AT503282A4

AT503282A4 - Verfahren zum filtrieren von flüssigkeiten

Info

Publication number: AT503282A4
Application number: AT6922006A
Authority: AT
Inventors: Hermann Huethmayr
Original assignee: Hermann Huethmayr
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-09-15
Also published as: AT503282B1

Description

HÜTHMAYR
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten. Das Verfahren kann beispielsweise gut zum Reinigen von Abwasser eingesetzt werden.
Entsprechend der US 2003/0106850 A1 (Arnaut, Grabulada) sind scheibenartige Filterelemente, deren Stirnflächen aus Siebflächen bestehen, axial hintereinander, mit einem Abstand zueinander, an einer hohlen, drehbaren Welle in einem Gefäss angeordnet Die zu reinigende Flüssigkeit dringt durch die Siebflächen der scheibenartigen Filterelemente in diese ein, wobei sie gefiltert wird. Sie wird in die hohle Welle weitergeleitet und fliesst durch diese wieder ab. An der Mantelfläche des die Filterelemente einhüllenden Kreiszylinders sind in Axialrichtung jeweils zwischen zwei scheibenartigen Fiiterelementen Düsen angeordnet.

Zur Regenerierung des Filters wird bei geleertem Gefäss von diesen Düsen aus so zwischen die sich mit der hohlen Welle drehenden, scheibenartigen Filterelemente gesprüht, dass damit Filterrückstand von den Stirnseiten der scheibenartigen Filterelemente abgewaschen wird. Es wird erwähnt, dass der Reinigungserfolg verbessert werden kann, indem die Waschflüssigkeit mit Ultraschall beaufschlagt wird. Vorteilhaft an dieser Bauweise ist, dass die Filterelemente zum Regenerieren nicht ausgebaut werden müssen.

Nachteilig ist, dass das Spülwasser zu erheblichen Teilen der Filterflächen nur aus relativ grosser Entfernung gesprüht werden kann, dass eine Ultraschallbeaufschlagung der Rernigungsfiüssigkeit auf Grund der vielen verwendeten Sprühdüsen sehr teuer ist, und dass eine Ultraschallbeaufschlagung der Reinigungsflüssigkeit obendrein wenig Effekt hat, da die Ultraschallquellen zwangsweise weit von vielen Bereichen der Filterfläche entfernt und in einem spitzen Winkel dazu angeordnet werden müssen.
Entsprechend der DE 3316540 C1 (So[pi]theimer, G[iota]mbel) werden zum Filtrieren mehrere parallel in einem Abstand zueinander angeordnete ebene Filtermembrane verwendet. Zum Regenerieren werden sie quer durchspült. Die Spülung kann auch mit einer Fliesskomponente, welche zur Fliessrichtung beim Filtern entgegengesetzt ist, erfolgen.

Zum Regenerieren kann die Flüssigkeit mit Ultraschall beaufschlagt werden. Auch hier ist zu kritisieren, dass die Ultraschallquelle weit von einzelnen Rächenabschnitten entfernt und tangential dazu angeordnet ist, wodurch ihre R[theta]inigungswirkung gering bleibt. Damit sich die Filterelemente bei nennenswertem Durchfluss im Betrieb trotz ihrer Ebenheit nicht durchbiegen, müssen sie aus einem sehr steifen Material gebildet werden, wodurch sie teuer werden.
Die WO 95/21707, die DE 9307960 und die DE 38 10137 zeigen Vorrichtungen, welche dazu dienen, Filterelemente von angelagertem Rückstand zu befreien, indem diese einem Bad in einer Reinigu[pi]gsflüssigkeiten ausgesetzt werden, welches mit Ultraschall beaufschlagt wird.

Mit diesen Verfahren ist sicherlich eine gute Reinigungswirkung erzielbar, sie haben jedoch alle den Nachteil, dass sie einen Ausbau der Filterelemente aus der Arbeitsumgebung erfordern. Dieser Ausbau bedeutet einen erheblichen Aufwand.
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Filterpatronen werden häufig in der kostengünstigen, sogenannten Sternbauart gebildet. Dabei wird aus einem perforierten flächigen Material die Mantelfläche eines Hohlzylinders mit der Querschnitisumfangsform eines regelmässigen Sterns gebildet Stirnseitig wird dieser Hohlzylinder durch Deckflächen abgeschlossen. Eine derartige Fiiterpatrone zeigt die DE 198 28 321 A1 (Bosch).

Im typischen Anwendungsfall is! eine derartige Filterpatrone in einem umhüllenden Gefäss angeordnet Das zu reinigende Ruid wird in das Gefäss hineingepumpt und dringt in weiterer Folge durch das perforierte flächige Material in das Innere der Fiiterpatrone, wobei es gefiltert wird. Von dort aus fliesst es durch einen an der Stirnfläche angeordneten Abfluss ab. In einem üblichen Verfahren zur Regeneration derartiger Filterpatronen, wird das umhüllende Gefäss geleert, dann wird von Düsen aus, welche im umhüllenden Gefäss an einer Seite der Mantelfläche der Fiiterpatrone angeordnet sind, Reinigungsflüssigkeit, im Normalfall Wasser, gegen die zugewandte Seite der Mantelfläche der Fiiterpatrone gesprüht. Die Filterpatrone wird um ihre Achse gedreht, sodass damit die gesamte Mantelfläche gereinigt wird.

Vorteilhaft an dieser Methode ist, dass die Filterpatrone zum Regenerieren nicht ausgebaut werden muss. Nachteilig an dieser Methode ist, dass die Reinigungswirkung nicht ausreichend gut ist. D.h. auch nach dem Reinigen hat die Filterpatrone deutlich weniger Durchlässigkeit, als sie in neuem Zustand hatte, und sie muss nach relativ kurzer Betriebszeit durch eine neue Patrone ausgetauscht werden.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, jene Filtrierverfahren für Rüssigkeiten, bei welchen der sich an einer Fifterfläche anlegende Filterrückstand bei eingebauter Filterfläche durch einen Spülgang mit Flüssigkeit weggewaschen wird, dahingehend zu verbessern, dass sowohl im zeitlichen Mittel die Ausbringung an bestimmungsgemäss filtrierter Flüssigkeit erhöht wird,

als auch die Gesamtmenge an Flüssigkeit die mit einem Filtereinsatz im Lauf serner Lebensdauer gereinigt werden kann, erhöht wird.
Zum Lösen der Aufgabe wird wiederum eine Filterpatrone in Sternbauart angewendet, deren Mantelfläche durch die zu filtrierende Flüssigkeit von aussen nach innen durchdrungen wird, und welche zwecks Reinigung in separaten Spülgängen mit Reinigungsflusstgkeit angespritzt wird. Erfindungsgemäss wird vorgesehen die Spülflüssigkeit während des Spülens mit Ultraschall zu beaufschlagen.

In vorteilhaften Weiterentwicklungen werden gegenüber bekannten Filterpatronen die einzelnen Teilflächen der Mantelflächen der Filterpatrone mit stärker nach aussen gerichteter Flächennormale angeordnet.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen anschaulicher:
Fig. 1 : zeigt eine prinzipielle Anordnung in einer Sch[pi]ittansicht von oben.
Fig. 2: zeigt ein Diagramm in welchem die erfindungsgemäss pro Zeiteinheit gefilterte Flüssigkeitsmenge der Flüssigkeitsmenge gegenübergestellt wird, welche pro Zeiteinheit entsprechend dem am nächsten kommenden vorbekannten Verfahren gefiltert wird.
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In ein durch eine Mantelwand 1.1 und Stirnflächen 1.2 umschlossenes Volumen 1 führt ein Rohranschluss 2 hinein. Innerhalb dieses Volumens 1 bildet eine Filte[phi]atrone 3 ein weiteres umschlossenes Volumen.

Neben der Filte[phi]atrone 3 befinden sich noch eine Sprüheinrichtung 4, und ein Ultraschallgeber 5 in dem Volumen 1. Die Filte[phi]atrone 3 besteht aus einer Siebfläche 3.1, welche zu einer in Profilansicht einen Stern darstellenden, geschlossenen Mantelfläche geformt ist sowie aus diese Mantelfläche oben und unten abschliessenden Stirnflächen, sowie aus einem Rohranschluss 3.3, welcher vom Innenraum der Filterpatrone 3 durch die Mitte der untere Stirnfläche 3.2 ins Freie führt, ohne eine Verbindung zu dem die Fiiterpatrone umgebenden Volumen 1- herzustellen. Die Filterpatrone 3 ist um diesen Rohranschluss 3.3 und damit um ihre Längsachse drehbar.
Bei Filterbetrieb sind die Sprüheinrichtung 4 und der Ultraschallgeber 5 deaktiviert und die Fiiterpatrone 3 steht still. Die zu filternde Flüssigkeit wird durch den Rohranschluss 2 in das Volumen 1 hineingepumpt.

Sie durchdringt die Siebfläche 3.1 und wird dabei bestimmu gsgemäss gefiltert. Die gefilterte Flüssigkeit fliesst durch den Rohranschluss 3.3 an der unteren Stirnfläche 3.2 der Fiiterpatrone ab.
Im Filterbetrieb setzt sich das aus der Flüssigkeit herausgefilterte Material als Filterriicksta[pi]d an der Aussenseite der Siebfläche 3.1 - des weiteren .Schmutzseite" genannt - der Filte[phi]atrone 3 ab, und verstopft nach und nach die Siebfläche. Wenn der am Filtern entstehende Differenzdruck zu gross wird, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Durchlässigkeit der Filte[phi]atrone zu klein wird, und es wird ein Reinigungszyklus durchgeführt.
Beim Reinigungszyklus wird erst das Hineinpumpen von zu filternder Flüssigkeit abgestellt und die im Volumen 1 befindliche, zu filternde Flüssigkeit wird über den Rohranschluss 2 abgelassen.

(Über einen anderen, ebenfalls zu öffnenden Anschluss wird entsprechend Umgebungsluft zugeführt). Dann wird durch die Sprüheinrichtung 4 Reinigungsflüssigkeit auf die Schmutzseite der Siebfläche 3.1 gesprüht. Damit dabei die gesamte Siebfläche gereinigt werden kann, wird die Filte[phi]atrone 3 um ihre Längsachse gedreht. Die an der Aussenseite der Filte[phi]atrone abfliessende Flüssigkeit wird durch den Rohranschluss 2 aus dem Volumen 1 abgeführt; Flüssigkeit welche die Siebfläche 3.1 durchdringt wird durch den Rohranschluss 3.3 abgeführt. Nachdem auf diese Weise die Siebfläche von gröberer Verschmutzung gereinigt wurde, wird der Rohranschluss 2 geschlossen und das Volumen 1 wird mit weiter hereinströme[pi]der Reinigungsflüssigkeit gefüllt. Dann wird der Ultraschalfgeber 5 in Betrieb genommen. Seine Schwingfläche ist der Filterpatrone 3 zugewendet.

Während der Ultraschallgeber 5 in Betrieb ist, wird die Filte[phi]atrone weiter um ihre Achse gedreht. Die Siebfläche 3.1 wird dabei gründlich gereinigt. In der letzten Phase des Reinigungszyklus werden Ultraschallgeber 5 und Drehbewegung der Filterpatrone abgestellt und die Reinigungsflüssigkeit wird durch den Rohranschluss 2 abgelassen. Der Filterbetrieb kann wieder aufgenommen werden.
Bei herkömmlichen Filte[phi]atronen in Stembauart liegen die Spitzen der Erhebungen der in Profilansicht sternförmigen Filterfläche sehr nahe beieinander, und die dazwischen liegenden Nute sind sehr tief. Damit wird eine grosse Filterfläche in kleinem umhüllenden
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Volumen untergebracht. Erfindungsgemäss geht man von dieser Bauweise ab.

Man verbreitert den Abstand zwischen zwei Kämmen und verringert die Tiefe der zwischen Ihnen liegenden Nut Dadurch wird zwar die Siebfläche und mit dieser die maximale Durchflussmenge pro Zeiteinheit verringert, aber die Wirksamkeit des Reinigungszyklus' wird dramatisch verbessert D.h. zu Beginn der Verwendungszeit einer herkömmlichen Filterpatrone kann mit dieser eine grössere Flüssigkeitsmenge pro Zeit gefiltert werden, als mit einer erfindungsgemäss davon abgewandelten Filte[phi]atrone zu Beginn von deren Verwendungszeit.

Da aber bei einer herkömmliche Fiiterpatrone nach jedem Reinigungszyklus ein markant grösserer Anteil an Verschmutzung haften bleibt als bei einer erfindungsgemäss abgewandelten Filterpatrone, ist das Verhältnis genau umgekehrt wenn beim Durchsatzvergleich nicht der kurzfristige anfängliche Spitzenwert betrachtet wird, sondern der - für die Wirtschaftlichkeit weitaus wichtigere - zeitliche Durchschnitt. Fig. 2 veranschaulicht diese Aussage an Hand eines Diagrams.
Man erreicht sehr gute Ergebnisse, wenn der Radius der Mantelfläche an den Nutböden nicht weniger als etwa 60 % des Radius<*>der Mantelfläche an den Spitzen ist, und wenn der in Fig. 1 dargestellte Winkel [alpha] zwischen den einzelnen Teilflächen der Siebfläche 3.1 und der Radialrichtung nicht wesentlich unter 15[deg.] liegt Die genauen Werte sind im jeweiligen Anwendungsfall auszuteste[pi].

Von grosser Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Haftung des Filterrückstandes an der Siebfläche 3.1. Je besser diese Haftung ist, desto seichter und flacher sollten die Nute der Siebfläche 3.1 ausgeführt werden, da damit die Qualität der Reinigung verbessert wird. Bei sehr starker Haftung zwischen Filterrückstand und Siebfläche 3.1 kann es sinnvoll sein, von der Stemform für die Siebfläche abzugehen, und sie in Profilansicht stattdessen als geschlossenes regelmässiges Vieleck, oder kreisförmig auszubilden.
Die Reinigungswirkung durch den Ultraschallgeber ist dann am grössten, wenn seine Leistung im Verhältnis zum Volumen 1 möglichst gross ist D.h.

es empfiehlt sich, bei der Konstruktion der Anlage auf Raumersparnis zu achten.
Bei einem drehzyl[iota]nderförmigen Volumen 1 mit 30 cm Höhe und etwa 80 Liter Inhalt wurden mittels eines Ultraschallgebers mit 300 W Leistung und einer Schwingfrequenz von 40 kHz, dessen Schwingfläche in 4 cm Abstand von der Siebfläche angebracht wurde und welche die Höhe des Volumens 1 ausschöpfte, sehr gute Ergebnisse erzielt
Anstatt die Filte[phi]atrone beim Reinigungszyklus zu drehen, wäre es natürlich denkbar, um die Fiiterpatrone herum mehrere Sprüheinrichtungen und eventuell auch mehrere Uftraschallgeber anzuordnen, sodass auch ohne Nachdrehen der Fiit[beta][phi]atrone alle Bereiche der Siebfläche 3.1 gereinigt werden könnten.

Bei etwas höheren Anschaffungskosten könnte man damit die Dauer des Reinigungszyklus verkürzen, und die Anlage robuster machen.
Es kann sinnvoll sein, die Flie[beta]richtung beim Filtrieren vom Inneren der Filte[phi]atrone nach aussen einzustellen. Sprüheinrichtung und Ultraschallgeber sind dann ebenfalls im Inneren des Volumens der Fiiterpatrone anzubringen. Etwas schwierigeren Verhältnissen zum Anschluss dieser Einrichtungen stehen eine einfacher zu beherrschende me-
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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten wobei die zu filternde Flüssigkeit durch eine Siebfläche gedrückt wird, welche als Mantelfläche einer hohlzylinderförmigen, durch Stirnflächen abgeschlossene Filte[phi]atrone ausgebildet ist, wobei der Rltervorgang durch Reinigungszyklen unterbrochen wird, bei denen die Siebfläche der Filterpatrone an ihrem Einbauort durch Kontakt mit einer Reinigungsflüssigkeit von angelagertem Filterrückstand befreit wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Reinigungsflüssigkeit mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass während des Filtriere[pi]s die zu filternde Flüssigkeit von aussen an die Mantelfläche der Filterpatrone (3) gedrückt wird, und während des Reinigungszyklus' die mit Ultraschall beaufschlagte Reinigungsflüssigkeit.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass während des Filtrierens die zu filternde Flüssigkeit von innen an die Mantelfläche der Filterpatrone gedrückt wird, und während des Reinigungszyklus' die mit Ultraschall beaufschlagte Reinigungsflüssigkeit.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Siebfläche (3.1) mit Reinigungsflüssigkeit abgesprüht wird bevor sie der mit Ultraschall beaufschlagten Reinigungsflüssigkeit ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Siebfläche der Filterpatrone kreiszylinderförmig ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Siebfläche in Profilansicht ein regelmässiges Vieleck darstellt

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Siebfläche (3.1) in Profila[pi]sicht einen Stern darstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass der zwischen den Tangentialrichtungen der einzelnen Teilflächen der Siebfläche (3.1) und der Rad[iota]alrichtung liegende Winkel [alpha] mindestens 10[deg.] beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass der Winkel [alpha] mindestens 15[deg.] beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass bezüglich der Achse der Filte[phi]atrone (3) die am nächsten liegenden Teilbereiche der Siebfläche (3.1) mindestens 50% des Abstandes haben, den die entferntest liegenden Teilbereiche haben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass bezüglich der Achse der Filterpatrone (3) die am nächsten liegenden Teilbereiche der Siebfläche (3.1) mindestens 60% des Abstandes haben, den die entferntest liegenden Teilbereiche haben.

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12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Fiiterpatrone (3) während des Reinigungszyklus um ihre Achse gedreht wird.

13. Verfahren nach einem vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass während des Reinigungszyklus aus mehreren, auf den gesamten Umfang der Mantelfläche der Filterpatrone (3) wirkenden Öffnungen gleichzeitig Reinigungsflüssigkeit auf die Filterpatrone gespritzt wird, und ebenso auf den gesamten Umfang der Mantelfläche der Filte[phi]atrone (3) gleichzeitig mit Ultraschall eingewirkt wird.

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U rt ext

Patentansprüche

1. Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten wobei die zu filtern de Flüssigkeit durch eine Siebfläche gedrückt wird, welche als Mantelfläche einer hohlzylinderförmigen, durch Stirnflächen abgeschlossene Filte[phi]atrone ausgebildet ist, wobei die aus der Flüssigkeit auszusiebenden Stoffe an der Anströmseite der Siebfläche für die zu filternde Flüssigkeit zurückgehalten werden, wobei der Filtervorgang durch Reinigungszyklen unterbrochen wird bei denen die Siebfläche der Filte[phi]atrone an ihrem Einbauort durch Kontakt mit einer Reinigungsflüssigkeit von angelagertem Filterrückstand befreit wird, wobei die Reinigungsflüssigkeit beim Reinigungszyklus von der gleichen Seite her an die Filterpatrone herangebracht wird wie die zu filternde Flüssigkeit während des Filterns, dadurch gekennzeichnet,

dass die Reinigungsflüssigkeit in an sich bekannter Weise mit einer Ultraschallschwingung beaufschlagt wird und die Siebfläche (3.1) mit Reinigungsflüssigkeit abgesprüht wird bevor sie der mit Ultraschall beaufschlagten Reinigungsflüssigkeit ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterpatrone (3) während des Reinigungszyklus um ihre Achse gedreht wird.

NACHGEREICHT

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