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Filtrationsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Filtrationsverfahren, das in erster Linie zur Gewinnung der im Filter- kuchen gesammelten Trübstoffe dient, und wel- ches eine wesentliche Erhöhung der pro Zeit- einheit erzielbaren Filterleistung sowie eine Verlängerung der Filtrationsperioden ermöglicht.
Es sind bereits Filter mit einer periodisch arbeitenden Rückspülvorrichtung bekannt, welche von Zeit zu Zeit in Betrieb gesetzt wird und den
Filterkuchen von der Filtermembran abwirft.
Hiebei war man z. B. bemüht, die Rückspülung stossartig mit so grosser Energie vorzunehmen, dass der abgeworfene Schlamm im Trübraum verwirbelt wird ; er sedimentiert dann und kann z. B. am Boden des Trübraumes abgezogen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass der Filtrationsvorgang periodisch durch Rückspülimpulse solcher Impulshöhe unterbrochen wird, dass der vorher gebildete Kuchen von der Strömung an vielen Stellen perforiert und kurzzeitig von der Filtermembran abgehoben wird, aber der Filtermembran vorgelagert bleibt.
Hiebei wölbt sich die Filtermembran und löst sich vorübergehend vom Filterkuchen ab, der gleichzeitig durch Risse in Bruchstücke aufgeteilt wird, zwischen denen die Trübe in der nachfolgenden Filtrations-Teilperiode neue, unmittelbare Zugänge zur Membran findet. Wie die Untersuchung zeigt, erfolgt dann der weitere Aufbau des Filterkuchens überwiegend von der Membranseite aus ; im Gegensatz zu den bekannten Filtrationsverfahren werden also die neu auf das Filter gebrachten Feststoffteilchen in jeder Filtrations-Teilperiode im wesentlichen zwischen die Filtermembran und den schon bestehenden Filterkuchen eingebaut.
Die Rückspülimpulse können z. B. durch Rückspülen von Filtratflüssigkeit oder eines andern, zweckdienlich fluiden Mediums erzeugt werden. Die optimale Dauer und die Höhe der Rückspülimpulse müssen von Fall zu Fall erprobt und den physikalischen und chemischen Eigenschaften der zu verarbeitenden Trübe angepasst werden. Das Zeitverhältnis zwischen Impulsabstand und Impulsdauer soll mindestens 3 : I betragen, kann aber in den meisten Fällen 50 : I bis 1000 : I bemessen werden. Als Dauer des Rückspülimpulses genügen meist 0, 2-10 sec. Die Höhe des Impulses wird vornehmlich durch den Rückfluss und die Dauer des Impulsstosses gegeben. Gewöhnlich braucht die Strömungsgeschwindigkeit im Rückspülimpuls nicht wesentlich höher zu sein als während der Filtration.
Durch die beschriebene Arbeitsweise kann man überraschenderweise über lange Zeiten eine praktisch konstante Filtrationsgeschwindigkeit erzielen. Normalerweise nimmt die Filtrationsgeschwindigkeit bekanntlich mit fortschreitendem Kuchenaufbau ab ; die Kurve, welche die Gesamtmenge des erzielten Filtrates in Abhängigkeit von der Dauer des Filtrationsprozesses darstellt, besitzt daher angenähert parabolische Gestalt. (S. Fig. 2, Kurve a).
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhält diese Kurve jedoch praktisch lineare Gestalt, von der sie erst bei sehr grossen Kuchendicken etwas nach unten abweichen kann.
(Fig. 2, Kurve b.) Bei Verwendung von Filtrat für die Rückspülung entsteht eine sägezahn- ähnliche Kurve, deren Maximum-Punkte wiederum auf einer Geraden liegen. Die Filtrationszeit für eine bestimmte Filtratmenge kann durch das neue Verfahren auf etwa die Hälfte oder noch weniger verkürzt werden, obwohl durch jeden Rückspülimpuls eine gewisse Menge Filtrat in den Trüberaum zurückbefördert wird.
Die Erfindung sei im folgenden an Hand zweier Zeichnungen sowie eines Beispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schema einer beispielsweisen Vorrichtung zur Durchführung des erfindunggemässen Verfahrens ; Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der erzielten Wirkung.
Gemäss Fig. l ist das Rührgefäss T, welches die zu filtrierende Suspension enthält, mit dem Filter F über ein magnetisch gesteuertes Vierwegventil V und eine Filterpumpe P verbunden.
In der gezeichneten Stellung des Vierwegventils saugt die Pumpe P die Suspension aus dem Rührkessel T an und drückt sie in das Filter F.
Die Membranen M des Filters F sind horizontal etagenweise übereinander angeordnet und von je einem Blechring umgeben ; die unter den einzelnen Membranen liegenden Filtratsammelräume sind über radiale Bohrungen mit dem
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Zentralrohr Z verbunden, aus dem das Filtrat dem Hochbehälter B zuströmt.
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Kontakt, welcher bewirkt, dass der zylindri- sche Ventilkörper des Ventiles V magnetisch so weit nach rechts gezogen wird, dass seine Bohrungen in die gestrichelt angedeutete Lage kommen. Wie man erkennt, saugt dann die Pumpe P Trübe aus dem Filter F an und drückt sie in den Behälter T zurück ; in der betreffenden Saugleitung liegt eine einstellbare Drossel D.
Das Uhrwerk U sei beispielsweise so eingestellt, dass es jede Minute einen Kontakt von 1 sec Dauer gibt. Die Dauer des Rückspül-Impulses beträgt dann zirka 1 sec ; die Höhe des Impulses kann an der Drossel D eingestellt werden.
Filtriert man mit konstantem Vordruck zuzunächst in normaler Weise-also bei angehaltenem Uhrwerk U ohne Rückspül-Impulse - so entsteht die Kurve a, wenn man gemäss Fig. 2 die Menge des im Behälter B gesammelten Filtrates in Abhängigkeit von der Zeit aufträgt ; diese Kurve ist wohlbekannt und hat angenähert parabolischen Verlauf. Setzt man nun in irgendeinem Punkt C das Uhrwerk U in Lauf, so dass eine Minute später der erste Rückspül-Impuls eintritt, so wird die Kurve schon nach wenigen Impulsen hochgebogen und verläuft dann weiterhin im Sinne des Astes "b" in der Gesamtheit praktisch linear. Solange die periodischen Rückspül-Impulse erfolgen, wird also jetzt die gleiche Menge Filtrat pro Minute gewonnen.
Man erkennt, dass hiebei nach Fig. 2 in 10 Minuten etwa 20 l Filtrat anfallen, während nach der normalen Filtrationsmethode in 20 Minuten
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von 123 cm2, und die Membran besteht aus einem Baumwolltuch. Der angewandte Druck wird konstant auf 1,5 au gehalten.
Es werden zwei Versuche durchgeführt, von denen der erste ohne, der zweite mit Anwendung des neuen Prinzips der Rückspülung erfolgt. Im zweiten Versuch beträgt das Verhältnis von Rückspül- zu Filtrationszeit 1 : 45 sec/sec. Es wird nach 5 Minuten Normalfiltration mit der ersten Rückspülung begonnen.
Die nachfolgende Tabelle sowie die Fig. 3 geben die erhaltenen Resultate wieder.
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<tb>
<tb>
Filtrationszeit <SEP> (Min) <SEP> Filtratmenge <SEP> (Liter)
<tb> Filtrationszeit <SEP> (Min) <SEP> Versuch <SEP> 1 <SEP> Versuch <SEP> 2
<tb> 2,5 <SEP> 1,8 <SEP> 1,9
<tb> 5, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 7, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 10, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> I <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 12, <SEP> 5 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 15, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 20, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> 12, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 25, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 16, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 30,0 <SEP> 8,0 <SEP> 19,8
<tb> 35, <SEP> 0 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 23, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 40, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 2 <SEP> 26, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
Ein Vergleich der beiden Versuche zeigt eindeutig,
dass mittels des neuen Verfahrens eine wesentliche Steigerung der Filtrationsgeschwindigkeit erzielt werden kann. So beträgt z. B. die Geschwindigkeit nach dem Filtrieren
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ausmacht.