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Automatisierte Handhabung von Aktivkohle in Big-Bags reduziert Staubbildung und Arbeit in kommunalen Wasseraufbereitungsanlagen

LAFAYETTTE, CO, USA & SWIFT CURRENT, SASKATCHEWAN, KANADA — Zwei Städte, eine in den Vereinigten Staaten und die andere in Kanada, die über 1100 km voneinander entfernt liegen, hatten fast identische Probleme, die durch die manuelle Zugabe von pulverförmiger Aktivkohle in ihre kommunalen Wasseraufbereitungssysteme verursacht wurden. Beide Städte beseitigten nicht nur eine Gesundheitsgefährdung durch Kohlenstaub, sondern reduzierten auch den Arbeitsaufwand für die Zugabe von pulverförmiger Aktivkohle zum System durch die Installation einer Big-Bag-Entleeranlage.

Die Stadt Swift Current bezieht ihre kommunale Wasserversorgung aus einem Stausee, der eine durchschnittlichen Rate von 6,8 Millionen Litern pro Tag und einer Spitzenrate von 25 Millionen Litern pro Tag liefert. Kaliumpermanganat wird in einer Konzentration von 1,5 ppm zugegeben, dann wird pulverisierte Aktivkohle in Form einer Aufschlämmung aus 0,13 bis 0,47% Feststoffanteil zugegeben, und das Wasser wird mit einer Menge von ca. 114 l pro Minute in einen Tiefbrunnen geleitet. Mit einer Endkonzentration von 20 ppm hat der Kohlenstoff die Aufgabe, organische Materialien zu adsorbieren und unerwünschte Geschmacks- und Geruchsbelastungen zu beseitigen.

Nach Zugabe von flüssigem Alaun, Schlammkonditionierern und Polymeren im Klärbecken wird das gefilterte Wasser zu einem Klarbrunnen in der Wasseraufbereitungsanlage mit einer Kapazität von 820'000 l und zu zwei Speichern innerhalb der Stadt selbst mit einem Fassungsvermögen von je 6,8 Millionen l gepumpt, die an die Bewohner der Stadt Swift Current verteilt werden.

Die Stadt Lafayette ihrerseits bezieht ihr Wasser aus zwei lokalen Stauseen, die von Dämmen am Boulder Creek und einem Stausee am South Boulder Creek gebildet werden. Der Verbrauch liegt im Winter bei etwa 7,5 Millionen l pro Tag, kann aber in den Sommermonaten bis zu 38 Millionen l täglich erreichen. Aus den Stauseen fließt das Wasser in eine vor Ort befindliche Belüftungs- und Flockungsanlage, ähnlich derjenigen der Stadt Swift Current, in der pulverförmige Aktivkohle und andere Behandlungschemikalien zugegeben werden. Nach der Endfiltration wird das Wasser in drei Speichertanks gepumpt, die zusammen bis zu 53 Millionen Liter Wasser aufnehmen können, um es an die Bewohner der Stadt Lafayette zu verteilen.


Pulverförmige Aktivkohle wurde manuell zugegeben

Vor der Installation der Big-Bag-Austragesysteme leerten die Bediener beider Anlagen 16- bis 20-kg-Säcke mit pulverförmiger Aktivkohle, die Kohlenstaub erzeugten und die Arbeiter körperlich belasteten.

In Pulverform ist Aktivkohle ein extrem feines Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von nur 20 Mikron und einer Rohdichte von nur 34,4 kg/m3. „Schon die kleinste Luftbewegung verursacht überall Kohlenstoffstaub, der alles verklebt und verschmiert, was er berührt, einschließlich Ihrer Kleidung und Ihrer Haut", sagt Rudy Holland, Verantwortlicher für die Wasseraufbereitung in der Stadt Swift Current.

„Wir haben es mit einem Staubsammelsystem versucht, aber es hat nie richtig funktioniert" sagt Holland. Außerdem wurde die Kapazität des Systems durch die kleine Schneckenzuführung begrenzt, die 16 Stunden brauchte, um den pulverförmigen Kohlenstoff aus dem 450 kg fassenden Trichter in den Eduktor der Flüssigkeitsschlammbehandlung zu befördern. Da die Wasseraufbereitungsanlage nur eine Schicht pro Tag fährt, also nur 8,5 Stunden lang besetzt und dann 15,5 Stunden lang unbemannt computergesteuert ist, konnte der Trichter, wenn er zu Beginn der unbemannten Schicht nicht vollständig gefüllt war, leerlaufen, wenn kein Personal zum Nachfüllen anwesend war.

Die Angestellten von Swift Current mussten täglich bis zu 25 Säcke mit 23 bis 25 kg pulverförmiger Aktivkohle in den Trichter kippen. Sie trugen die Säcke dazu mehrere Metalltreppen hoch, um sie direkt in die Belüftungs- und Flockungsanlage zu entleeren. „Dadurch entstand nicht nur gefährlicher Kohlenstaub; durch den Bedarf an 2 bis 4 Säcken pro Tag im Winter und sogar 10 bis 17 Säcken im Sommer erforderte dies auch umfangreiche Handarbeit und setzte die Bediener, die allein in der Mitternachtsschicht arbeiteten, erheblicher Sturz- und Verletzungsgefahr aus", erklärt Hauptbediener Ed Zimbleman. „Außerdem riss auch schon einmal ein Sack, so dass die Bediener den gesamten Bereich abspritzen mussten."


Big-Bag-Entleer- und Fördersysteme eliminieren Gefahren

In beiden Werken wurde durch die Installation eines automatisierten Systems zum Entleeren von Big-Bags und Fördern des Materials Staub beseitigt, der durch das Lösen, Entleeren, Zusammenlegen und Entsorgen einzelner kleiner Säcke verursacht wurde, während gleichzeitig die Sicherheit des Bedienpersonals erhöht und die manuelle Arbeit reduziert wurde.

Die Stadt Swift Current kauft nun 500-kg-Big-Bag und verbraucht davon nur 1 bis 3,5 Stück pro Woche. Die Stadt Lafayette entlädt zwischen einem 408-kg-Big-Bag im Winter und bis zu 4,5 Big-Bag pro Woche in den Sommermonaten.

Die Big-Bag-Austrageeinheiten von Flexicon arbeiten mit Vorrichtungen, die den Staub zurückhalten und eine vollständige Entleerung gewährleisten. Ein manueller SPOUT-LOCK™-Klemmring wird pneumatisch durch ein TELE-TUBE™-Teleskoprohr angehoben, so dass der Bediener eine hochintegrative, staubdichte Verbindung mit dem Big-Bag Stutzen herstellen kann. Anschließend wird das Teleskoprohr freigegeben, um einen kontinuierlichen Zug nach unten auf den Klemmring und damit auf den Big-Bag Stutzen auszuüben, der den Big-Bag beim Entleeren langzieht, um eine vollständige Entleerung zu erleichtern.

Der Durchfluss wird zusätzlich durch pneumatisch betätigte FLOW-FLEXER™-Platten gefördert, die gegenüberliegende Unterkanten des Big-Bags anheben und absenken, wodurch die Aktivkohle besser in und durch den Big-Bag Stutzen strömt.

Ein POWER-CINCHER™-Durchflussregelventil umgibt den oberen Teil des Big-Bag Stutzens und ermöglicht nach Lösen der Schnur eine allmähliche Entleerung sowie die Möglichkeit, teilentleerte Big-Bag erneut anzuschließen.

An der Seite beider Entladegestelle ist ein BAG-VAC™-Staubsammler montiert, der während des Entleerens verdrängte Luft und Staub durch eine Trichterentlüftung absaugt und die leeren Big-Bag so leersaugt, dass sie staubfrei abgenommen, zusammengefaltet und entsorgt werden können.


Die zwei Systeme haben wichtige Unterschiede

In der Stadt Swift Current lädt ein Kran auf einer 7 m hohen, an der Decke montierten Einschienenbahn je einen 500 kg schweren Sack auf eine 1,5 m hohe Halbrahmen-Big-Bag-Austrageeinheit, die auf einer 2 m hohen Plattform montiert ist. Der Entleererrahmen ist in einen 3 m hohen Rahmen integriert, der einen 900 kg fassenden Trichter (für den Inhalt von zwei Säcken), einen Doppelschnecken-Volumenförderer, einen Abwaschtrichter und einen Flüssigschlamm-Eduktor enthält. Die pulverförmige Aktivkohle strömt vom Big-Bag zum Trichter und dann zum Förderer, der sie in den Abwaschtrichter und Eduktor dosiert, um sie mit den 114 Litern Wasser pro Minute zu vermischen, das zum Tiefbrunnen fließt. Eine Steuertafel regelt den Staubsammler, die Sack-Walkeinrichtungen, die Zuführung und die strömungsfördernden Luftpolster an den Trichterseiten.


Gabelstaplerbeladung ersetzt die manuelle Entleerung von Säcken

In der Stadt Lafayette lädt ein Gabelstapler einen 114-kg-Big-Bag in einem Hubrahmen auf einen 3 m hohen Vollhöhe-Entleerer. Der pulverförmige Kohlenstoff strömt durch das Teleskoprohr und das 0,6 m lange Fallrohr, das durch den Boden zu einem Aufnahmetrichter mit einem Fassungsvermögen von 0,14 m³ führt, der in einem 2,1 m hohen Rahmen ruht, der auch den volumetrischen Doppelschneckenförderer, den Abwaschtrichter und den Flüssigschlamm-Eduktor beherbergt. Die Steuerung kontrolliert den Staubsammler, den Förderer und die Luftzufuhr für die Trichterbelüftung, und meldet dem Bediener, wenn ein leerer Big-Bag gewechselt werden muss.

Die kontinuierliche Beimischung pulverförmiger Aktivkohle aus dem volumetrischen Dosierer mit Frischwasser erzeugt eine Aufschlämmung, die im Winter nur 0,006 % und im Sommer bis zu 0,05% Feststoffe enthält. Sie wird dem Klärbecken mit einer Geschwindigkeit von 450 l pro Minute zugegeben, was zu einer Endkonzentration von 5 bis 7 ppm Kohlenstoff führt. „Wir haben es im Grunde genommen einfach einmal eingestellt und dann fast vergessen", sagt Zimbleman.


Entwurf und Installation waren eine Teamleistung

„Wir haben neben dem Flexicon-System zwei weitere Ansätze evaluiert", sagt Zimbleman. „Obwohl sie ähnlich waren, waren die beiden anderen Hersteller nicht bereit, die notwendigen physischen Änderungen an unserer Anlage vorzunehmen, wie das Schneiden eines Lochs in einen Betonboden, um den Trichter auf den Förderer zu stellen."

Nach der Installation des Systems wurden noch mehrere Änderungen vorgenommen. „Wir bekamen das Problem, dass der Abwaschtrichter von Zeit zu Zeit verstopfte", erklärt Zimbleman. „Dieser Trichter ist 0,6 m hoch und hat oben einen Durchmesser von 0,6 m, der sich unten aber auf nur 15 cm reduziert. Das Team fügte Sprühdüsen mit Kunststoffnippeln hinzu, die das Wasser nun kreisförmig einspritzen, was das Problem beseitigte."

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Ein Angestellter der Stadt Lafayette lädt den Big-Bag Hubrahmen auf die Big-Bag-Austrageeinheit.
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Obere Ebene: Big-Bag-Austrageeinheit mit Steuertafel und BAG-VAC™-Staubsammler.
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Untere Ebene: Der Rahmen hält einen Aufnahmetrichter mit einem Fassungsvermögen von 0,14 m³, von dem aus ein volumetrischer Dosierer Pulverkohle in einen Abwaschtrichter und einen Flüssigkeitsschlamm-Eduktor dosiert, wo sich der Kohlenstoff mit Frischwasser (grünes Rohr) vermischt und dann weiter zum Klärbecken fließt.
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Ein Big-Bag ist an einem Hubrahmen aufgehängt, der in Aufnahmebechern auf jedem der vier Rahmenpfosten ruht. Pneumatisch betätigte FLOW-FLEXER™-Platten unter der linken und rechten Unterkante des Big-Bags heben und senken sich in getakteten Abständen, um kompaktiertes Material zu lösen und den Boden des Big-Bags in eine steile V-Form zu bringen, was die vollständige Entleerung durch den Big-Bag Stutzen fördert.
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Ein SPOUT-LOCK™-Klemmring erzeugt eine hochintegrierte Dichtung zwischen dem Big-Bag Stutzen und einem TELE-TUBE™-Teleskoprohr, das einen konstanten Zug nach unten auf den Big-Bag aufrechterhält und so eine vollständige, staubfreie Entladung ermöglicht.
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Das luftdichte System verfügt über einen seitlich am Rahmen angebrachten BAG-VAC™-Staubsammler, der verdrängte Luft und Staub aus dem Trichter saugt und leere Säcke zum staubfreien Zusammenfalten leersaugt.
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Ein Bediener beobachtet, wie pulverförmiger Kohlenstoff in den Abwaschtrichter strömt.
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Das Wasser fließt aus dem Sedimentationsbecken durch die Kohlenstoffpulver-Zugabevorrichtung in das Verteilersystem.
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In der Stadt Swift Current wird ein Big-Bag von einem an der Decke montierten Einschienenkran auf den Halbrahmen einer Big-Bag-Austrageeinheit geladen. Der Rahmen unter dem Entleerer beinhaltet einen 900 kg fassenden Trichter, eine volumetrische Zuführung, einen Abwaschtrichter und einen Flüssigschlamm-Eduktor, der das Kohlenstoffpulver in einen Wasserstrom zieht.
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Der untere Rahmen vereint einen Aufnahmetrichter, eine volumetrische Zuführung, einen Abwaschtrichter und einen Flüssigschlamm-Eduktor.
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