DE1532711B1 - Kontinuierlich arbeitende Vollmantelzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich arbeitende Vollmantelzentrifuge für Flüssigkeiten, die schwer absetzbare Feststoffe enthalten.

Kontinuierlich arbeitende Vollmantelzentrifugen bestehen aus einer rotierenden Schleudertrommel, in der eine mit anderer Geschwindigkeit rotierende Feststoffaustragsschnecke koaxial angeordnet ist.

Derartige Zentrifugen haben bei der Entwässerung von Schlämmen, deren Teilchen im kolloidalen Bereich liegen, keinen guten Abscheidegrad. Dieser Umstand macht sich nachteilig bemerkbar bei Abwasseranlagen, gleichgültig, ob es sich um Industrieoder um Kommunal-Abwasser handelt, denn das von der Zentrifuge abgeschiedene Zentrifugat (flüssige Phase) muß an irgendeiner Stelle wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Der Klassiereffekt dieser Vollmantelzentrifugen im Bereich von Viooo mm bewirkt dabei eine derartige Anreicherung von Feinststoffen, daß das Feststoffausbringen in relativ kurzer Zeit sehr niedrige Werte annimmt — zum Beispiel unter 50% — und es deshalb notwendig wird, die Maschine außer Betrieb zu nehmen. In einigen Fällen hat man sich dadurch geholfen, daß man die Vollmantelzentrifuge nur stundenweise in Betrieb nimmt, um eine gewisse Menge an Feststoffen aus dem Abwasser-Kreislauf herauszunehmen. Die während der Betriebsperiode zurückgeführten Feinststoffe werden in der Stillstandszeit der Zentrifuge entweder chemisch oder biologisch ausgeflockt, so daß auf diese Weise der Einfluß des Feinstkorns eliminiert wird.

Eine Verbesserung des Abscheidegrades von Vollmantelzentrifugen läßt sich auch durch eine stetige Anwendung von Flockungsmitteln erreichen. Die Kosten für diese Flockungsmittel belasten aber die an sich schon aufwendige Abwasserbehandlung beträchtlich. Es ist daher immer wieder versucht worden, auf konstruktivem Wege den Abscheidegrad der Vollmantelzentrifugen zu verbessern. Man hat zum Beispiel den sogenannten »Gegenstrom« von Feststoffen und Flüssigkeit innerhalb der Zentrifuge durch einen »Gleichstrom« ersetzt. Im letzteren Fall wird also die Aufgabetrübe der Vollmantelzentrifuge nicht im mittleren Bereich der Schleudertrommel aufgegeben, wobei dann die Feststoffe durch die Schneckenwendeln in der einen Richtung und die Flüssigkeit in der anderen Richtung strömen, sondern die Aufgabe erfolgt am Ende der Trommel, wobei dann die Flüssigkeit kurz vor Beginn des konischen Trockendecks abgeschöpft wird (USA.-Patentschrift 1383 313). Die hierbei erzielbare Verbesserung hinsichtlich des Feststoffausbringens ist jedoch nicht immer ausreichend.

Auf Grund theoretischer Überlegungen sind ferner die sogenannten »Langmantelmodelle« entstanden mit einem Durchmesser-Längen-Verhältnis von 1: 3 bis 1:5. Mit diesen Konstruktionen will man ein hohes Feststoffausbringen erzielen dadurch, daß man einerseits den Rotordurchmesser klein hält, um auf Grund der gültigen Festigkeitsregel hohe Drehzahlen zu ermöglichen und damit eine hohe Fliehkraftbeschleunigung, und daß man andererseits durch die Länge des Rotors eine große Klärfläche schafft. Es hat sich erwiesen, daß diese Zentrifugen eine wesentlich höhere Durchsatzleistung haben, daß aber der Klassiereffekt im Feinstkornbereich durch diese Konstruktion nicht unterbunden wird.

Eine andere konstruktive Maßnahme besteht darin, daß man die Strömung der Flüssigkeit nicht innerhalb der Schneckenwendeln verlaufen läßt, sondern oberhalb der Schneckenwendeln in rein axialer Richtung. Konstruktiv bedeutet dies, daß die Schneckenwendein eine geringe Höhe aufweisen, so daß die Schnecke über einen Teil ihrer axialen Erstreckung vollständig in das Flüssigkeitsbad eintaucht (französische Patentschrift 958 825). Obwohl bei dieser reinen Axialströmung die Strömungsgeschwindigkeit ίο um ein Vielfaches kleiner ist als die Strömung zwischen den Schneckenwendeln, reicht die Verweilzeit normalerweise nicht aus, um einen hohen Abscheidegrad zu erzielen.

Die Erfindung geht von einer solchen Konstruktion aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, das Feststoffausbringen zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in das Flüssigkeitsbad ein koaxial zur Schnecke und zur Trommel für sich drehbar gelagerter, rotationssymmetrisch ausgebildeter Beschleunigungskörper mit radialem Abstand von der Feststoffschnecke eintaucht. Dieser Beschleunigungskörper kann mit wesentlich höheren Drehzahlen betrieben werden als die Schnecke und die Schleudertrommel. Er verleiht daher der Flüssigkeit im Inneren der Trommel vom Bereich der Oberfläche ausgehend eine höhere Rotationsgeschwindigkeit, als sie bisher durch Schnecke und Trommel allein erzielt werden konnte. Es können deshalb feinere Teilchen als bisher zum Absetzen gebracht werden, so daß das Feststoffausbringen erhöht wird.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Innenwandung des Beschleunigungskörpers als ein in an sich bekannter Weise in Strömungsrichtung sich erweiternder Flüssigkeitszulaufkegel ausgebildet sein, auf dem die in die Trommel einströmende Flüssigkeit bereits eine erhebliche Vorbeschleunigung erhält.

Zweckmäßig ist der Beschleunigungskörper fliegend in der Hohlachse des Zentrifugenmantels gelagert. Er besitzt ferner vorteilhaft einen eigenen Drehantrieb, da eine Verbindung mit dem Drehantrieb der Schleudertrommel oder der Schnecke über ein Getriebe zu einer zu niedrigen Begrenzung der Drehzahl führen würde.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer kontinuierlich arbeitenden Vollmantelzentrifuge gemäß der Erfindung in einem schematischen Längsschnitt dargestellt.

Die Zentrifuge besteht aus einer Vollmantelschleudertrommel 1, die von einem Gehäuse 2 umgekleidet ist. Die Trommel weist einen zylindrischen Teil 1 α und einen konisch sich verjüngenden Teil 1 b auf. Am Ende des konischen Teiles sind Feststoffaustragsöffnungen 3 vorgesehen, in der gegenüberliegenden Stirnwand 4 Auslassöffnungen 5 für die geklärte Flüssigkeit. Die Wellen 6 und 7 der Trommel sind außerhalb des Gehäuses 2 in Lagern 8 bzw. 9 drehbar gehalten.

Im Innern der Schleudertrommel 1 ist eine Feststoffaustragsschnecke 10 angeordnet, deren Form derjenigen der Trommel 1 etwa entspricht. Im konischen Teil sind die Schneckenwindungen auf einer konisch verlaufenden Schneckentrommel 11 befestigt, während sie im zylindrischen Teil frei gehalten oder, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, durch Stäbe od. dgl. versteift sind, so daß ein ungehindertes Absetzen der Feststoffe gewährleistet ist. Die Schneckentrommel 11 ist über eine Stirnscheibe 12 mit der Antriebswelle 13 der Schnecke verbunden, die ihrerseits

in der Hohlwelle 6 der Schleudertrommel drehbar gelagert ist. Die Höhe der Schneckenwindungen im Verhältnis zum Flüssigkeitsüberlauf 5 ist so gewählt, daß die Windungen des zylindrischen Schneckenteiles vollständig unterhalb des sich im Inneren der Trommel einstellenden zylindrischen Flüssigkeitsspiegels 14 liegen.

Koaxial zur Trommel 1 und zur Feststoffaustragsschnecke 10 ist im Bereich des zylindrischen Trommelteiles ein Beschleunigungskörper 15 angeordnet, der mit Hilfe der Welle 16 in der Hohlwelle 7 der Trommel 1 fliegend und für sich drehbar gelagert ist. Der Außenmantel 17 des Beschleunigungskörpers ist rotationssymmetrisch, und zwar im Ausführungsbeispiel zylindrisch, ausgebildet, er kann aber auch eine kegelige oder eine andere rotationssymmetrische Form besitzen. Der Durchmesser dieses Teiles ist so gewählt, daß der Beschleunigungskörper in das Flüssigkeitsbad eintaucht, jedoch einen freien radialen Abstand von der Feststoffaustragsschnecke 10 einhält, so daß zwischen Schnecke 10 und Beschleunigungskörper ein ringförmiger Strömungskanal 18 für die Flüssigkeit frei bleibt.

Durch die hohle Antriebswelle 16 ragt ein Flüssigkeitszulaufrohr 19 in das Innere des doppelwandigen Beschleunigungskörpers 15. Die Innenwandung 20 des Beschleunigungskörpers stellt einen Flüsigkeitszulaufkegel, der sich in der Strömungsrichtung der zulaufenden Flüssigkeit erweitert, dar.

Während des Betriebes' rotiert die Schleudertrommel 1 mit einer Drehzahl n_t im Uhrzeigersinn vom Flüssigkeitszulauf aus gesehen, während die Feststoffaustragsschnecke 10 mit einer etwas geringeren Drehzahl n_o im gleichen Drehsinn umläuft. Hierbei ist die relative Drehzahl zwischen Trommel und Förderschnecke, von der Seite der Flüssigkeitsaufgabe her betrachtet, entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet. Der Beschleunigungskörper, der getrennt angetrieben wird, läuft dagegen in der gleichen Drehrichtung wie die Schnecke und die Trommel um, jedoch mit einer Drehzahl n», die höher ist als n_t und π». Die durch das Rohr 19 zugeführte Flüssigkeit trifft auf den rotierenden Flüssigkeitszulaufkegel 20 auf und wird durch diesen bereits vorbeschleunigt. Sie gelangt in das Flüssigkeitsbad und strömt im wesentlichen durch den ringförmigen Kanal 18 zum Flüssigkeitsüberlauf 5. Auf diesem Wege wird sie durch den Beschleunigungskörper 15 weiter beschleunigt, so daß sie zumindest im Bereich der Oberfläche mit einer höheren Geschwindigkeit rotiert als die Feststoffaustragsschnecke 10 und die Trommel 1. Auf die in der Flüssigkeit enthaltenen feinen Feststoffe wirken daher sehr große Zentrifugalkräfte ein, so daß auch sehr feine Teilchen nach außen in den Bereich der Feststoffaustragsschnecke getrieben werden. Noch während des Absetzvorganges werden diese Teilchen durch die Windungen der Förderschnecke zum Feststoffaustrag hin transportiert. Während dieses Transportes können sich die Feststoffteilchen vollständig zum Trommelmantel absetzen. Die von der Oberfläche des Trübebades schließlich abgezogene Flüssigkeit ist praktisch frei von Feststoffen.

Von besonderem Vorteil ist der Beschleunigungskörper der Zentrifuge gemäß der Erfindung auch beim Anfahren der Zentrifuge. Der Beschleuniger kann hierbei im Sinne einer Flüssigkeitskupplung verwendet werden. Hierzu gibt man der Maschine zu Beginn des Startes zunächst Wasser auf. Ist der Wasserspiegel im Inneren der Trommel bis zum Überlauf 5 gestiegen, läßt man zunächst den Motor für den Beschleunigungskörper 15 anlaufen. Über die Flüssigkeitsreibung wird dann das gesamte System in langsame Rotation versetzt, so daß man anschließend den Hauptmotor für die Zentrifuge einschalten kann, ohne daß es zu unzulässigen Belastungsstößen kommt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kontinuierlich arbeitende Vollmantelzentrifuge für Flüssigkeiten, die schwer absetzbare Feststoffe enthalten, bestehend aus einer Schleudertrommel, in der eine mit anderer Geschwindigkeit rotierende Feststoffaustragsschnecke koaxial angeordnet ist, die über einen Teil ihrer axialen Erstreckung in das Flüssigkeitsbad eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß in das Flüssigkeitsbad ein koaxial zur Schnecke (10) und zur Trommel (1) für sich drehbar gelagerter, rotationssymmetrisch ausgebildeter Beschleunigungskörper (15) mit radialem freiem Abstand von der Feststoffschnecke eintaucht.

2. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (20) des Beschleunigungskörpers (15) als ein in an sich bekannter Weise in Strömungsrichtung erweiternder Flüssigkeitszulaufkegel ausgebildet ist.

3. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungskörper (15) fliegend in der Hohlachse der Schleudertrommel (1) gelagert ist.

4. Vollmantelzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungskörper (15) mit einem Drehantrieb in Verbindung steht, der ihm eine Rotationsgeschwindigkeit verleiht, die höher ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Schleudertrommel und der Feststoflaustragsschnecke.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen