DE8411302U1 - Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gasströmen - Google Patents
Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten und/oder GasströmenInfo
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Description
A3KU219Ol-a
FilLter zum Behandeln von einer öder mehreren
Flüssigkeiten und/oder Gasströmen
A k &zgr; &ogr; GmbH
Wuppertal
Wuppertal
Die Erfindung betrifft ein Filter zum Behandeln von einer
oder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gas strömen, vorzugsweise von Flüssigkeitsströmen; welche aus mindestens zwei
in Fotna einer Spirale gemeinsam aufgewickelten, in radialer
Richtung abwechselnd groben und feinen Filtermaterial-Xiägen,
von denen das grobe Filtermaterial eine Durchlässigkeit für größere und das feine Filtermaterial eine Durchlrßir
kleinere Partikel besitzt, besteht.
derartiges Filter kann mehr öder weniger aus der in Figur 2 der Japanischen Patentanmeldung 56 &Ogr;87 415
dargestellten AusfÜhrungsfonn als bekannt angesehen werden.
&Ggr; &Pgr;
- 2 - A3KU219O1-Ä
Das bekannte Filter dient 2um Reinigen von Wasser ein··
Aquariums» wobei die Anschlüsse sun Zuführen und Abführen
des 2u behandelnden bzw. dato behandelten Wassere an d«n
gegenüberliegenden Kopfenden des nah«au zylindrischen
ßpiralfilterpaktae angeordnet sind. Da· bekannter Filter
ist derart aufgebaut/ daß die grobe Filterlage sum Abfiltern
von groben Partikeln und die feine Filterlage zum Abfiltern der feinen Partikel dient. Bin Nachteil
dieses bekannten Filters ist» daß der grüßte Veil der zu
behandelnden Flüssigkeit lediglich in der Fliehe der groben Filtesrlage strömt, weil die Neigung de· Wassers
gering ist» durch die feine Filterlage au streuen.
Diese Neigung wird ntit anwachsender Verschmutzung während des Betreibens des Filters immer kleiner. Insofern werden
die kleineren Partikelchen nicht aus der Flüssigkeit abgefiltert. Das bekannte Filter arbeitet also nicht
besonders zufriedenstellend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb» ein
Filter der eingangs genannten Art zur Verfugung zu stelle»
bei welchem die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Das erfindungsgemäße Filter soll derart aufgebaut sein»
daß ein großer Anteil der Wasserhauptstromes in diesem
Filter in radialer Richtung auch durch, die feinen Filterlagen
hindurchgeht..
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes
Filter dadurch gelöst,
- daß die Filterlagen überwiegend aus Vliesen aus synthetischen Fäden und/oder Fasern bestehen,
- daß jede grobe Filterlage eine Dielte von 5 bis 5&
ff ·
I ■ « C
A3Kü219Ol-a
jede feine Filterlage eine Dicke von 1 bis 20 mm aufweist,
- daß der weiter unten definierte Strömungswiderstand
R1 der groben Filterlagen bzw. R2 der feinen Filterlagen
im reinen, unverschmutzten Zustand im Bereich von O
< R1 < 25 kPa>
sec bzw. 0 <. R9OOOO kPa· see liegt,
m2 m2
- daß der weiter unten definierte Grad der Offenheit O1
der groben Filterlagen bzw. O2 der feinen Filterlagen im
reinen, unverschmutzten Zustand bei 0,95< °i^ 1 bzw.
0,8<02 < 1 liegt,
- daß im reinen, unverschmutzten Zustand des Filters die Durchlässigkeit der groben und feinen Filterlagen, gemessen
für nahezu kugelförmige Teilchen des Durchmesser D1 für
die groben bzw. D2 für die feinen Filterlagen, derart ist,
daß D1 < 10 mm und D2
< 1 mm ist, und
- daß das Filter derart aufgebaut ist, daß mindestens einer der zu behandelnden Massenströme in das Spiralfilterpaket
von der äußersten Manteloberfläche her zugeführt und in Kern des Spiralfilterpakets abgeführt wird oder umgekehrt.
Eine bevorzugte Ausführungeform des erfindungsgemäßen
Filters zeichnet eich dadurch aus, daß pro Windung des
Spiralfilterpakets das Verhältnis der Stromungswiderstände R1 zu R2 und der Lagendicken der groben zu den feinen Filterlagen
derart ist, daß der Anteil vom gesamten Maesenstrom,
welcher in radialer Richtung durch eine Windung im reinen,
unversehmutzten Zustand fließt, größer ale 50%, vorzugsweise
größer als 90t ist. Der genannte Anteil von gesamten Massenstrom pro Windung kann durch folgende Formel annähernd
berechnet werdent
•I ■···
■ ·
«t
oo
ItD IU
A3KU21901-a
1 +
Wsi
&khgr; 1OO%, wobei
in m, und r der Radius der Windung in m ist.
Günstige Ergebnisse können erreicht werden durch ein Filter, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die
grobe Filterlage überwiegend von einem Flächengebilde aus
synthetischen, beispielsweise aus Polyamid oder Polyester bestehenden, schnei&zgr;gesponnenen Fasern, welche hauptsächlich
in stark gekrümmtem Zustand vorliegen, in ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind und einen Durchmesser von
0,2 bis 1,5 mm aufweisen, gebildet wird. Derartige Flächengebilde und ein Verfahren zur Herstellung dieser Flächengegebilde
ist in der DB-PS 25 30 499 beschrieben. Die feine Filter- lage wird erfindungsgemäß überwiegend von einem Faservlies
gebildet, bei dem die, beispielsweise aus Polyäthylenterephthalat bestehenden, bevorzugt gekräuselten Fasern
einen Titer von 1 bis 50 decitex besitzen, derart willkürlich zueinander angeordnet sliid, daß die Dichte 0,01
t 2
bis 0,25 g/cm beträgt, und diese Fasern mit Hilfe eines
Bindemittels, beispielsweise auf Basis Polyacrylat, miteinander verbunden sind. Eine zweckmäßige erfindungegemäße
Ausführungsform des Filters ist dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralfilterpaket 3 bis 100 Windungen enthält, und die
Läng· des Spiralfilterpakets parallel zur Windungeachse der
&Ggr; &Pgr;
- 5 - A3KU21901-a
das feine erf indungsgemöße Filtermaterial Mikroorganismen
enthält/ kann es zur Realisation von verschiedenen Prozessen
eingesetzt werden. Eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters ist dadurch gekennzeichnet,
daS es eine Menge einer mit dem zu behandelnden Massenstroms in Kontakt kommenden organischen Substanz/ beispielsweise auf
Basis von Methanol oder Calciumstearat, welche Substanz unter Einfluß von als Katalysator wirkenden Mikroorganismen in der
Lage ist« in den zu behandelnden Massenströmen vorhandene Nitrate zu denitrieren, enthält. Eine einfache Ausführungsfön.
hiervon ist erfindungsgemäß dadurch ausgezeichnet, daß das Filter Methanol enthält, welches in einen Behälter mit
einer flüssigkettsdurchlässigen, beispielsweise aus Nylon
bestehenden Wand eingebracht ist. Das Methanol wird auf diese Weise über die flüssigkeitsdurchlässige Wand allmählich
freigelassen und reagiert mit dem in dem zu behandelnden Fluid anwesenden Nitrat derart, daß Stickstoffgas und COj
gebildet werden. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters ist dadurch gekennzeichnet, daß in IhB
Calciumstearat enthaltende Granulate verteilt sind. Dadurch, daß das Calciumstearat nur schwer löslich ist, wird es auch
nur allmählich freigesetzt und reagiert dann mit dem anwesenden Nitrat, so daß Stickstoffgas und CO2 gebildet
werden.
Das erfindungsgemäße Filter ist besonders geeignet zum Reinigen von Wasser aus Aquarien, speziell aus Seewasseraquarien,
aus Fischweihern oder anderen. Fische, Schildkröten oder andere Wassertiere enthaltenden Behältnissen.
&Ggr; &Pgr;
- 6 - A3KU219O1-3
Das erfindungsgemäße Filter kann auch vorteilhaft zum Entfernen
von Staubpartikeln aus Gasen eingesetzt werden.
Vor allen Dingen kann das erf indungsgemMfle Filter mit
Vorteil verwendet werden zum Ausführen von biochemischen umsetzungen, beispielsweise das umsetzen von Ammonium
zu Nitrat, das ansetzen von Zucker zu Methan oder von Zacker zu Alkohol, und bei ähnlichen Prozessen. Auch kann das
erfindungsgemäße Filter dazu eingesetzt werden, daß auf biologischem Wege unerwünschte, beispielsweise stark
Gestank verbreitende Substanzen aus einem Gasstrom entfernt
werden. Sowohl bei den beiden letztgenannten Prozessen als auch bei der beschriebenen Dinitrierung wirken die
Mikroorganismen als Katalysator.
Das erfindungsgemäße Filter besteht aus einer optimalen
Kombination und Anordnung von zwei verschiedenen Filtermaterialien mit speziellen Strömungswiderstanden. Das
grobe Filtermaterial hat nunmehr keine oder nahezis keine
filtrierende Funktion. Die Filtration von groben und feinen Partikeln wird hauptsächlich im feinen Filtermaterial derart
erreicht, daß die Filtration von kleinen Partikeln in dez nach einiger Betriebezeit mäßig verschmutzten Lage
ndtMAkroorganisraen.statfcfindet, währcmd die größeren Partikel
an einem anderen Platz im P^ltarpaket in den noch relativ
reinen Gebieten des feinen Filtermaterial· gebunden
• · · t at &igr;· tit«
<a
&Ggr; &Pgr;
- 7 - A3Kü21901-a
. lang· fltandaeit alt folge einer großen Sohmutsaufnahme-
kapazltat bei geringem Druckabfall, . gute Kombination einer biologiechen mit einer mechanischen
filtration für grobe und feine Partikel,
. kein Aultreten von sogenannten "Kurzechlußetrömen" und
toten Koken,
. intensive Wechselwirkung zwischen flüssigkeit, Gas und festem Stoff/
. intensive Wechselwirkung zwischen flüssigkeit, Gas und festem Stoff/
* sehr variabel in der Dimensionierung und optimierbar für
ein weites Anwendungsgebiet,
* das Filter kann auf einfache weise mit bewegungsunfähigen
Mikroorganismen oder anderen Partikeln und Substanzen* welche spezielle Funktionen aufweisen, beladen werden,
* die erf indungsgemlBe splralenf örnige Filterpatrone kann
leicht aus dem filtergehäuse herausgenommen werden und
IMBt sich leicht reinigen.
Es zeigern
Filter,
Figur 2 das Filter gemäB Figur 1 in eine» Querschnitt
Figur 2 das Filter gemäB Figur 1 in eine» Querschnitt
quer zum Einlauf,
Figur 3 eine Vorrichtung zur Bestioteung des Strcmangswider-*
Figur 3 eine Vorrichtung zur Bestioteung des Strcmangswider-*
Standes dös groben Filtersaterials,
Figur 4 eine vorrichtung zur Bestimmung des Stroarongswiderstandes
des feinen Filtermaterials.
&Ggr; &Pgr;
- &bgr; - A3KU219O1-3
In figur 1 wird de· Gehäuse von einer soliden» aus Kunststoff
bestehenden zylindrischen Hülse 1 gebildet, welche an Ihrem äußeren umfang einen Binlaufsohlltz 2 für die au behandelnde
Flüssigkeit aufweist. An den beiden Kopfenden der Hülse 1 sind Oeokel 3 und 4 vorgesehen. Durch den Deckel 4 hinduroh
erstreckt sich eine Auelaßröhre S* Die Auelaßröhre 5 steckt
in nicht dargestellter Weise mit dem anderen Ende im Deekel Die Auelaßröhre S weist auf dem Teil, welcher sich innerhalb
der Hülse 1 befindet, Über die gesamte Länge eine große An«
zahl von Einlaßöffnungen 6 auf. Innerhalb der Hülse 1 befindet sich das Spiralfilterpaket, welches in dieser Ausführungsform
hauptsächlich aus einer groben, sehematisch mit sinusförmigen Linien angegebenen Filterlage 7 und einer
feinen Filterlage 8 besteht, die hler mit einer dicken
schwarzen Linie angegeben ist. Die grob· und die feine Filterlage
sind zusammen spiralenförmig aufgewickelt. Zur Vereinfachung sind in der dargestellten Ausführungsform lediglich
sieben Windungen dargestellt. In Wirklichkeit kann die zahl der Windungen zwischen 5 und 100 liegen. In der vorhergehenden
Beschreibung und in den Ansprüchen werden verschiedene Ausdrücke benutzt, die im folgenden näher definiert werden
sollen.
Der Strömungswiderstand IL dcx groben Filterlage im reinen,
unverschmutzten Zustand wird für Hasser unter ZuMlfenahpe
einer Vorrichtung gemessen, welche schematised in Figur 3
dargestellt ist. In dem zylindrischen Gef&ft 9 ist Zentral
eine transparente, mit einer vertikalen MeSeinteilung versehene
Röhre IO eingesetzt, um welche eis Stuck de* groben
Filtermaterials 11 zusammen mit einer flüssigkelteäiebten
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&Ggr; &Pgr;
- 9 - A3KU21901-a
Kunststoffolie in 10 Windungen gewiekelt let. Zur Vereinfachung
sind in Figur 3 lediglieh 5 Windungen dargestellt* Der Anfang der auf diese Weise hergestellten doppelten
Spiralwicklung ist mit der Röhre 10 verbunden/ wobei die
Röhre 10 an der Verbindungsstelle eine axiale Nut 13 aufweist. Die Röhre 10 ist zusammen mit der doppelten Spiral"
wicklung auf de» Boden des Gefäßes 9 in eine Schicht Sand 14 eingesetzt, welche als Abdichtung für das untere Ende
der Röhre 10 und der doppelten Spiralwicklung dient. Wird nun eine konstante Menge reinen Wassers pro Zeiteinheit
der zentralen Röhre 10 in Richtung des Pfeiles 15 zugeführt, stsömt das Wasser über die Nut 13 in Form einer Spirale durch
das grobe Filtermaterial 11. Das Gefäfi 9 ist mit einer Auslaßöffmutg
16 in einer Höhe A über der Sandoberfläche ausgestattet, so daß das Wasser das Gefäß 9 durch diese öffnung '
16 (Pf(Ul 17) verläßt. Das Flüssigkeitsniveau 27 in dem Gefäß 9 außerhalb der aufgewickelten Spirale ist durch den
Ort der genügend groß dimensionierten Auelaßöffnung 16
festgelegt. Infolge des auf das das grobe Filtermaterial
spiralförmig durchströmende wasser wirkenden Widerstandes
steigt das Flüssigkeitsniveau 18 in den einzelnen Windungen
der Spirale scfczessiye. von außen nach innen an. Die Höhendlffmrenz
B zwischen dem Zulaufniveau 26 in der Röhre 10 und dem Flössigkeitsniveau 27 in Gef &B 9 außerhalb der
SjKf&äi&e! fet ein Mal für den Drucskverlust des durch das
s-piraXig aufgewickelte grobe Filtermaterial 11 fließenden
Wassers» Der Druckverlust B kann in Zentimeter Wassexs&ule
gemessen werden und durch Umrechnung in kPa ausgedruckt
werden. Der Wert des Strömungswiderstande« R1 ist definiert
durch die Formel
■ L
• I t···
r H
Io -
worin B die in Figur 3 angegebene Höhendifferens in kP&/
L die getarnte Lunge des gcefeen Filtermaterial*, gemessen
in Richtung der Spirale* in &agr;, und V die Geschwindigkeit des Wassers in n/see ist, mit welcher dft· Wasser .
spiralförmig durch das spiralförmig aufgewickelte grobe
filtermaterial 11 otrömt. Die Geschwindigkeit V kann berechnet werden mit Hilfe der formel
wobei Q der in Richtung des Pfeiles IS augefOhrte konstante
Wasserstrom in m*/see,und S1 die Dlek· -der groben·
Filteraateriallage 11, gemessen in eine« ftiohtung senkrecht
zur Oberfläche dieses Piltermaterials, in a ist (sielte
auch Figur 3). Erfindungsgemifi ist nun gefunden worden,
dae der auf diese Weise bestimmte Strömungswiderstand A1
dieses groben Filtermaterials in Bereich ve»
O < R1 -<
25 liegt.
m^
Der Strömungswiderstand R2 für Wasser der feinen Filter lage
im reinen, unverschmutzten Zustand wird Mit einer Vorrichtung gemessen, welche in Figur 4 scnematisch dargestellt.
ist. Hierbei ist in einem Gefäft 19 eine au« stvei feilen
2O und 21 bestehende Rölire angeordnet, frischen die
der beiden Röhrenteile 20 und 21 ist ein Stück des.
Filtennaterials 22 eingespannt. Oberhalb dieses Filtermaterials
22 wird in Richtung; des Pfeile» 25 eine konstante
Menge reinen Wassers pro Zeiteinheit zugeführt. Die führte Wassermenge pro Zeiteinheit wird »it Q
und m3/sec angegeben. Nachdem Sss Wasser m&
····· &igr; · ·&igr; »rr
· · Ii ti ■■ ■
&Ggr; &Pgr;
- 11 - A3Kü21901-a
22 durchlaufen hat, erreicht es über die Röhre 21 das
GBfäß 19, in welcher eine Abflußöffnung 23 vorgesehen ist.
In Richtung des Pfeiles 24 läuft dann das Wasser aus dem Gefäß 19. Die Höhe E der Wassersäule (siehe Figur 4) ist
abhängig von dem Widerstand des Filtermaterials 22. Die Größe des Stromungswiderstandes R2 des feinen Filtermaterials
ist nun definiert durch die Formel
&rgr; - E kPa· see ,
K2 " V &khgr; s, 2
2 m
2 m
wobei E der in Figur 4 angegebenen Niveauunterschied, gemessen in cm Wassersäule und umgerechnet in kPa,
V die Wassergeschwindigkeit in m/sec, mit welcher das Wasser durch das feine Filtermaterial 22 strömt, und so die Dicke
des Filtermaterials 22 in Meter ist. Die Wassergeschwindigkeit V wird berechnet mit Hilfe der Formel
-F
(dimeneionelOB) beetinnt werden, wobei Vt das
,L J
2 I
worin Q die beschriebene Wasserzuführmenge in m /sec, I
und F der Durchmesser des eingespannten Filtermaterial 1st. |
ErfindungsgemHß hat sich herausgestellt, daß der auf diese |
Weise bestimmte Strömungswiderstand R2 dieses feinen Filter- \
materials im Bereich von |
O < R2 < 3000 J
liegt. * I
Der Grad der Offenheit O1 bzw. O2 des groben bzw. des feinen
Filtermaterial!» kann durch die Formel
·· ·· ft t
• ·
·■ · in tie &phgr;* &bgr;
&Ggr; "1
- 12 - A3K0219Ol-a
gesamte Umfangsvolumen des entsprechenden Filtermaterials,
das heiSt Länge &khgr; Breite &khgr; Dicke, und V das darin
enthaltene Offenvolumen ist, welches dem gesamten ümfangsvolumen (V^) des betreffenden Filtermaterials vermindert
um das Volumen der Fasern des betreffenden Filtermaterials entspricht. Das Volumen Vfc der Filtermateriallagen wird
also dadurch bestimmt, daß die äußeren Dimensionen der entsprechenden Teile des Filtermaterials gemessen werden.
Das Volumen der Fäden wird dadurch bestimmt, daß dasselbe Stück des entsprechenden Filtermaterials in Wasser in einem
Meßbecher oder einem Meßglas derart eingetaucht wird, daß keine Luft eingeschlossen ist, und der Hasserstand vor und
nach dem Eintauchen des Filtermaterials abgelesen wird.
Zur weiteren Erläuterung werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Filters beschrieben.
Zur Reinigung des Wassers eines Aquariums mit 400 dm
Inhalt, welches mit 15 ausgewachsenen Sumpfschildkröten bevölkert ist, wird ein erfindungsgemäßes Filter mit einer
Länge von 40 cm und einem Durchmesser von 15 cm in eine zylindrische PVC-Röhre mit denselben Abmessungen
eingesetzt. Die PVC-Röhre ist mit einem 3O ca langen und etwa 3 cm breiten Schlitz versehen. Die PVC-Röhre war an
dem einen Kopfende mit einem dichten Deckel abgeschlossen, und am anderen Kopfende mit einem Deckel versehen, durch
welchen eine Ablaufröhre mit 3 cm Innendurchmesser eingeführt war. Diese Ablaufröhre erstreckte sich in das hohle
Zentrum des Filterpakets über eine Strecke von etwa 5 on.
L J
&Ggr; - 13 - A3KU21901-a &lgr;
Im Filterpaket bestand die große Filtermateriallage aus
einem im dter DE-PS 25 30 499 beschriebenen Flächengebilde
mit einer Dicke von 0,7 cm und die feine Filtermateriallage aus einem Polyester-Faservliec mit einer Dicke von 0,3 cm.
Die beiden Filtermateriallagen waren spiralförmig miteinander zusaaismeuigewickelt, und zwar derart, daß im Zentrum ein Hohlraum von 3 cm Durchmesser gebildet wurde, um welchen 7 Windungen
jeder Lage gewunden waren. Die innerste Hindung bestand aus dem Faservlies und die äußere Hindung aus dem in
der DE-PS 25 30 499 beschriebenen Flächengebilde. Das Filter wurde
nach unten in das Aquarium gelegt und an eine Pumpe mit 600 dm3/h
Durchsatz angeschlossen, wobei das Hasser über eine Sprühdüse
und gegebenenfalls über ein biologisches Filter zurückgeftiart
wurde. Nach ein bis zwei Tagen war das stark verschmutzte Aquarium vollständig klar. Bei dem mit Sumpfschildkröten
dicht bev Jlkerten Aquarium hatte das Filter eine Standzeit
von zwei bis drei Monaten. Zur Reinigung wird das Filterpaket einfach aus dem Gehäuse geschoben und aufgerollt.
Mit einem harten Hasserstrahl auf das Filtermedium wird der
Schmutz abgespült. Danach werden die Lagen wieder aufgerollt und in das Gehäuse geschoben, so daß das Filter wieder gebrauchsfähig
ist. Der gesamte Strömungswiderstand dieses Filterpakets bewegte sich bei dem genannten Durchsatz
von 5 cm Wassersäule im reinen Zustand bis zu 30 cm Wassersäule im Verschmutzungszustand, wobei im Verechmut2ungszustand
insgesamt 15Og Schmutz, bezogen auf Trockensubstanz, ermittelt wurde. Hierbei war die Schmutzverteilung
im Filter derart, daß in den äußersten Windungen 300 g/m Filterlage und in den innersten Lagen lediglich
etwa 50 g/ma, jeweils bezogen auf Trockensubstanz, enthalten
waren.
L _!
&Ggr; &Pgr;
- 14 -
Eine abgewandelte Ausführungsform des oben beschriebenen Filters wurde zur Reinigung von einem Aquarium oder «einer
von 5 bis IO m3 Inhalt eingesetzt.
Hierzu wurden zwei vergleichbare Filter hergestellt, welche
jeweils ein Meter Länge und 15 cm Durchmesser aufwiesen. Der gesamte Durchsatz durch die Pumpe über beide Filter
betrug ca. 3 000 dm*/b. Gegebenenfalls kann das Wasser Ober eine Fontäne zurückgeführt werden. Das große Aquarium war
bevölkert mit etwa 10 ausgewachsenen Karpfen und anderen großen Fischen. Nach drei Tagen hatte die Sichttiefe von
10 auf 300 cm zugenommen. Die Fontänendüse wurde gegen Verstopfung
geschützt. Die Reinigung des Filters war nach zwei Monaten notwendig.
Im Weiher, welcher in der freien Natur lag und stark mit Algen bewachsen war, wurde mit ca. 1000 dmJ/h zirkuliert.
Nach einer Woche hatte die Sichttiefe von 15 ca bis zur Sicht auf den Boden (75 cm) zugenommen. Die Reinigung war
in den Sommermonaten einmal pro Monat erforderlich, In tier übrigen Zeit einmal pro drei Monate.
In einer anderen Ausführungeform wurde ein Filter an ein
Aquariuta mit 200 dta* Inhalt und ca. 60 kleinen tropischen
Fischen angeschlossen. Dieses filter war 2o cn lang und
hatte einen Durchmesser von 18 cm. Da» Wasser wurde tibtir
dieses Filter zirkuliert mit einem Durchsatz von ca. 150 dm /h. Die Standzeit dieses Filters betrug mehr ale ein
Jahr, bevor eine Reinigung notwendig
L &igr;
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&Ggr; &Pgr;
- 15 - A3KO2l9Ol-a
Fttr «in tropische· seewasseraquarlum wurde ein· Kombination
von drei verschiedenen Filtereinheiten eingesetzt. Da«
Aquarium war alt einer Gemeinschaft von Korallen, Korallenfischen,
ieeanemonen und verschiedenen krebsartigen Tieren
bevölkert. Bine derartige Oenelnsehaft let aehr empfindlich
gegenüber Versehmutaungen. Bein liniatz einer biologischen
• Filtration kann eich mit der Seit Mitrat bilden, welche« fttr die feinfühligen Tiereorten aohSdlioh ist. Auch l»t eine
intensive Belüftung erforderlich, «m fttr eine ausreichende
SauerstoffVersorgung des Wasser» st, ssrgen. Außerdem au!
dafttri.geeorgt werden/ defl ein relativ hoher »irkulationsflue
das Waoeer in Bewegung hält. Das Filter beetent aus
drei Einheiten, wovon eine fttr die neehaaieehe Filtration
(A), eine andere fttr die biologische Denitrierung (B)
und eine weitere fttr die biologische Oxidation von Kohlenstoff-
und Stickstoffverbindungen (Nitration} (6) vorgesehen
ist. In einer der Ecken dieses Aquariums war eine» sehrige
Abschottung mit einen Oberlaufrand vorgesehen. Zn der Mitte des abgeteilten dreieckigen Raumes war ein überlaufioeh
vsn4 cm Durehmesser. Die H6he des Sanies war SO en. An das
Oberlaufloch war eine äuhxe-dicht angeschlossen. Die Oberkante der Röhre war offen. Diese Öffnung befand sieh 1 em
unterhalb der Abflufiecke. Die Röhre wies etwa. 20 tochetr
mit einem Durchmesser von 2cm über ihre XAnge auf» Auf
dieser Röhre waren zwei separate, erfindungsgenftfie ßt»iralfilterpak#te
angeordnet. Jedes iaket enthielt sieben
Windungen, wobei die &u£erste gxobe Filtexnateriallage aus
einem in der de-ps 25 30"499 besdhriebeaen Flächengebilde
die drei Winde des abgetrennten Raumes berührte* Das untere und das obere Ende der Pakete waren durch runde
PVC-Scheiben verschlossen, welche über die Abführröhre
-L _J
■ *
&Ggr; &Pgr;
- 16 - A3KU21901-a
geschoben werden konnten. Das untere Paket war 10 cm hoch
und das obere Paket 37 cm hoch. Im Anschluß an das untere Paket war eine Plastikröhre angeordnet. In dieser Rühre
befand eich eine kleine Öffnung von ca. 0,5 on Durchmesser,
wodurch der Wasserabfluß durch das untere filter auf etwa
15 dm /h begrenzt war, während durch das obere Paket ca«
400 dmVh abgeführt werden konnten. Das obere Paket hatte
die Funktion der mechanischen Filtration. Bei einer zu großen Verschmutzung konnte das Wasser direkt über die obere
öffnung der Abflußrohre strömen» In diesem Fall war es
erforderlich, das mechanische Filter zu reinigen.
Das untere Filterpaket hatte die Funktion der biologischen Denitrierung. Om dies zu erreichen, wurde in einen Teil
def groben Filterlage ein Plastiksaek eingesetzt, ia welchem
sich 100 ml Methanol befand. Das Material des Plastiksackes war derart permeabel, daß diese 100 ml Methanol in ca.
3 Monaten aus dem sack herausdifundierten. Die feine Filterlage war mit 1 g Bakterien beladen, die in Salzwasser in
Anwesenheit von Miethanoi für die umsetzung von ttitrat zu
Stickstoff gasen sorgten. Die in Flocken gebundenen Bakterien werden in die Poren dieses feinen. Filtermaterial durch
Eintauchen des Filtermaterials in eine diese Flocken enthaltende suspension und'in Salzwasser eingebunden« Danach
kann das Filterpaket montiert werden. Das Wasser aus den
beiden Spirälfiltern wird unter dem Aquarium Über eine
Röhre zu einer rotierenden Sprühdüse gefördert. Der Düsenarm war mit Löchern versehen, und zwar in der Weise, dafi
er infolge des. Wasserdruckes rotierte. Dieser Sprüharm war oberhalb eines dritten Doppellagenspiralfilterpaketes
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• t · . a a .
&Ggr; &Pgr;
- 17 - A3Kü21901-a
mit einer Höhe von 30 em und einen Durchmesser von 30 on
montiert. Dieses Paket war in eine PVC-Röhre mit dem
gleichen Durchmesser eingesetzt und am oberen Ende verschlossen. Am unteren Ende dieser PVC-Röhre war ein
Verschluß mit einer Abflußröhre von 2,5 cm Durchmesser angeordnet. Auf dem Verschluß unterhalb des Pakete war
eine Lage von grobem Filtermaterial eingesetzt. Die obere Seit« dee Paketes war mit einigen Lagen des Filtermaterial
s abgedeckt. Die Abflußröhre erstreckte sieh etwa 10 cm nach unten und endete über einea Wasserreservoir
mit 25 dm1 Inhalt, dessen Abmessung 20 &khgr; 40 &khgr; 40 cm
betrug. In dieses Reservoir war eine Tauchpumpe gesetzt»
die das Wssser über einen Schlauch mit eine» Durchsatz
von 420 dia'/h in das Aquarium zurückpumpte. Durch das freie Abtropfen des Wassers durch die Abflußröhre über 10 cm
wurde Luft mitgezogen. Diese Luft wurde über das erfindungsgemäße-Spiralfilterpaket/
vorzugsweise Über die grobe Flltermateriallage, und über Zuführöffnungen an den Aufen-Xianfcel
dwe Filterpaketee geleitet. Auf. diese Weise wurde
das !filter automatisch belüftet* Durch die Kombination von Sprünaxtft und Belüftung dureh das Filterpaket wird das
Wasser vollständig mit. Sauerstoff gesättigt. In der Struktur
der feinen Matrix (Polyesterfaservlies) siedelten sieh spontan verschiedene Mikroorganismen zur Oxidation von
organischen Stoffen» Ammonium und Sulfiden, an. Dattit die
sicher arbeiten, ist es
daß zunächst, das mechanische Filter and das biologische
Filter mit dem Sprüharm installiert werden· Nach einigen
Wochen kann dann unter das mechanische Filter das atiaerobe denitrierende Filter angebracht werden. Sollten
eventuell Sulfide, Nitride oder organische Stoffe ans den
It·
• ·
&Ggr; &Pgr;
18 - A3Kü21:)01-a
aneroben Filter freikommen/ werden die·· dann duroh das
belüftete biologische filter zurückgehalten. Abhängig von der Ammoniunproduktion in Aquarium war die Standzeit
de· denitrierenden Filter· zwei bi· d&rei Monate. Danach
mufi in dieses Filter ein neue· SMekohen mit Methanol eingebracht
werden. Die beiden anderen Filtereinheiten hatten eine Standseit von mehr als einem Jahr. Der Kaum im Wasserreservoir
kann teilweise mit kleinen Korallen oder Muaehelstüekehen
befällt werden, wodurch die Wasserhärte und des Säuregehalt des Wassers auf konstanten Niveau gehalten
werden. Sollte die Pumpe ausfallen* läuft das Reservoir
solange voll mit Wasser, bis das Wasserniveau in Aquarium
unter den Oberlaufrand abgesackt ist. Der Einsatz von Methanol als organische Substanz hat den Vorteil* das dabei
keine umsetzung von Sulfat zu Sulfid auftritt.
Das erfindungsgemäBe Filter kann auch vorteilhaft bei einer Biogasvorrichtung eingesetzt werden. Beispielsweise wird
hierfür ein erfindungsgemäfies Doppellagenspiralfllter»
paket mit 15 Windungen, einem Durchmesser von 34 cat und
einer Länge von 50 cm eingesetzt. Die feine Filtermaterial·* lage, beispielsweise ein Faservlies, wird mit ca. IOD g
Methan-Fennentations-Bakterien pro Quadratmeter durch eine!
Immobilisationsprozedur beladen. Das Filterpaket wird
senkrecht einige Zentimeter tief in einen zylindrischen· Wassertank eingetaucht. Vom unteren £nd& de» FütffiQpalgfc»
hohlraumes wird aber einen ttberfIuB Wasser abgefühxt.
Die Flüssigkeitszufuhr erfolgte über die AuBenseite des
tanks. Mit einem umgekehrten zylindrischen Tank wird da&
Filterpaket von der Luft abgescMossen» vstiä das Mofa«
aufgefangen und Über ein nasses Gasmeter abgeführt. Die:
„ «3
- 19 - A3KU219Ol-a
Rückführung des Wassers kann über eine Pumpe bewerkstelligt
werden.
Bei einer solchen Vorrichtung werden pro Tag 30 cm3
Abwasser mit einem Gehalt von etwa 2O g/dm3 Glykose,
Acetylsäure oder einer anderen gärfähigen organischen . Verbindung zugefügt. Zran Hasser wird Natronlauge hinzugefügt,
um die entstehenden Kohlendioxide und Mineralien für das Wachstum der Bakterien zu neutralisieren. Beim
Durchlauf durch das Filter sanken die Werte des chemischen Sauerstoffverbrauches (CZV-Werte gemäß NEN 3235-5.3)
» 3 3
des Wassers von 21 g/dm auf O,8 g/dm , wobei 200 dm
Biogas pro Tag mit einem Gehalt von ca. 80t Methan produziert wurde. Der Ausfluß dieser Vorrichtung enthielt weniger als
HO mg/dm suspendierte Substanzen. Die Leistung einer solchen Vorrichtung betrug etwa 2 bis 5 m* Biogas pro
mJ Reaktorvolumen pro Tag.
Ein wichtiger Vorteil der speziellen Ausführungaform und
Struktur des erfindungsgem&ßen Spiralfilterpaketes besteht darin« daß die zu behandelnden Flüssigkeiten überall in
Filter geteilt werden in radiale und tangentiale Ströme, abhängig vom Verschmutzungsgrad, wonach die beiden Ströme
wieder zusammengeführt und aufs Neue geteilt werden usw. Diee wird dadurch verursacht, daß in reinen Filter der
Wideretand gegenüber der radialen Strömung quer zu den
Filterlagen wesentlich kleiner ist als der Widerstand gegenüber den tangentialen Fluß. Der Wideretand dee
feinen Filtermaterial· ist lediglich abhängig von Verechmutxungegrad
nach einer gewieien Betriebeieit, während
der Widerstand von groben Filtermaterial nicht wesentlich von der Verschmutzung des Filters beeinflußt wird. Auf diese
L _J
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•II« · · III
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&Ggr; &Pgr;
- 2&ogr; - A3KU21901-a
Weise überwiegt automatisch in den reinen Windungen die
radiale Strömung, während in den verschmutzten !{indungen, die
tangentiale Strömung überwiegt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen .Filterpakets
besteht darin, daß je nach Menge der zu behandelnden Flüssigkeit und der Beschaffenheit und der Menge des
Schmutzes, welcher in dieser zu behandelnden Flüssigkeit enthalten ist, und je nach zulässigem Widerstand über.das
gesamte Filterpaket die Anzahl der Windungen und die axiale Länge des Filters auf einfache Weise optimiert werden kann.
In der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters,
welcher Mikroorganismen enthält, können Mikroorganismen künstlich oder spontan erzeugt werden, welche spezielle
StoffWechselfunktionen besitzen, beispielsweise Erzeugung
von Methan, Wasserstoff, Alkohol, Denitrierung, Nitrierung und Biodegradation.
Das erfindungsgemäße Filter unterscheidet sich von den
bekannten Filtern speziell dadurch, daß der Träger aus einer
in einer speziellen Anordnung vorliegenden Faserstruktur besteht, welche gewährleistet, daß die Flüssigkeit dureh sie
und durch einen großen Teil der Lage der in der Faeer-Btruktur enthaltenen Biomasse hindurchfließt, anstatt an
einer auf einem nicht permeablen Träger befindlichen Schleimmasse vorbeizufließen. Das Ergebnis ist ein sehr
intensiver Kontakt während des Betriebes und außerdem eine effektivere mechanische Filtration.
L J
&Ggr; &Pgr;
- 21 - &Agr;3&Kgr;&Ogr;219&Ogr;1-»
Ein «eiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemäBen
Filtere besteht darin, daS bei Auftreten einer Verschmutzung in einem Teil des Filters die mechanische Filtration von
sich aus von einem anderen Teil des Filters mit oder ohne Biomasse übernommen wird. Dabei wird die zu. behandelnde
Flüssigkeit zum Ende hin in stets geringerem MaBe durch die verschmutzten Teile strömen, so daß kein großer Druckaufbau
erfolgt. Die Strömung der zu behandelnden Flüssigkeit ist ausnahmslos derartig, daß die relativ stark verschmitzten
Teile in ständigem Kontakt mit der Flüssigkeit bleiben und dabei die Funktion einer biologischen Filtration
behalten-erhalten bleibt.
Nach einer gdwj ssen Anlaufphase des erfindungsgemäßen
Filters soll in einigen Teilen des Filters die Flüssigkeit
hauptsächlich längs einer Lage Biomasse strömen, in anderen Teilen soll das Medium durch eine weniger dichte
Lage Biomasse und in wieder anderen Teilen durch eine relativ reine Struktur mit gröberen Poren hindurchströmen.
Der Vorteil hiervon ist, daß die erfindungsgemäBen Filter eine relativ lange Standzeit aufweisen, bevor eine
Reinigungsspülung erforderlich wird, wobei während der Standzeit der Druckanstieg über das gesamte Filter nur
wenig zunimmt. Darüber hinaus ist zur gleichen Zeit eine sehr intensive biologische Funktion und eine starke
mechanische Filtration für Partikel sehr unterschiedlicher Größe möglich. Die lange Standzeit des erfindungsgemMBen
Filtere ist günstig für die biologische Behandlung, weil
dadurch eine günstige Lebenszeit der Biomasse gewährleistet int.
L J
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&Ggr; "1
- 22 - A3KU219Ol-a
In dent erflndungsgemäBen Filter stellt sich von selbst
die gewünschte Veränderung des Strömungsprofils in den Teilen starker Verschmutzung ein. Die Flüssigkeit wird
in stets geringerem MaBe durch die dichte Lage Biomasse hindurchströmen und in stets größerem MaBe längs dieser
Lage mit einer viel nrößeren Geschwindigkeit entlangströmen.
Insofern wird das Absetzen von Schmutz in bereiteverschmutzte Teile immer geringer werden, so daß diese Teile
nicht vollständig verstopfen und Ober lange Zeit in Funktion bleiben.
Heitere wichtige Vorteile des erfindungsgemäBen Filters
sind das geringe Gewicht und die steife selbsttragende Struktur des Filterpakets, so daß kein Einknicken des
Filterträgermaterials auftritt, wie auch, soweit erforderlich,
die einfache Regeneration des Materials bei auftretender starker Verschmutzung. Ein weiterer Vorteil dieses
Filters ist, daß durch richtige Auswahl des Materials Bit Hilfe einer einfachen Immobilisationsprozedur spezifische
Mikroorganismen in den Träger eingebracht werdes können.
Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Ausführungsfonnen
Anwendung finden.
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Ii I · I
Claims (9)
1. Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten
und/oder Gasströmen, bestehend aus mindestens zwei in Form einer Spirale gemeinsam aufgewickelten,
in radialer Richtung abwechselnd groben und feinen Filtenaaterial-Lagen, von denen das grobe Filtermaterial
eine Durchlässigkeit für größere und das feine Filtermaterial ein* Durchlässigkeit für kleinere Partikel
besitzt, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Filterlagen (7, 8) überwiegend aus Vliesen
aus synthetischen Fäden und/oder Fasern .beetehvai«
- daß jede grobe Filterlage (7) eine Dicke von 5 bis
50 mm, jede feine Filtarlage (8) eine Dicke von 1 bis
20 mm aufweist,
- daß der in der Beschreibung definierte Strömungswiderstand R1 der groben Filter lagen ,47) bzw. R2
der feinen FlIterlagen (8) im reinen, unverschämtzten
Zustand im Bereich von 0 < R, < 25 ***'■ sec bzw.
0 < R, < 3000 ***' sec liegt,
- daß der in der Beschreibung definierte Grad der Offenheit O1 der groben Filter lagen (7) bzw. O2 der
feinen Filterlagen (8) im reinen, unvereohmutsten
Zustand bei 0,95 < O1 < 1 bzw. 0,8 < O2
< 1 lieft,
&Ggr; &Pgr;
- 2 - A3KD21901-a
- da B im reinen, unverschmutzten Zustand des Filters
die Durchlässigkeit der groben und feinen Filter lagen, gemessen für nahezu kugelförmige Teilchen des Durchmesser
D1 für die groben bzw. D2 für die feinen Filterlagen,
derart ist, daß D- -< IO ram und D. <
1 nmi ist, und
- daß das Filter derart aufgebaut ist, daß mindestens einer der zu behandelnden Massenströme in das Spiralfilterpaket
von der äußersttwi Manteloberfläche her
zugeführt und im Kern des Spiralfilterpakets abgeführt
wird oder umgekehrt.
2. Filter nach Anspruch 1, derart aufgebaut, daß pro Windung des Spiralfilterpakets das Verhältnis der
Strömungswiderstände R1 zu R2 und der Lagendicken der
groben zu den feinen Filterlagen derart ist, daß der Anteil vom gesamten Massenstrom, welcher in radialer
Richtung durch eine Wandung im reinen, unverschmutzten
Zustand fließt, größer ale 50%, vorzugsweise größer als 90% ist.
3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die grobe Filterlage
<7) überwiegend von einen Flächengebilde aus synthetischen, beispielsweise aus
Polyamid oder Polyester bestehenden, schvelzgesponaenen
Fasern, welche hauptsächlich in stark gekrümmtes Zustand
vorliegen, in ihren Kreuzungepunkten miteinander verbunden sind und einen Durehneeser von 0,2 bis 1,5 an
aufweisen, gebildet wird.
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&Ggr; &Pgr;
- 3 - A3KU219O1-«
4. Filter naoh Anaprueh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die feine Filtarlage (&bgr;) überwiegend von einen
faservlies gebildet wird, bei den die, beispielsweise
auf Polyethylenterephthalat bestehenden, bevorsugt
gekräuselten Paaem einen Titer von 1 bis So deoitex besitzen, derart willkürlich zueinander angeordnet sind,
daß die Dichte 0,01 bis 0/25 g/on3 beträgt, und diese
fasern mit Hilfe eines Bindemittel«, beiapieleweiae auf
Basis Polyaeryiat, miteinander verbunden sind«
5* filter nach einem oder mehreren &*r Aneprüehe 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, das das Spiralfilterpaket 3 bis 100 Windungen enthält und die Lunge des Spiralf
ilterpakets parallel zu der tfindungeachse der Spiralform
S bis 500 cm beträgt.
6. filter naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dafi das feine Filtermaterial (&bgr;)
Mikroorganismen enthält.
7. filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet» daß es eine Menge einer mit den
zu behandelnden Massestroms in Kontakt kommenden organischen
Substanz beispielsweise auf Basis von Methanol oder Calclumstearat, welche Substanz unter BinfluB von als
Katalysator wirkenden Mikroorganismen in der Lage ist,
in den zu behandelnde» Masseströeen vorhandene Hitrate
zu denitriere», enthält.
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&Ggr; &Pgr;
- 4 - A3KU21901-a
8. Filter nach Anspruch 7# dadurch gekennzeichnet, daß das
Filter Methanol enthalt, welches in einen Behälter mit
einer flttseigkeitedurchlMeeigen, beispielsweise aus
Nylon 6 bestehenden Wand eingebracht ist.
9. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in ihn Calciumstearat enthaltende Granulate verteilt
sind.
L J
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DE8411302U Expired DE8411302U1 (de) | 1983-04-29 | 1984-04-11 | Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gasströmen |
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- 1984-04-11 DE DE3413551A patent/DE3413551A1/de active Granted
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