DE8411302U1 - Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gasströmen - Google Patents

Filter zum Behandeln von einer oder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gasströmen

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DE8411302U1
DE8411302U1 DE8411302U DE8411302U DE8411302U1 DE 8411302 U1 DE8411302 U1 DE 8411302U1 DE 8411302 U DE8411302 U DE 8411302U DE 8411302 U DE8411302 U DE 8411302U DE 8411302 U1 DE8411302 U1 DE 8411302U1
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Description

A3KU219Ol-a
FilLter zum Behandeln von einer öder mehreren Flüssigkeiten und/oder Gasströmen
A k &zgr; &ogr; GmbH
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&
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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
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A3KU21901-a
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&khgr; 1OO%, wobei
R1 und R2 definierte Ströroungswiderstände, S1 und S2 die Lagendicken der groben bzw. feinen Filterlagen
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
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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
Spiralform 5 bis 500 cm beträgt.
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
Nichtige Vorteile des erfindungsgemäflwn Filtere eindt
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&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/
* 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.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten sehematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigern
Figur 1 ein in ein Gehäuse eingebautes erfindungsgemäBee
Filter,
Figur 2 das Filter gemäB Figur 1 in eine» Querschnitt
quer zum Einlauf,
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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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
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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.
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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&
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&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 ,
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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
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(dimeneionelOB) beetinnt werden, wobei Vt das
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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- \
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liegt. * I
Der Grad der Offenheit O1 bzw. O2 des groben bzw. des feinen Filtermaterial!» kann durch die Formel
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&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.
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&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.
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&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
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- 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 &bull; 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
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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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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
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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:
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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)
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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
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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.
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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.
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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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Claims (9)

SchutzansDrüche
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,
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- 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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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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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.
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