DE2511632A1

DE2511632A1 - Vorrichtung zum abtrennen suspendierter und/oder geloester stoffe aus fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2511632A1
Application number: DE19752511632
Authority: DE
Inventors: Werner Renz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1975-03-17
Publication date: 1976-09-30

Description

Vorrichtung zum abtrennen suspendierter und/oder gelöster Stoffe aus Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen suspendierter und/oder gelöster Stoffe aus Flüssigkeiten, bestehend aus wenigstens einem Behälter, der durch eine Filteranordnung in einen mit dem zu filternden Medium beaufschlagbaren und eine Auslaßöffnung für das Konzentrat aufweisenden Filterraum un in einen Siltratraum unterteilt ist.
Der einwandfreien Abtrennung suspendierter und/oder gelöster Stoffe aus Flüssigkeiten kommt insbesondere im ZusammeKlang mit den steigenden Anforderungen bezüglich des Umweltschutzes stets größere Bedeutung zu. Im hinblick auf die anfallenden Mengen von Abwässern und Prozeßwässern, die gereinigt und entgiftet werden müssen, werden besonders leistungsfähige Filtriervorrichtungen benötigt.
Es ist auch bereits bekannt, die erwähnten Trennvorgänge unter Verwendung der bekannten Prinzipien der Umkehrosmose und Ultrafiltration vorzunehmen, welche ein Entfernen gelöster Stoffe aus Lösungen, ein Anreichern gelöster Stoffe in Lösungen und auch ein Trennen gelöster Stoffe verschiedenen Moleliulargewichts ermöglichen.
Die bisher bekannten Filtriervorrichtungen weisen jedoch insbesondere dann, wenn hohe Anforderungen an die Filtration gestellt werden, den wesentlichen Nachteil auf, daß sie trotz eines #nstruktions- und raummäßig aufwendigen Aufbaus nur relativ kleine Mengen an zu reinigendem Medium pro Zeiteinheit verarbeiten können und demgemäß ihr Wirkungsgrad relativ gering ist. Außerdem ist bei den bekannten Vorrichtungen störend, daß die Filter- oder Drennmembranen sehr schnell durch die ausgefilterten Feststoffe verstpft werden, wodurch der Wirkungsgrad stark zurückgeht.
Das aufgrund von Ablagerung von Schweb- und Feststoffteilchen erforderliche Auswechseln von Filtern oder umfangreiche und zeitraubende Rückspülvorgänge sind natürlich äußerst unerwünscht, da sie die Gesamtleistungsfähigkeit einer Filtriereinrichtung wiederum stark beeinträchtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in ihrer Beistungsfähigkeit wesentlich zu verbessern, und insbesondere die sich aus der Ablagerung von Schweb- und Feststoffteilchen auf dem jeweiligen Filter ergebenden Beeinträchtigungen der Funktionsweise des Filters weitgehend auszuschalten.
Diese Aufgabe wird nach der erfindung dadurch gelöst, daß die Filteranordnung aus einem rotationssymetrischen, sich im wesentlichen über die Behälterhöhe erstreckenden Korb besteht, dessen Innenwandung mit Filtermaterial belegt ist, daß wenigstens eine Zuführleitung zur im wesentlichen tangentialen Einführung des unter Druck stehenden, zu reinigenden Mediums in den Filterraum vorgesehen ist, und daß die Auslaßöffnung für das Konzentrat im Bereich der Mitte des Boden des Filterraums angeordnet ist.
Diese Maßnahmen erbringen eine relativ großflächige Beauf schlagung einer Filterfläche mit einem Medium, das aufgrund seiner unter Druck erfolgenden tangentialen Zuführung sich spiralförmig vom höher gelegenen Einlaßbereich zum tiefer gelegenen Auslaßbereich bewegt und dabei gleichzeitig aufgrund der sich ergebenden turbulenten Stömung verhindert, daß Schweb- und Feststoffteilchen sich auf dem Filter absetzen und einen sperrenden Filterkuchen bilden. Diese Schweb- und Feststoffteilchen werden vielmehr durch die kräftige Spiral-Strömung zur Auslaßöffnung transportiert, während das Filtrat oder Permeat außerhalb des Filters in den Filtratraum gelangt und von dort abgeführt werden kann.
Vorzugsweise münden mehrere im wesentlichen tangential und vorzugsweise bezüglich der Horizontalen etwas nach union geneigt verlaufende Zuführleitungen in unterschiedlicher Höhe in den Fi#rraum. Diese spezielle Beaufschlagung des Filters mit zu reinigendem Medium stellt auch in den tiefer gelegenen Bereichen des Filters eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit sicher, wodurch der gleichzeitig mit dem Drennvorgang ablaufende Reinigungsvorgang wesentlich gefördert und damit die Funktionsfähigkeit der gesamten Filterfläche aufrechterhalten wird.
Durch unterschiedliche Wahl der Durchsatzmengen der verschiedenen Zuführleitungen kann den jeweiligen Strömungsgegebenheiten an der inneren Filteroberfläche rechnung getragen werden, so daß sich optimale Trenn- und Reinigungsbedingungen einstellen lassen.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal einer Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der den Filterkorb umschließende Filtratraum unter Unterdruck gesetzt wird.
Durch diese maßnahme kann der Druckverlauf im eigentlichen Filter vorteilhaft beeinflußt werden, so daß eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung erreichbar ist.
Zur Sicherstellung eines ausreichenden Unterdrucks im Filtratraum wird zweckmäßigerweise in die im Bodenbereich des Filtratraumes mündende Abzugsleitung eine Druckschleuse eingeschaltet.
Der Filterkorb wird zweckmäßigerweise auswechselbar ausgebildet und angebracht. Dabei kann die praktische Ausgestaltung derart getroffen werden, daß der Filterkorb passend in eine perforierte Stützwand eingesetzt wird, so dlß an die mechanische Festigkeit des eigentlichen Filterkorbs keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden müssen, da die im Betrieb auftretenden Kräfte dann von dieser Stützwand, an der der Filterkorb im eingesetzten Zustand voll anliegt, auf genommen werden.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Filterraum konzentrisch und in einem vorgebbaren allseitigen Abstand zum Filterkorb ein Verdrängerkörper angeordnet.
Durch diesen Verdrängerkörper kann zwischen dem filter und diesem Körper ein genau definierter Ringraum vorgegeben werden, durch den das zu reinigende Medium aufgrund der speziellen Zuführung spiralig geführt wird.
Der Verdrängerkörper unterstützt und fördert diese spiralförmige Strömung.
Vorzugsweise wird der freie Strömungsquerschnitt zwischen Filterkorb und Verdrängerkörper in Richtung des Auslasses für das Konzentrat kontinuierlich kleiner. Diese Maßnahme wirkt sich deshalb vor allem vorteilhaft aus, weil sich dadurch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zwangsläufig am auslaßseitigen Bereich ergibt, wo in gleicher Weise wie am einlaßseitigen Ende eine ausreichende -Reinigungswirkung der rotierenden Flüssigkeit gefordert werden muß.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Filterkorb kegelförmig ausgebildet und verengt sich in Richtung des Konzentratauslasses. Der Verdrängerkörper ist dabei der Kegelform des Filterkorbes angepasst, und zwar derart, daß sich zwischen filterkorb und Verdrängerkörper ein relativ schmaler Zwischenraum ergibt, der besonders gute Strömung-Führungseigenschaften gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist der kegelförmige Verdrängerkörper bezüglich des ilterkorbes axial verstellbar. Diese Haßnahme ermöglich:~t auf überraschend einfache Weise ein in Abhängigkeit von dem jeweils zu reinigenden Medium erfolgendes Einstellen der Strömungsgeschwindigke##n, durch die einfache Axialverstellung des kegelförmigen Verdrangerlförpers der Zwischenraum zwischen Filter und Verdränger'zörpei Jar;Liert und damit die Strömungsquerschnitte in jeweils optimaler Weise gewählt werden können.
Der Verdrängerkörper ist bevorzugt drehbar gelagert und weist am Außenumfang gegeneinander versetzte, vorstehende lWeile auf, die jedoch bezüglich des Filtermaterials beabstandet sind. Ferner kann der Verdrängerkörper über einen Motor angetrieben sein.
Diese Maßnahmen ermöglichen wiederum eine auf einfache Weise erfolgende Beeinflussung der Strömung des zu reinigenden Mediums und damit eine gezielte Beaufschlagung des Filters sowohl hinsichtlich der rrrenn als auch der Reinigungsfunktion. Wesentlich ist dabei auch, daß die strömungsrichtenden und erwünschte Durbulenzen erzeugenden vorstehenden Geile nicht mit dem Filtermaterial in Berührung kommen, da die Reinigung des Filtermaterials allein durch Strömungseffekte und nicht durch mechanische Berührungen erfolgen soll, da nur auf diese Weise die volle FuSctionsfähigkeit des Filters über längere Zeiten gewährleistet werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Filtermaterial aus einer asymetrischen Membrane besteht, deren dem zu trennenden Medium zugewandte Fläche als Drennschicht ausgebildet ist, während die andere Fläche offenporig ist.
Bevorzugt ist oberhalb des Filterkorbs ein mit einer Druckquelle verbindbarer, einen Teil des Filterraums bildender Kopfraum vorgesehen. Auf diese Weise kann unabhängig von dem Druck des zugefühSen Mediums das Verhältnis der Drücke zwischen Filterraum und Filtratraum in der jeweils erforderlichen und geeigneten Weise eingestellt werden.
In der Praxis wird im allgemeinen eine Mehrzahl einzelner Filtriervorrichtungen der beschriebenen Art in Reihe in einen Kreislauf geschaltet, und es werden Maßnahmen getroffen, um zu gewährleisten, daß an einer Auftrennstelle des Kreislaufs eine Schlammpresse anschaltbar ist. Bei einer Reihenschaltung mdrerer ï1'iltervorrichtungn kann zur Optimierung des Gesamtbetriebs vorgesehen sein, daß die Filter der einzelnen Vorrichtungen unterschiedliche Charakteristiken besitzen, um der Tatsache wiechnung zu tragen, daß beispielsweise der Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Flüssigkeit im Verlauf des Durchlaufs durch die einzelnen Filtriervorrichtungen geringer wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines einfachen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in stark schematisierter Form eine Vorrichtung zum Abtrennen suspendierter und/oder gelöster Stoffe aus Flüssigkeiten. Diese Vorrichtung umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Behälter 1, der durch einen allgemein mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Filterkorb in einen innenliegenden Filterraum 4 und einen außenliegenden Filtratraum 3 unterteilt wird.
Das zu reinigende Medium wird über eine tangential in den Filterraum führende Leitung 5 zugeführt, die bei der dargestellten Ausführungsform in einen Kopfraum 7 mündet.
Das untere Ende des trichter- oder kegelstumpfförmig ausgebildeten Filterkorbs 2 geht in ein Auslaßrohr 6 über.
Der Filtratraum 3 steht über Öffnungen 10 mit einem Vakuumraum 11 in Verbindung, der über einen Anschlußstutzen 9 mit einer Unterdruclq-elle verbunden ist.
Im Filterraum 4 ist ein Verdrängerkörper 12 angeordnet, der kegelstumpfförmige Gestalt besitzt und zusammen mit dem Filterkorb 2 einen relativ schmalen Zwischenraum festlegt. Dieser Verdrängerkörper 12 ist vorzugsweise drehbar und axial verstellbar gelagert und mittels eines Motors angetrieben.
Der Filterkorb 2 wird zweckmäßigerweise von einer mit Perforationsöffnungen 14 versehenen Stützwand 13 und einem Filtermaterial gebildet, das an der Innenwand anliegt. In der Praxis ist es günstig, wenn die eigentliche Stützwand fest in der Vorrichtung angebracht und der das Filtermaterial umfassende Korbteil auswechselbar ausgebildet wird.
Obwohl in der Zeichnung die Außenfläche des Verdrängungskörpers 12 ohne irgendwelche vorstienden Teile dargestellt ist, können derartige Teile vorgesehen sein, um die Iteinigung fördernde Turbulenzen auf der Filterfläche 15 zu erzeugen.
In Betrieb strömt das zu reinigende Medium in der bereits erwähnten Weise im wesentlichen tangential über die Zuführleitung in den Filterraum 4 ein und bewegt sich dann in Spiralform zwischen Filterkorb 2 und Verdrängerkörper 12 in Richtung des Auslasses 6. Augrund des gewährleisteten großflächigen Bespülens des Filtermaterials unter gleichzeitiger Sicherstellung einer ständigen Reinigung dieses Filtermaterials wird ein besonders guter Trenneffekt erzielt.
Die sich auf dem Weg von der Zuführleitung 5 zum Auslaß 6 ergebende Verringerung des Strömungsquerschnitts einerseits und die Rotationsbewegung des Verdrängerkörpers 12 andererseits stellen sicher, daß nicht nur in den zuführseitigen Bereichen der Vorrichtung sondern auch in den auslaßseitigen Bereichen eine ausreichend hohe Strömung und Turbulenz gewährleistet ist, die eine Ablagerung von Scilveb- und Feststoffteilchen auf dem Filtermaterial praktisch weitgehend ausschaltet. Die Folge davon ist auch, daß mit einem einzigen Filtereinsatz relativ lange gearbeitet werden kann.
Es ist verständlich, daß in der Praxis eine Mehrzahl von Vorrichtungen der dargestellten Art in Reihe in einen Kreislauf geschaltet werden kann, so daß bei Fertigung einer Grundeinheit einer Vielzahl von speziellen Anforderungen in der Praxis Rechnung getragen werden kann.
Zu erwähnen ist auch noch, daß durch die axiale #erstellbarkeit des Verdrängerkörpers die Strömungs- und Turbulenzverhältnisse an der Filterfläche einfach und schnell beeinflußt werden können und somit ein Anpassen der Vorrichtung an unterschiedliche Einsatzzwecke, d.h. aich an stark unterschiedliche zu reinigende Medien problemfrei möglich ist.
-Patentansprüche-

Claims

Patentansprüche 3 Vorrichtung zum Abtrennen suspendierter und/oder gelöster Stoffe aus Flüssigkeiten, bestehend aus wenigstens einem Behälter, der durch eine Filteranordnung in einen mit dem zu filternden Medium beaufschla#baren und eine Auslaßöffnung für das Konzentrat aufweisenden Filterraum und in einen Filtratraum unterteilt ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Filteranordnung aus einem rotationssymetrischen, sich im wesentlichen über die Behälterhöhe erstreckenden Korb (2) besteht, dessen Innenwandung mit Filtermaterial (15) belegt ist, daß wenigstens eine Zuführleitung (5) zur im wesentlichen tangentialen Einführung des unter Druck stehenden, zu reinigenden Mediums in den Filterraum (4) vorgesehen ist, und daß die Auslaßöffnung (6) für das Konzentrat im Bereich der Mitte des Bodens des Filterraums angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß mehrere im wesentlichen tangential und vorzugsweise bezüglich der Horizontalen etwas nach unten geneigt verlaufende Zuführleitungen in unterschiedlicher Höhe in den Filterraum (4) münden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Durchsatzmenge der verschiedenen Zuführleitungen unterschiedlich sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z ei c h n e t , daß der den Filterkorb (2) umschließende Filtratraum (3) unter Unterdruck gesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in die im Bodenbereich des Filtratraums (3) mündende Abzugsleitung (8) eine Druckschleuse eingeschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Filterkorb (2) auswechselbar ausgebildet und angebracht ist.
7.Vorrichtung nach einem mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im Filterraum (4) konzentrisch und in einem vorgebbaren allseitigen Abstand zum Filterkorb (2) ein Verdrängerkörper (12) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der freie Strömungsquerschnitt zwischen Filterkorb (2) und Verdrängerkörper (12) in Richtung des Auslaß (6) für das Konzentrat koitnuierlich kleiner wird
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Filterkorb (2) kegelförmig ausgebildet ist und sich in Richtung des Konzentratauslaßes (6) verengt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdrängerkörper (12) der Kegelform des Filterkorbes (2) angepaßt und zwischen beiden ein schmaler Zwischenraum vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der kegelförmige Verdrängerkörper (12) bezüglich des Filterkorbes (2) axial verstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdrängerkörper (12) drehbar gelagert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z ei c h n e t , daß am Außenumfang des Verdrängerkörpers (12 gegeneinander versetzte, vorstehende Teile vorgesehen sind, die jedoch bezüglich des Filtermaterials (15) beabstandet sind
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdrängerkörper (12) über einen Motor angetrieben ist.
15. Vorrichtungrnch Anspruch 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Drehzahl des Verdrängerkörper (12) einstellbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Filtermaterial Q15) aus einer asymetrischen Membrane besteht, deren dem zu trennenden Medium zugewandte Fläche als Trennschicht ausgebildet ist, während die andere Fläche offenporig ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß oberhalb des Filterkorbes (2) ein mit einer Druckquelle verbindbarer, einen Teil des Filterraums (4) bildender Kopfraum (7) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Mehrzahl einzelner Filtriervorrichtungen in i'eihe in einen Kreislauf geschaltet ist und daß an einer Auftrennstelle des Kreislaufs eine Schlammpresse anschaltbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die in Reihe geschalteten Filtriereinrichtungen in einen Spülkreislauf einschaltbar sind.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trenncharakteristiken der Filtriermembranen von hintereinander geschalteten Filtriervorrichtungen unterschiedlich gewählt sind.

L e e r s e i t e