DE2136877B2 - Filteranordnung - Google Patents
FilteranordnungInfo
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- B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
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- B01D24/04—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being clamped between pervious fixed walls
- B01D24/045—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration the filtering material being clamped between pervious fixed walls with at least one flat vertical wall
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und
im wesentlichen aus der DE-PS 7 00 832 bekannten Art. Filteranordnungen gemäß der DE-PS 7 00 832 arbeiten mit mehreren hintereinander senkrecht angeordne-
ten Filterschichten in der Weise, daß zum Reinigen von faserhaltigem Abwasser und gleichzeitiger Rückgewinnung der im Abwasser befindlichen Faser- und
Füllstoffe, insbesondere in der Papier-, Zellstoff-, Holzstoff- und Pappenindustrie, als Filtermasse der bei
der Herstellung zur Verarbeitung kommende Rohstoff, z. B. Holzstoff, Zellstoff oder dergleichen Verwendung
findet Die im wesentlichen waagerecht durchströmten Filterkammern werden von fest eingebauten oder
einsetzbaren, auf dem größten Teil ihrer Flächenaus- ω dehnung mit kleinen Durchtrittsöffnungen versehenen
Wänden gebildet in der Weise, daß die mit der Filtermasse gefüllten Kammern nach oben offen sind
und sich trichterförmig erweiternd über den die Kammern enthaltenden Behälter hinausragen, wobei
innerhalb jeder Filterkammer an tiefster Stelle ein verschiebbarer Filterkammerboden, bestehend aus
einer muldenförmigen oder ähnlichen, auf einem
Fahrwerk gelagerten Auflage, vorgesehen ist und als
Auflager für die in die Kammer eingebrachte Filtermasse dient und wobei ferner die zwischen sowie vor und
hinter den Filterkammern liegenden Abwasserzu- und Ablaufkammern unterhalb der Filterunterkante als
konische Behälter ausgebildet sind, in denen die absinkenden Stoffe vorübergehend Aufnahme finden. In
der Einleitung der DE-PS 7 00 832 werden Füteranlagen für Fluß- bzw. Quellwasser erwähnt, die aus einer
Anzahl von hintereinander angeordneten Filtern, gebildet aus zwei durchlässigen Wänden mit zwischen
ihnen liegender Filtermasse, bestehen, die nacheinander von dem zu reinigenden Wasser durchströmt werden.
Diese Filter sind kastenförmig ausgebildet; die Filtermasse, für die Kies verwendet wird, ist durch Gewichte
belastet
Aus der DE-OS 1918 682 ist eine Filteranlage
bekannt, bei der Sand als Filtermaterial in Form eines Sandbettes verwendet wird. An sich ist es üblich, in
Anlehnung an die Natur Sandbetten bestimmter Höhe für Filteranlagen vorzusehen. Um die Filter effektiver
zu gestalten und die Aufnahmefläche zu vergrößern, ist man hiernach dazu übergegangen, in dem verhältnismäßig hohe* Filterbett Schlote aus leichter durchlässigem
Material vorzusehen, die von der Eingangsseite, d. h. im
allgemeinen von oben in das Filterbett hineinführen.
Die DE-AS 1214 200 zeigt eine rückspülbare
FiltrieranUge mit auf einem Siebboden aufgeschichtetem Filterbett aus kömigem Material in einer
Filterkammer mit einem darüber angeordneten, oben offenen, mit konstantem Spiegel während der Filtrationsperiode arbeitenden Filtratspeicherraum für die
Rückspülung, mit einem Einlaßrohr, das von der Zuführung für die zu filternde Flüssigkeit zum oberen
Abschnitt der Filterkammer führt, mit einem Auslaßrohr, das vom unteren Abschnitt der Filterkammer
abgeht und von dem unterhalb des oberen Randes des Filtratspeicherraumes die Leitung abgeführt ist die zu
einer Verbraucherstelle führt, und mit einer Rohrleitung, welche die Auslaßkammer mit dem unteren
Abschnitt des Filtratspeicherraumes verbindet, wobei eine Rückspülleitung kurz über dem Deckel der
Filterkanimer aus dem Filtratspeicherraum nach außen geführt ist
Bei der Verwendung von Sand oder dergleichen als Filtermaterial haben die Sandschichten oder Sandbetten
eine ganz erhebliche Stärke, die sich entsprechend auf die Durchsatzgeschwindigkeit beim Filtrieren auswirkt.
Üblicherweise wird der Sand in solche Filterkammern oder -betten eingespült oder eingeschüttet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Filteranordnungen der im Oberbegriff des Anspruches 1
angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß, ohne den Gesamtumfang einer solchen Filteranordnung gegenüber bisher üblichen Anordnungen zu vergrößern, eine
größere Durchsatzleistung erzielt wird, indem die Verwendbarkeit und Leistungsfähigkeit von Sand oder
dergleichen als Filtermaterial erheblich gesteigert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen. Die Unteransprüche kennzeichnen für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen.
Es ist bisher zwar üblich, Sand oder sandähnliches
Material als Filtermaterial zu verwenden. Da derartige Materialien aber verhältnismäßig billig sind, werden sie
bislang allgemein so, wie sie anfallen, und ohne zusätzliche Bearbeitung verwendet Selbstverständlich
ergibt sich bei ausreichender Stärke der Filterbetten
auch stets die erforderliche Sicherheit für die Reinheit des Filtrats. Die Erfindung nutzt dagegen die an sich
bekannte Tatsache, daß ein Filterkuchen sich im wesentlichen an der Eintrittsseite der Filterschicht
ablagert, und zeigt, daß eine ausreichende Sicherheit
auch bei Verwendung von Sand oder dergleichen dann möglich ist, wenn dieses Material, das sich von
vornherein als wenig verdichtungsfähig erweist, entsprechend verdichtet wird. Dabei wird ein derart
verdichtetet Sandmaterial in vergleichsweise sehr dünnen Schichten senkrecht angeordnet verwendet und
weist überraschend die Stabilität auf, die für eine Gewinnung der abgefilterten Materialien durch Rückspülung erforderlieh ist
Die Erfindung kann angewendet werden für die Behandlung von See- und Flußwasser, Algensuspensionen, chemischen Schlämmen, Haushaltsabwässern, Industrieverfahrenswässern, Industrieabwässern und anderen Strömungsmitteln, einschließlich bestimmter
Gasprodukte und nichtwässerigen Flüssigkeiten. Aufgrund der Verwendung des Sandes in verhältnismäßig
dünnen Schichten oder Elementen ergibt sich eine große Filterfläche pro Volumeneinheit des Filters.
Die Fdteranordnung nach der Erfindung verträgt
auch erhebliche und schnell Änderungen in den Durchflußgeschwindigkeiten, ohne daß damit die Güte
des Filtrats beeinträchtigt wird. Ein kontinuierlicher
Durchfluß ist nicht erforderlich, um entsprechend fein zu filtrieren.
Die Filteranordnung kann aber auch mit konstanter
Einlaß-Strömungsgeschwindigkeit arbeiten, so daß die Steuerung vereinfacht wird und das System mit
geringen Kosten auf selbsttätigen Arbeitsablauf umgestellt werden kann.
Filteranordnungen nach der Erfindung sind auch geeignet für die Behandlung von Flüssigkeiten, die einen
erheblichen bis sehr großen Anteil an Feststoffen haben. Dabei werden mitgefühlte Feststoffe mit einer Teilchengröße von 0,5 micron entfernt und die Trübung
dauerhaft auf weniger als 1,0 Jackson Trübungs-Einheiten verringert Die Filtration derartig kleiner Teilchen
wird ohne Zusatz von Ausflockungschemikalien oder Vorklärungsmaterialien ausgeführt Auch kann weitestgehend auf die sonst erforderliche Vorbehandlung
verzichtet werden.
Diese Ergebnisse sind zu vergleichen mit sogenannten langsamen Sandfiltem, deren Filterbetten eine Tiefe
von 60 cm und mehr aufweisen, jedoch mit einer so langsamen Strömungsgeschwindigkeit pro Oberflächeneinheit arbeiten, daß zu ihrer Einrichtung große
Mengen Sand mit einem entsprechenden Umfang der Gesamtanlage erforderlich sind.
Die Durchflußgeschwindigkeiten bei der Fikeranlage
nach der Erfindung sind allgemein geringer als für bekannte schnelle Sandfilter, die außerdem den Nachteil
haben, daß sie bei der Verringerung der Trübung weniger wirksam sind, falls nicht das Strömungsmittel
entsprechend mit einem Ausflockungsmitiel versetzt worden ist bo
Ein weiterer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß das Volumen der jeweils erforderlichen Rückspülflüssigkeit varrieren kann, so daß nur die Menge verwendet
wird, die zur Entfernung der abgefilterten Feststoffe von den Filterelementen unbedingt erforderlich ist.
Diese Feststoffe können daher in einer von vornherein konzentrierteren Form mit einem sehr geringen Verlust
an abfließender Flüssigkeit gewonnen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen
F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Filteranordnung mit einem Filtergehäuse,
einem Eitilaßverteiler zur Einspeisung eines Strömungsmittels in das Filtergehäuse, und einem Rfickspül-Standrohr, das über dem Filtergehäuse angeordnet ist, wobei
diese Kombination zu einer besonders einfachen Betätigungsweise für die erfindangsgemäße Filteranordnung führt
Fig.2 einen senkrechten Schnitt im wesentlichen
durch die Mitte der Filteranordnung nach F i g. 1,
Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich Fig.2,
die im wesentlichen auf die Anordnung der Filterelemente innerhalb des Gehäuses beschränkt ist und
ebenso wie Fig.2 zur Veranschaulichung des Strömungsweges für Strömungsmittel dient, die durch die
Filteranordnung nach F i g. 1 hindurchgehen,
F i g. 4 eine im wesentlichen der Ansicht nach F i g. 2 entsprechende vereinfachte Darstellung der Filteranordnung zur besseren Veranschaulichung des baukastenartigen Aufbaus,
F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht des Filtergehäuses, von dem einzelne Teile weggebrochen sind, um die
Anordnung der Filterelemente innerhalb des Gehäuses zu zeigen,
Fig.6 eins Teildarstellung zur Veranschaulichung
eines Teiles eines Filterelementes zusammen mit Kältemitteln innerhalb des Gehäuses,
F i g. 7 eine auseinandergezogene schaubildliche Darstellung von Teilen zweier verschiedener Filterelemente
und der zugehörigen Haltestelle innerhalb des Gehäuses,
F i g. 8 eine Teilansicht einer bevorzugten Abstandsvorrichtung, mit welcher das Teilchenm lterial innerhalb
der Filterelemente gehalten wird, wäl rend außerdem die Zulauf- und Ablaufkanäle uneinges :hränkt bleiben,
und
Fig.9 eine der Fig.8 entsprechende Darstellung
einer abgewandelten Ausführungsform der Abstandsvorrichtung.
Wie insbesondere die F i g. 1 und 2 zeigen, enthält die erfindungsgemäße Filteranordnung eine Filtereinheit 11
mit einer Mehrzahl von Filterelementen 13, siehe F i g. 2. Die Filterelemente 13 sind innerhalb der Filtereinheit 11
senkrecht mit Abständen voneinander angeordnet und werden darin so gehalten daß auf gegenüberliegenden
Seiten jedes Filterelementes Zulaufkanäle 14 und Ablaufkanäle 16 gebildet werden.
Ein Zulaufverteiler 17 ist am Boden der Filtereinheit 11 vorgesehen und steht mit jedem Zulaufkanal 14 in im
wesentlichen freier Verbindung mittels entsprechender öffnungen 18, die sich im wesentlichen über eine
Ausdehnung der Filtereinheit 11 erstrecken, wobei sie dem Boden der Filterelemente 13 benachbart ausgebildet sind. Ein Auslaßverteiler 19 ist am oberen Ende der
Filtereinheit vorgesehen und steht in im wesentlichen freier Verbindung mit jedem der Ablautkanäle 16
mittels öffnungen 21, die ebenfalls sich im wesentlichen über eine Ausdehnung der Filtereinheit erstrecken und
benachbart zu den oberen Enden der Filterelemente 13 ausgebildet sind.
Eine Einlaßleitung 22 steht in Verbindung mit dem Zündverteiler 17. Eine große Ablaufleitung 23 ist
ebenfalls in Verbindung mit dem Zulaufverteiler 17 und wird während des Rückspulens der Filterelemente in
einer noch zu beschreibenden Weise benutzt. Eine Auslaßleitung 24 ist in Verbindung mit dem Auslaßver-
teiler 19 und dient zum Abzug des Filtrats oder der Ablaufflüssigkeit aus der Filtereinheit.
Die Filterelmente können durch verschiedene übliche Verfahren gespült oder gereinigt werden, z. B. durch
Pumpen, Verwendung von unter Druck stehenden > Behältern, Oberflächen-Waschung, Luftwaschung oder
eine Kombination dieser Verfahren. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinheit,
siehe F i g. 1 und 2, weist ein Rückspülstandrohr 26 auf, das als senkrechte Verlängerung des Auslaßverteilers
ausgebildet ist und ein schnelles Rückspülen der Filterelemente unter dem Einfluß der Schwere ermöglicht. Auf Grund dieser Anordnung wird ein zu filterndes
Strömungsmittel in den Zulaufverteiler 17 eingespeist und geht dann aufwärts und durch die Filterelemente
hindurch zum Auslaßverteiler 19. Ein Teil des Strömungsmittels, das in den Auslaßverteiler gelangt,
wird innerhalb des Standrohres 26 zurückgehalten und ist unmittelbar zum Rückspülen der Filterelemente
verfügbar.
Es hat sich als erstrebenswert herausgestellt, jeden Filtervorgang so lange fortzuführen, bis ein Druckunterschied von 1,4 kg/cm2) sich über die Elemente 13
ausbildet Dieser Unterschied kann zwischen dem Zulaufverteiler 17 und dem Auslaßverteiler 19 gemessen
werden wobei der übliche Strömungsdruck, der über die Höhe der Elemente 13 vorhanden ist, berücksichtigt
werden muß. Das Filter wird dann schnell gespült oder gereinigt, um einen neuen Filterzyklus zu beginnen.
Die Höhe des Rückspül-Standrohres wird bevorzugt im Hinblick auf den Druck gewählt, der während des
Rückspulens erforderlich ist, und nicht mit Bezug auf das
Volumen an Filtrat, das hierfür benötigt wird Das zum Rückspülen benötigte Volumen an Fiitrat ist ziemlich
gering, so daß nur ein Teil des Standrohres für das Rückspülen während eines normalen Filtervorganges
geleert wird. Nachdem das Standrohr 26 für die Erzielung des richtigen Rückspüldruckes gefüllt ist, wird
das weitere Filtrat vom Auslaßverteiler 19 durch die Leitung 24 abgezogen. .
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit einem allgemein konstanten Zulauf durch den Zulaufverteiier
17 filtern, wobei für diesen Zweck eine Pumpe 25 vorgesehen ist Eine besonders einfache Steuerungsanordnung für die Filtereinrichtung nach F i g. 1 und
weist drei Ventile 27, 28 und 29 auf, siehe F i g. 4, die innerhalb der Einlaßleitung 22 bzw. der Auslaßleitung 24
und der Abzugsleitung 23 liegen. Das Ventil 29 in der Abzugsleitung 23 ist vorzugsweise ein schnell öffnendes
Ventil mit großem Volumen, z. B. ein Flügelventil, das
einen schnellen Strömungsmitteldurchfluß abwärts vom Standrohr 26 durch die Filtereinheit 11 hindurch
ermöglicht, so daß die abgefilterten Feststoffe äußerst wirksam von den Filterelementen 13 entfernt werden.
Ein besonders wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Wahl eines aus Teilchen bestehenden Filtermaterials, das innerhalb der Filterelemente 13 vorverdichtet
ist und in diesem Zustand während des ganzen Filtervorganges gehalten wird. Die Verwendung eines
solchen Filtermaterials ermöglicht, daß die Filterelemente 13 verhältnismäßig dünn sind, so daß eine sehr
große Filterfläche innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Volumens des Filtergehäuse Innenraumes 12
untergebracht werden kann. Die Art der Vorverdichtung des Filtermediums innerhalb des Filterelementes
wird, da sie für die Erfindung wegen des dünnen Querschnittes der Filterelemente wichtig ist, nachstehend noch ausführlich erläutert. Auf Grund von
Versuchen soll ein Filtermedium, das aus harten, im wesentlichen unlöslichen Körnchen besteht, das Filtermaterial um wenigstens etwa 10%, bezogen auf die
normale Gesamtdichte der Körnchen, verdichtet werden.
Das aus Teilchen bestehende Filtermaterial, z. B. Sand, hat vorzugsweise eine größte wirksame Größe
von etwa 0,2 mm. Versuche scheinen auch anzuzeigen, daß der bevorzugte Sand einen Gleichförmigkeits-Koeffizienten im Bereich von etwa 1,0 bis 2,0 haben soll.
Weitere Versuche haben gezeigt, daß auch die Form
der Filterteilchen Einfluß auf die Leistung der erfindungsgemäßen Filteranordnung haben kann. Es
sind Versuche mit mindestens drei Sorten Sand ausgeführt worden; danach bestehen die beiden
wirksamsten Typen aus Teilchen, die eine allgemein winklige Form aufweisen, verglichen mit Sand, in
welchem die Teilchen abgerundet sind oder verwittert zu sein scheinen.
In der nachfolgenden Besprechung sind drei Arten Sand als Sand No. 1, Sand No. 2 und Sand No. 3
bezeichnet Sand No. 1 wurde von der Silver Sands Co. bezogen, die über eine Sandgrube in Coweil in
Kalifornien verfügt Der Sand wird als Silver Sand 130
von der Lieferfirma bezeichnet Sand No. 1 wies Teilchen auf, die winklig oder nahezu winklig in ihrer
Form erschienen und zeigte in der chemischen Analyse 90% oder mehr SiO2.
Sand No. 2 wurde unter der Bezeichnung Amador 65 von der Amador Mineral Co·, bezogen, die über
Sandgruben und -Mühlen in lone. CaL verfügt Die chemische Analyse von Sand No. 2 erbrachte 99,7%
SiO2 mit einer Härte von VIi bis 8 der Mohs-Skala. Sand
No. 2 hatte ebenfalls Teilchen, die winklig oder nahezu winklig in ihrer Form erschienen.
Sand No. 3 wurde unter Bezeichnung Ottawa Bond von der Ottawa Silica C in Ottawa, 111. bezogen. Sand
No. 3 zeigte Teilchen mit Abrundungen und einer Gesamtdichte und Verdichtungsdichte, die größer als
bei den Sänden 1 und 2 waren. Die chemische Zusammensetzung des Sands No. 3 war etwa 99,6%
SiO2. In allen vorstehend erwähnten Sänden ist das SiO2
im wesentlichen in der Form von Quarz vorhanden. Die folgende Tabelle I zeigt die verschiedenen wichtigen
Eigenschaften für jeden dieser Sande.
Sand
Nr.
Wirksame Größe
in mm
Gleichförm.-Koeffiziem
Durchschn.
Gesamtdichte
(g/ml)
Dichte nach
Verdichtung
(g/ml)
1 | 0,068 | 1,50 | U2 | 1,52 |
2 | 0,130 | 1.45 | 133 | 1,49 |
3 | 0.149 | 1,40 | 1,46 | 1,70 |
Die verschiedenen, vorstehend und in der Tabelle I verwendeten Ausdrücke können wie folgt erläutert
werden:
»Wirksame Größe« ist definiert als diejenige Teilchengröße, die größer als 10% der Teilchen einer
bestimmten Probe und kleiner als 90% der Teilchen derselben Probe ist, bestimmt durch Siebanalyse.
Gewöhnlich wird die wirksame Größe aus einer graphischen Darstellung berechnet, in der die zu
nehmenden Prozentsätze der Anteile des Musters ι ο aufgetragen sind, die durch die verschiedenen Siebgrößen
hindurchgehen.
Der »Gleichförmigkeits-Koeffizient« ist definiert als das Verhältnis einer Siebgröße, durch das 60% der
Teilchen hindurchgehen, zu einer Siebgröße, die 10% der Teilchen desselben Musters hindurchläßt. Die
»durchschnittliche Gesamtdichte« wurde bestimmt aus einem trockenen, freistehenden Muster für jeden
Sandtyp. Die »Dichte nach Verdichtung« wurde aus der Durchschnittsdichte jedes Sandtyps bestimmt, nachdem
in einer Weise vorverdichtet worden war, die der Verdichtung für die Herstellung der Filterelemente 13
entsprach.
Bei der Auswahl des teilchenförmigen Filtermediums auf Grund der vorstehenden Kriterien hat sich gezeigt,
daß die Filterelemente 13 wirksam sind, wenn sie eine allgemein gleichförmige Dicke von nicht mehr als etwa
12,7 mm haben. Die meisten, nach der Erfindung gebauten und geprüften Filteranordnungen haben
Filterelemente mit einer Dicke von etwa 9,6 mm enthalten. Prüfergebnissse zeigen, daß die gewünschten
Eigenschaften der erfindungsgemäßen Filter bei Verwendung von sogar noch dünneren Filterelementen
aufrecht erhalten bleiben und möglicherweise verbessert werden. Beobachtungen während der Prüfungen
haben gezeigt, daß die Filterung im wesentlichen nur entlang den Flächen der Filterelemente in der
Nachbarschaft der Eingangskanäle eintritt Da eine äußerst geringe Filterung in der Tiefe eintritt, ist eine
Minimal-Dicke für die Filterelemente auch deshalb erwünscht, um den Widerstand gegen den Fluß des
Strömungsmittels durch den Filter zu verringern.
Für die vorliegende Erfindung ist es wichtig, das Filtermedium bis auf seine höchst erreichbare Dichte zu
verdichten. Für die in den erfindungsgemäßen Filteran-Ordnungen geprüften Teilchenmaterialien soll auf
Grund der Prüfung das Filtermaterial wenigstens um angenähert 10%, bezogen auf seine normale durchschnittliche Gesamtdichte verdichtet werden. Für die
oben besprochenen 3 Sandarten ist zu beachten, daß so jede um ungefähr 12% oder mehr, verglichen mit der
normalen Dichte, verdichtet wurde. Versuche haben weiter gezeigt, daß es wichtig ist, das Filtermaterial über
die Elemente 13 gleichmäßig zu verdichten, so daß das Filtermaterial sich nicht »öffnet« oder Risse während
des Filtervorganges bildet
Da es wesentlich ist, daß das Filtermaterial gleichförmig vorverdichtet ist, sieht die Erfindung auch neuartige
Mittel vor, um die Filterelemente innerhalb der Filtereinheit 11 zu halten und im wesentlichen starr
einzuschließen. Die Erfindung sieht auch eine Halterung und Mittel zur Einschließung vor, die sich für einen
baukastenartigen Bau der Filteranordnung verwenden lassen, so daß eine Massenproduktion derartiger
Filtereinrichtungen und außerdem die Vergrößerung oder Verkleinerung je nach der gewünschten Durchflußkapazität der einzelnen Einheit ermöglicht wird.
Einzelheiten der Halterungsmittel und der Mittel zum Einschließen der Filterelemente in der Filtereinheit sind
mit Bezug auf die F i g. 3—9 erläutert.
Zu den Mitteln zum Halten und Einschließen der Filterelemente, die gleichzeitig die Zulauf- und Ablaufkanäle
begrenzen, gehören eine Mehrzahl von Rahmengliedern 31, die parallel zueinander und gegeneinander
stoßend senkrecht innerhalb der Filtereinheit 11 angeordnet sind. Jedes Rahmenglied 31 erstreckt sich im
wesentlichen über eine Ausdehnung der Filtereinheit zwischen dem Zulaufverteiler 17 und dem Auslaßverteiler
19.
Jedes Rahmenglied 31 weist einen U-förmigen Trägerblock 32 mit Streben 33 auf, die sich senkrecht
vom Querstück 34 des U-förmigen Blocks aufwärts erstrecken. Die Streben sind mit Abstand voneinander
und gegenüber den Schenkeln 36 des U-förmigen Blocks angeordnet. Jedes Filterelement 13 hat eine in
diesem Beispiel typische Dicke von 9,6 mm. Dementsprechend sind die U-förmigen Trägerblöcke und die
Streben jedes Rahmengliedes mit einer gleichen Dicke ausgeführt. Entsprechend diesen typischen Abmessungen
sind die Streben voneinander und von den Schenkeln 36 etwa 30 cm entfernt. Die Trägerblöcke 32
und die Streben 33 sind jeweil mit einer Anzahl Öffnungen 37 ausgebildet, die mit entsprechenden
Öffnungen in zwei Platten 38 in Flucht sind, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Filtereinheit in Ausrichtung
mit den Rahmengliedern 31 angeordnet sind. Zuganker 39 können dann durch die in Flucht liegenden
Öffnungen hindurchgeführt werden und zur Halterung der verhältnismäßig schweren Filterelemente innerhalb
der Filtereinheit und zur Aufrechterhaltung des Verdichtungszustandes des Sandes innerhalb jedes
Filterelementes beitragen.
Wie vor allem F i g. 5 zeigt, bilden die Platten 38 und
die Schenkel 36 der U-förmigen Blöcke die Seiten eines Gehäuses für die Filtereinheit 11. Die Filtereinheit wird
dann mit dem Zulauf-Verteilergehäuse und dem Standrohr 26 mittels Flanschen, siehe auch F i g. 1 und 2
unter Zwischenfügung von Dichtungsmaterial zur Verhinderung von Leckstellen verbunden. Die Platten
38 ermöglichen daher eine Halterung der Filterelemente 13 in längs- bzw. senkrechter Richtung. Da die
Filterkapazität durch Verwendung von mehr Filterelementen vergrößert wird, können zusätzliche ähnliche
senkrechte Trägervorrichtungen in der Filtereinheit erforderlich werden. Auf Grund dieses Aufbaus werden
das Gewicht und die Kosten der Filteranordnung verringert, da die Rahmenglieder 31 zusammen mit den
zwei einfachen Platten 38 ein Gehäuse für die Filtereinheit 11 bilden.
Die U-förmigen Trägerblöcke 32 der alternierend angeordneten Rahmenglieder 31 β öffnen nach oben, so
daß jedes leicht mit Filtermaterial gefüllt werden kann. Die anderen U-förmigen Trägerblocke 31 b bzw. 31c
bilden die Zulauf- und Ablaufkanäle. Diese Trägerblökke öffnen nach unten bzw. oben zur Bildung der
Öffnungen 18 und 19.
Lagen 40 aus porösem Material, ζ. Β. einem Tuch, das
aus Polyäthylen-Monofil-Fäden gewebt ist und Poren
oder Öffnungen von etwa 750 micron mal 18 micron aufweist, sind auf jeder Seite der alternierenden
Rahmenglieder 31a befestigt, um das Filtermaterial zu
halten. Für die porösen Lagen 40 können verschiedene Materialien verwendet werden. Sie sollen jedoch
allgemein gleichförmige Öffnungen aufweisen und im wesentlichen das gesamte vorverdichtete Material
einschließen. Zusätzlich sollen die Lagen genügend
öffnungen aufweisen, um nicht in irgendeiner erheblichen Weise den Strömungsmittelfluß durch die Filterelemente zu beeinträchtigen. Schließlich sollen sie eine
ausreichende Stärke haben, um das vorverdichtete Material festzuhalten.
Nachdem das Filtermaterial gleichförmig über jedes der Filterelemente 13 verdichtet worden ist, werden die
Oberseiten der alternierenden Rahmenglieder geschlossen. Zum Beispiel dadurch, daß eine der porösen Lagen
nach oben reicht und über der öffnung an der Oberseite des Trägerblockes geschlossen wird.
Für die Aufrechterhaltung der richtigen gleichmäßigen Verdichtung innerhalb jedes Filterelementes sind
Abstandshalter 41 für benachbarte Paare poröser Lagen 40 vorgesehen. Wie insbesondere die F i g. 6—8 zeigen,
•werden die Abstandshalter 41 von der. anderen
Rahmengliedern 31 b zur Anordnung innerhalb jedes der Zulaufkanäle 14 und Ablaufkanäle 16 zwischen den
Filterelementen 13 gehalten. Dementsprechend sucht jeder der Abstandshalter 41 den vorverdichteten Sand
innerhalb jedes Filterelementes mittels der porösen Lagen 40 im verdichteten Zustand zu halten.
Wegen der merklichen Vorverdichtung des Filtermaterials neigen die porösen Lagen dazu, sich nach außen
zu beulen, so daß durch die Abstandshalter für eine merkliche seitliche Unterstützung gesorgt werden muß.
Bei einer Filteranordnung mit den obenerwähnten typischen Abmessungen hat sich herausgestellt, daß
nicht mehr als etwa 6,45 cm2 des porösen Lagenmaterials ohne seitliche Unterstützung bleiben sollte. Da
außerdem die Abstandshalter innerhalb der Zulauf- und Ablaufkanäle liegen, müssen sie so funktionieren, daß sie
im wesentlichen ungehindert freien Durchfluß durch die Zulaufkanäle, über die Filterelemente und nach außen
durch die Ablaufkanäle ermöglichen. Dementsprechend sind die Abstandshalter 41, siehe F i g. 7, innerhalb jedes
der offenen Bereiche angeordnet, die durch die U-förmigen Trägerblöcke und die Streben 33 gebildet
werden. Jeder Abstandshalter 41 enthält ein Paar flacher offener Gitter 43, wobei Rippen 44 zwischen den
Gittern angeordnet sind. Die Rippen halten die Gitter gegen die benachbarten porösen Lagen, um für den
vorgesehenen Abstand innerhalb der Filterlemente 13 zu sorgen, während gleichzeitig ein im wesentlichen
ungestörter Strömungsmittelfluß ermöglicht wird. Wie F i g. 7 zeigt, sind die Rippen im wesentlichen massiv, so
daß zwischen jedem Paar benachbarter Rippen ein gesonderter senkrechter Kanal gebildet wird.
Um einen gleichförmigeren Fluß innerhalb der Zulauf- und Ablauf-Kanäle zu ermöglichen, können
stattdessen abgewandelte Abstandselemente AV, siehe Fig.9, verwendet werden. Diese weisen ebenfalls
Gitter 43' und Rippen 44' auf, wobei die Rippen mit Durchlässen 46 ausgebildet sind, die einen Querdurchfluß der Flüssigkeit zwischen den von den Rippen
geformten Kanälen ermöglichen.
Um für eine seitliche Stützung um jede 6,45 cm2 große
freie Fläche der porösen Lage, wie oben besprochen, zu
sorgen, sind die Gitter 43 bzw. 43' vorzugsweise mit gleichgroßen öffnungen versehen. Aus den F i g. 7 und 8
ist ferner ersichtlich, daß Teile benachbarter Gitter vorzugsweise gegeneinander versetzt angeordnet sind.
Diese Anordnung trägt dazu bei, daß der Sand nicht zwischen in Flucht liegenden Gitterabschnitten auf
gegenüberliegenden Seiten jedes Filterelementes nutzlos eingeschlossen ist, und daß der Strömungsmittelfluß
durch die Filterelemente 13 hindurch gleichförmiger wird.
Es wurde bereits betont, daß es wichtig ist, das Filtermaterial innerhalb jedes Filterelementes 13
gleichmäßig vorzuverdichten. Ein Verfahre» für die Vorverdichtung besteht darin, zunächst die Rahmen-) glieder 31 in der Filtereinheit 11 anzuordnen. Das
Filtermaterial, Sand z. B., wird dann jedem Element 13 in Einzelmengen zugesetzt, wobei jede hinzugefügte
Einzelmenge gründlich gerüttelt oder gestampft wird, um eine im wesentlichen größtmögliche Verdichtung zu
ίο erreichen. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis jedes
Element vollständig gefüllt ist. Danach werden die Elemente in der erwähnten Weise verschlossen.
Während dieses Vorganges muß besonders Sorgfalt beobacht werden, um zu gewährleisten, daß jede
Teilmenge Sand gleichförmig innerhalb jedes Elementes verdichtet wird, um öffnungen oder Spalten im
Filtermaterial während der Benutzung zu vermeiden.
Die Anordnung der Filterelemente 13 und der Weg des Strömungsmitteldurchganges durch einen erfin
dungsgemäßen Filter ist in Fig.4 dargestellt. Die
Fiterelemente sind senkrecht in der Filtereinheit 11 derart angeordnet, daß sie Zulauf- und Ablaufkanäle 14
bzw. 16 auf gegenüberliegenden Seiten jedes Elementes bilden.
Wenn das Ventil 29 geschlossen und die Ventile 27 und 28 während des Filtervorganges geöffnet sind,
verläuft der Weg des Strömungsmittels durch das Filter in der durch die Pfeile eingezeichneten Weise. Das
Strömungsmittel geht vom Zulaufverteiler 17 durch die
Zulaufkanäle 14, durch die Filterelemente 13 hindurch
und dann aufwärts durch die Ablaufkanäle 16 zum Auslaßverteiler 19 und dem Rückspülstandrohr 26.
Wenn ein bestimmter Höchstdruck über die Filterelemente entwickelt wird, z. B. 1,4 kp/cm2, wie oben
erwähnt, wird das Rückspulen begonnen, in dem gleichzeitig die Ventile 27 und 28 geschlossen und das
Ventil 29 geöffnet werden. Der Strömungsmittelfluß durch das Filter wird dann mit Bezug auf die Darstellung
in F i g. 4 umgekehrt, wobei die Rückspülung durch den
Zulaufverteiler 17 und die Abzugsleitung 23 hindurchgeht.
Nachstehend werden Prüfversuche mit erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen im Zusammenhang mit
verschiedenen Anwendungsformen beschrieben, wo
durch die Vielseitigkeit und die gleichmäßige Wirksam
keit der erfindungsgemäßen Filter erläutert werden.
eine Nominalkapazität von ca. 1 l/Minute ausgelegt war,
wurde etwa 2 Wochen lang betrieben, wobei ihr die Abwässer von den Sprühkammern zugeführt wurden,
die zu einer elektrostatischen Niederschlagsvorrichtung gehörten, welche in Verbindung mit einer Gruppe von
Zementöfen betrieben wurde. Die dem Filter zugeführte
Flüssigkeit enthielt Teilchen innerhalb eines breiten Größenbereiches und wies eine stark schwankende
Konzentration an mitgeführten Festteilchen auf. Der Bereich der Konzentration war etwa 400—1000 mg/1.
Ein Teil der zugeführten Festteilchen setzte sich nach Verweilzeiten von 15—30 Min. ab, wobei die überstehende Flüssigkeit stärker verdünnt, jedoch sehr wolkig
war und eine Konzentration an suspendierten Festteilchen von etwa 150—250 mg/1 aufwies. '
Die Qualität der eingespeisten Flüssigkeit und des Filtrats wurde routinemäßig durch die Trübung
bestimmt, gemessen mit einem Hach-Trübungs-Meßgerät.
Eine Prüfung des erfindungsgemäßen Filters bei dieser Anwendung zeigten seine Abwendbarkeit für die
verschiedenen Teilchengrößen und Feststoff-Konzentrationen in dem zu behandelnden Material. Das Filter
erzeugte fortlaufend Filtrate mit Trübungen von weniger als 1,0 Jackson Einheiten. Eine Analyse zeigte,
daß die Filtrate suspendierte Feststoffe im Bereich von 1—6 mg/1 enthielten. Die Qualität des Filtrats oder des
Ablaufs schien unabhängig von der Qualität des eingespeisten Materials zu sein. Das heißt, daß innerhalb
Jes Bereiches der auftretenden Zufluß-Konzentrationen
die Qualität des Filtrats ständig ausgezeichnet blieb.
Filtration von Algen-Supsensionen
Eine gleiche Testeinheit wurde benutzt, um geklärtes Fütra? zu erzeugen und/oder Algen zu ernten aus
landwirtschaftlichen Abwasserbecken oder -Teichen.
In einer Reihe von 17 typischen Filterabläufen schwankte die Konzentration des zulaufenden Materials
zwischen etwa 110 und 640 mg/1, bestimmt durch mg suspendierter Festteilchen pro Liter Zulauf. Der
Prozentsatz an entfernten suspendierten Festteilchen schwankte zwischen 92,0 und 99,6%, wobei angenähert
98% oder mehr der suspendierten Festteilchen in 13 der
17 Testläufe entfernt wurden. Die Rückgewinnung der suspendierten Fetteilchen schien nicht von der Konzentration
des zulaufenden Materials abzuhängen.
In einer Anzahl dieser Testläufe wurde der Gehalt an organischem Stickstoff (N) in dem zulaufenden und auch
in dem filtrierten Material bestimmt, um den Prozentsatz an zurückgehaltenem organischen Stickstoff zu
berechnen. In diesen Versuchen betrug der Prozentsatz an entferntem organischem Stickstoff durchschnittlich
etwa 985%, verglichen mit dem Prozentsatz an entfernten suspendierten Festteilchen, der durchschnittlich
92,5% für die gleichen Versuche betrug. Es ist außerdem zu beachten, daß, obwohl die Teilchengröße
der Festteilchen oder Algen in der Zulaufflüssigkeit bis zu weniger als ein Micron betrug, wurden die
vorstehend erwähnten Wiedergewinnungszahlen erreicht, ohne daß Ausflockungsmittel oder andere
chemische Zusätze benutzt wurden.
In dieser Hinsicht führte die Beobachtung der Rückspülung in diesen Versuchen zu dem Schluß, daß
auf den Oberflächen der Filterelmente eine Koagulation von sogar noch kleineren Teilchen auftritt, so daß diese
kleinerer Teilchen durch die Rückspülung gewonnen werden können.
Ein wichtiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines Filtersystems beim Entfernen von Algen ist die
Konzentration an suspendierten Festteilchen, insbesondere die an organischem Stickstoff, in der Rückspülung.
Eine Analyse in dieser Hinsicht war beschränkt möglich, da die Menge des für die Rückspülung abwärts durch
das Filter geleitete Filtratflüssigkeit keiner besonderen
in Kontrolle unterworfen wurde. Eine Feststoff-Konzentration
bis zu 1,7 Gewichtsprozenten in der Rückspülung während des Versuchsprogramms führte jedoch zu
dem Schluß, daß bei sorgfältiger Kontrolle des Rückspülvolumens Konzentrationen von mehr als 5%
der suspendierten Feststoffe in der Rückspülung erreicht werden können.
Auf Grund dieser Versuche und bei Annahme eines wirtschaftlichen Einsatzes wurde geschlossen, daß eine
Filtereinheit nach der Erfindung mit einer Leistung von 2650 Millionen Liter pro Tag nutzbringend arbeiten
kann, wenn der Verkauf sowohl des geklärten Ablaufes und auch der Verkauf der aus der Rückspülung
gewonnenen Algen zugrunde gelegt wird.
Filtration von Mg(OH)2
Der pH-Wert von Seewasser, das aus der Bucht von San Francisco entnommen wurde, wurde auf einen Wert
von etwa 9 eingestellt, um Mg(OH)2 teilweise auszufällen.
Das Wasser wurde dann einem erfindungsgemäßen Filter in einem Ausmaß von 10,2 l/m2 · min zugeführt.
Ein ähnlicher Versuch wurde mit 1531/m2-min
gemacht. In jedem Fall wurde der Filtrationsversuch so lange ausgeführt, bis der Druckabfall am Filter
1,4 kp/cm2 erreichte. Die Versuche hatt ;n die folgenden
Ergebnisse:
Filtrationsversuch:
Filtrationsgeschwindig
keit
keit
Ltr./m2 · min
Suspendierte
Feststoffe
Konz. in mg/1
Feststoffe
Konz. in mg/1
Zulauf
Filtrat
Filtrierte Menge Wasser bis z. Erreichen v. 1,4 kp/cm2 in Llr.
10,2
15.3
15.3
106
200
200
21,6
24,1
24,1
227,12 234,69
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Filteranordnung mit einem Gehäuse, in dem
eine Mehrzahl von plattenartigen, gleich ausgebildeten Filterelementen unter Verwendung von Abstandshaltern in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den
Elementen als Zu- oder Abflüsse dienen und die Elemente ein teilchenförmiges Filtermedium wie ι ο
Sand oder dergleichen enthalten, das zwischen begrenzenden Lagen eines flüssigkeitsdurchlässigen
Materials angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand oder das sandähnliche
Material auf eine größte Dichte vorverdichtet ist ι s
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium um wenigstens 10%,
bezogen uif die übliche Gesan.tdichte der Körnchen
in dem Medium, vorverdichtet ist
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Filtermedium verwendete Sand eine maximal wirksame Körnchengröße
von etwa 0,2 mm hat
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sandkömchen
einen Gleichförmigkeitskoeffizienten im Bereich von etwa 1 —2 haben.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des
Filtermediums eine winklige Form haben.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (13)
eine größte Dicke von etwa 12,7 mm, vorzugsweise eine Dicke von etwa 9,6 mm oder weniger haben.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (13)
in dem Filtergehäuse (U) senkrecht angeordnet sind, wobei die Zwischenräume (14,16) abwechselnd Zu-
und Abflüsse bilden, wobei der Zulauf (17) am Boden und der Abfluß (19) über den Filterelementen liegt
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