Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausflocken von flockierbaren Substanzen in Suspensionen, insbesondere zur Reinigung des Rückwassers von Deinking-Anlagen für die Alt¬ papieraufbereitung, wobei der Suspension chemische Mittel in -einer zum Ausflocken notwendigen Menge sowie Luft zugegeben werden, die gebildeten Flocken in einem Behälter an Luft- bläschen angelagert an die Oberfläche aufschwimmen und als Schwimmschlamm abgetrennt werden.

Eine solche Anordnung wird insbesondere zur Reinigung des Rückwassers von Deinking-Anlagen benötigt. Solche Deinking-Anlagen dienen dazu, Druckfarben vom Altpapier zu trennen und zu entfernen, damit ein sauberer, heller, wieder verwendbarer Papierstoff als Rohstoff für Neupapier ent¬ steht. Die Druckfarben werden dabei im Schaum von Flota¬ tionsanlagen oder im Filtrat von Waschanlagen abgeschieden. Ein Teil findet sich auch im Filtrat eines eventuell nach¬ geschalteten Eindickers. Das Wasser an allen diesen Anfall-

stellen wird aus wirtschaftlichen Gründen teilweise oder ganz rezirkuliert und zur neuen Auflösung von Altpapier wie¬ der verwendet.

Dieses Rückwasser ist jedoch mit Druckfarben, Faser¬ feinstoffen und anderen Substanzen, die beim Deinking-Ver- fahren aus dem Altpapier abgetrennt werden, verunreinigt. Der Gehalt an suspendierten Feststoffen kann beispielsweise zwischen 500 und 3500 mg/1 liegen. Würde dieses Wasser unbe- handelt wieder zur Auflösung von Altpapier verwendet, würde das Altpapier zusätzlich verschmutzt. Das Rückwasser muss daher gereinigt werden.

Stand der Technik

Es ist bekannt, diese Rückwasser-Reinigung durch Zugabe von Chemikalien vorzunehmen und die Fremdstoffe in einem Behäl¬ ter auszuflocken und abzutrennen, beispielsweise in Flota¬ tionsanlagen. In solchen Flotationsanlagen wird dabei Luft zugeführt und im Wasser fein verteilt. Im Behälter schwimmen dann die Feststoffe, von der Luft an die Oberfläche trans¬ portiert, als Schwimmschlamm auf und können mit entspre¬ chenden Einrichtungen vom Klarwasser abgeschöpft werden.

Als Chemikalien können dabei verschiedene kationische Mittel und/oder anionische sowie nicht-ionische Chemikalien einzeln oder in Kombination verwendet werden, z.B. Alaun als ein geeignetes, polymeres kationisches Mittel und z.B. Poly- acrylamid als zusätzliches anionisches Polymer, oder z.B. hochpolymerische Polyoxiprodukte als nicht-ionische Mittel. Um eine optimale Qualität des gereinigten Rückwassers zu erhalten, ist es nötig, jede einzelne Che ikalie möglichst

genau in der zum optimalen Ausflocken der Fremdstoffe not¬ wendigen Menge zuzugeben, d.h. die Chemikalienzugabe jedes einzelnen Mittels darf weder unterdosiert sein, noch über¬ dosiert. Dies lässt sich durch ein Regelverfahren erreichen, indem die Wirkung mittels geeigneter Messgeräte, beispiels¬ weise Trübungsmesser an geeigneten Stellen bestimmt wird und mit einer daran angeschlossenen Regeleinrichtung durch Aus¬ wertung des gemessenen Trübungsgrades und des Massenflusses einerseits, und der Menge und Konzentration der Chemikalien- zugäbe andererseits, die Zugabe auf einen optimalen Flockungs- oder Trübungsgrad geregelt wird. Dabei kann die Reinigungswirkung durch Zugabe mehrerer Mittel an verschie¬ denen Zugabestellen hintereinander weiter verbessert werden.

Bei bekannten Flotationsanlagen war jedoch die Reini¬ gungswirkung im Flotationsbehälter, d.h. das Aufschwimmen der flockierten und an Luftbläschen angelagerten Substanzen und deren Abtrennung vom Klarwasser noch nicht optimal, und die Anlagen mussten daher, um eine genügende Leistung pro Zeiteinheit und einen hinreichenden Durchsatz aufzuweisen, überdimensioniert werden und arbeiteten relativ unwirt¬ schaftlich.

Darstellung der Erfindung

Um die genannten Nachteile des Standes der Technik zu besei¬ tigen, setzt die Erfindung sich die Aufgabe, eine Anordnung zum Ausflocken von flockierbaren Substanzen in Suspensionen, insbesondere zur Reinigung des Rückwassers von Deinking-Anlagen für die Altpapieraufbereitung zu schaffen, bei welcher die Flockungswirkung und die Reinigungsleistung im Behälter verbessert ist und einen optimalen Wert

erreicht, um einen grösseren Durchsatz und eine optimale Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen.

Die erfindungsge ässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension von einem Reservoir über eine Leitung einem Behälter zuführbar ist, dass vor dem Behälter Zugabe¬ stellen für Flockungsmittel und Luft vorgesehen sind, und dass im Behälter ein Rotor vorgesehen ist, der um einen ver¬ tikalen Schaft rotierbar ist und zwei sich im wesentlichen horizontal vom Schaft nach aussen erstreckende Arme auf¬ weist, wobei die mit Flockungsmitteln und Luft versetzte Suspension durch den Schaft dem einen Arm unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche oder Schwimmschlammschicht im Behäl¬ ter zuführbar ist und die von aufgeschwommenen, ausge- flockten Substanzen befreite Flüssigkeit vom anderen Arm oberhalb des Bodens des Behälters durch den Schaft abführbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Arm, über den die Suspension zugeführt wird, in einer geringeren Tiefe im Behälter vorgesehen ist, als der andere Arm, über den die Flüssigkeit abgeführt wird.

Mit besonderem Vorteil sind die beiden Arme in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet, und zwar so, dass der obere Zuführarm dem unteren Abführarm bei Rotation nacheilt, so dass bei jeder Umdrehung des Rotors das Klarwasser abgeführt wird, kurz bevor neue Suspension in den Behälter zugeführt wird.

Besonders zweckmässig ist es, Messvorrichtungen im Behälter vorzusehen, die an einem weiteren, mitrotierenden Arm ange-

bracht sein und als Trübungsmesser ausgebildet sein können, und welche das Verhalten der ausgeflockten Substanzen, bei¬ spielsweise deren Aufstiegsverhalten oder Abscheidung bestimmen und mittels einer Regelschaltung die Che ^' mikalien- zugabe, die Suspensionszuführung oder die Rotationsge¬ schwindigkeit des Rotors auf eine optimale Reinigungswirkung zu steuern vermögen. Zusätzlich können an verschiedenen Stellen vor dem Behälter noch weitere Messgeräte zur opti¬ malen Regelung der Chemikalienzugabe vorhanden sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele einer Rückwasser-Reinigungsanlage näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Schema einer Rückwasser-Reinigungsanlage,

Figur 2 einen darin verwendeten Flotationsbehälter in der Aufsicht,

Figur 3 das Schema einer weiteren Rückwasser-Reinigungs¬ anlage im Schnitt,

Figur 4 eine Fördereinrichtung für Schwimmschlamm,

Figur 5 einen Rotor mit Verteilarm im Längsschnitt, und

Figur 6 einen Querschnitt durch diesen Rotor nach Ebene VI-VI.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung

Bei der in Figur 1 dargestellten Anlage wird einem Roh¬ wasserreservoir 1 beispielsweise das Rückwasser einer Dein- king-Anlage zugeführt, welches suspendierte Feststoffe in einer Konzentration von etwa 500 - 1500 ppm enthalten kann. Das Reservoir 1 ist mit einer Leitung 2, in der eine Pumpe 3 vorgesehen ist, mit einem Behälter 4 verbunden, in den das Rückwasser über einen Arm 36 hineingeführt und das Klar- wasser über einen anderen Arm 35 abgeführt wird.

Dem Rückwasser im Reservoir 1 wird über eine steuerbare Pumpe 15 ein kurzkettiges, niedermolekulares, stark katio¬ nisches Mittel 5 zur weitgehenden Ladungsneutralisation zugeführt. Dieses Mittel kann beispielsweise aus nieder-molekularem, stark kationischem Polymer, sowie Kombi¬ nationen eines solchen Polymers mit mehrwertigen Metallka¬ tionen-Verbindungen, z.B. Aluminium-Chlorid oder Alumi- ium-Oxichlorid bestehen. Die getrennte Zugabe der Metall- kationen-Verbindungen ist ebenfalls möglich. Bei genügender Durchmischung des Rückwassers mit dem Mittel kann auf eine Verdünnung bei der Anwendung von Polymer sogar verzichtet werden.

In die Leitung 2 wird nach der Pumpe 3 ein langkettiges, hoch-molekulares kationisches Mittel 6 über eine Pumpe 16 zugeführt. Dieses Mittel 6 bewirkt in der Leitung 2 eine Mikroflockenbildung.

Anschliessend wird kurz vor dem Reinigungsbehälter 4 noch ein hochmolekulares anionisches Mittel 7 über eine Pumpe 17 zugeführt. Dieses weitere Mittel 7 bewirkt nun eine Makro-

flockenbildung in dem in den Behälter 4 einströmenden Roh¬ wasser. Im Behälter 4 werden die flockierten, aufschwim¬ menden Verunreinigungen als Schwimmschlamm 8 über eine Lei- tung 18 abgeführt und das geklärte Rückwasser als Klarwasser 9 über eine Leitung 19 ebenfalls abgeführt. Ein Teil 10 die¬ ses Klarwassers wird dabei mittels einer Pumpe 11 abgezweigt und in einer Mischeinrichtung 13 mit Luft versetzt und dann über einen Sättigungsbehälter 14 an einer Stelle 12 wieder mit Luft gesättigt in die Zuführleitung 2 eingegeben.

Zur Regelung der optimalen Zugabemenge der verschiedenen Mittel 5, 6 und 7 sind eine Reihe von Messvorrichtungen für charakteristische Eigenschaften des Rückwassers bzw. der durch die einzelnen Chemikalien erzeugten Wirkung vorgesehen und mit Regeleinrichtungen verbunden, welche wiederum die steuerbaren Pumpen 15, 16 und 17 für die Mittelzugabe ansteuern.

Im Rohwasserreservoir 1 ist zunächst ein Ladungsmessgerät 20 vorgesehen, welches die Massenladung in der Suspension misst und über die Regeleinrichtung 30 die Pumpe 15 für die Zugabe des ersten Mittels 5 so steuert, dass eine weitgehende Ladungsneutralisation im Rohwasserreservoir stattfindet. Durch diese Neutralisation wird erreicht, dass der Flockungsvorgang durch Zugabe weiterer, andersartiger Chemi¬ kalien überhaupt erst optimal eingestellt werden kann.

Die Wirkung des zweiten Mittels 6, welches zunächst eine Mikroflockenbildung in der Leitung 2 verursacht, wird mit- tels eines weiteren Messgerätes 21 in der Leitung 2 in gewissem Abstand von der Zugabestelle des zweiten Mittels bestimmt. Bei diesem Messgerät 21 kann es sich beispiels-

weise um einen Trübungsmesser handeln, oder um ein Gerät zur Messung des Massenflusses, d.h. des Volumens und des Fest- stoffgehaltes. Dieses Messgerät 21 steuert über eine Regel¬ einrichtung 31 die steuerbare Pumpe 16 für die Zugabe des zweiten Mittels 6 an und regelt diese auf einen bezüglich der Mikroflockenbildung optimalen Wert.

In Flussrichtung nach dem Messgerät 21, jedoch noch vor dem Behälter 4, wird in die Leitung 2 das dritte Mittel 7 zuge- geben, das eine Makroflockenbildung bewirkt. Das Aufschwimm¬ verhalten der ausgeflockten Fremdstoffe im Behälter 4 durch die Anlagerung der Luft wird mit wenigstens einem weiteren Messgerät 22 gemessen, welches beispielsweise ebenfalls als Trübungsmesser ausgebildet ist. Dieses Gerät 22 befindet sich in gewissem Abstand vom Einlauf in den Behälter 4, um eine Veränderung im Aufstiegsverhalten der Flocken messen zu können, z.B. an einer Stelle, an der die Abscheidung der Feststoffe einen bestimmten Wert erreicht, z.B. mindestens 10%. Dieses Messgerät 22 steuert über eine Regelschaltung 32 die steuerbare Pumpe 17 an und dosiert die Zugabe des drit¬ ten Mittels 7 so, dass auch die Klärwirkung im Behälter 4 optimal eingestellt wird.

Im Behälter 4 kann noch ein weiterer, ähnlich aufgebauter Trübungsmesser 23 vorgesehen sein, mit dem noch weitere Informationen über das Verhalten der gebildeten Flocken gewonnen werden können, beispielsweise durch Beobachtung des Zeitverlaufs der Klärung. Die beiden Trübungsmesser 22 und 23 können dabei die Trübung in verschiedenem Abstand vom Einlauf des Rohwassers in den Behälter 4 angebracht sein und den Trübungsgrad ausserdem in verschiedener Höhe im Behälter 4 bestimmen. Mittels der Regelschaltung 33 kann auch auf

diese Weise ein Mittel, z.B. das Mittel 7, mit Hilfe der Pumpe 17 dosiert werden. Stattdessen kann dazu jedoch auch ein weiteres Trübungsmessgerät 24 in der Klarwasserleitung 19 dienen, dessen Messwert in der gleichen Weise mit dem Messwert des Geräts 22 verglichen wird.

Der in Figur 1 in aufgeklapptem Zustand im Schnitt und in Figur 2 in Aufsicht dargestellte Behälter 4 ist mit Vorteil als zylindrische Wanne mit einigen Metern Durchmesser ausge- bildet, in der ein Rotor um eine vertikale Achse 38 so lang¬ sam rotiert, dass die Klärwirkung nicht beeinträchtigt wird, z.B. mit einer Umdrehung in etwa 15 Minuten. Vom Schaft 34 um die Achse 38 erstrecken sich die horizontal mehrere Arme 35, 36, 37 mit über ihre gesamte Länge vom Schaft bis zum Ende verteilten Oeffnungen nach aussen. Mit einem in Bewe¬ gungsrichtung vorangehenden Arm 35 wird das Klarwasser vom Boden abgeschöpft und mit einem in spitzem Winkel folgenden Arm 36 Rohwasser, vorzugsweise in etwas geringerer Tiefe unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche oder der Schwimm- schlammschicht 8 zugeführt. Der letzte Arm 37 trägt die bei¬ den Trübungsmesser 22 und 23, die die Trübung in verschie¬ denem Abstand vom Einlauf 36 und gegebenenfalls zusätzlich in verschiedener Tiefe messen.

Mittels dieser Messgeräte 22, 23 kann, wie bereits erwähnt, die Dosierung der Chemikalienzugabe gesteuert werden, und gegebenenfalls auch über die Pumpe 3 die Menge der pro Zeit¬ einheit dem Behälter 4 zugeführten Suspension oder auch die Rotationsgeschwindigkeit des gesamten Rotors um die Achse 38. Die Reinigungsanlage kann dabei so gesteuert werden, dass über den Arm 36 erst dann neue, mit Flockungsmitteln und Luft versehene Suspension zugeführt wird, wenn die Rei-

nigungswirkung an dieser Stelle, d.h. das Ausflocken und Aufschwimmen der abzutrennenden Fremdstoffe bereits so weit fortgeschritten ist, dass vom unmittelbar vorangehenden Arm 35 am Boden des Behälters 4 relativ klares Wasser abge- schöpft werden kann. Der Zuführarm 36 ist dabei höchstens in der gleichen Tiefe im Behälter 4 angeordnet wie der Abführ¬ arm 35, vorzugsweise jedoch in geringerer Tiefe, so dass vom Abführarm keine aufschwimmenden Flocken erfasst werden. Damit wird die Reinigungswirkung und die Wirtschaftlichkeit der Anlage optimal.

Während bei der in Figur 1 dargestellten Anlage die Abfüh¬ rung der Schwimmschlammschicht 8 mit einer einfachen Ueber- laufleitung 18 am Rande des Behälters 4 erfolgt, kann die Entfernung aufgeschwommener, ausgeflockter Substanzen auch mit grösserer Effizienz durch zusätzliche Fördereinrich¬ tungen, wie Schaufelräder, Transportschnecken, Blas- oder Absaugeinrichtungen, welche den Schwimmschlamm in Richtung auf eine Abführleitung transportieren, erreicht werden.

Figur 3 zeigt eine solche besonders vorteilhafte Reinigungs¬ anlage im Schnitt. Hierbei wird dem Schaft 34 im Behälter über eine Zuführleitung 2 die mit Flockungsmittel 7 ver¬ setzte Suspension zugeführt und in den höher gelegenen, nacheilenden Arm 36 verteilt. Das Klarwasser wird vom tiefer gelegenen Arm 35 über eine weitere Bohrung des Schaftes 34 der Klarwasserleitung 19 zugeführt. Wiederum wird ein Teil 10 dieses Klarwassers über einen Sättigungsbehälter 14 mit Luft gesättigt und über die Leitung 12 in die Zuführleitung 2 eingegeben. Die auf der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter 4 aufschwimmende Schwimmschlammschicht 8 wird in diesem Aus¬ führungsbeispiel mittels einer, an einem weiteren, mitrotie-

renden Arm 39 an der Welle 34 befestigten Förderschnecke 40 nach innen transportiert und in einen Trichter 41 einer zusätzlichen zentralen Bohrung 43 des Schaftes 34 eingeführt und über eine Schlammleitung 42 nach aussen abgeführt.

Figur 4 zeigt eine besonders günstige Ausbildung einer För¬ dereinrichtung, welche insbesondere zur Entfernung von rela¬ tiv dickem und steifem Schwimmschlamm geeignet ist. Dabei ist die Förderschnecke 40 in einer Wanne 44 in der Form einer Zylinderhalbschale angeordnet, in welcher der Schwimm¬ schlamm mittels der Schnecke 40 in Richtung zum Zentrum transportiert wird. Die Kanten dieser Wanne 44 liegen ober¬ halb der Schwimmschlammschicht 8. Um den Schwimmschlamm in diese Wanne 44 hinein zu bewegen, ist parallel zur Förder- Schnecke 40 ein Flügelrad 45 vorgesehen, welches mehrere flache, sich über die gesamte Breite des Armes erstreckende Flügel 46 aufweist. Dieses Schaufelrad 45 bzw. dessen Flügel 46 laufen in einem Leitblech 47 um und heben dabei die Schwimmschlammschicht 8 an und leiten sie in die Wanne 44. Um auch relativ steife Schwimmschlammschichten 8 anheben zu können, ist es zweckmässig, zwischen den Flügeln 46 schräg¬ gestellte Schaufeln 48 vorzusehen, welche den Schwimmschlamm auflockern. Durch Oeffnungen zwischen den Haltestegen 49 der Schaufeln 48 fällt der aufgelockerte Schwiirunschlamm auf die Flügel 46 und wird von diesen in die Wanne 44 transportiert.

Figuren 5 und 6 zeigen einen Rotor mit einem Schaft 34 und Verteilarmen 35 und 36 im Längsschnitt und im Querschnitt. Hierbei sind im feststehenden Schaft 34 ein Zuführkanal 50 für die Suspension, ein Abführkanal 51 für Klarwasser und ein Abführkanal 52 für den abgeschöpften Schwimmschlamm vor¬ gesehen. Der Schaft 34 ist von zwei Manschetten 53 und 54

umschlossen, an denen die Arme 35 und 36 angebracht sind und welche mit den Armen zusammen umlaufen. Diese Manschetten 53 und 54 sind gegen den Schaft 34 abgedichtet und lassen um den Schaft 34 herum jeweils einen ringförmigen Raum 55 bzw. 56 frei, in den das Klarwasser vom Arm 35 durch eine Oeff- nung 57 in den Kanal 51 abgeführt bzw. die Suspension über den Kanal 50 durch eine Oeffnung 58 des Schaftes 34 hinein¬ geführt und in den Arm 36 verteilt werden kann. Die ringför¬ migen Räume 55 und 56 innerhalb der Manschetten 53 und 54 erlauben also eine Verteilung der Flüssigkeit bezüglich der Arme 35 und 36 bei jeder beliebigen Winkelstellung. Um eine gleichmässige Verteilung in den Suspensions-Zuführarm 36 bei allen Stellungen zu gewährleisten, ist es zweckmässig, innerhalb dieses Armes geeignet geformte Leitflächen 59 vor- zusehen. Die beiden Manschetten 53 und 54 können eng benach¬ bart oder zu einer mechanischen Einheit vereinigt sein, so dass der Abführarm 35 für das Klarwasser etwas tiefer liegt als der Suspensions-Zuführarm 36 und somit praktisch keine ausgeflockten, in der Regel aufsteigenden Fremdstoffe erfasst. Auf diese Weise wird eine besonders gute Wirksam¬ keit und Wirtschaftlichkeit der Reinigungsanlage erreicht.