Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen fließfähiger Stoffe unterschiedlicher Dichte einer Suspension. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Derartige Vorrichtungen sind üblicherweise als eine sogenannte Schneckenzentrifuge, auch Dekanter genannt, ausgebildet und werden unter anderem bei der Klärschlammbehandlung in Kläranlagen eingesetzt. Die Vorrichtungen umfassen eine teils zylindrische, teils konische, waagrecht rotierende Trommel, die einen Hohlraum umschließt, und eine im Hohlraum angeordneten Förderschnecke. Die Trommeldrehzahl bestimmt die Größe der Zentrifugalbeschleunigung in der Vorrichtung. Zwischen der Trommel und der Förderschnecke wird eine Differenzdrehzahl eingestellt. Diese ist notwendig, um die in der Suspension enthaltenen Feststoffpartikel, die sich an der Innenfläche der Trommelwand absetzen, über den konischen Teil der Vorrichtung abzuführen. Die auf diese Weise aus der Suspension gewonnene Flüssigphase (Zentrat) verlässt die Trommel am gegenüber liegenden Ende.

Die Differenzdrehzahl bestimmt die Geschwindigkeit oder den Massestrom, mit der bzw. mit dem die Feststoffe aus der Vorrichtung gefördert werden und damit die Verweilzeit der Feststoffe in der Trommel. Je länger die Verweilzeit, desto geringer der Wassergehalt in der Feststoffphase. Das Förderdrehmoment der Förderschnecke ist analog zur Feststoff füllung der Trommel und wird bei modernen Dekantern über die Differenzdrehzahl automatisch angepasst. Die minimale Differenzdrehzahl wird durch ein maximal zulässiges Förderdrehmoment begrenzt . Außerdem muss die Förderschnecke mindestens so viele Feststof fe abführen wie der Vorrichtung zugeführt werden, sonst gelangt der überschüssige Anteil der Feststof fe in das Zentrat .

Häufig ist eine ef fektive Phasentrennung nur möglich, wenn der zuströmenden Suspension sogenannte Flockungshil fsmittel , die insbesondere als Polymere ausgebildet sind, zugegeben werden . Die Flockungshil fsmittel üben einen Einfluss auf die Flockengröße und infolgedessen auf die Absetzgeschwindigkeit und das Absetzverhalten der Feststof fe im Zentri fugal feld aus . I st die Absetzgeschwindigkeit zu gering, können sich die Feststof fe innerhalb der kurzen Verweil zeit der Flüssigphase in der Vorrichtung nicht an der Wand absetzen und werden teilweise mit dem Zentrat ausgetragen . Außerdem beeinflussen Flockungshil fsmittel die Verdichtung der Feststof fe an der Trommelwand und beeinflussen somit auch das Drehmoment der Förderschnecke und den Trockensubstanzgehalt der ausgetragenen Feststof fe .

Die komplexe Optimierungsaufgabe bei der Trennung fließ fähiger Stof fe unterschiedlicher Dichte , beispielsweise bei einer Klärschlammentwässerung mit Dekantern hinsichtlich der einstellbaren Parameter Flockungshil fsmittelmenge und Di f ferenzdrehzahl besteht darin, einen möglichst hohen Trockensubstanzgehalt in der Feststof fphase und einen möglichst geringen Trockensubstanzgehalt in der Flüssigphase bei gleichzeitig wirtschaftlichem Einsatz der Flockungshil fsmittel während des gesamten Entwässerungsprozesses zu erzielen .

Da die Verweil zeit der Feststof fe in der Vorrichtung relativ groß ist , stellt der Trockensubstanzgehalt der austretenden Feststof fphase die Verhältnisse in der Vorrichtung nur mit erheblicher Zeitverzögerung dar . Außerdem stehen keine zuverlässigen, kontinuierlich arbeitenden Trockensubstanz- Messungen für die Feststof fphase zur Verfügung . Aufgrund seiner sehr kurzen Verweil zeit bietet sich die Qualität des Zentrats als Messgröße für den optimalen Betrieb der Vorrichtung an .

Das austretende Zentrat ist häufig mit kleinen Luft- oder Gasbläschen beaufschlagt , die auf die starken Verwirbelungen in der Vorrichtung und die oftmals vorhanden oberflächenaktiven Inhaltsstof fe der Flockungshil fsmittel zurückzuführen sind . Herkömmliche Trübungsmessungen erkennen eingeschlossene Luftbläschen als Feststof f teilchen und arbeiten deshalb ohne eine aufwendige Entgasung des Zentrats unzuverlässig .

Das austretende Zentrat hat außerdem eine starke Neigung zur Belagbildung auf medienberührten Oberflächen . In der kommunalen Abwasserreinigung bereitet vor allem Magnesium- Ammonium- Phosphat (MAP ) große Schwierigkeiten . Die Substanz neigt zum Inkrustieren und kann mit der Zeit ganze Rohrleitungssysteme verstopfen . Besonders die Linsen medienberührter, optischer Messsysteme können innerhalb kürzester Zeit belegen und müssen sehr aufwendig gereinigt werden, um zuverlässig reproduzierbare Messergebnisse zu liefern .

In der DE 10 2005 054 504 B4 wird eine nicht näher beschriebene Trübungsmessung eines entgasten Teilstroms des Zentrats als Regelgröße für die Dosierung der

Flockungshil fsmittel und/oder die Drehzahl einer

Flockungshil fsmittel-Mischvorrichtung genutzt . In der DE 69 129 937 T2 wird ein Verfahren offenbart, das diffuses Licht in einer Probenkammer in das nicht entgaste Zentrat radial einstrahlt und das von Luftbläschen und/oder Feststoffen reflektierte Licht zum Nachstellen der Dosierung der Flockungshilfsmittel nutzt. Die Medien-berührte Messzelle weist eine Vorrichtung zum Reinigen der lichtdurchlässigen Oberflächen auf.

Aus der DE 10 2015 105 988 B3 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der im Flüssigkeitsauslauf der Vorrichtung ein berührungslos arbeitender Objektsensor (fotografische Kamera) angebracht ist. Mit vorgebbaren Sollwerten für die Regelgrößen Grauwerte, Farbwerte, Helligkeitswerte oder Kontraste wird die Reinheit des Zentrats mit den Stellgrößen Differenzdrehzahl, Förderleistung der Beschickungspumpe oder Förderleistung der Dosierpumpe für das Flockungshilfsmittel geregelt.

Die DE 10 2006 050 921 offenbart eine Vorrichtung, bei welcher die Förderleistung der Dosierpumpe für das Flockungshilfsmittel anhand einer Reflexionsmessung geregelt wird .

Die DE 10 2010 047 046 Al offenbart ein Verfahren, das mit einer optischen Einrichtung auf Basis schlierenfotografischer Effekte im Zentrat, die Flockungshilfsmittelmenge regelt.

Verschiedene Messtechniken, insbesondere zum berührungslosen Messen verschiedener Parameter, sind in der EP 1 241 464 Bl, der US 3 309 956 A, der US 5 400 137 A, der US 5 489 977 A, der EP 0 775 907 Bl und der DE 38 32 901 C2 offenbart. Aufgabe einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung ist es , eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Trennen fließ fähiger Stof fe unterschiedlicher Dichte einer Suspension vorzuschlagen, die es erlauben, das hieraus gewonnene Trennergebnis zu optimieren und zu überwachen .

Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmalen gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen sind Gegenstand der Unteransprüche .

Eine Aus führungs form der Erfindung betri f ft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Trennen fließ fähiger Stof fe unterschiedlicher Dichte einer Suspension, umfassend

- eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Trommel , welche mit einem Trommelmotor um die Drehachse drehbar ist und welche einen Hohlraum umschließt ,

- eine um die Drehachse drehbar gelagerte und zumindest teilweise im Hohlraum angeordnete Förderschnecke , welche mit einem Förderschneckenmotor um die Drehachse drehbar ist ,

- ein Zulaufrohr zum Zuführen der Suspension in den Hohlraum, wobei o die Trommel für die Abfuhr eines aus der Suspension gewonnenen Zentrats aus dem Hohlraum einen Auslauf aufweist , und o der Auslauf einen Freistrahlabschnitt aufweist , in welchem das Zentrat einen Freistrahl bildet , und eine Messeinrichtung, mit welcher die Transmission und/oder die Reflexion des Zentrats im Freistrahl berührungslos bestimmbar sind .

Wie eingangs erwähnt , bietet sich die Qualität des Zentrats als Messgröße für den optimalen Betrieb der Vorrichtung an . Die im Zentrat eingeschlossenen Luftbläschen sind erfindungsgemäß bei der berührungslos am Freistrahl vorgenommenen Bestimmung der Transmission und/oder der Reflexion nicht von Nachteil , unter anderem deshalb, da, worauf später noch genauer eingegangen wird, bei der Optimierung die Änderung der Transmission und/oder der Reflexion und keine diesbezüglichen absoluten Werte verwendet werden . Anhand der Messung der Transmission und/oder der Reflexion lässt sich die als Dekanter ausgebildete Vorrichtung auch bei einer Änderung der Zusammensetzung der Suspension optimal betreiben, ohne dass eine Steuerung oder eine Regelung notwendig ist , die auf Absolutwerten basieren . Da nur die Änderungen der Transmission und/oder der Reflexion berücksichtigt werden, kann eine Kalibrierung zur Erzeugung von Maßeinheiten behafteter Messgrößen entfallen . Aufgrund der Bestimmung der Transmission und/oder der Reflexion am Freistrahl hat die Neigung des Zentrats zur Belagbildung auf medienberührten Oberflächen keinen Einfluss auf die Messung .

Nach Maßgabe einer weiteren Aus führungs form teilt sich der Auslauf in einen ersten Auslaufabschnitt und in einen zweiten Auslaufabschnitt auf , wobei der Freistrahlabschnitt im zweiten Auslaufabschnitt angeordnet ist . Die Anordnung des Freistrahlabschnitts im zweiten Auslaufabschnitt ermöglicht es , einen repräsentativen Teilstrom für die Bestimmung der Änderung der Transmission und/oder der Reflexion zu verwenden . Der Volumenstrom kann daher so ausgelegt werden, dass die Bestimmung der Transmission und/oder der Reflexion optimal durchgeführt werden kann, ohne dass der Hauptvolumenstrom des Zentrats durch den ersten Auslaufabschnitt an die Bestimmung der Transmission und/oder der Reflexion angepasst werden müsste . Der Durchsatz der Vorrichtung bleibt daher weitgehend unverändert . In einer weitergebildeten Aus führungs form kann die Messeinrichtung mindestens zwei Lichtquellen und mindestens einen Lichtempfänger, oder mindestens eine Lichtquelle und mindestens zwei Lichtempfänger aufweisen . Es kann mit einfachen Mitteln eine Durchlichtmessung zur Bestimmung der Transmission und/oder eine Auf lichtmessung zur Bestimmung der Reflexion durchgeführt werden .

Bei einer weitergebildeten Aus führungs form kann die Messeinrichtung zumindest einen Signalgeber aufweisen, welcher ein Hinweissignal ausgibt , wenn die Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet . Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Vorrichtung vollautomatisiert betrieben wird . In nicht wenigen Fällen wird die Vorrichtung von einem Team von Mitarbeitern des Betreibers der Vorrichtung überwacht , welches bestimmte Betriebsparameter j e nach aktuellem Zustand der Vorrichtung ändert . Die Möglichkeit , ein Hinweissignal an das Team von Mitarbeitern zu geben, wenn die Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet , unterstützt das Team dabei , rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten, um die Vorrichtung optimal oder nahe dem Optimum und damit wirtschaftlich betreiben zu können .

Bei einer weiteren Aus führungs form kann die Messeinrichtung mit einer Steuereinheit Zusammenwirken, mit welcher der Trommelmotor und/oder der Förderschneckenmotor in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion ansteuerbar sind . Auf der Steuereinheit können Optimierungsalgorithmen hinterlegt werden, so dass die Vorrichtung automatisiert optimal oder nahe dem Optimum und damit wirtschaftlich betrieben werden kann . Insbesondere kann die Di f ferenzdrehzahl optimal eingestellt werden . An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass der Begri f f „Steuereinheit" nicht so zu verstehen ist , dass die Algorithmen eine Steuerung der Vorrichtung durchführen . Vielmehr wird eine Optimierung durchgeführt .

Eine weitergebildete Aus führungs form zeichnet sich dadurch aus , dass die Vorrichtung

- eine Beschickungspumpe zum Fördern der Suspension in den Hohlraum durch das Zulaufrohr, und

- eine Dosierpumpe zum Fördern eines Flockungshil fsmittels in den Hohlraum umfasst , wobei

- die Beschickungspumpe und/oder die Dosierpumpe mit der Steuereinheit in Abhängigkeit von der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion ansteuerbar sind .

Neben der Di f ferenzdrehzahl kann auch die Flockungshil fsmittelmenge optimiert werden, um eine Unteroder Überdosierung zu vermeiden . Bei Unterdosierungen wird die Suspension nicht vollständig getrennt , so dass das Zentrat einen erhöhten Feststof f anteil aufweist . Bei einer Überdosierung bleibt ein Teil des Flockungshil fsmittels ungenutzt und wird über das Zentrat abgeführt . Auch hierzu können entsprechende Algorithmen auf der Steuereinheit hinterlegt werden, so dass die Vorrichtung auch bezüglich der Flockungshil fsmittelmenge automatisiert im oder nahe dem Optimum betrieben werden kann .

Die Aufgabe wird ebenfalls mit einem Verfahren zum kontinuierlichen Trennen fließ fähiger Stof fe unterschiedlicher Dichte einer Suspension mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche gelöst , umfassend die folgenden Schritte :

- Zuführen der Suspension in den Hohlraum durch das Zulauf rohr ,

- Drehen der Trommel um die Drehachse mittels des Trommelmotors ,

- Drehen der Förderschnecke um die Drehachse mittels des Förderschneckenmotors ,

- Abführen des aus der Suspension gewonnenen Zentrats aus dem Hohlraum durch den Auslauf , wobei das Zentrat im Freistrahlabschnitt einen Freistrahl bildet , und

- Berührungsloses Bestimmen der Transmission des Zentrats und/oder der Reflexion mittels der Messeinrichtung im Freistrahlabschnitt .

Die technischen Ef fekte und Vorteile , die sich mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren erreichen lassen, entsprechen denj enigen, die für die vorliegende Vorrichtung erörtert worden sind . Zusammenfassend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass aufgrund der Bestimmung der Transmission und/oder der Reflexion am Freistrahl die Neigung des Zentrats zur Belagbildung auf medienberührten Oberflächen keinen Einfluss auf die Messung hat .

Bei einer weiteren Ausbildung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :

- Drehen der Trommel um die Drehachse mittels des Trommelmotors mit einer ersten Drehzahl ,

- Drehen der Förderschnecke um die Drehachse mittels des Förderschneckenmotors mit einer zweiten Drehzahl ,

- Ändern der Di f ferenzdrehzahl mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion . Wie bereits erwähnt , spielt die Di f ferenzdrehzahl eine wichtige Rolle für den optimalen und wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung . Gemäß dieser Ausbildung des Verfahrens ist der automatisierte Betrieb der Vorrichtung am oder nahe dem Optimum möglich .

Eine fortentwickelte Ausbildung des Verfahrens gibt folgende Schritte vor :

- Fördern einer Flockungshil fsmittelmenge in den Hohlraum mit der Dosierpumpe ,

- Ändern der Flockungshil fsmittelmenge durch Ansteuern der Dosierpumpe mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion .

Auch die Flockungshil fsmittelmenge spielt eine wichtige Rolle für den optimalen und wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung . Gemäß dieser Ausbildung des Verfahrens ist der automatisierte Betrieb der Vorrichtung am oder nahe dem Optimum möglich . Insbesondere können Über- oder Unterdosierungen des Flockungshil fsmittels vermieden werden .

Gemäß einer weitergeführten Ausbildung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :

- Fördern einer Suspension in den Hohlraum mit der Beschickungspumpe , und

- Ändern der Suspensionsmenge durch Ansteuern der Beschickungspumpe mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit der Änderung der bestimmten Transmission und/oder der bestimmten Reflexion . Diese Ausbildung des Verfahrens bietet sich insbesondere dann an, wenn die Flockungshil fsmittelmenge konstant gehalten wird . Es kann der Fall auftreten, dass die Dosierpumpe nicht mittels der Steuereinheit ansteuerbar ist . Um in diesem Fall die Vorrichtung wirtschaftlich betreiben zu können, wird die Optimierung mittels der Suspensionsmenge und der Beschickungspumpe durchgeführt .

Nach Maßgabe einer fortentwickelten Ausbildung umfasst das Verfahren zumindest einen der folgenden Schritte :

- Detektieren einer Abnahme der Unterdosierung (Absinken des Feststof f gehalts ) im Zentrat bei einem relativen Anstieg der Transmission und der Reflexion, oder

- Detektieren einer Zunahme der Unterdosierung (Anstieg des Feststof f gehalts ) im Zentrat bei einem relativen Abfall der Transmission und der Reflexion, oder

- Detektieren einer Zunahme der Überdosierung des Flockungshil fsmittels bei einem relativen Abfall der Transmission und einem relativen Anstieg der Reflexion, oder

- Detektieren einer Abnahme der Überdosierung des Flockungshil fsmittels bei einem relativen Anstieg der Transmission und einem relativen Abfall der Reflexion .

Mit zunehmender Flockungshil fsmittelmenge steigt die am Freistrahl des Zentrats gemessene Transmission aufgrund sinkenden Feststof f gehalts bis zu einem relativen Maximum an . Im relativen Maximum der Transmission hat das Zentrat den relativ geringsten Feststof f gehalt . Wird mehr Flockungshil fsmittel zugegeben, sinkt die Transmission wieder ab . Der erneute Abfall der Transmission T ist auf eine Eintrübung des Zentrats durch überschüssiges Flockungshil fsmittel und die bei einer Überdosierung des Flockungshil fsmittels vermehrt auftretende Blasenbildung im Zentrat durch oberflächenaktive Substanzen in den Flockungshil fsmitteln, insbesondere bei Polymeren, zurückzuführen . Die Flockungshil fsmittelmenge , die im relativen Maximum zugegeben wird, stellt die wirtschaftlich günstigste Flockungshil fsmittelmenge mit dem minimal erreichbaren Feststof f gehalt im Zentrat dar .

Die am Freistrahl des Zentrats gemessene Reflexion weist im Gegensatz zur Transmission einen monoton steigenden Verlauf als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge auf . Bis zur optimalen Flockungshil fsmittelmenge steigt die Reflexion an, da der Freistrahl des Zentrats aufgrund des abnehmenden Feststof f gehalts immer heller wird . Oberhalb der optimalen Flockungshil fsmittelmenge steigt die Reflexion weiter an . Das begründet sich in der zunehmend milchig weißen Färbung des Zentrats durch überschüssiges Flockungshil fsmittel und die damit verbundene vermehrt auftretende Blasenbildung und der Reflexion des Lichts an diesen Blasen .

Wird die Vorrichtung mit einer konstanten Flockungshil fsmittelmenge und einem konstanten Suspensionsvolumenstrom betrieben, ändert sich aber mit der Zeit die Zusammensetzung der zugeführten Suspension und damit auch die benötigte Flockungshil fsmittelmenge , kann aus einer daraus folgenden Änderung der Transmission allein oder aus einer Änderung der Reflexion allein die Ursache der Änderung nicht eindeutig bestimmt werden . Ein Äbsinken der Transmission bedeutet entweder einen Anstieg des Feststof f gehalts des Zentrats oder einen Anstieg der Überdosierung des Flockungnshil f smittels . Ein Anstieg der Transmission bedeutet entweder ein Absinken des Feststoff gehalts des Zentrats oder ein Absinken der Überdosierung des Flockungshilfsmittels.

Ein Absinken der Reflexion bedeutet entweder einen Anstieg des Feststoff gehalts des Zentrats oder eine Abnahme der Überdosierung des Flockungshilfsmittels. Ein Anstieg der Reflexion bedeutet entweder ein Absinken des Feststoff gehalts des Zentrats oder eine Zunahme der Überdosierung des Flockungshilfsmittels .

Werden sowohl die Reflexion als auch die Transmission ausgewertet, kann eindeutig die Ursache der Änderungen beider Werte während des laufenden Prozesses bestimmt werden. Man weiß sofort, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um den Betriebszustand der Vorrichtung wieder an das Optimum führen zu können. Dementsprechend lassen sich diese Abhängigkeiten zur Optimierung der Dosierung des Flockungshilfsmittels nutzen .

Gemäß einer weiterentwickelten Ausbildung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

- Minimierung der Differenzdrehzahl, bis

- der Feststoff gehalt im Zentrat nicht oder nur innerhalb vorgebbarer Grenzen ansteigt und/oder

- das maximal zulässig Förderdrehmoment der Förderschnecke (22) nicht überschritten wird.

Eine Minimierung der Differenzdrehzahl steigert die Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Vorrichtung. Mit fallender Differenzdrehzahl steigen die Verweilzeit der Feststoffe im Hohlraum und das Förderdrehmoment der Förderschnecke und damit sinkt der Wassergehalt der Feststoffphase. In dieser Ausbildung des Verfahrens wird die Di f ferenzdrehzahl unter Berücksichtigung der Randbedingungen Feststof f gehalt des Zentrats und/oder maximal zulässigem Förderdrehmoment minimiert .

In einer weiteren Ausbildung werden die folgenden Schritte durchgeführt :

- Optimieren der Flockungshil fsmittelmenge unter Verwendung der relativen Änderung der Transmission und/oder der relativen Änderung der Reflexion und/oder

- Optimieren der Di f ferenzdrehzahl unter Verwendung der relativen Änderung der Transmission und/oder der relativen Änderung der Reflexion und/oder des maximal zulässigen Förderdrehmoments .

Wie eingangs erwähnt , stellen die Di f ferenzdrehzahl und die Flockungshil fsmittelmenge zwei wesentliche Parameter für den optimalen Betrieb der Vorrichtung dar . In dieser Ausbildung des Verfahrens kann zumindest für diese beiden Parameter nicht nur der optimale Betriebs zustand für die Vorrichtung gefunden werden, sondern bei Änderungen insbesondere bei der Zusammensetzung der Suspension die Vorrichtung sehr schnell wieder in den optimalen Betriebs zustand geführt werden . Der optimale Betriebs zustand kann daher kontinuierlich überwacht werden . Abweichungen vom optimalen Betriebs zustand können zeitnah erkannt und korrigiert werden . Werden beide Parameter optimiert , wird zunächst die Flockungshil fsmittelmenge optimiert , bevor die Di f ferenzdrehzahl optimiert wird .

Beispielhafte Aus führungs formen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen Figur 1A ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 1B eine erste Aus führungs form der Messeinrichtung,

Figur IC eine zweite Aus führungs form der Messeinrichtung,

Figur 2A der Verlauf der Transmission des Zentrats als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge ,

Figur 2B der Verlauf der Reflexion des Zentrats als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge ,

Figuren 3A bis 3D verschiedene Änderungen der Transmission und der Reflexion über die Zeit ,

Figur 4A der Verlauf der Transmission und der Reflexion des Zentrats als Funktion der Di f ferenzdrehzahl , und

Figur 4B der Verlauf des Förderdrehmoments der Vorrichtung als Funktion der Di f ferenzdrehzahl , j eweils anhand von schematischen Darstellungen .

Figur 1 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum kontinuierlichen Trennen fließ fähiger

Stof fe unterschiedlicher Dichte einer Suspension anhand einer prinzipiellen Darstellung . Als Suspension kann beispielsweise Klärschlamm verwendet werden . Derartige Vorrichtungen werden auch als Dekanter bezeichnet . Die Vorrichtung 10 umfasst eine Trommel 12 mit einem zylindrischen Abschnitt 14 und einem kegelstumpf förmigen Abschnitt 16 , wobei die Trommel 12 einen Hohlraum 18 umschließt . Die Trommel 12 ist auf nicht näher dargestellte Weise um eine Drehachse D drehbar gelagert . Um die Trommel 12 um die Drehachse D drehen zu können, umfasst die Vorrichtung 10 einen außerhalb des Hohlraums 18 angeordneten Trommelmotor 20 , der auf nicht näher gezeigte Weise mit der Trommel 12 zusammenwirkt .

Im Hohlraum 18 ist eine Förderschnecke 22 angeordnet , die ebenfalls auf nicht näher dargestellte Weise um die Drehachse D drehbar gelagert ist . Die Trommel 12 und die Förderschnecke 22 sind daher koaxial angeordnet . Die Förderschnecke 22 ist mit einem Förderschneckenmotor 24 um die Drehachse D drehbar, wobei auch hier die Art und Weise des Zusammenwirkens des Förderschneckenmotors 24 mit der Förderschnecke 22 nicht näher dargestellt ist . Der Förderschneckenmotor 24 ist außerhalb des Hohlraums 18 angeordnet .

Die Vorrichtung 10 weist ferner ein Zulaufrohr 26 auf , mit dem die Suspension in den Hohlraum 18 eingebracht werden kann . Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 einen Auslauf 28 für ein aus dem Substrat gewonnenes Zentrat und einen Ausgangsstutzen 30 für einen aus dem Substrat gewonnenen Feststof f . Während der Auslauf 28 im Bereich des zylindrischen Abschnitt 14 der Trommel 12 angeordnet ist , ist der Ausgangsstutzen 30 dem kegelstumpf förmigen Abschnitt 16 der Trommel 12 zugeordnet .

Der Auslauf 28 teilt sich außerhalb des Hohlraums 18 in einen ersten Auslaufabschnitt 32 und einen zweiten Auslaufabschnitt 34 auf . Während die überwiegende Menge des Zentrats durch den ersten Auslaufabschnitt 32 abläuft , fließt ein repräsentativer Teilstrom des Zentrats durch den zweiten Auslaufabschnitt 34 . Der zweite Auslaufabschnitt 34 weist einen Freistrahlabschnitt 36 auf , in welchem das Zentrat einen Freistrahl FS bildet . Im Freistrahlabschnitt 36 weist der zweite Auslaufabschnitt 34 keine Oberflächen auf , die mit dem Zentrat in Berührung kommen . Stromabwärts des Freistrahlabschnitts 36 umfasst der zweite Auslaufabschnitt 34 beispielsweise einen Trichter 38 , mit dem das Zentrat aufgefangen und in den ersten Auslaufabschnitt 32 zurückgeführt oder auf sonstige Weise entfernt werden kann (nicht dargestellt ) .

Im Freistrahlabschnitt 36 befindet sich eine Messeinrichtung 40 , mit welcher die Transmission T und/oder die Reflexion R des Zentrats im Freistrahlabschnitt 36 gemessen werden kann . Hierzu weist die Messeinrichtung 40 entweder eine erste Lichtquelle 421 und eine zweite Lichtquelle 422 sowie einen Lichtempfänger 44 ( Figur 1B ) , beispielsweise eine Photodiode , oder eine Lichtquelle 42 und einen ersten Lichtempfänger 441 und einen zweiten Lichtempfänger 442 ( siehe Figur IC ) auf . Der Strahlengang des Lichts ist in den Figuren 1B und IC dargestellt . Bezugnehmend auf die Figur 1B wird der Anteil des Lichts , der ausgehend von der Lichtquelle 421 den Freistrahl FS des Zentrats durchläuft und vom der Lichtquelle 421 gegenüberliegenden Lichtempfänger 44 empfangen wird, wird als Transmission T und die entsprechende Messung als Durchlichtmessung bezeichnet . Der Anteil des Lichts , der ausgehend von der Lichtquelle 422 vom Freistrahl FS reflektiert und vom auf derselben Seite des Freistrahls FS der Lichtquelle 422 angeordneten Lichtempfänger 44 empfangen wird, wird als Reflexion R und die entsprechende Messung als Auf lichtmessung bezeichnet . Um die Suspension in den Hohlraum 18 einbringen zu können, umfasst die Vorrichtung 10 eine Beschickungspumpe 46 . Darüber hinaus ist die Vorrichtung 10 mit einer Dosierpumpe 48 ausgestattet , mit welcher ein Flockungshil fsmittel , beispielsweise ein Polymer, in den Hohlraum 18 eingebracht werden kann .

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinheit 50 , welche die von der Messeinrichtung 40 erzeugten Daten verarbeitet . Die Steuereinheit 50 ist mit einem Signalgeber 52 verbunden, der ein Hinweissignal beispielsweise in optischer oder akustischer Form generieren kann . Die Steuereinheit 50 ist ferner mit dem Trommelmotor 20 , dem Förderschneckenmotor 24 , der Beschickungspumpe 46 und der Dosierpumpe 48 verbunden .

Je nach Ergebnis der Datenverarbeitung kann die Steuereinheit 50 den Signalgeber 52 zum Generieren eines Hinweissignals veranlassen . Zudem kann die Steuereinheit 50 den Trommelmotor 20 und den Förderschneckenmotor 24 so ansteuern, dass eine erste Drehzahl der Trommel 12 bzw . eine zweite Drehzahl der Förderschnecke 22 geändert wird . Weiterhin kann die Steuereinheit 50 die Beschickungspumpe 46 und die Dosierpumpe 48 so ansteuern, dass die Flockungshil fsmittelmenge DP und/oder die Suspensionsmenge DS und folglich die Konzentration des Flockungshil fsmittels im Hohlraum 18 geändert wird .

Die Vorrichtung 10 wird auf folgende Weise betrieben : Die Suspension wird mittels der Beschickungspumpe 46 kontinuierlich in den Hohlraum 18 der Trommel 12 gepumpt . Die Trommel 12 dreht dabei mit der ersten Drehzahl , während die Förderschnecke 22 mit der zweiten Drehzahl dreht . Die erste Drehzahl bestimmt dabei die Größe der auf die Suspension wirkenden Zentrifugalbeschleunigung. Die zweite Drehzahl ist nicht gleich der ersten Drehzahl, so dass sich eine Differenzdrehzahl DD aus der ersten Drehzahl und der zweiten Drehzahl ergibt. Aufgrund der unterschiedlichen Dichten der in der Suspension enthaltenen Stoffe setzen sich die Feststoffe an der Innenfläche der Trommelwand ab, während sich das flüssige Zentrat aufgrund der geringeren Dichte radial innerhalb der Feststoffe zur Drehachse D hin ansammelt. Infolgedessen wird eine Fest-Flüssigtrennung bewirkt. Die Feststoffe werden mit der Förderschnecke 22 zum Ausgangsstutzen 30 gefördert und dort aus der Trommel 12 entfernt. Das Zentrat wird über den Auslauf 28 aus der Trommel 12 entfernt.

Die Differenzdrehzahl DD bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die Feststoffe aus der Trommel 12 gefördert werden und damit die Verweilzeit der Feststoffe in der Trommel 12. Je länger die Verweilzeit, desto geringer der Wassergehalt in der Feststoffphase. Das Förderdrehmoment DM der Förderschnecke 22 ist analog zur Feststoff füllung der Trommel 12 und kann mit der Differenzdrehzahl DD automatisch angepasst werden. Die minimale Differenzdrehzahl DD wird durch ein maximal zulässiges Förderdrehmoment DM _max begrenzt. Außerdem muss die Förderschnecke 22 mindestens so viele Feststoffe aus der Trommel 12 entfernen wie der Trommel 12 zugeführt werden, sonst gelangt der überschüssige Anteil der Feststoffe in das Zentrat .

Häufig ist eine effektive Fest-Flüssigtrennung nur möglich, wenn der Suspension Flockungshilfsmittel zugegeben werden. Die Flockungshilfsmittel haben einen Einfluss auf die Flockengröße und dadurch auf die Absetzgeschwindigkeit und das Absetzverhalten der Feststoffe im Zentrifugalfeld. Ist die Absetzgeschwindigkeit zu gering, können sich die Feststof fe innerhalb der kurzen Verweil zeit der Flüssigphase in der Trommel 12 nicht an der Innenfläche der Trommelwand absetzen und werden teilweise mit dem Zentrat ausgetragen . Außerdem beeinflussen die Flockungshil fsmittel die Verdichtung der Feststof fe an der Trommelwand und beeinflussen somit auch das Drehmoment der Förderschnecke 22 und den Trockensubstanzgehalt des ausgetragenen Feststof fs . Die Zugabe des Flockungshil fsmittels erfolgt mit der Dosierpumpe 48 .

Um die Vorrichtung 10 möglichst optimal betreiben zu können, müssen die Parameter Di f ferenzdrehzahl DD und Flockungshil fsmittelmenge DP so eingestellt werden, dass ein möglichst hoher Trockensubstanzgehalt in der Feststof fphase und ein möglichst geringer Trockensubstanzgehalt in der Flüssigphase bei gleichzeitig wirtschaftlichem Einsatz der Flockungshil fsmittel während der gesamten, kontinuierlich durchgeführten Fest-Flüssigtrennung erreicht wird . Hierzu werden die von der Messeinrichtung 40 am Freistrahl FS des Zentrats bestimmte Transmission T und die Reflexion R auf folgende Weise ausgewertet :

In Figur 2A ist die Transmission T des Zentrats schematisch als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge DP aufgetragen . Mit zunehmender Flockungshil fsmittelmenge DP steigt die Transmission T aufgrund des sinkenden Feststof f gehalts bis zu einem relativen Maximum T _max an . Im relativen Maximum der Transmission T hat das Zentrat den relativ geringsten Feststof f gehalt . Wird mehr Flockungshil fsmittel zugegeben, sinkt die Transmission T wieder ab . Der erneute Abfall der Transmission T ist auf eine Eintrübung des Zentrats durch überschüssiges Flockungshil fsmittel und die bei einer Überdosierung des Flockungshil fsmittels vermehrt auftretende Blasenbildung im Zentrat durch oberflächenaktive Substanzen in den Flockungshil fsmitteln, insbesondere bei Polymeren, zurückzuführen . Die Flockungshil fsmittelmenge DP, die bei T _max zugegeben wird, stellt die wirtschaftlich günstigste Flockungshil fsmittelmenge DP _opt mit dem minimal erreichbaren Feststof f gehalt im Zentrat dar .

Wird die Vorrichtung 10 mit einer konstanten Flockungshil fsmittelmenge DP und einem konstanten Suspensionsvolumenstrom betrieben und ändert sich mit der Zeit t die Zusammensetzung der zulaufenden Suspension, was bei Klärschlamm eher die Regel als die Ausnahme ist , ändert sich auch die benötigte Flockungshil fsmittelmenge DP, um die Vorrichtung 10 optimal im oben beschriebenen Sinne betreiben zu können . Allerdings kann aus einer daraus folgenden Änderung der Transmission T die Ursache der Änderung nicht eindeutig bestimmt werden . Ein Absinken der Transmission T bedeutet entweder einen Anstieg des Feststof f gehalts oder einen Anstieg der Überdosierung des Flockungshil fsmittels . Ein Anstieg der Transmission T bedeutet entweder ein Absinken des Feststof fgehalts oder ein Absinken der Überdosierung des Flockungshil fsmittels .

In Figur 2B ist die Reflexion R am Freistrahl FS des Zentrats schematisch als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge DP aufgetragen . Die am Freistrahl FS des Filtrats gemessene Reflexion R weist im Gegensatz zur Transmission T einen monoton steigenden Verlauf als Funktion der Flockungshil fsmittelmenge DP auf . Bis zur optimalen Flockungshil fsmittelmenge DP _opt steigt die Reflexion R an, da der Freistrahl FS des Zentrats aufgrund des abnehmenden Feststof f gehalts immer heller wird . Oberhalb der optimalen Flockungshil fsmittelmenge DP _opt steigt die Reflexion R weiter an . Das begründet sich in der zunehmend milchig weißen Färbung des Zentrats durch überschüssiges Flockungshil fsmittel und die damit verbundene vermehrt auftretende Blasenbildung und der Reflexion R des Lichts an diesen Blasen .

Wird die Vorrichtung 10 mit einer konstanten Flockungshil fsmittelmenge DB und einem konstanten Suspensionsvolumenstrom betrieben und ändert sich die Zusammensetzung des zulaufenden Substrats mit der Zeit t und damit auch die benötigte Flockungshil fsmittelmenge DR, kann aus einer daraus folgenden Änderung der Reflexion R die Ursache der Änderung nicht eindeutig bestimmt werden . Ein Äbsinken der Reflexion R bedeutet entweder einen Anstieg des Feststof f gehalts oder eine Abnahme der Überdosierung des Flockungshil fsmittels . Ein Anstieg der Reflexion R bedeutet entweder ein Absinken des Feststof f gehalts oder eine Zunahme der Überdosierung des Flockungshil fsmittels .

Erfindungsgemäß ist es möglich, sowohl die Funktionen der Transmission T als auch der Reflexion R aus zuwerten . Infolgedessen kann eindeutig die Ursache der Änderungen beider Werte während des gesamten kontinuierlichen Betriebs bestimmt werden, was in Bezug auf die Figuren 3A bis 3D näher erläutert wird .

Wird die Vorrichtung 10 mit einer konstanten Flockungshil fsmittelmenge DP und einem konstanten Suspensionsvolumenstrom betrieben und ändert sich die Zusammensetzung des zulaufenden Substrats mit der Zeit t und damit auch die benötigte Flockungshil fsmittelmenge DP, um die Vorrichtung 10 optimal zu betreiben, kann aus einer daraus folgenden Änderung der Transmission T und der Reflexion R die Ursache der Änderung eindeutig bestimmt werden : a) Steigen die Transmission T und die Reflexion R mit der Zeit t, sinkt die Feststoff konzentration im Zentrat (Figur 3A) . Mit anderen Worten nimmt die Unterdosierung des Flockungshilfsmittels ab. b) Sinken die Transmission T und die Reflexion R mit der Zeit t, steigt die Feststoff konzentration im Zentrat (Figur 3B) .

Mit anderen Worten nimmt die Unterdosierung des Flockungshilfsmittels zu. c) Steigt die Reflexion R und sinkt die Transmission T mit der Zeit t, nimmt die Überdosierung des Flockungshilfsmittels zu (Figur 3C) . d) Steigt die Transmission T und sinkt die Reflexion R mit der Zeit t, nimmt die Überdosierung des Flockungshilfsmittels ab (Figur 3D) .

Die Auswertung einer Transmissions- und Reflexionsmessung am repräsentativen Freistrahl FS ist nicht nur dazu geeignet, die momentan optimale Flockungshilfsmittelmenge DP _opt aufzufinden, sondern auch dazu geeignet die optimale Flockungshilfsmittelmenge DP _opt während des laufenden Betriebs bei Änderung der Zusammensetzung des Substrats nachzuführen. Das Auffinden der optimalen Flockungshilfsmittelmenge DP _opt erfolgt bevorzugt auf der Basis von relativen Änderungen der erfassten Messwerte und ist somit unabhängig von willkürlich vorgegebenen absoluten Sollwerten, wie es bei einer Regelung notwendig wäre.

Ausgehend von einer eingestellten Startdifferenzdrehzahl und einer eingestellten Startf lockungshilf smittelmenge wird in einem ersten Schritt mithil fe der obigen Rückschlüsse aus den Änderungen der Messwerte für die Transmission T und für die Reflexion R eine optimale Flockungshil fsmittelmenge DP _opt gesucht und eingestellt .

In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird ausgehend von einer eingestellten Startdi f ferenzdrehzahl und der im ersten Schritt auf gefundenen optimierten Flockungshil fsmittelmenge DP _op t die minimal mögliche und damit optimale Di f ferenzdrehzahl DD _opt gesucht und eingestellt , mit den Randbedingungen : a ) Der Feststof f gehalt im Zentrat steigt nicht oder nur innerhalb vorgebbarer Toleranzen an ( Figur 4A) und/oder b ) das maximal zulässige Förderdrehmoment DM _max der Förderschnecke 22 wird nicht überschritten ( Figur 4B ) .

Die beiden Schritte der Optimierung können mittels heuristischer Optimierungsverfahren durchgeführt werden . Die Optimierungsverfahren werden mittels geeigneter Abbruchkriterien beendet .

In einer einfachsten Variante kann ein Hinweissignal im Falle einer Unterdosierung generiert werden, wenn sich Änderungen gemäß Figur 3B einstellen und vorgebbare Toleranzgrenzen Überoder unterschritten werden . Alternativ kann ein Hinweissignal für eine Überdosierung generiert werden, wenn sich Änderungen gemäß Figur 30 einstellen und vorgebbare Toleranzgrenzen Überoder unterschritten werden .

Bei einer weiteren Variante kann auf die Betriebsparameter Flockungshil fsmittelmenge DP und/oder Di f ferenzdrehzahl DD korrigierend eingegri f fen werden . Stellen sich Änderungen gemäß Figur 3B ein und werden vorgebbare Toleranzgrenzen unterschritten, werden die Flockungshil fsmittelmenge DP und/oder die Di f ferenzdrehzahl DD solange erhöht , bis die Messwerte wieder oberhalb der Toleranzgrenze liegen . Danach werden die Verfahren zur Optimierung der Flockungshil fsmittelmenge DP und/oder der Di f ferenzdrehzahl DD angestoßen . Stellen sich Änderungen nach Figur 3C ein und werden vorgebbare Toleranzgrenzen über- oder unterschritten, wird die Flockungshil fsmittelmenge DP in einem ersten Schritt reduziert und eine optimale Flockungshil fsmittelmenge DP _opt gesucht und eingestellt . Das Verfahren der Optimierung wird abgebrochen, wenn die Messwerte innerhalb einer vorgebbaren Zeit t die Toleranzgrenzen weiterhin über- oder unterschreiten .

Bezugs zeichenliste

10 Vorrichtung

12 Trommel

14 zylindrischer Abschnitt

16 kegelstumpf förmiger Abschnitt

18 Hohlraum

20 Trommelmotor

22 Förderschnecke

24 Förderschneckenmotor

26 Zulaufrohr

28 Auslauf

30 Ausgangsstutzen

32 erster Auslaufabschnitt

34 zweiter Aus laufabschnitt

36 Freistrahlabschnitt

38 Trichter

40 Messeinrichtung

42 Lichtquelle

421 erste Lichtquelle

422 zweite Lichtquelle

44 Lichtempfänger

441 erster Lichtempfänger

442 zweiter Lichtempfänger

46 Beschickungspumpe

48 Dosierpumpe

50 Steuereinheit

52 Signalgeber

D Drehachse DD Di f ferenzdrehzahl

DM Förderdrehmoment

DP Flockungsmittelmenge

DS Suspensionsmenge FS Freistrahl t Zeit

T Transmission

R Reflexion