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Dokumentenidentifikation DE4117040A1 21.01.1993
Titel Verfahren zum Trennen von Gemischen und Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte und Adhäsion gegenüber nicht saugenden Feststoffoberflächen
Anmelder Lüth, Stefan, Dr., 8000 München, DE
Erfinder Lüth, Stefan, Dr., 8000 München, DE
Vertreter Hansmann, A., Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Vogeser, W., Dipl.-Ing.; Alber, N., Dipl.-Ing. Univ. Dipl.-Wirtsch.-Ing.Univ, Pat.-Anwälte, 8000 München; Boecker, J., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.- u. Rechtsanw., 6000 Frankfurt; Strych, W., Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 24.05.1991
DE-Aktenzeichen 4117040
Offenlegungstag 21.01.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1993
IPC-Hauptklasse B01D 17/022
IPC-Nebenklasse C02F 1/44   E02B 15/04   C09K 3/32   B01J 20/28   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgrenzen oder auch Trennen von Gemischen, die aus Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte und Adhäsion gegenüber Feststoffoberflächen zusammengesetzt sind.

Derartige aufgrund ihrer unterschiedlichen spezifischen Dichte nicht mischende Flüssigkeiten befinden sich nach ausreichender zeitlicher Ruhephase in Schichten übereinander, wobei vor allem in natürlicher Umgebung oft das Problem besteht, daß auf der großen Oberfläche der schweren, unten liegenden Flüssigkeit eine vom Umfang her begrenzte Fläche der leichteren Flüssigkeit lagert. Ein typischer Anwendungsfall ist eine Öllache auf einem natürlichen Gewässer. Deshalb wird nachfolgend dieser Fall beispielhaft für alle anderen Anwendungsfälle abgehandelt, was die Anwendung auf andere Beispiele durch die Erfindung nicht einschränken soll.

Bisher sind für die Entfernung einer Ölschicht auf Wasser folgende Methoden - abhängig von der jeweiligen Ölmenge - angewandt worden:

  • - Absaugen des Öles, was jedoch den Nachteil eines hohen Wasserbestandteiles des abgesaugten Gemisches (bis 90%) aufweist,
  • - chemisches Binden des Öles mit Hilfe von Detergentien, was den Nachteil aufweist, daß diese Detergentien meist ihrerseits die Umwelt stark belasten,
  • - physikalisches Binden des Öles durch Bindemittel mit großer Oberfläche und relativ kleinem Volumen wie gemahlenem Torf, Holzmehl, Papier, Polyurethan oder Kork. Der Nachteil liegt hier in der mangelnden Weiterverwendbarkeit der mit Öl getränkten Bindemittel, deren Umwelt-neutrale Entsorgung schwierig und teuer ist,
  • - Abfackeln des Öles, wobei der Nachteil in der Umweltverschmutzung der Umgebung durch Niedergehen eines ölartigen Regens liegt, und zusätzlich der Vorgang schwer steuerbar und bei Sturm überhaupt nicht möglich ist,
  • - biologischer Abbau des Öles, was mit dem Nachteil eines langsamen Ablaufes und hohen O2-Verbrauches (4 Kilogramm O2 pro Kilogramm Öl) behaftet ist, weswegen es bei akut auftretenden Verschmutzungen nicht anwendbar ist,
  • - und die rein vorbeugende Errichtung von Ölsperren und Ölbarrieren mit Hilfe von Schwimmkörpern, die jedoch nur bei ruhigem Wasser annähernd wirksam sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie Vorrichtungen zu dessen Durchführung zu schaffen, die gegenüber bisher bekannten Methoden ohne Nachteile arbeiten und insbesondere bei geringeren Kosten und geringer Umweltbelastung durchzuführen sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wird das Öl mit Fasern aus einem nichtsaugenden Feststoff gebunden, gegenüber welchem das Öl eine höhere Haftfähigkeit hat als das Wasser, so ergibt sich daraus zunächst der Vorteil, daß derartige Fasern im Vergleich zu ihrem Volumen eine weitaus höhere Oberfläche besitzen als die meist granulatartigen, bisher verwendeten physikalischen Bindemittel. Zusätzlich dringt das Öl nicht in den Feststoff ein, sondern lagert sich lediglich an dessen Oberfläche an, so daß eine spätere mechanische Abtrennung des anhaftenden Öles von den Fasern möglich ist, wobei nur ein äußerst geringer Teil des Öles an der Faser zurückbleibt.

Dadurch, daß die Faser aus einem Material besteht, zu dem Öl eine höhere Adhäsion aufweist als das Wasser, tropft nach dem Abheben der Fasern von der Wasseroberfläche von den Fasern in sehr kurzer Zeit das angelagerte Wasser ab, während das Öl aufgrund seiner größeren Adhäsion daran haften bleibt. Weiterhin ist die Abnahme der Fasern von der Oberfläche des Flüssigkeitsgemisches einfach aufgrund des Zusammenhaltes unter den Fasern, die sich aufgrund ihrer Struktur selbsttätig ineinander verhaken.

Sowohl das Ausbringen der Fasern als auch das Abnehmen der Fasern von der Oberfläche der Flüssigkeit wird erleichtert, wenn die Fasern gewirkartig ineinander verflochten sind.

Ein Material, welches bezüglich Öl eine höhere Adhäsion aufweist als gegenüber Wasser, ist Stahl, so daß als ein solches faseriges Gewirk feine Stahlwolle eingesetzt werden kann, deren Faserquerschnitt vorzugsweise in der Größenordnung von 1/10 000 mm2 bewegt. Auch Kunstoff-Fasern bzw. Gewirke hieraus können die entsprechenden Eigenschaften aufweisen.

Der Vorteil von Stahlwolle bzw. - bei entsprechend kürzeren Fasern zum Beispiel der Stahlspäne - besteht in den relativ niedrigen Herstellungskosten und der Umweltverträglichkeit.

Wenn ein Teil der Stahlwolle nach dem Ausbringen auf die Ölschicht nicht mehr eingesammelt wird oder werden kann, so wird die Stahlwolle aufgrund ihrer großen Oberfläche sehr schnell korrodieren. Da weder der Oxydationsprozeß noch die Ablagerung von Eisenoxyd in der Umwelt - in diesen Mengen - schädlich für die Umwelt sind im Vergleich zu den sonst eingesetzten Bindemitteln ist selbst bei nur teilweiser Wiederverwendung der Fasern dieses Verfahren sehr umweltfreundlich.

Der wesentliche Vorteil besteht jedoch darin, daß aufgrund der hohen Adhäsion zwischen Öl und Stahlwolle das Öl so stark an den Fasern der Stahlwolle gehalten wird, daß die Ausbreitung einer begrenzten Ölschicht auf dem Wasser verhindert wird, sofern die Stahlwolle auch nahe genug an die Randbereiche der Ölschicht herangebracht wird. Beim Aufstreuen von Stahlwolle auf einen dünnen Ölfilm ist ein deutliches Zusammenziehen des Ölfilmes in Richtung auf die Stahlspäne zu beobachten. Aufgrund des mechanischen Zusammenhaltes der Fasern innerhalb der Stahlwolle reichen die Abtriebskräfte des Öles auch nicht aus, die Fasern der Stahlwolle voneinander zu trennen und abzutreiben.

Die Adhäsion des Öles an der Stahlwolle ist so groß, daß selbst große Gewichtsmengen an Stahlwolle in die Ölschicht eingebracht werden können, ohne in die Wasserschicht abzusinken. Die Haftungskräfte gegenüber dem Öl sind dabei offensichtlich stärker als die Gewichtskräfte, die normalerweise Stahlwolle im Wasser untergehen lassen würden.

Daher ist es möglich, daß bei dem beschriebenen Verfahren dünne Fasern aus Stahl oder dünne Stahlwolle selbst ohne mechanische Schwimmhilfe einfach auf das Öl aufgestreut werden kann, ohne daß ein Absinken vor dem Abnehmen von der Flüssigkeitsoberfläche und dem Reinigen der Stahlwolle zu befürchten ist.

Auch beim Entnehmen der Stahlwolle und Weitertransportieren zu einer Trenneinrichtung entstehen keine Probleme, da in dieser Zeit, in der das Wasser von der Stahlwolle in ausreichendem Maße bereits abtropft, kaum Öl von der Oberfläche der Stahlwolle verlorengeht, bis in einem geeigneten Verfahrensschritt - mittels Abblasen durch Druckluft, abschleudern durch hohe Querbeschleunigungen wie Zentrifugieren etc. - eine Entfernung und Sammlung des Öles von der Stahlwolle geschieht.

Dabei sind sowohl kontinuierlich ablaufende als auch diskontinuierlich ablaufende Verfahren, also wiederholtes Eintauchen einer bestimmten Stahlwollemasse in das Öl, denkbar. Im Hinblick auf die Effizienz des Verfahrens ist bei größeren aufzunehmenden Ölmengen ein kontinuierliches Verfahren zu bevorzugen, da hierbei weniger Totzeiten entstehen.

Ein reines Abgrenzen des Umfanges der Ölschicht gegenüber der öllosen Wasseroberfläche ist durch schwimmende Barrieren aus Stahlwolle ebenfalls möglich, da die Adhäsion des Öles an der Stahlwolle ein Hindurchtreten des Öles durch die Stahlwolle und Verlassen der Stahlwolle auf der dem Ölfilm abgewandten Seite nicht zuläßt. Da die Stahlwolle dabei in dem Bereich des Wassers aufgesetzt werden muß, in dem das Wasser noch nicht vom Öl bedeckt wird, sind hier Schwimmkörper mit der Stahlwolle zu verbinden, um deren Absinken im Wasser zu verhindern.

Nach diesem Prinzip ist auch ein Ölabscheider in einer Abwasserleitung möglich, sofern dafür Sorge getragen wird, daß die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht so hoch ist, daß die kinetische Energie der auftreffenden Flüssigkeitsmoleküle größer ist als die Adhäsionskräfte der Ölteilchen an der Stahlwolle. Dies kann selbst bei schnell fließenden Abflußleitungen durch eine entsprechende Querschnittserweiterung oder ein Zwischenbecken, Syphon etc. sichergestellt werden.

Bei dem von der Stahlwolle wieder entfernten Öl-Wasser-Gemisch ergeben sich dabei sehr geringe Wasseranteile von unter 20%. Ein so geringer Wasseranteil ist mit anderen Verfahren kaum möglich. Auch die Bindefähigkeit der Stahlwolle gegenüber dem Öl ist so hoch, daß mit einem Gramm Stahlwolle bis zu 40 Gramm Öl gebunden und von der Wasseroberfläche abgenommen werden können.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Stahlwolle, solange sie bei dem gesagten Verfahren im Gebrauch ist, durch einen zurückbleibenden, geringfügigen Ölfilm weitestgehend gegen Korrosion geschützt bleibt, dagegen bei einem Zurücklassen in dem Flüssigkeitsgemisch ausreichend Sauerstoffkontakt besitzt, um relativ schnell zu korrodieren.

Für die Durchführung dieser Verfahren sind unterschiedliche Handhabungen der Stahlwolle möglich:

Die Stahlspäne oder Stahlwolle kann lose auf den Ölfilm ausgebracht und mit geeigneten Hilfsmitteln nach dem Benetzen durch das Öl wieder abgenommen und vom Öl befreit werden, welches aufgefangen und gesammelt wird. Je nachdem, ob die einzelnen Metallfasern dabei sehr stark, wie bei Stahlwolle, oder weniger stark, wie bei kürzeren Stahlspänen, mechanisch miteinander verhakt sind, kann das Ausbringen durch Wurf- oder Streuverfahren einerseits oder Auslegeverfahren, beispielsweise von einem Boot aus, andererseits erfolgen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Stahlwolle in Behälter mit entsprechend durchlässigen Außenwänden aufzunehmen, um dadurch größere, leicht handhabbare Pakete als Gebrauchseinheiten zu schaffen. Als Wandungen können Gitter mit möglichst großen Gitteröffnungen verwendet werden.

Die einfachste Möglichkeit besteht in dem Auflegen flacher derartiger Pakete, die sich am vorderen Ende eines Stieles befinden, auf die Ölschicht. Mit Hilfe des Stieles kann das Paket manuell oder maschinell anschließend wieder abgehoben und in eine Einrichtung zum Entfernen des Öles aus der Stahlwolle gebracht werden.

Für das Eingrenzen von Ölschichten bzw. das Weitertransportieren von Ölschichten auf der Wasseroberfläche an einen anderen Standort sind schlauchartige Barrieren einsetzbar, deren Querschnitt wenigstens teilweise mit dem Stahlwolle-Gewirk ausgefüllt ist. Aufgrund der notwendigen Höhe solcher Barrieren ergibt sich dabei ein Gesamtgewicht, welches nur durch Schwimmer an der Wasseroberfläche gehalten werden kann.

Für eine verbesserte Wirkung kann eine solche Barriere im Querschnitt aus nebeneinander liegenden Reihen von Stahlwolle und Schwimmkörpern bestehen, wobei jede zusätzliche Reihe die Wirksamkeit erhöht. Sofern dabei Stahlwolle und Schwimmer nur lose miteinander verbunden sind, wird die Handhabung der Stahlwolle-Anteile beim Entfernen des Öles verbessert, da dann ein Querbeschleunigen der Stahlwolle-Schläuche, ein Ausblasen von oben nach unten etc., leicht möglich ist.

Eine solche schlauchartige Gebrauchseinheit wird zum Abnehmen des Öles von der Wasseroberfläche am besten in endloser Form verwendet, wobei ein Teil des Schlauches auf der Wasseroberfläche schwimmt, und ein anderer Teil sich gerade in der Trennvorrichtung zum Entfernen des Öles von der Stahlwolle befindet, so daß durch einen permanenten Umlauf des Schlauches ein kontinuierliches Verfahren abläuft.

Als Gebrauchseinheiten können auch rotationssymmetrische Pakete aus Stahlwolle verwendet werden, die gegebenenfalls hohl ausgebildet sind. Diese Zylinder sind um ihre Symmetrieachse, die im wesentlichen senkrecht anzuordnen ist, schnell rotierend antreibbar, wobei die Lage des Paketes sowohl in der Höhe als auch in der Entfernung von der Trägereinheit, beispielsweise einem Boot, veränderbar ist.

Ein solcher senkrechtstehender Zylinder aus Stahlwolle kann mit Hilfe eines Auslegerarmes etc. von einem Boot aus in die Ölschicht eingetaucht und nach dem Benetzen der Stahlwolle mit dem Öl wieder herausgehoben werden. Die Entfernung des Öles geschieht am besten in einem an dem Außenumfang des Paketes angepaßten Behälter, der zumindest aus das Paket vollständig umschließenden Wänden besteht.

In einen solchen Behälter kann das benetzte Stahlwollepaket eingeführt und so schnell rotierend angetrieben werden, daß die Ölteilchen durch die Zentrifugalkräfte von der Stahlwolle weggerissen werden und gegen die Innenwände des Behälters prallen, an deren Innenwänden das Öl herabläuft und unten gesammelt wird. Falls verschiedene solcher Pakete nacheinander in dem gleichen Behälter zum Zentrifugieren eingebracht werden sollen, ist dieser Behälter vorzugsweise auf dem Boot oder einem anderem Standpunkt zu positionieren.

Denkbar ist jedoch auch die feste Zuordnung eines jeden Stahlwolle-Zylinders zu einem Behälter, der sich am Ausleger oberhalb des Paketes befindet, wobei das Stahlwolle-Paket entweder nach oben in den Behälter zurückgezogen werden kann - der dann lediglich einen Deckel, nicht jedoch einen Boden besitzt - und andererseits nach unten aus dem Behälter hervorgeschoben und in die Ölschicht eingetaucht werden kann. In diesem Fall entfällt die Rückführung des Stahlwolle-Zylinders auf die Ausgangsbasis, jedoch muß von jedem Behälter bzw. dessen Auffangrille am unteren Behälterende eine Abführmöglichkeit für das entfernte Öl geschaffen werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die beschriebenen rotationssymmetrischen Walzen vertikal anzuordnen, und mehrere solche Walzen wiederum um eine horizontale Zentralachse herum anzuordnen. Die gesamte Gebrauchseinheit wird dann so über der Flüssigkeit gehalten, daß wenigstens die am tiefsten liegende Walze in das Öl eintaucht und durch langsame Rotation rund um mit Öl benetzt wird. Danach wird die gesamte Einheit um die Zentralachse herum weitergedreht, so daß die benetzte Walze aus der Flüssigkeit gehoben wird. Sobald sich diese benetzte Walze ausreichend lange über der Flüssigkeit befunden hat, um das Wasser abtropfen zu lassen, wird sie schnell in Rotation versetzt, um das Öl abzuschleudern. Bei einer hohlen Walze kann dies - wie bei den anderen Vorrichtungen auch - durch das Abblasen mittels Druckluft ersetzt oder zumindest unterstützt werden. Hierzu muß sich die Walze in einem ausreichend geschlossenen Behälter befinden, an dessen Innenwänden das abzentrifugierte Öl gesammelt wird. Auch eine solche Vorrichtung kann kontinuierlich zum Beispiel am vorderen Ende eines Ausliegers von einem Boot aus, betrieben werden.

Anhand der Figuren werden einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung im Folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein einzelnes Paket aus Stahlwolle,

Fig. 2 eine magnetische Ausbring- und Entnahmevorrichtung für lose Stahlwolle,

Fig. 3 einen senkrecht rotierenden Stahlwollezylinder,

Fig. 4 eine Einheit mit waagerechten, rotierenden, Stahlwollen-Walzen,

Fig. 5 eine hohlzylindrische, vertikal-rotierende Stahlwolle-Walze,

Fig. 6 ein Boot mit endlos umlaufendem Stahlwolle-Schlauch und

Fig. 7 Detaildarstellungen im Zusammenhang mit dem Stahlwolle-Schlauch.

Fig. 1 zeigt ein flaches Paket 3, bestehend aus einem Gitterkorb 1, in welchem sich Stahlwolle 2 befindet. An der Oberseite des Paketes 3 ist ein Stiel 4 befestigt, mit dessen Hilfe das Paket 3 in das Öl 6 auf dem Wasser 5 getaucht und anschließend abgehoben werden kann, um in einer Trennstation von dem Öl befreit zu werden.

Je nach dem Gewicht des Gitterkorbes 1 und der Höhe der Füllung aus Stahlwolle 2 muß das Paket 3 mit Hilfe des Stieles 4 entweder bis zum vollständigen Bedecken mit dem Öl 6 nach unten gedrückt oder gegen ein Absinken gehalten werden, was bei kleinen Ölmengen in der Regel manuell, bei größeren Ölmengen maschinell geschehen wird.

Der Stiel 4 kann mit Hilfe schnell lösbarer Verbindungsvorrichtungen am Paket 3 befestigt sein, so daß die ölgetränkten Pakete 3 auf einem Transportband oder ähnliches abgelegt werden können, um automatisch in einer in Fig. 1 nicht dargestellten Trennstation bearbeitet zu werden.

Fig. 2 zeigt ein Boot 8, auf welchem bei größeren Ölmengen auf dem Wasser mit Hilfe eines magnetischen Förderbandes 7lose Stahlwolle ausgebracht und im ölbenetzten Zustand wieder eingesammelt und vom Öl getrennt werden kann.

Das magnetische Förderband 7 erstreckt sich vom Boot aus schräg nach unten bis in das Öl hinein, wobei beispielsweise auf die Oberseite des Förderbandes 7 laufend Stahlwolle oder Stahlspäne aufgebracht werden. Aufgrund der magnetischen Oberfläche des Förderbandes rutschen diese Späne nicht sofort in die Flüssigkeit ab, sondern werden gleichmäßig verteilt mittels des Förderbandes 7 in diese eingebracht und beim Durchlaufen des Ölfilmes mit Öl benetzt.

Entlang der Unterseite des Förderbandes wird die benetzte Stahlwolle aus dem Wasser gehoben, wobei das anhaftende Wasser vor dem Erreichen des Bootes weitestgehend abtropft. Kurz vor dem oberen Ende des Förderbandes 7 wird die Stahlwolle durch Entmagnetisieren des Förderbandes und/oder einen entsprechenden Abstreifer 31 abgenommen und auf die Oberseite eines im wesentlichen waagerecht verlaufenden, umlaufenden Gitterbandes 10 aufgelegt. Dieses Gitterband 10 bewegt sich unter Druckluftdüsen 9 hindurch, die von oben her gegen das Gitterband 10 und damit die aufgelegte Stahlwolle 2 gerichtet sind, und das anhaftende Öl von der Stahlwolle abblasen in eine unter dem Obertrum des Gitterbandes 10 angeordnete Ölwanne.

Anstelle der losen Stahlwolle kann hier auch eine entsprechend dimensioniertes und durch Drahtgitter etc. ummanteltes Stahlwolle-Band eingesetzt werden. Allerdings erlaubt lose Stahlwolle ein unter Umständen schnelleres Ausbringen auf dem Ölfilm, um dessen weitere Ausbreitung zu verhindern. Die Entnahme und Reinigung der Stahlwolle kann dann mit Hilfe der in Fig. 2 beschriebenen Fördereinrichtungen vollzogen werden, wofür ein größerer Zeitraum zur Verfügung steht.

Das in Fig. 3 dargestellte Verfahren funktioniert dagegen ausschließlich mit Stahlwolle 2, die durch begrenzende Gitter etc. am Umfang zusammengehalten wird und eine rotationssymmetrische Form, beispielsweise einen Zylinder 14, bildet. Der Zylinder 14 befindet sich am unteren Ende einer Achse 15 die sich mit seiner Symmetrieachse deckt.

Der Zylinder 14 paßt in einen unten offenen Behälter 12, durch dessen Deckel sich auch die Achse 15 erstreckt.

Dieser Behälter 15 wird über die Flüssigkeit gebracht und der Zylinder 14 mit der Stahlwolle 2 mittels der Achse 15 nach unten aus dem Behälter 12 herausgeschoben und in das Öl 6 auf dem Wasser 5 eingetaucht, wie in Fig. 1 dargestellt.

Dabei kann der Zylinder 14 langsam drehend mittels der senkrechten Achse 15 angetrieben werden um eine gleichmäßige Benetzung der Stahlwolle 2 mit dem Öl 6 zu erreichen. Anschließend wird die Achse und damit der Zylinder 14 in den Behälter 12 zurückgezogen, bis sich der Zylinder 14 vollständig innerhalb des Behälters 12 und oberhalb der Auffangrinne 16 befindet, die sich am unteren Ende der Wände 13 des Behälters 12 umlaufend und nach innen gerichtet befindet, wie in Fig. 3c dargestellt.

Durch schnell rotierendes Antreiben der Achse 15 wird das in dem Zylinder 14 gehaltene Öl 6 herausgeschleudert und prallt gegen die Innenseite der Wände 13 an denen es in die Auffangrinne 16 herabläuft und abgeführt werden kann.

Durch wiederholtes Eintauchen in den Ölfilm, unter Umständen an verschiedenen Stellen der Wasseroberfläche, kann damit das Öl 6 weitestgehend entfernt werden.

Eine kontinuierliche Vorgehensweise zeigt Fig. 4, in der die Stahlwolle 2 in waagerecht gelagerten, drehbar antreibbaren Walzen 23 bis 26 gehalten wird, die ebenfalls von einem Gitter oder anderen durchlässigen Wänden entlang ihres Umfanges zusammengehalten werden. Diese Walzen 23 bis 26 sind wiederum um eine Zentralachse 18 drehbar angeordnet, und gegeneinander durch bezüglich der Zentralachse 18 radiale Trennwände 20 voneinander getrennt.

Die obere Hälfte dieser waagerechten Einheit ist von einer etwa halbzylindrischen Kuppel 19 abgedeckt. Im Inneren der Einheit befindet sich eine ebenfalls im wesentlichen waagerecht verlaufende Auffangrinne 22, die auf der Oberseite eine solche Öffnungsweite aufweist, daß die neben einer im höchsten Punkt positionierten Walze angeordneten Trennwände 20 mit ihren inneren, freien Enden 21 oberhalb der Auffangrinne 22 enden.

Dadurch ist es möglich, eine solche Einheit beispielsweise mittels Auslegern von Schiffen aus so über dem Wasser entlang zu bewegen, daß sich die am tiefsten liegende Walze wenigstens etwas in die Schicht aus Öl 6 eintaucht und durch langsame Drehung um ihre Symmetrieachse 17 während dieses Eintauchens vollständig vom Öl 6 benetzt wird. Die jeweils im höchsten Punkt der Einheit befindliche Walze wird dagegen schnell rotierend angetrieben, so daß das an der Stahlwolle 2 anhaftende Öl gegen die Innenseite der Kuppel 19 oder die radialen Trennwände 20 geschleudert wird. Von dort aus läuft das Öl 6 in die im Zentrum der Einheit angeordnete Auffangrinne 22, von der aus es in einem Sammelbehälter abgeführt wird.

Fig. 5 zeigt demgegenüber eine kontinuierlich arbeitende Einheit mit einem einzelnen, waagerecht gelagerten Hohlzylinder 27, dessen Umfangsflächen aus einer relativ dünnen Schicht Stahlwolle bestehen, die wiederum zwischen inneren und äußeren Zylinderwänden 32, 33 aus einem Gitter etc. gehalten sind. Dieser Hohlzylinder 27 ist mit Hilfe von Schwimmern 36 etc. so über der Wasseroberfläche geführt, daß sein unterer Teil in die Ölschicht eintaucht und durch langsames Rotieren des Hohlzylinders 27 das Öl 6 aus dem Wasser hebt. In der Nähe des höchsten Punktes dieses Hohlzylinders bewegt sich die Schicht aus Stahlwolle 2 unmittelbar unter Druckluftdüsen 29 hindurch, die mit vergleichsweise niedrigem Druck von wenigen Atmosphären Luft von oben nach unten durch die Stahlwolle 2 pressen und dadurch das anhaftende Öl 6 in eine dem Zentrum des Zylinders 27, unterhalb der Druckluftdüsen 29 angeordnete Auffangrinne 22 blasen.

Zusätzlich befindet sich ein Abstreifer 31 zwischen der Seitenwand der Auffangrinne 22 aus in Anlage an der inneren Zylinderwand 32 um das nach dem Abblasen dort gesammelte Öl ebenfalls in die Auffangrinne abzustreifen. Die Schwimmer 36 können sich dabei innerhalb des Hohlzylinders 27 unter der Auffangrinne 28 befinden, oder auch außerhalb des Hohlzylinders 27 an dessen Stirnflächen.

Die Drehgeschwindigkeit des Hohlzylinders beträgt dabei 5 bis 20 Umdrehungen pro Minute, abhängig vom Durchmesser des Hohlzylinders 27, da vom Verlassen der Stahlwolle aus der Ölschicht bis zum Erreichen der Druckluftdüsen 29 wenigstens 10 Sekunden für das Abtropfen des Wassers vergehen sollten. Aus diesem Grund sollte sich die freie obere Fläche der Auffangrinne 22 nur über einen relativ geringen Teil des Durchmessers des Hohlzylinders 27 unterhalb der Druckluftdüsen 29 erstrecken, um ein Abtropfen des Wassers in die Auffangrinne möglichst zu vermeiden.

Auf diese Art und Weise kann der Wassergehalt des gesammelten Öles auf unter 25% gesenkt werden.

Fig. 6 zeigt den Einsatz eines endlosen Schlauches oder Bandes aus Stahlwolle von einem Entsorgungsschiff 34 aus: Auf dem Schiff 34 befindet sich eine Trennstation 38, welche von dem Schlauch 37 durchlaufen wird. Vor und hinter der Trennstation 38 befindet sich wenigstens eine Umlenkrolle 43, von denen wenigstens eine als Antriebsrolle 45 dient. Wenigstens eine weitere Umlenkrolle 43 befindet sich außerhalb des Schiffes 34 an einem Ausleger 44 auf der Wasseroberfläche.

Spätestens auf dem Wege des Rücklaufes von der außenliegenden Umlenkrolle 43 zum Schiff taucht der Schlauch 37 in die Ölschicht 1, so daß die im Schlauch enthaltene Stahlwolle 2 mit dem Öl, welches auf der Wasseroberfläche schwimmt, benetzt wird.

Durch den Umlauf des Schlauches 37 gelangt die mit Öl benetzte Stahlwolle des Schlauches in die Trennstation 38 auf dem Schiff.

Wie in Fig. 7a und 7b dargestellt, handelt es sich dabei um eine Schleuderkammer 39, in welcher der Schlauch 37 durch eine Pleuelstange 40 oder auch einen Exzenter etc. so stark querbeschleunigt wird, daß das daran haftende Öl weggeschleudert wird und auf die Innenseiten der weitgehend geschlossenen Schleuderkammer 39 auftrifft, und sich an deren Boden sammelt und abgeführt wird.

Zusätzlich oder auch an Stelle einer solchen Schleuderkammer kann der Schlauch 37 auch die in Fig. 7b dargestellte Ausblaskammer 60 durchlaufen, die ebenfalls - bis auf die Ein- und Auslaßöffnungen für den Schlauch 37 - weitgehend geschlossen ist. Innerhalb der Ausblaskammer 60 wirken von oben her Druckluftdüsen 29 auf den Schlauch 37 ein, mit deren Hilfe das Öl von der Stahlwolle abgeblasen wird. Anstelle der Druckluftdüsen 29 bzw. ergänzend zu diesen können in der Gegenrichtung Unterdruck-Düsen an der Stahlwolle 2 des Schlauches angreifen und das Öl absaugen.

Welche Trennmethode anzuwenden ist, wird durch die zur Verfügung stehenden Umgebungsmöglichkeiten und auch die Querschnittsform des verwendeten Schlauches bestimmt. Bei rundem Schlauchquerschnitt kann das Querbeschleunigen durch Exzenter oder Pleuderstange gut angewandt werden, sofern der Schlauch, also dessen gitterartige Umhüllung, ausreichend elastisch ist.

Das Ausblasverfahren ist dagegen dann am besten geeignet, wenn der Querschnitt der Stahlwolle 2 im Schlauch 37 in Querrichtung möglichst konstant bleibt, also beispielsweise bei einem Rechteckquerschnitt des Schlauches.

Fig. 7c zeigt eine mögliche Form eines Schlauches, die zusätzlich auch zum Abtrennen des Außenumfanges eines Ölfilms gegenüber der nicht benetzten Wasseroberfläche geeignet ist:

Zwischen je zwei Schwimmer-Bändern 47 befindet sich ein Stahlwolleband 48, das seinerseits wiederum von einer gut öldurchlässigen Umhüllung wie einem Gitter etc. zusammengefaßt ist. In Längsrichtung kann dieses Stahlwolle-Band auch aus einzelnen Elementen bestehen, die dann jedoch in möglichst geringem Abstand hintereinander befestigt sein sollten. Die Breite des gesamten Bandes 46 ist lediglich durch die Handhabung begrenzt, da jedes zusätzlich angekoppelte Stahlwolle-Band 48 die Wirksamkeit zwischen Ölfilm und Wasseroberfläche verbessert.

Fig. 8 zeigt eine Möglichkeit, Stahlwolle in einer fließenden Flüssigkeit zum Abtrennen von Öl aus dem Wasser zu benutzen: Dafür ist entscheidend, daß die Durchflußgeschwindigkeit des Flüssigkeits-Gemisches durch die Stahlwolle so gering ist, daß die Ölteilchen nicht von der Stahlwolle weggerissen werden können.

Zu diesem Zweck läuft das Flüssigkeits-Gemisch durch einen im Vergleich hierzu großen Behälter 54, welcher durch eine von unter aufragende Trennwand 53 in eine erste Kammer 51 und eine zweite Kammer 52 unterteilt wird. In der einen Kammer befindet sich der Zulauf 49 des Flüssigkeits-Gemisches knapp über den Boden des Behälters, während sich in der zweiten Kammer - möglichst weit entfernt vom Zulauf 49 - der Auslauf 50 in einer Höhe befindet, die knapp über der Oberkante der Trennwand 53 liegt. Der Auslauf 50 ist durch ein Paket der Stahlwolle 2 verschlossen, so daß die ausströmende Flüssigkeit diese Stahlwolle 2 passieren muß.

Durch die Anordnung des Zulaufes 49 in der Nähe des Bodens der ersten Kammer 51 beruhigt sich in dieser ersten Kammer die Strömung des Zulaufes 49 weitestgehend, so daß bereits hier eine Trennung durch Aufsteigen der Öltröpfchen an die Oberfläche und Absinken der Wasserteilchen nach unten stattfindet. Dieser Prozeß wird nach dem Überlaufen über die Trennwand 53 in der zweiten Kammer 52 verstärkt stattfinden, so daß sich in dieser zweiten Kammer nur noch wenige Ölteilchen innerhalb des Wasserschicht befinden werden.

Damit ist das Öl weitestgehend auf der Oberfläche gesammelt und strömt - bei ausreichend großer Grundfläche des Paketes aus Stahlwolle - mit an dieser Stelle nur geringer Strömungsgeschwindigkeit auf den Auslauf 50 zu. Zum Wiederaufbereiten ist das Paket aus Stahlwolle 2 entnehmbar.

Besonders bei den Anwendungen, bei denen die Stahlwolle stark mechanisch beansprucht wird, wie etwa beim Abschleudern des Öles, empfiehlt es sich, die Widerstandsfähigkeit des Gewirks zu erhöhen. Zu diesem Zweck können die einzelnen Fasern miteinander verklebt werden, z. B. durch einsprühen eines Klebers in das Gewirk. Dabei sollen möglichst viele der gegenseitigen Berührungspunkte der Fasern des Gewirks miteinander verklebt werden, jedoch ansonsten ein möglichst geringer Teil der Oberfläche der Fasern benetzt werden. Dies kann durch Verwendung von Klebern erreicht werden, die sich an den Kreuzungspunkten koagulieren.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Trennen von Gemischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte und Adhäsion gegenüber nicht saugenden Feststoffoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Flüssigkeit mit höherer Adhäsion in Kontakt mit Fasern aus nicht saugendem Material gebracht wird,
    2. - die Fasern aus der Flüssigkeit entnommen werden und
    3. - die an den Fasern anhaftende Flüssigkeit weitgehend von diesem entfernt wird, so daß die Fasern zur erneuten Benutzung zur Verfügung stehen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Flüssigkeiten um Wasser und Öl handelt und als Fasern ein wollartiges Gewirk aus Kunstoff- oder Metallfasern eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gewirk um Stahlwolle oder feine Stahlspäne handelt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fasern der Stahlwolle oder Stahlspäne einen Querschnitt in der Größenordnung von 1/10 000 mm2 aufweisen.
  5. 5. Verfahren nach einem vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. das Gewirk lose auf den Ölfilm ausgebracht und kontinuierlich oder diskontinuierlich mit geeigneten Hilfsmitteln wieder aus der Flüssigkeit entnommen und vom Öl befreit wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des Öles von den Fasern, bzw. dem Gewirk durch Zentrifugieren, schnelles Schütteln, Abblasen mit Druckluft oder Absaugen mit Unterdruck geschieht.
  7. 7. Vorrichtung, insbesondere zu Durchführung nach einem der Verfahren 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewirk von gitterartigen Wandungen mit großen Durchlässen zu Gebrauchseinheiten zusammengehalten wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebrauchseinheit die Gestalt eines flachen Paketes mit einem nach obenragenden Stiel zum manuellen oder maschinellen Führen des Paketes besitzt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebrauchseinheit die Form eines schlauchartigen Gebildes aufweist, dessen Querschnitt mindestens teilweise mit dem Gewirk gefüllt ist und wobei der Schlauch mit Hilfe von Schwimmern an der Wasseroberfläche im Öl schwimmt.
  10. 10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch endlos ausgebildet ist und umlaufend angetrieben ist, wobei ein Teil des Schlauches auf der Wasseroberfläche schwimmt und ein anderer Teil in einer Trennvorrichtung zum Trennen des Öles von dem Gewirk mittels Querbeschleunigung oder Abblasen zum Wiedereinsatz aufbereitet wird.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebrauchseinheiten die Form eines aufrechtstehenden rotationssymmetrischen, gegebenenfalls hohlen Paketes aufweist, welches um die im wesentlichen senkrecht stehende vertikale Symmetrieachse schnell rotierend antreibbar ist, und in einem zumindest seitlich umfaßenden Behälter mit am unteren Rand umlaufende Auffangrille angeordnet ist und aus diesem vollständig nach unten ausfahrbar ist.
  12. 12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rotationssymmetrische Walze aus dem unfaßenden Behälter nach unten in das Öl getaucht wird, bis das gesamte Gewirk mit Öl benetzt ist, anschließend nach oben in den Behälter zurückgezogen und so schnell rotierend angetrieben wird, daß das an dem Gewirk anhaftende Öl gegen die Innenwände des Behälters geschleudert und über die Auffangrillen abgeführt wird, wobei bei hohlzylindrischen Gestaltung des Paketes eine Unterstützung durch Druckluftdüsen vom Hohlraum des Paketes her vorhanden sein kann.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Gebrauchseinheit aus einer rotationssymmetrischen Walze mit im wesentlichen horizontalen Symmetrieachse besteht, die schnell rotierend um ihre horizontale Achse antreibbar ist, und wobei mehrere solche Walzen um eine horizontale Zentralachse herum angeordnet sind, um welche die gesamte Einheit drehbar antreibbar ist und so über die Flüssigkeiten gebracht werden kann, daß wenigstens die am tiefsten liegende Walze in das Öl eintaucht.
  14. 14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß sich die gesamte Einheit langsam um die Zentralachse dreht, wobei die momentan im Öl befindliche, am tiefsten liegende Walze langsam rotiert, um möglichst vollständig mit Öl benetzt zu werden, die momentan im oberen Bereich befindlichen Walzen schnell rotierend angetrieben werden zum Abschleudern des aufgenommenen Öles, welches durch geeignete Auffang- und Leitvorrichtungen gesammelt und abgeführt wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Öles vom Gewirk zusätzlich durch Abblasen mittels Druckluft unterstützt wird.






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