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Mit Überstaubetrieb arbeitendes Wasserfilter
Um die Durchsatzleistung von offenen Wasserfiltern zu steigern, wird der Rohwasserspiegel über den Filtern erhöht, d. h. die Filter werden mit Überstau ausgeführt, um die benötigte Druckhöhe zu erhalten. Die mit normalem Stau arbeitenden offenen Wasserfilter sind so gebaut und müssen so betrieben werden, dass der Wasserspiegel des zu filterden Wassers üblicherweise etwas über der Filterschicht jedoch keinesfalls höher als die Überlaufkante der Zulaufrinne bzw. Spülrinne liegt.
Sobald offene Filter so gebaut sind und benutzt werden, dass der Wasserspiegel des zu filterden Wassers über der Überlaufkante der Zulaufrinne bzw. Spülrinne liegt, wird das Filter mit Überstau betrieben. Hiezu werden die Begrenzungswände des Filters hochgezogen, und der dadurch entstehende Raum über dem Filter wird mit dem zu reinigenden Rohwasser angefüllt. Dabei hat man, insbesondere beim Spülvorgang, eine unverändert gute Kontrolle über die Gleichmässigkeit und Wirksamkeit der Filterfläche. Das Wechseln des Filtermaterials und das Ausheben von Schlammnestern geht ebenfalls in gleich einfacher Weise wie bei Filtern ohne Überstau vonstatten.
Nachteilig ist, dass durch das grössere Wassergewicht des Überstauraumes eine Mehrbelastung der Fundamente und der unteren Tragelemente eintritt, die eine verstärkte Ausführung dieser Teile erforderlich macht.
Es wurde nun gefunden, dass man in vorteilhafter Weise diese notwendige Verstärkung der Fundamente zu einer Leistungssteigerung durch eine Vergrösserung der Filterfläche der mit Überstau arbeitenden offenen Wasserfilter ausnutzen kann. Die Erfindung besteht darin, dass bei einem mit Überstau arbeitenden, aus mehreren Teilfiltern bestehendem offenen Wasserfilter, im Überstauraum der unteren Teilfilter liegende und von dessen Begrenzungswänden einer Seite dieser Teilfilter getragene zusätzliche obere offene Teilfilter vorgesehen sind.
Da der zur Durchsatzerhöhung notwendige Staudruck nur von der Stauhöhe, d. h. von der Druckdifferenz zwischen Ablauf und Rohwasserspiegel, abhängt, jedoch nicht von der Staufläche, lässt sich der bisher nur vom Wasser erfüllte Stauraum erfindungsgemäss durch eine zusätzliche, im Stauraum liegende Filterfläche nutzen. Damit wird die insgesamt vorhandene Filterfläche grösser als die Baugrundfläche. Um nicht einen Energieverlust durch die notwendige Pumparbeit für das Rohwasser zu erhalten, muss die Stauhöhe bei Durchtritt durch das Filterbett ganz als Reibungsverlust durch entsprechende Durchsatzgeschwindigkeit aufgebraucht werden. Es kann auch ein Teil der Stauhöhe als Zulaufdruck für die Reinwasserpumpen benutzt werden, wobei mit oder ohne Einschaltung der Reinwasserzellen gearbeitet werden kann.
Bei Nutzung eines Teils der Stauhöhe als Pumpenzulaufdruck kann durch Absenkung des Zulaufdruckes eine bestimmte Durchsatzmenge noch länger gehalten werden. Damit kann insbesondere bei Betriebszeiten mit stark verschmutztem Rohwasser der verkürzten Standzeit (Fahrperiode zwischen 2 Filterrückspülungen) entgegengewirkt werden. Die einfache Sichtmöglichkeit auf die Filterfläche, die vor allem beim Spülvorgang erwünscht ist, und die Möglichkeit, am Filterbett und Filterboden ungehindert zu arbeiten, bleibt bestehen. In den verfügbaren Endstauräumen des Filters können Nebeneinrichtungen, wie Wasserzulauf, Verteilungskanal und Siebtrommeln, raum- und kostensparend untergebracht werden.
Die erwähnten Vorteile werden ohne oder mit einer nur geringen Gewichtsmehrbelastung auf Baukörper und Baugrund erhalten und bedeuten eine Verminderung spezifischer Baukosten. Auch wenn z. T. die Einbauten gewichtsmässig die verdrängte Wasserlast übersteigen, so wird in der Regel dies ohne Verstärkung des Filterfundamentes übernommen werden können, da die Gesamtlast notwendigerweise durch die Filterbauweise auf eine grosse Fläche verteilt wird. Ausserdem kann durch Mitverwendung der an sich notwendigen Filtertragkonstruktion für die Einbauten in der Regel noch eine Verringerung des Bauaufwandes gegenüber der getrennten Erstellung erzielt werden.
In Fig. 1 ist die Nutzung des Stauraumes durch den Einbau einer zusätzlichen oberen Filteretage gezeigt. In der Filterteilung A sind die Verhältnisse bei Betrieb dargestellt. Das über einen nicht einge- zeichneten gemeinsamen Rohwasserverteiler den einzelnen Filtern zugeleitete und auf dem Niveau M gehaltene Wasser geht durch die Filterschichten 1, die Filterböden 2 in die Sammelräume 3 und Abfluss- räume 4, um von dort über entsprechende Leitungen mit den notwendigen Armaturen in das Reinwasser- sammelbecken 5 zu gelangen, von wo es den Verbrauchern zugeleitet wird. Dieser grundsätzliche Verlauf der Filterung des Wassers ist für das obere Filter D und untere Filter E gleich.
Bei erfindungsgemässer
Filterbauweise kann somit unabhängig von der Filtergrösse die bisher allein vorhandene untere wirksame
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Der Abstand der Seitenwände der oberen Filter gegeneinander muss so sein, dass ein Bedienungsmann zum Arbeiten oder Beobachten in die unteren Filter einsteigen kann. Dies gilt ebenso für den Abstand zwischen Oberkante Spülrinne 6 und Unterkante oberer Filter. Ausserdem muss auch eine einfache Beobachtungsmöglichkeit des unteren Filterbettes, insbesondere während des Spülvorganges, bestehen. In Filterteilung B ist der Spülvorgang (Spiegel o) des unteren Filters dargestellt. Von der Beobachtungshöhe C aus (höchstens Unterkante obere Filteretage) besteht ein guter Überblick über die Filterfläche und den Filterspülvorgang.
Um die Beobachtung des Spülvorganges wie bisher in einfacher Form vornehmen zu können, ist z. B. die Verwendung eines einfachen Spiegelperiskopes mit Beleuchtung geeignet. Dies kann dann jeweils nach Bedarf in das zu spülende Filter, das von Rohwasser frei ist, von oben eingebracht werden und erlaubt die Beobachtung des unteren Filters. Hiebei kann von einer Beobachtungsbühne aus die Beobachtung der unteren und oberen Filterfläche direkt erfolgen. Bei notwendigen Arbeiten kann auch am unteren Filterbett praktisch in gleich einfacher Weise wie bisher bei offenen Filtern gearbeitet werden.
In Fig. 2 ist das Druckverlaufdiagramm bei Durchtritt des Wassers durch ein oberes und unteres Filter, wie in Fig. 1 dargestellt, aufgezeichnet, wobei praktisch die einzigen Widerstände bei Vollbetrieb durch die Filterschicht 1 und gegebenenfalls den Filterboden 2 gegeben sind, was an der Ordinate angedeutet ist.
D ist Filterschicht 1 und Filterboden 2 des oberen Filters, E die gleichen Einrichtungen des unteren Filters. Ausgehend vom statischen Druckverlauf III, beginnend an der Wasseroberfläche M, wird sich im oberen Filter D bei ungehindertem Durchsatz und kraftschlüssigem Abfluss in das Reinwassersammelbecken (Spiegel N) der Druckverlauf 10 einstellen (F bedeutet den Atmosphärendruck). Der Druckverlauf des unteren Filters E und zur vorgenannten Bedingung ist entsprechend lu. Durch entsprechende Einrichtungen und Betriebsweise muss nach dem Spülen für Entstehung und Aufrechterhaltung des notwendigen Vakuums G gesorgt werden.
Der maximale Unterdruck bei 10 stellt sich entsprechend der Höhendifferenz zwischen Rohwasserspiegel M, Reinwasserspiegel N und Höhenlage des Sammelraumes (nach Boden 2) ein und muss noch einen hinreichenden Abstand zum entsprechenden Dampfdruck des Wassers haben. Dies ist bei üblichen Verhältnissen und den sich ergebenden Mindesthöhendifferenzen normalerweise der Fall. Nur wenn Wasser mit merklich erhöhter Temperatur gefiltert wird (heisses Betriebsabwasser), könnte hier eine Beeinträchtigung erfolgen. Soll aus betrieblichen oder anderweitigen Gründen der Durchfluss durch die Filterflächen geringer gehalten werden, als er sich bei dieser Bauweise und ungehindertem Durchfluss einstellen würde, so ergibt sich ein Druckverlust entsprechend IIo und llu.
Es ist somit noch ein Überdruck H, bezogen auf den Reinwasserspiegel N, vorhanden, der abgedrosselt werden muss, wenn dorthin das Wasser abgeführt wird und der Wasserspiegel N dem Luftdruck ausgesetzt ist. Diese Druckhöhe kann jedoch genutzt werden, wenn das Reinwassersammelbecken 5 unter entsprechendem Überdruck steht oder die Filter in getrennten Saugleitungen direkt an eine Pumpe angeschlossen werden und die Leitungen somit als Zulaufhöhe zur Pumpe genutzt werden. Im letzteren Fall stellt das Reinwassersammelbecken 5 nur einen als Reserve dienenden Vorratsbehälter dar, der auch zum Liefern des Filterspülwassers dienen kann sowie zur Aufnahme des Reinwassers beim Absenken und Anstau (vor und nach dem Spülen) des Rohwasserspiegels.
Dieser Zeitraum ist geeignet, das filtrierte Wasser in den Vorratsbehälter laufen zu lassen, da ja nicht die gleiche Druckhöhe wie bei den in Betrieb befindlichen Filtern vorhanden ist. Da das zum Spülen notwendige Wasser zweckmässigerweise aus dem Vorratsbehälter entnommen wird, wird damit auch wieder das Spülwasser ersetzt. Wie üblich kann der Wasservorratsbehälter auch als Wasserreserve in Störungsfällen dienen.