Verfahren <B>zum</B> Filtrieren <B>von Flüssigkeit und Einrichtung zur Durchführung des</B> Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit, die in einer zur Oberfläche eines Filters im rech ten Winkel stehenden Richtung strömt, sowie eine Einrich tung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Filtrier- behälter, in dem ein Filter eingesetzt ist, das den Behälter innenraum in eine Schmutzflüssigkeitskammer und eine Fil tratkammer unterteilt, Mitteln zur Einführung von zu fil trierender Flüssigkeit in die Schmutzflüssigkeitskammer und Mitteln zum Wegführen von Filtrat aus der Filtratkammer.
Nach der klassischen Filtriertheorie gilt, dass bei kleinem Durchmesser der das Filter durchsetzenden Poren auch die feinen Schmutzpartikeln an der Oberfläche des Filters an haften und sich so zusammenpacken, dass die Eingänge zu den Poren weiter verengt werden, wodurch der Reinheitsgrad des Filtrates erhöht wird. In der Praxis werden jedoch die Eingänge der das Filter durchsetzenden Poren durch die an haftende und festgepackte Schicht von Schmutzpartikeln bald einmal verstopft.
Eine Filtriereinrichtung, die einen erhöhten Reinheitsgrad des Filtrates ergibt, kann demzufolge nicht kontinuierlich betrieben werden, muss vielmehr in verhält- nismässig kurzen Zeitabständen im Rückströmverfahren be trieben werden zur Regenerierung des Filters. Eine präzise Filtrierung, die ein Filtrat von hohem Reinheitsgrad ergibt, ist deshalb unter Anwendung herkömmlicher Filtriermetho- den und -einrichtungen nie vereinbar mit einer wirksamen Filtrierung mit hoher Menge von Filtrat.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein Filtrierverfahren zu schaffen, das ein präzises Filtrieren mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht, wobei ein Verstopfen der das Filter durchsetzenden Poren stark hinausgezögert wird. Des weiteren soll eine Einrichtung geschaffen werden, die es ermöglicht, ein solches Verfahren wirksam und stö rungsfrei durchzuführen.
Das erfindungsgemässe Filtrierverfahren zeichnet sich da durch aus, dass der zu filtrierenden Flüssigkeit eine Schall- oder Überschallschwingung erteilt wird, derart, dass im Be reich der Filteroberfläche die Flüssigkeit in einer zu dieser Oberfläche parallelen Richtung schwingt, mit einer Ampli tude, die grösser als der Durchmesser der das Filter durch setzenden Poren ist. Bei der Ausübung dieses Verfahrens kann somit ein Filter zur Verwendung gelangen, dessen Poren erheblich weiter sind als die Partikelgrösse der auszufiltrieren den Schmutzpartikeln, mit der Folge, dass ein Anhaften und Festpacken von Schmutzpartikeln wirksam hintangehalten wird und das Verstopfen des Filters über eine lange Zeit periode nicht stattfindet.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schwingungserzeuger aufweist, welcher der zu filtrierenden Flüssigkeit eine Schall- oder Überschallschwingung erteilt, und dass die Filteroberfläche zur Schwingungsrichtung der genannten Schwingung parallel liegt.
Der Schwingungserzeuger kann an einer Seitenwand des Filtrierbehälters befestigt oder vorzugsweise an einer solchen Seitenwand mittels einer schwingungsdämpfenden Vorrich tung angebracht sein, dies um die Übertragung der mechani schen Schwingungen auf den Filtrierbehälter und auf mit demselben mechanisch verbundene Hilfseinrichtungen zu vermeiden.
In einer besonderen Ausführungsform kann zur Verringe rung des Bauaufwandes der Schwingungserzeuger in der Strömungsbahn der zu filtrierenden Flüssigkeit im Bereich der Mittel zur Einführung solcher Flüssigkeit in die Schmutz- flüssigkeitskammer angeordnet sein.
Zur Vermeidung von Verlust an Schwingungsenergie durch Abgabe von solcher an Luft ist in einer bevorzugten Ausführungsform über der freien Oberfläche der Flüssigkeit in der Schmutzflüssigkeitskammer eine Platte angeordnet, welche die Schwingung daran hindert, sich bis zur Grenz- fläche zwischen Flüssigkeit und Luft auszubreiten.
Zur Vermeidung des Abfallens der Schwingungsgeschwin digkeit nahe derjenigen Oberfläche des Filters, die der zu fil trierenden Flüssigkeit ausgesetzt ist, und die der Schwingung einen Widerstand entgegensetzt, kann diese Oberfläche mit einem flüssigkeitsabstossenden Belag aus einem Stoff verse hen sein, der ein geringes Benetzungsvermögen oder eine geringe Affinität in bezug auf die zu filtrierende Flüssigkeit aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschauli chung des Wirkungsprinzips, auf dem die Erfindung beruht, Fig. 2 eine andere schematische Darstellung zur Veran schaulichung dieses Wirkungsprinzips, Fig. 3 einen schematisierten Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 4 einen Querschnitt eines Teiles eines Filters, das in der Einrichtung nach Fig. 3 zur Verwendung gelangt, in grösserem Massstab, Fig. 5 einen schematisierten Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 6 einen Querschnitt eines Teiles eines Filters, das in der Einrichtung nach Fig.
5 zur Verwendung gelangt, in grösserem Massstab, Fig. 7 einen Ausschnitt aus der Fig. 5 in grösserem Mass- stab, wobei die Anbringung eines Schwingungserzeugers an einer Seitenwand des Filtrierbehälters veranschaulicht ist, und Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung. Zur Erläuterung des Wirkungsprinzips, auf dem die Erfin dung beruht, sei nun vorerst auf die Fig. 1 Bezug genommen. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass jede das Fil ter durchsetzende Pore 2 einen kreisrunden Querschnitt hat mit dem Durchmesser D, und dass jede der in der zu filtrie renden Flüssigkeit enthaltenen Schmutzpartikeln sphärische Gestalt hat mit einem Durchmesser d.
Die x-Koordinate ist die Raumkoordinate, die sich im rechten Winkel zur Ober fläche des Filters 1 erstreckt, und die y-Koordinate ist die Raumkoordinate, die sich parallel zur Oberfläche des Filters erstreckt. Jede Schmutzpartikel P1 oder P2 hat einen Ge schwindigkeitsvektor Vx, der bestimmt ist durch die Ge schwindigkeit, mit welcher das Filtrat aus der Filtratkammer an der entgegengesetzten Seite des Filtriermediums 1 abgezo gen wird.
Wenn die zu filtrierende Flüssigkeit, auch Schmutz flüssigkeit genannt, in dem Bereich des Filters 1 in einer zur Oberfläche dieses Mediums im rechten Winkel stehenden Richtung, also in der Richtung der x-Koordinate fliesst, so werden normalerweise Schmutzpartikeln, die einen Durch messer haben, der kleiner ist als jener der das Filter 1 durch setzenden Poren 2, in diese Poren eintreten und durch die selben hindurch in die Filtratkammern gelangen, so wie dies der Fall ist für eine Schmutzpartikel P1, die im unteren Teil der Fig. 1 gezeigt ist.
Wenn dagegen jeder, wie vorhin er wähnt, der Filteroberfläche mit der Geschwindigkeit Vx im rechten Winkel zu fliessenden Schmutzpartikel eine Schall- oder Überschallschwingung erteilt wird, die einen Ge schwindigkeitsvektor Vy und Vy' und eine Amplitude hat, die grösser ist als der Durchmesser D jeder Pore 2, und zwar in einer zur Filteroberfläche parallelen Richtung, also in der Richtung der y-Koordinate, so wird diese Schmutzpartikel un ter einem Winkel a zur Filteroberfläche hin bewegt mit einer resultierenden Geschwindigkeit, die dargestellt ist durch den Vektor V oder V', Schmutzpartikel P2, deren Durchmesser grösser ist als der Grenzwert d,
können nicht in die Poren 2 eintreten, werden also daran gehindert, in das Filtrat zu ge langen. Es ist nun leicht einzusehen, dass, je kleiner das Ver hältnis von Vx zu Vy oder zu Vy' ist, je kleiner der Winkel a ist, bei dem immer noch Schmutzpartikeln aus dem Filtrat zurückgehalten, also beseitigt werden. Somit können Schmutzpartikeln, deren Durchmesser viel kleiner ist als der Durchmesser D der Poren 2, beseitigt bzw. ausfiltriert wer den.' In Fig. 2, in der für gleiche Teile die gleichen Bezugszei chen verwendet sind wie in Fig: 1, findet sich eine Darstellung anhand von welcher eine Beziehung zwischen dem Winkel a und dem Durchmesser der kleinsten noch zurückgehaltenen Schmutzpartikel aufgestellt werden kann.
Falls die kleinste noch zurückgehaltene Schmutzpartikel mit dem Durchmesser d nicht in die das Filter durchsetzende Pore 2 eintritt, wird diese Schmutzpartikel zum untersten Einlassteil Y der Pore 2 hin bewegt und werden Schmutzpartikel, deren Durchmesser grösser ist als dieser Grenzwert, am Einlassteil Y zurückge worfen, so dass sie nie in die Poren 2 eintreten können.
Falls die den Grenzdurchmesser d besitzende Partikel am obersten Einlassteil vorbeiläuft, so befindet sich diese Partikel in der Lage P (a) nach Fig. 2, wobei sie mit ihrer Mantelfläche mit dem oberen Einlassteil der Pore in Berührung steht, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Bewegungsbahn des Zentrums einer solchen Schmutzpartikel ist durch die Linie L dargestellt, de ren unteres Ende am unteren Einlassteil Y der Pore 2 gele gen ist, wenn diese Partikel sich in der Lage P (b) nach Fig. 2 befindet. Somit ist der Winkel a gleich arc tg D , wobei die kleinste Schmutzpartikel nicht in die Pore 2 ein tritt, solange sie gegen die Filteroberfläche unter einem Win kel bewegt wird, der kleiner ist als a.
Somit ist die Bedingung dafür, dass eine Schmutzpartikel mit einem Durchmesser d nie in die Pore 2 eintritt, die einen Durchmesser D hat, durch die folgende Formel (1) gegeben:
EMI0002.0033
Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist dieser Winkel a durch die nachfolgende Formel (2) bestimmt:
EMI0002.0036
Aus den Formeln (1) und (2) ergibt sich die Bedingung, dafür, dass Schmutzpartikeln mit einem Durchmesser d oder grösser nie in das Filter 1 durchsetzende Poren mit dem Durchmesser D eintreten; diese Bedingung ist durch die fol gende Formel (3) ausgedrückt:
EMI0002.0039
Die erfindungsgemässe Filtrierung wird durchgeführt unter Einhaltung der durch diese Formel ausgedrückten Bedingung. Das bedeutet, dass zu filtrierende Flüssigkeit zusammen mit darin enthaltenen Schmutzpartikeln zu veranlassen ist, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit Vx der Filterober fläche zuzuströmen und dass ihr eine Schall- oder Über- schallschwingung erteilt wird, deren Geschwindigkeit Vy bzw. Vy' gemäss der Formel (3) ist.
Natürlich enthält die zu fil trierende Flüssigkeit Schmutzpartikeln von verschiedenen Grössen und haben nicht alle das Filter durchsetzenden Po ren einheitlich grossen Durchmesser. Wenn aber der weite sten im Filter vorhandenen Pore und der Durchmesser der kleinsten zurückzuhaltenden Schmutzpartikel eingesetzt wird beim Vorbestimmen des Verhältnisses zwischen der Strö mungsgeschwindigkeit Vx und der Schwingungsgeschwindig keit Vy und Vy', so wird der angestrebte Filtriergrad oder Reinheitsgrad des Filtrates stets erreicht.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung weist einen Filtrierbehälter 11 und einen Schmutzwasserbehälter 12 auf, wobei zwischen den beiden Behältern eine Trennwand 13 angeordnet ist. Der Schmutzwasserbehälter 12 ist durch eine Zwischenwand 4 in einen Primärbehälter 12a und einen Sekundärbehälter 12b unterteilt. Die zu filtrierende Flüssigkeit, also die Schmutz flüssigkeit, wird durch eine Leitung 15 in den Primärbehälter 12a eingeleitet.
Aus letzterem gelangt Flüssigkeit in den Se kundärtank 12b einesteils -durch .Überfliessen der Zwischen wand 14 und anderseits auch durch eine Rohrleitung 16 hin durch, deren Eintrittsende sich zuunterst im Primärbehälter 12a befindet und deren Austrittsöffnung sich irgendwo im oberen Teil des Sekundärbehälters 12b befindet; in dieser Rohrleitung ist nebst einer Pumpe 17, die zur Beförderung der Flüssigkeit dient, auch ein Zyklon 18 eingesetzt, der zur Vorreinigung der Flüssigkeit, also zum Ausscheiden von gro ben Schmutzpartikeln, dient. In der Leitung 16 sind auch Ab sperrorgane 19 und 20 auf der Einlass- bzw. Auslassseite der Pumpe 17 eingesetzt.
Die gesamte so in den Sekundärbehälter 12b gelangende Flüssigkeitsmenge tritt durch eine Öffnung 21 in der Trennwand 13 in den Filtrierbehälter 11.
In diesem Filtrierbehälter ist ein Filter 22 in Form eines rechtwinkligen Parallelepipedes angeordnet, welches Filter das Innere des Behälters 11 in eine aussen gelegene Schmutz flüssigkeitskammer und eine innen gelegene Filtratskammer unterteilt. Dieses Filter 22 ist mit einer Filtrierschicht verse hen an seiner Vorder- und an seiner Hinterseite, die beide zur Trennwand 13 und zum Behälterboden im rechten Win kel stehen. Die anderen Seiten des Filters 22 sind dagegen als flüssigkeitsdichte Wände ausgebildet. Wie in Fig. 4 ange deutet ist, besteht das Filter 23 aus Gaze aus rostfreiem Stahldraht, wobei die Drähte 23a horizontal und die Drähte 23b vertikal verlaufen, so dass eine Vielzahl von das Filter 23 durchsetzenden Poren vorhanden ist.
Auf der der Schmutzflüssigkeit zugewendeten Oberfläche des Filters 23 ist ein flüssigkeitsabstossender Belag 24 aus einem Stoff ge bildet, der ein geringes Benetzungsvermögen oder eine ge ringe Affinität in bezug auf die zu filtrierende Flüssigkeit auf weist; bei diesem Stoff kann es sich z. B. um ein fluorhaltiges Polymerisat oder um ein Silikonharz handeln. Der Belag kann z.B. aufgespritzt worden sein mit einer Spritzpistole.
Eine Rohrleitung 25 für die Ableitung des Filtrates hat ihre Einlassöffnung in der Filtratkammer beim einen Ende des Filters 22; in dieser Abführleitung 25 ist eine Förder- pumpe 25 nebst zugehörigen Absperrorganen 27 und 28 ein gesetzt.
An einer Seitenwand des Filtrierbehälters 11 ist ein Schwingungserzeuger 21 befestigt, der dazu dient, der in der Schmutzflüssigkeitskammer des Filtrierbehälters 11 enthalte nen Flüssigkeit eine Schall- oder Überschallschwingung längs den Pfeilen A und B (Fig. 3) zu erteilen.
Es ist ferner auch ein Förderband 30 vorgesehen, welches über Rollen 31, 32, 33 und 34 läuft und mittels einer dieser Rollen angetrieben wird. Dieses Förderband erstreckt sich am Boden der Schmutzwasserkammer im Filtrierbehälter 11 und fördert Schlamm weg, der während dem Filtriervorgang an fällt.
Während dem Filtriervorgang erteilt der Schwingungs erzeuger 29 der Schmutzflüssigkeit, die in dem Filtrierbehäl- ter 11 enthalten ist, eine Schall- oder Überschallschwingung in Richtung der Pfeile A und B. Zugleich strömt die Schmutz flüssigkeit im Bereich der Aussenoberfläche des Filters 23 winkelrecht auf diese zu mit einer Geschwindigkeit, die be stimmt ist durch die sekundliche Menge von Filtrat, welche durch die Pumpe 26 weggefördert wird.
Auf diese Weise wird die Schmutzflüssigkeit gezwungen, sich unter einem spitzen Winkel der Oberfläche des Filters zu nähern. Es wird dann erreicht, dass Schmutzpartikeln, die eine Partikelgrösse haben, welche die Weite der das Filter 23 durch setzenden Poren überschreitet, nicht durch diese Poren hin durch kommen, somit beseitigt werden. Es muss also die wei ter oben durch die Formel (3) ausgedrückte Bedingung ein gehalten werden, womit dann auch der durch die erfindungs- gemässe Ausbildung des Filtrierverfahrens angestrebte Zweck erreicht wird.
Wenn Schmutzpartikeln an der Oberfläche des Filters anhaften müssten, so wird durch die Kraft, welche die in Schwingung begriffene Flüssigkeit auf solche Partikeln aus übt, dafür gesorgt, dass diese Partikeln die Filteroberfläche verlassen, wodurch eine Verstopfung des Filters vermieden wird. Die Schwingung hat also auch die Wirkung, dass sie eine Reinigung der Filteroberfläche während dem Filtriervorgang herbeiführt.
In den Fig. 5 bis 7 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtriereinrichtung veranschaulicht. In dieser Filtriereinrichtung sind in einem Filtrierbehälter 51 zwei Filter 52 eingesetzt, welche das Innere dieses Behälters in eine aussen gelegene Schmutzflüssigkeitskammer und in innerhalb der Filter gelegene Filtratkammern unterteilen. Wie schon in der vorhin beschriebenen Ausführungsform sind die Filter 52 nur an ihrer Vorder- und an ihrer Rückseite mit Filterschichten belegt, wogegen die anderen Seiten als flüssig keitsdichte Wände ausgebildet sind. Wie in Fig. 6 gezeigt, be stehen hier das Filter bzw.
Filterschichten 53 aus Glasfasern, Kunststoffasern oder dergleichen und der flüssigkeitsabstos- sende Belag 54 aus dem Stoff, der ein geringes Benetzungs vermögen oder eine geringe Affinität in bezug auf die zu fil trierende Flüssigkeit aufweist, z. B. Silikonharz, ist auf der jenigen Oberfläche der Filterschicht 53 vorgesehen, die der zu filtrierenden Flüssigkeit ausgesetzt ist. Solche Flüssigkeit wird in den Behälter 51 durch eine Rohrleitung 55 oder durch einen Trichter 56 hindurch zugeführt, wogegen das Filtrat aus der in den Filtern 52 gelegenen Filtratkammern durch Lei tungen 57, 58 in Zusammenwirken mit einer Pumpe 59 ab geführt wird. An die Leitung 57 ist eine Druckluftleitung an geschlossen.
Wenn eine Reinigung des Filters erfolgen soll, so werden das Absperrorgan 61 geschlossen und das Absperr organ 62 geöffnet, damit Druckluft durch die Leitung 60 und dann die Leitung 57 in die Filtratkammern und von dort aus in die Poren 53a gelangen kann um etwaigen an der Aussen- oberfläche des Filters anhaftenden Schmutz abzulösen. Es ist auch ein Mengensteuerabsperrorgan 63 in dem auf der Aus trittsseite der Pumpe 59 gelegenen Teil der Rohrleitung 58 vorgesehen.
Im Filtrierbehälter 51 ist ein Schwingungserzeuger 64 an geordnet, welcher der zu filtrierenden Flüssigkeit im Flüssig keitsbehälter eine Schall- oder Überschallschwingung erteilt, wobei diese Schwingung parallel zu den Filterschichten 53 der Filter 52 erfolgt. Dieser Schwingungserzeuger 64 ist mittels Schraubenfedern 67 und 68 an Haltern 65 und 66 gelagert, die an einer Seitenwand des Filtrierbehälters befestigt sind, und zwar mittels Schraubbolzen 69 und 70 und unter Zwi schensetzung von Gummistücken zwischen der Behälterwand und den dazu parallelen Schenkeln der L-förmigen Halter.
Es ist so eine schwingungsdämpfende Halterung für den Schwin gungserzeuger geschaffen, damit möglichst wenig oder keine Schwingungsenergie auf den Behälter und die daran befestig ten Hilfsaggregate übertragen wird. Ein Kabel 71, das der Zuleitung von elektrischem Strom zum Schwingungserzeuger 64 dient, erstreckt sich in seinen an den Schwingungserzeuger anschliessenden Endteil und namentlich im Bereich der Flüssigkeit innerhalb eines Abschirmrohres 72, das am Schwingungserzeuger flüssigkeitsdicht angebracht ist.
Des weiteren ist über den Filtern 52, aber unter der Fein oberfläche der Flüssigkeit im Schmutzflüssigkeitsbehälter eine Platte 73 angeordnet, die z. B. aus rostfreiem Stahl besteht und die dazu dient, eine Ausbreitung der Schwingung bis zur Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft zu verhindern und auf diese Weise einen Verlust an Schwingungsenergie durch Abgabe von solcher an die Luft zu vermeiden.
Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel ist ein Schlammwegförderband 74 vorgesehen, samt zugehörigen Rollen 75, 76 und 77.
Der Filtriervorgang erfolgt so wie dies schon weiter oben beschrieben wurde, wobei aber hier zusätzlich der Verlust von Schwingungsenergie an den Filtrierbehälter 51 und an die über der Flüssigkeit gelegene Luft vermieden ist.
Die in der Fig. 8 dritte Ausführungsform der erfindungs- gemässen Filtriereinrichtung weist einen stehenden Filtrier- Behälter 101 auf, in dem drei Filter 102 angeordnet sind, welche das Behälterinnere in eine aussen gelegene Schmutz flüssigkeitskammer und drei in den einzelnen Filtern gelegene Filtratkammer unterteilen. Die Schmutzflüssigkeit wird durch eine Rohrleitung 103 und eine Pumpe 104 zugefördert. In der Rohrleitung ist ein Schwingungsgeberbehälter 105 ein gesetzt, in welchem ein Schwingungserzeuger 106 angeordnet ist.
Dieser erteilt der durch die Leitung 103 strömenden Flüssigkeit eine Schall- oder Überschallschwingung, und die zu filtrierende Flüssigkeit wird in die Schmutzflüssigkeits kammer eingeführt mit überlagerter Schwingung in der Ver tikalrichtung; demgemäss sind die Filter 102 nur an ihren ver tikalen Seiten mit Filterschichten belegt, wogegen die Ober und die Unterseite als flüssigkeitsdichte Wände ausgebildet sind.
Die Abführung des Filtrates aus dem innerhalb der Filter 102 gelegenen Filtratkammern erfolgt durch Leitungen 107 hindurch; diese sind mit ihrem äusseren Ende an ein Sammel- rohr 108 angeschlossen; die Abführung des Filtrates aus die sem Sammelrohr erfolgt mittels einer Rohrleitung 109, in wel cher Absperrorgane 111, 112, eine Pumpe 110 und ein Durchflussmessorgan 113 eingesetzt sind. An das untere Ende des Filtrierbehälters 101 ist auch eine Überstromleitung 114 angeschlossen, in der ein Absperrorgan 115 eingesetzt ist und an die ferner eine Schlammabführleitung 116 mit einge setztem Absperrorgan 117 angeschlossen ist. Ein Steuerab sperrorgan 118 ist ferner in der Rohrleitung 103 auf der Auslassseite der Pumpe 104 eingesetzt.
Beim Betrieb der Filtriereinrichtung nach Fig. 8 wird die im Filtrierbehälter 101 enthaltene Schmutzflüssigkeit in Ver tikalrichtung, mit etwas Abweichung von dieser Richtung, in Schwingung versetzt; unbekümmert um die Abweichung von der Vertikalrichtung arbeitet die Filtriereinrichtung zufrieden stellend für eine Rohfiltrierung der Flüssigkeit.
Der wichtigste Vorteil, den die vorliegende Erfindung zei tigt, besteht darin, dass Schmutzpartikeln mit einer Partikel- grösse, die kleiner ist als die Weite der das Filter durchset zenden Poren, aus der Flüssigkeit herausfiltriert werden kön nen, mit der Folge, dass ein Filter mit verhältnismässig grosser Porenweite zur Anwendung gelangen kann und somit eine Verstopfung des Filters für eine lange Zeit hintangehalten werden kann. Somit kann die für herkömmliche Filter gel tende Unvereinbarkeit von hoher Leistung und hohem Rein heitsgrad umgangen werden. Dazu kommt als weiterer Vor teil der Umstand, dass die Ablösung. von Schmutz von der Filteroberfläche durch die schwingende Flüssigkeit begün stigt wird.
Method for filtering liquid and device for carrying out the method The invention relates to a method for filtering a liquid which flows in a direction at right angles to the surface of a filter, and a device for carrying out the method, with a filtering container in which a filter is inserted which divides the container interior into a dirty liquid chamber and a fil trench chamber, means for introducing liquid to be filtered into the dirty liquid chamber and means for removing it of filtrate from the filtrate chamber.
According to the classical filter theory, if the diameter of the pores penetrating the filter is small, the fine dirt particles also adhere to the surface of the filter and pack together in such a way that the entrances to the pores are further narrowed, which increases the purity of the filtrate. In practice, however, the entrances to the pores penetrating the filter are soon clogged by the adhering and tightly packed layer of dirt particles.
A filtering device that results in an increased degree of purity of the filtrate cannot therefore be operated continuously, but rather has to be operated at relatively short time intervals in the backflow process to regenerate the filter. Precise filtration which results in a filtrate of a high degree of purity is therefore never compatible with effective filtration with a large amount of filtrate using conventional filtration methods and equipment.
The invention is primarily based on the object of creating a filtration method which enables precise filtration with a high degree of efficiency, with clogging of the pores penetrating the filter being greatly delayed. Furthermore, a device is to be created that makes it possible to carry out such a method effectively and trouble-free.
The filtering method according to the invention is characterized in that the liquid to be filtered is given a sonic or supersonic oscillation, such that in the area of the filter surface the liquid oscillates in a direction parallel to this surface, with an amplitude greater than that The diameter of the pores that set the filter through. When performing this process, a filter can be used whose pores are considerably larger than the particle size of the dirt particles to be filtered out, with the result that dirt particles are effectively prevented from sticking and sticking and the filter is clogged over a long period of time not taking place.
The device according to the invention for carrying out the method is characterized in that it has a vibration generator which gives the liquid to be filtered a sonic or supersonic vibration, and that the filter surface is parallel to the direction of vibration of said vibration.
The vibration generator can be attached to a side wall of the filter container or preferably attached to such a side wall by means of a vibration-damping device to avoid the transmission of mechanical vibrations to the filter container and to auxiliary devices mechanically connected to the same.
In a particular embodiment, in order to reduce the construction costs, the vibration generator can be arranged in the flow path of the liquid to be filtered in the area of the means for introducing such liquid into the dirty liquid chamber.
To avoid loss of vibration energy by releasing it into air, in a preferred embodiment a plate is arranged above the free surface of the liquid in the dirty liquid chamber, which prevents the vibration from spreading to the interface between liquid and air.
To avoid the drop in Schwingungsgeschwin speed near that surface of the filter that is exposed to the liquid to be filtrated, and which opposes the vibration with a resistance, this surface can be hen verse with a liquid-repellent coating made of a substance that has a low wetting capacity or a has low affinity for the liquid to be filtered.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawing, for example. 1 shows a schematic representation to illustrate the principle of action on which the invention is based, FIG. 2 shows another schematic representation to illustrate this principle of action, FIG. 3 shows a schematic longitudinal section of a first embodiment of the device according to the invention, FIG. 4 a cross-section of a part of a filter which is used in the device according to FIG. 3, on a larger scale, FIG. 5 a schematic longitudinal section of a second embodiment of the device according to the invention, FIG. 6 a cross-section of a part of a filter which is used in the device according to Fig.
5 is used, on a larger scale, FIG. 7 shows a detail from FIG. 5 on a larger scale, the attachment of a vibration generator to a side wall of the filter container being illustrated, and FIG. 8 a schematic sectional illustration of a third exemplary embodiment of the inventive Facility. To explain the operating principle on which the invention is based, reference is now made to FIG. 1 for the time being. For the sake of simplicity, it is assumed that each pore 2 passing through the filter has a circular cross section with the diameter D, and that each of the dirt particles contained in the liquid to be filtered has a spherical shape with a diameter d.
The x-coordinate is the spatial coordinate that extends at right angles to the upper surface of the filter 1, and the y-coordinate is the spatial coordinate that extends parallel to the surface of the filter. Each dirt particle P1 or P2 has a speed vector Vx which is determined by the speed at which the filtrate is withdrawn from the filtrate chamber on the opposite side of the filter medium 1.
If the liquid to be filtered, also called dirt liquid, flows in the area of the filter 1 in a direction at right angles to the surface of this medium, i.e. in the direction of the x-coordinate, then normally dirt particles with a diameter which is smaller than that of the pores 2 passing through the filter 1, enter these pores and pass through them into the filtrate chambers, as is the case for a dirt particle P1, which is shown in the lower part of FIG.
If, on the other hand, as previously mentioned, the filter surface is given a sonic or supersonic oscillation at the speed Vx at right angles to the dirt particles flowing, which has a speed vector Vy and Vy 'and an amplitude that is greater than the diameter D each Pore 2, namely in a direction parallel to the filter surface, i.e. in the direction of the y-coordinate, this dirt particle is moved under an angle α to the filter surface with a resulting speed, which is represented by the vector V or V ', Dirt particles P2, the diameter of which is larger than the limit value d,
can not enter the pores 2, so are prevented from ge long into the filtrate. It is now easy to see that the smaller the ratio of Vx to Vy or to Vy ', the smaller the angle a at which dirt particles are still retained from the filtrate, that is to say removed. Thus, dirt particles whose diameter is much smaller than the diameter D of the pores 2 can be removed or filtered out who the. In FIG. 2, in which the same reference characters are used for the same parts as in FIG. 1, there is an illustration based on which a relationship between the angle α and the diameter of the smallest dirt particles still retained can be established.
If the smallest still retained dirt particle with the diameter d does not enter the pore 2 penetrating the filter, this dirt particle is moved towards the lowest inlet part Y of the pore 2 and dirt particles whose diameter is greater than this limit value are thrown back at the inlet part Y, so that they can never enter the pores 2.
If the particle having the limiting diameter d passes the uppermost inlet part, then this particle is in position P (a) according to FIG. 2, its surface area being in contact with the upper inlet part of the pore, as shown in FIG is.
The movement path of the center of such a dirt particle is shown by the line L, the lower end of which is located at the lower inlet part Y of the pore 2 when this particle is in position P (b) according to FIG. Thus, the angle a is equal to arc tg D, the smallest dirt particles not entering the pore 2 as long as it is moved against the filter surface at an angle that is smaller than a.
Thus, the condition that a dirt particle having a diameter d never enters the pore 2 having a diameter D is given by the following formula (1):
EMI0002.0033
As can be seen from Fig. 1, this angle a is determined by the following formula (2):
EMI0002.0036
The formulas (1) and (2) result in the condition that dirt particles with a diameter d or greater never enter the filter 1 penetrating pores with the diameter D; this condition is expressed by the following formula (3):
EMI0002.0039
The filtration of the present invention is carried out in compliance with the condition expressed by this formula. This means that the liquid to be filtered, together with the dirt particles it contains, is to be caused to flow towards the filter surface at a predetermined speed Vx and that it is given a sonic or supersonic vibration, the speed of which is Vy or Vy 'according to the formula (3 ) is.
Of course, the liquid to be filtered contains dirt particles of various sizes and not all pores passing through the filter have uniformly large diameters. But if the most extensive pore in the filter and the diameter of the smallest dirt particles to be retained is used when determining the relationship between the flow velocity Vx and the vibration speed Vy and Vy ', the desired degree of filtration or purity of the filtrate is always achieved.
The embodiment of the device according to the invention shown in FIGS. 3 and 4 has a filter container 11 and a dirty water container 12, a partition 13 being arranged between the two containers. The dirty water tank 12 is divided by a partition 4 into a primary tank 12a and a secondary tank 12b. The liquid to be filtered, ie the dirty liquid, is introduced through a line 15 into the primary container 12a.
From the latter, liquid passes into the secondary tank 12b on the one hand -through .Überfließen the intermediate wall 14 and on the other hand through a pipe 16, whose inlet end is at the bottom of the primary container 12a and the outlet opening is somewhere in the upper part of the secondary container 12b; In addition to a pump 17, which is used to convey the liquid, a cyclone 18 is also used in this pipeline, which is used to pre-clean the liquid, that is, to separate coarse dirt particles. In the line 16, shut-off devices 19 and 20 are also used on the inlet and outlet side of the pump 17.
The entire amount of liquid thus reaching the secondary container 12b passes through an opening 21 in the partition 13 into the filtering container 11.
In this filter container, a filter 22 is arranged in the form of a right-angled parallelepiped, which filter divides the interior of the container 11 into an exterior dirt liquid chamber and an interior filtrate chamber. This filter 22 is hen with a filter layer verses on its front and on its rear side, both of which are angle to the partition 13 and the container bottom in the right Win. The other sides of the filter 22, however, are designed as liquid-tight walls. As indicated in FIG. 4, the filter 23 is made of gauze made of stainless steel wire, the wires 23a running horizontally and the wires 23b running vertically, so that a plurality of pores penetrating the filter 23 are present.
On the surface of the filter 23 facing the dirty liquid, a liquid-repellent coating 24 is formed from a substance which has a low wetting power or a low affinity with respect to the liquid to be filtered; this substance can be, for. B. be a fluorine-containing polymer or a silicone resin. The covering can e.g. have been sprayed on with a spray gun.
A pipe 25 for the discharge of the filtrate has its inlet opening in the filtrate chamber at one end of the filter 22; A feed pump 25 and associated shut-off devices 27 and 28 are inserted in this discharge line 25.
On a side wall of the filter container 11, a vibration generator 21 is attached, which serves to give the liquid contained in the dirty liquid chamber of the filter container 11 a sonic or supersonic vibration along the arrows A and B (Fig. 3).
There is also a conveyor belt 30 which runs over rollers 31, 32, 33 and 34 and is driven by means of one of these rollers. This conveyor belt extends at the bottom of the dirty water chamber in the filter tank 11 and conveys away sludge that falls on during the filtering process.
During the filtering process, the vibration generator 29 gives the dirty liquid contained in the filter container 11 a sonic or supersonic vibration in the direction of arrows A and B. At the same time, the dirty liquid flows in the area of the outer surface of the filter 23 at right angles at a rate which is determined by the secondary amount of filtrate which is conveyed away by the pump 26.
In this way the dirty liquid is forced to approach the surface of the filter at an acute angle. It is then achieved that dirt particles, which have a particle size which exceeds the width of the pores settling through the filter 23, do not come through these pores and are thus eliminated. The condition expressed further above by the formula (3) must therefore be complied with, with which the purpose aimed for by the design of the filtering method according to the invention is achieved.
If dirt particles should adhere to the surface of the filter, then the force which the vibrating liquid exerts on such particles ensures that these particles leave the filter surface, thereby preventing the filter from clogging. The vibration also has the effect of cleaning the filter surface during the filtering process.
In FIGS. 5 to 7, another embodiment of the filter device according to the invention is illustrated. In this filtering device, two filters 52 are used in a filtering container 51, which subdivide the interior of this container into an externally located dirty liquid chamber and into filtrate chambers located inside the filter. As in the embodiment described above, the filters 52 are covered with filter layers only on their front and rear sides, whereas the other sides are designed as liquid-tight walls. As shown in Fig. 6, be the filter or
Filter layers 53 made of glass fibers, plastic fibers or the like and the liquid-repellent covering 54 made of the substance that has a low wetting ability or a low affinity with respect to the liquid to be fil trating, z. B. silicone resin is provided on the surface of the filter layer 53 that is exposed to the liquid to be filtered. Such liquid is fed into the container 51 through a pipe 55 or through a funnel 56, whereas the filtrate from the filtrate chambers located in the filters 52 is led through lines 57, 58 in cooperation with a pump 59. To the line 57, a compressed air line is closed.
If the filter is to be cleaned, the shut-off element 61 is closed and the shut-off element 62 is opened so that compressed air can pass through the line 60 and then the line 57 into the filtrate chambers and from there into the pores 53a to any outside - Remove dirt adhering to the surface of the filter. There is also a quantity control shut-off device 63 in the part of the pipeline 58 located on the exit side of the pump 59.
In the filter container 51, a vibration generator 64 is arranged, which gives the liquid to be filtered in the liquid keitsbehält a sonic or supersonic vibration, this vibration taking place parallel to the filter layers 53 of the filter 52. This vibration generator 64 is mounted by means of coil springs 67 and 68 on holders 65 and 66 which are attached to a side wall of the filter container, namely by means of bolts 69 and 70 and interposed by pieces of rubber between the container wall and the parallel legs of the L-shaped Holder.
It is a vibration-damping bracket for the vibration generator created so that as little or no vibration energy as possible is transmitted to the container and the ancillary equipment attached to it. A cable 71, which is used to supply electrical current to the vibration generator 64, extends in its end part adjoining the vibration generator and in particular in the area of the liquid within a shielding tube 72 which is attached to the vibration generator in a liquid-tight manner.
Furthermore, a plate 73 is arranged above the filters 52, but under the fine surface of the liquid in the dirty liquid container, the z. B. is made of stainless steel and serves to prevent the vibration from spreading to the interface between liquid and air and in this way to avoid a loss of vibration energy by releasing it into the air.
Similar to the first exemplary embodiment, a mud path conveyor belt 74 is provided, including associated rollers 75, 76 and 77.
The filtering process takes place as already described above, but here additionally the loss of vibration energy to the filtering container 51 and to the air above the liquid is avoided.
The third embodiment of the filter device according to the invention in FIG. 8 has an upright filter container 101 in which three filters 102 are arranged, which subdivide the interior of the container into an outside dirt liquid chamber and three filtrate chambers located in the individual filters. The dirty liquid is fed in through a pipe 103 and a pump 104. In the pipeline, a vibration generator container 105 is set, in which a vibration generator 106 is arranged.
This gives the liquid flowing through the line 103 a sonic or supersonic oscillation, and the liquid to be filtered is introduced into the dirty liquid chamber with superimposed oscillation in the vertical direction; accordingly, the filters 102 are covered with filter layers only on their vertical sides, whereas the top and bottom are designed as liquid-tight walls.
The discharge of the filtrate from the filtrate chambers located inside the filter 102 takes place through lines 107; These are connected with their outer end to a collecting pipe 108; the discharge of the filtrate from this collecting pipe takes place by means of a pipe 109, in wel cher shut-off elements 111, 112, a pump 110 and a flow measuring element 113 are used. At the lower end of the filter container 101, an overflow line 114 is connected, in which a shut-off element 115 is inserted and to which a sludge discharge line 116 with a shut-off element 117 is also connected. A control valve 118 is also used in the pipeline 103 on the outlet side of the pump 104.
During operation of the filter device according to FIG. 8, the dirty liquid contained in the filter container 101 is vibrated in the vertical direction, with a slight deviation from this direction; regardless of the deviation from the vertical direction, the filtering device works satisfactorily for raw filtration of the liquid.
The most important advantage of the present invention is that dirt particles with a particle size that is smaller than the width of the pores passing through the filter can be filtered out of the liquid, with the result that a filter with a relatively large pore size can be used and thus a clogging of the filter can be prevented for a long time. In this way, the incompatibility of high performance and a high degree of purity, which applies to conventional filters, can be avoided. Added to this is the fact that the replacement. dirt from the filter surface is favored by the vibrating liquid.