das große Gasblasen sich anders verhalten als kleine. Der Innendruck einer Gasblase gegenüber der Flüssigkeit ist u.a. abhängig von der Oberflächenspannung der die Gasblase umgebenden Flüssigkeitsgrenzschicht. Außerdem ist dieser Druck interessant für die Wanderung des Gases von der Blase in die Flüssigkeit, für die natürlich auch die Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Gases wichtig ist. Allgemein gesprochen, ist dieser Druckunterschied gleich 1/r, wenn r gleich dem Radius der betreffenden Gasblase ist.

ρ Das Oberflächengebiet der Blase entspricht r und ihr Volumen r .

Die Diffusion von Gas in die umgebende Flüssigkeit entspricht dem Druckunterschied und dem Oberflächengebiet, so daß der Gasverlust durch Diffusion bezogen auf das Volumen der Gasblase bei einer ereten Schätzung gleich ist (1/r) . r²/r⁵ - 1/r². Dies bedeutet, daß sich kleine Gasblasen verhältnismäßig schneller auflösen als größere. Außerdem entspricht die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen zwei Gasblasen und deren Zusammenwachsen zu

ρ einer größeren Blase wenigstens r , wobei diese Wahrscheinlichkeit für größere Blasen wesentlich größer ist als für kleinere.

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Eine Folge daraus ist, daß bei einer anfänglichen mehr oder weniger gleichmäßigen Verteilung der Blasengröße die kleineren schneller durch Auflösung verschwinden und die Anzahl der größeren durch Zusammenwachsen zunimmt·

Außerdem nehmen die größeren Blasen bei Zunahme der Konzentration der aufgelösten Gase in der Flüssigkeit auch wieder Gas aus der Flüssigkeit auf, besonders, da um diese Blasen ein gewisses Konzentrationsgefälle besteht.

Andererseits haften kleine Blasen leichter an suspendierten Partikeln als größere. Ausgehend von einer bestimmten Größenverteilung der Blasen und suspendierten Partikeln kann man eine Schätzung der Adhäsionswahrscheinlichkeit bei einer bestimmten Verweildauer anstellen. Dies wird jedoch von der kurzen Lebensdauer der kleinen Gasblasen durchkreuzt, was schließlich die für die Anhaftung geeignete Zeit sehr beträchtlich begrenzt. Auch die bereits Partikeln anhaftenden Gasblasen können durch Auflösen wieder verschwinden und sind dann für den Schwimmeffekt verloren.

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Die Erfindung gründet nun auf der Einsicht, durch Aufteilung der Einführung der Gasblasen in Teilstufen die Anzahl aktiver Gasblasen vergrößern zu können, und zwar aus folgenden Gründen:

1) Bei Jeder neuen Einführung werden wieder kleine Blasen erzeugt, die zum Teil für Anhaftung an suspendierte Partikel zur Verfügung stehen, und

2) nach jeder Einführung von Gasblasen nimmt der Gasgehalt der flüssigkeit zu, so daß kleinere

Blasen in der Flüssigkeit überleben können, ohne schnell aufgelöst zu werden.

Es ist natürlich möglich, eine ELüssigkeitsmenge in einem Gefäß in Intervallen mit Gasblasen zu behandeln, so daß dann die oben erwähnten Gasifizierungsstufen zeitmäßig verteilt werden. Bei einer kontinuierlichen Behandlung jedoch, z.B. auf der Eingangsseite einer Abscheidevorrichtung, gibt es dagegen Einwände, so daß dann eine stufenweise Einführung von Gas am besten dadurch erreicht wird, daß im Zufuhrkanal oder in der Zufuhrleitung zum Abscheider 2 zusätzliche Injektionsstellen vorgesehen werden, die in Abständen in der fließrichtung angebracht werden.

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In Fig. 1 und 2 wird schematisch eine Verkörperung einer solchen Vorrichtung gezeigt.

Die gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Becken 1, in dem ein Plattenabscheider winklig zur horizontalen Ebene angeordnet ist. Mit Hilfe der Trennwand 3 wird dieses Becken 1 aufgeteilt in eine Zufuhrkammer 4 über der geneigten oberen lläche des Plattenabscheiders 2 mit einem dreieckigen Querschnitt.

Auf der anderen Seite vom Becken 1 ist ein Überlaufwehr 7 vorgesehen, über das eine schwimmende Schicht 8 zu einem Ablauftrog 9 fließen kann, der mit einem Ablaufkanal 10 in Verbindung steht. Wenn nötig, können Schaumkellen oder dergl. verwendet werden, um Schicht 8 auf Wehr 7 kia. zu bewegen. Die Ablaufkammer 5 ist andererseits mit einem Überlaufwehr 11 versehen, um den Flüssigkeitsspiegel im Becken 1 zu bestimmen, gefolgt von einem Ablauftrog 12 und einem Ablaufkanal 13 für die behandelte Flüssigkeit.

Nahe der tiefsten Stelle von Raum 6 liegt ein Zulaufrohr 14, das mit durchgehenden oder unterbrochenen Schlitzen 15 versehen ist.

Außerhalb des Beckens 1 steht das Rohr 14 mit einem Zulaufkanal 16 In Verbindung, und eine Zulaufdüse 17

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reicht in Rohr 14 hinein; diese Düse ist mittels eines Rückschlagventils 18 mit einem Kanal I9 verbunden, der an eine nicht gezeigte Pumpe angeschlossen ist, mittels deren Druckgase, insbesondere luft, der Flüssigkeit zugeführt wird.

in
Auf diese Weise wird in/cfiirch Kanal 16 zugeführte !Flüssigkeit eine große Anzahl von Gasblasen erzeugt durch den abrupten Drucknachlaß der mit Gas gesättigten Flüssigkeit, diese Blasen können sich an die in der Flüssigkeit suspendierten Partikel anheften, dann werden dies Partikel zur schwimm enden Schicht 8 hin treiben.

Danach fließt die Flüssigkeit durch Abscheider 2, in dem die verbliebenen leichteren Partikel und Gasblasen abgeschieden werden; möglicherweise vorhandene schwerere Partikel werden hier abgelagert und in einem Trichter I9 gesammelt. Die saubere Flüssigkeit fließt über Wehr 11 auf Ablaufkanal 13 hin ab.

Es hat sich gezeigt, daß der Abscheidereffekt sehr beträchtlich verbessert werden kann, wenn man im Kanal 16 zusätzliche Einspritzdüsen 20 und entsprechende Rückschlagventile 21 einbaut, die eben-

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falls mit der Druckleitung 19 verbunden sind. Rückschlagventil 18 kann dementsprechend sparsamer eingestellt werden, um die durch Düse 17 eingespritzte Menge unter Druck stehender !Flüssigkeit entsprechend der durch die Düsen 20 eingeführten Menge herabzusetzen.

Der Abstand zwischen den zusätzlichen Düsen 20 wird dann so gewählt, daß unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in Kanal genügend Zeit für die Auflösung des Gases in der Flüssigkeit vorhanden ist, wodurch der Gassättigungsgrad verbessert wird.

Versuche haben ergeben, daß der Schwimm effekt der Gasblasen, d.h. das Verhältnis zwischen den an suspendierten Partikeln anhaftenden Gasmengen und der Gesamtgasmenge des zugeführten Gases auf diese Weise beträchtlich verbessert werden kann, so daß selbst eine wesentlich kleinere Menge unter Druck stehender Flüssigkeit verwendet werden kann. Dies führt zu entsprechenden wesentlichen Energieeinsparungen, außerdem kann die Kompressionspumpe kleiner gehalten werden, wodurch ebenfalls Kosten eingespart werden.

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Im Kanal 16 ist oft eine Einschnürung 22 vorhanden und eine Zuleitung 23 öffnet sich in den Kanal hinein an einer nachgeschalteten Stelle, um ein Schvdmmverbesserungs-Agens, z.B. ein Polyelektrolyt, einzuführen.

Es hat sich gezeigt, daß wenn an einer Zuleitungsstelle 23 eine zusätzliche Gaseinspritzdüse 16* mit einem Rückschlagventil 17* vorgesehen wird, man einen beträchtlich besseren Effekt erzieltj wenn das so eingespritzte Agens eine Herabsetzung der Oberflächenspannung bewirkt, sinkt der Überdruck in den Gasblasen entsprechend, so daß die Auflösungstendenz der Gasblasen herabgesetzt wird.

Dies kann einen zusätzlichen vorteilhaften Einfluß auf den Abscheideffekt der Gasblasen haben.

Ein weiterer Vorteil ist, daß das Bückschlagventil 13, das bei den bestehenden Vorrichtungen eine ziemlich große Menge mit Gas gesättigter !Flüssigkeit durchlassen soll, wesentlich kleiner ausgelegt werden kann, wenn die Methode der Erfindung verwendet wird.

Dies führt ebenfalls zu beträchtlichen Kosteneinsparungen.

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Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Verkörperung beschränkt ist. So ist z.B. die Verwendung eines Plattenabscheiders 2 nicht erforderlich, wenn man nur mit Gasblasen eine ausreichende Schwimmfähigkeit der zu entfernenden Teile erreichen kann.

Außerdem kann die Zufuhr von zusätzlichen Substanzen an anderen Stellen, z.B. im Becken 1 selbst, erfolgen«,

Manchmal ist es vorteilhaft, daß wenigstens ein Teil von Kanal 16 in Jona eines offenen Troges gebaut wird.

Der Vorteil liegt darin, daß dann die Wirkung der durch die Düsen 20 eingeführten unter Druck stehenden Flüssigkeit direkt sichtbar wird, was die Einstellung der Rückschlagventile 21 vereinfacht. Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind viele andere Abänderungen .möglich.»

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

1. Eine Methode, um in einer Flüssigkeit suspendierte Partikel schwimmfähig zu machen durch deren Adhäsion an Gasblasen, bei der in eine erste zu behandelnde Flüssigkeit eine zweite Flüssigkeit eingeführt wird, die bei gleichem Brück und gleicher Temperatur wie die erste mit Gas übersättigt ist; dieser Flüssigkeit wird vor Einführung in die erste Flüssigkeit der Druck entzogen; diese Methode ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der zweiten Flüssigkeit in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, und zwar so, daß die Konzentration des aufgelösten Gases in der zu behandelnden Flüssigkeit erst verstärkt wird, durch weitere Zufuhr von zweiter Flüssigkeit, ehe die Produktion der äußerst wirkungsvollen kleinen Gasblasen erfolgt.

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2. Eine Methode nach Anspruch 1, in der die erste zu behandelnde Flüssigkeit mittels eines Kanals oder einer Rohrleitung auf einen Abscheider hin geleitet wird, in dem die schwimmbar gemachten Teilchen schwimmen} dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der zweiten Flüssigkeit wenigstens zum Teil in diesem Kanal oder diesem Rohr an verschiedenen hintereinanderliegenden Stellen stattfindet, die von einander in Fließrichtung getrennt sind.

3. Eine Methode nach Anspruch 1 oder 2, in der zusätzliche Substanzen der ersten Flüssigkeit zur Förderung der Abscheidung zugefügt werden} dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zufuhr dieser Substanzen auch gleichzeitig die zweite Flüssigkeit zugeführt wird.

4. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Methode nach irgendeinem der Ansprüche 1-3 umfaßt einen Raum zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeit mit dazugehörigen Rückschlagventilen, die mit einer Flüssigkeitsquelle mit einem unter Druck hinzugefügten Gas verbunden sind oder verbunden werden können·, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Einführungsvorrichtung für die Einführung der zweiten Flüssigkeit in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Stufen ausgelegt ist.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, in der der Raum für die Aufnahme der ersten Flüssigkeit einen Zufuhrkanal oder ein Zuleitungsrohr und ein hiermit verbundenes Schwimmgefäß umfaßt} dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einspritzdüsen (17,20) von denen sich wenigstens ein Teil in den Kanal oder das Rohr (16) öffnen, vorhanden sind.

6. Die Vorrichtung von Anspruch 4 oder 5, versehen mit einer zusätzlichen Zufuhr von die Schwimmfähigkeit fördernden Substanzen} dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Zufuhr eine zusätzliche Düse (16■) für die Zuleitung (23) der zweiten Flüssigkeit vorgesehen ist.

DIFL = INO. CONRAD KÖCHLWG

PATENTANWALT

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