DE69107522T2 - Vorrichtung zum Abführen des Waschwassers aus einem Filter mit körnigem Filtermaterial und gleichzeitigem Waschen mit Wasser und Luft. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Waschwasser aus Filtern mit körnigem Filtermaterial und zur Rückgewinnung von während des Waschens vom Wasser mitgerissenen Partikeln aus körnigem Material.
• Das Waschen von Filtern aus körnigem Filtermaterial, das nach einer gewissen, mehr oder weniger langen Betriebsdauer des Filterns notwendig wird, wird üblicherweise durch den Rücklauf der Waschflüssigkeiten ausgeführt. Mehrere Wascharten sind bekannt, nämlich reiner Wasserrückfluß oder Flotation der Filtermasse allein mit Luft und Spülung mit Wasser ohne Luft oder kombiniertes Waschen mit gleichzeitiger Injektion von Luft und Wasser in die Masse. Die letzte Art des Waschens ist besonders vorteilhaft, da sie bedeutendere Bewegungsenergien und verminderte Waschzeiten einsetzt. Sie wird seit langem eingesetzt, um Sandfilter zu waschen. Ihre Effizienz muß heute nicht mehr nachgewiesen werden. Bis heute jedoch konnte das kombinierte Waschen mit Luft und Wasser (oder hydropneumatisches Waschen) bei Filtern aus leichten Materialien oder mit mehreren Schichten nicht in einfacher Weise angewendet werden. Tatsächlich haben leichte Materialien, wie Anthrazit, eine geringe Dichte im Bereich von 1500 kg/m³. Es tritt also während der Phase der Reinigung mit Wasser und Luft ein Flotationsvorgang der Partikel aus dem Filtermaterial auf; sobald der Pegel der Wasser- Luft-Emulsion den Überlauf der Auffangrinne für das Waschwasser erreicht, wird ein bedeutender Bruchteil der Filtermasse in den Ablauf gezogen.
• Um dies zu vermeiden, besteht eine bekannte Technik darin, die Höhe des Überlaufs zum Wiederauffangen des Waschwassers bedeutend anzuheben, so daß das mitgerissene Material vor der Einleitung in den Ablauf Zeit zum Dekantieren hat. Diese Lösung zeigt unmittelbar die Nachteile, daß sowohl die Höhe der Anlagen als auch die Dauer und das benötigte Wasservolumen erheblich zunehmen.
• Fs wurden bereits ganz allgemein verschiedene Lösungen zu dem Problem des Wiederauffangens und der Abführung des Wassers vorgeschlagen, das zum Waschen des granulären Filtermaterials von Filtern der in Betracht gezogenen Art, welchen Typs auch immer, gedient hat, insbesondere wenn die Filtermasse aus einem Material geringer Dichte besteht, ohne daß das Wiederauffangen und die Abführung dieses Wassers von einer ungewollten Mitnahme von Material begleitet ist.
• Eine dieser Lösungen (US-A-4.479.880) besteht darin, die Wiederauffangrinne des Waschwassers mit Systemen auszustatten, die die aufsteigenden Luft- und Wasserströmungen ablenken. Die solchermaßen abgelenkten Strömungen gelangen gegenüber von Platten, die einen horizontalen, perforierten und einen geneigten Bereich aufweisen.
• Das mitgerissene Material trennt sich über der perforierten Platte von Luftblasen, mit den es verbunden ist, und dekantiert zum Filterbett in dem Bereich, der durch den geneigten Bereich der Platte begrenzt ist.
• Diese Lösung zeigt zahlreiche Nachteile, deren wichtigste die folgenden sind:
• Die zunächst abgelenkte Luft steigt entlang der geneigten Platten nach oben und durchquert die perforierte Platte, wobei sie eine Abdämmung des Abflußes zum Überlauf der Rinne hervorruft und das dekantieren des Materials zum Filterbett verhindert. Der sogenannte Dekantierungsbereich wird also in Turbulenz versetzt und die Dekantäerung des Materials wird unmöglich. Im Gegenteil werden die von der Luft getrennten Materialpartikel von neuem in diese Turbulenz zum Überlauf mitgerisden.
• Eine andere bekannte Lösung (US-A-4.478.726) besteht aus einer Vorrichtung, die aus einer gegenüber dem Überlauf einer Auffangrinne für Waschwasser plazierten horizontalen Platte gebildet ist. Das aufsteigende Wasser und die aufsteigende Luft werden unter diesen Bedingungen durch die Platte gegenüber dem Überlauf abgelenkt. Das Material löst sich von Luftblasen am Ende der Platte, dekantiert dann auf ihrem horizontalen Abschnitt und kehrt mittels eines senkrecht zum Überlauf eingerichteten Freiraums zum Inneren des Filters zurück. Die wichtigsten Nachteile einer solchen Vorrichtung sind die folgenden:
• - Die Luft, die am Ende der Platte abgeführt wird, ruft wie in der vorhergehenden Lösung eine Abdämmung des Abflusses zum Überlauf und vor allem eine starke Turbulenz in dem Bereich hervor, in dem die Dekantierung der Materialpartikel von statten gehen müßte, wodurch sie wieder in Suspension versetzt werden.
• - Überdies beschränkt die horizontale Platte einen Dekantierungsbereich, der sehr groß angelegt sein muß, denn die Dekantierungsgeschwindigkeiten der verwendeten Filtermaterialien sind gering, und die Partikel werden vom Umwälzstrom erfaßt. Damit die Dekantierung stattfinden kann, muß die Platte außerordentlich große Abmessungen aufweisen.
• - Die unter der Platte angesammelte Luft kann nicht evakuiert werden. Diese Luftmenge, die im Lauf des Waschens immer größer wird, verhindert das Rezirkulieren der Materialpartikel zum Filterbett. Es entsteht also eine Materialanhäufung senkrecht zum Überlauf und das Material wird demnach zum Überlauf und von da aus zum Abfluß mitgerissen.
• - Sobald das Waschen mit Luft und Wasser gestoppt wird, bleibt eine bedeutende Menge an Material auf der Platte liegen, ohne daß eine Rückführung zur Filtermasse möglich wäre. Dieses Material kann nur durch die zusätzliche Einrichtung von komplizierten oder teuren Spül- oder Kehrvorrichtungen entfernt werden.
• Wiederum eine weitere Lösung (US-A-4.076.625) besteht in einer Vorrichtung, mit der die Auffangrinnen für das Waschwasser ausgestattet werden, in Form von symmetrischen Stromstörern, die zur Ablenkung des Abflusses von Luft und von Wasser dienen
• Wenn es dank dieser Vorrichtung auch nicht zu einer Anhäufung von körnigem Material kommt, so zeigt diese Vorrichtung nichtsdestotrotz einen größeren Nachteil während der Spülphase. In der Tat ist auch das Spülwasser, das aus dem Filter das Resultat der Reinigung mit Luft und mit Wasser entfernen soll, durch die Stromstörer abgelenkt. Der Abfluß kann nur zwischen den Stromstörern erfolgen, um sich schließlich in die Auffangrinne des Wassers zu ergießen. Die während der Reinigung zwischen den Vorrichtungen, mit denen jede Rinne ausgestattet ist, angesammelte Menge an Spülwasser stellt ein bedeutendes Wasservolumen dar, das nicht ausgespült werden kann, oder zumindest nur unter Inkaufnahme einer sehr langen Spiildauer. Überdies erfolgt der Abfluß in den zwischen den zur Ablenkung dienenden Stromstörern eingerichteten Freiraum im Gegenstrom von Flüssigkeit und von Material. Die Dimensionierung dieser Ablenkungsmittel bringt Vorrichtungen mit großen Abmessungen mit sich, die iiber dem Material eine Wassersäule bedeutender Höhe benötigen.
• Schließlich können Filter mit einem einzigen langgestreckten Überlauf nicht mit einem solchen System ausgestattet werden.
• Eine letzte mögliche, bekannte Lösung (FR-A-2580515) beinhaltet eine Vorrichtung, die eine Vielzahl von vertikalen Platten oder Flächen in regelmäßigen Abstand aufweist, die im Zick Zack angeordnet und stromaufwärts eines Dekantierungsbereiches gelegen sind.
• Die während ihres Durchgangs zwischen Platten von Luftblasen getrennten Materialpartikel dekantieren in einem "Beruhigungsbereich" und kehren über einen kalibrierten, unter den Platten eingerichteten Freiraum zum Filterbett zurück. Das Waschwasser ergießt sich also hinter dem Dekantierungsbereich in eine Auffangrinne.
• Diese Lösung ist für Materialien mit einer Dichte im Bereich von 1700 kg/m³ anwendbar. Aber für Materialien mit einer Dichte im Bereich von oder unter 1500 kg/m³, deren Dekantierungsgeschwindigkeit ungefähr 50 m/h beträgt, müßte der vorzusehende Dekantierungsbereich außerordentlich bedeutende Abmessungen haben, was sich aufgrund der Herstellungskosten verbietet.
• Schließlich beschreibt DE-B-1 033 183 eine Waschvorrichtung für Filter mit körnigem Filtermaterial die gleichzeitig mit Luft und mit Wasser gewaschen werden, die folgendes aufweist: ein kalibriertes Mittel zum Sammeln und zur Evakuierung des Schmutzwassers; innere und äußere, beidseits des Mittels angeordnete Trennwände, die innerhalb der inneren Trennwände einen Bereich zur Rückgewinnung des Wassers und zwischen den inneren und äußeren Trennwanden Bereiche zur Beruhigung des Abflusses begreiizen, die die Trennung der Partikel aus körnigem Material und des abzuführenden schmutzigen Wassers durch Dekantierung im Co-Strom erleichtern, und einen Deflektor zum Vermeiden der ertubation der vorstehend genannten Bereiche durch die aus drei Phasen bestehende und im Verlauf des Waschens gebildete Mischung Wasser-Luft-körniges Material, der unterhalb der Bereiche angeordnet ist.
• Diese bekannte Vorrichtung zeigt den Nachteil daß keine vollständige Dekantierung der Partikel aus körnigem Material erreicht werden kann, von denen ein bedeutender Anteil von Luftblasen getragen direkt zum Abfluß mitgerissen wird, und daß überdies dekantierte Partikel sich zwischen den inneren Trennwänden anhäufen.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt die Erfindung eine Vorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die inneren Trennwände eine Kammer zur Abführung des aus der Filterwaschung hervorgegangenen Schmutzwassers begrenzen, die in ihrem unteren Bereich zum Durchfluß des Schmutzwassers nach dem Dekantieren offen ist, damit dieses zurückgewonnen und abgeführt werden kann, und daß der Deflektor unter und gegenüber der von den inneren Trennwänden begrenzten Öffnung angeordnet ist.
• Nachstehend werden als nicht einschränkendes Beispiel und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele dieser Vorrichtung beschrieben. Auf den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine Teilansicht einer Ausführungsform der Erfindung im Schnitt,
• Fig. 2 eine Teilansicht derselben Ausführungsform in perspektivischer Darstellung,
• Fig. 3 eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform im Schnitt,
• Fig. 4 eine Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt.
• Erfindungsgemäß und gemäß eines Merkmal es der Erfindung besteht das Mittel 11 zum Wiederauffangen des Waschwassers aus einem mit kalibrierten Löchern wie 12 ausgestatteten Rohr (Fig. 1, 2 und 4). Die Gründe hierfür werden nachstehend erlautert werden. Dieses Mittel 11 könnte genauso gut und erfindungsgemäß aus einer in ihrem oberen Bereich offenen Rinne (Fig. 3) bestehen, wobei die kalibrierten Öffnungen (12) dann in deren unterem Bereich ausgebildet wären, und sich die Ränder 18 der Rinne auf einem höheren Niveau als die inneren und äußeren Trennwände befänden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Trennwände 10 und 10a auf, die sich jeweils entweder aus einem vertikalen Bereich und einem schrägen Bereich in den ersten beiden als Beispiel gegebenen Ausführungsformen (Fig. 1, 2 und 3) zusammensetzen oder aus einem einzigen vertikalen Bereich im dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) bestehen, wobei diese Trennwände symetrisch beidseits einer vertikalen, durch die Achse des Sammelmittels 11 gehenden Ebene angeordnet sind, und die schrägen Bereiche zwischen sich einen konvergenten Winkel in den ersten beiden Ausführungsbeispielen bilden, wodurch sie zwischen sich einen Beruhigungsbereich begrenzen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ebenso zwei äußere Trennwände 20 und 20a zur Beruhigung auf, die außerhalb der eben beschriebenen, bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen parallel zu den schrägen Bereichen der Trennwände 10 und 10a, beim dritten Ausführungsbeispiel schräg und konvergent angeordnet sind, wobei die solchermaßen zwischen den Trennwänden 10 und 20 einerseits, 10a und 20a andererseits gebildeten Räume beruhigte Abflußbereiche bilden, die die Trennung von körnigem Material und Schmutzwasser im absteigenden Co-Strom befördern. Diese Bereiche können durch Rohre, dünne Streifen, Waben oder jede andere analoge Vorrichtung gebildete Trennwände aufweisen, die nicht auf den Figuren dargestellt und dazu bestimmt sind, den hydraulischen Durchmesser und folglich die Turbulenz noch weiter zu reduzieren.
• Unter der Öffnung dieser Beruhigungsbereiche ist ein beispielsweise in Form eines Rohres 13 mit polygonalem Querschnitt vorliegender Deflektor derart angeordnet, daß seine Kanten 13a die aufsteigenden Strömungen der dreiphasigen Mischung in Bereiche außerhalb der Beruhigungsbereiche ablenken.
• Die Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:
• Während die Filtration im aus körnigem Filtermaterial bestehenden Filterbett 14 von oben nach unten stattfindet, wird das Waschen des Materials von unten nach oben ausgeführt, wie es die Pfeile F zeigen.
• Die aus den Fluiden des Waschens mit Luft und Wasser und aus den Partikeln aus körnigem Filtermaterial, die während des Waschens aus der Filtermasse gerissen wurden, bestehende dreiphasige Mischung trifft auf den Deflektor 13. Unter diesen Bedingungen werden die Luftblasen außerhalb der Trennwände 20, 20a zur Wasseroberfläche 15 der Filtervorrichtung abgelenkt.
• Die Partikel aus körnigem Material, die diese Blasen mit sich zogen, gelangen anschließend mit dem Wasser, das sie mitträgt, in die Bereiche zur Trennung in absteigendem Co-Strom, die zwischen den Trennwänden 10/20 und 10a/20a ausgebildet sind. Von da aus treten sie dekantiert in einen nicht turbulenten Bereich 16 aus, wodurch die Rückführung der vom Wasser getrennten Materialpartikel zum Filterbett gefördert wird. Das Wasser fließt dann zum Auffangmittel 11 ab.
• Der erfindungsgemäße Einsatz eines Rohres mit kalibrierten Öffnungen als Auffangmittel für das Waschwasser zeitigt besondei s segensreiche technische Wirkungen.
• In der Tat ist dadurch nach dem Waschen mit Luft und Wasser die Phase der Spülung der über dem Filterbett angereicherten Schmutzwasserschichten somit erleichtert.
• Während des Spülens nur mit Wasser steigt der Durchsatz injizierten Wassers, der Druckverlust in den Löchern und der Wasserstand 15 im Filter. Bei dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 1, 2 und 4) erreicht er einen an einer Seite der Vorrichtung vorzugsweise rechtwinklig zu den Rohren angeordneten Überlauf 17. Der größte Teil des zugeführten Wassers wird also frei und direkt entlang des gesamten Überlaufs abgeführt und durchläuft die Trennungsbereiche lediglich teilweise, d.h. ohne Zunahme der Waschzeit oder der Durchsätze, durch die die bis jetzt eingesetzten Verfahren und Vorrichtungen gekennzeichnet waren.
• Im zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) erreicht der Wasserstand 15 die oberen Ränder 18 der Rinne, die somit als überlaufkanal dient. Man erreicht so während der Spülphase eine Überlauflänge, die gleich oder doppelt so groß wie die Länge der Rinnen ist, wodurch die Spülzeit und die Verwirbelungen des hydraulischen Abflusses noch weiter herabgesetzt werden.
• Um diese Funktionsweise näher darzulegen, ist eine Schnittebene in der Achse X, Y der Fig. 3 gelegt, und sind links (I) die Wasserstände beim Waschen und rechts (II) diese Wasserstände beim Spülen dargestellt.
• Allgemein zeigt die Erfindung im Verhältnis zu bekannten Vorrichtungen bemerkenswerte Vorteile.
• Der Einsatz von Trennungsbereichen hat zur Folge, daß die gesamte Vorrichtung Abmessungen aufweist, die denen der herkömmlichen Rinnen zum Wiederauffangen von Wasser aus Filtern aus körnigem Material vergleichbar sind, zum Beispiel 200 x 400 mm. Der Raumbedarf ist also reduziert, die Vorrichtung benotigt keinerlei Zunahme der Höhenausdehnung der Anlagen, der Dauer oder des Durchsatzes an Waschwasser. Daraus folgt daß sie perfekt und einfach an bestehende Anlagen angepaßt werden kann; zum Beispiel an Filter aus leichtem Material, die nicht gleichzeitig mit Luft und mit Wasser gewaschen werden konnten.
• Die Parameter, wie der Neigungswinkel der Trennebenen zur mittleren vertikalen Ebene und ihr Abstand, können angepaßt werden, um, je nach Raum und verfügbaren Möglichkeiten für jegliches dreiphasiges System eingesetzt werden zu können.
• Es folgt nun noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, daß im Fall eines Filters mit einer Oberfläche von 4 m² Anwendung findet, dessen körniges Filtermaterial eine Dichte im Bereich von 1500 kg/m³ und eine Dekantierungsgeschwindigkeit von 70 m/h aufweist. Dieser Filter wird mit Luft und mit Wasser in Durchsätzen von jeweils 60 m³/h/m² der Filteroberfläche und 5 m³/h/m² der Filteroberfläche gewaschen, dann alleine mit Wasser in einem Durchsatz von 20 m³/h/m² der Filteroberfläche gespült. Jeder Dekantierer besteht aus geneigten Platten von 200 mm Länge, die mit der Vertikalen einen Winkel von 45º einschließen und einen gegenseitigen Abstand von 5 cm aufweisen. Das Sammelrohr für das Wasch- und Spülwasser hat einen Durchmesser von 60 mm und ist regelmäßig im Abstand von 100 mm von Löchern mit 20 mm Durchmesser durchbrochen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Abführen von Waschwasser aus Filtern mit körnigem Filtermaterial, die gleichzeitig mit Wasser und Luft gewaschen werden, wie insbesondere die zur Wasserbehandlung verwendeten Filter, und zur Rückgewinnung von während des Waschens vom Wasser mitgerissenen Partikeln aus körnigem Filtermaterial, die aufweist

- ein kalibriertes Mittel (11) zum Sammeln und Abführen des schmutzigen Wassers,

- innere und äußere Trennwände (10,10a-20,20a), die beidseits des Mittels zum Sammeln angeordnet sind und innerhalb der inneren Trennwände einen Bereich zur Rückgewinnung des Wassers und zwischen den inneren und äußeren Trennwänden Bereiche zur Beruhigung des Abflusses begrenzen, die die Trennung der Partikel aus körnigem Material und des abzuführenden schmutzigen Wassers durch Dekantieren im abwärts gerichteten Co-Strom erleichtern, und

- einen Deflektor (13) zum Vermeiden der Perturbation der vorstehend genannten Bereiche durch die aus drei Phasen bestehende und im Verlauf des Waschens gebildete Mischung Wasser-Luft-körniges Material, der unterhalb der Bereiche angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die inneren Trennwände (10,10a) eine Kammer zur Abführung des aus der Filterwaschung hervorgegangenen Schmutzwassers begrenzen, die in ihrem unteren Bereich zum Durchfluß des Schmutzwassers nach dem Dekantieren offen ist, damit dieses rückgewonnen und abgeführt werden kann, und

daß der Deflektor (13) unter und gegenüber der von den inneren Trennwänden begrenzten Öffnung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Sammeln des Waschwassers aus einem Rohr (11) besteht, das mit kalibrierten Öffnungen (12) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Sammeln des Waschwassers aus einer offenen Wasserablaufrinne (11) gebildet ist, deren obere Ränder (18) sich auf einer Höhe befinden, die über der Höhe der inneren und äußeren Trennwände liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12) des Aufnahmerohres (11) derart kalibriert sind, daß das schmutzige Wasser beim Spülen nur mit Wasser in großem Durchsatz aufgrund des durch diese kalibrierten Öffnungen bestimmten Druckverlustes, der zu einer Erhöhung des Pegels des sich im Filter befindenden Wassers führt, direkt über einen Uberlauf (17) abgeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die Öffnungen (12) der Wassersammelrinne (11) derart kalibriert sind, daß das schmutzige Wasser beim Spülen nur mit Wasser in großem Durchsatz aufgrund des durch diese kalibrierten Öffnungen bestimmten Druckverlustes, der zu einer Erhöhung des Pegels des sich im Filter befindenden Wassers führt, direkt über die als Überlauf dienenden oberen Ränder (18) der Wassersammelrinne abgeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Dekantieren zwei Innenwände (10,10a) aufweist, die symmetrisch beidseits einer vertikalen, durch die Achse des Mittels zum Sammeln (11) gehenden Mittelebene angeordnet sind und zwischen sich einen nicht gestörten, nach unten offenen Bereich begrenzen, der den Rücklauf des körnigen Materials zum Filtermedium fördert, während das Wasser durch diese Öffnung zum Mittel (11) abgeführt wird, und daß das Mittel zum Dekantieren eine oder mehrere äußere strömungsberuhigende Wände (20,20a) aufweist, die den inneren Wänden zugeordnet sind und mit letzteren Bereiche zur Trennung im abwärts gerichteten Co-Strom bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen den inneren und äußeren Wänden durch Rohre, dünne Streifen, wabenförmige Trennwände oder beliebige andere Vorrichtungen abgetrennt sind, die zur Reduzierung des hydraulischen Durchmessers und damit der Turbulenz geeignet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Wande Platten sind, die parallel zum schrägen Teil der inneren Wände sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor (13) auf der Wegstrecke der dreiphasigen Mischung vor den Bereichen zur Trennung im abwärts gerichteten Co-Strom angeordnet ist, um die Luftblasen aus diesem Bereich zu entfernen und ihnen zu ermöglichen, zur Oberfläche des Filters hin zu entweichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor (13) aus einem Rohr mit polygonalem Querschnitt gebildet ist, das so angeordnet ist, daß seine Kanten zu einer Ablenkung der Luftblasen führen.