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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser und zur Herstellung von Trink- oder Brauchwasser, wobei das zu reinigende Rohwasser in einen mit einer Filtereinlage versehenen Reinigungsraum geleitet wird, in den Reinigungsraum Flockungsmittel eingebracht werden, mit deren Hilfe die Verunreinigungen in von den Flocken gebildeten Zellen eingeschlossen werden, worauf die Flocken in den Poren der Filtereinlage festgehalten und die auf diese Weise gebundenen Verunreinigungen zusammen mit den sie umgebenden Flockenzellen aus der Filtereinlage entfernt werden, so dass die Filtereinlage erneut zum Binden von Flokken geeignet gemacht wird, wobei die Reinigung des Wassers und die Regenerierung der Filtereinlage abwechselnd vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass man in den im Reinigungsraum (4, 6, 8) befindlichen Filterraum (6) eine aus zur Formänderung fähigen,
elastischen Teilchen bestehende Filtereinlage (7) verwendet, durch diese das zu reinigende Wasser von unten nach oben hindurchleitet, den Verunreinigungsgrad des während des Reinigungsvorganges austretenden gereinigten Wassers, wenigstens jedoch den Verunreinigungsgrad des zu Beginn austretenden Vorfiltrates beobachtet und die Wirksamkeit der Reinigung bis zum Erreichen des gewünschten Reinheitsgrades dadurch regelt, dass man die Einströmgeschwindigkeit des in den Reinigungsraum (4, 6, 8) eingeleiteten Rohwassers und dadurch das Porenvolumen der Filtereinlage (7) auf das gewünschte Mass einstellt und die erschöpfte Filtereinlage (7) regeneriert, indem man im Reinigungsraum (4, 6, 8) selbst von oben nach unten Rohwasser durch die Filtereinlage (7) strömen lässt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Verschmutzungsgrad des Vorfiltrates und/ oder des gereinigten Wassers durch diskontinuierliche Probenahme kontrolliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Verschmutzungsgrad des Vorfiltrates und/ oder des gereinigten Wassers durch kontinuierliche Beobachtung, zum Beispiel mittels eines in den Weg des gereinigten Wassers eingebauten Messinstrumentes (34) kontrolliert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinlage (7) durch einmaliges oder mehrmaliges Ablassen des im Reinigungsraum (4, 6, 8) befindlichen Rohwassers regeneriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinlage (7) durch einmaliges oder mehrmaliges Absaugen des im Reinigungsraum (4, 6, 8) befindlichen Rohwassers mit Hilfe einer Pumpe (1) regeneriert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Ablassen oder Absaugen des Wassers die Wirksamkeit der Regenerierung der im Reinigungsraum (4, 6, 8) befindlichen Filtereinlage (7) mit spülender Druckluft steigert.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Regenerierung der Filtereinlage (7) das Material der Filtereinlage (7) mit Luft aufwirbelt, dadurch die Oberflächenverunreinigungen von den Teilchen der Filtereinlage (7) entfernt und anschliessend ebenfalls mittels Luft das aus der Filtereinlage (7) gespülte Schlammwasser aus dem Behälter (33) verdrängt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Entfernen des Schlammwassers aus dem Behälter (33) Pressluft verwendet, mit dieser das Schlammwasser und die elastischen Teilchen der Filtereinlage (7) in wirbelnde Bewegung versetzt, dadurch die Durchmischung der Filtereinlage (7) fördert und in der Schlussphase der Regenerierung die Filtereinlage (7) an die untere Filterplatte (5a) andrückt und dadurch die aufgefangenen Verunreinigungen aus den Poren der Filtereinlage (7) auspresst.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche einen den Reinigungsraum enthaltenden geschlossenen Behälter aufweist, der unter Druck gesetzt werden kann und sich zur Aufnahme einer Filtereinlage eignet, wobei an den Behälter Mittel zum Einleiten des zu reinigenden Rohwassers, zur Zugabe des Flockungsmittels und zum Einleiten von Luft sowie zum Ableiten des gereinigten Wassers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reinigungsraum (4, 6, 8) des Behälters (33) in einen unteren Reaktionsraum (4), einen mittleren Filterraum (6) und einen oberen Wasserraum (8) gliedert, der Filterraum (6) von einer unteren Filterplatte (5a) und einer oberen Filterplatte (5b) begrenzt ist, eine Leitung (22) für das Einbringen des zu reinigenden Rohwassers in den Behälter (33),
eine Leitung (25) für das Einbringen des Flockungsmittels in den Behälter (33) und eine das Schlammwasser abführende Leitung (28) zum Ausspülen der Verunreinigungen in den unteren Reaktionsraum (4) des Behälters (33) angeschlossen sind, während eine das gereinigte Wasser abführende Leitung in den oberen Wasserraum (8) des Behälters (33) mündet, während im Filterraum (6) eine zu grossen Gestaltsveränderungen befähigte und ein grosses Porenvolumen aufweisende elastische Filtereinlage (7) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- net, dass die Filtereinlage (7) aus einer Anhäufung poröser Teilchen bzw. aus gemahlenem Kunststoffschaum von Schwamrucharakter besteht.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinlage (7) vorzugsweise aus Teilchen unterschiedlicher Grösse besteht, wobei die feinste Fraktion 0,1 mm oder grösser, die gröbste Fraktion 25 mm oder kleiner ist.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die untere Filterplatte (5a) wie auch die obere Filterplatte (5b) im Reinigungsraum (4, 6, 8) des Behälters (33) fest eingebaut sind.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohwasserspeiseleitung (22), die Flockuliermittelleitung (25) und die Schlammwasserabführleitung (28) in der Nähe des Behälters (33) zu einer einzigen gemeinsamen Füll- und Entleerungsleitung (35) vereinigt sind.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinlage (7) durch Trennflächen, zweckmässig durch perforierte Platten (36, 37) in Schichten (7a, 7b, 7c) geteilt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierten Platten (36, 37) an den Behälter (33) befestigt eingebaut sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser und zur Herstellung von Trink- und Brauchwasser, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In der Ingenieurspraxis ist es eine häufig wiederkehrende Aufgabe, aus verunreinigtem Wasser bzw. Oberflächenwasser Trink- oder Brauchwasser herzustellen bzw. aus Gründen des Umweltschutzes die industriellen Abwässer wenigstens so weit zu reinigen, dass sie die Struktur der natürlichen oder künstlichen stehenden Gewässer oder der fliessenden Gewässer nicht schädigen.
Flüssigkeiten können im Prinzip chemisch, physikalisch
oder durch Kombination dieser beiden Möglichkeiten gereinigt werden. In erster Linie aus wirtschaftlichen Erwägungen gibt man, falls dazu nur irgendeine Möglichkeit besteht, den physikalischen Wasserreinigungsmethoden den Vorzug. Diesen Methoden ist gemeinsam, dass das zu reinigende Wasser abgesetzt und/oder geklärt, dann filtriert und schliesslich gegebenenfalls einer Nachreinigung unterzogen wird.
Bei einem grossen Teil der modernen Wasserreinigungsverfahren ist man bestrebt, den Arbeitsgang des Absetzens und Klärens wegzulassen; statt dessen wird das zu reinigende Wasser unmitelbar durch eine oder mehrere Filterschichten geleitet, und währenddessen werden kontinuierlich oder diskontinuierlich Flockungsmittel und eventuell weitere, die Flockenbildung begünstigende Stoffe zugesetzt. Die Flokkungsmittel gelangen in Form von Chemikalien in den Behandlungsraum, wo im Verlaufe der Reinigung die unerwünschten verunreinigenden Komponenten in den sich bildenden Flocken eingeschlossen werden. Nachdem dies geschehen ist, können die Flocken und die eingeschlossenen Verunreinigungen mit einem Filtermaterial aus dem Wasser entfernt werden.
Bei den in der Praxis angewendeten Filtrierverfahren werden die im Behandlungsraum angebrachten Filtereinlagen über kurz oder lang gesättigt und dadurch für die Aufnahme und das Binden weiterer Flocken ungeeignet.
Deshalb müssen die Filtereinlagen von Zeit zu Zeit regeneriert werden, damit sie ihren Zweck erneut erfüllen können.
Hinsichtlich der Durchführung des Filtrierens bzw. Regenerierens können die bekannten Filter in zwei Gruppen eingeteilt werden: in Bettfilter und Schichtfilter.
Bei den sog. Bettfiltern wird das verunreinigte Wasser durch ein aus körnigem Material, in erster Linie aus Quarzsand, gemahlenem Anthrazit, granulierter Aktivkohle oder Kunstharz, bestehendes Filtermedium hindurchgeleitet. Die Filterschicht ist im allgemeinen 1-2 m dick, die Filtergeschwindigkeit liegt zwischen 5 und 15 m/h. Schichtdicke und Filtergeschwindigkeit werden in Abhängigkeit vom Verunreinigungsgrad des zu reinigenden Wassers, der Art der Verunreinigung, den an das gereinigte Wasser gestellten Anforderungen und der zwischen den Regenerierprozessen liegenden sog. Zykluszeit gewählt.
Bekannt ist auch ein Typ von Bettfiltern, bei dem die Filterfüllung aus porösen, elastischen Kunststoffen besteht.
Die Kunststoffüllung besteht aus würfelförmigen Stücken der Kantenlänge 3-5 cm. Diese Filterschichten werden zwischen abgrenzenden Flächen, zweckmässig perforierten Platten, angeordnet; die Porenmasse der Füllung werden mit besonderer Sorgfalt gewählt. Die Einlagen werden während des Filtrierens in zusammengepresstem Zustand gehalten, da das Filtermaterial spezifisch leichter ist als Wasser und anderenfalls den Filterraum nur locker ausfüllen würde. In diesem Falle könnte das zu reinigende Wasser praktisch ohne Widerstand durch die zwischen den einzelnen Stücken der Filterschicht befindlichen Spalten strömen, und die gewünschte te Filterwirkung träte nicht ein.
Die Bettfilter haben den Vorteil, dass zur Herstellung des filtrierten Wassers gewünschter Qualität über verhältnismässig lange Zeit hinweg keine Regenerierung erforderlich ist, weil das Filtermaterial viele zur Aufnahme der Verunreinigungen geeignete Poren aufweist, die zusammen ein grosses Spalt- bzw. Porenvolumen ausmachen. Nachteilig bei den Bettfiltern ist, dass - nachdem ihre Poren verstopft sind - zum Regenerieren gereinigtes Wasser, und zwar in beträchtlicher Menge, erforderlich ist und zum Auflockern des Filtermaterials auch noch Pressluft gebraucht wird.
Von diesen Nachteilen ist der Bedarf an reinem Wasser besonders schwerwiegend, weil dadurch erfahrungsgemäss häufig bis zu 10% des gereinigten Wassers als Schlammwasser verlorengehen. Ferner ist wirtschaftlich von Nachteil, dass (vor allem beim Filtrieren stark verschmutzter Wässer) zum Einspeisen der regenerierenden Medien eine bedeutende Energiemenge gebraucht wird. Die Lage kompliziert sich noch mehr, wenn als Filterfüllung Kunststoff verwendet wird, da zu dessen Zusammenpressen und zum Zirkulieren der regenerierenden Medien zusätzliche maschinelle Einrichtungen eingebaut und betrieben werden müssen und diese Einrichtungen im allgemeinen störanfällig sind.
Bei der zweiten Gruppe der Filter, den sog. Schichtfiltern, werden auf ein festes Gerüst, zum Beispiel auf poröses Porzellan, pulvermetallurgisch erzeugte Metallplatten oder dichtgewebte Textilien Substanzen von Gelkonsistenz, zum Beispiel Bentonit, Kieselerde, Metallhydroxyde usw. aufgebracht. Diese Gelsubstanzen filtrieren die zu reinigende Flüssigkeit. Auch das Filterpapier kann als herkömmliches Schichtfilter bezeichnet werden.
Die Schichtfilter haben den Vorteil, dass sie eine verhältnismässig hohe Filtriergeschwindigkeit (15-50 m/h) ermöglichen und auch bei relativ geringer Schichtdicke gereinigtes Wasser ausgezeichneter Qualität liefern. Nachteilig ist jedoch, dass die dünne Filterschicht innerhalb kurzer Zeit erschöpft wird, die Poren sich verstopfen und daher die Zykluszeit des Schichtfilters wesentlich geringer ist als die von Bettfiltern ähnlicher Leistung. Ungünstig ist ferner, dass die aktive Filterschicht entweder gar nicht oder nur mit hohem Kostenaufwand gereinigt werden kann.
Ein charakteristischer Typ der bekannten modernen Filtervorrichtungen ist in der DT-AS 1 922 196 beschrieben, die sich auf ein kontinuierlich arbeitendes Eindick-Pulsationsfilter bezieht. Die Vorrichtung arbeitet mit einem oder mehreren Filterelementen starrer Konstruktion, zum Beispiel aus Keramik. Sie hat einen zur Aufnahme der eingedickten Suspension und deren Ableitung dienenden Behälter, ein zur Ableitung des Filtrates dienendes Standrohr sowie auf der Eintritts- und der Austrittsseite je eine Pulsationskammer.
Die Vorrichtung arbeitet kontinuierlich, gleichzeitig mit dem Filtrieren findet auch kontinuierlich die Regenerierung statt. Dies geschieht, indem bei Verstopfung des Filterelementes in den Pulsationskammern der Druck ansteigt und der entstehende Überdruck mit einem plötzlichen Gegenstoss die auf der Oberfläche des Filterelementes abgelagerten Verunreinigungen sozusagen absprengt . Die den Gegenstoss hervorrufende Wirkung der Pulsationskammer auf der Austrittsseite kann durch äussere Energiequellen, zum Beispiel mittels eines Kompressors, noch gesteigert werden.
Die beschriebene Vorrichtung ist bei kontinuierlicher Reinigung der Filtereinlage geeignet, aus stark verschmutzten Flüssigkeiten die Verunreinigungen als Suspension herauszufiltern. Es ist vorteilhaft, dass die Regenerierung von den beim Filtrieren entstehenden Druckunterschieden sozusagen automatisch erfolgt.
Nachteilig ist jedoch, dass bei hohen Verunreinigungskonzentrationen sehr grosse Filterflächen eingesetzt werden müssen, da anderenfalls wegen des schnellen Verstopfens die Pulsationskammern dauernd arbeiten müssten. Ungünstig ist ferner, dass die Filterelemente beim Filtrieren und beim Regenerieren grosse Druckänderungen in entgegengesetzten Richtungen ertragen müssen.
Sollen mit diesen die mechanischen Beanspruchungen gut ertragenden, im allgemeinen aus Keramik bestehenden Filterelementen Abwässer filtriert werden, die mit öl oder Kunststoff verunreinigt sind, so werden die feinen Poren derart verstopft, dass sie lediglich durch mechanisches Pulsieren nicht gereinigt werden können. Zur Reinigung derartiger Abwässer ist die Vorrichtung demnach nicht geeignet.
Eine Filtriervorrichtung einfacheren Aufbaus ist in der DT-AS 1 436 294 beschrieben. Sie besteht im wesentlichen aus einem Filterbehälter, der unter Druck gesetzt werden kann und in welchem eine ortsfeste untere Filterplatte und eine hydraulisch oder pneumatisch bewegbare obere Filterplatte angeordnet sind.
Beim Filtrieren wird die obere Filterplatte auf die zwischen den beiden Filterplatten befindliche Filterfüllung gepresst. Beim Regenerieren wird die obere Filterplatte angehoben, damit das Filtermaterial aufgelockert werden kann.
Die Filtereinlage besteht aus elastischem Material, dessen spezifisches Gewicht etwa gleich dem der zu reinigenden Flüssigkeit ist.
Die Vorrichtung wird zweckmässig in Fällen verwendet, in denen die Flüssigkeit durch eine aus Ionenaustauscherharz bestehende Filterschicht geleitet werden soll. Die Filtereinlage muss während des Filtrierens zusammengedrückt werden, weil sie ansonsten infolge ihres geringen spezifischen Gewichtes fortgeschwemmt oder doch wenigstens in einem Masse aufgelockert würde, das ein wirksames Filtrieren nicht mehr gestattet. Da beim Regenerieren die Füllung aufgelockert werden muss, ist die obere Filterplatte beweglich ausgeführt.
Obwohl der Grundgedanke richtig ist, kann die Vorrichtung doch für die Reinigung öliger Abwässer nicht empfohlen werden. In den Filterperioden muss die Füllung so stark zusammengepresst werden, dass sie lediglich einen geringen Teil des Raumes zwischen oberer und unterer Filterplatte ausfüllt. Dadurch ist einesteils der Filtrierprozess nicht ge nügend wirksam, zum anderen sind für die hydraulische oder pneumatische Bewegung der Filterplatte zusätzliche maschinelle Einrichtungen erforderlich.
Zu den mit Überdruck arbeitenden Filtervorrichtungen gehört die in Kieser's Handbuch der chemischen Techno logik beschriebene REISERT-Filtervorrichtung. Die Vorrichtung hat einen geschlossenen Filtrierbehälter, der unter Druck gesetzt werden kann, ferner einen Luftkessel, eine das Rohwasser einspeisende Pumpe und einen den Luftdruck im Luftkessel erzeugenden Kompressor. Die Filterfüllung besteht aus unelastischem, körnigem Feststoff, zweckmässig aus Quarzsand. Die Filterfüllung wird von unten durch eine mit Filterkerzen versehene Filterplatte gehalten. Unter der Filterplatte ist eine zweite, nicht-perforierte Filterplatte angebracht.
Die REISERT-Filtervorrichtung arbeitet diskontinuierlich. Wenn die Füllung erschöpft ist, d.h. ihre Poren verstopft sind, so wird in den unteren Raum des Filtrierbehälters Pressluft eingeleitet. Die Pressluft drückt das bereits gereinigte Wasser, das sich am Boden des Behälters angesammelt hat, mit einem plötzlichen Stoss in das Material der Filtereinlage und lockert dadurch mit dem bereits filtrierten Wasser die Füllung auf. Wenn das am Boden des Behälters vorhandene Wasser aufgebraucht ist, wird das Material der Filtereinlage durch Einleiten von weiterer Pressluft aufgelockert und dabei von den auf seiner Oberfläche abgelagerten Verunreinigungen befreit. Die Verunreinigungen können durch zusätzlich eingedrücktes filtriertes Wasser entfernt werden.
Die REISERT-Filtervorrichtung ist in allen Fällen geeignet, in denen die Filterfüllung aus unelastischen, festen Teilchen besteht. Der Wirkungsgrad der Regenerierung ist gut. Ungünstig ist jedoch, dass zum Regenerieren eine grosse Menge filtrierten Wassers erforderlich ist, ferner, das zusätzliche Vorrichtungen, wie Hydrophor, Luftkessel usw.
gebraucht werden. Für Filterfüllungen aus elastischem Material kann die Vorrichtung nicht verwendet werden.
Ziel der Erfindung ist es Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, welche die Mängel der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
Die Vorrichtung sollte ermöglichen emulgierte Verunreinigungen enthaltendes Wasser unter Zusatz von Flokkungsmitteln so zu reinigen, dass die Flocken Zellen bilden, welche die Verunreinigungen einschliessen. Die Flocken sollten in der Filtereinlage bis zur Erreichung eines beliebigen Reinheitsgrades abgeschieden werden können, und die Filterschichten durch vollständige Entfernung der aufgefangenen Verunreinigungen über lange Zeit hinweg regeneriert werden können.
Es wurde erkannt, dass die Schichtfilter (z.B. Filterpapier, Membranfilter usw.) zwar mit sehr gutem Wirkungsgrad filtrieren, nachdem sie aber einmal verstopft sind, nur sehr schwer oder überhaupt nicht regeneriert werden können, während die Bettfilter (z.B. Sand, Kies, Aktivkohle) zwar mit schlechterem Wirkungsgrad filtrieren, nach erfolgtem Verstopfen jedoch verhältnismässig einfach und mit gutem Wirkungsgrad regeneriert werden können.
Es wurde gefunden, dass bei Verwendung einer Filterfüllung aus hochelastischem, vollständig relaxierendem Material ein optimales Verfahren möglich ist, welches die Vorteile der Schichtfilter und der Bettfilter in sich vereinigt. Mit anderen Worten bedeutet das, dass eine Vorrichtung mit den erwähnten Filterfüllung wie ein Schichtfilter arbeitet und wie ein Bettfilter regeneriert werden kann. Die gewünschte Wirkung kann mit einem auf 0,1-25 mm Teilchengrösse gemahlenen Kunststoffschaum als Filterfüllung sehr gut erreicht werden.
Zu der Erkenntnis gehört ferner, dass - im Unterschied zu den herkömmlichen Filtrierverfahren - das Filtrieren nicht durch Flüssigkeitsströmung von oben nach unten und das Regenerieren nicht von unten nach oben vorgenommen wird, sondern gerade umgekehrt, d.h. filtriert wird von unten nach oben, regeneriert von oben nach unten. Dadurch kann einesteils die Wirksamkeit des Filters eingestellt werden, zum anderen ist es nicht erforderlich, bereits gefiltertes Wasser zum Regenerieren zu verwenden.
Wird von unten nach oben filtriert, so wird die spezifisch leichte Filterfüllung an die obere Filterplatte des Reinigungsraumes angedrückt, wobei ihre Schichtdicke und damit ihre Porosität von der Geschwindigkeit der durch sie hindurchströmenden Flüssigkeit beeinflusst wird. Dies bedeutet, dass durch Änderung eines einzigen Parameters - der Geschwindigkeit des zu reinigenden Wassers - die Wirksamkeit der Reinigung beliebig geregelt werden kann.
Während des Filtrierprozesses arbeitet die Filtereinlage als Schichtfilter. Wenn ihre Poren verstopft sind, wird die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen, wodurch sich die Füllung lockert, nicht länger an die obere Filterplatte angedrückt wird, sondern den Filterraum zwischen den Filterplatten gleichmässig ausfüllt. Nach dieser Auflockerung kann das Filtermaterial - ohne die Verwendung gereinigten Wassers - durch einfaches Ablassen der Flüssigkeit aus dem Fil trierbehälter regeneriert werden.
Die Wirksamkeit der Regenerierung kann noch erhöht werden, wenn die Flüssigkeit aus dem Reinigungsraum nicht einfach durch Gravitationswirkung entfernt wird, sondern mittels einer Pumpe mit grosser Geschwindigkeit abgesaugt wird. Die Wirksamkeit der Regenerierung wird ferner dadurch verbessert, dass vor oder während des Ablassens bzw.
Absaugens in die Filterfüllung Luft eingeleitet wird, weil dadurch die Teilchen der Füllung wirksam aufgewirbelt werden.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Wasser, und zur Herstellung von Trink- oder Brauchwasser, bei welchem Verfahren das zu reinigende Rohwasser in einen mit einer Fil tereinlage versehenen Reinigungsraum geleitet wird, in den Reinigungsraum Flockungsmittel eingebracht werden, mit deren Hilfe die Verunreinigungen in von den Flocken gebildeten Zellen eingeschlossen werden, worauf die Flocken in den Poren der Filtereinlage festgehalten, und die auf diese Weise gebundenen Verunreinigungen zusammen mit den sie umgebenden Flockenzellen aus der Filtereinlage entfernt werden, so dass die Filtereinlage erneut zum Binden von Flocken geeignet gemacht wird, wobei die Reinigung des Wassers und das Regenerieren der Filtereinlage abwechselnd vorgenommen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man in den im Reinigungsraum befindlichen Filterraum eine aus zur Formänderung fähigen, elastischen Teilchen bestehende Filtereinlage verwendet, durch diese das zu reinigende Rohwasser von unten nach oben hindurchleitet, den Verunreinigungsgrad des während des Reinigungsvorganges, aus dem mit der Filtereinlage versehenen Reinigungsraum austretenden gereinigten Wassers, wenigstens jedoch den Verunreinigungsgrad des zu Beginn austretenden Vorfiltrates beobachtet und die Wirksamkeit der Reinigung bis zum Erreichen des gewünschten Reinheitsgrades dadurch regelt, dass man die Einströmgeschwindigkeit des in den Reinigungsraum eingeleiteten Rohwassers und dadurch das Porenvolumen der Filtereinlage auf das gewünschte Mass einstellt, und die erschöpfte Filtereinlage regeneriert,
indem man im Reinigungsraum selbst von oben nach unten Rohwasser durch die Filtereinlage strömen lässt.
Zweckmässigerweise kann der Verunreinigungsgrad des Vorfiltrates und/oder des gereinigten Wassers durch diskontinuierliche Probenahme oder in anderen Fällen durch kontinuierliche Beobachtung, zum Beispiel mittels eines in den Weg des gereinigten Wassers eingebauten Messinstrumentes kontrolliert werden.
Zur Regenerierung der Filtereinlage kann das im Reinigungsraum befindliche Rohwasser einmal oder mehrmals abgelassen bzw. mit Hilfe einer Pumpe einmal oder mehrmals abgesaugt werden. Beim Ablassen oder Absaugen des Wassers kann die Regenerierung durch spülende Pressluft wirksamer gemacht werden.
Bei der Regenerierung der Filtereinlage kann das Filtermaterial mit Hilfe von Luft aufgewirbelt werden. Dadurch sollten die Oberflächenverunreinigungen von den Teilchen der Filtereinlage entfernt werden. Anschliessend kann ebenfalls mittels Luft das aus der Filtereinlage gespülte Schlamm wasser aus dem Behälter verdrängt werden.
In letzterem Fall ist es zweckmässig, wenn das Schlammwasser mit Pressluft aus dem Behälter entfernt wird. Dabei kann das Schlammwasser zusammen mit den elastischen Teil chen der Filtereinlage in wirbelnde Bewegung versetzt werden wodurch die Durchmischung der Filtereinlage gefördert wird.
In der Schlussphase der Regenerierung sollte die Filtereinlage mit Pressluft an die untere Filterplatte angedrückt werden, um die aufgefangenen Verunreinigungen aus den Poren der Filtereinlage zu entfernen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen den Reinigungsraum enthaltenden geschlossenen Behälter auf, der unter Druck gesetzt werden kann und sich zur Aufnahme einer Filtereinlage eignet, wobei an den Behälter Mittel zum Einleiten des zu reinigenden Rohwassers, zur Zugabe des Flockungsmittels und zum Einleiten von Luft sowie zum Ableiten des gereinigte ten Wassers angeschlossen sind.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reinigungsraum des Behälters in einen unteren Reaktionsraum, einen mittleren Filterraum und einen oberen Wasserraum gliedert, der Filterraum von einer unteren Filterplatte und einer oberen Filterplatte begrenzt ist, eine Leitung für das Einbringen des zu reinigenden Rohwassers in den Behälter, eine Lei tung für das Einbringen des Flockungsmittels in den Behäl ter und eine das Schlammwasser abführende Leitung zum Ausspülen der Verunreinigungen in den unteren Reak tionsraum des Behälters angeschlossen sind, während eine das gereinigte Wasser abführende Leitung in den oberen
Wasserraum des Behälters mündet, während im Filterraum eine zu grossen Gestaltveränderungen befähigte und ein grosses Porenvolumen aufweisende elastische Filtereinlage angeordnet ist.
Gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen
Vorrichtung kann die Filtereinlage aus einer Anhäufung poröser Teilchen bzw. aus gemahlenem Kunststoffschaum von Schwammcharakter bestehen. Die Filtereinlage enthält bevorzugt Teilchen unterschiedlicher Grösse, wobei die fein ste Fraktion 0,1 mm oder grösser, die gröbste Fraktion
25 mm oder kleiner ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemässen Vorrichtung sind sowohl die untere wie auch die obere Filterplatte fest im Reinigungsraum des Behälters ein gebaut.
Die das zu reinigende Rohwasser einspeisende Leitung, die das Flockungsmittel in den Behälter einbringende
Leitung und die das die aufgefangenen Verunreinigungen enthaltende Schlammwasser abführende Leitung sind in der
Nähe des Behälters zweckmässig zu einer einzigen gemein samen Füll- und Entleerungsleitung vereinigt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung ist die Filtereinlage durch Trennflächen, zweckmässig durch perforierte Platten, in Schichten unterteilt. Die perforierten
Platten sind am Behälter befestigt angebracht.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zu seiner Durch führung dienende Vorrichtung haben im Vergleich zu den bisher zur Reinigung von Wasser benutzten bekannten Vor richtungen zahlreiche technische und wirtschaftliche Vorteile.
Der wichtigste technische Vorteil besteht darin, dass die bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gelöste Rei nigung von ölhaltigem Wasser und sonstige emulgierte Ver unreinigungen enthaltenden Flüssigkeiten ermöglicht wird.
Dabei geht die Reinigung viel schneller und wirksamer vor sich, als dies bei den bekannten Lösungen der Fall ist. Ge genüber den Filtriergeschwindigkeiten von 5-16 m/h, wie sie bei herkömmlichen Filtern üblich sind, kann in der vor geschlagenen Vorrichtung nach dem Verfahren eine Filtrier geschwindigkeit von 35-100 mih erreicht werden.
Technisch ist ferner von Vorteil, dass der zur Entfer nung von Schwebestoffen und emulgierten Verunreinigungen notwendige Flockulierprozess in der Vorrichtung selbst ab laufen kann. Auch unter wirtschaftlichem Gesichtspunkt ist es ausserordentlich günstig, dass zum Regenerieren kein bereits gereinigtes Wasser erforderlich ist und schon allein dadurch, dass das Rohwasser aus dem Reinigungsraum durch Gravita tionswirkung entfernt wird, eine sehr gute Regenerierwirkung erreicht werden kann. Vorteilhaft ist ferner, dass die Funk tion der Vorrichtung leicht und völlig automatisiert werden kann. Infolge der hohen Filtriergeschwindigkeit ist die Lei stung der Vorrichtung wesentlich grösser als die der bekann ten Vorrichtungen, und daher sind die spezifischen Investi tionskosten beträchtlich geringer.
Aus dem Grundgedanken des Verfahrens und der kon struktiven Ausführung der Vorrichtung ergeben sich zahl reiche weitere Vorteile. Zu diesen gehört zum Beispiel, dass die den Filterraum abgrenzenden Filterplatten beim Regene rieren und beim Filtrieren an ihrem Ort verbleiben und des halb konstruktiv einfach sind. Es ist günstig, dass die ein geleitete Luft das Material der Filterfüllung nicht nur auf lockert, sondern durchwirbelt, und sich deswegen die Ver unreinigungen leicht von der Oberfläche der Teilchen ab lösen.
Es besteht auch die Möglichkeit, in der zweiten Phase der Regenerierung mit der eingeleiteten Luft, gegebenenfalls Pressluft, das Filtermaterial an die untere Filterplatte anzupressen und dadurch die Verunreinigungen aus den Poren des Filtermaterials herauszupressen, da die Filtereinlage infolge ihrer Elastizität in der Lage ist, die Verunreinigungen beim Filtrieren wie ein Schwamm aufzusaugen und beim Regenerieren, insbesondere durch die Wirkung des Zusammenpressens, restlos wieder von sich zu geben.
Gegenüber sämtlichen bekannten Lösungen ist es ein sehr grosser Vorteil, dass durch Änderung der Durchlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit die Porosität der Filtereinlage und damit der Reinheitsgrad des gereinigten Wassers regelbar sind. Da mit Rohwasser regeneriert wird, ist zum Regenerieren keinerlei besondere Vorrichtung erforderlich; wegen der hohen Filtriergeschwindigkeit kann die Vorrichtung klein dimensioniert werden, was eine bedeutende Einsparung in den Investitionskosten ergibt.
Günstig ist ferner, dass durch das Einleiten von Luft die Filtereinlage nicht nur gelockert, sondern in eine strudelartige Bewegung versetzt und dadurch völlig durchmischt wird, so dass die Regenerierung viel intensiver und schneller abläuft. Auch darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Filtereinlage theoretisch unbegrenzt hänfig regeneriert werden kann und dass ihre Lebensdauer daher praktisch unbegrenzt ist.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung, während
Fig. 2 eine Ausführungsform zeigt, die in der Ausgestaltung des Behälters von der in Fig. 1 dargestellten Lösung abweicht.
Der Hauptteil der Vorrichtung ist der Behälter 33, in dem die untere Filterplatte 5a und die obere Filterplatte 5b fest angeordnet sind. Die untere Filterplatte 5a und die obere Filterplatte 5b teilen den im Inneren des Behälters 33 befindlichen Reinigungsraum in drei Teile: den Reaktionsraum 4, den Filterraum 6 und den oberen Wasserraum 8.
Im Filterraum 6 ist die Filtereinlage 7 angeordnet. In der Abbildung ist die Filtereinlage 7 im Zustand während des Filtrierens gezeigt, wenn sie durch den Druck des von unten einströmenden Rohwassers lediglich den oberen Teil des Filterraumes 6 ausfüllt und an die obere Filterplatte 5b angepresst wird.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gezeigt, bei der die Rohwasserspeiseleitung 22, die Flockungsmittelleitung 25 und die Schlammwasserabführleitung 28 zu einer einzigen gemeinsamen Füll- und Entleerungsleitung 35 vereinigt sind.
Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, dass das Rohwasser durch das Fussventil 21 in die Vorrichtung eintritt und dann durch die Leitung 22 und das Saugventil 2 in die vereinigte Saugleiiung 24 gelangt. Die vereinigte Saugleitung 24 leitet nicht nur das aus der Leitung 22 ankommende Wasser, sondern auch das aus dem Chemikalienbehälter 13 durch das Chemikaliendosierventil 12 und die Leitung 13 strömende Flockungsmittel.
Die vereinigte Saugleitung 24 mündet in die Pumpe 1, die das bereits das Flockungsmittel enthaltende Rohwasser unter Druck setzt. Das Rohwasser gelangt danach durch die vereinigte Druckleitung 26, das Druckventil 3 und die Druckleitung 27 in die Füll- und Entleerungsleitung 35. In die Druckleitung 27 ist zweckmässig ein Leistungsregelventil 19 eingebaut, mit welchem die Strömungsgeschwindigkeit des Rohwassers verändert und daurch die Porosität der Filtereinlage 7 bzw. die Wirksamlceit des Filtervorganges eingestellt werden kann.
Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, dass sich an den unteren Anschlusspunkt 38 der Füll- und Entleerungsleitung 35 die mit dem Saugventil 14 versehene Schlammwassersaugleitung 23 anschliesst. Beim Regenerieren der Filtereinlage 7 kann durch die Schlammwassersaugleitung 23 und das Saugventil 14 hindurch das im Behälter 33 befindliche verschmutzte Wasser, das sog. Schlammwasser, aus dem Reinigungsraum entfernt werden.
Das Schlammwasser gelangt bei der Regenerierung durch die vereinigte Saugleitung 24, die Pumpe 1 und die vereinigte Druckleitung 26 hindurch zu dem Schlammwasserdruckventil 15 und tritt durch die Schlammwasserabführleitung 28 hindurch aus der Vorrichtung aus. Dabei müssen Saugventil 2 und Chemikaliendosierventil 12 selbstverständlich geschlossen sein, damit das Schlammwasser seinen Weg in der gewünschten Richtung nimmt. Wären die genannten Ventile offen, dann würde das Schlamwasser in die Druckleitung 27 bzw. in den Behälter 33 gelangen.
Während des Filtrierens durchströmt das in den Behälter 33 von unten eintretende Rohwasser die in dem zwischen der unteren Filterplatte 5a und der oberen Filterplatte 5b liegenden Filterraum 6 angeordnete Filtereinlage 7 und gelangt dann in den oberen Wasserraum 8, aus dem das gereinigte Wasser durch die Ableitung 30 aus der Vorrichtung austritt. In die Ableitung 30 ist zweckmässig ein Ableitungsventil 10 eingebaut, welches dann geöffnet wird, wenn das zu Beginn des Filtrierprozesses anfallende sog. Vorfiltrat durch die von der Ableitung 30 abzweigende Vorfiltratleitung 29 und das in dieser befindliche Vorfiltratventil 9 die Vorrichtung bereits verlassen hat.
Nachdem das Vorfiltrat ausgetreten ist, wird der Reinheitsgrad des aus der Ableitung 30 austretenden gereinigten Wassers weiterhin kontrolliert und dadurch festgestellt, ob der Prozess bereits eine genügende Wirksamkeit erreicht hat.
Handelt es sich zum Beispiel um die Entfernung des Öls aus ölverschmutztem Wasser, so kann in der Ableitung 30 ein kontinuierlich arbeitendes Messgerät 34, zum Beispiel ein Oiltester, angebracht werden.
Aus dem äusseren freien Luftraum kann durch die Luftsaugleitung 32 Luft in den Behälter 33 gelangen; die Luft tritt durch den Luftfilterkorb 11 in den Filterraum 6 ein.
An der Eintrittsstelle der Luftsaugleitung 32 in den Behälter 33 ist das Luftsaugventil 16 angebracht. Dieses kann zweckmässig als Kugelventil ausgebildet sein und ist geschlossen, wenn der Reinigungsraum bei der Regenerierung unter Uhterdruck gesetzt wird. Das Kugelventil ist ferner geeignet zu verhindern, dass das beim Filtrieren unter Überdruck stehende gereinigte Wasser aus dem oberen Wasserraum 8 des Behälters 33 entweicht
Zweckmässig über das Luftsaugventil 16 kann auch die Druckluftleitung 31 an die Luftsaugleitung 32 angeschlossen werden. Die Druckluftleitung 31 leitet die von dem Luftverdichter 17 erzeugte Pressluft - im Interesse einer wirksameren Regenerierung - durch die Luftsaugleitung 32 und den Luftfilterkorb 11 hindurch in den Reinigungsraum des Behälters 33.
In dem vor dem Luftsaugventil 16 liegenden Abschnitt der Luftsaugleitung 32 ist ein Schliessorgan 18 eingebaut, welches während der Funktion des Luftverdichters 17 verhindert, dass die erzeugte Druckluft statt in den Behälter 33 ins Freie gelangt. In der Druckluftleitung 31 ist zweckmässig ein Rückschlagventil 20 eingebaut, welches verhindert, dass die Luft in Richtung des Luftverdichters 17 zurückströmt
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform angedeutet, bei der der Filterraum 6 des Behälters 33 durch perforierte Platten 36 und 37 in Teile unterteilt ist. Dadurch bildet die in die Abschnitte 7a, 7b und 7c unterteilte Filterfüllung voneinander abgetrennte Schichten, die sich nicht miteinander vermischen können. Dabei besteht die Möglichkeit, die einzelnen Abschnitte mit Filterfüllung unterschiedlicher Kornfraktionen zu füllen.
Wie die bisher vorgenommenen Versuche beweisen, sind die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren nicht nur für die Entfernung von öl aus ölverschmutztem Wasser, sondern auch zur Reinigung von mit sonstigen emulgierten Verunreinigungen verschmutztem Wasser und zur Reinigung sonstiger Flüssigkeiten geeignet Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung im Anschluss an Wasserenthärtungsreaktoren zum Filtrieren des behandelten Wassers auf den für die Ionenaustauscherfüllungen gewünschten Reinheitsgrad verwendet werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zur Herstellung von Trink- und Brauchwasser günstig überall dort eingesetzt werden, wo aus natürlichen oder künstlichen stehenden Gewässern oder aus fliessenden Gewässern Oberflächenwasser zur Reinigung entnommen wird.
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PATENT CLAIMS
1. Process for the purification of polluted water and for the production of drinking or industrial water, the raw water to be cleaned being led into a cleaning room provided with a filter insert, flocculants are introduced into the cleaning room, with the aid of which the impurities are enclosed in cells formed by the flakes , whereupon the flakes are held in the pores of the filter insert and the contaminants thus bound together with the surrounding flake cells are removed from the filter insert, so that the filter insert is made suitable again for binding flakes, whereby the water is cleaned and regenerated of the filter insert are carried out alternately, characterized in that in the filter space (4, 6, 8) located in the cleaning space (6) a shape-changing,
Elastic particles existing filter insert (7), through which the water to be cleaned passes from bottom to top, the degree of contamination of the purified water emerging during the cleaning process, but at least the degree of contamination of the pre-filtrate emerging at the beginning and observed the effectiveness of the cleaning until reaching the the desired degree of purity is regulated by adjusting the inflow speed of the raw water introduced into the cleaning room (4, 6, 8) and thereby the pore volume of the filter insert (7) to the desired level and regenerating the exhausted filter insert (7) in the cleaning room ( 4, 6, 8) allows raw water to flow through the filter insert (7) from top to bottom.
2nd A method according to claim 1, characterized in that the degree of contamination of the pre-filtrate and / or the purified water is checked by discontinuous sampling.
3rd A method according to claim 1, characterized in that the degree of contamination of the pre-filtrate and / or the purified water is checked by continuous observation, for example by means of a measuring instrument (34) built into the path of the purified water.
4th Method according to claim 1, characterized in that the filter insert (7) is regenerated by draining the raw water in the cleaning room (4, 6, 8) once or several times.
5. Method according to claim 1, characterized in that the filter insert (7) is regenerated by suctioning the raw water in the cleaning room (4, 6, 8) once or several times with the aid of a pump (1).
6. A method according to claim 4 or 5, characterized in that the effectiveness of the regeneration of the filter insert (7) located in the cleaning room (4, 6, 8) with flushing compressed air is increased when the water is drained or sucked off.
7. Method according to claims 4-6, characterized in that when the filter insert (7) is regenerated, the material of the filter insert (7) is whirled up with air, thereby removing the surface impurities from the particles of the filter insert (7) and then also using air sludge water flushed out of the filter insert (7) is displaced from the container (33).
8th. A method according to claim 7, characterized in that compressed air is used to remove the sludge water from the container (33), with which the sludge water and the elastic particles of the filter insert (7) are set in a swirling motion, thereby promoting the mixing of the filter insert (7) and in the final phase of the regeneration presses the filter insert (7) onto the lower filter plate (5a) and thereby extracts the collected impurities from the pores of the filter insert (7).
9. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, which has a closed container containing the cleaning space, which can be pressurized and is suitable for receiving a filter insert, wherein on the container means for introducing the raw water to be cleaned, for adding the flocculant and for Introducing air and for discharging the purified water are connected, characterized in that the cleaning space (4, 6, 8) of the container (33) into a lower reaction space (4), a middle filter space (6) and an upper water space ( 8) is divided, the filter chamber (6) is delimited by a lower filter plate (5a) and an upper filter plate (5b), a line (22) for introducing the raw water to be cleaned into the container (33),
a line (25) for introducing the flocculant into the container (33) and a line (28) leading off the sludge water for rinsing out the impurities in the lower reaction chamber (4) of the container (33), while one removes the purified water Pipe opens into the upper water space (8) of the container (33), while an elastic filter insert (7) capable of large design changes and having a large pore volume is arranged in the filter space (6).
10th Apparatus according to claim 9, characterized in that the filter insert (7) consists of an accumulation of porous particles or consists of ground plastic foam of sponge character.
11. Device according to claims 9 and 10, characterized in that the filter insert (7) preferably consists of particles of different sizes, the finest fraction being 0.1 mm or larger, the coarsest fraction being 25 mm or smaller.
12. Device according to claims 9-11, characterized in that both the lower filter plate (5a) and the upper filter plate (5b) are permanently installed in the cleaning space (4, 6, 8) of the container (33).
13. Device according to claims 9-12, characterized in that the raw water feed line (22), the flocculant line (25) and the sludge water discharge line (28) in the vicinity of the container (33) are combined into a single common filling and emptying line (35) .
14. Device according to claims 9 - 13, characterized in that the filter insert (7) is divided into layers (7a, 7b, 7c) by separating surfaces, expediently by perforated plates (36, 37).
15. Apparatus according to claim 14, characterized in that the perforated plates (36, 37) are installed attached to the container (33).
The invention relates to a process for the purification of polluted water and for the production of drinking and industrial water, and a device for carrying out this process.
In engineering practice, it is a frequently recurring task to remove contaminated water or To produce drinking water or process water for reasons of environmental protection, to purify industrial wastewater at least to such an extent that it does not damage the structure of the natural or artificial standing water or the flowing water.
In principle, liquids can be chemical, physical
or can be cleaned by combining these two options. Primarily for economic reasons, if there is any possibility, physical water purification methods are preferred. These methods have in common that the water to be cleaned is settled and / or clarified, then filtered and finally, if necessary, subjected to post-cleaning.
In a large part of modern water purification processes, efforts are made to omit the settling and clarification process; instead, the water to be purified is passed directly through one or more filter layers, and in the meantime flocculants and possibly other substances which promote flocculation are added continuously or discontinuously. The flocculants enter the treatment room in the form of chemicals, where, during the course of cleaning, the undesirable contaminating components are enclosed in the flakes that form. After this has been done, the flakes and the trapped impurities can be removed from the water with a filter material.
In the filtering methods used in practice, the filter inserts in the treatment room will sooner or later become saturated, making them unsuitable for picking up and binding additional flakes.
Therefore, the filter inserts have to be regenerated from time to time so that they can fulfill their purpose again.
Regarding the implementation of the filtering or Regenerating the known filters can be divided into two groups: bed filter and layer filter.
With the so-called Bed filters, the contaminated water is passed through a filter medium consisting of granular material, primarily quartz sand, ground anthracite, granulated activated carbon or synthetic resin. The filter layer is generally 1-2 m thick, the filter speed is between 5 and 15 m / h. Layer thickness and filter speed are dependent on the degree of contamination of the water to be cleaned, the type of contamination, the requirements placed on the purified water and the so-called intermediate regeneration processes. Cycle time selected.
A type of bed filter is also known in which the filter filling consists of porous, elastic plastics.
The plastic filling consists of cube-shaped pieces with an edge length of 3-5 cm. These filter layers are arranged between delimiting surfaces, suitably perforated plates; the pore dimensions of the filling are chosen with particular care. The deposits are kept in a compressed state during the filtration, since the filter material is specifically lighter than water and would otherwise only fill the filter space loosely. In this case, the water to be cleaned could flow through the gaps between the individual pieces of the filter layer practically without resistance, and the desired filter effect would not occur.
The bed filters have the advantage that no regeneration is required over a relatively long period of time to produce the filtered water of the desired quality, because the filter material has many pores suitable for taking up the impurities, which together have a large gap or Make up pore volume. A disadvantage of the bed filters is that - after their pores are clogged - purified water, in considerable quantities, is required for regeneration and compressed air is also used to loosen the filter material.
Of these disadvantages, the need for pure water is particularly severe because experience has shown that up to 10% of the purified water is often lost as sludge water. It is also economically disadvantageous that (especially when filtering heavily polluted water) a significant amount of energy is used to feed the regenerating media. The situation becomes even more complicated if plastic is used as the filter fill, since additional mechanical devices have to be installed and operated to compress it and to circulate the regenerating media, and these devices are generally prone to failure.
In the second group of filters, the so-called Layer filters are placed on a solid framework, for example on porous porcelain, powder-metallurgically produced metal plates or tightly woven textiles, substances of gel consistency, for example bentonite, silica, metal hydroxides etc. upset. These gel substances filter the liquid to be cleaned. The filter paper can also be called a conventional sheet filter.
The layer filters have the advantage that they enable a relatively high filtering speed (15-50 m / h) and deliver purified water of excellent quality even with a relatively small layer thickness. However, it is disadvantageous that the thin filter layer is exhausted within a short time, the pores become blocked and the cycle time of the layer filter is therefore considerably less than that of bed filters of similar performance. It is also unfavorable that the active filter layer either cannot be cleaned at all or can only be cleaned at a high cost.
A characteristic type of the known modern filter devices is described in DT-AS 1 922 196, which relates to a continuously operating thickening pulsation filter. The device works with one or more filter elements of rigid construction, for example made of ceramic. It has a container to hold the thickened suspension and its discharge, a standpipe to discharge the filtrate, and a pulsation chamber on the inlet and outlet sides.
The device works continuously, at the same time as the filtration, the regeneration also takes place continuously. This is done by the pressure rising in the pulsation chambers when the filter element becomes blocked and the resulting excess pressure, with a sudden counter-impact, so to speak blowing off the impurities deposited on the surface of the filter element. The counter-impact of the pulsation chamber on the outlet side can be further increased by external energy sources, for example using a compressor.
With continuous cleaning of the filter insert, the device described is suitable for filtering out the contaminants as a suspension from heavily soiled liquids. It is advantageous that the regeneration of the pressure differences arising during the filtration takes place automatically, so to speak.
However, it is disadvantageous that very large filter areas have to be used at high contamination concentrations, since otherwise the pulsation chambers would have to work continuously because of the rapid blockage. It is also unfavorable that the filter elements have to endure large pressure changes in opposite directions during filtering and regeneration.
If these filter elements, which are well tolerating mechanical stresses and are generally made of ceramic, are to be used to filter waste water which is contaminated with oil or plastic, the fine pores are blocked in such a way that they cannot be cleaned simply by mechanical pulsation. The device is therefore not suitable for cleaning such waste water.
A filter device of simpler construction is described in DT-AS 1 436 294. It essentially consists of a filter container which can be pressurized and in which a stationary lower filter plate and a hydraulically or pneumatically movable upper filter plate are arranged.
When filtering, the upper filter plate is pressed onto the filter filling located between the two filter plates. When regenerating, the upper filter plate is raised so that the filter material can be loosened.
The filter insert is made of elastic material, the specific weight of which is approximately equal to that of the liquid to be cleaned.
The device is suitably used in cases in which the liquid is to be passed through a filter layer consisting of ion exchange resin. The filter insert must be compressed during the filtering, because otherwise it would be washed away due to its low specific weight or would at least be loosened to a degree that would no longer allow effective filtering. Since the filling has to be loosened during regeneration, the upper filter plate is designed to be movable.
Although the basic idea is correct, the device cannot be recommended for the treatment of oily waste water. In the filter periods, the filling must be pressed together so strongly that it only fills a small part of the space between the upper and lower filter plates. As a result, some of the filtration process is not sufficiently effective, and secondly, additional mechanical devices are required for the hydraulic or pneumatic movement of the filter plate.
The filter devices working with overpressure include the REISERT filter device described in Kieser's manual of chemical technology. The device has a closed filter container which can be pressurized, an air tank, a pump which feeds the raw water and a compressor which generates the air pressure in the air tank. The filter filling consists of inelastic, granular solid, suitably made of quartz sand. The filter filling is held from below by a filter plate provided with filter candles. A second, non-perforated filter plate is attached under the filter plate.
The REISERT filter device works discontinuously. When the filling is exhausted, i. H. their pores are clogged, compressed air is introduced into the lower space of the filter container. The compressed air suddenly pushes the cleaned water that has accumulated at the bottom of the container into the material of the filter insert, thereby loosening the filling with the already filtered water. When the water present at the bottom of the container has been used up, the material of the filter insert is loosened by introducing further compressed air and thereby freed from the impurities deposited on its surface. The impurities can be removed by additionally filtered water.
The REISERT filter device is suitable in all cases in which the filter filling consists of inelastic, solid particles. The regeneration efficiency is good. It is disadvantageous, however, that a large amount of filtered water is required for the regeneration, furthermore that additional devices such as hydrophore, air boiler, etc.
to be needed. The device cannot be used for filter fillings made of elastic material.
The aim of the invention is to propose a method and a device for carrying out the method which does not have the deficiencies of the known devices.
The device should enable water containing emulsified impurities to be cleaned with the addition of flocculants so that the flakes form cells which enclose the impurities. The flakes should be able to be separated in the filter insert until any degree of purity is achieved, and the filter layers should be regenerable over a long period of time by completely removing the collected impurities.
It was recognized that the layer filter (e.g. B. Filter paper, membrane filter etc. ) filter with very good efficiency, but after they are clogged, it is very difficult or impossible to regenerate, while the bed filter (e.g. B. Filter sand, gravel, activated carbon) with poorer efficiency, but after clogging they can be regenerated relatively easily and with good efficiency.
It was found that when using a filter filling made from highly elastic, completely relaxing material, an optimal method is possible which combines the advantages of the layer filter and the bed filter. In other words, this means that a device with the filter filling mentioned works like a layer filter and can be regenerated like a bed filter. The desired effect can be achieved very well with a plastic foam ground to a particle size of 0.1-25 mm as a filter filling.
The finding also includes that - in contrast to the conventional filtering methods - the filtering is not carried out by liquid flow from top to bottom and the regeneration is not carried out from bottom to top, but rather vice versa. H. it is filtered from the bottom up, regenerated from the top down. On the one hand, the effectiveness of the filter can be adjusted, on the other hand, it is not necessary to use already filtered water for regeneration.
If filtration is carried out from the bottom up, the specifically light filter filling is pressed onto the upper filter plate of the cleaning room, its layer thickness and thus its porosity being influenced by the speed of the liquid flowing through it. This means that by changing a single parameter - the speed of the water to be cleaned - the effectiveness of the cleaning can be regulated as desired.
During the filtering process, the filter insert works as a layer filter. If their pores are blocked, the liquid supply is interrupted, which loosens the filling, no longer presses against the upper filter plate, but fills the filter space between the filter plates evenly. After this loosening, the filter material - without the use of purified water - can be regenerated by simply draining the liquid from the filter container.
The efficiency of the regeneration can be increased even more if the liquid is not simply removed from the cleaning room by gravity, but is sucked off at high speed by means of a pump. The effectiveness of the regeneration is further improved in that before or during the draining or
Suction is introduced into the filter filling air because this effectively swirls up the particles of the filling.
The invention accordingly relates to a method for cleaning contaminated water, and for the production of drinking or industrial water, in which method the raw water to be cleaned is passed into a cleaning room provided with a filter insert, flocculants are introduced into the cleaning room, with the aid of which the contaminants are enclosed in cells formed by the flakes, whereupon the flakes are held in the pores of the filter insert, and the contaminants thus bound together with the surrounding flake cells are removed from the filter insert, so that the filter insert is again suitable for binding flakes is made, whereby the cleaning of the water and the regeneration of the filter insert are carried out alternately.
The method according to the invention is characterized in that a filter insert consisting of resilient particles capable of changing shape is used in the filter space in the cleaning space, through which the raw water to be cleaned is passed from bottom to top, the degree of contamination during the cleaning process, from which the Of the cleaned water exiting the filter insert, at least, however, the degree of contamination of the pre-filtrate emerging at the beginning is observed and the effectiveness of the cleaning is achieved until the desired degree of purity is reached by adjusting the inflow speed of the raw water introduced into the cleaning space and thereby the pore volume of the filter insert to the desired level Sets the size and regenerates the exhausted filter insert,
by allowing raw water to flow through the filter insert from top to bottom.
The degree of contamination of the pre-filtrate and / or the purified water can expediently be checked by discontinuous sampling or in other cases by continuous observation, for example by means of a measuring instrument built into the path of the purified water.
To regenerate the filter insert, the raw water in the cleaning room can be drained once or several times or be sucked off one or more times with the help of a pump. When draining or suctioning off the water, regeneration can be made more effective by flushing compressed air.
When regenerating the filter insert, the filter material can be whirled up with the help of air. This should remove the surface contaminants from the particles of the filter insert. Subsequently, the mud water flushed out of the filter insert can also be displaced from the container by means of air.
In the latter case, it is expedient if the sludge water is removed from the container with compressed air. The sludge water can be set in a swirling motion together with the elastic part of the filter insert, thereby promoting the mixing of the filter insert.
In the final phase of the regeneration, the filter insert should be pressed against the lower filter plate with compressed air in order to remove the collected impurities from the pores of the filter insert.
The inventive device for carrying out the method has a closed container containing the cleaning space, which can be pressurized and is suitable for receiving a filter insert, means on the container for introducing the raw water to be cleaned, for adding the flocculant and for introducing Air and for discharging the purified water are connected.
This device is characterized in that the cleaning space of the container is divided into a lower reaction space, a middle filter space and an upper water space, the filter space is delimited by a lower filter plate and an upper filter plate, a line for the introduction of the raw water to be cleaned into the Containers, a line for the introduction of the flocculant into the container and a line which removes the sludge water for rinsing out the impurities in the lower reaction chamber of the container are connected, while a line which removes the cleaned water is connected to the upper
Water space of the container opens, while an elastic filter insert capable of large changes in shape and having a large pore volume is arranged in the filter space.
According to an embodiment of the invention
Device, the filter insert can be made from an accumulation of porous particles or consist of ground plastic foam of sponge character. The filter insert preferably contains particles of different sizes, the finest fraction being 0.1 mm or larger, the coarsest fraction
Is 25 mm or smaller.
In a preferred embodiment of the device according to the Invention, both the lower and the upper filter plate are built into the cleaning space of the container.
The line feeding the raw water to be cleaned, the line introducing the flocculant into the tank
The line and the line leading away the contaminated sludge water are in the
Appropriately united near the container into a single common filling and emptying line.
In another embodiment of the device, the filter insert is divided into layers by dividing surfaces, expediently by perforated plates. The perforated
Plates are attached to the container.
The proposed method and the device used for its implementation have numerous technical and economic advantages compared to the known devices used previously for the purification of water.
The most important technical advantage is that the cleaning of oil-containing water and other liquids containing emulsified impurities, which has not yet been satisfactorily solved, is made possible.
The cleaning is much faster and more effective than is the case with the known solutions. Ge compared to the filtering speeds of 5-16 m / h, as are common in conventional filters, a filtering speed of 35-100 mih can be achieved in the device proposed before by the method.
Technically, it is also advantageous that the flocculation process necessary to remove suspended matter and emulsified impurities can take place in the device itself. From an economic point of view, too, it is extremely favorable that no already purified water is required for regeneration and that a very good regeneration effect can be achieved simply because the raw water is removed from the cleaning room by gravity. It is also advantageous that the function of the device can be easily and completely automated. As a result of the high filtering speed, the performance of the device is substantially greater than that of the known devices, and therefore the specific investment costs are considerably lower.
From the basic idea of the method and the constructive design of the device, there are numerous other advantages. These include, for example, that the filter plates delimiting the filter space remain in place when it rains and remain in place during filtering and are therefore semi-structurally simple. It is favorable that the air introduced not only loosens the material of the filter filling, but also whirls it around, and therefore the impurities easily detach from the surface of the particles.
It is also possible to press the filter material to the lower filter plate in the second phase of the regeneration with the introduced air, if necessary compressed air, and thereby to press the impurities out of the pores of the filter material, since the filter insert is able due to its elasticity to To soak up contaminants like a sponge when filtering and to completely release them again during regeneration, especially due to the effect of compression.
Compared to all known solutions, it is a very great advantage that the porosity of the filter insert and thus the degree of purity of the purified water can be regulated by changing the flow rate of the liquid. Since regeneration takes place with raw water, no special device is required for the regeneration; Because of the high filtering speed, the device can be made small, which results in a significant saving in investment costs.
It is also favorable that the introduction of air not only loosens the filter insert, but also sets it in a vortex-like movement and thereby mixes it completely, so that the regeneration takes place much more intensively and quickly. It should also be mentioned that the filter insert can theoretically be regenerated indefinitely and that its lifespan is therefore practically unlimited.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of the drawings. Show it:
Fig. 1 shows a possible embodiment of the device according to the invention in a schematic representation, while
Fig. 2 shows an embodiment which, in the design of the container, differs from that shown in FIG. 1 solution deviates.
The main part of the device is the container 33, in which the lower filter plate 5a and the upper filter plate 5b are fixedly arranged. The lower filter plate 5a and the upper filter plate 5b divide the cleaning space located inside the container 33 into three parts: the reaction space 4, the filter space 6 and the upper water space 8.
The filter insert 7 is arranged in the filter space 6. In the figure, the filter insert 7 is shown in the state during the filtration when it only fills the upper part of the filter space 6 due to the pressure of the raw water flowing in from below and is pressed against the upper filter plate 5b.
In Fig. 1 shows a preferred embodiment of the device, in which the raw water feed line 22, the flocculant line 25 and the sludge water discharge line 28 are combined into a single common filling and emptying line 35.
From Fig. 1 also shows that the raw water enters the device through the foot valve 21 and then passes through the line 22 and the suction valve 2 into the combined suction line 24. The combined suction line 24 not only conducts the water arriving from line 22, but also the flocculant flowing out of the chemical container 13 through the chemical metering valve 12 and line 13.
The combined suction line 24 opens into the pump 1, which pressurizes the raw water already containing the flocculant. The raw water then passes through the combined pressure line 26, the pressure valve 3 and the pressure line 27 into the filling and emptying line 35. A power control valve 19 is expediently installed in the pressure line 27, by means of which the flow rate of the raw water changes and the porosity of the filter insert 7 or the effectiveness of the filtering process can be adjusted.
From Fig. 1 also shows that the sludge water suction line 23 provided with the suction valve 14 connects to the lower connection point 38 of the filling and emptying line 35. When the filter insert 7 is regenerated, the contaminated water in the container 33, the so-called. Mud water to be removed from the cleaning room.
During regeneration, the sludge water passes through the combined suction line 24, the pump 1 and the combined pressure line 26 to the sludge water pressure valve 15 and exits the device through the sludge water discharge line 28. The suction valve 2 and chemical metering valve 12 must of course be closed so that the sludge water takes its way in the desired direction. If the valves mentioned were open, the sludge water would flow into the pressure line 27 or get into the container 33.
During the filtration, the raw water entering the container 33 from below flows through the filter insert 7 arranged between the lower filter plate 5a and the upper filter plate 5b and then reaches the upper water chamber 8, from which the cleaned water flows through the drain 30 emerges from the device. A discharge valve 10 is expediently installed in the discharge line 30, which is opened when the so-called. Pre-filtrate through the pre-filtrate line 29 branching off from the discharge line 30 and the pre-filtrate valve 9 located therein has already left the device.
After the pre-filtrate has emerged, the degree of purity of the purified water emerging from the discharge line 30 is still checked, and it is thereby determined whether the process has already achieved sufficient effectiveness.
If, for example, it is a matter of removing the oil from oil-contaminated water, a continuously operating measuring device 34, for example an oil tester, can be installed in the discharge line 30.
Air can get into the container 33 from the outer free air space through the air suction line 32; the air enters the filter chamber 6 through the air filter basket 11.
The air suction valve 16 is attached to the entry point of the air suction line 32 into the container 33. This can expediently be designed as a ball valve and is closed when the cleaning space is put under low pressure during regeneration. The ball valve is also suitable for preventing the purified water, which is under pressure during the filtration, from escaping from the upper water space 8 of the container 33
The compressed air line 31 can also be expediently connected to the air suction line 32 via the air suction valve 16. The compressed air line 31 directs the compressed air generated by the air compressor 17 - in the interest of more effective regeneration - through the air suction line 32 and the air filter basket 11 into the cleaning space of the container 33.
In the section of the air suction line 32 lying in front of the air suction valve 16, a closing element 18 is installed, which prevents the generated compressed air from getting into the open air instead of into the container 33 during the function of the air compressor 17. A check valve 20 is expediently installed in the compressed air line 31, which prevents the air from flowing back in the direction of the air compressor 17
In Fig. 2, an embodiment is indicated in which the filter space 6 of the container 33 is divided into parts by perforated plates 36 and 37. As a result, the filter filling divided into sections 7a, 7b and 7c forms layers which are separated from one another and cannot mix with one another. It is possible to fill the individual sections with filter filling of different grain fractions.
As the experiments made so far prove, the described device and the described method are not only suitable for removing oil from oil-contaminated water, but also for cleaning water contaminated with other emulsified impurities and for cleaning other liquids. The device can then be particularly advantageous on water softening reactors for filtering the treated water to the degree of purity desired for the ion exchanger fillings. The device according to the invention can be used cheaply for the production of drinking and industrial water wherever surface water is removed for cleaning from natural or artificial standing water or from flowing water.