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Dokumentenidentifikation DE10037044A1 28.02.2002
Titel Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von hierin suspendierten Teilchen
Anmelder Betz, Michael, Dr., 45721 Haltern, DE
Erfinder Betz, Michael, Dipl.-Chem. Dr., 45721 Haltern, DE;
Nomayo, Matthias, Dipl.-Chem. Dr., 48157 Münster, DE
Vertreter Andrejewski und Kollegen, 45127 Essen
DE-Anmeldedatum 27.07.2000
DE-Aktenzeichen 10037044
Offenlegungstag 28.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.2002
IPC-Hauptklasse B03D 1/02
IPC-Nebenklasse C02F 1/24   
Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von hierin suspendierten Teilchen. Im Rahmen dieses Verfahrens wird ein Gemisch aus einem Trägergas und einem Flotationsgas hergestellt. Dabei liegt das Flotationsgas in einer Konzentration von einigen Promille bis zu ca. zehn Prozent im Gemisch vor. Das Gemisch wird in die Flüssigkeit eingeleitet, wobei sich das Trägergas größtenteils in der Flüssigkeit auflöst. Das verbleibende, bläschenbildende Flotationsgas tritt in Kontakt mit den suspendierten Teilchen und trägt diese unter Schaumbildung an die Oberfläche der Flüssigkeit.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von hierin suspendierten Teilchen.

Flotationsverfahren werden bekanntermaßen eingesetzt, um in einer Flüssigkeit suspendierte Teilchen von dieser abzutrennen. Zu diesem Zweck geht man im Stand der Technik so vor, dass zumeist feinperlige Luft bzw. ein entsprechendes Flotationsgas durch die Flüssigkeit geleitet wird. Selbstverständlich muss hierbei sichergestellt werden, dass das Flotationsgas mit dem flüssigen Medium bzw. der Flüssigkeit keine Reaktion eingeht.

Ist dies der Fall, so adsorbieren die zumeist aufsteigenden Gasblasen an die zu suspendierenden Partikel, so dass sich insgesamt die Dichte eines solchen Konglomerates aus Partikel und anhaftendem Gasbläschen im Vergleich zu dem Partikel allein verringert. Hierdurch wird der sogenannte Flotationseffekt erreicht, dass heißt, die suspendierten Teilchen können in der Flüssigkeit nach oben steigen und bilden üblicherweise einen oberflächennahen Schaum, welcher problemlos mechanisch abgezogen werden kann.

Die bekannten Verfahren, von denen die Erfindung ausgeht, haben sich grundsätzlich bewährt. Hierzu wird auf die PCT- Anmeldung WO 00/04969 verwiesen.

Ungeachtet dessen treten in der Praxis bei der Flotation Probleme dann auf, wenn die Flüssigkeit mit den hierin suspendierten Partikeln bestimmte Temperaturen überschreitet. Denn die Flotationseffizienz hängt davon ab, dass Partikelgröße und Gasbläschenvolumen sowie -anzahl aneinander angepasst sind. Mit anderen Worten werden zumeist kleine suspendierte Teilchen dann besonders effektiv aus der zu reinigenden Flüssigkeit ausgetragen, wenn das Flotationsgas besonders feinperlig durch die Flüssigkeit aufsteigt.

Diesem Umstand steht jedoch die Neigung der Gasbläschen entgegen, bei erhöhten Temperaturen größere Blasen infolge Koaleszenz zu bilden. Diese sogenannten Makroblasen erlauben nur noch geringe Wechselwirkungen mit den suspendierten Partikeln im Wasser. Das lässt sich im Wesentlichen auf Ihre verminderte Oberflächenspannung und erhöhte Geschwindigkeit in der Flüssigkeit im Vergleich zu feinperligen Gasbläschen zurückführen.

Jedenfalls wird deutlich, dass die Flotationseffizienz, dass heißt die Anzahl der durch Flotation austragbaren suspendierten Teilchen mit steigender Temperatur der Flüssigkeit sinkt, und zwar zum Teil drastisch. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit von hierin suspendierten Teilchen anzugeben, welches mit im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerter Flotationseffizienz arbeitet und insbesondere den beschriebenen Temperatureffekten Rechnung trägt.

Zur Lösung dieses Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von hierin suspendierten Teilchen, wonach ein Gemisch aus einem Trägergas und dem Flotationsgas unter Berücksichtigung einer Konzentration des Flotationsgases von einigen Promille bis zu ca. zehn Prozent im Gemisch hergestellt und in die Flüssigkeit eingeleitet wird, wobei sich das Trägergas größtenteils in der Flüssigkeit auflöst, und wonach das verbleibende, bläschenbildende Flotationsgas in Kontakt mit den suspendierten Teilchen tritt und diese unter Schaumbildung an die Oberfläche der Flüssigkeit trägt.

Die Erfindung geht also von dem grundsätzlichen Gedanken aus, dass feine Gasbläschen auch bei erhöhter Temperatur der zu reinigenden Flüssigkeit vorhanden bleiben und einen sehr guten Flotationseffekt und damit eine unveränderte Flotationseffizienz erzielen, wenn deren Koaleszenz verhindert wird. Das erreicht die Erfindung dadurch, dass die Gasbläschen bei ihrer Entstehung so verdünnt in die Flüssigkeit gelangen, dass die Wahrscheinlichkeit, andere Gasbläschen zu treffen und damit zu koaleszieren, vergleichsweise niedrig ist.

Anders ausgedrückt, löst sich das Trägergas des Gemisches aus Trägergas und Flotationsgas beim Eintritt in die Flüssigkeit hierin mehr oder minder vollständig auf. Folglich verbleibt von dem Gemisch im Wesentlichen nur das eigentliche Flotationsgas, und zwar in der angegebenen Konzentration von einigen Promille bis zu ca. zehn Prozent bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches. Dementsprechend wird das eigentliche Flotationsgas der Flüssigkeit in äußerst verdünnter Weise und im Übrigen gleichmäßig verteilt zugeführt.

Selbstverständlich muss hierbei sichergestellt werden, dass sich das Trägergas - wie beschrieben - in der Flüssigkeit löst, während das Flotationsgas hierin unter normalen Umständen schwer löslich bis nicht löslich ist. Dabei erreicht die Erfindung den Effekt, dass das verbleibende Flotationsgas durch die starke Verdünnung feine Gasbläschen bildet, die aufsteigen und problemlos in Kontakt mit den suspendierten Partikeln treten können, auch wenn diese nur eine geringe Größe aufweisen.

Das beschriebene Verfahren kann grundsätzlich an ganz unterschiedliche Temperaturen der zu reinigenden Flüssigkeit angepasst werden. Es ist lediglich erforderlich, die Zusammensetzung des Gemisches entsprechend anzupassen. Gleiches gilt natürlich auch mit Blick auf die Konzentration an suspendierten und auszutragenden Teilchen. Je höher diese ist, um so mehr Flotationsgas wird man dem Gemisch zusetzen (müssen).

Dabei haben sich als Trägergas besonders Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2), Schwefelwasserstoff (H2S), Schwefeldioxid (SO2), Ammoniak (NH3) und andere, mit der Flüssigkeit reagierende bzw. hierin lösliche Gase oder Gasgemische als besonders vorteilhaft erwiesen. Diese können zudem die Flüssigkeit in bestimmter und gewünschter Weise beeinflussen.

So löst sich beispielsweise Kohlendioxid in Wasser nicht nur, sondern verändert auch dessen pH-Wert in Richtung sauer. Sofern Wasserdampf Verwendung findet, lässt sich die Temperatur der Flüssigkeit (üblicherweise Wasser) zumeist erhöhen, und zwar um einen gewünschten Betrag. Selbstverständlich kommt es je nach Wasserdampfeintrag auch nicht oder nur unwesentlich zu einem Anstieg der Temperatur. Jedenfalls lassen sich durch den Eintrag des Gemisches bestimmte Parameter der Flüssigkeit wie Temperatur und/oder pH-Wert gezielt beeinflussen.

Bei dem Flotationsgas handelt es sich in der Regel um Luft, Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Argon (Ar), Wasserstoff (H2) oder vergleichbare inerte Gase oder Gasgemische. Für diese muss sichergestellt werden, dass sie sich nicht oder nur unwesentlich in der Flüssigkeit lösen und im Übrigen mit den suspendierten Teilchen keine Reaktion eingehen.

Immer wird auf verblüffend einfache Art und Weise erreicht, dass selbst bei erhöhten Temperaturen einer Flüssigkeit die hierin suspendierten Teilchen einwandfrei ausgetragen werden können. Hierfür sorgt das eingesetzte (Gas-)Gemisch aus Trägergas und Flotationsgas. Infolge des sich in der Flüssigkeit lösenden Trägergases wird darüber hinaus die Möglichkeit eröffnet, die Flüssigkeit in bestimmten und gewünschten Richtungen (pH-Wert, Temperatur, Löslichkeit, chemische Beschaffenheit der suspendierten Teilchen bzw. der Flüssigkeit usw.) zu beeinflussen. So kann beispielsweise auf Metalle durch die Bildung von Sulfiden direkter Einfluss genommen werden. Hierin sind insgesamt die wesentlichen Vorteile der Erfindung zu sehen.

Ausführungsbeispiel 1

Die Herstellung des Gasgemisches aus dem Trägergas und dem Flotationsgas wird im Rahmen eines üblichen und gebräuchlichen Gasmischvorganges vorgenommen. Das Gasgemisch wird anschließend mit Hilfe einer Turbine oder über Düsen in einen Flotationsbehälter, gegebenenfalls unter Verwirbelung, eingebracht. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels dient hierzu eine im Bodenbereich des zugehörigen Behälters angebrachte Sintermetallplatte, die mit feinen Bohrungen an ihrer Obenseite ausgerüstet ist. Aus diesen Bohrungen tritt das erfindungsgemäße Gemisch gleichförmig in die Flüssigkeit aus.

Bei dem Trägergas handelt es sich um Wasserdampf, welches mit der eingefüllten Flüssigkeit, größtenteils Wasser mit hierin gelösten Proteinen, unter Wärmeübertragung reagiert. Nach Auflösung der zugehörigen Dampfbläschen verbleibt das Flotationsgas - vorliegend Luft - in Form feinster Bläschen im Wasser und steigt hierin auf. Durch die Einstellung einer Konzentration von ca. 5% Luft in 95% Wasserdampf wird gewährleistet, dass die nach Auflösung des Wasserdampfes in der Flüssigkeit verbleibenden Luftbläschen ausreichende Zeit klein genug bleiben, um für eine effektive Flotation der suspendierten Partikel zu sorgen.

Bei den in der Flüssigkeit, zum Beispiel See- oder Meerwasser, gelösten Proteinen handelt es sich um solche aus Fischblut, die bei der Verarbeitung von Fisch zu Fischmehl anfallen. Diese Proteine lassen sich thermisch koagulieren. Die hierfür erforderliche Temperatur liegt bei ca. 70°C. Da die koagulierten Proteine in etwa die gleiche Dichte wie das umgebende (See- oder Meer-)Wasser aufweisen, ist eine direkte Flotation bei dieser Temperatur nicht möglich.

Um die Flüssigkeit auf die vorgenannte Temperatur zu bringen, wird zuvor Wasserdampf zugegeben, welcher wie das nachfolgend eingebrachte Gemisch die angegebene Sinterplatte in Bodennähe des Flotationsbehälters verlässt. Zu diesem Zweck findet sich am Boden des Behälters bzw. Beckens eine Dampfdruckkammer, welche auf der zum Becken liegenden Seite mit der angegebenen Sintermetallplatte verschlossen ist. Neben den angesprochenen Proteinen bzw. dem frischen Fischblut finden sich weitere Substanzen in der Flüssigkeit, vorliegend Meerwasser, und zwar Öle sowie andere organische Substanzen (z. B. Fischpumpwasser aus der Fischmehlproduktion).

Über die Dampfdruckkammer und durch die Sinterplatte wird der Dampf zur Erwärmung der Flüssigkeit und anschließend das erfindungsgemäße Gemisch in das Becken bzw. den Behälter eingeleitet. Selbstverständlich kann es je nach Temperatur der Flüssigkeit auch ausreichen, von vornherein mit dem Dampf-/Luftgemisch zu arbeiten, ohne dass ein zusätzlicher Erwärmungsschritt vorgeschaltet werden muss.

So oder so verteilt sich bei Eintritt des Gemisches aus dem Dampf und der Luft der Dampf im Becken und im Wasser und gibt seine Wärmeenergie ab. Hierbei kondensiert er. Ab einer bestimmten Mindesttemperatur in der Flüssigkeit denaturieren die Eiweiße aus dem Fischblut und koagulieren (vorliegend ca. 70°C).

Da sich die im Dampf gelöste Luft nicht im heißen Wasser lösen kann, steigt sie als Bläschen auf. Gleichzeitig tritt die Luft in Wechselwirkung mit den Partikeln und vermindert durch ihre Anlagerung an diesen Partikel die Dichte der hieraus gebildeten Konglomerate. Anschließend treiben die Partikel auf und bilden an der Wasseroberfläche einen Schaum. Dieser lässt sich durch bekannte mechanische Abschöpfeinrichtungen entfernen. Dabei hängt die Konsistenz des gebildeten Schaumes von der Menge der Luft im Gemisch ab.

Ausführungsbeispiel 2

Unabhängig davon lässt sich in vergleichbarer Weise heißes Wasser, z. B. Brüdenkondensat, durch Flotation reinigen. Derartige Flüssigkeiten bzw. Brüdenkondensate resultieren zumeist aus der Fischmehlerzeugung, und enthalten durch Verschleppung häufig noch Fette und andere gelöste Partikel, die sich erst nach Abkühlen aus dem Wasser absondern. Eine Flotation unter üblichen Bedingungen ist nicht möglich bzw. lässt sich nicht effektiv und kostengünstig durchführen.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, das frische, heiße Brüdenkondensat durch eine rechteckige (oder anders geformte) Flotationszelle zu leiten, wobei frisches Wasser an einer Seite oberflächennah bzw. an der Oberfläche eintritt und von der gegenüberliegenden Seite bodennah aus dem Becken abgezogen wird. Dabei können je nach Größe des Beckens Umlenkungen bzw. Barrieren vorgesehen werden.

Mit Hilfe der bereits beschriebenen Vorrichtung (Dampfdruckkammer mit Sinterplatte sowie vorgeschalteter Gasmischung) wird nun Dampf in das heiße Wasser bzw. Brüdenkondensat geleitet. Zu diesem Zweck kann die betreffende Vorrichtung einen Sintermetallfinger aufweisen, welcher mit einer Dampfleitung verbunden ist. Alternativ hierzu lässt sich auch auf die bereits beschriebene Druckkammer zurückgreifen, welche auf der dem Wasser zugewandten Seite mit der Sintermetallplatte inklusive Bohrungen verschlossen wird. Diese Druckkammer wird mit der Dampfzuleitung verbunden und weist einen Kondensatablauf auf.

Im Rahmen einer Leitungsverzweigung kann dem Dampf vor Eintritt in die Druckkammer bzw. Sintermetallkammer Luft und/oder ein inertes Gas in geringen Mengen zudosiert werden, wie dies der Patentanspruch 1 fordert. Das inerte Gas entstammt einer Gasdruckflasche, welche die zugeführte Gasmenge über ein Druckventil regelt.

Im Rahmen des zweiten Beispieles wird die Temperatur der heißen Brüdenkondensate bzw. der Flüssigkeit nur unwesentlich durch den eingesetzten Dampf erhöht, da nur so viel Wasserdampf verwendet wird, wie zur Lösung der Luft im Wasser erforderlich ist. Ohnehin spielt die Ausgangstemperatur des Brüdenkondensates keine Rolle.

In Abhängigkeit von der Konzentration an suspendierten und flotierbaren Teilchen bzw. Substanzen im Brüdenkondensat bildet sich ein Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche, welcher mechanisch abgeräumt werden kann. In der Flüssigkeit finden sich anschließend keine flotierbaren Bestandteile mehr.

Ausführungsbeispiel 3

Bei der Aufarbeitung von tierischem Blut oder industriellen Abwässern, die tierische Einweiße enthalten, wird das Abwasser erhitzt und auch das hierin befindliche suspendierte Material bzw. tierische Blut oder tierische Eiweiß, so dass dieses thermisch koaguliert. Beim Aufarbeiten fällt heißes Abwasser an, welches noch Restmengen an nicht bzw. unzureichend koagulierten tierischen Proteinen enthält.

Vorliegend wurde sogenanntes Blutwasser aus der Gewinnung von Blutmehl aufbereitet. Das Wasser hat eine Temperatur von 60°C bis 80°C. Die verbleibenden Proteine können chemisch koaguliert werden.

Zu diesem Zweck lässt sich das heiße Wasser mit den koagulierten Proteinen in der skizzierten Art und Weise mittels der beschriebenen Flotationsanlage mit einem Dampf-Luft- Gemisch der angegebenen Konzentration beschicken. Der Eintrag in das Wasser erfolgt anstelle über die Sintermetallplatte mit Hilfe einer Düse. Diese Düse verteilt das entsprechende Gemisch aus Dampf und Luft (in sehr geringen Konzentrationen) feindispers im (heißen) Wasser. Bei richtiger Einstellung des Gemisches lässt sich ein sehr fein verteilter Blasenteppich im Wasser erreichen und an der Oberfläche feststellen.

Nach Abziehen des gebildeten Schaums konnte festgestellt werden, dass das ablaufende Wasser weitestgehend frei von partikulären Proteinen ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur flotativen Trennung einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von hierin suspendierten Teilchen, wonach

    ein Gemisch aus einem Trägergas und einem Flotationsgas unter Berücksichtigung einer Konzentration des Flotationsgases von einigen Promille bis zu ca. zehn Prozent im Gemisch hergestellt und in die Flüssigkeit eingeleitet wird, wobei sich das Trägergas größtenteils in der Flüssigkeit auflöst, und wonach

    das verbleibende, bläschenbildende Flotationsgas in Kontakt mit den suspendierten Teilchen tritt und diese unter Schaumbildung an die Oberfläche der Flüssigkeit trägt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit Hilfe des Gemisches aus Trägergas und Flotationsgas hinsichtlich ihrer Temperatur und/oder ihres pH-Wertes und/oder ihrer Löslichkeit, chemischen Beschaffenheit der suspendierten Teilchen bzw. der Flüssigkeit usw. beeinflusst wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Ammoniak oder dergleichen in der Flüssigkeit lösbare Gase oder Gasgemische aus diesen oder anderen Gasen eingesetzt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Flotationsgas Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder ein vergleichbares inertes Gas oder Gasgemisch Verwendung findet.






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