CH633194A5 - Process for producing active filters, preferably for treating water - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aktivfiltern, die vorzugsweise bei der Aufbereitung von Wasser Verwendung finden können. Es gehört bereits zum Stand der Technik, Filter mit gekörnten physikalisch/chemisch wirksamen Stoffen zu betreiben. Dabei ist es insbesondere in der Wasseraufbereitung bekannt, Filter aus gekörnter Aktivkohle zu verwenden. In den Kohlefiltern finden neben der Adsorption und der katalytischen Oxidation häufig auch biologische Vorgänge statt, die für die Aufgaben der The invention relates to a method for producing active filters, which can preferably be used in the treatment of water. It is already part of the state of the art to operate filters with granular, physically / chemically active substances. It is known in particular in water treatment to use filters made of granular activated carbon. In addition to the adsorption and the catalytic oxidation, the carbon filters often also carry out biological processes that are necessary for the tasks of

Wasseraufbereitung einerseits von Vorteil sein können, anderseits aber auch die Gefahr der Filterverkeimung mit sich bringen. Auch kann es, beispielsweise bei Änderung der Wasserqualität, zu einer Verdrängung und damit zur plötzli-5 chen Abgabe spezieller, über längere Zeiten im Aktivkohlefilter angereicherter, organischer Wasserinhaltsstoffe kommen. Water treatment can be advantageous on the one hand, but on the other hand it also entails the risk of filter contamination. Also, for example when the water quality changes, there may be a displacement and thus a sudden release of special organic water substances enriched in the activated carbon filter over a longer period of time.

Bei der Wasseraufbereitung hat auch die Anwendung von Pulverkohle in sehr weitgehendem Masse Eingang ge-lo funden, indem Pulverkohle kontinuierlich zudosiert wird. Dies erfordert nur geringe Investitionskosten und ermöglicht eine leichte Anpassung an veränderte Wasserqualität. Jedoch ist bei einstufiger Anwendung nur eine schlechte Ausnutzung der Adsorptionskapazität gegeben, die nur durch i5 längere Kontaktzeiten, ggf. über Stunden hinweg, wesentlich verbessert werden kann, und ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die nachgeschalteten Filter bei der Pulverkohleanwendung zum Verstopfen neigen. The use of powdered coal has also found its way into water treatment to a very large extent by continuously adding powdered coal. This requires only low investment costs and enables easy adaptation to changing water quality. However, in the case of single-stage use, there is only poor utilization of the adsorption capacity, which can only be improved significantly by longer contact times, possibly over hours, and a further disadvantage is that the downstream filters tend to clog when using powdered carbon.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu-20 gründe, ein Verfahren zur Herstellung von Aktivfiltern, z.B. eines Aktivkohlefilters, verfügbar zu machen, das einerseits die Anwendimg von Pulverkohle ermöglicht, anderseits aber eine zufriedenstellende Ausnutzung der Adsorptionskapazität gewährleistet. Sollen gelöste polare organische Verbin-25 düngen, insbesondere organische Säuren, entfernt werden, so ist ein Aktivfilter mit dem aktiven Stoff Aluminiumoxid wünschenswert. It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing active filters, e.g. of an activated carbon filter, which on the one hand enables the use of powdered carbon, but on the other hand ensures a satisfactory utilization of the adsorption capacity. If dissolved polar organic compounds, especially organic acids, are to be removed, an active filter with the active substance aluminum oxide is desirable.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe, im Patentanspruch 1 definierte Verfahren gelöst. In einer Ausfüh-30 rungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden als physikalisch/chemisch aktive Stoffe insbesondere Adsorbentien, die eine direkte Filtration in grösserer Schichthöhe, This object is achieved by the method according to the invention and defined in claim 1. In one embodiment of the method according to the invention, adsorbents, in particular adsorbents which enable direct filtration at a greater layer height, are used as physically / chemically active substances.

etwa 1 - 2 m, nicht mehr erlauben, in einem ersten vorbereitenden Schritt vor jeder Arbeitsperiode auf ein die Filter-35 strukturen bestimmendes Trägermaterial gleichmässig aufgebracht. about 1 - 2 m, no longer allow, evenly applied in a first preparatory step before each working period to a support material that determines the filter structures.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht dabei darin, dass die pulverförmigen Stoffe reversibel an das Trägermaterial angelagert werden, d.h. beim Umkehren der 40 Strömungsrichtung von diesem wieder entfernt werden können. An advantageous embodiment of the method consists in that the powdery substances are reversibly attached to the carrier material, i.e. when reversing the direction of flow can be removed from this again.

Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Aktivkohlefiltern wird das Adsorbens Pulverkohle gleichmässig an die Oberfläche des Filtermaterials ei-45 nes aufwärts durchströmten offenen oder geschlossenen Filters angelagert. Als Trägermaterial für die pulverförmigen aktiven Stoffe werden in vorteilhafterWeise kleine, spezifisch leichte Kunststoffkugeln vorgesehen. According to one embodiment of the process for the production of activated carbon filters, the powdered carbon adsorbent is evenly attached to the surface of the filter material of an open or closed filter with an upward flow. Small, specifically light plastic balls are advantageously provided as the carrier material for the powdery active substances.

Eine besondere Ausbildung des Verfahrens, wodurch die so erforderliche gute Verteilung der aktiven Stoffe im Filterbereich erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen und anschliessende Konditionieren des Filters mit einer zur Arbeitsgeschwindigkeit vergleichsweise hohen Geschwindigkeit - bei Pulverkohle etwa 70 m/h - solange er-55 folgt, bis das Absorbens fest an der Oberfläche des Trägermaterials haftet und aus dem Filter nicht mehr austritt. A special development of the process, which achieves the required good distribution of the active substances in the filter area, is characterized in that the loading and subsequent conditioning of the filter at a speed that is comparatively high in relation to the working speed - in the case of powdered coal, about 70 m / h - as long as it is -55 follows until the absorbent adheres firmly to the surface of the carrier material and no longer emerges from the filter.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das inaktive und mit den adsorbierten Inhaltsstoffen beladene pulverförmige Material bei 60 der Rückspülung des Filters von den schwimmenden Filterstoffen getrennt und restlos entfernt wird. A further embodiment of the method is characterized in that the inactive powdery material loaded with the adsorbed ingredients is separated from the floating filter materials and completely removed when the filter is backwashed.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass während der Konditionierungsphase zur Vermeidung von Verlusten an teuren Adsorptionsmit-65 teln der im System vorhandene Flüssigkeitsinhalt im Kreislauf geführt und somit während dieser Konditionierungsphase kein Filtrat abgegeben wird, also keine Wasserverluste auftreten. Another embodiment of the method is characterized in that during the conditioning phase in order to avoid losses of expensive adsorbents, the liquid content present in the system is circulated and therefore no filtrate is released during this conditioning phase, so that no water losses occur.

Die Erfindung macht gleichfalls ein Mittel zur rationelleren Durchführung des Verfahrens verfügbar. Dieses besteht darin, dass für mehrere Filter ein gemeinsamer, zu jedem Filter zu- oder abschaltbarer Kreislauf besteht, der mit einer Pumpe grosser Durchflussleistung ausgestattet ist, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten beim Einspülen und Konditionieren (Anlagern des pulverförmigen Materials an der Oberfläche des Filtermaterials) zu ermöglichen. The invention also makes available a means for more efficiently performing the method. This consists in the fact that for several filters there is a common circuit that can be switched on or off for each filter, which is equipped with a pump with a high flow rate to enable high flow rates during flushing and conditioning (depositing the powdery material on the surface of the filter material) .

Mit dem beschriebenen Mittel gelingt es, aktive Stoffe, insbesondere Aktivkohlepulver, in grösseren Mengen in einem Filterbett gleichmässig einzulagern. Dadurch entsteht ein Filter hoher Wirksamkeit; dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Aktivkohlepartikel auf der Oberfläche der spezifisch sehr leichten Kunststoffkugeln gleichmässig ablagern und so ein künstliches Aktivkohlefilter mit grosser Oberfläche bilden, dass so lange vom Wasser im Aufwärtsstrom durchflössen wird, bis die Adsorptionskapazität der Kohle erschöpft ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Aktivkohlefiltern besteht hier nur eine kurze Arbeitsperiode, an derem Ende durch einen starken abwärts gerichteten Spülwasserstrom die beladenen Aktivkohleteilchen wieder von der Filterschüttung abgetrennt und aus dem Filter entfernt werden. Hierdurch werden nachteilige Verdrängungseffekte an organischen Stoffen und stärkere Filterverkeimungen vermieden. With the agent described, it is possible to evenly store large quantities of active substances, in particular activated carbon powder, in a filter bed. This creates a high-efficiency filter; This is due to the fact that the activated carbon particles are evenly deposited on the surface of the specifically very light plastic spheres and thus form an artificial activated carbon filter with a large surface area so that the upward flow of water flows through it until the adsorption capacity of the coal is exhausted. Compared to conventional activated carbon filters, there is only a short working period, at the end of which the charged activated carbon particles are separated from the filter bed and removed from the filter by a strong downward flow of flushing water. In this way, disadvantageous displacement effects on organic substances and stronger filter contamination are avoided.

Der Einspül- und Konditionierungsvorgang hängt von den Konstruktionsmerkmalen des Filters (Art des Filtermaterials, dessen Schichthöhe, Filterabmessungen) und von der Art und Menge des verwendeten Pulvers ab. Bei einer vorhandenen Versuchsanordnung wurde für das Einspülen des Kohlepulvers mit einem Injektor ein Zeitraum von einer Minute benötigt und anschliessend das Filter durch eine Umwälzung des Wassers bei einer Geschwindigkeit von 70 m/h 8 Minuten lang konditioniert. Das Ende der Konditionierung zeigt sich durch den Rückgang des Trübungswertes am Filterausgang auf oder unter den des Rohwassers an. The flushing and conditioning process depends on the design features of the filter (type of filter material, its layer height, filter dimensions) and the type and amount of powder used. In an existing test set-up, it took a minute for the coal powder to be flushed in with an injector and then the filter was conditioned for 8 minutes by circulating the water at a speed of 70 m / h. The end of conditioning is indicated by the decrease in the turbidity value at the filter outlet on or below that of the raw water.

Für den Filterbetrieb wird der Umwälzkreislauf abgeschaltet und das Rohwasser mit der gewünschten, im Vergleich zur Einspülung im allgemeinen wesentlich verringerten Geschwindigkeit durchgesetzt. Bei der Rückspülung in Gegenrichtung werden die Kohleteilchen von der Filter- For the filter operation, the circulation circuit is switched off and the raw water is pushed through at the desired speed, which is generally significantly reduced in comparison to flushing. When backwashing in the opposite direction, the carbon particles are

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schüttung abgetrennt. Die Kohle, die spezifisch schwerer als Wasser ist, wird rasch nach unten mitgerissen, während diese leichten Kunststoffkügelchen einen hohen Auftrieb besitzen und dem Wasserstrom bei der Rückspülung entgegenwirken. 5 Die Spülgeschwindigkeiten sollten so hoch sein, dass das Filterbett deutlich expandiert, etwa um 15 bis 20%. Es wurden bei Versuchen 5 bis 10 Minuten lang mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 m/h gespült. Die Kunststoffkügelchen befinden sich dann in einer Wirbelschicht, nehmen jedoch nach io dem Abstellen des Spülwassers augenblicklich ihre Ausgangslage an. bulk separated. The coal, which is specifically heavier than water, is quickly carried downwards, while these light plastic balls have a high buoyancy and counteract the water flow during backwashing. 5 The rinsing speeds should be so high that the filter bed expands significantly, by around 15 to 20%. In experiments, rinsing was carried out at a speed of about 100 m / h for 5 to 10 minutes. The plastic spheres are then in a fluidized bed, but immediately assume their starting position after the rinse water has been switched off.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können hochwirksame Aktivfilter mit guter Ausnutzung der Adsorptionskapazität hergestellt werden. Ohne Schwierigkeit ist eine Anis passung der wirksamen Materialien, vorzugsweise Adsor-bentien, an veränderte Erfordernisse, wie beispielsweise Wasserqualitäten, jederzeit möglich und durch die Zugabe entsprechender Stoffe (möglicherweise im Gemisch) können die verschiedensten Wirkungen erreicht werden. So kann zur 20 Entfernung von geruchs- und geschmacksbildenden Stoffen und insbesondere zur Entfernung von Chlor und unpolaren organischen Verbindungen Pulverkohle in das Filter eingelagert werden und zur Entfernung anderer organischer Verbindungen, insbesondere von organischen Säuren, pulverför-25 miges Aluminiumoxid auf das Trägermaterial im Filter aufgebracht werden. With the method according to the invention, highly effective active filters with good utilization of the adsorption capacity can be produced. An adaptation of the active materials, preferably adsorbents, to changing requirements, such as water qualities, is possible at any time without difficulty and the addition of appropriate substances (possibly in a mixture) can achieve a wide variety of effects. For the removal of odor and taste-forming substances and in particular for the removal of chlorine and non-polar organic compounds, powdered carbon can be stored in the filter and for the removal of other organic compounds, in particular organic acids, powdered aluminum oxide can be applied to the carrier material in the filter will.

In entsprechender Weise ist es möglich, auch andere pul-verförmige physikalisch/chemisch aktive Stoffe auf ein die Filterstrukturen bestimmendes Trägermaterial anzulagern, 30 um auf diese Art und Weise die entsprechenden Filterwirkungen zu erreichen. In a corresponding manner, it is also possible to add other pulverulent physically / chemically active substances to a carrier material determining the filter structures, in order to achieve the corresponding filter effects in this way.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden durch die kurzen Arbeitsperioden nicht nur hohe Kosten für die 35 Vorhaltung grosser Mengen teurer physikalisch/chemisch wirksamer Stoffe vermieden. Gleichzeitig ist damit auf einfache Weise eine Anpassung an verschiedene Gegebenheiten und Erfordernisse durch den Einsatz verschiedener physikalisch/chemisch aktiver Stoffe möglich. Damit ergeben sich 40 für das erfindungsgemässe Verfahren vielseitige Anwendungsmöglichkeiten. With the method according to the invention, the short working periods not only avoid high costs for keeping large quantities of expensive physically / chemically active substances. At the same time, it can be easily adapted to different circumstances and requirements by using different physically / chemically active substances. This results in 40 possible uses for the method according to the invention.

Claims (10)

633194 PATENTANSPRÜCHE633194 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung von Aktivfiltern, vorzugsweise für die Aufbereitung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass puverförmige oder sehr feinkörnige, physikalisch/chemisch aktive Stoffe auf ein die Filterstruktur bestimmendes Trägermaterial aufgebracht werden, indem die aktiven Stoffe mit hoher Strömungsgeschwindigkeit dem Trägermaterial solcherart zugeführt werden, dass sie möglichst gleichmässig auf dessen Oberfläche verteilt werden und fest auf ihr haften. 1. A process for the production of active filters, preferably for the treatment of water, characterized in that powdery or very fine-grained, physically / chemically active substances are applied to a carrier material which determines the filter structure, in that the active substances are fed to the carrier material at a high flow rate in this way that they are distributed as evenly as possible on its surface and adhere firmly to it. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Stoffe, insbesondere Adsorbentien, reversibel an das Trägermaterial angelagert werden, so dass sie beim Umkehren der Strömungsrichtung von diesem vollständig entfernt werden können. 2. The method according to claim 1, characterized in that the active substances, in particular adsorbents, are reversibly attached to the carrier material, so that they can be completely removed from it when the direction of flow is reversed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Aktivkohlefilters Pulverkohle auf der Oberfläche des Trägermaterials angelagert wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that powder carbon is deposited on the surface of the carrier material to form an activated carbon filter. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverkohle chargenweise in ein mit schwimmendem Trägermaterial gefülltes, aufwärts betriebenes, offenes oder geschlossenes Filter eingebracht wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the powder coal is introduced in batches into a filter filled with floating carrier material, operated upwards, open or closed filter. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Aktivfilters zur Entfernung von organischen Verbindungen, insbesondere organischen Säuren, pulverförmiges Aluminiumoxid auf das Trägermaterial aufgebracht wird. 5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to form an active filter for removing organic compounds, in particular organic acids, powdered aluminum oxide is applied to the carrier material. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial kugelförmige Kunststoffteilchen verwendet werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that spherical plastic particles are used as the carrier material. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zugabe der aktiven Stoffe, gegebenenfalls als Suspension, Wasser mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit, als für den späteren Gebrauch des Filters vorgesehenen, bei Pulverkohle etwa 70 m/h, zur Konditionierung des Filters solange umgewälzt wird, bis keine Pulverteilchen mehr aus dem Filter ausgetragen werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that after the addition of the active substances, optionally as a suspension, water at a higher circulation speed than that provided for the later use of the filter, for powder coal about 70 m / h, for Conditioning the filter is continued until no more powder particles are discharged from the filter. 8. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen für mehrere Filtereinheiten gemeinsamen, zu- und abschaltbaren Konditionierungs-kreislauf mit einer entsprechend stark ausgelegten Umlaufpumpe zur Erzielung hoher Durchlaufgeschwindigkeit. 8. Means for carrying out the method according to claim 1, characterized by a conditioning circuit which can be switched on and off for several filter units and has a correspondingly strong circulation pump for achieving high throughput speed. 9. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestelltes Aktivfilter, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationsgeschwindigkeit durch die aufgebrachten aktiven Stoffe hydraulisch weder nach oben noch nach unten begrenzt ist. 9. Active filter produced by the method according to claim 1, characterized in that the filtration speed is hydraulically limited by the applied active substances neither upwards nor downwards. 10. Verwendung von nach dem Verfahren nach Anspruch 4 hergestellten Aktivfiltern zur Aufbereitung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass inaktivierte, mit ausfiltrierten, adsorbierten Inhaltsstoffen beladene Teilchen der Pulverkohle bei der Rückspülung des Filters vom schwimmenden Trägermaterial getrennt und restlos entfernt werden. 10. Use of active filters produced by the method according to claim 4 for the treatment of water, characterized in that inactivated particles of powdered carbon loaded with filtered out, adsorbed ingredients are separated from the floating carrier material and completely removed when the filter is backwashed.