Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum, umfassend einen Behälter mit einer ersten Behälterwand, wobei die erste Behälterwand einen Überlauf und einer Abstreifvorrichtung zum Abstreifen des Schaums von der Flüssigkeit. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum.

Stand der Technik

Vorrichtungen zum Abtrennen von auf einer Flüssigkeitsoberfläche schwimmendem Schaum sind grundsätzlich bekannt. Solche Vorrichtungen werden bei Aufbereitungsverfahren und Reinigungsverfahren eingesetzt. Als Beispiel seien Reinigungsvorrichtungen für Feststoffe, wie Rohstoffe, Gesteine, Erze, Kohle, etc. aber auch Aufbereitungsvorrichtung im Bereich Recyklieranlagen, Kläranlagen zur Aufbereitung von verunreinigtem Wasser etc., aber auch die Lebensmittelindustrie und weitere Anwendungsgebiete genannt. Dem Fachmann sind weitere Anwendungsgebiete bekannt.

Diesen Fachgebieten ist gemeinsam, dass im Verfahren mit dem Schaum respektive einer aufschwimmenden Fraktion ein Bestandteil des zu reinigenden oder aufzubereitenden Stoffes abgetrennt wird. Dieses Verfahren ist auch als Flotation bekannt. Es handelt sich um ein physikalisch-chemisches Trennverfahren, bei welchem in typischerweise wässriger Umgebung ein abzutrennender Stoff mittels Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche transportiert wird. Dort bildet sich ein Schaum, welcher den abzutrennenden Stoff enthält. Der Schaum wird schliesslich über eine Vorrichtung zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum, von der Flüssigkeit abgetrennt. Solche Verfahren eigenen sich insbesondere für die Abtrennung von hydrophoben Partikel oder Tropfen. Gasblasen, welche ebenfalls hydrophob sind, können sich an die hydrophoben Partikel oder Tropfen anlagern und diese an die Flüssigkeitsoberfläche transportieren. Die Anlagerung kann auch über elektrostatische Effekte erfolgen.

Es sind unterschiedliche Techniken bekannt, um die aufschwimmende Fraktion respektive den Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche abzutrennen. Einerseits kann die aufschwimmende Fraktion respektive der Schaum als kontinuierlicher Überlauf aus dem Behälter ausgetragen werden. Diese Technik ist bei Trennverfahren von Bitumen aus Ölsanden bekannt. Dennoch sind solche Systeme wenig effizient, da einerseits ein grosser Flüssigkeitsdurchsatz notwendig ist und anderseits der aufschwimmende Schaum nur langsam zum Überlauf gelangt.

Anderseits kann eine mechanische Abstreifvorrichtung vorgesehen sein, welche die aufschwimmende Fraktion respektive den Schaum von der Flüssigkeit abstreift. Damit wird ein effizienteres Verfahren geschaffen, um die aufschwimmende Fraktion respektive den Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche abzutrennen.

Beide Verfahren sind jedoch anfällig auf Wellenbewegungen in der Flüssigkeit, da damit einerseits das Abtrennen mit der Abstreifvorrichtung erschwert wird und anderseits gegebenenfalls grosse Flüssigkeitsmengen über den Überlauf austreten. Solche Wellenbewegungen werden durch die Rühr- und Mischwerke erzeugt, welche das Trennverfahren beschleunigen sollen.

Es ist bekannt, diesen Effekt zu reduzieren, indem eine ausreichend hohe Flüssigkeitssäule vorgesehen wird, welche die Tiefenbewegungen in der Flüssigkeit aufnimmt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass entsprechend grosse (insbesondere hohe) Reaktoren benötigt werden. Weiter wird eine grosse Menge Flüssigkeit benötigt. Insbesondere wenn die Flüssigkeit beheizt werden soll, wird damit entsprechend viel Energie benötigt, womit das Verfahren teuer wird. Auch bei einem Einsatz eines Reagenzes zur Unterstützung des Reinigungs- respektive Trennverfahrens wird entsprechend eine grössere Menge des Reagenz benötigt, womit das Verfahren wiederum teurer wird.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum zu schaffen, welche besonders effizient betrieben werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Überlauf und eine Abstreifvorrichtung zum Abstreifen des Schaums von der Flüssigkeit, wobei die Abstreifvorrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Schaum vom Überlauf räumlich getrennt, insbesondere vertikal oberhalb des Überlaufs aus dem Behälter ausgetragen werden kann. Der Schaum wird damit nicht über den Überlauf ausgetragen, sondern über eine vom Überlauf separate Einrichtung.

Damit wird erreicht, dass durch die Abstreifvorrichtung im Wesentlichen der Schaum aus dem Behälter ausgetragen wird. Insbesondere kann damit die mit dem Schaum ausgetragene Flüssigkeitsmenge wesentlich reduziert werden. Dies wiederum führt zu einem besonders effizienten Trennungsverfahren. Wellenbewegungen eines Rührwerks können damit zwar zu einem verstärkten Flüssigkeitsaustritt über den Überlauf führen, hingegen kann durch die Anordnung und Ausbildung der Abstreifvorrichtung ein Austritt zusammen mit dem Schaum vermindert oder zumindest vermieden werden. Dies wiederum ermöglicht, den Behälter kleiner zu dimensionieren womit wiederum Kosten, insbesondere Energiekosten bei einer Beheizung, eingespart werden können.

Weiter kann damit die Flüssigkeit im Behälter effizient umgewälzt werden, ohne dass die Schaumabtrennung negativ beeinträchtigt wird. Damit kann wiederum ein effizienteres Trennungsverfahren erreicht werden. Die Abstreifvorrichtung ist damit vorzugsweise zumindest Bereichsweise zum Überlauf vertikal beabstandet angeordnet, so dass der Schaum oberhalb des Überlaufs aus dem Behälter abgeführt werden kann. Die Abstreifvorrichtung muss dazu jedoch nicht zwingend exakt oberhalb des Überlaufs angeordnet sein, der Überlauf und die Abstreifvorrichtung können auch an unterschiedlichen Stellen eines Behälterrandes angeordnet sein.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Abstreiframpe, wobei die Abstreiframpe derart angeordnet ist, dass die Abstreifvorrichtung den Schaum über die Abstreiframpe von der Flüssigkeitsoberfläche, insbesondere über die erste Behälterwand, aus dem Behälter hinaus befördern kann. Die Abstreiframpe ist im Bereich des Behälterrandes vorzugsweise vertikal oberhalb des Überlaufs angeordnet, so dass der Schaum während des Verfahrens von der Flüssigkeitsoberfläche entlang der Abstreiframpe nach oben geführt wird. Der höchste Punkt der Abstreiframpe muss nicht zwingend über dem Behälterrand liegen, sondern kann auch davor oder danach angeordnet sein. Vorzugsweise ist ein horizontaler Winkel der Abstreiframpe in einem Winkelbereich zwischen vorzugsweise +/- 30°, insbesondere zwischen +/- 15°, insbesondere bevorzugt zwischen +/- 5° einstellbar, vorzugsweise automatisch einstellbar. Damit kann zu Beginn des Verfahrens, wenn der Schaum typischerweise eine hohe Dichte aufweist, der Winkel geringgehalten werden und gegen Ende des Verfahrens, wenn die Dichte des Schaums typischerweise geringer ist, ein grösserer Winkel eingestellt werden.

Statt der Abstreiframpe kann auch eine andere Ausbildung der Abstreifvorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann zum Beispiel auch ein Förderband vorgesehen sein, welches teilweise in die Flüssigkeit eintaucht und damit den Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche nach oben transportiert und vertikal oberhalb des Überlaufs aus dem Behälter ausgetragen werden kann.

Dadurch, dass eine Abstreiframpe verwendet wird, kann das aufschwimmende Material respektive der Schaum besonders effizient und mit geringem Flüssigkeitsverlust aus dem Behälter befördert werden. Gleichzeitig wird mit dem Überlauf ein konstantes Flüssigkeitsniveau im Behälter ermöglicht, so dass die Abstreifvorrichtung während des Verfahrens in konstanter Höhe gehalten werden kann. Damit kann das Wasserniveau unabhängig von, zum Beispiel durch eine Mischvorrichtung oder dergleichen verursachten Wellen, konstant gehalten werden. Gesamthaft wird damit eine Vorrichtung geschaffen, mit welcher das aufschwimmende Material besonders effizient von der Flüssigkeit abgetragen werden kann. Dem Fachmann ist klar, dass dazu der Behälter vorzugsweise mit einer Flüssigkeitszufuhr versehen werden kann, um das Flüssigkeitsniveau zu halten.

Die Vorrichtung zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum, umfasset einen Behälter mit einer ersten Behälterwand, wobei die erste Behälterwand einen Überlauf umfasst.

Bevorzugt weist der Behälter im Bereich der Abstreifvorrichtung, insbesondere auf einer Höhe des Überlaufs, eine Querschnittsfläche für die Flüssigkeitsoberfläche auf, wobei ein Verhältnis zwischen einem Behältervolumen des Behälters und der Querschnittsfläche grösser als 5 m ³ : 1 m ² , vorzugsweise grösser als 8 m ³ : 1 m ² , insbesondere bevorzugt grösser als 10 m ³ : 1 m ² ist. Damit wird bei gegebenem Volumen des Behälters die Querschnittsfläche relativ klein gehalten. Damit kann der Schaum in besonders konzentrierter Form erzeugt und von der Oberfläche abgetragen werden. Die Querschnittsfläche wird besonders bevorzugt auf Höhe des Überlaufs bestimmt. In einer beispielhaften Dimensionierung weist der Behälter bis zum Überlauf ein Volumen von 10 m ³ auf, wobei die Querschnittsfläche (Oberfläche auf Höhe des Überlaufs) 1 m ² beträgt. In Experimenten hat sich gezeigt, dass insbesondere die Kombination der relativ geringen Querschnittsfläche und der Abstreifvorrichtung zu besonders guten Resultaten führen. Die Kombination ist insbesondere dann von grossem Vorteil, wenn das abzutrennende Material eine relativ hohe Dichte aufweist, womit wiederum der Schaum eine relativ hohe Dichte aufweist.

In Varianten kann das Verhältnis zwischen einem Behältervolumen des Behälters und der Querschnittsfläche kleiner als 5 m ³ : 1 m ² sein.

Bevorzugt weist der Behälter im Bereich der Abstreifvorrichtung, insbesondere auf einer Höhe des Überlaufs, eine Querschnittsfläche für die Flüssigkeitsoberfläche auf, wobei ein Verhältnis zwischen einem Behältervolumen des Behälters und der Querschnittsfläche kleiner als 30 m ³ : 1 m ² , vorzugsweise kleiner als 20 m ³ : 1 m ² , insbesondere bevorzugt kleiner als 15 m ³ : 1 m ² ist. Vorzugsweise ist ein Verhältnis zwischen einer Behälterhöhe, insbesondere vom Behälterboden bis zum Überlauf, zur Querschnittsfläche des Behälters grösser als 3 m : 1 m ² , vorzugsweise grösser als 5 m:1 m ² , insbesondere bevorzugt grösser als 10 m : 1 m ² . In Varianten kann das Verhältnis zwischen einer Behälterhöhe, insbesondere vom Behälterboden bis zum Überlauf, zur Querschnittsfläche des Behälters auch kleiner als 3 m : 1 m ² sein. Vorzugsweise ist ein Behältervolumen grösser als 5 m ³ , insbesondere grösser als 10 m ³ . In Varianten kann das Behältervolumen aber auch geringer als 5 m ³ sein.

Vorzugsweise läuft die Behälterwand des Behälters hin zur Querschnittsfläche auf Höhe des Überlaufs zusammen. Besonders bevorzugt verkleinert sich eine Querschnittsfläche des Behälters hin zur Querschnittsfläche auf Höhe des Überlaufs in einem oberen Fünftel des Behälters, vorzugsweise in einem oberen Drittel des Behälters. In Varianten kann der Behälter auch zylindrisch ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist der Überlauf eine zur Flüssigkeitsoberfläche separate und insbesondere durch eine Trennwand von der Flüssigkeitsoberfläche abgetrennte Steigzone auf. Damit wird verhindert, dass durch eine Wellenbewegung grosse Mengen Flüssigkeit über den Überlauf aus dem Behälter austreten. Die Struktur dieser Steigzone kann einem Ausguss für die Milch eines Rahmabscheiders ähneln. Ein oberes Ende der Trennwand liegt dazu vorzugsweise oberhalb des Überlaufs, so dass der Schaum der Flüssigkeitsoberfläche nicht in die Steigzone gelangen und über den Überlauf aus dem Behälter austreten kann. Die Trennwand ist damit bevorzugt so ausgebildet, dass ein Trennwandbereich, welcher die Steigzone von der Flüssigkeitsoberfläche trennt, höher liegt, als der Überlauf. Die Trennwand kann zum Beispiel einen Kanal umfassen, welche mit der Innenwand des Behälters verbunden ist, wobei ein Kanaleingang unterhalb des Überlaufs angeordnet ist und ein Kanalausgang mit dem Überlauf fuldisch verbunden ist. Der Kanal kann zum Beispiel durch ein U-Profil realisiert sein, welches mit der Innenwand des Behälters verbunden, zum Beispiel verschweisst ist. In Varianten kann auf die Steigzone auch verzichtet werden.

Bevorzugt umfasst der Überlauf eine Umlenkung, womit eine Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor dem Erreichen des Überlaufs um einen Winkel von mindestens 90° umgelenkt wird, um ein Austreten von Schaum beim Überlauf zu vermeiden. Damit kann verhindert werden, dass die aufsteigenden Blasen respektive Nanobubbles (siehe weiter unten), und damit gebildeter Schaum über den Überlauf austritt. Damit wird eine besonders effiziente Schaumabtrennung erreicht. Die Umlenkung kann Teil der Steigzone sein oder als separates Element, vorzugsweise vor der Steigzone ausgebildet und mit der Steigzone fluidisch verbunden sein. Die Umlenkung ist besonders bevorzugt am Eingangsbereich der Steigzone ausgebildet. Die Umlenkung von mindestens 90° bedeutet, dass eine mittlere Strömungsrichtung sich in zwei unterschiedlichen Zonen der Umlenkung um einen Winkel von mindestens 90° unterscheiden. Die Umlenkung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Flüssigkeit beim Eintritt in die Umlenkung nach unten und damit weg vom Überlauf geführt wird, um anschliessend wieder nach oben, hin zum Überlauf geführt zu werden. Da Blasen respektive Nanobubbles aufgrund der geringen Dichte aufsteigen, wird damit erreicht, dass die Blasen respektive Nanobubbles nicht respektive nur in geringem Massen in die Steigzone gelangen. Dem Fachmann sind dazu viele möglich Ausbildungen der Umlenkung bekannt.

In einem einfachen Fall kann die Steigzone durch ein vertikal angeordnetes Rohrstück realisiert sein, welches an demjenigen Rohrende, welches unterhalb des Überlaufs angeordnet ist, mit einem U-förmigen Rohrstück verbunden ist, wobei das U-förmige Rohrstück die Umlenkung bildet. Dem Fachmann sind weitere Ausbildungen der Umlenkung bekannt. Zum Beispiel kann die Steigzone auch mit Strömungsbrecher derart ausgestattet sein, dass die Flüssigkeit entlang der Steigzone um mindestens 90° umgelenkt wird. Grundsätzlich kann die Umlenkung die Flüssigkeit auch um weniger als 90° umlenken, zum Beispiel um 45° bis 90°. In einer weiteren Variante, insbesondere, wenn grosse Mengen an Schaum produziert werden, kann die Steigzone auch mehr als eine Umlenkung aufweisen. In einer besonderen Ausführungsform kann die Steigzone eine Umlenkung an der Flüssigkeitsoberfläche aufweisen, welche zur Flüssigkeitsoberfläche offen ist, so dass Schaum in der Steigzone an die Flüssigkeitsoberfläche getragen und dort abgeschabt werden kann. Damit fliesst die Flüssigkeit auf dem Weg zum Überlauf zuerst nach oben, hin zur Flüssigkeitsoberfläche, danach wieder nach unten, und wird wiederum nach oben, hin zum Überlauf umgelenkt. Die Steigzone kann mehrere solche Bereiche aufweisen, so dass die Flüssigkeit hin zum Überlauf mehrfach an die Flüssigkeitsoberfläche tritt. Dem Fachmann sind weitere Varianten zur Umlenkung eines Flüssigkeitsstroms hin zum Überlauf bekannt, mit welcher ein übermässiger Austritt von Schaum aus dem Überlauf vermieden werden kann.

In Varianten kann auf die Umlenkung auch verzichtet werden. Die Steigzone kann damit als einfaches Tauchrohr ausgebildet sein.

Weiter umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Durchmischungsvorrichtung zum Durchmischen der Flüssigkeit. Die Durchmischungsvorrichtung kann einen Mischer, zum Beispiel einen Schaufelmischer, einen Einwellenmischer, einen Orbitalmischer, einen Mehrwellenmischer, einen Wirbelschichtmischer, einen Gasstrahl- oder Flüssigkeitsstrahlmischer oder dergleichen umfassen. Grundsätzlich kann die Durchmischungsvorrichtung auch ein Rührwerk umfassen. Die Durchmischungsvorrichtung ist vorzugsweise im Behälter angeordnet, so dass die sich im Behälter befindende Flüssigkeit durchmischt werden kann.

In Varianten kann auf die Durchmischungsvorrichtung auch verzichtet werden. In diesem Fall kann der Behälter zum Beispiel als Absetztank vorgesehen sein. Das zu reinigende oder aufzubereitende Gut kann in einem vorgelagerten Schritt mit der Flüssigkeit vermengt und anschliessend in den Behälter überführt werden kann.

In weiteren Varianten kann der Behälter mit dem Überlauf und der Abstreifvorrichtung als letzter Behälter einer Kaskade angeordnet sein, bei welcher in vorgelagerten Behältern jeweils der Schaum über eine Abstreifvorrichtung in den nächsten Behälter überführt wird. Die vorgelagerten Behälter müssen nicht zwingen einen Überlauf umfassen, so dass der jeweils nachfolgende Behälter in der Kaskade mit Flüssigkeit des vorangehenden Behälters gespiesen wird. Anderseits können auch mehrere Behälter der Kaskade (d.h. nicht nur der letzte Behälter) mit einem Überlauf ausgestattet sein. Weiter können auch mehrere der Behälter mit einer Durchmischungsvorrichtung ausgestattet sein (d.h. nicht nur der erste). Die Kaskade hat den Vorteil, dass der Schaum von zum Beispiel Schwebstoffen, welche eine höhere Dichte als die Flüssigkeit aufweisen (Sand und dergleichen) durch Absetzten gereinigt werden kann. Bei einer Aufbereitung von asphalthaltigem Material, bei welchem das Asphalt über den Schaum abgetrennt wird, kann damit Asphalt mit besonders hoher Reinheit erreicht werden. Es ist grundsätzlich möglich, in den Behältern der Kaskade unterschiedliche Flüssigkeiten, unterschiedliche physikalische Bedingungen (Temperatur, Dichte) und/oder chemische Bedingungen (Reagenzien, pH, Oberflächenspannung etc.) vorzusehen, um die Schaumabtrennung effizient zu gestalten.

Die Vorrichtung umfasst weiter eine Abstreifvorrichtung zum Abstreifen des Schaums von der Flüssigkeit. Die Abstreifvorrichtung kann als Förderbandabstreifer ausgebildet sein, bei welcher ein Förderband mit quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Lamellen ausgestattet ist, wobei Lamellen an der Unterseite des Förderbands, durch die Bewegung des Förderbands, den Schaum von der Flüssigkeit abstreifen. Weiter kann die Abstreifvorrichtung auch als rotierender Abstreifarm ausgebildet sein. Dem Fachmann sind weitere Varianten bekannt.

Über die Abstreiframpe wird mit der Abstreifvorrichtung der Schaum aus der Flüssigkeit ausgetragen. Dazu ist die Abstreiframpe derart angeordnet, dass die Abstreifvorrichtung den Schaum über die Abstreiframpe von der Flüssigkeitsoberfläche über die erste Behälterwand aus dem Behälter hinaus befördern kann.

Vorzugsweise ist die Abstreiframpe derart angeordnet, dass ein erstes Ende innerhalb des Behälters, unterhalb des Überlaufs angeordnet ist. Damit taucht das erste Ende im Betrieb der Vorrichtung in die Flüssigkeit hinein, womit der Schaum besonders effektiv von der Flüssigkeitsoberfläche abgetragen werde kann. Je nach Höhe der durch die Durchmischungsvorrichtung verursachten Wellen, kann die Eintauchtiefe derart angepasst werden, dass das erste Ende der Abstreiframpe jeweils innerhalb der Flüssigkeit liegt. Dies kann zum Beispiel durch eine Neigung der Rampe erreicht werden. Vorzugsweise liegt das erste Ende der Abstreiframpe zwischen 1 cm und 100 cm, besonders bevorzugt zwischen 2 cm und 50 cm, insbesondere bevorzugt zwischen 5 cm und 25 cm unterhalb des Überlaufs. In Varianten kann die Abstreiframpe auch mehr als 100 cm unterhalb des Überlaufs angeordnet sein.

Die Abstreiframpe ist über die erste Behälterwand geführt, so dass der Schaum aus dem Behälter ausgetragen werden kann. Die maximale Höhe der Abstreiframpe kann damit grundsätzlich auf der Höhe des Überlaufs liegen. Vorzugsweise liegt die Abstreiframpe im Bereich der Behälterwand jedoch vorzugsweise höher als der Überlauf. Damit kann ein übermässiges Austreten der Flüssigkeit über die Abstreiframpe vermieden werden. Bevorzugt ist die Abstreiframpe im Bereich der Behälterwand, insbesondere des Überlaufs zwischen 1 cm und 100 cm, vorzugsweise zwischen 10 cm und 50 cm oberhalb des Überlaufs angeordnet. Die Höhe über dem Überlauf kann auch grösser als 100 cm sein. Besonders bevorzugt wird die Höhe des Überlaufs in Abhängigkeit der durch die Durchmischungsvorrichtung verursachten Wellen derart angepasst, dass die Wellen nicht über den höchsten Punkt der Abstreiframpe ragen. Damit kann ein Austreten der Flüssigkeit über die Abstreiframpe aus dem Behälter vermindert werden.

Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiter eine Rückführeinrichtung, insbesondere eine Fluidpumpe, womit im Betrieb eine über den Überlauf überlaufenen Flüssigkeit, insbesondere kontinuierlich, in den Behälter zurückgeführt werden kann. Damit wird ein Flüssigkeitsverlust gering gehalten. Damit muss dem System im Betrieb weniger Flüssigkeit nachgeführt werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass, im Falle einer Beheizung der Flüssigkeit, Energie gespart, sowie im Falle eines Einsatzes von Reagenzien in der Flüssigkeit, ebendiese auch eingespart werden können. Insgesamt wird damit ein ökonomisches und ökologisches Verfahren zum Abtrennen von Schaum von einer Flüssigkeitsoberfläche ermöglicht. Die Rückführeinrichtung umfasst vorzugsweise eine Pumpe, insbesondere zum Beispiel eine Tauchpumpe, womit die überlaufende Flüssigkeit zurück in den Behälter gepumpt werden kann. In Varianten kann auf die Rückführeinrichtung auch verzichtet werden.

Bevorzugt umfasst der Behälter einen Sensor zur Ermittlung eines Volumenstroms der im Betrieb über den Überlauf überlaufenden Flüssigkeit, wobei die Rückführeinrichtung anhand des Sensors derart steuerbar ist, dass ein Pegel der Flüssigkeitsoberfläche konstant gehalten werden kann. In Varianten kann auf den Sensor auch verzichtet werden. Die Rückführeinrichtung kann auch kontinuierlich, vorzugsweise mit einem Überschuss an Flüssigkeit, betrieben werden. Damit kann der Pegel der Flüssigkeitsoberfläche in einfacher Weise konstant gehalten werden. In Varianten kann auf die Rückführeinrichtung auch verzichtet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um dem Behälter Flüssigkeit zuzuführen. Vorzugsweise umfasst der Behälter eine primäre Heizeinrichtung zum Beheizen der Flüssigkeit im Behälter. In Varianten oder zusätzlich kann statt einer primären Heizeinrichtung auch eine periphere Heizeinrichtung vorgesehen sein, insbesondere kann die Rückführeinrichtung eine solche periphere Heizeinrichtung umfassen.

Vorzugsweise umfasst die Rückführeinrichtung eine Heizvorrichtung, womit die übergelaufene Flüssigkeit beheizt werden kann. Damit kann einerseits die Flüssigkeitstemperatur im Behälter aufrecht erhalten werden. Vorzugsweise dient die Heizvorrichtung als Ergänzung für eine primäre Heizeinrichtung des Behälters. Weiter kann die Rückführeinrichtung mit der Heizvorrichtung auch die Funktion eines Durchlauferhitzers übernehmen, welcher die Flüssigkeit im Behälter heizt, so dass auf die primäre Heizeinrichtung des Behälters verzichtet werden kann. In Varianten kann auf die Heizvorrichtung der Rückführeinrichtung auch verzichtet werden.

Bevorzugt umfasst die Rückführeinrichtung eine Eintragungseinrichtung zum Einträgen eines Reagenzes in die übergelaufene Flüssigkeit und insbesondere eine bezüglich einer Strömungsrichtung nach der Eintragungseinrichtung angeordnete Mischeinrichtung zum Durchmischen der übergelaufenen Flüssigkeit. Damit kann sowohl initial als auch währen des laufenden Betriebs ein Reagenz in einfacher und effizienter Weise zugesetzt werden. Als Reagenzien können unterschiedliche Stoffe eingesetzt werden, insbesondere zum Beispiel Oxidationsmittel, Säuren, Basen, Fällungs- respektive Flockungsmittel, Schaumbildner etc. Die Aufzählung ist nicht abschliessend. Insbesondere im Zusammenhang mit der Mischeinrichtung kann damit ein Reagenz besonders effizient der Flüssigkeit des Behälters verteilt werden. In Varianten kann die Eintragungsvorrichtung auch unabhängig von der Rückführeinrichtung ausgebildet sein. Weiter kann auf die Eintragungsvorrichtung auch verzichtet werden.

Vorzugsweise ist eine Höhe des Überlaufs des Behälters einstellbar, insbesondere automatisch einstellbar. Damit kann der Überlauf einer durch die Durchmischungsvorrichtung verursachten Wellenbewegung angepasst werden. Zum Beispiel kann bei einer starken Durchmischung der Flüssigkeit damit der Überlauf entsprechend erhöht werden, um den Abfluss der Flüssigkeit zu verringern. In Varianten kann auf die Einstei I barkeit des Überlaufs auch verzichtet werden. Bevorzugt umfasst der Behälter eine zweite Behälterwand, welche ausserhalb der ersten Behälterwand angeordnet ist, wobei die Abstreiframpe derart angeordnet ist, dass die Abstreifvorrichtung den Schaum über die Abstreiframpe von der Flüssigkeitsoberfläche über die erste Behälterwand und die zweite Behälterwand aus dem Behälter hinaus befördern kann. Die zweite Behälterwand umschliesst vorzugsweise die erste Behälterwand, so dass die erste Behälterwand innerhalb der zweite Behälterwand zu liegen kommt. Dabei ist eine Höhe der ersten Behälterwand vorzugsweise höher als eine Höhe der zweiten Behälterwand. Anderseits kann prinzipiell die zweite Behälterwand auch höher als die erste Behälterwand sein. Die zweite Behälterwand kann auch lediglich im Bereich des Überlaufs angeordnet sein. In Varianten kann auf die zweite Behälterwand auch verzichtet werden. Im Bereich des Überlaufs kann in diesem Fall ein separates Gebinde positioniert sein, in welches die überlaufende Flüssigkeit fliessen kann.

Bevorzugt ist der Überlauf derart angeordnet, dass die überlaufende Flüssigkeit über die erste Behälterwand zwischen die erste Behälterwand und die zweite Behälterwand fliessen kann. In Varianten kann der Überlauf auch derart angeordnet sein, dass die überlaufende Flüssigkeit in ein separates Gebinde fliessen kann.

Bevorzugt umfasst die Durchmischungsvorrichtung ein erstes Rührwerk zum Durchmischen eines unteren Bereichs des Behälters, insbesondere zum Durchmischen eines aufzutrennenden Materials, sowie vorzugsweise ein zweites Rührwerk, welches oberhalb des ersten Rührwerks angeordnet ist, zum Durchmischen eines dotierenden Bereichs des Behälters.

Das erste Rührwerk dient dabei zum Durchmischen des aufzutrennenden Materials. Damit kann das Material umgewälzt und gegebenenfalls auch zerkleinert werden, um die Oberfläche zu vergrössern. Dadurch kann der abzutrennende Stoff besonders effizient an Gasblasen gebunden und an die Oberfläche transportiert werden, um dort den Schaum zu bilden.

Das zweite Rührwerk ist oberhalb des ersten Rührwerks angeordnet und dient zum Umwälzen der Flüssigkeit. Dieses zweite Rührwerk ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der abzutrennende Stoff eine höhere Dichte aufweist, als die Flüssigkeit. In diesem Fall kann die Flüssigkeit mit Stoffen versetzt sein, welche in der Flüssigkeit unlöslich sind, aber die Dichte der Flüssigkeit erhöhen. Durch die Umwälzung der Flüssigkeit wird damit erreicht, dass die unlöslichen Stoffe in Schwebe gehalten werden und so die Dichte homogen bleibt, so dass mit den Blasen der abzutrennende Stoff zur Flüssigkeitsoberfläche getragen werden kann. Die Umwälzung verhindert respektive vermindert ein Absetzen der unlöslichen Stoffe in der Flüssigkeit. Besonders bevorzugt wird mit dem zweiten Rührwerk die Flüssigkeit laminar homogenisiert, um ein Sedimentieren zu verhindern und gleichzeitig die Schaumbildung zuzulassen.

Vorzugsweise liegt im Verfahren ein Massenverhältnis zwischen dem Material und der Flüssigkeit zwischen 1 : 1 und 1 :2 (1 bis 0.5), vorzugsweise zwischen 4:5 und 3:5, insbesondere bei rund 3:4. Das Massenverhältnis kann auch kleiner 1 : 1 (z. B. 2: 1) oder grösser 1 :2 sein (z. B. 1 :3).

In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich beim aufzutrennenden Material um bituminöses Strassenabbruchsmaterial. Weiter bevorzugt handelt es sich beim bituminösen Strassenabbruchmaterial entweder um unverarbeitetes bituminöses Strassenabbruchmaterial, welches, gegebenenfalls zerkleinert wird und so dem Prozess zugeführt wird. In einer weiteren Variante handelt es sich beim bituminösen Strassenabbruchmaterial um mechanisch aufkonzentriertes bituminöses Strassenabbruchmaterial, bei welchem der bituminöse Anteil durch einen Reibprozess aufkonzentriert wurde. Der abzutrennende Stoff ist in diesem Fall bituminöses Material. Im Prozess wird das bituminöse Material vom bituminösen Strassenabbruchsmaterial getrennt und durch Gasblasen, insbesondere Nanobubbles, an die Flüssigkeitsoberfläche getragen, wo damit der Schaum gebildet wird. Das bituminöse Material umfasst typischerweise Filler, so dass die Dichte des bituminösen Materials zwischen 1.03 g/ml (Dichte von Bitumen) und 2.2 g/ml (Dichte von Filler) liegt. Die Dichte des bituminösen Materials liegt vorzugsweise zwischen 1.5 und 2.1 g/ml, insbesondere bevorzugt zwischen 1.8 und 1.9 g/ml, kann aber auch unter 1.5 g/ml oder über 2.1 g/ml liegen. Die Dichte der Flüssigkeit wird durch die Anwesenheit von Filler erhöht, welcher nicht oder nur in geringem Masse bituminöses Material umfasst. Damit kann der Auftrieb des bituminösen Material mit den daran anhaftenden Gasblasen/Nanobubbles erhöht werden, womit wiederum eine effizientere Schaumbildung erreicht wird. Um aber den Filler in der Schwebe zu halten, ist es von Vorteil, die Flüssigkeit mit dem zweiten Rührwerk umzuwälzen. Damit wird ein Absetzen des Fillers respektive eine Gradientbildung der Dichte (nach unten hin zunehmende Dichte) verhindert werden. Die Verwendung des Fillers zum Erhöhen der Dichte der Flüssigkeit ist in diesem Verfahren von besonderem Vorteil, da der Filler bereits im Material enthalten ist und durch das Trennverfahren ohne spezielle Vorkehrungen ohnehin in die Flüssigkeit gelangt. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass der Flüssigkeit auch andere Stoffe zugesetzt werden können, um die Dichte zu erhöhen. Insbesondere können zusätzlich Filler oder Ähnliche mineralische Materialien, aber auch lösliche Materialien wie Salze etc. separat und unabhängig von dem aufzutrennenden Material der Flüssigkeit zugegeben werden, um die Dichte zu erhöhen und damit den Auftrieb des abzutrennenden Stoffs mit den anhaftenden Blasen/Nanobubbles zu vergrössern.

In Varianten kann auf eines oder beide Rührwerke auch verzichtet werden. Auf das zweite Rührwerk kann verzichtet werden, falls zum Beispiel das erste Rührwerk bereits eine hinreichende Umwälzung der Flüssigkeit und damit eine homogene Dichte in der Flüssigkeit ermöglichten kann. Weiter kann auf das zweite Rührwerk verzichtet werden, falls die Dichte des abzutrennenden Stoffs hinreichend gering ist.

Vorzugsweise durchbricht eine Rührwerkswelle und/oder ein Rührwerkswellenlager, insbesondere eine Rührwerkswelle und/oder ein Rührwerkswellenlager der Durchmischungsvorrichtung, die erste Behälterwand. Damit umfasst vorzugsweise die Durchmischungsvorrichtung eine Rührwerkswelle, welche horizontal gelagert ist. Damit wird eine optimale Umwälzung von Feststoffmaterial erreicht, womit der Feststoff besonders optimal aufbereiten, zum Beispiel gereinigt werden kann. Die Lagerung der Rührwerkswelle in der Durchbrechung der ersten Behälterwand führt zu einem besonders einfach aufgebauten Reaktor für die Schaumabtrennung und insbesondere für die Aufbereitung von Feststoffen. In Varianten kann die Durchmischungsvorrichtung auch derart ausgebildet und angeordnet sein, dass keine Durchbrechung der ersten Behälterwand notwendig ist. Die Rührwerkswelle ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen der ersten Behälterwand und der zweiten Behälterwand mit einem Antriebsmotor der Durchmischungsvorrichtung antreibbar gekoppelt. Der Antriebsmotor ist dabei insbesondere bevorzugt vertikal oberhalb der Rührwerkswelle angeordnet. Die Rührwerkswelle befindet sich vorzugsweise vollständig innerhalb der zweiten Behälterwand. Damit durchbricht die Rührwerkswelle die zweite Behälterwand vorzugsweise nicht. Diese Anordnung der Rührwerkswelle hat den Vorteil, dass Flüssigkeit, welche im Bereich der Rührwerkswelle, insbesondere bei einem Lager der Rührwerkswelle austritt, im Zwischenraum zwischen der ersten Behälterwand und der zweiten Behälterwand aufgefangen werden kann. Weiter kann im Verfahren der Zwischenraum zwischen der ersten Behälterwand und der zweiten Behälterwand mit der Flüssigkeit gefüllt werden, womit ein hydrostatischer Gegendruck im Bereich des Lagers der Rührwerkswelle erzeugt werden kann, um einen Austritt der Flüssigkeit bei der Rührwerkswelle zu vermeiden oder zumindest zu vermindern. Damit eine Belastung der Rührwerkswelle während des Betriebs durch Partikel des aufzubereitenden Materials vermindert werden, womit wiederum die Lager der Rührwerkswelle und die Rührwerkswelle selbst geschont werden können. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht, oberhalb der Rührwerkswelle angeordnet. Im Betrieb, insbesondere wenn zwischen der ersten Behälterwand und der zweiten Behälterwand der Flüssigkeitspegel oberhalb der Rührwerkswelle befindet, liegt damit der Antriebsmotor vorzugsweise oberhalb des Flüssigkeitspegel. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise über Kopplungsmittel mit der Rührwerkswelle gekoppelt. Die Kopplungsmittel sind vorzugsweise als Getriebe, als Antriebsriemen, als Antriebskette oder dergleichen ausgebildet. In Varianten kann der Antriebsmotor auch direkt mit der Rührwerkswelle antreibbar gekoppelt sein, wobei die Rührwerkswelle koaxial mit einer Antriebswelle des Antriebsmotors gekoppelt sein kann.

In einem Verfahren zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum wird typischerweise ein Feststoff und eine Flüssigkeit in den Behälter gefüllt. Die Durchmischungsvorrichtung durchmischt den Feststoff und die Flüssigkeit, womit eine auf der Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmende Fraktion, insbesondere ein Schaum erzeugt wird. Mit der Abstreifvorrichtung wird der Schaum nun, vorzugsweise kontinuierlich, über die Abstreiframpe aus dem Behälter hinaus befördert. Dazu ragt die Abstreiframpe mit einem ersten Ende in die Flüssigkeit hinein. Die Abstreiframpe führt über die erste Behälterwand und, sofern vorhanden, über die zweite Behälterwand hinaus.

Vorzugsweise umfasst die Flüssigkeit, insbesondere zumindest teilweise, Nanobubbles, welche einen mittleren Durchmesser von vorzugsweise weniger als 2000 nm, vorzugsweise weniger als 1000 nm, insbesondere bevorzugt weniger als 500 nm aufweisen. Bevorzugt liegt der Durchmesser von mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% der Nanobubbles zwischen 200 nm und 500 nm. Die Nanobubbles können sich an den abzutrennenden Stoff anlagern und dies so an die Flüssigkeitsoberfläche befördern, um dort einen Schaum umfassend den abzutrennenden Stoff zu bilden.

Nanobubbles sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Es handelt sich dabei um Gasblasen in einer Flüssigkeit, welche einen mittleren Durchmesser im Nanometerbereich aufweisen. Nanobubbles können relativ stabil in einer Flüssigkeit gehalten werden, insbesondere wesentlich stabiler als Makrobubbles, deren Blasen im Bereich von Millimetern liegt. Die Nanobubbles weisen gegenüber den Makrobubbles einen wesentlich höheren Innendruck auf. Weiter kann mit den Nanobubbles eine besonders grosse Volumenvergrösserung der Flüssigkeit erreicht werden, welche gegenüber von «normalen» Gasblasen um einen Faktor von bis zu 2.5-mal höher liegt. Weite wird mit den Nanobubbles auch eine besonders hohe spezifische Oberfläche erreicht, was insbesondere bei der Interaktion mit abzutrennenden Stoffen (z. B. von bituminösem Material aus Strassenabbruchsmaterial) von grossem Vorteil gegenüber den Mikro- oder Makrobubbles ist. Zudem weisen die Nanobubbles eine besonders hohe Stabilität bezüglich Koaleszenz auf, womit die grosse spezifische Oberfläche relativ lange aufrechterhalten werden kann. Weiter können damit freie Radikale gebildet werden, da hohe Energiemengen beim Kollabieren der Nanobubbles erzeugt werden können - beide Effekte sind von besonderem Vorteil bei der Abtrennung des abzutrennenden Stoffs.

Es sind diverse Techniken bekannt, wie die Nanobubbles erzeugt werden können. So sind Methoden wie Kavitation, Elektrolyse, Aufträgen von Nanoporen Membran- und Sonochemie mit Ultraschall bekannt. Allerdings fehlt es bislang an einer einfachen und kostengünstigen Methode zum Erzeugen von Nanobubbles für industrielle Anwendungen.

Es konnte nun überraschend gezeigt werden, dass Nanobubbles durch die Zersetzung von Peroxiden, insbesondere Wasserstoffperoxid, ein Bicarbonat, ein Persulfat oder eine Mischung davon in der Anwesenheit von Staub oder Filler in wässriger Lösung erzeugt werden können. Vorzugsweise beträgt dazu die Konzentration des Wasserstoffperoxids bezogen auf die Flüssigkeit (typischerweise bezogen auf das Wasser) zwischen 0.01 gew.% und 1 gew.%, vorzugsweise zwischen 0.03 gew.% und 0.3 gew.%. Mit diesen Werten wurden besonders optimale Resultate erreicht. In Varianten kann die Konzentration geringer als 0.01 gew.% oder höher als 1 gew.% sein. Statt Peroxide können auch andere Reagenzien eingesetzt werden, insbesondere zum Beispiel Bicarbonate oder Persulfate.

Im Verfahren werden daher die Nanobubbles vorzugsweise mit einem Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, ein Bicarbonat, ein Persulfat oder eine Mischung davon vorzugsweise in Anwesenheit von mineralischem Material, besonders bevorzugt in Anwesenheit von mineralischem Pulver erzeugt. Damit wird ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Bildung von Nanobubbles geschaffen. Wie bereits oben erwähnt, sind dem Fachmann jedoch auch andere Techniken zum Erzeugen von Nanobubbles bekannt. Es sei zudem erwähnt, dass das Verfahren zum Erzeugen von Nanobubbles auch unabhängig von dem Verfahren der Schaumabtrennung durchgeführt werden und gegebenenfalls in anderen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Bevorzugt wird das mineralische Pulver einen mittleren Korndurchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0.5 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 0.1 mm, weiter bevorzugt weniger als 0.07 mm aufweist. Der mittlere Korndurchmesser wird dabei zum Beispiel nach DIN 66165 (2016) ermittelt. Es hat sich gezeigt, dass mit geringem Korndurchmesser einerseits die Dichte der Flüssigkeit erhöht werden kann, wobei die Körner aufgrund der geringen Grösse einfacher in der Schwebe gehalten werden können (z. B. unterstützt durch eine Umwälzung mit dem zweiten Rührwerk). Weiter kann aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche, besonders effizient Nanobubbles durch die Zersetzung von Peroxiden erreicht werden. Vorzugsweise ist der mittlere Korndurchmesser grösser als 0.01 mm, insbesondere grösser als 0.04 mm. In Varianten kann der mittlere Korndurchmesser auch grösser als 1 mm sein.

Bevorzugt umfasst das mineralische Pulver bezogen auf die Flüssigkeit einen Anteil von mehr als 0.1 gew.%, vorzugsweise mehr als 0.5 gew.%, insbesondere bevorzugt mehr als 1 gew.%. Es hat sich anhand vieler Experimenten gezeigt, dass mit einem Anteil von rund 1 gew.% sehr gute Ergebnisse bei der Erzeugung von Nanobubbles erreicht werden, während gleichzeitig die Dichte der Flüssigkeit damit hinreichend hoch ist, um einen hinreichenden Auftrieb des abzutrennenden Stoffs mit den anhaftenden Nanobubbles zu erreichen. Vorzugsweise umfasst das mineralische Pulver bezogen auf die Flüssigkeit einen Anteil von weniger als 10 gew.%, vorzugsweise weniger als 5 gew.%, insbesondere bevorzugt weniger als 2 gew.%. In Varianten kann der Anteil auch geringer als 0.1 gew.% oder grösser als 10 gew.% sein.

Vorzugsweise werden eine Flüssigkeit und ein mit einem abzutrennenden Stoff kontaminiertes Material mit einem Reagenz zur Bildung eines den abzutrennenden Stoff enthaltenden Schaumes in den Behälter gegeben und wobei der den abzutrennenden Stoff enthaltende Schaum mit der Abstreifvorrichtung abgestreift wird. Damit wird ein Verfahren geschaffen, mit welchem kontaminiertes Material gereinigt werden kann. Statt des kontaminierten Materials kann das Verfahren auch zur Aufbereitung eines Rohstoffes oder zur Trennung von Rohstoffen oder Recycling-Produkten eingesetzt werden. Das Verfahren kann zur Reinigung von Rohstoffe wie Gesteine, Erze, Kohle, etc. eingesetzt werden. Weiter kann das Verfahren im Bereich von Kläranlagen zur Aufbereitung von verunreinigtem Wasser etc. eingesetzt werden. Dem Fachmann sind weitere Einsatzgebiete, insbesondere in der Lebensmittelindustrie, Pharmaindustrie etc. bekannt.

Vorzugsweise umfasst das kontaminierte Material Bodenmaterial, Schlacke aus der Kehrichtverbrennung und/oder Recyclingmaterial, wobei der abzutrennende Stoff insbesondere Kohlenwasserstoffe, PAK (polyaromatische Kohlewasserstoffe), PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen), Dioxin, Furane, bituminöses Material, Metalle, insbesondere Schwermetalle, Metalloxide oder Mischungen davon umfasst. Der abzutrennende Stoff kann weitere dem Fachmann bekannte Kontaminationsmaterialien umfassen, wie zum Beispiel Metallorganische Verbindungen wie z. B. organische Quecksilberverbindungen. Das kontaminierte Bodenmaterial umfasst damit zum Beispiel Humus, Sand, Gesteine, Mischungen davon etc.

Das Verfahren kann insbesondere eingesetzt werden, um Bodenmaterial von Dioxin und Furan zu befreien.

Das Verfahren wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass ein Anteil an PFAS oder PAK im Bodenmaterial um mindestens 60 gew.%, vorzugsweise mindestens 80 gew.%, insbesondere bevorzugt um mindestens 95 gew.% reduziert wird.

In einer weiteren bevorzugten Variante wird mit der Vorrichtung respektive den Verfahren Schlacke aus der Müllverbrennung aufbereitet. Die Schlacke wird typischerweise in einem ersten Aufbereitungsschritt demetalisiert. In einem zweiten Schritt kann mit dem vorliegenden Verfahren die Schlacke aufgeschlämmt und mit Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, ein Bicarbonat, ein Persulfat oder eine Mischung davon versetzt werden. Damit werden Nanobubbles gebildet, welche sich an den Metalloxiden anlagern, womit die Metalloxide in Form eines Schaums von der Flüssigkeitsoberfläche abgetragen werden können.

Im Verfahren wird bevorzugt das kontaminierte Bodenmaterial im Behälter mit Wasser versetzt, um den respektive die abzutrennenden Stoffe als Schaum mit der Abstreifvorrichtung von der Wasseroberfläche abzutragen. Um die Abtrennung der Stoffe zu unterstützen können unterschiedliche Reagenzien eingesetzt werden, welche einerseits auf die Abtrennung des Stoffes vom Trägermaterial (z.B. PAK vom Gestein) und anderseits auf die Flotation des abgebtrennten Stoffes (gasbildende Reagenzien) gerichtet sind. Solche Reagenzien können zum Beispiel Säuren, Basen, Salze, Peroxide, organische Lösemittel etc. umfassen. Insbesondere können zum Beispiel Bicarbonate und/oder Wasserstoffperoxid vorgesehen sein. Dem Fachmann sind aber auch andere geeignete Reagenzien bekannt, welche insbesondere in Abhängigkeit des abzutrennenden Stoffes und des Trägermaterials ausgewählt werden können.

Bevorzugt umfasst das kontaminierte Material Strassenabbruchmaterial mit einem bitumenhaltigen Anteil, wobei der abzutrennende Stoff zumindest einen Teil des bitumenhaltigen Anteils umfasst. Der bitumenhaltige Strassenbelag setzt sich typischerweise aus einer obersten Deckschicht, welche die Fahrbahnoberfläche bildet, einer Binderschicht, einer Tragschicht und einer Fundationsschicht zusammen. Der bitumenhaltige Strassenbelag umfasst unter anderem bituminöses Material, Splitt, Sand, Filler respektive Bindemittel.

Im Verfahren wird bevorzugt das Strassenabbruchmaterial im Behälter mit Wasser versetzt, um zumindest einen Teil des bituminösen Materials als Schaum mit der Abstreifvorrichtung von der Wasseroberfläche abzutragen. Um die Abtrennung der Stoffe zu unterstützen können unterschiedliche Reagenzien eingesetzt werden, welche einerseits auf die Abtrennung des bituminösen Materials vom Trägermaterial (insbesondere vom Splitt, Sand, Filler) und anderseits auf die Flotation des abgetrennten bituminösen Materials gerichtet sind. Solche Reagenzien können zum Beispiel Säuren, Basen, Salze, Peroxide, organische Lösemittel etc. umfassen. Insbesondere können zum Beispiel Bicarbonate und/oder Wasserstoffperoxid vorgesehen sein. Die letztgenannten Stoffe haben in Versuchen zu einer besonders effizienten und effektiven Abtrennung des bituminösen Materials geführt. Dem Fachmann sind aber auch andere geeignete Reagenzien bekannt, welche insbesondere in Abhängigkeit des abzutrennenden Stoffes und des Trägermaterials ausgewählt werden können.

In Varianten kann das kontaminierte Material aber auch andere Materialien, insbesondere alle möglichen Sorten von Bauschutt, Dachpappe etc. umfassen. Weiter können die Materialien auch Sekundärrohstoffe umfassen, welche zur Wiederverwendung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung aufbereitet, zum Beispiel gereinigt oder aufgetrennt werden können. Dem Fachmann ist eine Vielzahl an Materialien bekannt, welche mit der erfindungsgemässen Vorrichtung aufbereitet und/oder gereinigt werden können.

Vorzugsweise umfasst der Abzutrennende Stoff Partikel in der Flüssigkeit, welche einen grössten Durchmesser von weniger als 120 ,m, vorzugsweise weniger als 60 ,m, insbesondere bevorzugt kleiner als 40 ,m aufweisen, wobei die Partikel insbesondere als Schwebpartikel respektive Schwebstoffe in der Flüssigkeit vorliegen und die Flüssigkeit insbesondere als Hauptbestandteil Wasser umfasst. Damit kann mit dem Verfahren eine Flüssigkeit von Schwebstoffen befreit werden, welche insbesondere nur schwer absetzbar sind. Im Verfahren werden die Schwebstoffe respektive Schwebpartikel mittels Gasblasen an die Flüssigkeitsoberfläche transportiert, so dass die Schwebstoffe in einem auf der Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmenden Material, insbesondere einem Schaum von der Flüssigkeit abgetrennt werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird dazu der Schaum, welcher die Schwebstoffe enthält, mit einem Peroxid und ggf. Wärme erzeugt. Weiter kann der Schaum mit einem Peroxid und FeCI ₃ , Bikarbonaten etc. erzeugt werden. Weiter kann der Schaum durch das Einträgen von Gasblasen, insbesondere von Luft, CO ₂ , Sauerstoff etc. erreicht werden. Die Schaumbildung und kann dabei z.B. durch den Einsatz von Tensiden (Seife, insbesondere anionische, kationische, amphotere, nichtionische Tenside) erreicht werden. Dazu kann wahlweise ein Mischer, insbesondere ein Druck-, Gas- oder Wasserstrahlmischer, eingesetzt werden. Auf den Mischer kann auch verzichtet werden.

Durch das Abstreifen des auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugten Schaums kann der Anteil an Schwebestoffen in der Flüssigkeit reduziert werden. Die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, kann wie oben beschrieben im Kreislauf zirkulieren, um den Wasserspiegel in konstanter Höhe zu halten.

Vorzugsweise umfasst der Behälter Im Bodenbereich eine öffnen und schliessbare Bodenklappe, welche insbesondere Flüssigkeitsdicht ist. Damit kann besonders effizient das Material nach der Schaumabtrennung mittels Schwerkraft, nach unten ausgetragen werden. In Varianten kann auf die Bodenklappe verzichtet werden.

Vorzugsweise mündet die Bodenklappe in einem darunterliegenden Hilfsbehälter. Damit kann das Material nach der Schaumabtrennung aufgefangen werden. Bevorzugt umfasst der Hilfsbehälter eine Austragungsvorrichtung, womit das Material nach der Schaumabtrennung aus dem Hilfsbehälter ausgetragen werden kann. Der Hilfsbehälter ist vorzugsweise dicht mit dem Behälter verbunden, so dass die Flüssigkeit nicht aus dem Hilfsbehälter austreten kann. Dazu ist vorzugsweise die Austragungsvorrichtung derart ausgebildet, dass das Material nach der Schaumabtrennung oberhalb des Überlaufs ausgetragen wird. Damit wird verhindert, dass beim Öffnen der Bodenklappe die Flüssigkeit aufgrund der Hydrostatik aus der Austragungsvorrichtung austritt. Die Austragungsvorrichtung kann zum Beispiel einen Schneckenförderer umfassen. Nachdem das Material nach der Schaumabtrennung im Hilfsbehälter aufgenommen ist, kann die Bodenklappe geschlossen werden und - noch während das Material aus dem Hilfsbehälter ausgetragen wird - ein nächster Batch im Behälter gefahren werden. Damit wird eine besonders effiziente Vorrichtung zum Abtrennen von Schaum erreicht. In Varianten kann auf den Hilfsbehälter auch verzichtet werden.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer ersten

Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten

Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten

Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Behälters mit einer ersten Behälterwand und einer zweiten Behälterwand, sowie einer Durch mischungsvorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer vierten

Ausführungsform einer Vorrichtung zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum; Fig. 6 eine schematische Darstellung gemäss Figur 5 mit einer alternativen Ausführung des Überlaufs;

Fig. 7 ein Diagramm zur Illustration der Reduktion des PAK-Anteils in kontaminierter Erde; und

Fig. 8 ein Diagramm zur Illustration der Reduktion des PFAS-Anteils in kontaminierter Erde.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter 100, in welchem als Durchmischungsvorrichtung zwei koaxial angeordnete Mischwerke 101 angeordnet sind. Der Behälter 100 umfasst einen Überlauf 102, über welcher eine Abstreiframpe 103 angeordnet ist. Die Abstreiframpe 103 muss nicht zwingend am selben Ort angeordnet sein, wie der Überlauf 102. Unterhalb des Überlaufs 102 ist ein Trichter 1 10 vorgesehen, welcher die überlaufende Flüssigkeit aufnimmt und über eine Leitung 1 1 1 in ein Auffanggefäss 1 12 leitet. Von diesem Auffanggefäss 1 12 führt eine Leitung 1 13 zurück in den Behälter 100. Die Leitung 1 13 umfasst eine Pumpe 1 14 (welche auch als Tauchpumpe in dem Auffanggefäss 1 12 angeordnet sein kann), welche die übergelaufene Flüssigkeit zurück in den Behälter 100 pumpt. Der Behälter 100 umfasst weiter eine Abstreifvorrichtung, mit einem Förderband 120 und einem daran angeordneten Streifelement 121. Damit kann der aufschwimmende Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche in Richtung der Abstreiframpe 103 abgeführt werden.

Durch das Abstreifen sowie durch die Mischwerke 101 werden Wellen verursacht, welche zu einem Überschwappen der Flüssigkeit über den Überlauf führt. Damit wird grundsätzlich das Flüssigkeitsniveau verringert, womit der Abstreifvorgang unterbrochen werden könnte. Dadurch, dass die übergelaufene Flüssigkeit in den Behälter 100 zurückgeführt wird, kann das Niveau der Flüssigkeit konstant gehalten werden, womit mit der Abstreifvorrichtung wirksam der Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche abgestreift werden kann.

Die Vorrichtung 1 umfasst im Behälter 100 und/oder im Auffanggefäss 1 12 einen Niveausensor (nicht dargestellt), womit ein Flüssigkeitsniveau überwacht werden kann. Anhand der Daten des Niveausensors kann die Pumpe 1 14 gesteuert werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Überlauf einen Durchflussmesser, welcher die Menge der überlaufenden Flüssigkeit misst. Der Durchflusssensor kann zum Beispiel in der Leitung 1 1 1 angeordnet sein. Anhand der Daten des Durchflussmessers kann die Pumpe 1 14 gesteuert werden.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 2 zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum. Diese Vorrichtung 2 ist als Kaskade ausgebildet. In einem ersten Behälter 200 ist ein Orbitalrührwerk 201 angeordnet. Der erste Behälter 200 umfasst eine Abstreiframpe 203, über welche ein aufschwimmender Schaum mit der ersten Abstreifvorrichtung, umfassend ein Förderband 220 und einem daran angeordneten Streifelement 221 , abgestreift wird. Der abgestreifte Schaum und überfliessendes Wasser gelangt in einen zweiten Behälter 230. Dieser umfasst vorliegend keine Durchmischungsvorrichtung, sondern fungiert vorliegend als Absetztank, um Sand und dergleichen vom Schaum abzutrennen. In einer weiteren Variante kann der zweite Behälter 230 jedoch ebenfalls eine Durchmischungsvorrichtung umfassen. Der zweite Behälter 230 umfasst einen Überlauf 232 und eine Abstreiframpe 233. Mit der zweiten Abstreifvorrichtung, umfassend ein Förderband 260 und einem daran angeordneten Streifelement 261 wird der im zweiten Behälter 230 aufschwimmende Schaum über die Abstreiframpe 233 abgestreift, während die überschwappende Flüssigkeit über den Überlauf 232 über einen Trichter 240 und eine Leitung 241 in einem Behälter 242 gesammelt wird. Die übergelaufene Flüssigkeit wird über die Leitung 243 und eine Pumpe 244 in einen Sammelbehälter 245 überführt - stattdessen kann die Flüssigkeit auch direkt in den ersten Behälter gepumpt werden. Im Sammelbehälter 245 kann die Flüssigkeit bearbeitet werden, zum Beispiel mit einem Reagenz versetzt, aufgeheizt, filtriert oder anderweitig bearbeitet werden. Vom Sammelbehälter 245 wird die Flüssigkeit dem ersten Behälter 200 zugeführt, um den Kreislauf wieder zu schliessen.

Die Vorrichtung 2 umfasst im Behälter 200 und ggf. auch im Behälter 230 einen Niveausensor (nicht dargestellt), womit ein Flüssigkeitsniveau überwacht werden kann. Anhand der Daten der Niveausensoren respektive der Durchflusssensoren kann die Pumpe 244, ein Flüssigkeitseinlassventil am Sammelbehälter 245, die erste Abstreifvorrichtung und/oder die zweite Abstreifvorrichtung gesteuert werden. Damit können konstante Flüssigkeitsniveaus in dem ersten Behälter 200 und dem zweiten Behälter 230 sichergestellt werden.

Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung 3 zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum. Die Vorrichtung 3 ist als mobile Vorrichtung ausgebildet und weist vorliegend den Grundaufbau eines Fahrmischers 330 auf. Der Behälter 300 ist damit in der Art eines Betonmischers ausgebildet und rotiert um seine Rotationsachse. An den Behälter 300 ist anschliessend ein Behälterfortsatz 301 angeordnet, welcher nicht mit dem Behälter 300 mit dreht. Der Behälterfortsatz 301 umfasst eine Abstreifvorrichtung mit einem Förderband 320 und einem daran angeordneten Streifelement 321, sowie einen Überlauf 302 und eine Abstreiframpe 303 - analog zur Vorrichtung 1 der Figur 1.

In Varianten kann der Behälter 300 auch über eine relativ zum Fahrzeug stationär angebrachte Abstreifvorrichtung ausgebildet sein, welche einen Abstreifarm umfasst, wobei der Abstreifarm horizontal in den Behälter 300 hineinragt. Der Abstreifarm kann derart positioniert sein, dass der aufschwimmende Schaum aufgrund der Rotation des Behälters 300 entlang des Abstreifarms aus dem Behälter 300 nach aussen geführt wird. Der Vortrieb des Schaums über die Abstreiframpe kann durch die Neigung der Abstreiframpe und die Rotationsgeschwindigkeit des Behälters 300 gesteuert werden. Die über den Überlauf austretende Flüssigkeit wird analog zur Vorrichtung 1 über eine Auffangvorrichtung und eine Pumpe in den Behälter 300 zurückgeführt. Dem Fachmann sind weitere Varianten bekannt. Die Figur 4 zeigt schliesslich eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Behälters 400 mit einer ersten Behälterwand 401 und einer zweiten Behälterwand 402, sowie einer Durchmischungsvorrichtung 403. Die zweite Behälterwand 402 umgibt die erste Behälterwand 401 vorliegend vollständig in einem Abstand. Die Durchmischungsvorrichtung 403 ist über eine horizontal angeordnete Welle in der ersten Behälterwand 401 gelagert, so dass die Welle die erste Behälterwand 401 durchbricht. Auf der einen Seite ist die Welle über ein Antriebsriemen 404 mit einem Antriebsmotor 405 verbunden, welcher die Durchmischungsvorrichtung 403 antreibt. Während des Betriebs der Durchmischungsvorrichtung 403 dringt zwischen der Welle und der ersten Behälterwand 401 Flüssigkeit aus. Diese gelangt in den Zwischenraum zwischen der ersten Behälterwand 401 und der zweiten Behälterwand 402. Die Flüssigkeit wird über eine Leitung 410 und eine Pumpe 41 1 von dem Zwischenraum zurück in den Behälter gepumpt - wobei auf diese Rückführung auch verzichtet werden kann. Mit dieser Ausbildung des Behälters 400 und der Durchmischungsvorrichtung 403 mit der horizontalen Antriebswelle kann ein Flüssigkeitsverlust währen des Betriebs verringert werden. Weiter kann damit die Lager der Welle in der ersten Behälterwand 401 geschont werden, da durch den hydrostatischen Gegendruck ein durchströmen der Flüssigkeit und damit das Durchströmen von abrasiven Partikeln in den Lagern, weitgehend unterbunden werden kann.

Die Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung 5 zum Abtrennen von einem auf einer Flüssigkeit aufschwimmendem Schaum. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Behälter 510, welcher über ein Fassungsvermögen von 10 m ³ verfügt. Der Behälter 510 umfasst einen Überlauf

514, welcher als Tauchrohr mit einer Mündung in der Behälterwand ausgebildet ist. Der Tauchrohr umfasst am Eintrittsende, d. h. unter dem Flüssigkeitsniveau eine Umlenkung

515, so dass nach oben steigende Blasen und Nanobubbles nicht direkt in den Tauchkanal eindringen können. Damit wird verhindert, dass Schaum über den Überlauf 514 aus dem Behälter 510 austritt. Die Umlenkung 515 ist vorliegend als Wanne ausgebildet, in welche das Tauchrohr hineinragt. Die durch den Überlauf 514 austretende Flüssigkeit wird über einen Trichter 516 aufgefangen, um sie dem Prozess wieder zuzuführen. Zuvor kann die Flüssigkeit noch bearbeitet werden (Zugabe von Reagenzien, temperieren, filtrieren, etc.). Der Überlauf 514 definiert das Level der Flüssigkeitsoberfläche 513. Die Flüssigkeitsoberfläche 513 weist eine Oberfläche von 1 m ² auf. Die relativ kleine Flüssigkeitsoberfläche 513 hat den Effekt, dass aufsteigender Schaum konzentriert wird und so der Schaum effizienter abgeschöpft werden kann. Weiter ist der Druck der Nanoblasen damit auf kleiner Fläche konzentriert, womit die schweren Partikel effizienter nach oben geführt werden können. Die Vorrichtung 5 umfasst oberhalb des Levels der Flüssigkeitsoberfläche 513 eine Abstreiframpe 532, über welche der Schaum mit Streifelementen 531 , welche an einem Förderband 530 befestigt sind, von der Flüssigkeitsoberfläche 513 abgestreift werden kann. Durch die Bewegung des Förderbands 530 werden die Streifelemente 531 über die Flüssigkeitsoberfläche 513 bewegt, so dass der Schaum von der Flüssigkeitsoberfläche 513 über die Rampe 532 abgeführt werden kann.

Der Behälter 510 ist mit einem ersten Rührwerk 51 1 ausgestattet, welches im Bodenbereich des Behälters 5, oberhalb einer Bodenklappe 517 (siehe unten) angeordnet ist. Damit wird das aufzutrennende Material umgewälzt. Oberhalb des Rührwerks 51 1 ist ein zweites Rührwerk 512 angeordnet, womit die Flüssigkeit oberhalb des aufzutrennenden Materials laminar durchmischt wird. Damit wird eine homogene Dichte gewährleistet und insbesondere verhindert, dass Schwebeteilchen, insbesondere Filler, sich absetzen kann. Damit würde die Dichte verringert, womit wiederum der Auftrieb für das abzutrennende Material verringert würde. Durch das zweite Rührwerk kann damit die Effizienz des Trennverfahrens erhöht und unter Umständen sogar erst ermöglicht werden.

Im Bodenbereich des Behälters 510 ist eine Bodenklappe 517 vorgesehen. Diese mündet in einem darunterliegenden Hilfsbehälter 518. Die Bodenklappe 517 kann mehrteilig ausgebildet sein, insbesondere zweiteilig. Vorzugsweise schliesst die Bodenklappe 517 im Wesentlichen wasserdicht ab. Nachdem ein Batch aufbereitet und der Schaum abgetrennt wurde, kann die Bodenklappe 517 geöffnet werden, womit der Rückstand des aufzutrennenden Materials nach unten, in den Hilfsbehälter 518 gelangt. Der Hilfsbehälter 518 umfasst einen Schneckenförderer 520, 521. Der Schneckenförderer umfasst einen horizontalen ersten Bereich 520 und einen damit Fluiddicht verbundenen vertikalen respektive schräg nach oben verlaufenden zweiten Bereich 521. Der zweite Bereich 521 mündet oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 513, so dass bei Öffnen der Bodenklappe 517 die Flüssigkeit nicht aus hydrostatischen Gründen aus dem zweiten Bereich 521 austritt. Während der Rückstand mit dem Schneckenförderer 520, 521 aus dem Hilfsbehälter 518 hinaus gefördert wird, kann bei wieder geschlossener Bodenklappe 517 bereits gleichzeitig der nächste Batch gefahren werden. Damit wird eine besonders effiziente Vorrichtung zur batchweisen Schaumabtrennung geschaffen. Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung gemäss Figur 5 mit einer alternativen Ausführung der Steigzone, welche zum Überlauf führt. Die Steigzone 600 umfasst dabei zwei Umlenkungen. Der Eintritt erfolgt unterhalb des Überlaufs und führt nach oben, hin zur Ebene auf Höhe des Überlaufs. In diesem Bereich ist die Steigzone nach oben offen, so dass Schaum aus der Steigzone an die Flüssigkeitsoberfläche austreten kann. Die Flüssigkeit wird anschliessend nach unten zu einer weiteren Umlenkung und schliesslich wieder nach oben, hin zum Überlauf geführt. Durch diese Ausbildung der Steigzone wird erreicht, dass die Flüssigkeit, welche dem Überlauf zugeführt wird, möglichst Schaumfrei ist.

Die Figur 7 zeigt ein Diagramm zur Illustration der Reduktion des PAK-Anteils in kontaminierter Erde. Konkret handelt es sich um eine Reinigung von Strassenrändern, die feine Asphaltpartikel enthalten, die von der Straße abgetragen und in die Erde gespült wurden. Diese Partikel weisen eine eine Dichte von 1 ,8 kg/L auf und sind damit schwerer als das Prozesswasser. Da diese Partikel mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen verunreinigt sind, ist die Konzentration der Schadstoffmoleküle, die sich vor der Behandlung in der Erde befanden, nach der Behandlung stark verringert, während sie im Schaum stark konzentriert sind. Die Versuche haben gezeigt, dass mit der Vorrichtung PAK-Anteile in kontaminierter Erde überraschend gut, mit einer Reduktion von bis zu 95 gew.% oder mehr reduziert werden kann.

Analog zeigt die Figur 8 ein Diagramm zur Illustration der Reduktion des PFAS-Anteils in kontaminierter Erde. Im Experiment wurde Bodenmaterial, welches per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) enthält, gereinigt. Diese Moleküle sind hydrophob und/oder weisen funktionelle Gruppen auf, welche es ihnen ermöglichen, sich durch hydrophobe und/oder elektrostatische Wechselwirkungen an die Nanobubbles zu heften, womit sie an die Flüssigkeitsoberfläche getragen werden. Die Grafik in Figur 8 zeigt, dass die Konzentration der Schadstoffmoleküle, die sich vor der Behandlung in der Erde befanden, nach der Behandlung stark abgenommen hat. Die Experimente zeigen eine sehr effektive Reduktion des PFAS-Anteils von bis zu 95 gew.% oder mehr.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass erfindungsgemäss eine Vorrichtung zum Abtrennen von einem, auf einer Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmendem Schaum geschaffen wird, mit eine besonders effiziente Schaumabtrennung durchführbar ist.