Als men een vaste stof en een vloeistof scheidt vanuit een suspensie dan is dat mogelijk met een zeefbandpers (of bandfilterpers), een ontwateringstafel (of indiktafel, bandindikker), een kamerfilterpers (of plaatfilterpers) of een decanter. Het resultaat is gefilterde vloeistof en een steekvaste massa vaste stof. Voorbeelden van suspensies zijn waterzuiveringsslib, mest, digestaat of bagger. We lichten hieronder een de werking van een zeefbandpers, een ontwateringstafel en een kamerfilterpers toe.
Voorbeeld van een zeefbandpersinstallatie
Een zeefbandpers is een machine die een suspensie tussen filterdoek (filterbanden) door perst, waarbij met behulp van rollen (walsen) druk kan worden opgebouwd, hetgeen resulteert in scheiding van een vaste stof en een vloeistof. Een zeefbandpers is onderdeel van een grotere installatie. In zo’n installatie vind je allerlei randapparatuur, zoals een polymeer installatie, pompen (slibtoevoer, bandspoelwater, filtraat afvoer) en een koekafvoerinstallatie.
Toepassingen voor zeefbandpersen zijn te vinden in het ontwateren van slib en slurrie in de afvalwaterzuivering, grondreiniging, mijnindustrie, chemische industrie, land- en tuinbouw, etc. Daarnaast worden zeefbandpersen ook toegepast in de fruitverwerking (bereiding van fruitsappen en het maken van wijn). In tegenstelling tot een (kamer)filterpers is een zeefbandpers continue in bedrijf.
Afvoer van slib is een belangrijke operationele kostpost bij waterzuivering. Hoe lager het drogestof gehalte van slib hoe meer er hierbij betaald wordt voor de afvoer van water. Het droge-stofgehalte in organisch afvalwaterslib loopt op tot ongeveer 25%; voor sommige anorganische slibsoorten is 60 procent zeker mogelijk.
Scheiding
Een zeefbandpers scheidt een vaste stof en een vloeistof vanuit een suspensie (een mengsel van een vloeistof met een poederachtige stof). Met behulp van filterdoek of filterbanden vindt dit scheidingsproces onder druk plaats.
Floculanten
In veel toepassingen worden floculanten (polymeren/ poly electrolieten) gebruikt om kleinere zwevende deeltjes samen te laten klonteren tot grotere deeltjes die ook wel vlokken worden genoemd. Deze vlokken zijn makkelijker van het water af te scheiden en worden beter afgevangen tussen de relatief grove filterbanden (filterdoek) in een pers. Vóór het ontwateren wordt de suspensie (slib) ‘’gemengd’’ met het vlokhulpmiddel, zodat slibvlokken ontstaan, die goed van de waterfractie te scheiden en persbaar zijn tussen de filterbanden. Floculant wordt toegevoegd met behulp van een doseersysteem, dat deel uit maakt van de installatie.
De gevlokte suspensie wordt uitgestort op de horizontale zeefband. Instelbare geleideschotten aan weerszijde van de banden zorgen ervoor dat het slib niet van de band kan glijden. Hier vindt de eerste scheiding plaats van het slib en het (vrije) water. Zogenaamde “chicanes” verdelen de suspensie over de zeefband, mengen en keren het waarbij er een goed persbaar product ontstaat.
Het vrijkomende water uit het slib, het zg. filtraat loopt onder invloed van de zwaartekracht door de zeefband en en wordt opgevangen in een bak. Dit filtraat bevat een geringe hoeveelheid vaste stof. Dit kan leiden tot een relatief hoog rendement.
Persproces
De slibstroom komt vervolgens tussen twee zeefbanden en wordt samengeperst onder steeds hogere druk. Daarna vindt het eigenlijke persproces plaats. De zeefbanden (met daartussen het slib) worden door een aantal walsen geleid waarbij het slib steeds verder wordt ontwaterd. Twee schrapers verwijderen de overblijvende slibkoek van de zeefband. Sproei-nozzles reinigen beide zeefbanden.
Steekvaste massa
Een zeefbandpers ontwatert tot een steekvaste massa overblijft. Een goed ontworpen installatie realiseert hoge droge stofgehaltes bij een laag polymeer- en energieverbruik. De bandsnelheid is hierbij relatief laag. Er is ook een snelheidsverschil tussen beide zeefbanden waardoor naast druk ook afschuifkrachten helpen bij de ontwatering; hierdoor wordt een hoger droge stof gehalte verkregen.
Voorbeeld van een (voor)ontwateringstafel of bandindikker
Vaak wordt een zeefbandpers voorafgegaan door een (voor)ontwateringstafel, indiktafel of bandindikker. Dit wordt ook wel een gravitaire droogstap genoemd, waarbij een grote hoeveelheid vrij water kan worden gescheiden van het slibwatermengsel. Een ontwateringstafel verhoogt het scheidingsrendement van de filtratie tegen een lage kostprijs. Op biologisch slib zijn scheidingsrendementen van meer dan 99 procent en drogestofconcentraties boven 10 procent zeker mogelijk.
Na deze stap wordt het slib gemend met een vlokhulpmiddel of floculant waardoor een geconditioneerd slib ontstaat. Een ontwateringstafel is een vereenvoudigde versie van een zeefbandpers.
Voorontwatering
Een ontwateringstafel of bandindikker wordt gebruikt als eerste ontwateringsstap, waarbij vaste stof en een vloeistof geschieden wordt vanuit een suspensie. Met behulp filterbanden vindt dit scheidingsproces plaats op basis van zwaartekracht (gravitaire droogstap). Een suspensie wordt getransporteerd op de filterband waarbij zg. chicanes het slib geleiden en omwoelen. De vloeistof valt door de filterband en de meer vaste deeltjes worden aan het einde van de band geschraapt en afgevangen.
Na deze stap wordt het slib gemend met een vlokhulpmiddel of floculant waardoor een geconditioneerd slib ontstaat. Een ontwateringstafel is een vereenvoudigde versie van een zeefbandpers.
Voorbeeld van een kamerfilterpers
Een kamerfilterpers of filterpers is technisch gezien een relatief eenvoudige en zeer flexibele persinstallatie die geschikt is voor veel toepassingen in met name de foodindustrie en de mijnbouw. Het te filteren medium wordt discontinue (batch gewijs) door verticaal hangende platen met filterkamers geperst. Op elke plaat bevindt zicht een filterdoek. Dit type pers haalt het hoogste scheidingsrendement van alle mechanische scheidingstechnieken, doordat er in afgesloten ”kamers” rechtstreeks op het product geperst kan worden. Een kamerfilterpers haalt afhankelijk van de suspensie en ontwateringseigenschappen een vastestofgehalte in de filterkoek van 30 tot ongeveer 70 procent.
Scheiding met platen met filterkamers
Bij een kamerfilterpers wordt het slib in verschillende platen gepompt die aan beide zijden zijn voorzien van een doorlatend geweven filtermedium (fabric of steekdoek). Het ontwerp van de plaat in combinatie met het filterdoek resulteert in zg. filterkamers. De filterdoeken houden vaste deeltjes tegen en de vloeistof kan door de maasopeningen weglopen waardoor een filterkoek ontstaat. Het vullen van de kamers wordt steeds lastiger omdat deze zich vullen met vaste stof, met als gevolg dat de druk. De voedingspomp wordt dan ook uitgeschakeld bij een vooraf ingestelde maximumdruk. Hiermee is de vulfase gereed. De vaste koeken in elke plaat moeten dan uit de filterkamers gehaald worden. Hierna kan een volgende cyclus worden gestart. Het legen van de filterkamers en terugplaatsen van de platen is een secondair proces dat, afhankelijk van de toepassing, geautomatiseerd kan worden waarbij het scheidingsproces dus ”continue” kan verlopen.
Geweven filterdoek
Het toepassen van zeer sterke maar fijn geweven doekmaterialen (met een kleine maasopening), resulteert in een optimale filtratie of fijne scheiding. Het is dan ook een voor de hand liggend proces voor toepassingen waarbij een maximale zuiverheid van het filtraat of het laagste restvochtgehalte in de vaste fractie wordt gevraagd. Het uitgangspunt in dit proces kan zowel de winning van de vaste stof (filterkoek) als de zuivering van het beginproduct zijn. Het vloeistofgehalte in de filterkoek hangt af van de fysische en chemische eigenschappen van de suspensie én van de druk waarmee de suspensie in de (kamer)filterpers wordt gepompt
Membraanfilterpers
Een membraanfilterpers kan meer vloeistof uit een suspensie verwijderen dan een kamerfilterpers. Cyclustijden zijn meestal korter in vergelijking met een klassieke kamerfilterpers. Membraanfilterpersen worden toegepast voor lastiger te scheiden producten of bij toepassingen waar het scheidingsrendement van groot belang is. De werking van een membraanfilterpers is in de eerste fase gelijk aan de werking van een kamerfilterpers, maar de voedingspomp is niet langer de enige drijvende kracht voor filtratie. Net zoals bij een kamerfilterpers worden de filterkamers eerst door een voedingspomp tot een vastgestelde maximale druk opgevuld. In een volgende fase wordt in elke filterkamer een membraan opgeblazen met behulp van lucht of een vloeistof. Hierdoor wordt in iedere kamer het volume verkleind met als gevolg dat meer vloeistof uit de koek wordt verwijderd. Het droge-stofgehalte van de filterkoeken wordt hierdoor is dus een stuk hoger én meer homogeen van samenstelling.