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[Die Industrie der Steine + Erden]




Aufbereiten von Waschwasser und Verarbeiten von Schlämmen


Aufbereiten von Waschwasser und Verarbeiten von Schlämmen

Der Aufbereitung von Waschwasser kommt eine stetig steigende Bedeutung zu, weil die mit der Einleitung des Wassers in Flüsse oder Seen verbundenen Auflagen sehr hohe Anforderungen an die Wasserqualität stellen. Deshalb ist es auch nicht möglich, den entstehenden Schlamm in die Gewässer einzuleiten; er muß entwässert und einer ordentlichen Deponie zugeführt werden.

Die Klärung von Wasser und Abwasser kann unter Ausnutzung der Schwerkraft, durch Anwendung der Zentrifugalkraft oder durch Filtration erfolgen. Die Schwerkrafttrennung ist ein relativ billiges Verfahren und wird deshalb häufig zur Abtrennung absetzbarer Verunreinigungen eingesetzt. Meist sind die Abscheider als Becken für eine hohe Verweildauer ausgebildet, deren Größe von der Abflußmenge und der Größe der Teilchen, welche im Abwasser verbleiben dürfen, bestimmt wird (Abb. 1).

Abb. 1: Bestimmung des Trennschnittes aus Abflußmenge und Klärfläche (Zeichnung Böhringer)
Abb. 1: Bestimmung des Trennschnittes aus Abflußmenge und Klärfläche (Zeichnung Böhringer)

In dieser Grafik wird ersichtlich, daß z. B. bei einer vorgegebenen Abflußmenge von Q = 3000 m3/h und einer zulässigen Teilchengröße von 0,070 mm eine Klärfläche von
300 m2 benötigt wird. Dieses Beispiel ist für Rundkorn mit einer Wichte von 2,6 t/m3ausgelegt. Leichtere Stoffe und andere Kornformen vergrößern die erforderliche Klärfläche.

Die Abscheideleistung solcher Sedimentationsanlagen wird entscheidend durch die Sinkgeschwindigkeit des Korn (vs) bestimmt. Die Verweilzeit (t) des Abwassers errechnet sich aus dem Beckenvolumen (V) und der Wassermenge (Q) zu:

t(s) = V (m3) / Q (m3/s)

= H x F (m x m2) / Q (m3/s)

Während dieser Zeit (t) müssen die Körner die Beckenhöhe durchsinken, um vollständig abgeschieden zu werden. Die Sedimentationszeit (ts) ergibt sich unter der Voraussetzung einer konstanten Sinkgeschwindigkeit (vs} zu:

ts (s) = ª x F (m x m2) / W (m3/s)

Die Größe Q/F, welche als Oberflächenbeschickung bezeichnet wird, bestimmt somit die Wirksamkeit eines Schwerkraftabscheiders. Es werden solche Körner abgeschieden, deren Sinkgeschwindigkeit der Oberflächenbeschickung entspricht. Körner mit einer geringen Sinkgeschwindigkeit werden nur unvollständig abgetrennt.

Die Abscheideleistung eines konventionellen Beckens kann nur durch eine wesentliche Vergrößerung der Beckenoberfläche gesteigert werden. Dies führt nicht nur zu einem größeren Flächenbedarf, sondern mit zunehmender Größe wirken sich auch die Störfaktoren Kurzschlußströmungen, Turbulenzen, Temperaturgradienten in der Flüssigkeit und Windeinflüsse stärker aus.

Nun kann aber eine Vergrößerung der wirksamen Oberfläche nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler Richtung erreicht werden. Dies ist der Fall, wenn das Becken durch mehrere horizontale Böden unterteilt wird. Neigt man nunmehr diese Böden noch, so gleiten die abgeschiedenen Stoffe nach unten.

Derartige Systeme haben auch in der modernen Wasseraufbereitungstechnik Eingang gefunden, deren Ziel es ist, für das Waschen von Kies und Sand sowie von Altbaustoffen nur so viel Wasser zuzusetzen, daß ein einwandfreier Wasserkreislauf entsteht und kein Abwasser entsorgt werden muß. Das Wasser wird also innerhalb der Anlage so aufbereitet, daß lediglich die mit den Endprodukten ausgetragenen Mengen ersetzt werden müssen, der Schlamm wird auf Filterpressen oder in Zyklonen weitgehend entwässert und kann dann deponiert werden. Aber auch das bei der Bearbeitung von Naturstein sowie von Beton- und Fertigteilen entstehende Abwasser muß heute in geeigneten Anlagen geklärt werden, damit es im Kreislauf verwendet werden kann und eine problemlose Deponierung des Schlamms möglich ist. Bisher ist es nur in seltenen Fällen gelungen, auch für die Schlämme eine wirtschaftlich sinnvolle Verwendung zu finden. Waschwasser (auch Kühlwasser von der Steinbearbeitung) ist in der Regel mit Feststoffpartikeln beladen, welche häufig eine Größe von <0,2 mm besitzen. Aufgabe einer Wasseraufbereitungsanlage ist es, diese Feinteile auszuwaschen und zu stichfestem Schlamm zu verarbeiten. Moderne Anlagen ersetzen Absetzbecken und Klärtürme. Bei dem kompakten Anlagesystem von BIBKO wird das zu reinigende Wasser mittels einer Pumpe in die Klärmaschine gefördert. Die Feststoffe sedimentieren auf dem Boden des Troges, wo sie von einem Kratzförderer aufgegriffen und kontinuierlich aus der Maschine heraus transportiert werden.

Die Klärung des Wassers wird durch die spezielle Anordnung der Lamellen (schräg gestellte Böden), welche im Winkel und in der Höhe verstellbar sind, verstärkt. Diese tragen zu einem beschleunigtenAbsetzen der im Wasser schwebenden Partikel bei.

Durch die Vielzahl der Lamellen wird eine Art "vielfaches Absetzbecken" simuliert. Im hinteren Bereich der Anlage tritt das geklärte Wasser über eine Überlaufrinne aus und kann erneut dem Aufbereitungsprozeß zugeführt werden. Der durch den Kratzförderer aus der Maschine herausgeförderte Schlamm wird durch den taktweisen Förderprozeß weitgehend entwässert und so in einen deponiefähigen Zustand versetzt.

Bei der Aufbereitung von Waschwasser in der Beton- und Fertigteilindustrie wird häufig das zum Reinigen der Maschinen (Mischer, Transportkübel u. dgl.) verwendete Wischwasser, das zum Auswaschen von Waschbetonteilen und das beim Sägen und Schleifen benötigte Kühlwasser zusammengeführt. Vertikale Kläranlage In einer entsprechenden Wasseraufbereitungsanlage (Abb. 2) wird das Wasch- und Schleifwasser zunächst in einen Pumpensumpf geleitet und mit den darin enthaltenen Körnungen und Feinstteilen der ersten Prozeßstufe zugeführt. Hier werden alle Körnungen <0,2 mm vollständig von den Zement-partikeln befreit und sauber ausgewaschen. Die zurückgewonnenen Feststoffe können sogar später wieder in den Produktionsprozeß eingebracht werden.

Das Wasser mit den Feinteilen <0,2 mm geht zunächst zur Pufferung in ein Rührwerksbecken. In diesem Becken müssen insbesondere die Zementfeinteile in Schwebe gehalten werden, damit sie inaktiviert werden.

In der zweiten Prozeßstufe wird dann das Wasser mit den Feinteilen aus dem Becken in einen Klärturm gepumpt, in dem es vollständig von Feststoffen befreit wird. Diese sedimentieren in der inneren Röhre des Turms im unteren Konusbereich. Hier sorgt ein Rührwerk für eine gleichbleibende Konsistenz des Schlamms, der – entsprechend dosiert – dem Mischer zugeführt wird und bei der Herstellung von Beton eine sinnvolle Verwendung findet. Das gereinigte Wasser kann praktisch für alle Aufgaben innerhalb eines Beton- und Fertigteilwerkes benutzt werden. Folgende Einsatzbereiche bieten sich hier an:

Mit einer Wasseraufbereitungsanlage können die Wasserkosten eines Betriebes deutlich gesenkt werden, ausgewaschene Körnungen werden dem Produktionskreislauf zugeführt, Abfallmengen werden reduziert und die auf diesem Sektor geltenden gesetzlichen Umweltbestimmungen eingehalten.


Abb. 3: Verfahrensfließbild: Wasserkläranlage mit Kammerfilterpresse (Zeichnung Christophel)
Abb. 3: Verfahrensfließbild: Wasserkläranlage mit Kammerfilterpresse (Zeichnung Christophel)

Bei der von Christophel angebotenen, für eine Wassermenge von 1000 m3/h ausgelegten Waschwasser-Aufbereitungsanlage (Abb. 3) wird das gesamte Abwasser eines Betriebes einem Schmutzwasserbecken zugeführt, in dem eine Schmutzwasserpumpe installiert ist. Mit dieser wird das Wasser in den Klärturm gefördert. Gleichzeitig wird in der Flockungsmittel-Dosieranlage die errechnete Flockungsmittelmenge mit Wasser vermischt und verrührt.

Dann spritzen Dosiermittelpumpen die Flockungsmittellösung in das Schmutzwaser, wodurch die Klärwirkung der Anlage deutlich erhöht wird. Insofern übernimmt der Klärturm die Aufgabe der früheren Absetzbecken. Das Überlaufwasser gelangt aus dem Klärturm in den Frischwasserturm und kann von dort wieder in den Produktionsprozeß eingeleitet werden.

Theoretisch könnte der eingedickte Schlamm bereits vom Klärturm aus abgefahren werden. Wirtschaftlicher ist jedoch die Verwendung eines Schlammbehälters, weil hiermit Volumen und Gewicht des Schlamms, welcher deponiert werden muß, erheblich verringert wird. Vom Behälter aus wird der Schlamm mit einer Dickstoffpumpe in die Kammerfilterpresse gefördert und dort entwässert. Die Schlammpressung erfolgt im unbeaufsichtigten 24-Stunden-Betrieb; die Filterpressen sind robust, wartungsfreundlich und erreichen eine hohe Lebensdauer. Die automatische Überwachung von Wasseraufbereitungsanlagen durch elektrische Steuerungen wird im Bereich der Steine und Erden-Industrie immer wichtiger. Ein entsprechendes Programm mit Kontrolle der Einzelfunktionen bis zur Fernüberwachung ist daher eine wesentliche Voraussetzung für einen dauerhaften Betrieb.


Abb. 4: Verfahrensfließbild: Wasserkläranlage verschiedener Kreisläufe (Zeichnung Christophel)
Abb. 4: Verfahrensfließbild: Wasserkläranlage verschiedener Kreisläufe (Zeichnung Christophel)

Das Verfahrensfließbild (Abb. 4) der Wasseraufbereitungsanlage von GECO zeigt übersichtlich die einzelnen Verfahrensschritte bei der Aufbereitung von Waschwasser aus den Betrieben der Beton- und Fertigteilindustrie.

Als Verursacher von Schmutzwasser werden Reinigungseinrichtungen von Paletten, Autobetonpumpen, Fahrmischer, stationäre Mischer und Waschplätze von Auswaschanlagen genannt. Die hier anfallenden Wassermengen mit den darin enthaltenen Feststoffen werden in die Auswaschanlage transportiert und dort in Feststoff und Wasser mit Schwebstoffen getrennt. Während die Feststoffe sofort deponiert und bei Bedarf der Produktion zugeführt werden, gelangt das Wasser mit den Schwebstoffen in das Rührwerksbecken. Das in Intervallen arbeitende Krälwerk hält die Feststoffe in Schwebe und sorgt somit dafür, daß die im Waser befindlichen Zementpartikel inaktiviert weren. Sofern dieses Wasser-Feststoff-Gemisch als Anmachwasser verwendet werden kann, ist eine weitere Aufbereitung nicht erforderlich. Falls es jedoch zur Reinigung von Maschinen oder zum Auswaschen von fertigen Produkten benutzt weren soll, muß es einem weiteren Verfahrensprozeß unterzogen werden, der in den Reaktorsilos vorgenommen wird. Hierzu sollte das Wasser nach Art seiner Belastung getrennt werden in Abwasser von Graubeton und Abwasser von farbigem Beton, damit dem Verhalten der im Waser enthaltenen Farbpartikel bei der Aufbereitung Rechnung getragen werden kann. In der Flockungsmittel-Dosierstation wird die notwendige Flockungsmittelmenge berechnet, mit Wasser angerührt und in das Schmutzwaser gespritzt. Dabei werden auch die im Wasser enthaltenen Pigmente in den Flocken weitgehend gebunden. Das hier geklärte Wasser kann zum Reinigen von Maschinen, zum Auswaschen von fertigen Betonerzeugnissen oder zum Sägen und Schleifen verwendet werden. Der Schlamm kann erneut bei der Zubereitung von Beton eingesetzt oder in Filterpressen so verdichtet werden, daß er auf einer Deponie entsorgt werden kann.


Abb. 5: Wasserkläranlage der Baureihe KWA (Foto Klärfix)
Abb. 5: Wasserkläranlage der Baureihe KWA (Foto Klärfix)

Die von KLÄRFIX hergestellte Wasserrückgewinnungsanlage KWA (Abb.) ist für den Einsatz zur Aufbereitung von Brauchwasser mit inaktiven Schlämmen, z. B. Wasser aus der Bearbeitung von Naturwerkstein. Das in Anlage geklärte Wasser kann voll in den innerbetrieblichen Wasserkreislauf zurückgeführt werden, während der anfallende Restschlamm im Entwässerungs-Container stichfest eingedickt und auf einer nahe gelegenen Deponie entsorgt wird.

Die Wasserrückgewinnungsanlagen der Baureihe KWA gibt es in verschiedenen Baugrößen mit Schmutzwasser-Klärleistungen von 3-600 m3/h. Sie sollten jedoch nur dort eingesetzt werden, wo keine abbindenden, also nur inaktive Schlämme anfallen, z. B. bei Abwässern aus Sand- und Kieswäschen, Glas- und Keramikbetrieben oder Natursteinwerken.

Die Anlage besteht aus einem zylindrischen Turmbehälter mit Standzarge, einem Konus mit elektrisch angetriebenem Rührwerk, Steigleiter mit Rückenschutz, Rundgeländer am Silokopf sowie einer Flockungsmittel-Dosierstation und dem fest installierten Schaltschrank für die elektrische Steuerung in der Standzarge. Alle produktionsabhängigen Schmutzwässer werden im zentralen Pumpensumpf gesammelt.

Über eine Pumpe wird von dort das gesamte Schmutzwasser – unter Zugabe des Flockungsmittels – in den inneren Zylinder des Klärturms gepumpt.

Bedingt durch die Wirkung des Flockungsmittels setzen sich hier alle Feststoffanteile in Form von schweren Flocken als Schlamm im Behälterkonus ab. Das geklärte Waser steigt im Außenring des Behälters nach oben, wird dort von einer Überlaufrinne aufgefangen und steht dem Wasserkreislauf wieder zur Verfügung.

Der durch das Rührwerk im Behälterkonus breiig gehaltene Abfallschlamm wird, bedingt durch statischen Druck der Wassersäule, im Schlammablaßrohr manuell oder vollautomatisch in den EWC-Container abgelassen, dort restentwässert und der Deponie zugeführt. Dieser Container besteht aus einem stabilen Blechmantel, der durch Rippen verstärkt ist. Außerdem ist er mit einem herausnehmbaren Lochblechfilterkorb ausgerüstet, in dem sich ein hochfestes Filtertuch befindet. Zwischen diesem Tuch und dem Außenmantel wird das Filtratwasser abgeleitet. Um eine einwandfreie Entleerung zu gewährleisten, ist die Kippseite des Containers als glatte Fläche ausgebildet.

Eine Anlage zur Prozeßwasserklärung wurde von BRÄUER für ein neues Kieswerk konzipiert, bei der der Feinsand in einer Multizyklonanlage aus dem Waschwasser abgeschieden wird. Das Überlaufwasser der Multizyklonanlage (320-420 m3/h) läuft in freiem Gefälle in den Klärturm mit einem Fassungsvermögen von 250 m3. In die Zuleitung zum Klärturm wird zur Unterstützung des Absetzvorganges mit Hilfe einer Dosierpumpe die in der Flockungsmittel-Dosierstation hergestellte Polymerlösung eingespeist. Die Zugabemenge ist vor allem von der Trübedichte des Abwassers abhängig, welche von einer in der Rohrleitung installierten Einbausonde gemessen wird. Die Meßwerte werden in einem Regler ausgewertet und zur Steuerung der Dosierpumpe benutzt. Die Polymerlösung führt eine Flockung der Feststoffe herbei; dadurch wird die schnellere Trennung der Feststoffe vom Wasser im Klärturm erreicht.

Um das Flockungsmittel möglichst wirtschaftlich einzusetzen und um Überdosierungen zu vermeiden, wird dem Flockungsmittelregler eine Optimierungsstrategie aufgeschaltet. Dadurch ist das System in der Lage, auch bei sich ändernden Feststoffmengen die gewünschte Prozeßwasserbeschaffenheit mit dem geringstmöglichen Flockungsmittelverbrauch zu erzielen. Bei der Sedimentation im Klärturm setzt sich der Schlamm im unteren konisch ausgebildeten Bereich ab. Mit Hilfe eines Druckwächters wird die Feststoffkonzentration gemessen und bei Bedarf die Pumpe angesteuert, die den Schlamm zum Außenbecken pumpt.

Mit dem Verfahren wird eine Eindickung des Schlamms auf etwa 400-450 g/l erreicht, was einer Feinschlamm-Menge von 20-25 m3/h entspricht. Der Klärwassesrüberlauf des Klärturms wird in einem Wasserbehälter gesammelt.

Eine Füllstandmeßsonde erfaßt kontinuierlich den Füllstand. Jede Fehlwassermenge von 35 m3 wird durch eine entspechende Menge Frischwasser ersetzt. Mit der Prozeßwasserpumpe, welche unter dem Wasserbehälter angeordnet ist, können bis zu 450 m3/h zur Versorgung der Kiesaufbereitung zugeführt werden.

Zur weiteren Eindickung der Schlämme werden insbesondere Hydrozyklone oder Filterpressen eingesetzt.

Bei einem Hydrozyklon (siehe Eingangsgrafik), einer Zentrifuge mit stehenden Wandungen bei rotierender Suspension, sind Zentrifugalkräfte das wirksame Prinzip der Trennvorgänge. Die mitgeführten Partikel sedimentieren radial nach außen, das vielfach verstärkte Kraftfeld führt zu hohen Sedimentationsgeschwindigkeiten und hoher Belastbarkeit.

Gute Strömungsführung ermöglicht hohe Trennschärfen. Das von AKW entwickelte Baukastensystem ermöglicht die Verwendung einfacher Verbindungen und Dichtungen, so daß keine Präzisionsmontage erforderlich ist. Damit ist auch ein leichter Austausch aller Bauelemente verbunden. Weil keine rotierenden Teile in den Zyklonen vorhanden sind, können korrosionsbeständige und verschleißfeste Werkstoffe eingesetzt werden.

Bandfilterpresse

Die Bandfilterpressen der Serie E (Abb. 6) von COMEC arbeiten nach der Methode des mechanischen Durchlaufverfahrens. Durch die beiden endlos umlaufenden Bänder wird das Material gefördert, gepreßt und entwässert. Die schnelle Trennung von Schlamm und Wasser wird auch hier durch eine exakt dosierte Zugabe von Flockungsmitteln erreicht.

Im Aufgabebereich wird dem Schlamm-Wasser-Gemisch das Flockungsmittel zugesetzt und über ein Rührwerk homogenisiert. Im anschließenden Beruhigungsabschnitt wird das Gemisch durch eine Schnecke gleichmäßig über die gesamte Bandbreite verteilt und durch einen Abstreifer in gleichmäßiger Schichtstärke aufgetragen. Im Einzugsbereich wird bereits ein großer Teil des Materials durch einfache Schwerkrafttrennung entwässert. An den Übergabestellen bricht der Schlammkuchen. In der anschließenden Preßzone wird der Preßdruck infolge unterschiedlicher Durchmesser der Rollen fortlaufend erhöht und somit das Material weiter entwässert. Die ersten Rollen in der Keilzone sind durchlöchert, um den Entwässerungseffekt zu erhöhen. Die restliche Entwässerung wird durch wechselseitig angeordnete Rollen erzielt. Anschließend wird der Filterkuchen von einem speziellen Bandabstreifer schonend entfernt. Die endlos umlaufenden Bänder werden im hinteren Bereich der Maschine mit hohem Wasserdruck permanent gereinigt; hierfür sind besondere Wasserdüsen installiert. Beide Gurte werden durch eine jeweils separat wirkende hydraulische Spannvorrichtung reguliert und durch eine Druckluftsteuerung zentriert.





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