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Verfahren und Vorrichtung zur Regenerierung eines aus einem körnigen Filtermittel bestehenden Filterbettes
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Aufschlämmung mit dem Filtermittel strömt über die gelochte Fläche hinweg, und das Filterbett wird für die folgende Filterung wieder hergestellt. Die Bildung der Aufschlämmung wird durch die
Verwendung von Körnern aus einem organischen Polymerisat, z. B. Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polystyrol oder aus Holzsägemehl od. dgl. als Filtermittel begünstigt, da diese Materialien ein geringes Gewicht haben und in leicht aufschlämmbarer Gestalt erhältlich sind. Die Flüssigkeitsmenge in der Aufschlämmung und die Häufigkeit, mit welcher die Aufschlämmung über die gelochte Fläche geführt wird, hängen davon ab, wie weit das Filtermittel gereinigt werden soll.
Auch der Anteil der durch die gelochte Fläche abgezogenen Aufschlämmung ist durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung veränderbar.
Bei Verwendung organischer Polymerisate, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, oder von Holzsägemehl od. dgl., als Filtermittel ergeben sich gewisse Vorteile. Diese Werkstoffe sind leicht, haben eine grosse strukturelle Festigkeit und eignen sich der Grösse und Form nach zur Aufschlämmung, wenn sie gereinigt werden sollen.
Bei Verwendung dieser Filtermittel können sehr hohe Schmutzbeladungen erreicht werden, bevor eine Rückspülung erforderlich ist. Beispielsweise können 75 kg Eisenoxyd von 1 m3 Filtermittel aufgenommen werden, wenn die Teilchen des Filtermittelbettes aus diesen Werkstoffen bestehen. Diese sehr hohen Schmutzbeladungen erschweren die Rückspülung oder Reinigung des Filtermittels beträchtlich, wenn sie notwendig wird.
In der erfindungsgemässen Filteranlage lässt man die Filtermittelkörner des mit beträchtlichen Schmutzmengen belasteten Filterbettes aufschlämmen und über ein Sieb od. dgl. strömen. Das Sieb hat Öffnungen, die kleiner als die Filtermittelkörner, jedoch grösser als die Schmutzpartikel in der Aufschlämmung sind. Ein Teil der Flüssigkeit der Aufschlämmung wird durch das Sieb abgezogen, wobei mit der Flüssigkeit der darin suspendierte Schmutz entfernt wird.
Im wesentlichen lässt man das Filtermittel mit dem darin abgelagerten Schmutz nach Aufschlämmung in einem Volumen einer Verdünnungsflüssigkeit als Suspension durch einen geschlossenen Kreislauf strömen. Da das Gemisch aus Filtermittel und Schmutz während der Aufschlämmung kräftig gerührt wird und die Aufschlämmung vorzugsweise auf dem Kreislauf durch eine Zentrifugalpumpe gefördert wird, wird der Kuchen aus Schmutz in Mischung mit Filterbettkörnern vollständig zerbrochen und in der Flüssigkeit suspendiert. Die Rührung der Aufschlämmung beim Passieren des Siebes begünstigt das Abziehen eines vorbestimmten Teiles des Schmutzes mit der Flüssigkeit.
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Flüssigkeit die Feststoffkonzentration in 1 min um 50% herabgesetzt.
Die Zugabe eines gleich grossen Tankvolumens an Flüssigkeit genügt, um aus dem Filtermittel, dem Schmutz und der Verdünnungsflüssigkeit eine Aufschlämmung zu bilden.
Wenn die Verdünnungsflüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 1, 89 m3 Imin durch das Trennelement abgezogen wird, würde man während der ersten zwei Minuten der Reinigungszeit die Hälfte der Flüssigkeit und die damit gemischte Hälfte des Schmutzes entfernen. Nach Passieren des Reinigungsbehälters hat man noch ein restliches Schlammvolumen von 3, 78 m3. Es werden dann weitere 3, 78 m3 frische Flüssigkeit zugesetzt. Da bereits eine Hälfte der Schmutzbelastung entfernt worden ist, bedeutet die Zugabe des weiteren Verdünnungsmittelvolumens, dass die Schmutzkonzentration nun ein Viertel des ursprünglichen Wertes beträgt.
Wenn bei dem nächsten Kreislauf über das Trennelement 3, 78 m3 Verdünnungswasser mit dem darin suspendierten Schmutz abgezogen werden, enthält die Aufschlämmung nach Passieren des Trennelementes nur noch ein Viertel der ursprünglichen Schmutzmenge.
Wenn durch die Entfernung der Hälfte des Schmutzes das Filtermittel genügend rein ist, würde man nur einen Umlauf durch den geschlossenen Strömungsweg benötigen. Unter den oben angegebenen Umständen könnte man dann die Reinigung des Filtermittels in 2 min bewerkstelligen. Wenn zur Regenerierung des Filtermittels 3/4 des Schmutzes entfernt werden müssen, würde man 4 min benötigen. In entsprechender Weise wäre für eine weitere Reinigung auch eine zusätzliche Zeit erforderlich.
Obwohl die Erfindung nur einige besondere Versionen des Reinigungsbehälters offenbart, sind viele andere Varianten möglich. Allen gemeinsam ist die Strömung der Aufschlämmung aus Filtermittelkörnern, Schmutzteilchen mit beträchtlicher Geschwindigkeit über ein Sieb, wobei ein Teil der Flüssigkeit und der entsprechende darin suspendierte Schmutzanteil durch das Sieb abgezogen werden.
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bekannten tiefen Filterbetten aus Sand. Beispielsweise kann die Tiefe des Filtermittels zwischen 15, 2 und 45, 6 cm betragen, wobei ein gewöhnlicher Wert bei 30, 5 cm liegt. Unter Tiefe ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Bett der Abstand zwischen den Eintrittsrohren--16--und den Austrittsrohren --23-- zu verstehen.
Die Teilchen haben vorzugsweise im wesentlichen gleiche Grösse, obgleich die Form erheblich variieren kann. Vorzugsweise werden Polyvinylchlorid-Teilchen benutzt, die aus einer Emulsion zu der gewünschten Grösse gewachsen sind, da sie kugel-oder eiförmig sind und eine pockennarbige Oberfläche haben, etwa wie Blumenkohl oder Röstmais (popcorn). Es können auch Teilchen aus Polystyrol-Schaum benutzt werden, die etwa kugelförmige Gestalt haben. Polyäthylen-Teilchen werden durch Schnitzel grösserer Teilchen, wie z. B. Würfel mit 6, 5 mm Kantenlänge, hergestellt. Sie liegen daher als Späne vor und haben vorwiegend längliche Gestalt nach Art eines Bleistiftes, einer Schnur oder einer Nadel.
Das leichte Gewicht all dieser Teilchen einschliesslich der plattenartigen Holzsägemehlteilchen begünstigen das Aufschlämmvermögen des Bettes--35--.
Diese Materialien sind organischer Natur, u. zw. synthetische oder natürliche Polymere und stehen damit im Gegensatz zu den bisher benutzten Filtermitteln für tiefe Betten, wie Kohle, Sand u. dgl.
Das Filtermittelbett-35-zeigt eine Toleranzeigenschaft für die Verunreinigungsteilchen insofern, als es sehr weitgehend mit Schmutz beladen werden kann und dabei doch durchlässig für die Flüssigkeitsströmung bleibt. Wenn sich das Bett--35--jedoch mit Verunreinigungsteilchen beladen hat, ist es notwendig, das Bett zu regenerieren. Die Notwendigkeit einer solchen Regenerierung kann durch Ansteigen des Gegendruckes in dem Raum über dem Bett --35-- angezeigt werden oder durch geeignete andere Mittel, wie durch zeitliche Verzögerung, Messung oder Strömungsgeschwindigkeit von dem Tank od. dgl.
Wenn die Regenerierung notwendig wird, schliesst man das Ventil-V3--, wodurch
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wird das obere Austrittsventil--V6--geöffnet, um den Austritt der Flüssigkeit durch die Bypass-Leitung--46--und die Ansaugleitung --4S-- zu der Reinigungspumpe--47-freizugeben. Die Ventile--V7 und V8--werden geöffnet, so dass die Bypass-Strömung aus der Pumpe--47--durch Eintrittsleitung--41--in den Tank eintritt.
Durch die Flüssigkeitsströmung von der Pumpe--30--durch die obere Eintrittsleitung --43, 44--und die Zuführung von Bypass-Flüssigkeit von der Pumpe--47--durch die untere
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dem darin eingebetteten Schmutz aufgeschlämmt wird, wobei die Flüssigkeit und die damit vermischten Feststoffe bis unter die Haube--14--steigen und unter Expansion und Rührung des Bettes eine Aufschlämmung bilden.
Die Aufschlämmung tritt durch den Austrittsstutzen--45--im oberen Teil des Tanks - 11-- oberhalb des normalen Bettspiegels aus und gelangt durch die Leitung--46--, die Ansaugleitung--47--zur Ansaugseite der Schlammpumpe--47--. Der Schlamm strömt dann durch die Zentrifugalpumpe--47--, wobei er wieder aufgewirbelt und ein Aufbrechen der grösseren Teilchen in die einzelnen Filtermittelkörner und Schmutzpartikel erfolgt, die in der Verdünnungsflüssigkeit aus dem Tank --37-- suspendiert werden.
Der Schlamm gelangt von der Pumpe--47--in einen Reinigungsbehälter, der in Fig. l schematisch mit--50--und in den Einzelheiten in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist.
Der Reinigungsbehälter --50-- besteht im einzelnen aus einer äusseren geschlossenen erweiterten Leitung--51--, die das Pumpenaustrittsrohr--52--konzentrisch umgibt und gegen dieses durch eine Stirnwandung--53--abgedichtet ist. An dem Pumpenaustrittsrohr--52--ist ein aus Keildraht gebildetes zylinderförmiges Sieb--54--befestigt, das im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie das Rohr--52--hat. An den Raum zwischen der erweiterten Leitung --51-- und der Siebleitung--54--ist eine Abzugsleitung--58--angeschlossen. An das Austrittsende des Siebes--54--schliesst sich die Rücklaufleitung --55-- an, die ebenfalls durch eine Stirnwandung--56--gegen die Trennkammer abgedichtet ist.
Die Rücklaufleitung --55-- steht über Ventil--V7--mit den verzweigten Rückspülleitungen-41-in Verbindung, so dass der
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der Filtermittelkörner, jedoch grösser als der Durchmesser der in dem Schlamm suspendierten Schmutzteilchen ist. Wenn die Aufschlämmung durch die Leitung --52-- und die Keildrahtleitung - strömt, wird ein Teil der Flüssigkeit durch die Leitung --58-- abgezogen. Dieser Teil gelangt über die Leitung --58-- mit dem Ventil-V8--zu dem Absetzbehälter --59--.
Da die Filtermittelkörner so gross sind, dass sie durch den Keildraht zurückgehalten werden, kann nur die Flüssigkeit mit dem darin suspendierten Schmutz durch die Leitung --58-- abgezogen werden. Der
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Flüssigkeit durch die Leitung --58-- abgezogen.
Man sieht also, dass die Filtermittelkomponente der Aufschlämmung durch den geschlossenen
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Wenn eine ausreichende Schmutzmenge von dem Schlamm abgetrennt worden ist, werden die Ventile --V5 und V6--geschlossen, und das Ventis---vin der Bypass-Leitung-60-wird geöffnet. Dann umströmt die von der Pumpe --30-- geförderte Flüssigkeit den Tank, und die Aufschlämmung wird gestoppt. Die Bypass-Strömung durch die Leitung --43-- und Bypass-Leitung --60-- mit Ventil --V9-- spült den restlichen Schlamm aus der Leitung-46--, der Leitung - -48--, der Pumpe-47--, dem Behälter-50-und den Leitungen-55 und 41-fort.
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--47-- angehalten,öffnen der Ventile-VI, V3 und V10-- und Schliessen des Ventils-V4-wieder aufgenommen.
In der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bezeichnet die Bezugszahl-70einen etwas andern Schmutzabtrennbehälter, der aus einer erweiterten Aussenleitung --71-- besteht, welche die Aufschlämmung oder Mischung aus Filtermittel, Schmutz und Flüssigkeit durch einen mit der Druckseite der Pumpe --47-- durch eine Leitung --73-- verbundenen Eintrittsstutzen erhält.
In der Leitung--71--ist koaxial eine Keildrahtleitung-75-angeordnet, die im wesentlichen die gleiche wie die in Fig. 5 dargestellte Leitung --54-- ist. Die Leitung--75--ist an einem Ende, beispielsweise durch einen Stopfen--76--, geschlossen und steht am andern Ende mit einer Dränageleitung--77--in Verbindung.
Der durch die erweiterte Leitung --71-- strömende Schlamm fliesst in die oben beschriebene Leitung Ein Teil der flüssigen Phase des Schlammes wird durch die Leitung-77-abgezogen. Dieser Teil der Flüssigkeit enthält einen proportionalen Anteil des Schmutzes, wie oben beschrieben wurde. Vorzugsweise ist der Keildraht--57--mit der Keilseite nach innen, also umgekehrt wie das in Fig. 6 dargestellte Drahtrohr-75-gewickelt, so dass die Schmutzteilchen sich nicht zwischen benachbarten Keildrähten einklemmen können.
Im übrigen ist die Arbeitsweise und Funktion der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform die gleiche wie bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform.
Nach Fig. 8 ist ein Tank --80-- von im wesentlichen der gleichen Gestalt wie der früher beschriebene Tank--11--vorgesehen, jedoch mit der Ausnahme, dass der Tank --80-- einen unteren gelochten Zwischenboden--81-aufweist, der aus in geringem Abstand angeordnetem Keildraht od.ähnl. Bauteilen --82-- besteht, zwischen dessen Schlitze gelassen sind. Die Masse --83-- des Filtermittels wird von diesem angehobenen Boden --81-- getragen.
Die Zuführungsrohre --84-- sind im wesentlichen die gleichen wie die in Fig. l dargestellten Rohre-16-, jedoch mit der Ausnahme, dass ihr Unterteil-85--, der durch die Kammer --86-- unterhalb des Bodens --81-- reicht, ungelocht ist. Die Austrittsrohre-87-sind im
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wesentlichen die gleichen wie die in Fig. 2 dargestellten Austrittsrohre-23--. Der einzige Unterschied besteht darin, dass diese Rohre von einer unteren Austrittskammer--88-aufwärtsgerichtet sind, die in der Kammer --86-- abgeteilt und mit einer Austrittsöffnung-89- versehen ist.
Die Austrittsöffnung --89-- steht mit der in Fig. 1 gezeigten Reinwasser-Leitung --36-- in Verbindung. Mit der Kammer--86--ist eine Entwässerungsleitung --90-- verbunden.
Die normale Betriebsweise des in Fig. 8 gezeigten Apparates ist leicht zu erkennen. Die Trübe tritt durch Eintrittsstutzen --91-- ein, fliesst durch die Eintrittskammer --92-- in die Rohre-84und dann durch die Masse des Filtermittels--83--. Das saubere Wasser tritt durch die Rohre --87--, die Kammer--88--und die Auslassleitung --89-- aus und strömt dann zu dem Reinwassertank--37--zurück.
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Eine Bypass-Leitung --100-- führt über die Leitung --101-- mit dem Ventis--vin das Innere des Tanks --80-- unmittelbar oberhalb der Keildrahtschicht--81--. Es können mehrere
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durch die Leitung --104-- an und drückt sie durch die Leitung --105-- in den Eduktor-97--.
Wenn man das Filtermittel regenerieren will, wird die Pumpe --103- angelassen, nachdem die normalen Zuführungs-und Abführungsleitungen zu dem Tank --80-- geschlossen worden sind. Die Pumpenströmung durch die Leitungen-100 und 101-wirbelt das Bett des Filtermittels-83-auf, und die sich ergebende Strömung des Verdünnungsmittels bewirkt eine Aufschlämmung des Bettes --83-- in der Flüssigkeit. Der Eduktor--97--saugt diese Aufschlämmung aus dem Tank --80-ab.
Die sich ergebende Zirkulation des Schlammes durch die Leitungen --96, 100 und 101-erzeugt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit durch die Keildrahtschicht--82--. Wenn man bei der Strömung des Schlammes über die Keildrahtschicht--82--einen Teil der Flüssigkeit durch das Keildrahtsieb-82-und die Leitung --90-- abzieht, entfernt man so einen Teil der Flüssigkeit mit dem darin suspendierten Schmutz. Man erzielt so eine Regenerierung des Filterbettes --83-- in im wesentlichen der gleichen Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung,
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Schmutzanfall zu entfernen, wird die Pumpe--108--angehalten, die Ventile--Vll und V12-werden geschlossen, und die Strömung durch die Leitung --90-- wird unterbrochen.
Der normale Filtertetrieb wird wieder aufgenommen, indem Trübe durch die Kammer --92- und die Einlassrohre - 84-- eingeführt und reine Flüssigkeit durch Austrittsrohre--87--und Stutzen--89-abgezogen wird.
In jeder erfindungsgemässen Ausführungsform ist die bei der Regenerierung des Filterbettes eingeführte Flüssigkeit tatsächlich eine "Verdünnungsflüssigkeit", die entweder eine reine Flüssigkeit oder die normalerweise zur Filtration in den Tank eingeführte Trübe sein kann. Falls eine Trübe benutzt wird, ist die Schmutzkonzentration darin um so viel kleiner als die Schmutzkonzentration in der Aufschlämmung, dass auch die Trübe unter den hier definierten Begriff "Verdünnungsflüssigkeit" fällt.
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