Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklonaufstromwäscher zur Feststoffabscheidung, Feststoffsortierung, Feststoffaustrag und Feststoffentwässerung sowie ein Austragssystem für das in der Feststoffaufbereitung separierte organische Material.

In der Rohstoffgewinnung, Feststoffaufbereitung und Abwasserbehandlung ist in vielen Fällen eine Fest-Flüssig-Trennung, eine Aufbereitung des Feststoffs und eine weitgehende Entwässerung des Feststoffs im Rahmen des Aufbereitungsprozesses erforderlich. Die Fest-Flüssig-Trennung, z.B. von Sand und Wasser, erfolgt dabei im wesentlichen über die Sedimentation oder Trennung im Zentrifugalfeld. Aufgrund der Gleichfälligkeit von Partikeln unterschiedlicher Dichte und Korngröße werden bei diesen Prozessen in vielen Fällen neben den mineralischen Feststoffanteilen auch organische Feststofffraktionen mit abgeschieden. Die weitestgehend vollständige Trennung zwischen Sand und organischem Material erfolgt deshalb in einem nachgeschalteten Aufstromwäscher. Im Aufstromwäscher bildet sich ein Wirbelbett mit einem vom Bettmaterial abhängigen Dichtegradienten aus. Dies fuhrt dazu, daß sich die organischen Partikel vom Sand trennen und oberhalb des Sandbettes anreichern. Aufgrund dieser Schichtung kann das leichtere organische Material oben und der Sand im unteren Bereich ausgetragen werden. Anschließend wird der Sand, z.B. über eine Schnecke, aus dem System ausgetragen und statisch entwässert.

Im Bereich der Abwasserbehandlung werden in den meisten Fällen Langsandfänge, die als belüftete und unbelüftete Sandfänge ausgeführt werden, zur Sandabscheidung eingesetzt. Die Langsandfanganlagen haben den Nachteil, daß sie zur Erzielung einer geringen Fließgeschwindigkeit großvolumig ausgeführt werden müssen, was auch ein großräumiges Bauwerk nach sich zieht. Zudem ist insbesondere bei Feinsanden unter 0,2 mm nur eine eingeschränkte Abscheideleistung möglich. Der Einsatz eines Hydrozyklons zur Abscheidung von Sand aus dem Rohabwassers erfolgt bisher nur in Ausnahmefällen. Aufgrund der geringen Fließgeschwindigkeit wird in den Langsandfängen auch partikuläres organisches Material abgeschieden. Daher wird das im Langsandfang abgeschiedene Material in einem Aufstromwäscher vom organischen Material befreit und anschließend Sand und organisches Material getrennt abgeführt.

In den Aufbereitungsverfahren zur Feststoffbehandlung und Rohstoffgewinnung sind im Gegensatz zur Abwasserbehandlung Hydrozyklone weit verbreitet. Der im Zyklon abgeschiedene Feststoff tritt mit der aus dem Unterlauf abfließendenden Flüssigkeit aus dem Zyklon aus. Der Unterlauf des Zyklons wird in den Aufstromwäscher geleitet und dort der Feststoff vom organischen Material getrennt und anschließend getrennt abgeführt.

Der Langsandfang hat den Nachteil, daß er, will man die Bauwerksgröße im vertretbaren Rahmen halten, nur über eine eingeschränkte Leistung bei der Abscheidung von Feinsanden verfügt. Zudem werden beim Langsandfang und im Hydrozyklon größere Mengen an organischem Material abgeschieden, so daß die hier abgeschiedenen Feststoffe zur weiteren Behandlung einem Aufstromwäscher zugeführt werden müssen. Da es sich bei der Abscheidung und Aufbereitung des Feststoffes um zwei getrennte Verfahrensschritte handelt, werden diese Verfahrensschritte in getrennten Anlagen durchgeführt. Bei einer üblichen Aufbereitungsanlage aus Hydrozyklon und Aufstromwäscher wird der Hydrozyklon so angeordnet, daß das Feststoff-/Flüssigkeitsgemisch aus dem Unterlauf in einen Aufstromwäscher geleitet wird. Dort wird dann durch kontinuierliche Zuführung von Aufstromwasser ein Wirbelbett erzeugt, in dem sich die spezifisch schweren Partikeln am Boden des Aufstromwäschers anreichern, wohingegen die spezifisch leichten Partikeln mit dem Aufstromwasser aus dem Wäscher ausgetragen werden. Zur Ausschleusung der spezifisch schweren Feststofffraktion wird das Wirbelbett am Boden des Wäschers kontinuierlich (z.B. über einen Schwanenhals) oder diskontinuierlich (durch taktweises Öffnen eines Ablassventils) abgelassen. In einer Anlage mit Langsandfang wird häufig der Sand in Bodennähe an einer Stelle gesammelt und von hier aus über eine Pumpe der weiteren Behandlung in einem Aufstromwäscher zugeführt.

Nachteilig ist, daß in beiden beschriebenen Fällen zum Transport des Feststoffes auch eine hohe Flüssigkeitsmenge erforderlich ist. So fallen beispielsweise bei der konventionellen Kombination aus den jeweils kontinuierlich betriebenen und baulich getrennten Verfahrensstufen Hydrozyklonierung und Aufstromsortierung wegen des mit dem Unterlauf des Zyklons ausgetragenen Flüssigkeitsstroms und des notwendigen Aufstromwassers große Suspensionsmengen an. Diese Suspensionsströme müssen in nachfolgenden Prozeßschritten meist aufwendig entwässert werden.

Bei einer hohen organischen Belastung des Feststoff-Flüssigkeitsgemisches im Zulauf des Aufstromwäschers ist die Trennung von Feststoff und Flüssigkeit problematisch, da die Absetzvorgänge und die Trennung von Sand und organischem Material durch das organische Material beeinträchtigt wird. Es besteht die Gefahr, daß bei hoher hydraulischer Beschickung neben dem organischen Material auch Sand in den Oberlauf gelangen und bei entsprechend schlechter Trennung von Sand und organischem Material der Sand immer noch erhebliche Restanteile an organischen Feststofffraktionen enthalten kann. Häufig wird deshalb eine zusätzliche Mischeinrichtung zur Auflockerung des eingetragenen Organik-Feststoffgemisches angeordnet.

Diese Nachteile werden durch die hier angemeldete Erfindung vermieden. Bei der hier vorgestellten Aufbereitungsanlage, dem Hydrozyklonaufstromwäscher, werden u.a. die beiden Verfahrensschritte Sandabscheidung und Aufstromwäsche so kombiniert, daß zwischen der Abscheidung des Feststoffs im Hydrozyklon und der Aufbereitung in einem Aufstromwäscher kein Flüssigkeitstransport stattfindet. Die Verfahrensschritte Abscheidung, Aufbereitung, Transport und Entwässerung werden beim Hydrozyklonaufstromwäscher in einem geschlossenen System durchgeführt.

Der Hydrozyklonaufstromwäscher besteht im wesentlichen aus einem Hydrozyklon Hy, dem Aufstromwäscher Aw, einem Austragssystem Asf, hier z.B. als Schnecke ausgeführt, und einer Abzugseinrichtung Aso für das organische Material.

Der Transport der zu behandelnden Flüssigkeit erfolgt über eine geeignete Fördereinrichtung Fe, z.B. Pumpen, in den Hydrozyklon Hy. Hervorgerufen durch die tangentiale Einleitung in den Hydrozyklon Hy werden die Feststoffe durch die Zentrifugalkraft an die Außenwandung des Hydrozyklons Hy transportiert und aus der unteren Öffnung U1 des Hydrozyklons Hy ausgetragen. Im Gegensatz zu der üblichen Betriebsweise tritt aus der unteren Öffnung U1 des Hydrozyklons Hy nur der Feststoff und keine Flüssigkeit aus. Der Austrag des Feststoffes aus der untern Öffnung U1 erfolgt lediglich durch die Schwerkraft des Feststoffes, der, unterstützt durch die Drehbewegung des rotierenden Zykloninhalts, aus der unteren Öffnung U1 des Hydrozyklons Hy austritt.

Die weitestgehend vom Feststoff befreite Flüssigkeit tritt durch den Oberlauf 01 des Hydrozyklons Hy aus.

Das Gemisch aus organischem Material und z.B. Sand sedimentiert in dem Aufstromwäscher Aw und lagert sich auf dem bereits behandelten Material ab. Durch den Eintrag des Aufstromwassers Asw, daß durch die Membran M gleichmäßig am Boden des Aufstromwäschers Aw verteilt wird, bildet sich ein Wirbelbett aus. Dies führt dazu, daß sich die organischen Partikel vom Sand trennen und oberhalb des Sandbettes anreichern. Der Füllstand des Sandes wird über eine kapazitive Sonde Ks gemessen, und bei entsprechendem Sandfüllstand wird das Austragssystem Asf aktiviert. Das Austragssystem Asf, hier z.B. als Transportschnecke ausgeführt, transportiert den Sand aus dem Aufstromwäscher Aw heraus. Im oberen Bereich des Austragssystems Asf wird der Sand entwässert. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal des Hydrozyklonaufstromwäschers ist, daß das Austragssystem Asf so hoch geführt wird, daß der sich im Hydrozyklon Hy und im Aufstromwäscher Aw aufbauende Wasserdruck nicht in der Lage ist, den Wasserstand in dem Austragssystem Asf über die Höhe der Austragsöffnung Aö zu heben. Das Austragssystem Asf wird zudem noch so weit verlängert, daß eine ausreichende Strecke zur Entwässerung des Sandes innerhalb des Austragssystems Asf oberhalb des höchsten Wasserstandes in dem Austragssystem Asf zur Verfügung steht.

Das organische Material, das sich aufgrund des sich im Aufstromwäscher Aw einstellenden Dichteunterschiedes oberhalb des behandelten Feststoffes sammelt, wird von einer Abzugseinrichtung Aso aus dem Aufstromwäscher Aw ausgetragen. Diese Abzugseinrichtung Aso ist hier beispielhaft als Druckluftheber ausgeführt. Alternativ wäre auch ein Austrag mit einer Pumpe oder ein seitlicher Ablaß mit entsprechender Verschlußeinrichtung denkbar. Bei einer Ausführung als offenes System, wie es bei der hier vorgestellten Drucklufthebervariante der Fall ist, muß die Austragsleitung so hoch geführt werden, daß der Innendruck in dem Hydrozyklonaufstromwäscher nicht ausreicht, den Wasserspiegel in der Austragsleitung der Abzugseinrichtung Aso so weit anzuheben, daß ein Ablauf aus diesem Rohr erfolgt. Erst mit der Inbetriebnahme der Luftzuführung über einen Verdichter V kann ein Überlauf und damit eine Ableitung des organischen Materials erfolgen.