Under CopyrightHeil, V.V.Heil2022-03-0621.06.20072002https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/27472510.24406/publica-fhg-274725Mit der leitprofilbewehrten Querstrom-Siebzentrifugation wird ein kontinuierliches Zentrifugationsverfahren zur Auftrennung stark verdünnter Suspensionen vorgestellt. Nähe der rotierenden Sieboberfläche geneigte Leitprofile eingebracht, an welchen die rotierende Flüssigkeit gegen die Siebkorbwand gedrückt wird. Hierdurch wird das Filtermittel freigespült und ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht. Der Feststoff wird im Flüssigkeitsring resuspendiert und von dort als Konzentrat kontinuierlich abgezogen. Die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens wir anhand von Technikumsversuchen zur Feststoffabtrennung aus Mischkanalisations-Abwasser in einer modifizierten Dreisäulenzentrifuge gezeigt. Die Abhängigkeit des Leistungsbedarfs der Technikumszentrifuge von betriebs- und Geometrieparametern wird aufgezeigt. Die Rotationsbewegung des Flüssigkeitsrings wird modelliert, und es wird ein effektiver Filterwiderstand als Kenngröße für die Filtrationseigenschaften eingeführt. Aus Analogiebetrachtungen zur Hydrodynamik von Gleitflächenbooten werden Kriterien für das mögliche Strömungsverhalten an Leitprofil abgeleitet.Inhalt 1 Einleitung und Aufgabenstellung S.1 2 Grundlagen der Siebzentrifugation und der Querstromfiltration S.2-18 - 2.1 Sieben, Filtrieren und ihre Trennmedien S.2-7 - 2.1.1 Siebverfahren und Siebe S.2-4 - 2.1.2 Filtrationsverfahren und Filter S.4-6 - 2.1.3 Bogensiebe S.6-7 - 2.2 Grundlagen der Siebzentrifugation S.7-17 - 2.2.1 Siebkorbwand, Filtermittel und Filterkuchen S.9-13 - 2.2.2 Siebkorbboden, Siebkorbblende und Suspensionszulauf S.13 - 2.2.3 Siebkorbantrieb S.14-16 - 2.2.4 Zentrifugengehäuse und Zusatzeinrichtungen S.16-17 - 2.3 Grundlagen der Querstromfiltration S.17-18 3 Technische Siebzentrifugen S.19-25 - 3.1 Systematische Einordnung und Unterteilung technischer Siebzentrifugen S.19-22 - 3.2 Verfahrensrelevante diskontinuierliche Siebzentrifugen S.22-25 - 3.2.1 Dreisäulenzentrifugen S.22-25 - 3.2.2 Horizontale Schälzentrifugen S.25 4 Verfahrensbeschreibung S.26-31 - 4.1 Verfahrensidee und Realisierungsmöglichkeiten S.26-27 - 4.2 Anwendung zur Fest-Flüssig-Trennung S.27-28 - 4.3 Anwendung zur Naßklassierung S.28-29 - 4.4 Leistungsmerkmale S.29 - 4.5 Technologische Einordnung des Verfahrens S.29-31 5 Modellierung der leitprofilbewehrten Querstrom-Siebzentrifugation S.32-63 - 5.1 Modellierungsvoraussetzungen S.33 - 5.2 Grundgrößen für Beispielrechnungen S.33-34 - 5.3 Makroskopische Modellierung des Leistungsbedarfs S.34-42 - 5.3.1 Leistungsbedarf der leitprofilfreien kontinuierlichen Siebzentrifugation S.34-38 - 5.3.2 Leistungsbedarf der leitprofilbewehrten Querstrom-Siebzentrifugation S.38-42 - 5.4 Drehzahl des Wasserrings S.42-50 - 5.4.1 Allgemeine Annahmen und Voraussetzungen S.42-43 - 5.4.2 Strömungszustände und Widerstandszahl S.43-45 - 5.4.3 Beschleunigung des Wasserrings S.45-46 - 5.4.4 Beschleunigung im Zulauffilm an der Bodenplatte S.47-49 - 5.4.5 Leitprofil S.49 - 5.4.6 Übertragung von Grundgleichungen S.50 - 5.5 Effektiver Filterwiderstand S.50-53 - 5.5.1 Berechnung mit der Drehzahl des Siebkorbs S.51-53 - 5.5.2 Berechnung mit der Drehzahl des Wasserrings S.53 - 5.6 Analogiebetrachtung zur Hydrodynamik von Gleitflächenbooten S.53-62 - 5.6.1 Vereinfachte Berechnung von Gleitflächen S.54-58 - 5.6.2 Übertragung auf die Leitprofilumströmung im Zentrifugen-Wasserring S.58-62 - 5.7 Mechanische Beanspruchung von Leitprofil und Leitprofilträgern S.62-63 6 Einsatzstoffe und Vorversuche S.64-69 - 6.1 Drucknutsche S.64-65 - 6.2 Laborzentrifuge S.65-69 - 6.2.1 Strömungstechnische Versuche mit abgedichteter Siebtrommel S.66-67 - 6.2.2 Zentrifugation von kontinuierlich zugeführten Modellabwässern S.68 - 6.2.3 Zentrifugation von kontinuierlich zugeführten Mischwässern S.69 7 Technikumsversuche S.70-79 - 7.1 Beschreibung der Technikumsanlage S.70-72 - 7.2 Beschreibung der Siebzentrifuge S.73-79 - 7.2.1 Siebeinsätze S.74-75 - 7.2.2 Leitprofile S.75-76 - 7.2.3 Konzentrat-Auffangraum S.76-77 - 7.2.4 Schnittskizze der Zentrifuge und Beschreibung des Konzentrataustrags S.77-79 8 Ergebnisse I: Aufreinigung und Standzeiten S.80-93 - 8.1 Stoffeigenschaften und Analyseverfahren S.80-81 - 8.2 Kuchenbildende Siebzentrifugation ohne Leitprofilbewehrung S.81-83 - 8.3 Siebzentrifugation mit Behinderung des Kuchenaufbaus S.83-84 - 8.4 Leitprofilbewehrte Querstrom-Siebzentrifugation S.84-93 - 8.4.1 Vorversuche: Betrieb ohne Konzentratabsaugung S.84-86 - 8.4.2 Näherungsweise realisierter kontinuierlicher Betrieb S.86-93 9 Ergebnisse II: Leistungsaufnahme, Strömungs- und Filtrationsverhalten S.94-114 - 9.1 Ermittlung der Leistungsdaten S.94-95 - 9.2 Leistungsbedarf der leitprofilbewehrten Querstrom-Siebzentrifugation S.96-104 - 9.2.1 Leerlaufleistung S.96-97 - 9.2.2 Leistungsbedarf ohne Leitprofilbewehrung S.97-99 - 9.2.3 Leistungsbedarf mit Leitprofilbewehrung S.99-104 - 9.3 Drehzahl des Wasserrings S.104-107 - 9.3.1 Wasserringdrehzahl ohne Leitprofileinsatz S.105-106 - 9.3.2 Wasserringdrehzahl mit Leitprofileinsatz S.106-107 - 9.4 Effektiver Filterwiderstand S.107-110 - 9.4.1 Effektiver Filterwiderstand (berechnet mit der Drehzahl des Siebkorbs) S.108-109 - 9.4.2 Drehzahlkorrigierter effektiver Filterwiderstand S.109-110 - 9.5 Strömungsverhalten am Leitprofil (Gleitflächenboottheorie) S.110-113 - 9.5.1 Abschätzung der Strömungsform S.111-112 - 9.5.2 Volumenstrom des Freistrahls S.112-113 - 9.6 Resultierende Kraft auf das Leitprofil S.113-114 10 Zusammenfassung und Ausblick S.115-118 11 Symbolverzeichnis S.119-126 - 11.1 Formelzeichen (allgemein) S.119-125 - 11.2 Allgemeine und für Klammerterme verwendete Subscripts S.125 - 11.3 Formelzeichen zur Hydrodynamik von Gleitflächenbooten S.126 12 Literatur S.127-136 13 Anhang S.137-146 - 13.1 Technische Daten der eingesetzten Hauptapparate S.137 - 13.2 Strömungszustände in der Probenahmeleitung der Technikumsanlage S.138 - 13.3 Summenparameter zur Quantifizierung der Wasserinhaltsstoffe S.138-140 - 13.3.1 Definition und Analytik der Summenparameter S.138-139 - 13.3.2 Zusammenhänge zwischen den Summenparametern S.139-140 - 13.4 Ergänzende Versuchsergebnisse S.141-146 - 13.4.1 Filtrierbares Volumen bei senkrechtem und waagerechtem Rohwasserzulauf S.141-142 - 13.4.2 Filtrierbares Volumen bei Leitprofileinsatz S.142-146decombined wastewaterSolid Mattersuspensionfiltercentrifugationcross-flow filtrationaccumulationsolid-liquid separationclassificationcontinuous processprimary sewage treatmentMischwasserSiebzentrifugationFest-Flüssig-Trennungkontinuierliches VerfahrenQuerstromfiltrationStrömungs- und FiltrationsverhaltenFeststoffAufkonzentrierungKlassifizierungmechanische Abwasserreinigung620doctoral thesis