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Filteranlage mit einer Vielzahl offener Filter
Die Erfindung betrifft eine Filteranlage mit einer Vielzahl von rückspülbaren offenen Filtern aus kör- nigem Material, die von der zu filtrierenden Flüssigkeit abwärts durchströmt werden.
Es sind Filteranlagen mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten, mit gemeinsamen Zuflussleitun- gen undAbflussleitungen verbundenen Filtereinheiten bekannt, in denen einzelne oder mehrere Filterein- heiten mittels einer mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit von der Abflussleitung her eingeführten Flous- sigkeit rückgespült werden können, während die übrigen Filtereinheiten die normale Filtration ausführen.
Dabei wird in den Auslaufkammern ein im wesentlichen gleichbleibender Flüssigkeitsstand aufrecht erhalten. Derartige Filteranlagen erfordern zur Ausführung der Rückspülung für jede Filtereinheit eine grosse Anzahl teurer Schaltorgane, die in einem bestimmten Wechsel zu betätigen sind.
Es sind auch Filteranlagen bekannt, in denen diese Umschaltorgane durch Heber ersetzt sind, die mittels Dreiweghähnen wahlweise an einem Vakuumkessel oder an die Atmosphäre angeschlossen werden können. In vielen solchenFilteranlagen ist jederFiltereinheit ein besonderer Flüssigkeitstank für die Spülflüssigkeit zugeordnet, der bei jeder Rückspülung entleert und danach wieder aufgefüllt wird. Demgemäss nimmt dieStrömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Filter während der Rückspülung nach Massgabe der Entleerung des Tankes ständig ab.
Die erfindungsgemässeFilteranlage mit einer Vielzahl von Filtereinheiten kommt dagegen ohne Umschaltorgane für Flüssigkeiten und ohne hochgelegene Speichertanks für die Rückspülflüssigkeit aus und wird bei konstanter Rückspülgeschwindigkeit mit ausderFiltratableitung entnommener Rückspülflüssigkeit betrieben. Der die Rückspülung einer jeden Filtereinheit bewirkende Heber wird dabei derart betrieben, dass die Rückspülung völlig unabhängig vom Heber für die Flüssigkeitszuleitung erfolgt, wobei die zulaufende, zu filtrierende Flüssigkeit für die Dauer der Rückspülung zwangsläufig an dem in der Rückspülung stehenden Filterbett vorbeigeleitet wird.
Jede Filtereinheit hat unterhalb des Filterbettes einen Sammelraum, der stets in freier beiderseitiger Verbindung mit einer Leitung für die filtrierte Rückspülflüssigkeit bzw. das Filtrat steht, die normalerweise auf einem Niveau über dem Filterbett gehalten wird. Der Rückspülheber ist so geordnet, dass er Flüssigkeit von der Oberseite des Filterbettes auf ein Niveau unterhalb des Niveaus der Rückspülflüssigkeit ableitet. Demgemäss hängt der Strom der Rückspülflüssigkeit durch den Sammelraum und das Filterbett allein von der Niveaudifferenz zwischen demFlüssigkeitszulauf und demFiltrat in der Rückspülleitung ab.
Gegenstand der Erfindung ist eine Filteranlage mit einer Vielzahl zwischen einer Zuleitung für zu filtrierende Flüssigkeit und einer Filtratableitung parallelgeschalteten, in mindestens eine Reihe auf einem gemeinsamen Boden angeordneten, offenen, von der zu filtrierenden Flüssigkeit abwärts durchströmten Filtern, die jeweils ein Filterbett aus körniger Filtermasse über einem Filtratsammelraum enthalten und die abwechselnd mit Filtrat rückgespült werden, wobei mittels Hebern, die durch Dreiweghähne wahlweise an einen Vakuumkessel oder an die Atmosphäre schaltbar sind, die zu filtrierende Flüssigkeitauf dieFilterbetten zugeführt bzw. die verbrauchte, oberhalb der Filterbetten angesammelte Rückspülflüssigkeit abgeleitet wird.
Die erfindungsgemässe Filteranlage ist dadurch gekennzeichnet, dass in jedem einzelnen Filter mittels einer in Richtung der Filterreihe sich erstreckenden Trennwand eine Filterkammer mit dem über demSammelraum angeordnetenFilterbett und eine auf dem gemeinsamen Boden stehende
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Nebenkammer abgeteilt sind, dass in der dieser Trennwand gegenüberliegenden Aussenwand der Filter- kammer die Überlaufkante eines Einlaufwehres angeordnet und durch einen auf die Trennwandherabfüh- renden Trog mit der Nebenkammer verbunden ist, dass die Filtratsammelräume der Filterkammern durch Öffnungen mit der auf dem gemeinsamenBoden angeordnetenFiltratableitung verbunden sind,
in der miti tels einer Überlaufkante in der Austrittsöffnung ein Flüssigkeitsstand zwischen dem Einlaufwehr und der
Oberkante der Trennwand eingehalten wird und dass aus den Nebenkammern gleichschenkelige Heber in eine auf dem gemeinsamenFilterboden stehende Spülwasserrinne geführt sind und dort mit ihren Auslauf- öffnungen in mittels einer Überlaufkante angestaute Flüssigkeit tauchen.
Die zu filtrierende Flüssigkeit wird dem Einlaufwehr eines jeden Filters aus einer allen Filtern ge- ) meinsamen Zuleitung durch einen ungleichschenkeligen Heber zugeführt, dessen tiefer gelegene Auslauf- öffnung im Einlaufwehr mündet.
Eine erfindungsgemässeFilteranlage besteht aus einer Batterie von Filtereinheiten, die ausschliesslich aus Beton oder einem andern giessfähigen Material in einer gegenüber den bekannten Anlagen sehr ge- drungenen und wirtschaftlichen Bauweise erstellt werden kann. So können eine Anzahl paralleler Reihen von Filtereinheiten paarweise im Abstand zueinander derart angeordnet sein, dass zwischen diesen Reihen die denFiltereinheiten gemeinsamen und Ableitungen übereinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden wesentliche Einsparungen an Raum und Material erzielt, die auf der Verringerung der Leitungslänge je Filtereinheit beruhen. Wegen der zentralen Lage dieser Leitungen zwischen den angeordneten Filter- reihen kann wenigstens eine dieser Leitungen von den angrenzenden Wandteilen der Filtereinheiten gebil- det werden.
Zweckmässig bildet die gemeinsame Grundplatte aus Beton auch den Boden dieser Leitungen und der verschiedenen Filtereinheiten.
In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. l ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Filteranlage in der zur Verdeutlichung einzelne Teile herausgelassen sind. Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Einrichtung gemäss Fig. l, ebenfalls mit einigen weggelassenen Teilen, Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 ist ein
Schnitt längs der Linie 4-4 inFig. 2, Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Mittel zur Betätigung der Heber und Fig. 6 ist ein vergrösserter Teilquerschnitt durch eines der Filterbetten, welcher einige Ein- zelheiten der Konstruktion zeigt.
Wie aus den Fig. 1-4 ersichtlich, hat die erfindungsgemässe Anlage die Form einer Filterbatterie, in der die Filtereinheiten und andereAnlagenteile auf einer gemeinsamen Grundplatte 10 aus Zement mittels verschiedener, ebenfalls aus Beton hergestellter vertikaler Trennwände gebildet werden, In den Fig. 1-4 sind beispielsweise zwei imAbstand voneinander parallel angeordnete Reihen 12 von gleichen Filtereinheiten dargestellt. Jede Reihe 12 enthält eine Vielzahl von Filtereinheiten 14, wobei die Filter beider Reihen symmetrisch und einander gegenüber angeordnet sind. Die beiden Reihen 12 von Filtereinheiten werden von benachbarten parallelen und vertikalen Wänden 16 und den parallelen äusseren Wänden 18-18 gebildet.
Die Räume zwischen den parallelen Wänden 16-18 einer jeden Reihe sind durch vertikale, auf der Bodenplatte 10 stehende Querwände 20, welche Abteile zwischen den Wänden 16-18 begrenzen, in eine Vielzahl von Filtereinheiten 14 unterteilt.
In jeder Filtereinheit 14 ist eine Trennwand 22 als verhältnismässig niedriger Überlauf ange- ordnet, die sich zwischen den gegenüberliegenden Querwänden 20 aufwärts vom Filterboden erstreckt, und das Innere einer jeden Filtereinheit 14 in eine Nebenkammer 24 an der Aussenwand 18 und die eigentliche, durch die Wände 16, 20-20 und 22 begrenzte Filterkammer 26 unterteilt. Die Filterkammer 26 eines jedenFilters enthält ein an sich bekanntes horizontales Filterbett 28, beispielsweise aus körnigem Material, wie Sand oder Kies, das auf einer Vielzahl von imAbstand voneinander angeordneten Rippen 29 ruht. Die Rippen 29 sind in einem Abstand über dem Boden 10 auf Leisten 30-30 an den gegenüberliegenden Seiten der Filterkammer gelagert und reichen bis an die Wände 20-20.
Wie in der Fig. 6 deutlicher dargestellt, haben die Rippen 29 vorteilhaft einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt und sind an ihren Grundlinien mit kleinem Abstand zueinander angeordnet, um einen freien Durchlauf für die Flüssigkeit zu bilden. Die gröberen Partikel des Filterbettes 28 liegen auf und zwischen den voneinander konvergierenden Oberflächen der benachbarten Rippen 29. Die kleineren Partikel werden so von diesen grösseren Partikeln gehindert, zwischen den Rippen 29 hindurchzufallen.
Durch dieAnordnungdesFilterbettes 28 in einigem Abstand über dem Boden 10 der Filterkammer 26 wird unter dem Filterbett ein Sammelraum 32 gebildet, der das durch das Filterbett abwärts perkolierte Filtrat aufnimmt.
Die zu filtrierende Flüssigkeit wird jeweils auf das Filterbett 28 aus einem Zulauf aufgegeben. Die
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Zulaufleitung 33 hat, wie beispielsweise in den Figuren dargestellt, rechteckigen Querschnitt und liegt zwischen und parallel zu den benachbarten Wänden 16 derFilterreihen in einer merklich über den Fil- terbetten 28 liegenden Höhe. Die Filterbetten 28 der Filtereinheiten 14 sind alle auf dem glei- chen Niveau angeordnet.
Die Decke der Zuflussleitung 33 kann vorteilhaft als Laufsteg, der zwischen den Reihen der Fil- tereinheiten entlang verläuft, dienen. Von ihm aus kann der Wärter die Flüssigkeitsstände in den Filtern direkt einsehen. Zweckmässig werden auf beiden Seiten des von der Decke der Leitung 33 gebildeten
Laufsteges Geländer 34 angeordnet.
Um die zu filtrierende Flüssigkeit durch ihre eigene Schwere aus der Zuleitung 33 in die einzel- ) nen Filtereinheiten 14 zu leiten und den Zulauf zu jeder Einheit für sich regeln zu können, ist für jede einzelne Filtereinheit ein Einlaufwehr 36 vorgesehen, das von Querwänden 35-35 zwischen der
Wand 16 und der anliegenden Seitenwand der Leitung 33 und dem Boden 37 begrenzt wird. Die sich ergebende Struktur hat die Form eines oben offenen Kastens.
In einer solchen Anordnung sind die verschiedenen Wände alle untereinander verbunden und werden vorzugsweise als integrierende Bestandteile einer gemeinsamen Betonkonstruktion gebildet, wobei die
Wände 35 und der Boden 37 durch ihre starren Verbindungen sowohl mit der Leitung 33 als auch mit den Wänden 16 gemeinsam die Leitung 33 auf dem gewünschten Niveau tragen.
Von jedem Einlaufwehr 36 erstreckt sich ein Trog 38 abwärts und quer zur Filterkammer und demFilterbett 28 der entsprechenden Filtereinheit und leitet Flüssigkeit in die zugehörige Nebenkam- mer 24 an einer Seite des Filterbettes.
Wie in den Fig. 1-4 dargestellt, ist in jedem Filter dieser Trog 38 am oberen Ende mit dem Ein- laufwehr 36 auf einem durch den unteren Rand der Öffnung 39 in einer Wand dieses Einlaufwehres gegebenen Niveau verbunden. Dabei liegen das Niveau dieser Öffnung und der Flüssigkeitsspiegel in dem
Einlaufwehr etwas unterhalb des normalenFlüssigkeitsstandes in derEinlaufleitung 33. Diese wird nor- malerweise vollständig mit Flüssigkeit gefüllt gehalten, so dass dieser Flüssigkeitsstand durch die innere
Unterseite der Decke auf der Leitung 33 gegeben ist. In der Nebenkammer wird die Turbulenz der ein- strömendenFlüssigkeit herabgesetzt, worauf die Flüssigkeit aus dieser über die Wand 22 auf das Filter- bett 28 und danach durch dieses hinab fliesst.
DieTröge 38 könnenFlüssigkeit auch während der Rückspülung in die Nebenkammer 24 leiten.
In diesem Fall wird die Flüssigkeit nur an den Filterschichten vorbeigeleitet, wie später gezeigt wird. Je- doch sind in jeder Filtereinheit für sich zu betätigende Einrichtungen vorhanden, um die Zufuhr von zu filtrierender Flüssigkeit zu der einzelnen Filtereinheit in Gang zu setzen oder zu unterbrechen. Da, wie bereits gesagt, die einzelnen Einlaufwehre 36 so angeordnet sind, dass darin der Flüssigkeitsstand ein wenig unter dem Flüssigkeitsstand in der Zuflussleitung 33 liegt, kann infolge dieser Niveaudifferenz die Flüssigkeit aus der Leitung 33 in jedes Einlaufwehr 36 durch einen Heber 40 eingeführt wer- den. Die Einlauföffnung 41 des Hebers 40 liegt im Inneren der Leitung 33, während seine Aus- lauföffnung 42 in dem Einlaufwehr 36 tiefer als seine Einlauföffnung und unter dem Flüssigkeitsstand im Einlaufwehr liegt.
Die Flüssigkeit im Einlaufwehr bildet zu jeder Zeit einen Flüssigkeitsverschluss für die Auslauföffnung 42 des Hebers 40. Jeder Heber 40 ist ein etwa U-förmig gebogenes Rohr, des- sen Schenkel abwärts gerichtet sind, während die Krümmung über die Zuflussleitung 33 hinausreicht.
Um in einem solchen Heber eine Strömung herbeizuführen, ist am höchsten Punkt der Krümmung ein Rohr- anschluss 46 angebracht. Mittels dieser Leitung kann Luft aus dem Heber gepumpt werden, wodurch eine Strömung durch diesen eingeleitet wird. Anderseits kann der Heber durch diese Leitung mit der Atmo- sphäre verbunden werden, wodurch die Strömung durch den Heber unterbrochen wird. Geeignete Vor- richtungen zur Evakuierung und zur Belüftung werden später beschrieben.
Für die Ableitung desFiltrates aus den einzelnen Filtereinheiten ist eine Ableitung 48 vorgesehen, die zweckmässig unterhalb der Zuflussleitung 33 im Raum zwischen den beiden Filterreihen 12 an- geordnet sein kann. Die Filtratableitung 48 kann vorzugsweise durch die unteren Teile der benachbar- tenSeitenwände 16-16 der beiden Filterreihen 12 und den Teil des Bodens 10, der zwischen diesen liegt, gebildet und begrenzt sein. Um das Filtrat in dieser Leitung vor Verunreinigungen zu schützen, wird beispielsweise ein Zwischenboden 49, der sich zwischen den Wänden 16 oberhalb des Bodens 10 und unterhalb der Einlaufleitung 33 erstreckt, eingezogen.
Das Filtrat fliesst aus der Leitung 48 durch eine Öffnung 50, deren untere Kante als Wehr 51 ausgebildet ist, durch welches innerhalb der Leitung 48 ein im wesentlichen gleichbleibender Flüssigkeitsstand gehalten wird, der über den Filterbetten 28, aber unter dem Flüssigkeitsstand der zuströmenden Flüssigkeit in den Einlaufwehren 36 liegt. Der Unterteil der Filtratableitung 48 steht ständig mittels der Durchlässe 54 in beiderseitiger
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freier Verbindung (Fig. l und 4) mit den Sammelkammer 32. Infolge der unbehinderten Verbindung kann das Filtrat durch die Durchlässe 54 in die Leitung 48 hinein-oder aus dieser hinausströmen, so dass dieStrömungsrichtung des Filtrates allein durch die Niveaudifferenz zwischen der auf die Filterbetten zuströmenden Flüssigkeit und dem Filtrat in der Ableitung 48 bestimmt ist.
Da die zuströmende Flüsi sigkeit normalerweise einen wesentlich höheren Flüssigkeitsstand hat, oder in andern Worten, normaler- weise auf einem wesentlich höherenNiveau steht als dasFiltrat innerhalb der Leitung 48, wird während der normalen Filtration die zulaufende Flüssigkeit abwärts durch jede Filterschicht strömen und nach der
Filtration als Filtrat im Sammelraum 32 unter der jeweiligen Filterschicht ankommen. Aus diesem
Sammelraum strömt die Flüssigkeit in und durch die Leitung 48 über das Wehr 51 in der Auslass- öffnung 50, z. B. in einen Speicherbehälter. Von diesem Speicherbehälter ist nur ein Teil 52 des
Bodens in der Fig. l dargestellt.
Um die Rückspülung eines einzelnen Filters mittels des Filtrates aus der Leitung 48 durch die Pas- sagen 54 und 32 und aufwärts durch die Filterschicht 28 herbeizuführen, wird der Flüssigkeitsstand über der Filterschicht herabgesetzt. Gemäss der Erfindung geschieht das mittels der Heber 56, wie in
Fig. 4 dargestellt. Die Einlauföffnung 57 eines jedenHebers liegt in der Nebenkammer 24 der zuge- hörigen Filtereinheit wesentlich unter dem normalen Flüssigkeitsstand in der Filtratableitung 48 und besonders unter den Überlauföffnungen 65 in den Trennwänden 22. Der Heber 56 erstreckt sich aufwärts und über die Aussenwand 18 der zugehörigen Filtereinheit und wieder abwärts, so dass seine untereAuslauföffnung 58 unter dasNormalniveau der Flüssigkeit in einem Auslauftrog 60 reicht und einenTauchverschluss bildet.
Solche Tröge 60 verlaufen längs und ausserhalb der Wände 18 am Bo- den und nehmen die Auslaufenden 58 aller Heber 56 auf. Die Tröge 60 haben Einrichtungen, welche ein Ablaufen von Flüssigkeit unter ein gegebenes Niveau verhindern, beispielsweise wie in Fig. l dargestellt, Überlaufwehre 62 am Ende eines jeden Troges. Diese Wehre 62 sind so eingestellt, dass in den Trögen ein Flüssigkeitsstand eingehalten wird, bei dem dieAuslauföffnungen 58 aller Heber 56 untergetaucht und damit verschlossen sind und der stets unter demMindestniveau der Flüssigkeit über den
Filterschichten 28 während der Rückspülung liegt.
Dieses Mindestniveau, das durch gebrochene
Linien 63 in Fig. l eingezeichnet ist, wird vorzugsweise durch die oberen horizontalen Kanten einer oder mehrerer Rinnen 64 begrenzt, die in jedem Filter zwischen den Wänden 16 und 22 angeordnet sind und deren Böden jeweils zu den Filtervorkammern 24 hin geneigt sind. Nachdem die über den
Filterbetten stehende Flüssigkeit auf ihr Mindestniveau 63 abgesunken ist, wird die durch die Filter- schicht aufsteigende Rückspülflüssigkeit in die Rinnen 64 über deren obere Kanten strömen und Fremd- stoffe, die durch die Rückspülung aus den Filterschichten geschwemmt wurden, ableiten. Aus den Rin- nen 64 gelangen die Fremdstoffe in die Vorkammern 24 und werden aus diesen durch die Rückspül- heber 56 abgeleitet.
Die Auslaufenden der Rinnen 64 ruhen in Öffnungen 65 indenoberenKan- ten der Wände 22 derart, dass die Rückspülflüssigkeit mit den Verunreinigungen durch die Rinnen 64 abgeleitet wird und nicht auf die Kanten der Wände 22 gelangt.
Um die Heber 56 einzeln zu betätigen, sind die Krümmungen in den oberen Mittelteilen mit einer
Leitung 66 verbunden, durch die zur Ingangsetzung Luft aus dem Heber abgesaugt oder anderseits zur
Unterbrechung der Strömung und zur Beendigung der Rückspülung Luft in den Heber eingelassen werden kann. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann die Leitung 66 eines jeden Rückspülhebers 56 mittels eines
Dreiweghahnes 68 herkömmlicher Bauart geschaltet werden. In einer Stellung verbindet der Hahn 68 die Leitung 66 über die Vakuumleitung 69 mit dem Vakuumkessel 70 und der Vakuumpumpe 71.
In einer andern Stellung verbindet der Hahn 68 die Leitung 66 mit einer zur Atmosphäre führenden
Leitung 72, wodurch Luft in den Heber 56 eintritt und der Durchstrom von Flüssigkeit unterbrochen wird. Nachdem die Leitung 66 durch den Hahn 68 mit der Vakuumleitung 69 verbunden worden ist und die Strömung von Flüssigkeit durch den Heber in Gang gebracht ist, wird der Hahn 68 in eine
Stellung zwischen den beiden oben genannten Extremstellungen gebracht, bei der die Leitung 66 ver- schlossen ist. Dadurch wird verhindert, dass Flüssigkeit in den Vakuumkessel und die Pumpe gesaugt wird.
Die entsprechende Anordnung wird auch an den Einlaufhebern 40 getroffen. Wie aus Fig. 5 er- sichtlich ist, stellen Leitungen 74 eine Verbindung zwischen dem hochliegenden Mittelteil eines jeden Hebers 40 und einem Dreiweghahn 75 her. Der Hahn 75 verbindet in einer Schaltstellung den Heber 40 über die Vakuumleitung 76 mit dem Vakuumtank 77 und der Pumpe 78. In der an- dern Schaltstellung verbindet er die Leitung 74 mit der zur Atmosphäre führenden Luftleitung 79, wobei die Strömung durch den Heber unterbrochen wird. In einer dritten mittleren Stellung wird, nachdem der Heber durch Abpumpen der Luft in Gang gesetzt ist, die Leitung 74 abgesperrt, um zu verhindern, dass in den Vakuumtank 77 und die Pumpe 78 Flüssigkeit gesaugt wird.
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