Die Erfindung betrifft eine Flotationsanlage für die physikalisch-chemische Trennung von Flüssigkeitsgemische nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Verwendung einer Flotationsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 und ein Verfahren zur Verwendung einer Flotationsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.

Flotationsverfahren als Trennverfahren für Flüssigkeitsgemische haben gemeinsam, dass zum Aufschwimmen der abzutrennenden Feststoffmaterialien kleine Gasbläschen verwendet werden, die sich beim Aufstieg an schwebende Feststoffpartikei anlagern, so dass deren Flotation ermöglicht wird.

Bei einem Druckentspannungsflotation perlt ein unter Druck in einer Flüssigkeit gelöstes Gas bei einer Druckverminderung/Entspannung aus. Bei der Druckentspan- nungsflotation wird Abwasser in der Regel bei einem Überdruck zwischen 4 - 6 bar mit Luft gesättigt und anschließend über Entspannungseinrichtungen in ein Flotationsbecken eines Flotationsreaktors geleitet. Nach der Entspannung auf Atmosphärendruck perlt die überschüssige Luft in Form feiner Blasen aus der Flüssigkeit aus. Die Gasblasen bilden in der Kontakt- und Mischzone mit dem Feststoff in dem Flüssigkeitsgemisch ein Agglomerat, das aufgrund seiner geringen Dichte an die Oberfläche des Flotationsreaktors steigt und dort abgeräumt werden kann. Die Löslichkeit eines Gases in einer flüssigen Phase steigt bei konstanter Temperatur proportional mit dem Partialdruck dieses Gases über der Flüssigkeit an. Setzt man also eine Flüssigkeit unter Druck, sättigt es mit Gas oder Luft und bringt das Wasser anschließend durch die Entspannungseinrichtung wieder auf Umgebungsdruck, so wird ein entsprechender Gas- oder Luftanteil in Form von Blasen frei. un In Flotationsreaktoren des Stands der Technik entsteht vielfach aufgrund einer unregelmäßigen Blasengröße mit teilweise sehr großen Blasen die Problematik, dass nicht sichergestellt werden kann, dass ein ausreichend großer Anteil der Feststoffmaterialien in das abzuräumende Flotat eingebunden wird, so dass sich manche Feststoffmaterialien nicht sicher trennen und abräumen lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbessertes System einer Druckentspannungsflotation bereitzustellen, dass die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Flotationsanlage für die physikalisch-chemische Trennung von Flüssigkeitsgemischen, insbesondere Prozessabwässern und/oder Recyclingkreisläufen, mit dispergiertem und/oder suspendiertem Feststoffmaterialien aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbenetzbarkeit der Feststoffmaterialien, wobei durch anhaftende Gasblasen an zumindest einen Teil der Feststoffmaterialien an eine Oberfläche des Flüssigkeitsgemisches transportierbar und mit Räumeinrichtungen für aufschwimmende Feststoffmaterialien abräumbar sind, insbesondere mit beweglichen Schiebereinrichtungen und/oder mit Trichter, umfassend einen Flotationsreaktor, insbesondere rund und/oder eckig, insbesondere mit einem Flotationsbecken zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches, eine Einrichtung zur Erzeugung von Gasblasen, die zumindest an einen Teil der Feststoffmaterialien anlagerbar sind, umfassend eine Einrichtung zur Erzeugung eines vorbestimmten Drucks in einem Flüssigkeitsstrom, wobei dem Flüssigkeitsstrom unter Überdruck Gas, insbesondere Luft, zuzuführen ist, wobei in Richtung des Flüssigkeitsstroms nachgelagert eine Einrichtung zur Druckentspannung zur Erzeugung von im Flüssigkeitsstrom auftretenden Gasblasen vorgesehen ist, wobei nachgelagert zur Einrichtung zur Druckentspannung eine Ultraschalleinrichtung umfassend zumindest einen Ultraschallaktor vorgesehen ist, wodurch die Verteilung der Größen der Gasblasen vorbestimmt einstellbar ist, wobei anschließend der Flüssigkeitsstrom wiederum dem Flüssigkeitsgemisch zuzuführen ist, welche zusammen in den Flotationsreaktor einzuleiten sind. Durch die erfindungsgemäße Anlage lässt sich zuverlässig eine optimalen Gasblasenspektrum im Sinne einer Mikroblasenerzeugung und vorbestimmte, kleine Blasengrößen einstellen, die an die jeweilig zu trennenden Feststoffmatenalien angepasste Eigenschaften aufweisen. Die Art der Blasenerzeugung und daraus resultierend der Blasenbeschaffenheit, -menge und -große kann während des Betriebs einfach angepasst werden. Dies stellt sowohl eine umweltschonende und zugleich energieverbrauchsreduzierte Anlage dar. Ein entsprechender Reinigungsgrad kann mit einem geringeren Energieverbrauch erhalten werden, insbesondere auch bei einem großen Spektrum von Systemdrücken, insbesondere auch geringen Systemdrücken von weniger als 4 bar, insbesondere sogar ab 1 bar, so dass hierdurch eine Niedrigenergieanlage erreicht werden kann.

Die Anlagerung der Gasbläschen an die im Flüssigkeitsgemisch enthaltenen Feststoffmaterialien finden somit erfindungsgemäß leichter und intensiver statt. Die erzeugten Blasen haben eine homogenere Größenverteilung und sind im Durchschnitt kleiner. Aufgrund der besseren Anlagerungsfähigkeit kleiner Blasen führt die Verringerung der Blasengröße auf der einen Seite zu einer verbesserten Ausnutzung der eingetragenen Luft und außerdem zu einer vollständigeren Austreibung der Feststoffmaterialien aus dem Flüssigkeitsgemisch, wodurch sowohl die Feststoffkonzentration im Klarlaufbereich der Flotation sinkt, als auch die Stabilität der abzuräumenden Flotatdecke zunimmt.

Erfindungsgemäß wird die Zone hinter der Entspannungseinrichtung, insbesondere den Entspannungsdüsen, vorteilhaft mit Ultraschallaktoren ausgerüstet, die das in diesem Bereich ankommende Blasen-Wasser-Gemisch im Flüssigkeitsgemisch in Schwingungen versetzen und große Gasblasen, insbesondere Luftblasen, zerschlagen. Insbesondere wird vorteilhaft bei einem Systemdruck der Druckentspannung zwischen 1 - 8 bar gearbeitet, dementsprechend niedriger_Dadurch werden aus den ansonsten wenig wirksamen Makroblasen größer etwa 100 pm, aber auch größer als 50 pm, Mikroblasen im Bereich beispielhaft etwa 20-10 pm erzeugt und der Blasenteppich homogenisiert. Um Teilchen verschiedener Größe flotieren zu können, weist der Mikroblasenteppich somit vorteilhaft sehr kleine Mikroblasen, insbesondere kleiner etwa 20 pm auf, insgesamt jedoch vorteilhaft kleiner als etwa 100 pm. Die Entstehung von größeren Blasen kann somit unterbunden werden, die ansonsten die gewünschten kleinen Blasen mit nach oben reißen, bevor diese sich mit dem Feststoffmaterialien verbinden können.

Das Flüssigkeitsgemisch kann bedarfsweise weiterhin chemisch-physikalisch vorbehandelt und geflockt werden, sodass die im Abwasser enthaltenen, ungelösten Stoffe und fällbaren Stoffe eine entsprechende Partikelgröße erhalten, die durch den erfindungsgemäß vorteilhaft einstellbaren Teppich von Mikroluftblasen flotiert werden können._Das vorbehandelte, geflockte Flüssigkeitsgemisch kann vorteilhaft in eine Einlaufzone eines Flotationsreaktors gebracht werden. In dieser Zone kann ein Teilstrom mit Druckluft gesättigtem Wasser, insbesondere in einer Teilstrommenge von etwa 5 - 20%, zugeführt und direkt entspannt werden, wobei entsprechende Blasen durch geeignete Konstruktion der Entspannungseinrichtung entstehen. Die Menge der erzeugten Blasen hängt vom Anreicherungsgrad und der Sättigung der Luft im Wasserteilstrom ab, die unter anderem abhängig von Druck und Temperatur der chemischen Zusammensetzung des Flüssigkeitsgemisches ist. Insbesondere bei Temperaturen über 40°C und Drücken unter 3bar ist die Sättigung von Luft unzureichend. Gleichzeitig ist die Luftsättigung bei hohem Druck mit steigendem Energieaufwand verbunden, sodass das Ziel besteht, die Luftsättigung nicht wie marktüblich mit 5 - 6 bar, sondern mit 3 bar zu betreiben, was durch die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung ermöglicht wird.

Flotationsbecken können beispielhaft mit mechanischen Räumern und/oder hydraulischen Räumeinrichtungen ausgestattet sein, insbesondere mit Flachboden und/oder Trichtern und/oder Austragseinrichtungen. Flotationsreaktoren können mit Luftsättigung in einem Hauptstrom und/oder in einem Bypassstrom erfolgen. Beispielhafte Anlagenkapazitäten liegen zwischen 0,5 und 100 m ³ /h.

Vorteilhaft ist es, wenn der Ultraschallaktor in runder Stabbauweise und/oder flächiger Bauweise vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, wenn der Ultraschallaktor eine Leistungsdichte zwischen etwa 20 Watt/m ³ bis etwa 500 Watt/m ³ aufweist. Die Schallenergie ist insbesondere so ausgelegt, dass die Feststoffmaterialien, insbesondere Schlammbrocken, nicht zerstört werden und eine Oberfläche des Flotationsbeckens nicht aktiviert wird, damit sich hier die zu flotierenden Feststoffmaterialien als Schlammphase anreichern können.

Vorteilhaft ist es, wenn der Ultraschallaktor Ultraschallfrequenzen zwischen etwa 20 kHz und etwa 1 MHz anpassbar aufweist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung zur Erzeugung von Gasblasen eingerichtet ist zur Anwendung in einem Klarwasserstrom aus dem Flotationsreaktor und/oder zumindest einem Teilstrom des Flüssigkeitsgemisches.

Vorteilhaft ist es, wenn eine chemische Vorbehandlung des Flüssigkeitsgemisches vorgesehen ist, insbesondere wobei vorab eine Spaltung der Emulsionen des Flüssigkeitsgemisches vorzunehmen ist sowie eine Bindung zumindest eines Teils der Feststoffmaterialien in Flocken.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Anpassung von Parametern der Vorrichtung, insbesondere der Einrichtung zur Druckentspannung, vorzunehmen ist in Abhängigkeit von Gasart und/oder Flüssigkeitsgemischart und/oder Sättigungsdruck und/oder pH-Wert des Flüssigkeitsgemischs und/oder der Viskosität des Flüssigkeitsgemischs und/oder der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsgemischs. Insbesondere hat ist als Parameter die Größe der erzeugten Gasblasen vorgesehen, die durch die Gasart und/oder Flüssigkeitsgemischart und/oder Sättigungsdruck und/oder pH-Wert des Flüssigkeitsgemischs und/oder der Viskosität des Flüssigkeitsgemischs und/oder der Oberflächenspannung des Flüssigkeitsgemischs beeinflussbar sind, insbesondere in Kombination mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Ultraschalleinrichtung somit vorteilhaft anpassbar.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung zur Druckentspannung Düsen und/oder Nadelventil und/oder Kegelventile umfasst. Mit Düsen, Nadel- oder Kegelventilen kön- nen kleinen Gasblasen erzeugt werden, die durch die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung weiter verbessert werden können.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Reinigung von Abwässern und/oder Prozesswässern mit emulgierten und/oder dispergierten Feststoffmaterialien, insbesondere Farbabwässer aus der Pinselreinigung und/oder Abwässer aus der Bootswäsche und/oder Behälterwaschanlagen und/oder Cremeherstellung und/oder Hautpflegemittelherstellung und/oder Fleischverarbeitung und/oder Schlachtereien und/oder Mol- kereien/Milchproduktion und/oder Weinherstellung und/oder Saftproduktion und/oder Brauereien und/oder Konservenfabrikanten und/oder Großküchen und/oder Kantinen und/der Restaurants und/oder Kosmetikherstellung und/oder Lebensmittelproduktion und/oder für Transportunternehmen und/oder chemische Industrie und/oder pharmazeutische Industrie und/oder petrochemische Industrie und/oder Textilindustrie und/oder Papierindustrie.

Durch die vorliegende Erfindung kann in verschiedensten Anwendungsbereichen mit geringerem Energieeinsatz ein hoher Reinigungsgrad erreicht werden, wodurch eine zusätzliche Umweltschondung und zugleich eine Beschleunigung der Reinigungsvorgangs zu verzeichnen ist. Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn der der Anlage zufließende Anteil an dispergierten, emulgierten und partikulären Feststoffen 100 bis 20.000 mg/l umfasst und die abzutrennenden Feststoffe überwiegend aus organi- schen/anorganischen Produktrückständen und Reinigungsrückständen bestehen, wie sie beispielsweise in der Kunststoffindustrie, Kosmetikindustrie, bei industriellen Wasch- und Reinigungsprozessen anfallen.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung und/oder Trennung unter Verwendung einer Fiotationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für die physikalisch-chemische Trennung von Flüssigkeitsgemischen, insbesondere Prozessabwässern und/oder Recyclingkreisläufen, mit dispergiertem und/oder suspendiertem Feststoffmaterialien aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbenetzbarkeit der Feststoffmaterialien, wobei durch anhaftende Gasblasen an zumindest einen Teil der Feststoffmaterialien an eine Oberfläche des Flüssigkeitsgemisches transportiert wird und mit Räumeinrichtungen für aufschwimmende Feststoffmaterialien abgeräumt wird, insbesondere mit beweglichen Schiebereinrichtungen und/oder mit Trichter, umfassend einen Flotationsreaktor, insbesondere rund und/oder eckig, insbesondere mit einem Flotationsbecken zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches, eine Einrichtung zur Erzeugung von Gasblasen, die zumindest an einen Teil der Feststoffmaterialien angelagert werden, wobei mittels einer Einrichtung zur Erzeugung eines vorbestimmten Drucks in einem Flüssigkeitsstrom, wobei dem Flüssigkeitsstrom unter Überdruck Gas, insbesondere Luft, zugeführt wird, wobei in Richtung des Flüssigkeitsstroms nachgelagert durch eine Einrichtung zur Druckentspannung Gasblasen im Flüssigkeitsstrom erzeugt werden, wobei nachgelagert zur Einrichtung zur Druckentspannung mittels einer Ultraschalleinrichtung umfassend zumindest einen Ultraschallaktor die Verteilung der Größen der Gasblasen vorbestimmt eingestellt wird, wobei anschließend der Flüssigkeitsstrom wiederum dem Flüssigkeitsgemisch zugeführt wird, welche zusammen in den Flotationsreaktor eingeleitet werden, insbesondere wird vorteilhaft bei einem Systemdruck der Druckentspannung zwischen 1 - 8 bar gearbeitet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Schemazeichnung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Flotationsanlage 1 für die physikalisch-chemische Trennung von Flüssigkeitsgemischen 2, insbesondere Prozessabwässern und/oder Recyclingkreisläufen, mit dispergiertem und/oder suspendiertem Feststoffmate- rialien 3 aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbenetzbarkeit der Feststoffmaterialien 3, wobei durch anhaftende Gasblasen 4 an zumindest einen Teil der Feststoffmaterialien 3 an eine Oberfläche 5 des Flüssigkeitsgemisches 2 transportierbar und mit Räumeinrichtungen 6 für aufschwimmende Feststoffmaterialien 3 abräumbar sind, insbesondere mit beweglichen Schiebereinrichtungen 16 und/oder mit Trichter, umfassend einen Flotationsreaktor 7, insbesondere rund und/oder eckig, insbesondere mit einem Flotationsbecken 8 zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches 2, eine Einrichtung 9 zur Erzeugung von Gasblasen 4, die zumindest an einen Teil der Feststoffmaterialien 3 anlagerbar sind, umfassend eine Einrichtung 10 zur Erzeugung eines vorbestimmten Drucks in einem Flüssigkeitsstrom 11 , wobei dem Flüssigkeitsstrom 11 unter Überdruck Gas, insbesondere Luft, zuzuführen ist, wobei in Richtung 12 des Flüssigkeitsstroms 2 nachgelagert eine Einrichtung 13 zur Druckentspannung zur Erzeugung von im Flüssigkeitsstrom 11 auftretenden Gasblasen 4 vorgesehen ist, wobei nachgelagert zur Einrichtung 13 zur Druckentspannung eine Ultraschalleinrichtung 14 umfassend zumindest einen Ultraschallaktor 15 vorgesehen ist, wodurch die Verteilung der Größen der Gasblasen 4 vorbestimmt zur Erzeugung von Mikroblasen einstellbar ist, wobei anschließend der Flüssigkeitsstrom 11 wiederum dem Flüssigkeitsgemisch 2 zuzuführen ist, welche zusammen in den Flotationsreaktor 7 einzuleiten sind.

Flüssigkeitsstrom kann beispielhaft Klarwasser aus dem Flotationsreaktor 7 sein, das mit Gasblasen angereichert wird, woraufhin der Flüssigkeitsstrom dem Flüssigkeitsgemisch 2 zugeführt wird, woraufhin die Mischung der beiden Ströme durch die Ultraschalleinrichtung geführt wird und eine weitere Verbesserung der Blasenverteilung und eine Verkleinerung der Gasblasen erreicht wird.

Zur Erzeugung der benötigten feinen Gasblasen gibt es beispielhaft drei Varianten, das Vollstromverfahren, bei dem ein gesamte Zulauf von Flüssigkeitsgemischen 2 mit Luft gesättigt wird, oder auch ein Teilstromverfahren, bei dem nur ein Teil des Zulaufs zum Flotationsreaktor, beispielhaft Klarwasser aus dem Flotationsreaktor 7 mit Gas insbesondere Luft gesättigt wird, oder auch ein Rückführungsverfahren, bei dem eine beliebige Menge des gereinigten Klarwassers rezirkuliert und dabei mit Gas, insbesondere Luft gesättigt wird. Die Rezirkulationsmenge kann so adaptiert werden, dass die notwendige Anzahl an feinen Gasblasen für alle zu erwartenden Betriebsbedingungen ausreicht. Zur Herstellung einer definierten Menge an Gasblasen erfolgt beispielhaft dargestellt eine Messung in einer Gasmengenmesseinrichtung 17 sowie eine anschließende Gasmengenregulierung in einer Gasmengenregulierungseinrichtung 18. Die zusammengeführten Ströme werden in den Flotationsreaktor 7 geleitet und strömen durch einen Aufströmbereich 19, woraufhin die Ausbildung eines Flotationsteppichs 20 erfolgt, der beispielhaft mittels Räumeinrichtungen 6 durch beweglichen Schiebereinrichtungen 16 abgeräumt und abgeleitet wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Flotationsanlage

2 Flüssigkeitsgemisch

3 Feststoffmaterial

4 Gasblase 5 Oberfläche

6 Räumeinrichtung

7 Flotationsreaktor

8 Flotationsbecken

9 Einrichtung zur Erzeugung von Gasblasen 10 Einrichtung zur Erzeugung eines vorbestimmten Drucks

11 Flüssigkeitsstrom

12 Richtung

13 Einrichtung zur Druckentspannung

14 Ultraschalleinrichtung 15 Ultraschallaktor

16 Schiebereinrichtung

17 Gasmengenmesseinrichtung

18 Gasmengenregulierungseinrichtung

19 Aufströmbereich 20 Flotationsteppich