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Dokumentenidentifikation DE10308025A1 16.09.2004
Titel Säulenflotationseinrichtung
Anmelder Andreas Kufferath GmbH & Co KG, 52353 Düren, DE
Erfinder Krieger, Uwe, Dr., 52355 Düren, DE;
Schnurawa, Adelbert, 52428 Jülich, DE;
Mauer, Gregor, 52078 Aachen, DE;
Sommer, Falk, 52249 Eschweiler, DE
Vertreter Schumacher, B., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 63454 Hanau
DE-Anmeldedatum 24.02.2003
DE-Aktenzeichen 10308025
Offenlegungstag 16.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.09.2004
IPC-Hauptklasse B03D 1/14
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Säulenflotationseinrichtung mit zumindest zwei übereinander angeordneten, voneinander getrennten Flotationsstufen, die jeweils einen Suspensionszulauf und darüber eine sich allseitig nach außen und unten dachartig neigende, oben mit einer Austrittsöffnung für aufschwimmendes Flotat ausgebildete Flotationshaube aufweisen, längs deren Unterseite das Flotat nach innen und oben zur Austrittsöffnung strömt, wobei gereinigtes Klarwasser unterhalb der Flotationshaube nach außen und unten strömt.
Um eine kompakte Bauform mit geringem Raumbedarf, mit hohem Wirkungsgrad sowie kleinen Wärmeverlusten und mit einfacher Handhabung zu erzielen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jede Austrittsöffnung in einen sich vertikal nach oben erstreckenden rohrartigen Flotationskamin übergeht, daß die Flotationskamine aller Flotationshauben etwa auf gleicher Höhe an der Oberseite der Säulenflotationseinrichtung enden und daß jede Flotationshaube, die direkt unterhalb einer darüber befindlichen Flotationsstufe angeordnet ist, gleichzeitig die Unterseite dieser Flotationsstufe bildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Säulenflotationseinrichtung mit zumindest zwei übereinander angeordneten, voneinander getrennten Flotationsstufen, die jeweils einen Suspensionszulauf und darüber eine sich allseitig nach außen und unten dachartig neigende, oben mit einer Austrittsöffnung für aufschwimmendes Flotat ausgebildete Flotationshaube aufweisen, längs deren Unterseite das Flotat nach innen und oben zur Austrittsöffnung strömt, wobei gereinigtes Klarwasser unterhalb der Flotationshaube nach außen und unten strömt.

Eine solche Säulenflotationseinrichtung arbeitet in jeder Flotationsstufe nach dem Prinzip der Entspannungsflotation. Hierbei handelt es sich um ein bekanntes Verfahren zur Wasser- und Abwasserreinigung, insbesondere zum Entfernen von ungelösten Substanzen (Feststoffen). Durch Zugabe von geeigneten Fällungsmitteln ist auch ein teilweises Abtrennen von gelösten Substanzen möglich. Bei der in zwei Prozeßschritten ablaufenden Entspannungsflotation erfolgt zunächst eine Anlagerung sehr feiner Luftblasen an die Feststoffpartikel einer zu reinigenden Suspension. Danach erfolgt in einem sogenannten Flotationsbehälter ein auf Dichteunterschieden beruhendes Aufschwimmen des aus Feststoff und Luftpartikeln bestehenden Flotats, wobei das schwerere Klarwasser unten abgezogen wird.

Bei einer Säulenflotationseinrichtung der eingangs genannten Art werden aus Platzersparnisgründen mehrere gleichartige, separate und mit eigenen Versorgungsmitteln ausgestattete Flotationsbehälter übereinander angeordnet. Eine derartige Einrichtung ermöglicht zwar auf einem kleinen Stellplatz eine große Kapazität von durch Entspannungsflotation zu behandelnder Suspension, ist aber wegen ihrer großen Bauhöhe, wegen sehr hoher Baukosten der separaten einzelnen Flotationsstufen, wegen ungünstiger thermischer Verhältnisse und hinsichtlich der Bedienbarkeit nicht besonders vorteilhaft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Säulenflotationseinrichtung der eingangs genannten Art mit einfachen sowie preiswerten Maßnahmen so zu gestalten, daß unter Vermeidung der genannten Nachteile eine kompakte Bauform mit geringem Raumbedarf, mit hohem Wirkungsgrad sowie kleinen Wärmeverlusten und mit einfacher Handhabung erzielt wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Säulenflotationseinrichtung der genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jede Austrittsöffnung in einen sich vertikal nach oben erstreckenden rohrartigen Flotationskamin übergeht, daß die Flotationskamine aller Flotationshauben etwa auf gleicher Höhe an der Oberseite der Säulenflotationseinrichtung enden und daß jede Flotationshaube, die direkt unterhalb einer darüber befindlichen Flotationsstufe angeordnet ist, gleichzeitig die Unterseite dieser Flotationsstufe bildet.

Eine solche Bauform ist im Vergleich mit einer normalen mehrstufigen Säulenflotation mit aus Platzersparnisgründen übereinander angeordneten einzelnen Flotationsbehältern besonders kompakt und raumsparend, weil die einzelnen Flotationsstufen in hohem Maße integriert sind und bei gleicher Leistung die Bauhöhe vermindert werden kann. Das führt wegen der konstruktiven Zusammenfassung auch zu niedrigeren Bau- sowie Betriebskosten, zu einem vergrößerten Wirkungsgrad und insbesondere wegen der zentralen Flotatentnahme zu einer einfacheren Handhabung.

Die weitere Ausbildung aus Anspruch 2 verbessert die Integration und Kompaktheit der Einrichtung.

Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 sind hinsichtlich einer einfachen, übersichtlichen und kompakten Bauweise sowie eines guten Wirkungsgrades der Einrichtung besonders bevorzugt.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine über den Umfang gleichmäßige Zuführung der zu behandelnden Suspension.

Die Ausbildungen der Ansprüche 6 und 7 vereinfachen den Gesamtaufbau an der Oberseite der Einrichtung.

Gemäß Anspruch 8 genügt pro Flotationsstufe ein seitlicher Klarwasserablauf. Dieser sollte nach Anspruch 9 mit Abstand unterhalb der zugehörigen Flotationshaube angeordnet sein, und zwar gemäß Anspruch 10 möglichst nahe an der darunter befindlichen nächsten Flotationsstufe. Alternativ kann er zur Vergrößerung des Klarwasser-Reinheitsgrades gemäß Anspruch 11 im Bereich eines äußeren Ringraumes angeordnet sein.

Die Einrichtung kann mit entsprechenden Flotat-Entnahmemitteln gemäß Anspruch 12 unter Druck (Überdruck) und gemäß Anspruch 13 auch drucklos betrieben werden.

Die weitere Ausbildung von Anspruch 14 ermöglicht zumindest in der untersten Flotationsstufe ein einfaches Entleeren von absinkenden Teilen. Entsprechende Maßnahmen können aber auch bei den anderen Flotationsstufen vorgesehen sein.

Die hydrophobe Beschichtung gemäß Anspruch 15 ermöglicht einen langzeitig störungsfreien und hochwirksamen Trennvorgang im Bereich der Unterseiten der Flotationshauben.

Die konkreten baulichen Merkmale der Ansprüche 16 bis 19 haben sich in bestimmten praktischen Versuchen als zweckmäßig erwiesen. Sie können jedoch in Abhängigkeit von den jeweils erforderlichen betrieblichen Maßnahmen auch andere Werte annehmen.

Gemäß Anspruch 20 ermöglicht die Einrichtung durch Kopplung von Flotationsstufen auch eine mehrstufige Reinigung.

Die Ausgestaltungen der Ansprüche 21 bis 32 sind alternativ und können bei bestimmten baulichen Vorgaben vorteilhaft sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 die Säulenflotationseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform und

2 die Säulenflotationseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform.

Gemäß den Figuren enthält ein Flotationsbehälter 44 drei übereinander angeordnete, voneinander getrennte Flotationsstufen 10, 20, 30 mit jeweils einem Supensionszulauf 12, 22, 32. Jede Flotationsstufe 10, 20, 30 hat oberseitig eine im vorliegenden Fall kegelstumpfförmige, sich nach außen neigende Flotationshaube 14, 24, 34 mit einem zentralen, sich nach oben erstreckenden Flotationskamin 18, 28, 38. Jeweils aneinander angrenzende Flotationsstufen 10, 20 bzw. 20, 30 sind in dem Flotationsbehälter (44) nur durch die entsprechenden Flotationshauben 14 bzw. 24 voneinander getrennt – demnach bilden diese gleichzeitig einen unterseitigen, kegelstumpfförmig nach außen geneigten Boden für die darüber befindliche Flotationsstufe 20 bzw. 30.

Alle Flotationskamine 18, 28, 38 haben im vorliegenden Fall kreisrunde Querschnitte sowie unterschiedliche Durchmesser, sind unter gegenseitigem Abstand koaxial ineinandergeschachtelt und enden an ihren Oberseiten auf gleicher Höhe oberhalb der Flotationshaube 34 der obersten Flotationsstufe 30. Nur der Flotationskamin 38 der obersten Flotationsstufe 30 ist endseitig modifiziert verlängert und umschließt als Behälterkopf einen gemeinsamen Flotatraum 40 aller Flotationskamine 18, 28, 38. Der Flotatraum 40 kann über ein Flotatentnahmeventil 42 entleert werden, wenn es sich um einen unter Druck betriebenen Flotationsbehälter 44 handelt. Falls der Flotationsbehälter 44 jedoch drucklos betrieben wird, kann der Flotatraum 40 mit einem nicht dargestellten mechanischen Flotatentnahmemittel, wie einer Förderschnecke, versehen sein.

Infolge der im vorliegenden Beispiel verschachtelten Anordnung der Flotationskamine 18, 28, 38 hat nur die untere Flotationsstufe 10 eine in ihren Flotationskamin 18 übergehende kreisförmige Austrittsöffnung 16 – die Austrittsöffnungen 26, 36 der anderen Flotationsstufen 20, 30 sind ringförmig.

Die Flotationshaube 34 der obersten Flotationsstufe 30 bildet im vorliegenden Fall gleichzeitig den Behälterdeckel des Flotationsbehälters 44. Die unterste Flotationsstufe 10 hat im vorliegenden Fall einen sich kegelstumpfförmig nach innen neigenden Boden, der gleichzeitig den Behälterboden 46 des Flotationsbehälters 44 bildet und am unteren Ende einen zum Entfernen von Schwerteilen und Bodensedimenten dienenden Auslaß 48 aufweist.

Die Suspensionszuläufe 12, 22, 32 sind im vorliegenden Fall jeweils ringförmig ausgebildet und konzentrisch zum Zentrum des Flotationsbehälters 44 angeordnet, so daß eine zum Zentrum allseitig gleichförmige Suspensionszufuhr gewährleistet ist. Bis auf die unterste Flotationsstufe 10 sind die Suspensionszuläufe 22, 32 der oberen Flotationsstufen 20, 30 an der Oberseite ihrer Böden bzw. der Flotationshauben 14, 24 der darunter befindlichen Flotationsstufen 10, 20 und ringfömig um deren Flotationskamine 18, 28 angeordnet. Alle Suspensionszuläufe 12, 22, 32 befinden sich mit Abstand unterhalb der entsprechenden Flotationshauben 14, 24, 34 und Ausstrittsöffnungen 16, 26, 36.

Die Flotationsstufen 10, 20, 30 haben jeweils einen seitlichen Klarwasserauslaß 50, 52, 54 in der Behälterwand des Flotationsbehälters 44. Bei der Ausführungsform aus 1 befinden sich diese Klarwasserauslässe 50, 52, 54 jeweils mit Abstand unterhalb der dazugehörigen Flotationshaube 14, 24, 34 und direkt oberhalb der Flotationshaube 14, 24 der darunter befindlichen Flotationsstufe 10, 20 bzw. im Fall der untersten Flotationsstufe 10 oberhalb ihres Auslasses 48. Bei der Ausführungsform aus 2 befinden sich diese Klarwasserauslässe 50, 52, 54 der Flotationsstufen 10, 20, 30 jeweils direkt unterhalb der dazugehörigen Flotationshaube 14, 24, 34 im Bereich eines unten offenen Ringraumes 62, 64, 66. Dieser wird von einer das Klarwasser umlenkenden Trennwand 56, 58, 60 begrenzt, die sich von der dazugehörigen Flotationshaube 14, 24, 34 nach unten erstreckt. Es ist möglich, daß der Klarwasserauslaß 50, 52, 54 zumindest einer Flotationsstufe 10, 20, 30 zwecks mehrstufiger Reinigung mit dem Suspensionszulauf 12, 22, 32 einer anderen Flotationsstufe verbunden ist, wie mit der darüber befindlichen Flotationsstufe.

Die Flotationshauben 14, 24, 34 sind an ihren Unterseiten mit einer hydrophoben Beschichtung ausgerüstet, um Feststoffanlagerungen zu reduzieren und einen langzeitig störungsfreien, hochwirksamen Trennvorgang zu gewährleisten.

Die Flotationshauben 14, 24, 34 können in einem praktischen Ausführungsbeispiel einen Neigungswinkel von 20 bis 70 Grad haben, insbesondere von 35 bis 55 Grad, und einen gegenseitigen Vertikalabstand von beispielsweise 50 bis 800 mm, vorzugsweise von 200 bis 400 mm, aufweisen.

Anstatt der konzentrischen Anordnung von zylindrischen Flotationskaminen 18, 28, 38 können diese auch direkt oder mit Abstand nebeneinander angeordnet sein. Auch können für die Flotationskamine andere Querschnittsformen, wie quadratische oder rechteckige Querschnitte, gleicher oder unterschiedlicher Größe gewählt werden.

Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß das über die Suspensionszuläufe 12, 22, 32 in die Flotationsstufen 10, 20, 30 einströmende und dort aufsteigende Flotat, das aus Wasser und Feststoffen mit angelagerten Gas- bzw. Luft-Partikeln besteht, aufgrund des Dichteunterschiedes nach oben gegen die Unterseiten der Flotationshauben 14, 24, 34 strömt. Dort findet eine Trennung in der Weise statt, daß die Feststoffe mit angelagerten Gas- bzw. Luft-Partikeln sowie restlichem Wasser an der Unterseite der Flotationshauben 14, 24, 34 nach innen und oben strömt, um über die Flotationskamine 18, 28, 38 in den gemeinsamen Flotatraum 40 zu gelangen, während das schwerere Klarwasser unterhalb der Unterseite der Flotationshauben 14, 24, 34 nach außen und unten strömt..Aus dem Flotatraum 40 kann der Feststoff bei einem unter Überdruck arbeitenden Flotationsbehälter 44 über das Flotatentnahmeventil 42 oder bei einem drucklos arbeitenden Flotationsbehälter über nicht dargestellte mechanischen Flotatentnahmemittel, wie einer Förderschnecke, entnommen werden. Das nach außen und unten strömende Klarwasser kann über die Klarwasserauslässe 50, 52, 54 entnommen werden.


Anspruch[de]
  1. Säulenflotationseinrichtung mit zumindest zwei übereinander angeordneten, voneinander getrennten Flotationsstufen (10, 20, 30), die jeweils einen Suspensionszulauf (12, 22, 32) und darüber eine sich allseitig nach außen und unten dachartig neigende, oben mit einer Austrittsöffnung (16, 26, 36) für aufschwimmendes Flotat ausgebildete Flotationshaube (14, 24, 34) aufweisen, längs deren Unterseite das Flotat nach innen und oben zur Austrittsöffnung strömt, wobei gereinigtes Klarwasser unterhalb der Flotationshaube nach aussen und unten strömt. dadurch gekennzeichnet, daß jede Austrittsöffnung (16, 26, 36) in einen sich vertikal nach oben erstrekkenden rohrartigen Flotationskamin (18, 28, 38) übergeht, daß die Flotationskamine (18, 28, 38) aller Flotationshauben (14, 24, 34) etwa auf gleicher Höhe an der Oberseite der Säulenflotationseinrichtung enden und daß jede Flotationshaube (14, 24), die direkt unterhalb einer darüber befindlichen Flotationsstufe (20, 30) angeordnet ist, gleichzeitig die Unterseite dieser Flotationsstufe (20, 30) bildet.
  2. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Austrittsöffnungen (16, 26, 36) der Flotationshauben (14, 24, 34) von unten nach oben zunimmt und daß die Flotationskamine (18, 28, 38) aller Flotationshauben (14, 24, 34) unter gegenseitigem Seitenabstand verschachtelt angeordnet sind.
  3. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationshauben (14, 24, 34) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
  4. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16, 26, 36) sowie die Flotationskamine (18, 28, 38) im Querschnitt kreisrund ausgebildet sind und daß die Flotationskamine (18, 28, 38) konzentrisch verschachtelt angeordnet sind.
  5. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationskamin (18, 28) im Bereich der Austrittsöffnung (16, 26) der Flotationshaube (14, 24) einer Flotationsstufe (10, 20) von einem Suspensionszulauf (22, 32) für die jeweils darüber befindliche Flotationsstufe (20, 30) ringförmig umgeben ist.
  6. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationshaube (34) der oberen Flotationsstufe (30) als Behälterdeckel eines Flotationsbehälters (44) ausgebildet ist.
  7. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationskamin (38) der oberen Flotationsstufe (30) als einen Flotatraum (40) begrenzender Behälterkopf eines Flotationsbehälters (44) ausgebildet ist.
  8. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Flotationsstufe (10, 20, 30) mit einem eigenen Klarwasserablauf (50, 52, 54) in der Seitenwand des Flotationsbehälters (44) ausgebildet ist.
  9. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klarwasserablauf einer Flotationsstufe (10, 20, 30) mit Abstand unterhalb der dazugehörigen Flotationshaube (14, 24, 34) angeordnet ist.
  10. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klarwasserablauf einer Flotationsstufe (20, 30) direkt oberhalb der Flotationshaube (14, 24) der darunter befindlichen Flotationsstufe (10, 20) angeordnet ist.
  11. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klarwasserablauf (50, 52, 54) einer Flotationsstufe (10, 20, 30) unterhalb der dazugehörigen Flotationshaube (14, 24, 34) im Bereich eines unten offenen Ringraumes (62, 64, 66) angeordnet ist, der von einer das Klarwasser umlenkenden Trennwand (56, 58, 60) gebildet wird, die sich von der dazugehörigen Flotationshaube (14, 24, 34) nach unten erstreckt.
  12. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (44) als unter Druck betriebener Behälter ausgebildet und im Bereich des Flotatraums (40) mit einem Flotatentnahmeventil (42) versehen ist.
  13. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (44) als drucklos betriebener Behälter ausgebildet und im Flotatraum (40) mit einem mechanischen Flotatentnahmemittel, wie einer Förderschnecke, versehen ist.
  14. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (44) einen konischen Behälterboden (46) und einen an dessen tiefsten Stelle befindlichen Auslaß (48) für Schwerteile und Bodensedimente aufweist.
  15. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationshauben (14, 24, 34) an ihren Unterseiten mit einer hydrophoben Beschichtung zur Reduzierung von Feststoffanlagerungen ausgerüstet sind.
  16. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationshauben (14, 24, 34) einen Neigungswinkel von etwa 20 bis 70 Grad haben.
  17. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel etwa 35 bis 55 Grad beträgt.
  18. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationshauben (14, 24, 34) einen gegenseitigen Vertikalabstand von etwa 50 bis 800 mm haben.
  19. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalabstand etwa 200 bis 400 mm beträgt.
  20. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Klarwasserauslaß (50, 52, 54) zumindest einer Flotationsstufe (10, 20, 30) zwecks mehrstufiger Reinigung mit dem Suspensionszulauf (12, 22, 32) einer anderen Flotationsstufe verbunden ist.
  21. Säulenflotationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotationskamine aller Flotationshauben nebeneinander angeordnet sind.
  22. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich die nebeneinander angeordneten Flotationskamine gegenseitig berühren.
  23. Säulenflotationseinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte aller Flotationskamine gleichförmig und/oder gleich groß sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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