Beschreibung Im Bereich der Umweltschutztechnik treten bei vielen Reinigungsprozessen als Schadstoffsenke Schlämme auf, wie z. B. in der Abwasserreinigung. Diese Schlämme bestehen zu einem großen Teil aus einer Trägerflüssigkeit, i. a. Wasser, und orga¬ nischen sowie mineralischen Partikeln. Die organischen Partikel in den Schlämmen bestehen aus einzelnen oder Flocken von Mikroorganismen und Polymeren, wobei diese in die Gruppe der natürlichen Bio-Polymere, sogenannten Extrazellulären Sub- stanzen (EPS), und in künstliche Polymere, die den Reinigungsprozess weitergehend unterstützen sollen, unterschieden werden können. Die anorganischen Schlamm¬ bestandteile bestehen überwiegend aus kristallinen Komplexen und Polymeren. Die Polymerenbestandteile der Schlämme besitzen aktive Eigenschaften, wodurch deren Theologische Eigenschaften und deren Entwässerbarkeit entscheidend beeinflußt werden können. Bei den organischen Schlämmen können besonders durch die Bio- Polymere zusätzlich die Stabilisierungseigenschaften verbessert und so letztendlich die Menge minimiert werden.

Die Auswirkungen und Interaktionen zwischen den einzelnen Schlammbestandteilen sowie deren positive Beeinflussung durch die nachfolgend beschriebene Erfindung werden für Klärschlämme, welche bei der Abwasserreinigung auftreten, verdeutlicht.

In der Abwasserreinigung treten unterschiedliche Schlämme, wie z. B. Primärschlamm aus der Vorklärung, Sekundärschlamm aus der Belebung und Tertiärschlamm aus der Fällung auf. Diese Schlämme werden entweder aerob oder anaerob stabilisiert. Die anaerobe Stabilisierung (Faulung) ist ab einer Anlagengröße von 20.000 EGW die kostengünstigste Methode, so daß sie überwiegend eingesetzt wird. In diesen Anlagen wird die Umwälzung und damit eine Vergleichmäßigung des Reaktionsbehälterinhaltes durch Mischen beispielsweise mit Rührer, Gaseinpressung oder Pumpenumwälzung ermöglicht, wobei eine vollständige Durchmischung aufgrund der Größe der Reaktions¬ behälter und deren geometrischer Ausbildung nicht verwirklicht werden kann. Bei diesen Anlagen wird der Stand der Technik durch Zufuhr- und Rezirkulationsleitungen gekennzeichnet, in denen die Verfahren zur Durchmischung und Umwälzung der Schlämme angewendet bzw. die Vorrichtungen dafür zwischengeschaltet werden können. Die unterschiedlichen Schlammarten weisen in ihrer Zusammensetzung große Unter¬ schiede auf, so daß Schwimmschlamm einen Feststoffgehalt von kleiner 0,5 % und in der Faulung ein Mischschlamm eingesetzt wird, der etwa einen Feststoffgehalt von 6 bis 8 % aufweist. Unabhängig von ihrer absoluten Zusammensetzung setzen sich alle Schlämme aus einer Trägerflüssigkeit, in der Abwasserreinigung Wasser, Mikroorganis¬ men, Bio-Polymeren, Polymere, organischen (Fette, Proteine usw.) und anorganischen (Stickstoffverbindungen, Phosphate usw.) Schmutzstoffen sowie mineralischen Stoffen (Sand, Split usw.) zusammen. Diese Inhaltsstoffe bilden innerhalb der Trägerflüssigkeit Agglomerate aus, in denen die Mikroorganismen mit einem Teil der Bio-Polymere sich zu Flocken zusammenschließen und die anderen Substanzen in der Trägerflüssigkeit partikulär oder gelöst vorhanden sind. Die Flockenstruktur der Mikroorganismen ist heterogen, so daß die Flocken ein Knäuel von kugel- und stäbchenförmigen Einheiten bilden. Aufgrund des aeroben und / oder anaeroben biochemischen Umsetzungspro¬ zesses entstehen Gasblasen (aerob: überwiegend Stickstoff und Sauerstoff aus der Belüftung, anaerob: überwiegend Methan und Kohlendioxid), die sich aufgrund des spezifischen Volumens zum Oberflächenverhältnis überwiegend an die stäbchenför¬ migen Mikroorganismen anheften und diese flotieren. Durch diesen Vorgang werden die Mikroorganismen dem aktiven Reinigungsprozeß entzogen und behindern ihn durch die entstehenden Flotatdecken (Schwimmschlamm in der Belebung und Nachklärung, Schaum in der Faulung, Blähschlamm in der Nachklärung) zusätzlich.

Die Probleme der Flotatdeckenbildung und dadurch die Entziehung der Mikroorganis¬ men aus dem aktiven Reinigungsvorgang sowie die Verbesserung des gesamten Reini- gungsprozeßes können durch eine Homogenisierung der Schlämme sowohl in den an- aeroben als auch in den aeroben Stufen gelöst bzw. erzielt werden. Durch eine voll¬ ständige Homogenisierung wird die Oberfläche für den Stoffaustausch erhöht, die Bio- Polymere und Schmutzstoffe für die Mikroorganismen zur biologischen Umsetzung voll¬ ständig zugänglich gemacht und die stäbchenförmigen Mikroorganismen von anhaften¬ den Gasblasen befreit, so daß sie nicht mehr aufschwimmen können.

Daß diese Wirkmechanismen erzielt werden können, wird durch Untersuchungen zur Desintegration, also der Zerstörung der Mikroorganismen bis zum Zellaufschluss, be¬ stätigt (Verfahren und Anwendungsgebiete der mechanischen Klärschlammdesinte¬ gration, Korrespondenz Abwasser, Jhrg. 47, 4/2000, Seite 570-576; Verfahrensver- gleich und Ergebnisse der mechanischen Klärschlammdesintegration, Korrespondenz Abwasser, Jhrg. 48 3/2001 , Seite 393-400; Mechanische Zerkleinerung von Bläh- und Schwimmschlämmen, Wasser-Abwasser-Praxis, 3/99, Seite 25-31). Um diese Ergeb- nisse zu erzielen, sind jedoch Energieeinträge von mehr als 1.000 kJ/m3 zu behan¬ delnden Schlammes notwendig. Die eingesetzten Verfahren eignen sich für eine Über¬ tragung in den technischen Maßstab aufgrund ihrer geringen Betriebsstabilität (Hoch¬ druckhomogenisator), ihrer hohen Wartungsintensität (Rührwerkskugelmühle) oder Kosten (Ultraschall) nur bedingt, weil sie alle auf einen vollständigen Zellaufschluß ausgelegt sind.

Eine weitere Gruppe von mechanischen Behandlungsverfahren besitzt einen Strö¬ mungskanal (DE 202 20 566 U1 , DE 102 14 689 A1), der von seiner Ausbildung einer Laval-Düse nachempfunden ist. Dabei soll eine Veränderung in der Schlammsus¬ pension durch hydrodynamische Scherfelder verursacht werden. Durch die Scherfelder sollen Scherspannungen zu einer Zerstörung der mikrobiellen Struktur genutzt und Kavitation erzeugt werden, damit die Zellwände der Mikroorganismen aufgeschlossen werden können. Eine Zerkleinerung von Mikroorganismen auf rein hydrodynamischem Wege erfordert jedoch einen relativ hohen Energieaufwand, da zur Entstehung der Kavitationsblasen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitungsverengung erzeugt werden muß, um aufgrund der Bernoulli-Gleichung den statischen Druck unterhalb des Dampfdruckes abzusenken. Dadurch nimmt der Druckverlust überpropor¬ tional zu und die stoffbezogene Energie wird höher sowie die Durchsatzleistung ge- ringer. Weiterhin muß berücksichtigt werden, daß die Kavitationsblasen bei ihrer Implo¬ sion ein hohes Geräuschniveau verursacht, so daß eine aufwendige und kosten¬ intensive Lärmkapselung notwendig ist und sie nur eine geringe Eindringtiefe in die Trägerflüssigkeit aufweisen, so daß die Zerstörung der Mikroorganismen nur in geringem Umfang erfolgen kann (im technischen Maßstab 3 - 10 %, Mehr Gas - weniger Schlamm, Wasser-Luft-Boden, 9/2004, Seite 18/21). Eine Veränderung des Verhältnisses von speziellen Mikroorganismen-Gruppen (fädige gegenüber flocken¬ bildenden) in der Schlammsuspension durch Scherfelder, wie in DE 101 55 161 A1 dargelegt, scheint unmöglich. Da keine ausreichenden selektiven Kenngrößen bezüg¬ lich der physikalischen Parameter von Mikroorganismen in Mischbiozönosen bekannt sind, um eine Regelung der Scherfelder in dieser Weise zu verwirklichen.

Ziel aller bisher entwickelten Verfahren ist es deshalb, durch die Zerstörung der Mikro¬ organismen den Prozeß der Schlammbehandlung zur verbessern, um die organischen Inhaltsstoffe besser und schneller umzusetzen. Bisher wurden die unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften sowie der positive Beitrag aller Mikroorganismen und Polymere für die Umsetzung der Schmutzstoffe innerhalb der Schlammbehandlung in einem nicht ausreichenden Maße berücksichtigt. Die rheologischen Eigenschaften der Schlämme können je nach Feststoffgehalt in ein NEWTONsches und nicht-NEWTONsches Fließverhalten bei einem Trockensubstanz- Gehalt von etwa 0,5 % unterschieden werden (kleiner 0,5 % NEWTONsches Flie߬ verhalten), wobei der Begriff nicht-NEWTONsches Verhalten in diesen Ausführungen weiter gefasst und alle anderen Fließeigenschaften beinhalten soll. Da Klärschlamme ab einem bestimmten Feststoffgehalt ein ausgeprägtes thixotropes Verhalten auf¬ weisen, werden diese Mechanismen besonders berücksichtigt.

Bei größeren Trockensubstanzgehalten von etwa 0,5 % nimmt die Viskosität mit zu- nehmender Scherrate (Homogenisierung) ab (Einfluß der Viskosität auf den Sauerstoff¬ eintrag, Abschlußbericht, Max-Buchner-Stiftung, Kennziffer 2281 , 11/2003). Ab einem Feststoffgehalt von etwa 2,5 % besitzen Klärschlämme thixotrope Eigenschaften, das bedeutet, daß die Schlammsuspension ohne Scherbeanspruchung wieder ihre Ausgangsstruktur und damit -Viskosität zurückbildet (Rheologische Charakterisierung flüssiger Klärschlämme, Korrespondenz Abwasser, 44. Jhrg., 9/1997).

Dieses rheologische Phänomen beschreibt die komplexen Wechselwirkungen zwischen Molekülen oder Partikeln für pseudoplastische Flüssigkeiten, die unter dem Einfluß von wachsenden Schubspannungen niedrigviskoser werden. Dem Verhalten liegt zumeist eine Orientierung und Entschlaufung von Fadenmolekülen (Polymeren) oder der Partikelformveränderung von suspendierten Partikeln in Fließrichtung (Schlammflocken) zugrunde. Da die unterschiedlichen Teilkomponenten der Schlämme oberflächenaktive Eigenschaften besitzen, können durch spezielle chemisch / physikalische Bindungs¬ kräfte die Verschiebbarkeit dieser Komponenten gegeneinander beeinflußt und durch Druck- und Schubkräfte zerstört werden.

Die Bindungskräfte bilden in der Schlammsuspension eine dreidimensionale Gerüst¬ struktur, die aufgrund ihrer Eigenschaften auch als „Gel" bezeichnet wird. Wenn das Gel zerfällt, nimmt die Viskosität so lange ab, bis sie bei einer gegebenen konstanten Schubspannung den kleinstmöglichen Wert, den „Solzustand", erreicht hat. Die Ände¬ rung vom Gel- zum Solzustand und umgekehrt ist bei thixotropen Suspensionen be¬ liebig oft reproduzierbar (Einführungen in die Rheologie, Gebrüder Haake GmbH, Karlsruhe, 2000). Diese Zustandsänderung kann nur durch die teilweise oder vollstän¬ dige Zerstörung der Teilkomponenten unterbrochen werden, wodurch die Schlämme ihre thixotropen Eigenschaften verlieren. Zur Veränderung der „Gelmatrix" des Schlammes kann zusätzlich auch die Kavitation eingesetzt werden. Dieses Behandlungsverfahren ist in den bisherigen Untersuchungen nicht näher betrachtet worden, da die Zielsetzung der bekannten Kavitationsverfahren immer in einer Zellzerstörung bestand. Durch den kontrollierten Einsatz der strömungs- mechanischen Kavitation können jedoch die extrazellulären Substanzen (EPS) und die „synthetischen" Polymere gezielt verändert werden. Der besondere Effekt beeinflußt die aktiven Zentren der EPS und der Polymere, so daß dadurch die Gelstruktur des Schlammes aufgelöst wird. Für diese Veränderungen ist, im Gegensatz zu den oben¬ genannten Verfahren, nur eine geringfügige Unterschreitung des Dampfdruckes not- wendig. Die geringfügige, auch temporäre, Dampfdruckunterschreitung verursacht be¬ sonders kleine Kavitationsblasen (Analogie zur thermischen Verdampfung von Flüssig¬ keitsgemischen, Grundoperation der che.mischen Verfahrenstechnik, 10. Auflage, Leipzig 1994). Die Implosion dieser Dampfblasen führt zu einer Schädigung der EPS und der Polymere, gleichzeitig werden die Implosionsgeräusche wesentlich herabge- setzt. Eine aufwendige Lärmkapselung muß bei der Verwendung dieser Kavitations¬ technik, die in ihren Dampfblasen-Erscheinungsbild ähnlich dem von Ultraschall- Reinigungsbädern ist, nicht erfolgen.

In den nachfolgenden Ausführungen wird überwiegend zwischen NEWTONschem und nicht-NEWTONschem Fließverhalten unterschieden, wobei die Ausführungen für das nicht-NEWTONsche Fließverhalten ab einem Feststoffgehalt von mehr als 2,5 % auf das thixotrope Verhalten von Klärschlammen übertragen werden kann (Falls das thixotrope Verhalten im Vordergrund der Betrachtungen steht, wird dies kenntlich gemacht.) Das verbesserte Fließverhalten mit zunehmender Homogenisierung führt jedoch auch zu einer verbesserten stofflichen Umsatzrate, da alle beteiligten Kompo¬ nenten verfügbar sind. Dies wird besonders bei den in den organischen Schlämmen enthaltenden Enzymen deutlich. Die Aktivität der Enzyme kann schon aufgrund von geringen mechanischen Behandlungskräften gesteigert werden (Untersuchungen auf der KA Kitzbühl, unveröffentlicht).

Weiterhin muß in einem größeren Maße als bisher berücksichtigt werden, daß besonders bei organischen Schlämmen alle Mikroorganismen und Polymere einen positiven Beitrag zur Umsetzung der Schmutzstoffe leisten, wenn eine ausreichende Stoffaustauschfläche zur Verfügung steht und diese Stoffe in der Trägerflüssigkeit gelöst gehalten werden können. Aufgabenstellung der vorliegenden Anmeldung ist es, ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, welches zu einer kosten¬ günstigen und effizienten Auflösung der Agglomerate (Mikrowelle Flocken, Polymer- Cluster usw.) und dadurch zur Zerstörung der ursprünglichen Schlammstruktur sowie zur vollständigen Einmischung dieser Teilkomponenten in die Trägerflüssigkeit und so zu einer möglichst vollständigen Homogenisierung führt. Die Homogenisierung bildet bei organischen Schlämmen die Grundlage für eine verbesserte stoffliche Umsetzung aller Inhaltsstoffe.

Dazu wird ein Verfahren vorgeschlagen, das aus einem Druckerzeuger mit einer Be¬ handlungseinheit und mindestens einem Zu- und / oder Ablauf sowie einer dazwischen angeordneten Vorrichtung mit unterschiedlichen funktionalen Stufen besteht. Die Durch¬ strömung der Stufen kann beliebig erfolgen, jedoch ist es im Sinne einer möglichst voll¬ ständigen Homogenisierung der Schlammsuspension von Vorteil, wenn zuerst die Stufen zur Zerstörung der Agglomerate und anschließend die Stufen zur Einmischung der Polymere, EPS und der Mikroorganismen in die Schlammsuspension durchströmt werden.

Mindestens eine Stufe innerhalb des Verfahrens ist so ausgebildet, daß die unter- schiedlichen partikulären Agglomerate zerstört und durch hydromechanisches Ver- wirbeln in die Trägerflüssigkeit eingemischt werden. Diese Stufe wird in den nach¬ folgenden Ausführungen als Desagglomerationsstufe bezeichnet. Die Zerstörung der Agglomerate in dieser Stufe erfolgt durch Umlenken der Strömung und dadurch bedingt ausschließlich durch Partikel-Partikel- bzw. Partikel-Wand-Stöße. An den Umlenkstellen des Kanals entstehen hydromechanische Abreiß- und Umlenkwirbel, die ein Ein¬ mischen der entstehenden Komponenten in die Schlammsuspension bewirken. Die Winkel innerhalb des Kanals sind an die Theologischen Bedingungen des jeweiligen Schlamms angepaßt und hängen im besonderen von dessen Viskosität ab.

Die Intensität der Durchmischung in dieser Stufe wird durch die Anzahl der Umlenk¬ stellen und den Betrieb des Druckerzeugers festgelegt. Mit steigender Anzahl der Umlenkstellen nehmen die Ablösewirbel und damit die Intensität der Durchmischung immer weiter zu. Eine homogenere Suspension wird mit steigendem Druck erzielt, da die Wirkung der Desagglomeration und Zerkleinerung durch Partikel-Partikel- und Partikel-Wand-Stöße verbessert wird. In mindestens einer weiteren Stufe wird in mindestens einem Spalt die Durchmischung der Schlammsuspension mit allen Inhaltsstoffen, im besonderen mit den Mikroorga¬ nismen, den Enzymen, den extrazellulären Substanzen und Polymeren durchgeführt. Diese Stufe wird in den nachfolgenden Ausführungen als Homogenisierungsstufe be- zeichnet. Als treibende Kraft für die Durchmischung im Spalt wird die Wandschub¬ spannung genutzt. Im Gegensatz zu anderen Verfahren wird die Behandlung des Schlammes nicht durch eine Querschnittverengung mit hohen Strömungsgeschwin¬ digkeiten erzielt, sondern das besonders große Verhältnis von benetzter zur durch¬ strömten Fläche eingesetzt, um dadurch die Wandschubspannungen und die Ein- dringtiefe in das Medium zu erhöhen. Für die Durchmischung aufgrund der Wand¬ schubspannungen reichen bei der Durchströmung in dieser Stufe Reynoldszahlen von weniger als 80.000 aus, so daß keine vollturbulente Strömung erzielt und die Druck¬ verluste minimiert werden können.

Bei einem hohen mineralischen Anteil von mehr als 0,5 % müssen die Oberflächen gehärtet werden, damit der Kanal durch die Partikelstöße nicht zerstört wird. Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, daß sich keine bewegten störanfälligen Teile in der Strömung befinden, sondern der Effekt alleine auf hydrodynamische Einflußgrößen zurückzuführen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Weiterbildung besteht aus einem mindestens zweistufigen Verfahren, das aus min¬ destens einer Desagglomerations- und einer Homogenisierungsstufe besteht. Die Durchströmflächen sind so ausgeführt, daß praktisch keine Erhöhung der Strömungs¬ geschwindigkeit erfolgt.

Wenn die Viskosität des Schlamms mindestens 5mal größer als die von Wasser ist, sollte mindestens ein Umlenkwinkel in der Desagglomerationsstufe mindestens 90° sein. Bei geringeren Viskositäten kann der Umlenkwinkel kleiner 90° gewählt werden.

In der Homogenisierungsstufe wird in mindestens einem Spalt die Durchmischung der Inhaltsstoffe durchgeführt. Die Durchströmfläche des Spaltes bzw. der Spalte ist so gewählt, daß bei einer Viskosität des Mediums von weniger als dem δfachen von Wasser keine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit stattfindet, wobei das Breiten- zu Längen-Verhältnis vorteilhafterweise mindestens 1 zu 10 beträgt. Bei größerer Vis¬ kosität des Mediums kann die Anzahl der durchströmten Spalte erhöht oder die Spaltflächen in Durchströmrichtung reduziert werden, so daß der Einfluß der Wand¬ schubspannungen für die Durchmischung gesteigert werden kann.

In der Homogenisierungsstufe kann die Intensität weiter verbessert werden, indem der Spalt die Form eines Ringspaltes hat. Durch mehrere parallel beschickte Ringspalte wird bei gleicher mittlerer Durchströmgeschwindigkeit in besonders vorteilhafter Weise die Wirkung der Eindringtiefe der Wandschubspannungen auf die partikulären und gelösten Bestandteile in der Hauptmischzone erhöht.

Eine Weiterbildung der Ansprüche besteht darin, daß die Schlammsuspension in der Desagglomerationsstufe 2 - 5mal umgelenkt wird. Die Anzahl der Umlenkstellen in dieser Stufe stellt immer einen Kompromiß zwischen den Druckverlusten durch Druck- und Reibungskräfte und der Zerstörung der Agglomerate dar. Bei einer 2 - δmaligen Umlenkungen werden die Druckverluste minimiert und gleichzeitig etwa 80 bis 85 % der Agglomerate behandelt.

Durch das Breiten- zu Längen-Verhältnis von mindestens 1 :10 des Spaltes in der Homogenisierungsstufe wird unabhängig von dessen tatsächlichen geometrischen Abmessungen der hydraulische Durchmesser nahezu halbiert, im Vergleich zu einer Geometrie mit identischer Durchströmfläche und einem Breiten- zu Längen-Verhältnis von etwa 1 :1. Hinzu kommt, daß die Reynoldszahl und die Strömungsverluste bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit durch den geringeren hydraulischen Durchmesser kleiner werden. Da die Strömungsgeschwindigkeit für beide Geometrien konstant ist, wird der spezifische Einfluß der Wandschubspannungen auf die Schlammsuspension bei einem Verhältnis von 1 :10 wesentlich verbessert. Aus Gründen der Betriebssicher¬ heit des Verfahrens kann das geometrische Verhältnis nicht beliebig erhöht werden, da Partikel, deren Durchmesser größer als die Breite des Spaltes ist, diesen zusetzen würden.

Die Auflösung der Agglomerate von Mikroorganismen und / oder Polymeren kann auf mechanischem oder hydraulischem Wege erfolgen. In einer Weiterbildung wird die Des¬ agglomerationsstufe durch ein hydraulisches Wirbelsystem realisiert, indem die Innen¬ fläche eines Rohres beispielsweise mit spiralförmigen Nuten versehen sind oder das Rohr im hydraulischen Sinne eine rauhe Oberfläche besitzt, so daß die Strömung Drall- impulse erhält oder Ablösewirbel entstehen, die zur Zerstörung der Agglomerate führen. Dabei sollten die geometrischen Abmessungen so ausgeführt sein, daß aus abrasiven Gründen die Strömungsgeschwindigkeit nicht größer als 4 m/s (Grundoperationen der chemischen Verfahrenstechnik, 10. Auflage, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1994) und aus hydraulischen Gründen die Reynoldszahl nicht größer als 80.000 sein sollten (vollturbulente Strömung führt zu den höchsten Druckverlusten).

Eine Weiterbildung der Anmeldung besteht in einer Trennung zwischen der Des- agglomerationsstufen und der Homogenisierungsstufen, wobei für Viskositätswerte bis etwa zum 5fachen von Wasser die Desaggiomerationsstufe aus mindestens einem Vor¬ lagebehälter mit mindestens einem Rührorgan, wie beispielsweise einem schnell¬ laufenden Propeller-Rührer, bestehen kann. Diese Ausführungsvariante stellt eine kostengünstige Lösung dar, da die Druckerzeuger optimal an ihre jeweilige Aufgabe angepaßt werden können und so bei gleicher Durchsatzleistung geringere elektrische Leistungen benötigt werden. Jedoch reicht der Energieeintrag durch das Rührorgan in der Desaggiomerationsstufe nur zu einem Durchmischen der Suspension und zur Zer¬ störung von größeren Agglomeraten an den Blattflächen des Propellers aus. Deshalb wird ein zweiter Druckerzeuger für mindestens eine Homogenisierungsstufe zum Er¬ reichen eines hohen Homogenisierungsgrades benötigt.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens beeinflußt den Homogenisierungsgrad der Schlammsuspension in der Weise, daß bei wechselnden hydraulischen Randbedin- gungen, verursacht durch variierende Volumenströme, der Homogenisierungsgrad na¬ hezu konstant bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß mindestens eine der beiden Teil¬ flächen (Innenteil, Außenteil) von mindestens einer der Stufen beweglich gelagert wird. Dadurch kann die Durchströmfläche automatisch über den Strömungsdruck variiert und bei steigendem Volumenstrom vergrößert bzw. bei fallenden Volumenströmen ver- kleinert werden.

Um keinen zusätzlichen Strömungsdruck für das Verstellen der Durchströmflächen zu benötigen, kann in einer Weiterbildung des Verfahrens die Verstellung der Teilflächen der jeweiligen Stufen auch durch einen getrennten Antrieb erfolgen, der rein mecha- nisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch wirkt. Die Kenngröße zur Positionierung der Teilflächen kann beispielsweise der Volumenstrom oder der Feststoffgehalt der Schlammsuspension sein.

Wird bei der Vorrichtung der Kanal einer Stufe nicht linear, sondern konzentrisch zur Zufuhröffnung ausgebildet, kann eine besonders kompakte Einheit aufgebaut oder bei gleichen Abmessungen der linearen und konzentrischen Einheit, die letztere mit höhe¬ ren Durchsatzleistungen betrieben werden. Dann ist es für die Weiterbildung des Ver- fahrens von besonderem hydraulischen als auch fertigungstechnischen Vorteil wenn die weitere Stufe als Ringspalt ausgebildet wird.

Für die Einmischung von Polymeren und Mikroorganismen in die Schlammsuspension bietet der Ringspalt als Homogenisierungsstufe gegenüber anderen Geometrien, im be¬ sonderen gegenüber einer Verengung des Kanals, den Vorteil, den äquivalenten hy¬ draulischen Durchmesser nahezu zu halbieren. Dadurch können in dieser Weiterbildung die Einflüsse der Wandschubspannungen verbessert werden. Dieser Effekt kann durch die Parallelschaltung von mehreren Ringspalten vorteilhafterweise erhöht werden.

Die bisher dargelegten Verfahren hatten nicht unmittelbar eine Erhöhung der mittleren Geschwindigkeit innerhalb des Verfahrens bzw. durch die Vorrichtung zum Ziel. In dieser Weiterbildung des Verfahrens wird die mittlere Strömungsgeschwindigkeit gezielt angehoben, um den Einfluß der Wandschubspannungen zu erhöhen und die Homo- genisierung der Schlammsuspension zu verbessern. Dazu wird der Querschnitt des Ringspaltes der Homogenisierungsstufe verkleinert, so daß sich zumindest eine Ver¬ dopplung der Geschwindigkeit ergibt. Die Erhöhung der Wandschubspannungen kann besonders für Schlämme mit hohen Feststoffgehalten von beispielsweise mehr als 4 % eingesetzt werden.

Während des Durchströmens der Vorrichtung wird ein Druck auf die Schlammsuspen¬ sion ausgeübt. Dieser Strömungsdruck kann für ein Erhöhung der Homogenisierung eingesetzt werden, wenn in einer eigenen Zone, die nach oder innerhalb der jeweiligen Stufe angeordnet sein kann, eine Entspannung stattfinden kann. In dieser Weiterbildung wird die Entspannungszone vorzugsweise am Ende der Homogenisierungsstufe ver¬ wirklicht. Dazu wird der Strömungsquerschnitt nach der Homogenisierungsstufe plötz¬ lich und ohne Übergang erweitert. In diesem erweiterten Bereich findet durch die Druck¬ entspannung eine zusätzliche Durchmischung der Suspension statt.

Von entscheidender Bedeutung für die Homogenisierung einer Suspension sind deren Theologische Eigenschaften, im besonderen die Viskosität und das Fließverhalten unter Krafteinfluß. Je höher die Viskosität ist, desto intensiver muß die Zerstörung der Agglo- merate und deren Einmischung in die Trägerflüssigkeit erfolgen. Bei Schlammsuspen¬ sion beispielsweise in der Abwasserreinigung nimmt die Viskosität mit steigendem Feststoffgehalt zu, so daß über einem Feststoffgehalt von etwa 2,5 % TS sich die Vis¬ kosität mehr als verfünffacht hat. Um bei diesen Suspensionen vergleichbare Homo- genisierungsgrade zu erzielen, wie bei Schlämmen niedriger Viskosität, muß das Ver¬ fahren mindestens zweimal auf die Suspension angewendet werden.

Durch die intramolekularen Kräfte der Polymere und / oder Mikroorganismen besitzt ein großer Teil dieser Schlammsuspensionen ein nicht-NEWTONsches Fließverhalten. Die Zähigkeitskräfte sind bei diesem Fließverhalten überwiegend zu Beginn (Ausnahme z. B. rheopektisches Verhalten, tritt bei Schlammsuspension in den genannten Bereichen jedoch nicht auf) einer Behandlung sehr groß, so daß das Verfahren ebenfalls min¬ destens zweimal auf die Schlammsuspension angewendet werden, um eine aus- reichende Homogenisierung erzielen zu können.

Mit zunehmendem Feststoffgehalt werden die intramolekularen Kräfte größer, so daß sich das nicht-NEWTONschen Fließverhalten dahingehend ausprägt, daß die Suspen¬ sion ein thixotropes Verhalten aufweist. Um das thixotrope Verhalten durch die Anwen- düng der Weiterbildung des Verfahrens so lange wie möglich zu unterbinden, muß das Verfahren mehrfach auf die Suspension, besonders vorteilhaftweiser etwa 5mal, ange¬ wendet werden.

Wenn das Verfahren zur Homogenisierung mehrfach auf die Suspension angewendet worden ist, so bildet sich die ursprüngliche Viskosität und dadurch verbunden die Gel¬ struktur der Suspension mit zunehmender Ruhezeit wieder zurück. Diese Rückbildung kann kostengünstig dadurch weitgehend verhindert werden, indem der Homogenisie¬ rungseinheit ein Mischbehälter nachgeschaltet wird. Durch das Umrühren der Suspen¬ sion mit einem Mischorgan in dem Mischbehälter, wobei das Mischorgan einen wesent- lieh geringeren Energieeintrag als die vorgeschaltete Homogenisierungseinheit besitzt, wird verhindert, daß sich die Gelstruktur wieder vollständig regenerieren kann.

Eine weitere Möglichkeit zur zusätzlichen Beseitigung des thixotropen Verhaltens der Schlammsuspension besteht darin, die Gelstruktur durch die Behandlung zu zerstören. Die Grundlage für die Gelstruktur bilden die Polymere und die EPS in den Schlämmen. Dazu wird die Kavitation, wie in der Weiterbildung des Verfahrens dargelegt, nur so weit gesteigert, daß die Polymere und die EPS durch die Druckspitzen während des Zerfalls der Dampfblasen zerstört werden. Die Energiedichte ist bei diesem Verfahrensschritt nicht so hoch, als wenn die Mikroorganismen aufgespaltet werden, da nur die Makro- moleküle in der Schlammsuspension zerstört werden müssen, um eine dauerhafte Schädigung der Gelstruktur zu erzielen. Da die zu behandelnden Schlammsuspensionen wechselnde Feststoffkonzentration aufweisen können, ist es notwendig, den Druckerzeuger zu regeln, um eine gleich gute Homogenisierung durch das Verfahren zu erzielen. Zur Regelung des Druckerzeugers eigenen sich im besonderen Maße der Volumenstrom und der Druck, wobei in den Weiterbildungen des Verfahrens sowohl der Eingangs- und Ausgangsdruck als auch der Differenzdruck als Regelgröße Verwendung finden können.

Ein großer Teil der Schlamminhaltsstoffe besitzt oberflächenaktive Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind durch aktive Zentren in der Molekularstruktur sowohl der Polymere als auch der Mikroorganismen gekennzeichnet. Durch die Bildung von Agglo- meraten gehen Teile der aktiven Zentren und der notwendigen Stoffaustauschfläche, besonders der Mikroorganismen verloren, so daß die Reaktivität der Inhaltsstoffe nicht vollständig ausgeschöpft wird. Diese Kenntnisse über die inneren Strukturen führen zu einer Weiterbildung des Verfahrens, bei dem nur ein Teil der gesamten Schlammsus- pension behandelt wird. Durch die Homogenisierung werden somit die aktiven Zentren wieder fast vollständig freigelegt und die Stoffaustauschfläche vergrößert, so daß bei einer Mischung mit unbehandeltem Schlamm die Reaktivität des gesamten Misch¬ schlamms positiv beeinflußt werden können. Diese Weiterbildung des Verfahrens stellt somit eine besonders kostengünstige Lösung dar, gerade bei der Behandlung von großen Schlamm-Mengen.

Für den Einsatz der Vorrichtung innerhalb des Verfahrens ist die Wirkung der einzelnen Stufen und die Betriebsstabilität von großer Bedeutung. Um die Betriebsstabilität zu Erhöhen ist die Vorrichtung mindestens zweistufig aufgebaut, um in der ersten Stufe eine Zerstörung der Agglomerate durchzuführen. Dadurch wird die Struktur der Schlammsuspension feiner und der mittlere Partikeldurchmesser kleiner. In einer weite¬ ren Stufe wird nun durch Wandschubspannungen eine weitergehende Einmischung und Homogenisierung sowie eine Verbesserung der Fließeigenschaften erzielt.

Durch die Anordnung der Desagglomeration vor der Homogenisierung wird die Gefahr einer Verstopfung der Vorrichtung durch Schlamminhaltsstoffe minimiert und die Be¬ triebsstabilität erhöht.

Durch den Winkel in den Zu- und / oder Abfuhrkanal erfolgt eine Umlenkung der Schlammsuspension, die Richtungsveränderung führt zu einem Aufprall der Agglo¬ merate an den umgebenden Kanalwänden. Eine einfache und kostengünstige Ausge¬ staltung des Kanals kann beispielsweise durch ein Rohr erfolgen, wobei der Rohrquer- schnitt beliebig gewählt werden kann (∑. B. Quadrat, Rechteck, Kreis, Polygon). Die Form des Rohres muß so ausgeführt werden, daß sich die Strömungsrichtung der Schlammsuspension andauernd ändert. Durch diese Änderung wird ein Drallimpuls in der Strömung induziert, so daß die Agglomerate gegen die Wände des Rohres prallen.

Die einfachste Ausführung damit eine dauernde Richtungsänderung der Schlamm¬ suspension verursacht wird, besteht in einer spiralförmigen Ausgestaltung des Rohres. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht in einer zick-zack-förmigen Form.

Eine weitere Maßnahme zur Zerstörung der Agglomerate kann durch eine Veränderung der inneren Oberfläche des Strömungskanals erfolgen. Dazu wird in einer Weiterbildung die Rohrinnenwand so gestaltet, daß sich während der Durchströmung mit der Schlammsuspension Ablösewirbel bilden. Die Wirbel können beispielsweise durch spiralförmig-verlaufende Nuten in oder durch aufgesetzte Schweißperlen auf der Innen- wand hervorgerufen werden. Durch die Wirbel werden die Agglomerate auf hydrau¬ lischem Wege zerstört und die Schlammsuspension vorgemischt.

Wenn die Umlenkwinkel in der Desagglomerationsstufe je nach Viskosität und Fest¬ stoffgehalt der Schlammsuspension zu klein bemessen sind, kann sich die Stufe zu- setzen und die Homogenisierung be- bzw. verhindern. Deshalb sollten die Winkel bei¬ spielsweise bei hohen Viskositäten von Umlenkung zu Umlenkung verkleinert werden, so daß bei einem großen Umlenkwinkel ein Teil der Agglomerate aufgebrochen und die Viskosität abgesenkt werden kann. In den nachfolgenden Umlenkstellen werden die Winkel immer kleiner, so daß die Agglomerate nach und nach zerstört werden, die Viskosität gesenkt wird und die Einmischung in die Trägerflüssigkeit erfolgt. Durch diese Vorgehensweise wird die Betriebsstabilität erhöht und ein Zusetzen dieser Stufe ver¬ hindert. Diese Vorgehensweise zeigt besonders deutlich, warum die Homogenisierung in mindestens zwei Stufen erfolgen sollte, damit in der Homogenisierungsstufe bereits eine teilhomogenisierte Suspension vorliegt und es in dieser nicht zum Zusetzen durch die Schlammpartikel kommen kann.

Bei geringen Viskositäten, ähnlich denen von Wasser, können die Schlamminhaltsstoffe bei großen Umlenkwinkeln den Strombahnen folgen und so eine Zerstörung der Agglomerate nicht in ausreichendem Maße erfolgen. Bei einer Weiterbildung der Vor- richtung wird bei geringen Viskositäten deshalb in der Stufe zur Zerstörung der Agglo¬ merate ein Winkel zwischen den Umlenkstellen in einem Bereich von 80 bis 110°, be¬ sonders vorteilhaft von 90° gewählt. Durch diesen Winkel wird die Suspension direkt auf eine Wand an der Umlenkstelle gedrückt und die Agglomerate durch Wand-Partikel- und zusätzlich durch Partikel-Partikel-Stöße zerstört. Gleichzeitig erfolgt durch die Wir¬ belablösungen eine gute Einmischung der zerstörten Agglomerate in die Trägerflüssig¬ keit.

Bei nicht-NEWTONschem Fließverhalten und / oder thixotropen Verhalten wird die Fließfähigkeit einer Suspension mit zunehmender mechanischer Beanspruchung erhöht und die Viskosität abgesenkt. Da der Kraftaufwand und damit der Druckverlust über¬ proportional zur Beanspruchungsstärke der Suspension zunimmt, werden bei dieser Weiterbildung der Vorrichtung die Umlenkwinkel in der Desagglomerationsstufe suk¬ zessive verkleinert. Dadurch wird mit möglichst geringem Kraftaufwand eine Vorverflüs¬ sigung der Suspension erzielt und diese Vorverflüssigung bei etwa gleichbleibendem Druckverlust bei der nächsten Umlenkung weiter gesteigert. Zeitgleich erfolgt mit der Zunahme der Verflüssigung die Zerstörung der Schlammagglomerate an den Prall- flächen der jeweiligen Umlenkstellen.

Bei Schlämmen mit niedriger Viskosität und Feststoffkonzentrationen wie beispiels¬ weise Schwimmschlamm, ist es für die Effektivität der Homogenisierung von beson¬ derer Bedeutung, in einem hydraulisch optimalen Bereich zu arbeiten. Dieser Bereich kann von außen regelbar verändert oder selbsttätig verändert werden. In einer Weiter¬ bildung der Vorrichtung ist mindestens eine Stufe zweigeteilt, mit einem Innen- und Außenteil, ausgeführt, wobei mindestens ein Teil der Stufe als Druckplatte fungiert. Durch den Strömungsdruck der zugeführten Schlammsuspension wird der Abstand zwischen den beiden Teilen der Stufen selbsttätig eingestellt und so nahezu immer opti- male hydraulische Randbedingungen für die Homogenisierung geschaffen.

Für den Aufbau einer kompakten Behandlungseinheit und zur Minimierung von Druck¬ verlusten während des Durchströmens der Vorrichtung eignen sich radialsymmetrische Systeme besser als lineare. Aus diesem Grund wird in einer Weiterbildung die Schlammsuspension der Vorrichtung zentrisch zugeführt und bereitet sich konzentrisch um diese Zufuhrstelle innerhalb der Vorrichtung aus. Der Übergang zwischen den einzelnen Stufen kann aufgrund des radialsymmetrischen Aufbaus nahtlos erfolgen. Durch diesen Aufbau der Vorrichtung ist es möglich, besonders hohe Energiedichten bei kleinen geometrischen Abmessungen zu erreichen.

Eine besonders kompakte Einheit entsteht, wenn die beiden funktionalen Stufen in einer Stufe realisiert werden. Dies kann dadurch erzielt werden, indem die Stufe aus einem Außen- und Innenteil besteht, wobei das Innenteil aus einem Block besteht, der vorteil¬ hafterweise zentrisch im Außenteil angeordnet ist. Die Form des Blockes ist so gestal¬ tet, daß eine Aufteilung und Umlenkung der Schlammsuspension innerhalb der Zufüh¬ rung entsteht und anschließend beispielsweise ein Ringspalt gebildet wird, indem durch die Wandschubspannungen eine Einmischung und Homogenisierung der Schlammsus¬ pension erfolgt.

Neben der Effizienz einer Vorrichtung für ihren speziellen Anwendungsfall liegt eben¬ falls ein besonderes Augenmerk auf deren kostengünstiger Herstellung. Im Bereich der Stahl- und Edelstahlherstellung werden unterschiedliche geometrische Formen von Vollmaterialien und Rohren mit unterschiedlichen Marktpreisen produziert. Wenn beispielsweise zwei gleiche Formen eines Rohres (als Außenhülle) und eines Voll¬ materials (als Kern) so miteinander verbunden werden, daß zwischen ihnen ein Spalt entsteht, kann diese Konstruktion als Homogenisierungsstufe eingesetzt werden. Der wesentliche Vorteil dieses Aufbaus ist, daß kein spanendes und damit teures Über¬ arbeiten notwendig sind. Je nach Marktpreis könnten dafür unterschiedliche Geometrien eingesetzt werden, die in der Kombination Außenhülle und Kern ähnliche hydraulische Eigenschaften aufweisen.

Besonders bei hohen Feststoffgehalten von etwa 4 % muß in besonderem Maße auf die Betriebssicherheit einer Vorrichtung geachtet werden. Zu diesem Zweck sind in einer Weiterbildung der Vorrichtung die Stufen aus einem Innen- und Außenteil aufgebaut, von denen mindestens ein Teil beweglich gelagert und als Druckplatte ausgeführt ist. Bei einem erhöhtem Druckaufbau in der Vorrichtung, der auf ein Zusetzen der Kanäle hindeutet, kann sich mindestens dieser Teil der Stufen verschieben. Dadurch werden die Strömungsquerschnitte erhöht und das beginnende Zusetzen der Kanäle wieder rückgängig gemacht werden. Um diesen Selbstreinigungsmechanismus der Vorrichtung technisch umzusetzen, sollte die Geometrie der Homogenisierungsstufe trapezförmig ausgebildet sein, wobei die Aufweitung des Trapezes in Strömungsrichtung erfolgt. Um die Druckverluste gering zu halten, werden die Durchströmquerschnitte konstant ge¬ halten, wobei aufgrund des trapezförmigen Längsschnittes der Hauptmischzone der äquivalente hydraulische Durchmesser immer kleiner und damit der Einfluß der Wand¬ schubspannungen sowie der Grad der Homogenisierung immer größer werden.

Um den zusätzlichen Druckverlust zur selbsttätigen Einstellung der beweglichen Druck¬ platte zu umgehen, kann diese durch eine von außen angelegte Krafteinleitung verstellt werden. Zur Regelung der Druckplattenstellung können als Kenngröße der Volumen- ström und /oder die Feststoffkonzentration und / oder die Viskosität abgefragt und verwendet werden.

Eine weitere Erhöhung der Wandschubspannungen kann durch eine Segmentierung der Homogenisierungsstufe erzielt werden.

In besonders vorteilhafter Weise zur vollen Durchmischung der Schlammsuspension können die Segmente der Homogenisierungsstufe weiter zu Düsen ausgebildet werden. Diese Weiterbildung des Verfahrens eignet sich in besonders vorteilhafterweise für Schlammsuspensionen mit hohen Feststoffgehalten und einem geringen Partikel¬ größenspektrum.

Werden die Segmente so ausgebildet, daß der Dampfdruck der Trägerflüssigkeit unter¬ schritten wird, kann zusätzlich zu den hydrodynamischen Mischungskräften die Kavita- tion als Mischungskraft genutzt werden.

Um die Homogenisierung weiter zu steigern, wird in einer Weiterbildung der Vorrichtung die Durchströmfläche der Homogenisierungsstufe in mindestens eine weitere Zone unterteilt. In dieser Zone findet eine Querschnitterweiterung statt, so daß die zuvor aufgebrachten Druckkräfte schlagartig von den Agglomeraten in der Trägerflüssigkeit entfernt werden. Durch diese Entspannung werden in dem erweiternden Querschnitt Verwirbelungen induziert, die eine Verbesserung der Homogenisierung bewirken.

Bei hohen Viskositäten und / oder thixotropem Verhalten der Schlammsuspension ist eine alleinige Entspannung der Druckkräfte in einem erweiterten Querschnitt nicht aus¬ reichend. Deshalb wird in einer Weiterbildung der Vorrichtung am Austritt der ersten Zone der Homogenisierungsstufe der Dampfdruck unterschritten und durch die Quer¬ schnittserweiterung ein Mischraum erzielt, in dem die Implosion der Dampfblasen ge¬ zielt zur Homogenisierung eingesetzt werden kann.

Werden die Feststoffgehalte in einer Schlammsuspension weiter gesteigert, beispiels¬ weise durch eine vorgeschaltete Entwässerung, so kann die Anwendung einer Vorrich¬ tung zur Homogenisierung nicht mehr ausreichen, um einen hohen Homogenisie¬ rungsgrad zu erzielen. In diesem Fall können zwei oder mehr der Homogenisie- rungseinheiten jeweils mit einem Druckerzeuger zur einer seriell betriebenen Einheit verschaltet werden. Durch die wiederholte Behandlung werden praktisch alle Agglo- merate zerstört und eine weitgehende Homogenisierung erzielt. Wird die Vorrichtung in einem Konzept zur Schlammbehandlung eingebunden, so ist die Einbindung der Behandlungseinheit notwendig. Eine besonders einfache und kosten¬ günstige Möglichkeit ist gegeben, wenn die Behandlungseinheit mit Flanschverbin¬ dungen versehen ist, so daß sie in einem vorhandene Rohrleitung eingebunden werden kann.

Durch das angewendete Verfahren entstehen Druckstöße, sowohl durch die Drucker¬ zeuger als auch durch die Veränderungen an der Schlammsuspension, so daß in einem Behandlungskonzept die Vibrationen verursacht durch die Druckstöße abgefangen werden müssen. In diesem Fall kann die Vorrichtung zusätzlich mit mindestens einem Kompensator zur Minimierung der Schwingungen versehen werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von zeichnerischen Darstellungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Prinzipdarstellung des Verfahrens aus strömungsdynamischer Sicht mit einem rechteckigen Strömungskanal, sowohl in der Desagglomerations- als auch in der Homogenisierungsstufe

Figur 2 Prinzipdarstellung des Verfahrens aus strömungsdynamischer Sicht mit einem Ringspalt in der Homogenisierungsstufe

Figur 3 Prinzipdarstellung des Verfahrens für eine Schlammsuspension mit thixo- tropen Eigenschaften zur Teilstrombehandlung und einem nachgeschaltetem Rührbehälter, um die Rückbildung der ursprünglichen Viskosität zu be¬ hindern

Figur 4 Prinzipdarstellung einer konstruktiven Ausführung für eine zweiteilige Vor¬ richtung zur Homogenisierung einer Schlammsuspension

Figur 5 Prinzipdarstellung einer konstruktiven Ausführung für eine Vorrichtung zur Homogenisierung einer Schlammsuspension in verschieblicher Ausführung mit trapezförmigem Längsschnitt

Figur 6 Prinzipdarstellung einer konstruktiven Ausführung für eine Vorrichtung zur Homogenisierung einer Schlammsuspension mit segmentiertem Ringspalt

Figur 7 Prinzipdarstellung einer Ausführung für eine Vorrichtung zur Homogenisie¬ rung einer Schlammsuspension mit veränderlicher und konstanter mittlerer Strömungsgeschwindigkeit Fig. 1 zeigt das Verfahrens- und Vorrichtungsprinzip der Homogenisierung von Schlämmen in der Abwasserreinigung. Die Homogenisierungseinheit besteht aus einer Desagglomerationsstufe 7 und einer Homogenisierungsstufe 8, wobei die Desagglo- merationsstufe einen quadratischen und die Homogenisierungsstufe einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Umlenkung der Schlammsuspension erfolgt an drei Umlenk¬ stellen 1 , 2, 3, an denen sich die einzelnen Stromfäden 4 zu hydrodynamischen Zellen (grau hinterlegt), mit Ablöse- 5 und Umlenkwirbel 6, ausbilden. Alle Umlenkstellen sind bei dieser Variante mit gleichem Winkel (= 180° - a (Zufuhrkanal) - b (Abfuhrkanal)) ausgeführt. An der Übergangsstelle (Schnitt A-A) zwischen der Desagglomerations- und Homogenisierungsstufe wird der quadratische Strömungsquerschnitt in einen recht¬ eckigen Querschnitt umgewandelt und dadurch das Verhältnis von benetzter zu durch- strömter Fläche 10 erhöht. Die Veränderung dieser hydraulischen Kenngröße führt zu einer Erhöhung der Wandschubspannungen 9, welches eine verbesserte Homogenisie¬ rung der Schlammsuspension bewirkt.

Eine ähnliche Ausführung 11 - 17 zeigt Fig. 2, wobei die Trennung 18 zwischen den Stufen deutlicher ist. Der Querschnitt der Homogenisierungsstufe weist einen Ringspalt auf. Die Form des Ringspaltes wird in dem Kanal für die Schlammsuspension durch einen rotationssymmetrischen Kern 19 erzeugt, welcher auf einer Trägerplatte, die Durchgänge für die Suspension aufweist, montiert ist. Diese Ausführungsvariante be¬ wirkt eine weitere Vergrößerung der benetzten zur durchströmten Fläche 21 , so daß die Wandschubspannungen 20 und deren Wirkung auf die Schlammsuspension gesteigert werden können.

In der Fig. 3 wird ein Verfahren zur Teilstromhomogenisierung von Schlammsuspen¬ sionen mit thixotropen Eigenschaften aufgezeigt. Die Schlammsuspension wird mit einer Pumpe 23 innerhalb des Faulbehälters 22 rezirkuliert (A). Aus dem Rezirkulations- strom wird ein Teilstrom der Schlammsuspension durch die Pumpe 24 entnommen und in der Behandlungseinheit 25 homogenisiert und für eine weitere Behandlung in den Behälter 26 gefördert (B). Um eine Rückbildung zur ursprünglichen Viskosität der Schlammsuspension zu verhindern, wird diese durch ein Mischorgan (in diesem Fall mit der Pumpe 27) so gemischt, daß sich die Gelstruktur nicht wieder vollständig neu bilden kann (C). Nach der ersten Behandlung mit der Pumpe 24 wird die Suspension wieder aus dem Behälter entnommen und wieder durch die Behandlungseinheit gefördert. Wenn eine ausreichende Homogenisierung der Suspension erzielt ist, kann mittels der Rezirkulationspumpe 27 diese wieder in den Faulbehälter zurückgefördert werden. Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Homogenisierung, bei der die Schlammsuspension über die Zufuhröffnung 28 zentral auf eine konzentrisch ausgebildete Desagglomera- tionsstufe aufgegeben wird. Die Desagglomerations- (D) und Homogenisierungsstufe (H) sind zweiteilig ausgeführt, bestehend aus einem festen Außen- 33 und Innenteil 32. Die Desagglomerationsstufe besteht aus einem Ringkanal, in dem die Suspension zweimal umgelenkt und anschließend in die Homogenisierungsstufe mit ihrem Ringspalt 31 konstanten Querschnitts gefördert wird. Die mit Öffnungen 29 versehene Träger¬ platte des Innenteils wird in das untere Gehäuse 35 geschoben, welches über eine Zugstabverbindung mit dem Außenteil und dem oberen Gehäuse 34 verbunden ist.

Die Vorrichtung in Fig. 5 ist ähnlich aufgebaut wie in der vorherigen Ausführung, je¬ doch wurde hier das Innenteil axial verschieblich und im Bereich der Homogenisie¬ rungsstufe mit einem trapezförmigen Längsschnitt des Ringspaltes 38 ausgeführt. Das Innenteil der Vorrichtung ist auf die Trägerplatte 39 aufgesteckt und innerhalb der Führungsnut frei beweglich. Durch ein Federelement 40 wird das Innenteil in die Rich¬ tung der Zufuhröffnung gedrückt. Je nach Schlammvolumenstrom können die Durch¬ strömflächen durch den Strömungsdruck über das bewegliche Innenteil variieren. Dabei verändert sich die Durchströmfläche in Bereich der Desagglomerationsstufe über den gesamten Bereich des Verfahrweges bis zum Anschlagpunkt auf der Trägerplatte. Diese Anpassung auf wechselnde Volumenströme im Bereich der Desagglomerations¬ stufe erhöht besonders bei thixotropen Schlammsuspensionen die Betriebsstabilität, da durch den veränderten Kanalquerschnitt die Kräfte für die Agglomeratzerstörung hoch gehalten, die Viskosität erniedrigt und gleichzeitig ein Zusetzen der Stufe weitestgehend vermieden werden kann.

Die Austrittsfläche der Homogenisierungsstufe bleibt bis zu einer Verfahrstrecke A konstant mit einem Spaltmaß von Sl Bei einem größeren Volumenstrom oder mit zunehmenden Feststoffgehalten, die einen höheren Druckverlust während der Durch¬ strömung zur Folge haben, verschiebt sich das Innenteil über die Verfahrstrecke von A hinaus in Richtung Trägerplatte, so daß sich die Austrittsfläche in der Homogeni¬ sierungsstufe bis zum Anschlagpunkt auf das Spaltmaß S2 vergrößert hat. Um den Homogenisierungsgrad hoch zu halten, wird, soweit es der Strömungsdruck auf das Innenteil zuläßt, die Homogenisierungsstufe mit einer kleinen Ringspaltfläche betrieben. Wenn der Strömungsdruck so hoch wird, daß eventuell ein Zusetzen der Stufen er- folgen könnte, vergrößert sich zur Vermeidung des Zusetzens auch die Durchström¬ fläche der Homogenisierungsstufe. Diese Ausführung führt zur einer hohen Betriebs¬ stabilität des Verfahrens. Die Fig. 6 zeigt eine Ausführung der Vorrichtung, in der die Homogenisierungsstufe segmentiert und mit veränderten Durchströmungsquerschnitten ausgeführt ist. Der Steg 42 des Innenteils liegt an der Wand des Außenteils an. Die Querschnittsfläche des Steges erweitert sich, so daß sich die Austrittsfläche im Ringspalt in Durchströmrichtung verkleinert. Am Austritt der Homogenisierungsstufe hat sich die Austrittsfläche 43 gegenüber der Eintrittsfläche etwa halbiert. Durch diese Ausführung kann das Verhält¬ nis von benetzter zu durchströmter Fläche erhöht und die Wirkung der Wandschub¬ spannung zur Homogenisierung der Schlammsuspension verbessert werden.

Fig. 7 zeigt zwei unterschiedliche Ausführungen, welche sehr kostengünstig herzu¬ stellen und so ausgeführt sind, daß in der Variante A die Strömungsgeschwindigkeit sich verändert und in der Variante B praktisch eine konstante mittlere Strömungsge¬ schwindigkeit während der Durchströmung vorhanden ist. Die Zufuhröffnung 44 des Gehäuses schließt an die Trägerplatte mit den Stegen 48 zum Innenteil an. Die Um- lenkung der Schlammsuspension erfolgt im Bereich 45 des Innenteils, und am Ende der Vorrichtung hat der Austrittsquerschnitt 49 wieder die gleiche Größe wie der Eintritts¬ querschnitt erreicht.

Die Variante A kann bei geringen Viskositäten und Feststoffgehalten der Schlamm- Suspension, wie beispielsweise bei Schwimmschlamm, eingesetzt werden. Ein Zu¬ setzen der Vorrichtung ist bei diesen Schlämmen aufgrund ihrer Theologischen und Partikelsystem-Eigenschaften nicht zu erwarten. Durch die wechselnden geometrischen und dadurch auch hydraulischen Eigenschaften werden die Agglomerate an der kegelförmigen Oberfläche des Innenteils aufgebrochen und zerstört und im Bereich des Ringspalts in die Suspension eingemischt.

Bei der Variante B können die Schlämme höhere Viskositäten und Feststoffgehalte aufweisen, wie beispielsweise Überschußschlamm. Die Druckverluste werden durch die praktisch konstante Strömungsgeschwindigkeit minimiert und die Zerstörung der Agglomerate erfolgt überwiegend durch Prall. Die Homogenisierung erfolgt bei dieser Ausführung wiederum durch eine Vergrößerung des benetzten zum durchströmten Flächenverhältnis.