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Dokumentenidentifikation DE202006018495U1 12.04.2007
Titel Membran-Mischeinrichtung
Anmelder Kolb, Frank R., Dr. Ing., 65604 Elz, DE
DE-Aktenzeichen 202006018495
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.04.2007
Registration date 08.03.2007
Application date from patent application 05.12.2006
IPC-Hauptklasse C02F 11/14(2006.01)A, F, I, 20070130, B, H, DE

Beschreibung[de]

In der Abwasserreinigung entstehen in den einzelnen Reinigungsstufen Schlämme (Primärschlamm aus der Vorklärung, Sekundärschlamm aus der Nachklärung und Tertiärschlamm aus der Fällung), die sowohl die Nähr- als auch Schadstoffe aus dem Abwasser beinhalten. Die Schlämme weisen in ihrer Entstehungsphase einen Feststoffgehalt von etwa 0,5 bis 2,5 % Feststoffgehalt auf. Um die Schlammmenge zu reduzieren, werden die Schlämme üblicherweise in zwei Stufen eingedickt. In einer ersten Eindick-Stufe wird der Feststoffgehalt auf cirka 4 bis 8 % erhöht. Die organischen Schlämme werden bei Reinigungsanlagen von mehr als 15.000 EW zumeist einer anaeroben Stabilisierung in Form einer Faulung zugeführt. Der stabilisierte Schlamm weist einen Feststoffgehalt etwa von 3 bis 6 % auf. Anschließend bzw. in einer zweiten Stufe erfolgt die Entwässerung dieser Schlämme, so daß sie am Ende dieses Prozesses einen Feststoffgehalt von etwa 20 bis 30 % aufweisen. Zur Erhöhung des Feststoffgehaltes werden in beiden Stufen sogenannte Flockungshilfsmittel zudosiert, die eine Agglomeration der Feststoffpartikel zu größeren Verbänden ermöglichen und so die Wasserabgabe in Einrichtungen zur Eindickung bzw. Entwässerung ermöglichen bzw. verbessern. Die Flockungshilfsmittel (FHM) können aus organischen oder anorganischen aktiven Substanzen bestehen, die durch sogenannte aktive Stellen eine Anbindung der Feststoffpartikel untereinander ermöglichen. In dem Bereich der Abwasserreinigung haben sich in den letzten Jahren überwiegend organische FHM durchgesetzt.

Aufgrund ihres hohen Reaktionspotentials werden für den Eindick- bzw. Entwässerungsvorgang nur wenige Gramm des FHM auf einen Kubikmeter des behandelten Schlammes benötigt. Das Reaktionspotential der FHM wird in wässriger Lösung mit Feststoffpartikeln jedoch sehr schnell aufgebraucht, so daß einer möglichst gleichmäßigen und vollständigen Einmischung ein hoher Stellenwert zukommt. Je besser die Einmischung erfolgt, desto besser bilden sich die Flocken aus und umso weniger FHM wird benötigt, was zu einer erheblichen Kostensenkung sowohl bei der Eindickung als auch bei der Entwässerung führt. Um eine möglichst gute Einmischung zu erzielen, ist die Zielsetzung aller Mischeinrichtungen, einen hohen Turbulenzgrad zu erzielen.

Die Mischeinrichtungen im Bereich der Abwasserreinigung bestehen sowohl aus statischen als auch dynamischen Mischsystemen. Die Einmischung des FHM erfolgt zumeist vor der Mischstrecke oder in einigen Fällen direkt in der Mischstrecke bzw. -einrichtung. Die einfachste Form einer statischen Mischeinrichtung besteht in der Zugabe des FHM vor einer Querschnittsveränderung in der Zulaufleitung des Schlammes zur Eindick- bzw. Entwässerungseinrichtung. Eine weitere Variante besteht aus einer Rohrstrecke, in der Schweißwarzen aufgebracht sind oder eine feststehende Blende eingebaut ist, die zu Verwirbelung führen und dadurch die Einmischung ermöglichen sollen. Eine andere Variante stellt ein Inline-Mischer dar, in dem in einem Rohrstück zusätzliche Bleche eingebaut sind. Diese stellen für die Schlammsuspension Schikanen dar, durch die eine Strömungsverwirbelung und dadurch eine Einmischung stattfindet.

Die einfachste Ausführung eines dynamischen Mischers besteht aus einer beweglich angeordneten Klappe, deren seitliche Öffnung in Abhängigkeit des Schlammvolumenstroms variiert wird. Eine andere Ausführung ist aus einer doppelwandig ausgeführten Rohrstrecke aufgebaut, wobei das Innenrohr mit Öffnungen versehen ist. Zwischen dem Innen- und umhüllenden Außenrohr befindet sich die unter Druck stehende FHM-Lösung. Das FHM wird durch die Öffnungen des Innenrohres in den Schlammstrom eingespritzt. Die Einspritzmenge kann über eine Pumpe gesteuert werden. Eine technisch aufwendigere Ausführung des Mischers besteht aus einem motorisch angetriebenen Wirbelrad, bei dem die FHM-Lösung entweder vor dem Rad oder durch eine Hohlwelle innerhalb der Radwellenachse in die Schlammsuspension aufgegeben wird. Die Anpassung der Einmischwirkung bzw. an den Schlammvolumenstrom kann durch die Variation der Drehzahl des Wirbelrades erfolgen. Als Mischer können aber auch die Schlammpumpen selbst verwendet werden. Die Zugabe des FHM erfolgt hier vor der Pumpe. Um eine ausreichende Einmischwirkung zu erzielen, werden für diese Aufgabe schnelldrehende Pumpen, wie beispielsweise Kreiselpumpen eingesetzt. Eine zusätzliche Mischervariante besteht in einer manuell oder automatisch verstellbaren Blende. Die Blendenöffnung wird dabei in radialer Richtung verändert.

Bei der Mischwirkung der vorgenannten Verfahren muß zwischen

  • • einer Rand- und Kernströmung der Schlammsuspension unterschieden werden und für
  • • die Betriebsstabilität müssen die Feststoffpartikel im Schlammstrom berücksichtigt werden.

Die Fließeigenschaften von Klärschlamm werden in einem erheblichen Maße sowohl durch dessen Entstehung als auch dessen Feststoffgehalt beeinflußt. Ab einem Feststoffgehalt von über 2 % nehmen die Wechselwirkungen der organischen Substanzen in der Suspension mit der wässrigen Trägerphase immer weiter zu, so daß sich mit höheren Feststoffgehalten von etwa 3,5 % eine gelartige Struktur mit thioxotropen Eigenschaften ausgebildet hat (Rheologische Charakterisierung flüssiger Klärschlämme, Korrespondenz Abwasser, 44. Jhrg., 1997, Heft 9, Seite 1615–1621, Hennef). Diese Struktur führt dazu, dass die Zähigkeit zunimmt und im Gegensatz zu Wasser auch bei höheren Fließgeschwindigkeiten eine laminare Strömungsform besteht. Dadurch kann die Schlammsuspension, die in einem Rohr gefördert wird, in eine ausschließlich laminare Randströmung und eine sich im laminar-turbulenten Wechselbereich befindliche Kernströmung unterteilt werden.

Bei den statischen Mischeinrichtungen erfolgt die Mischwirkung auf diffusivem Wege zwischen der Rand- und Kernströmung. Dazu muß das zumeist radial zugeführte FHM auf diffusivem Wege von der Rand- und die Kernströmung wandern und sich in dieser verteilen. Da sowohl die Rand- als auch die Kernströmung nicht vollturbulent vorliegen, gelangt das FHM aufgrund der geringen Diffussionsgeschwindigkeit nur in Teilbereiche der Schlammsuspension. Da die Reaktivität sehr hoch ist, zerfällt schon ein Teil des FHM, bevor die aktiven Stellen der Flocken erreicht und eine Agglomeration erzielt werden kann. Bei den statischen Mischern mit feststehenden Mischorganen, wie z. B. Schweißwarzen oder Schikanen, kommt das Problem der Betriebsstabilität hinzu, da durch faserige Schlamminhaltsstoffe die Mischorgane belegt werden, was zu Verstopfung der gesamten Mischeinrichtung führen kann.

Bei den dynamischen Mischeinrichtungen wird durch ein aktives Mischorgan versucht, die laminare Randströmung zu durchdringen und eine Verteilung der Schlammsuspension mit dem FHM zu erzielen. Bei der beweglichen Klappe wird durch ein Gewicht eine Gegenkraft zur Strömungskraft aufgebaut. Dadurch entsteht während der Schlammförderung eine Pulsation, durch die das FHM verbessert eingemischt werden soll. Da jedoch keine Mischorgane bestehen, die eine Verteilung zwischen der Rand- und Kernströmung ermöglichen, ist der Wirkungsgrad des Systems gegenüber einem statischen Mischer nur geringfügig höher. Bei den aktiven Mischorganen wie Wirbel- oder Pumpenrad ist die Mischwirkung verbessert, jedoch stellen beide Mischorgane durch ihren Aufbau eine große Fläche für mögliche Anhaftungen und Anbindungen von fasrigen Schlamminhaltsstoffen dar, so daß die Verstopfungsgefahr und dementsprechend der Wartungsaufwand sehr hoch sind. Bei den manuelle oder automatischen Blenden wird durch Abrißwirbel eine Einmischung des FHM erzielt. Da die Abrißwirbel sich hinter der Blende in der Strömung aufbauen, wird hier jedoch überwiegend nur der Bereich der Randströmung durchmischt.

Hinzu kommt bei allen aktiven Mischorganen, außer der beweglichen schwerkraftbeaufschlagten Klappe, daß eine Erfassung des Schlammvolumenstroms oder ähnlicher Kenngrößen manuell oder automatisch erfolgen muß, um die Steuer- bzw. Regelung für ein gutes Mischergebnis durchzuführen. Diese Voraussetzungen erhöhen sowohl die Investitions- als auch die Personalkosten für die Instandhaltung der Mischeinrichtung.

Aufgabenstellung der Erfindung ist es, eine Vorrichtung, eine Einrichtung bzw. eine Anordnung zur Steuerung einer Mischeinrichtung zu finden, die eine selbsttätige Anpassung der Mischwirkung auf unterschiedliche Zusammensetzungen und Volumenströme der Schlammsuspension ermöglicht und aktive Mischorgane aufweist, die ohne eine zusätzliche Steuer- oder Regeleinrichtung den Mischvorgang beeinflussen. Eine erweiterte Aufgabenstellung besteht darin, daß diese aktiven Mischorgane weitestgehend verzopfungssicher sind und fremdenenergiefrei betrieben werden können.

Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, daß die Strömungskraft zur Steuerung der Mischeinrichtung genutzt wird, wobei innerhalb der Mischeinrichtung eine Trennfläche vorhanden ist, die mit dem Gemisch aus Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel durchströmt werden kann. Je nach Feststoffgehalt und/oder Volumenstrom ändert sich die Durchtrittsfläche der Trennfläche, so daß die Strömungsform immer weiter in den turbulenten Bereich und die Unterschiede zwischen Rand- und Kernströmung am Ende der Durchstrittsfläche nahezu aufgehoben werden. Dadurch kann das Flockungshilfsmittel in die Schlammsuspension eingemischt und dessen Reaktionspotential genutzt werden. Da die Trennfläche eine Elastizität aufweist, verändert sich mit deren Durchtrittsfläche auch deren Längenausdehnung und somit deren Rückstellkraft. Bei der einteilig elastisch ausgeführten Trennfläche führt dies zu einer zusätzlichen Einschnürung der Durchtrittsfläche, so daß gerade im Randbereich des durchströmenden Gemischs aus Schlammsuspension und FHM hohe Turbulenzen und damit eine gute Mischwirkung beim Austritt aus der Trennfläche auftreten. Bei einer segmentiert ausgeführten elastischen Trennfläche werden die Segmente während des Durchströmens aufgeweitet, so daß deren Verwirbelungsfläche vergrößert und die Rückstellkraft angehoben wird. Die Rückstellkraft bewirkt, daß die einzelnen Segmente sich wie zusätzliche Mischorgane verhalten, die durch die Rückstellkraft eine Durchdringung der Randströmung ermöglichen und somit die Wirkung der Mischeinrichtung weiter erhöhen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verwendung einer Membran als Trennfläche innerhalb der Mischeinrichtung kann die Wirkung der Trennfläche in bezog auf ihre Mischwirkung je nach Schlammsuspension und FHM besser angepaßt werden. Der Einsatz einer Kompositmembran ermöglicht eine optimale Anpassung der notwendigen Strömungskraft für die Veränderung der Durchtrittsfläche, wobei je nach Kompositlage die Rückstellkraft unterschiedlich variiert und damit die Mischwirkung angepaßt werden kann. Bei Standardmembranen können dadurch die Kosten der Mischeinrichtung minimiert werden. Durch eine rauhe Oberfläche der Membrane kann die Randströmung auf hydraulischem Wege mit Ablösewirbeln durchsetzt und dadurch die laminare Unterschicht verkleinert bzw. aufgelöst und gleichzeitig die Einmischwirkung in bezug auf das FHM verbessert werden. Bei einer Ansammlung von Störstoffen im Bereich der Mischeinrichtung wird die Durchtrittsfläche für das Gemisch Schlammsuspension und FHM verkleinert, wodurch eine Zunahme der Strömungskraft erfolgt, die die Störstoffe durch die Mischeinrichtung durchdrücken. Bei einer Verlegung der Mischeinrichtung lassen sich die Störstoffe mit geringem Aufwand entfernen, da keine weiteren Einbauten wie bei den aktiven Mischern, ein Festsetzten der Störstoffe bewirken können.

In einer anderen Ausbildung der Mischeinrichtung wird die Trennfläche mit einer Vorspannung innerhalb der Mischeinrichtung versehen. Durch diese Vorspannung kann die Öffnungskraft zur Veränderung der Durchtrittsfläche verändert werden. Hinzu kommt, daß durch die Einstülpung der Trennfläche in Strömungsrichtung die maximal mögliche Durchtrittsfläche begrenzt und die Durchtrittsfläche eine in Strömungsrichtung geformte Abrißkante erhält. Dadurch kann die Mischeinrichtung auch bei geringen Feststoffgehalten und kleinen Volumenströmen eingesetzt werden und aufgrund der starken Verwirbelung am Ende der Durchtrittsfläche ihre volle Mischwirkung entfalten. Bei einer segmentiert ausgeführten Fläche wird die Mischwirkung durch die Segmente vorteilhafterweise unterstützt.

In einer weiteren Variante der Mischeinrichtung werden die Segmente der Trennfläche mit unterschiedlicher Vorspannung ausgebildet. Dadurch bildet sich während der Durchströmung eine asymmetrische Durchstrittsfläche aus, die die Randstömung mit der Kernströmung mischt und gleichzeitig aufgrund der endlichen Dicke der Trennfläche der Strömung einen Impuls aufzwingt, wodurch die Mischwirkung erhöht wird. Durch die unterschiedlichen Längen der Segmente besitzen diese unterschiedliche Rückstellkräfte, wodurch die mechanische Mischwirkung und der aufgezwungene Impuls zur Einmischung bzw. Durchmischung erhöht wird.

Neben Trennflächen aus organischen Grundmaterialien können in einer Weiterbildung der Mischeinrichtung segmentierte Trennflächen auch aus dünnen Metallplättchen hergestellt werden. Die Variation der Rückstellkräfte und die Wirkung als Mischorgan kann bei metallischen Trennflächen sehr einfach über deren Dicke und deren Formgestaltung durchgeführt werden. Aufgrund der Zähigkeit von Edelstahl eignet sich dieser Werkstoff im besonderen Maße für die Trennflächen-Segmente.

Um die Randströmung mit dem Flockungshilfsmittel und der Kernströmung zu vermischen, kann in einer Weiterbildung die Oberfläche der Trennfläche mit Strukturen wie Noppen oder Warzen versehen sein. Die Höhe dieser Strukturen muß so ausgeführt sein, daß sie die Randstömung durchdringen. Vorteilhafterweise können die Strukturen eine Größe von der Hälfte der maximalen Durchtrittsfläche aufweisen. Im undurchströmten Zustand der Mischeinrichtung befindet sich deren Ausrichtung in vertikaler Richtung, entgegengesetzt zur Strömungsrichtung. Durch die Formveränderung der elastischen Trennfläche im durchströmten Zustand verändert sich die Lage der Strukturen von der vertikalen immer mehr zur horizontalen Richtung. Dadurch greifen die Strukturen mit zunehmendem Volumenstrom oder Feststoffgehalt des Gemischs aus Schlammsuspension und FHM immer stärker in das Gemisch, wodurch sie wie aktive Mischorgane die Intensität der Durchmischung immer weiter erhöhen. Durch dieses stufenlose Verändern der Ausrichtung der Strukturen verändert sich gleichzeitig deren Anstellwinkel in bezug auf die Durchströmrichtung, so daß sie im günstigsten Fall im 90° Winkel zur Strömungsrichtung stehen, um ihre maximale Mischwirkung zu erzielen.

Damit Ablagerungen und Anhaftungen von Störmaterialien aus der Schlammsuspension an den Strukturen weitestgehend vermieden werden, sind diese vorteilhafterweise beweglich mit der Oberfläche der Trennfläche oder fest mit der Trennfläche verbunden, wobei in diesem Fall das Material der Strukturen elastisch ist. Dieser Aufbau erhöht die Betriebssicherheit der Mischeinrichtung, da bei erhöhten Ablagerungen an den Strukturen eine selbsttätige Erhöhung der Strömungskraft erfolgt und diese den Anstellwinkel der Strukturen über 90° erhöht, wodurch die Ablagerungen durch die Strömung von den Strukturen wieder entfernt werden können.

Um die Anhaftungen und Ablagerungen an der Trennfläche fast vollständig zu unterbinden, kann deren gesamte Oberfläche in einer vorteilhaften Weiterbildung beispielsweise mit PTFE beschichtet werden. Durch die Beschichtung werden die Adhäsionskräfte herabgesenkt, so daß Anhaftungen und Ablagerungen während des Durchströmens immer wieder entfernt werden können.

Um die Durchmischung zu intensivieren und gleichzeitig die Flockenbildung zu unterstützen, können mehrere seriell angeordnete Trennflächen in der Mischeinrichtung vorhanden sein. Da die Flockenbildung in Durchströmrichtung zunimmt, sollte die Elastizität der Trennfläche vorteilhafterweise zu- und die Rückstellkraft abnehmen.

Damit die Durchmischung des Gemischs aus Schlammsuspension und FHM weiter verbessert wird, kann die Mischeinrichtung in einer Weiterbildung mehrstufig aufgebaut sein. Durch den speziell ausgestalteten Strömungskanal bilden sich durch die Querschnitt- und Richtungsveränderungen hydraulische Zirkulationswirbel aus. In den Wirbeln wird zum einen die Durchmischung des Gemischs verbessert und zum anderen die Kontaktzeit zwischen FHM und Schlammsuspension in der Weise verlängert, daß die Flockenbildung unterstützt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zeichnerischen Darstellungen erläutert. Es zeigen:

1a Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung in der geschnittenen Seitenansicht mit elastischer Trennfläche im nicht-durchströmten Zustand

1b Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung in der geschnittenen Seitenansicht mit elastischer Trennfläche bei kleinen Feststoffgehalten oder Volumenströmen

1c Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung in der geschnittenen Seitenansicht mit elastischer Trennfläche bei großen Feststoffgehalten oder Volumenströmen

2a Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung in der Vorderansicht mit elastischer Trennfläche, wobei diese vorgespannt ist und segmentiert ausgeführt wurde sowie auf ihrer Oberfläche Strukturen zur Verbesserung der Mischwirkung enthält

2b Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung im seitlichem Teilschnitt im nicht-durchströmten Zustand mit elastischer Trennfläche, wobei diese vorgespannt ist und segmentiert ausgeführt wurde sowie auf ihrer Oberfläche Strukturen zur Verbesserung der Mischwirkung enthält

2c Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung im seitlichem Teilschnitt im durchströmten Zustand mit elastischer Trennfläche, wobei diese vorgespannt ist und segmentiert ausgeführt wurde sowie auf ihrer Oberfläche Strukturen zur Verbesserung der Mischwirkung enthält

3 Prinzipdarstellung der Mischeinrichtung in der geschnittenen Seitenansicht in zweistufiger Ausführung, deren erste Stufe die Trennfläche und deren zweite Stufe ein spezieller Strömungskanal zur Flockenbildung ist

1a zeigt die geschnittene Seitenansicht der Mischeinrichtung 1 mit der Trennfläche 2 in der Zuführungsleitung 3. Die Mischeinrichtung wird nicht-durchströmt (der Pfeil zeigt jeweils die Strömungsrichtung an), so dass die einteilige Trennfläche fast vollständig geschlossen ist. In der Mitte der Trennfläche befindet sich eine minimale Durchtrittsfläche 8, deren Form jede beliebige Geometrie besitzen kann. In den meisten Anwendungsfällen wird eine symmetrische Durchtrittsfläche, beispielsweise in Kreisform, verwendet, um die Abrisswirbel über deren gesamten Bereich gleichmäßig zu erzeugen. Wenn dem Gemisch aus Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel zusätzlich zur Erhöhung der Einmischwirkung ein Impuls während des Durchströmens der Durchtrittsfläche induziert werden soll, kann die Durchtrittsfläche auch asymmetrisch, beispielsweise wie eine Mondsichel ausgeführt werden. Die elastische Trennfläche wird innerhalb der Mischeinrichtung in einem zweiteiligen Rahmen 4 fest eingespannt. Das Flockungshilfsmittel wird vor der Mischeinrichtung zugegeben, hier in den Abbildungen nicht dargestellt.

Die 1b zeigt die gleiche Ansicht wie 1a, jedoch mit dem Unterschied, daß die Trennfläche mit einem geringen Volumenstrom oder einer Schlammsuspension mit geringem Feststoffgehalt durchströmt wird. Durch die Strömungskraft wird die Trennfläche verformt, wodurch sich aufgrund ihrer Elastizität die Durchtrittsfläche öffnet bzw. erweitert. Aufgrund des geringen Querschnitts der Durchtrittsfläche wird die Strömung beschleunigt und so während des Durchströmens eine Turbulenz erzeugt, die zu einer Durchmischung der beiden Komponenten Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel führt. Je nach Molekülausformung oder Faserverlauf in der Trennfläche kann sich an der Durchtrittsfläche in Durchströmrichtung ein scharfkantiger Rand entweder an deren Oberseite, Unterseite oder dazwischen ausbilden, dieser Rand führt zu Abreißwirbeln in der Strömung, die die Durchmischung von Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel erhöhen.

In der 1c ist die Durchtrittsfläche in der durchströmten Trennfläche für einen maximalen Volumen- bzw. Feststoffstrom in der geschnittenen Seitenansicht dargestellt. Innerhalb der Trennfläche wird das Gemisch beschleunigt, dadurch die Reynoldszahl erhöht, die Strömungsform turbulent, wodurch die Grenzschichtdicke verkleinert sowie die Einmischung des Flockungshilfsmittels in die Schlammsuspension erreicht wird. Durch die elastische Verformung der Trennfläche bildet diese eine an den Volumen- oder Feststoffstrom selbsttätige anpassende Düse aus.

Die 2a zeigt die Vorderansicht im nicht-durchströmten Zustand der Mischeinrichtung. Die Trennfläche weist hier eine bereits geöffnete Durchtrittsfläche auf. Die Form der Trenn- bzw. Durchtrittsfläche führt dazu, daß eine Teilsegmentierung der Trennfläche entsteht. An den größeren Segmenten sind zur verbesserten Durchmischung der Rand- und Kernströmung sowie zur besseren Einmischung der beiden Komponenten Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel Strukturen 5, hier in Form von Noppen, angebracht.

In der teilgeschnittenen Seitenansicht der Mischeinrichtung in 2b wird deutlich, daß die Trennfläche vorgespannt eingebaut ist. Die Vorspannung wird in diesem Beispiel durch die Ausführung des zweiteiligen Rahmens ermöglicht. Durch die Vorspannung wird die Rückstellkraft der Trennfläche erhöht und somit im durchströmten Zustand die Mischintensität vergrößert. Die Strukturen, die an der Oberfläche der Trennfläche angebracht sind, bestehen in diesem Beispiel aus dem gleichen elastischen Material wie die Trennfläche. Der Winkel der Strukturen beträgt im nicht-durchströmten Zustand gegenüber der Strömungsrichtung Null Grad.

2c zeigt die teilgeschnittene Seitenfläche der Mischeinrichtung im durchströmten Zustand. Die vorgespannte Trennfläche stülpt sich durch die Strömungskraft in Strömungsrichtung aus. Dadurch werden die Strukturen dreidimensional im Raum verändert, wobei der Winkel zur Strömungsrichtung nahezu 90° beträgt. Die gesamte Länge der Strukturen steht zur Durchmischung der Rand- mit der Kernströmung zur Verfügung, gleichzeitig wird auch die höchste Mischungsintensität für die zwei Komponenten Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel durch die mechanische Mischwirkung der Strukturen, die Abreißwirbel am Rand der Durchtrittsfläche sowie durch die unterschiedlichen Rückstellkräfte der einzelnen Segmente der Trennfläche erzielt. Sollten sich Anhaftungen oder Ablagerungen von Störstoffen, die in der Schlammsuspension sind, an den Strukturen ergeben, wird durch die Stoffe die Durchtrittsfläche verkleinert und so die Strömungskraft erhöht. Diese Erhöhung führt dazu, daß die elastischen Strukturen über den Winkel von 90° verändert werden und so die Störstoffe durch die Strömung entfernt und aus der Mischeinrichtung ausgetragen werden können.

Die 3 zeigt den Schnitt durch eine zweistufig ausgeführte Mischeinrichtung sowie den schematischen Verlauf der Strömungsfäden 7 innerhalb dieser. An den Rahmen der Trennfläche schließt sich als zweite Stufe ein Strömungskanal 6 an, der so ausgebildet ist, daß sowohl die Richtung des Gemischs Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel als auch die Querschnittsfläche verändert wird (siehe Schnitt A-A). Diese Ausgestaltung des Strömungskanals führt dazu, daß sich zusätzliche Ablösewirbel an den Wänden, Abrißwirbel an der Oberseite und Einmischwirbel an der Unterseite der Umlenkstelle ausbilden. Dieses Wirbelsystem begünstigt die Flockenbildung und die nahezu vollständige Einmischung des Flockungshilfsmittels in die Schlammsuspension.

1
Mischeinrichtung (Systemgrenze)
2
Trennfläche
3
Zuführungsstrecke
4
zweiteiliger Rahmen zur Aufnahme der Trennfläche
5
Strukturen auf der Oberfläche der Trennfläche
6
Strömungskanal
7
Stromfäden
8
Durchtrittsfläche


Anspruch[de]
Mischeinrichtung zum Mischen von Schlammsuspensionen und Flockungshilfsmittel im Bereich der Abwasserreinung,

wobei die Mischeinrichtung sich in einer Zuführungsstrecke zwischen den Reinigungsstufen und/oder Sammelbehältnissen der Schlammsuspension und einer Einrichtung zum Eindicken bzw. Entwässern dieser Suspension befindet und das Flockungshilfsmittel in der Zuführungsstrecke in Durchflußrichtung vor der Mischeinrichtung der Schlammsuspension zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischeinrichtung mindestens aus einer elastischen Trennfläche besteht, wobei diese einteilig oder segmentiert aufgebaut und mit dem Gemisch aus Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel durchströmt werden kann und die dabei entstehende Kraft dazu führt, daß sich ihre Durchtrittsfläche in Querschnittsrichtung und ihre Ausdehnung in Längsrichtung der Durchströmrichtung ändert.
Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche mindestens aus einer Membran besteht, die einteilig oder segmentiert ausgeführt ist und mit dem Gemisch aus Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel durchströmt werden kann und die dabei entstehende Kraft dazu führt, daß sich die Durchtrittsfläche in Querschnittsrichtung und die Ausdehnung der Membran in Durchströmrichtung ändert. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche in der Mischeinrichtung vorgespannt wird, beispielsweise so, daß in Längsrichtung der Mischeinrichtung eine Ausdehnung der Trennfläche vom Rand zur Mitte erfolgt. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche segmentiert ausgeführt ist und die Segmente eine unterschiedliche Vorspannung aufweisen und/oder eine unterschiedliche Länge aufweisen. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche segmentiert ausgeführt ist und die Segmente aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, ausgeführt sind. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Oberfläche der Trennfläche in Durchströmrichtung Strukturen, wie beispielsweise Warzen, Noppen oder Fasern, befinden, deren Anstellwinkel sich zur Durchströmrichtung mit Veränderung der Durchtrittsfläche verändern. Mischeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen beweglich mit der Oberfläche der Trennfläche verbunden oder selbst elastisch sind. Mischeinrichtung nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Trennfläche und/oder der Strukturen beschichtet sind, beispielsweise mit PTFE, so daß eine Anhaftung von Fremdstoffen aus der Schlammsuspension an der Mischeinrichtung verhindert bzw. minimiert wird. Mischeinrichtung nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung mehrere der Trennflächen aufweist, wobei vorzugsweise die Eigenschaften der Trennfläche, beispielsweise in ihrer Vorspannkraft und/oder der Strukturenausbildung, variieren. Mischeinrichtung nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung mehrstufig aufgebaut ist, bestehend aus mindestens einer Trennfläche und mindestens einem Strömungskanal, der der Trennfläche vor- und/oder nachgeschaltet sein kann, wobei der Strömungskanal sowohl seine Querschnittsfläche als auch mindestens eine Veränderung der Strömungsrichtung der Schlammsuspension bzw. des Gemischs aus Schlammsuspension und Flockungshilfsmittel in bezug auf den Mittelpunkt der Trennfläche verändern kann.






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