DE2818729C3

DE2818729C3 - Rückspülbare Schnellfilteranlage

Info

Publication number: DE2818729C3
Application number: DE2818729A
Authority: DE
Inventors: Josef Winterthur Tylmann
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1978-04-26
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1981-05-07
Also published as: DE2818729B2; FR2424051A1; DE2818729A1; GB1604108A; CH628821A5

Description

Die Erfindung betrifft eine rückspülbarc Schnellfilteranlage zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren parallelen Filterfeldern, in eine körnige Filtermasse aufgeschüttet ist und Filterböden diese . masse von mindestens einem Polsterraum zum Sammeln und Ableiten des Filtrats trennen, wobei eine einen statischen Druck erzeugende Überlaufkante die in einem kommunizierenden System untereinander verbundenen Polsterräume der Filterfelder gegen eine Entnahmekammer abschließt, und wobei ferner jedem Filterfeld eine Abschlämmöffnung für die Ableitung der verunreinigten Rückspülflüssigkeit zugeordnet ist.

Rückspülbare Schnellfilteranlagen, die vorwiegend in der Wasser- und/oder Abwassertechnik eingesetzt werden, sind bekanntlich als offene oder geschlossene Einheiten in Beton, Stahl oder in glasfaserverstärktem Kunststoff ausgeführt und als Ein- oder Mehrschichtenfilter ausgebildet. Bei ihnen ist es, wie ebenfalls bekannt, notwendig, die körnige Filtermasse nach einer gewissen Laufzeit durch Rückspülung von den in ihr zurückgehaltenen und angesammelten Verunreinigungen zu befreien. Dafür sind verschiedene Methoden bekannt, bei denen für die Rückspülung Wasser, Luft und/oder Luft/Wasser-Gemische entgegen der Filtrierrichtung durch die Filtermasse strömen und die Verunreinigungen mitreißen, wobei diese zusammen mit der Rückspülflüssigkeit über Abschlämmleitungen aus der Anlage weggeführt werden.

Bei hohen Anforderungen an den Reinheitsgrad der Filtermasse nach der Rückspülung wird im allgemeinen eine kombinierte Spülung mit Luft und Wasser durchgeführt, bei der zumindest eine Spülung mit Luft, danach eine mit einer Mischphase aus Luft und Wasser und schließlich eine abschließende Wasserspülung erfolgen, wobei sich unter Umständen — bei Mehrschichtfiltern — noch eine sogenannte Treiinphase anschließt, durch die mit entsprechend hoher Wassergeschwindigkeit die während der Spülung vermischten, unterschiedlichen Kornfraktionen der kombinierten Filtermasse wieder entsprechend der ursprünglichen Schichtung klassiert werden; für diese Trennphase ist wegen der hohen Wassergeschwindigkeiten und der großen Wassermengen häufig eine zweite zusätzliche Spülwasserpumpe erforderlich.

Anlagen der eingangs genannten Art mit mehreren parallelen Filterfeldern sind beispielsweise in dem Aufsatz: F. Lipp, H. Kubli »Seewasserwerk für die Trinkwasserversorgung der Stadt Biel«, Technische Rundschau Sulzer Nr. 1/1976, Seite 19—27, beschrieben; bei ihnen erfordert die Durchführung der geschilderten Rückspülverfahren einen erheblichen maschinellen und apparativen Aufwand, da jedem Filterfeld — neben einer Rohwasserzuführung und je einer Wegführleitung für das Reinwasser und das verunreinigte Spülwasser — Zuführleitungen für Spülwasser und Spülluft mit den zugehörigen Absperr- und Steuerorganen zugeordnet werden müssen. Dazu kommen die für die Schaltung,

Steuerung und Überwachung dieser Anlagenteile erforderlichen elektrischen Anlagen.

Aus den DE-AS 12 14 200 und 19 03 226 sind rückspülbare Filteranlagen bekannt, bei denen die Rückspülung mit Hilfe des Filtrats aufgrund der Wirkung der Schwerkraft erfolgt; diese bekannten Anlagen weisen daher als Rein- oder Spülwasserspeicher einen Hochbehälter auf, dessen Niveauhöhe beträchtlich über der Niveauhöhe der Rückspülauslaßleitung liegt Die bei diesen Anlagen notwendigen Hochbehälter bedeuten einen zusätzlichen Investitionsaufwand. Darüberhinaus nimmt bei diesen Anlagen — mit sinkendem Wasserspiegel im Hochbehälter — die Rückspülgeschwindigkeit während des Rückspulens ab. Da wegen der Gefahr des Ausschwemmens von körnigem Filtermaterial die Anfangsgeschwindigkeit beim Rückspülen nicht beliebig groß gemacht werden kann, kann bei den bekannten Anlagen gegen Ende des Rückspülvorganges unter Umständen die Geschwindigkeit nicht mehr ausreichen, um die Schmutzpartikeln aus

so dem körnigen Material herauszulösen und wegzuführen.

Auch die rückspülbaren Filteranlagen nach der

DE-AS 19 47 538 weisen für die Rückspülung einen Hochbehälter auf; für sie gelten daher die vorstehend geschilderten Nachteile in gleicher Weise. Darüber hinaus wird bei diesen Anlagen noch gefordert, daß — zur Aufrechterhaltung der Filtrierung bei der Rückspülung eines Filterfeldes — mehrere Filterfelder vorhanden sein sollen.

Weiterhin ist ein Rückspülkonzept (CH-PS 5 68 776) bekannt, bei dem ein Filterfeld oberhalb seines Filterbodens durch senkrechte Zwischenräume in mehrere Kammern unterteilt wird, so daß sich mehrere, gemeinsam beschickte Filter mit gemeinsamem Polsterraum ergeben. Gespült wird jede dieser Zwischenkammern für sich, während der Filtrationsbetrieb der anderen Zwischenkammern aufrechterhalten bleibt. Zur Spülung wird dabei eine Zwischenkammer mil einer Art Glocke überdeckt, die auf den die Kammer begrenzen-

den Wänden ruht und relativ dicht abschließt An die Glocke sind Schlammwasserpumpen mit ihrer Saugseite angeschlossen. Während ihres Betriebes saugen diese Pumpen aus dem gemeinsamen Polsterraum Reinwasser im Gegenstrom durch den Filterboden und durch die Filtermasse der zu spülenden Zwischenkammer, wodurch deren Spülung mit Wasser erfolgrt

Bei derart ausgebildeten Anlagen nach der DE-AS 19 47 538 oder der CH-PS 5 68 776 - wird jeweils ein Filterfeld gespült, während die anderen im Filterbe^trieb arbeiten. In an sich bekannter Weise preßt der durch den Niveauunterschied zwischen der Überlaufkante für das Reinwasser und den Abschlämmöffnungen erzeugte, und daher konstante statische Druck Reinwasser als Spülwasser aus dem Posterraum des zu reinigenden Filterfeldes — entgegen der Strömungsrichtung während des Filterbetriebes — durch die Filtermasse, ohne daß dafür zusätzliche Einrichtungen, wie Hochbehälter oder Abdeckungen, Abdichtungen und Saugpumpen notwendig sind.

Die für die Durchführung dieses Konzepts notwendige Konstruktion der möglichst dicht schließenden Glocke sowie deren für das Versetzen von Kammer zu Kammer erforderliche Hub- und Fahrwerk erfordern ebenso wie Schalt- und Steuereinrichtungen — wenn ein vollautomatisches Versetzen der Glocke in einen automatisierten Filtrations- und Spülbetrieb einbezogen werden soll —, einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Das Gewicht der Glocke und die Forderung nach ihrem relativ dichten Abschluß, lassen nur den Bau relativ kleiner Zwischenkammern in einem Filterfeld zu.

Aufgabe der Erfindung ist es, den für die Durchführung der Rückspülung erforderlichen Aufwand bei Filteranlagen der eingangs genannten Art zu vermindern, ohne dabei durch die Errichtung von Hochbehältern zusätzliche Investitionen und/oder die damit verbundenen Nachteile schwankender Niveauhöhen in Kauf nehmen zu müssen.

Die erfindungsgemäßen Anlagen können daher mit Filterfeldern normaler Größe gebaut werden; bei ihnen ist weiterhin eine kombinierte Luft/Wasser-Spülphase durchführbar, was bei dem Anlagenkonzept nach der erwähnten CH-PS nur durch einen nochmaligen zusätzlichen Aufwand erreicht werden könnte.

Die vorgeschriebene Mindestanzahl der Filterfelder hat dabei nichts mit der Lehre der DE-AS 19 47 538 zu tun — auch bei der Rückspülung eines Filterfeldes aus der Anlage entnehmbares Filtrat zu erzeugen — sondern dadurch wird sichergestellt, daß auch während des Rückspulens eines Filterfeldes zumindest nicht mehr Reinwasser als Spülwasser abgezogen wird, als gleichzeitig durch die im Filterbetrieb arbeitenden Felder erzeugt und zugeführt wird. Das angegebene Verhältnis für die Rückspülgeschwindigkeit relativ zur Filtriergeschwindigkeit beträgt bei bisher üblichen Anlagen beispielsweise etwa 2 bis 8.

Der Niveauunterschied zwischen der Überlaufkante und den Abschlämmöffnungen muß dabei so gewählt sein, daß eine ausreichende Spülwassermenge durch die Filtermasse des jeweils zu spülenden Filterfeldes fließt. Dieser Unterschied muß dabei einerseits mindestens so groß sein, daß der Rückspülwiderstand der Filtermasse überwunden wird; andererseits darf er nicht zu groß sein, sodaß das Rückspülwasser nicht mit einer derartigen Wucht rückwärts durch die Filtermasse strömt, daß das Schichtmaterial zu stark aufgewirbelt und durch die Abschlämmöffnungen aus dem Filterfeld herausgespült wird.

Die Rückspülgeschwindigkeit und damit die Menge an Rückspülwasser sind dabei abhängig von Art und Umfang der Verunreinigungen des Filtermaterials, von dem Aufbau des Filters — Einschicht- oder Mehrschichtfilter — und von der angewandten Art der Rückspülung, d. h., ob eine Ein- Zwei- oder Dreiphasenrückspülung durchgeführt wird.

Die für die Rückspülung benötigten Reinwassermengen können dabei z. B. — bezogen auf den m² Filterfläche — pro Std. etwa 10—30m³/m²-h für Einschichtfilter betragen.

Für Mehrschichtfilter, bei denen die Rückspülung, wie erwähnt, gleichzeitig noch eine Trennung der einzelnen Kornfraktionen bewirken soll, sind erheblich höhere Rückspülgeschwindigkeiten erforderlich. Entsprechend liegt bei derartigen Filtern zum einen die Abschlämmöffnung relativ höher über dem Niveau der ruhenden Filtermasse als bei Einschichtfiltern; zum anderen muß bei diesen Filtern deshalb auch die Differenz der erwähnten Niveauhöhen größer gewählt werden. Bei Mehrschichtfiltern können daher Rückspülwassermengen beispielsweise 60—80 m³/m² · h notwendig sein.

Auch gegenüber Anlagen, bei denen — wie bisher üblich — jedes Filterfeld unabhängig von den anderen rückgespült und mit den dafür notwendigen Installationen versehen worden ist, ist der für die Rückspülung notwendige Aufwand erheblich reduziert, da beispielsweise weder Spülwasserpumpen noch Spülwasserleitungen mit Spülwasserventilen erforderlich sind. Darüberhinaus erfordert die Reduktion der erforderlichen Schritte des Rückspülverfahrens einen verminderten Aufwand bei der Automatisierung des Filtrations- und des Spülprozesses.

Vorteilhafterweise sind die Polsterräume der einzelnen Filterfelder dutch einen Kollektor verbunden.

Revisionsarbeiten in einem Filterfeld können für Anlagen mit einzelnen Polsterräumen für die verschiedenen Filterfelder erleichtert werden, wenn die Verbindungen der Polsterräume mit dem Kollektor mittels Abschlußorganen abschließbar sind.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

F i g. 1 gibt schematisch den Aufbau einer Anlage mit drei durch einen gemeinsamen Polsterraum verbundenen Filterfeldern wirder, während

F i g. 2 in gleicher Darstellung eine zweite, ähnlich aufgebaute Anlage mit getrennten Polsterräumen zeigt.

In beiden Figuren sind im wesentlichen nur die für die Durchführung der Rückspülung notwendigen Anlageteile in rein schematischer Form angedeutet, ohne daß konstruktive Details der Baukörper, der Abschlußorgane oder der wasserführenden Leitungen oder Kanäle wiedergegeben sind. Desgleichen ist das ganze Steuersystem für den Filtrations- und für den Rückspülprozeß nicht dargestellt.

Von einer Rohwasserzuführleitung 1 führen Abzweigleitungen 7, in denen Rohwasserabsperrorgane oder -ventile 2 vorgesehen sind, zu Rohwassereintritten 26 von einzelnen Filterfeldern 8, die in der Darstellung getrennt voneinander gezeichnet sind, aber auch unmittelbar aneinander liegend, nur durch eine Zwischenwand getrennt voneinander, ausgeführt werden können. In jedem Filterfeld 8 ist eine körnige Filtermasse 4 aufgeschüttet, über der sich ein Überstauraum 3 befindet. Die Filtermasse 4 ist getragen von einem Filter- oder Düsenboden 5, an den sich nach unten ein allen Filterfeldern 8 gemeinsamer Polster-

raum 6 für das filtrierte Wasser anschließt.

Der Polsterraum 6 steht über eine staudruckerzeugende Überlaufkante 9 mit einer Reinwasser-Entnahmekammer 11 in Verbindung, aus der das Reinwasser über eine Leitung 12 entnommen und einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Das Niveau A der Überlaufkanu 9 ist erfindungsgemäß höher als dasjenige von der Abschlämmöffnung 10, an die, für jedes Filterfeld 8 gesondert, je eine Abschlämmleitung 16 mit einem Absperrorgan 19 anschließt. Die Abschlämmleitungen 16 münden in eine gemeinsame Sammelleitung 20, durch die das mit Verunreinigungen beladene Rückspülwasser die Anlage verläßt.

In den Polsterraum 6 mündet im Bereich unterhalb der Felder 8 für jedes dieser Felder eine eigene Luftleitung J7, in der jeweils ein Absperrorgan 15 vorhanden ist. Die Leitungen 17 gehen von einer gemeinsamen Verteilleitung 14 aus, in die von einem Kompressor 13 über einen Filter 18 angesaugte Luft als Druckluft eingespeist wird. Dem Kompressor 13, dessen Antrieb nicht ausdrücklich dargestellt ist, sind in der Leitung 14 ein Anschlußorgan 24 und eine Rückschlagklappe 25 nachgeschaltet.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich nur in Details von demjenigen nach Fig. 1. Die kommunizierende Verbindung zwischen den einzelnen Feldern 8 ist hier durch einen Reinwasserkollektor 22 verwirklicht, an den die einzelnen Polsterräume 6 der verschiedenen Filterfelder 8 über Verbindungen 21 angeschlossen sind. In diesen sind einschiebbare Abschlußorgane 23, z. B. Dammbalken, vorgesehen, durch die die Fi!'.; f.lder — beispielsweise zu Revisionszwecken — einzeln von dem übrigen System getrennt werden können.

Im folgenden sei die Durchführung einer Rückspülung in einer der neuartigen Anlagen kurz beschrieben. Während des Filtrationsbetriebes gelangt das Rohwasser durch die Rohwasserzuführleitung 1 über das geöffnete Rohwasserventil 2 und den Rohwassereintritt 26 in den Überstauraum 3 eines Filterfeldes 8. Nach Durchströmen der Filtermasse 4 und des Filterbodens 5 sammelt sich das filtrierte Wasser in den Polsterräumen 6; aus diesen strömt es über die Überfallkante 9, durch welche die Überstauregelung gewährleistet wird, in die Entnahmekammer 11, von wo es durch die Leitung 12 einer weiteren Verwendung oder einem Vorfluter zugeleitet wird. Während des Filtrationsvorganges bleiben die Abschlußorgane 15 für die Spülluft 19 bzw. für das Schlammwasser geschlossen. Ist eine Spülung eines Filterfeldes 8 erforderlich, so wird an diesem die ■> Rohwasserzufuhr durch Schließen des Rohwasserventils 2 unterbrochen, woraufhin das die Filtermasse 4 iiberstauende Wasser sich bis auf das Niveau A des Überlaufs 9 absenkt. Das groß dimensionierte Abschlußorgan 19 wird rasch geöffnet und bewirkt ein

κι schnelles Absinken des Flüssigkeitsspiegels im zu spülenden Filterfeld 8 auf das Niveau B; bedingt durch den Druck aus der Niveaudifferenz A-B beginnt aus dem kommunizierenden System des Polsterraumes 6 bzw. des Kollektors 22 aufsteigendes Wasser die Filtermasse 4 des zu spülenden Filterfeldes 8 im Gegenstrom zu durchsetzen und dieses zu spülen.

Im nächsten Schritt fördert das Gebläse 13 nach raschem Schließen des Organs 19 Spülluft über die Verteilleitung 14 und das geöffnete Absperrorgan 15

:o zusätzlich zum bereits fließenden Wasser durch die Filtermasse 4. Diese Luft-Wasser-Spülung dauert so

lange an, bis der Überstau im Filter wieder das Niveau A erreicht hat.

Nach dem Schließen des Absperrorgans 15 in der

^ Druckluftleitung 17 wird das Ventil 19 der Abschlämmleitung 16 wieder geöffnet, bis sich der Wasserspiegel über der Filtermasse 4 wiederum auf das Niveau B abgesenkt hat Der erneut einsetzende Spülwasserstrom trägt die vom Filterkorn gelösten Verunreinigungen aus

jo der Filtermasse 4 nach oben aus; die Verunreinigungen werden, zusammen mit dem Spülwasser durch die Letungen 16 und 20 aus der Anlage weg- und beispielsweise einer eigenen Aufbereitung oder Verwertung zugeführt. Das nunmehrige Schließen des

^)s Organs 19 beendet den Spülprozeß; das anschließende öffnen des Rohwasserventils 2 leitet den Filtrationsprozeß wieder ein.

Im Falle von Mehrschichtfiltern ist die zweite Spülwasserphase stets auch gleichzeitig die Trennphase für unterschiedliche Filtermedien. Deshalb wird in diesen Fällen die Druckdifferenz A-B größer bemessen, so daß trotz des Druckverlustes beim Durchströmen des Filterbodens 5 und der Filtermasse 4 die notwendigen, für die Trennung der unterschiedlichen Kornfraktionen

⁴^ notwendigen Spülwassergeschwindigkeiten erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rückspülbare Schnellfilteranlage zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren parallelen Filterfeldern, in denen eine körnige Filtermasse aufgeschüttet ist und Filterböden diese Masse von mindestens einem Polsterraum zum Sammeln und Ableiten des Filtrats trennen, wobei eine einen statischen Druck erzeugende Oberlaufkante die in einem kommunizierenden System untereinander verbundene Polsterräume der Filterfelder gegen eine Entnahmekammer abschließt, und wobei ferner jedem Filterfeld eine Abschlämmöffnung für die Ableitung der verunreinigten Rückspülflüssigkeit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die Niveauhöhe (A) der Überlaufkanle (9) so hoch über derjenigen (B) der Abschlämmöffnung (10) liegt, daß der statische Druck zwischen beiden Niveauhöhen (A, B) bei einer Rückspülung eines Filterfeldes (8) den Rückfluß einer bestimmten Menge an Filtrat als Spülflüssigkeit aus den kommuzierenden Polsterräumen (6) gewährleistet, und daß

2. die Anzahl (n) der parallelen Filterfelder (8) mindestens um eins größer ist als das Verhältnis der Rückspülgeschwindigkeit (r) zur Filtriergeschwindigkeit (f)dvr Anlage, d.h. (n = 1 + r/f).

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polsterräume der einzelnen Filterfelder (8) durch einen Kollektor (22) verbunden sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Polsterräume (6) mit dem Kollektor (22) mittels Abschlußorganen (23) abschließbar sind.