DE10012534A1 - Fest-flüssig-Filterverfahren und -system für Abwasser und dgl. - Google Patents

Abstract

Ein fest-flüssig Filterverfahren und -system umfaßt ein dickes Band (7) angeordneter Filamente, die durch eng paralleles Anordnen von Monofilamenten vorbestimmter Länge gefertigt sind, ein Mittel (11) zum Festelgen eines Endabschnitts des Bands sowie ein Stützgitter (4), um das Band flachliegend in Betriebsstellung zu halten, wenn das Band auf das Stützgitter gedrückt wird, wobei ein Endabschnitt der Monofilamente fest und der andere Endabschnitt schwimmend ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein fest-flüssig-Filterverfahren und -system für Abwasser und dgl.

Bei einem herkömmlichen fest-flüssig-Filterprozeß wurde Feststoffe enthaltende Flüssigkeit durch ein poröses Filtermedium ausgefiltert, wie etwa aus gewobenem Textilmaterial, Gaze oder Gitter, gestricktem Textilmaterial, einer durchlässigen Membrane oder dgl. Die zu filternde Flüssigkeit gelangte durch ein Filtermedium von dessen einer Seite zur anderen Seite, durch Druck, Pressen, Evakuieren, Zentrifugieren und dgl., wodurch Feststoffe von den Poren festgehalten wurden, wenn der Feststoffpartikel größer als die Porengröße war.

Bei dem herkömmlichen System zur Durchführung des oben erwähnten Filterprozesses wird die Flüssigkeit im Prinzip von einer Seite des Filters zur anderen Seite hindurchgedrückt. Die durchschnittliche Festpartikelgröße in der Flüssigkeit variiert in Abhängigkeit von der Art der zu filtrierenden Flüssigkeit, während die inhärente Porengröße jedes Filtermediums in einen bestimmten Bereich fällt. Wenn die Flüssigkeit Feststoffe unterschiedlicher Partikelgrößen enthält, ist es notwendig, das Filtermedium mit Zunahme oder Abnahme der Partikelgröße zu wechseln. Ferner ist die zu filternde Flüssigkeit durch ein bestimmtes Filtersystem beschränkt, wenn das Filtermedium nicht gewechselt wird, was die Anwendbarkeit des Filtersystems unerwünscht einschränkt.

Gefilterte Festpartikel sammeln sich allmählich mit Ablauf des Filterprozesses an dem Filtermedium an, so daß der Filter zusetzt. Dieses Zusetzen reduziert den Filtereffekt und unterbricht schließlich die Filtration.

Wenn die Flüssigkeit wie oben beschrieben durch das Filtermedium hindurchgepreßt wird, werden die Feststoffe durch die Filterporen stark festgehalten. Je feiner die Festpartikel werden, desto häufiger setzt der Filter zu.

Vom betriebsmäßigen Standpunkt her ist es weder wirtschaftlich, effizient noch praktisch, ein Filtermedium bis zu dessen Filterkapazität zu benutzen, weil ein solches Medium nicht mehr wiederverwendbar ist. Aus diesem Grund werden Filtermedien normalerweise gewaschen, um ausgefilterte Festpartikel zu entfernen, und werden häufig wiederverwendet. Um die durch das Zusetzen verursachten Probleme zu lösen, wird ein festes Filtermedium einem sogenannten Rückwaschen unterzogen, indem Waschwasser durch das Medium in der Gegenrichtung hindurchgedrückt wird, oder die zugesetzten Festpartikel werden mittels einer herkömmlichen Vorrichtung kräftig ausgeblasen oder abgesaugt.

Obwohl das Rückwaschen einfach und eine bequeme Behandlung gegen das Zusetzen ist, sollte diese Behandlung mit hohem Wasserdruck unter Verwendung einer großen Wassermenge über eine lange Zeitdauer durchgeführt werden, wenn die Porengröße des Filtermediums besonders klein ist, oder wenn Festpartikel besonders fein sind und fest an dem Medium anhaften. Das Filtermedium wird manchmal kontinuierlich auch in einem ineffizienten Zustand benutzt, wie oben beschrieben, oder die Waschperiode sollte unvermeidlich verkürzt werden.

Andererseits würde eine Anwendung einer bestimmten Waschvorrichtung die Produktionskosten senken und die Betriebseffizienz senken.

Als Aufgabe der Erfindung soll nun ein Weg aufgezeigt werden, Feststoffe mit normalen bis superfeinen Partikeln durch ein neues Filtermedium auszufiltern, der leicht und vollständig durch herkömmliches Rückwaschen gereinigt werden kann. Ansonsten soll ein neues fest-flüssig-Filterverfahren und -system angegeben werden, welches dem herkömmlichen Filterkonzept überlegen ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein fest-flüssig-Filterverfahren angegeben, bei dem zu filternde Flüssigkeit durch ein dickes Band angeordneter Filamente geleitet wird, um Feststoffe auszufiltern und abzufangen, indem Flüssigkeit in der Filament-Rückhalterichtung zugeleitet wird, wobei das Band eng parallel angeordnete Monofilamente vorbestimmter Länge aufweist, deren einer Endabschnitt fest ist und deren anderer Endabschnitt schwimmend, um das Band durch eine Stütze nur dann flachliegend richtig positioniert zu halten, wenn jedes Filament zwangsweise in eine reguläre Richtung gedreht ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein fest-flüssig-Filtermittel angegeben, umfassend ein dickes Band angeordneter Filamente, die durch enges Anordnen paralleler Monofilamente vorbestimmter Länge hergestellt sind, ein Mittel zum Fixieren eines Endabschnitts des Bands sowie ein Stützgitterwerk, um das Band flachliegend richtig positioniert zu halten, wenn das Band zwangsweise in eine reguläre Richtung gedreht ist, wobei ein Endabschnitt der Monofilamente fest ist und der andere Endabschnitt schwimmend.

Erfindungsgemäß sind zwischen jeder Kontaktfläche einander parallel eng benachbarter Monofilamente Lücken ausgebildet, die als Poren wirken, die an einem herkömmlichen Filtermedium ausgebildet sind.

Eine Filteroberfläche kann durch Wechseln des Durchmessers der Monofilamente gesteuert werden, und daher kann deren Dicke in Abhängigkeit von der Partikelgröße der zu filternden Feststoffe gewählt werden.

Mittels ultrafeiner Monofilamente kann eine Feinfiltration durchgeführt werden, die einer Membran- oder Ultrafiltration vergleichbar ist.

Das oben erwähnte neuartige Filtermedium gestattet eine problemlose hochwirksame Filtration, während das Rückwaschen davon ziemlich einfach und vollständig erfolgen kann. Da nur ein Seitenabschnitt der Monofilamente fixiert ist, löst sich der andere Seitenabschnitt von dem Stützgitter durch das Rückwaschwasser, das in der Rückwärtsrichtung entgegen dem Filtrationsfluß zugeführt wird, während das Waschwasser ermöglicht, daß die Filamente zwangsweise schwimmen und sich darin aufspreizen. Ein Abstand zwischen den jeweiligen Filteroberflächen wird zwangsweise durch das Waschwasser aufgespreizt, so daß Festpartikel, die auf ein Band von Filamentanordnungen während des Filterprozesses hängengeblieben sind, ohne Schwierigkeit davon gelöst werden, um hierdurch das Filtermedium leicht regenerieren zu können.

Wie oben beschrieben ist es mit dem vorliegenden Filterverfahren und - system möglich, das Filtermedium ziemlich einfach und vollständig in jedem Fall durch herkömmliches Rückwaschen zu waschen und zu regenerieren, während die Membran- oder Ultrafiltrationsleistung beibehalten werden kann.

Die bevorzugt verwendeten Monofilamente können aus herkömmlichen Materialien gefertigte Filamente oder Fasern sein, bevorzugt einschließlich Kunststoff, Kohlefaser, Metallfaser und dgl., obwohl natürlich bestimmte Materialien gewählt werden sollten, die für die Eigenschaften der zu filternden Flüssigkeit jeweils geeignet sind.

Die Dicke der Monofilamente ist nicht besonders eingeschränkt, wobei aber besonders dicke Filamente die Betriebswirkung senken, weil zwischen ihnen eine kleinere Kontaktfläche ausgebildet ist, und sie nicht zur Durchführung einer hochwirksamen Filtration geeignet sind. Bevorzugt beträgt der Durchmesser der Monofilamente 0,3 mm oder weniger, um erfindungsgemäß eine hochwirksame Filtration durchführen zu können, obwohl die Betriebswirkung mit sinkender Dicke der Monofilamente stark zunimmt.

Ferner unterliegt das Stützgitter für das Band aus Monofilamentanordnungen durch die Erfindung keinen Beschränkungen, außer im Hinblick auf die technische Praxis, wobei etwa deren Gitterweite bzw. Raster nicht größer als die Dicke der Monofilamente ist, um ein Eindringen derselben in das Stützgitter zu verhindern, wobei der Träger aus Materialien hergestellt ist, die gegen die zu filtrierende Flüssigkeit resistent sind und dgl.

Erfindungsgemäß wird das Filtermedium gewaschen und regeneriert, lediglich durch die Zufuhr von Rückwaschwasser in die Rückwärtsrichtung gegen den Flüssigkeitsfluß, was die technischen und wirtschaftlichen Nachteile des Rückwaschens minimiert. Ein Rückwaschschritt kann ohne wesentlichen Effizienzverlust während des Filtrationsprozesses wiederholt erfolgen. Anders gesagt, ein derart intermittierender Rückwaschschritt beeinflußt den Filtrationsprozeß nicht wesentlich. Ein besonders charakteristisches Merkmal der Erfindung beruht in dem einfachen und vollständigen Rückwaschen.

Wie oben beschrieben, werden andererseits die Monofilamentanordnungen effektiv als neuartiges Filtermedium genutzt, und sie wirken ferner als Flügelventil, das herkömmlich bei ähnlichen Verfahren und System genutzt wird.

Es ist theoretisch möglich, beide Enden eines Filtermediums während des Filtrationsprozesses festzulegen, im sich anschließenden Rückwaschschritt eines der beiden Enden zu lösen, und zur weiteren Filtration dieses erneut festzulegen. Ein solches Verfahren ist jedoch unpraktisch und widerspricht dem Sinn der Erfindung.

Die Erfindung wird nun in bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch das fest-flüssig-Filtersystem;

Fig. 2 perspektivisch ein Filtermedium des fest-flüssig-Filtersystems;

Fig. 3 eine teilvergrößerte Seitenansicht eines kurzen Seitenabschnitts des in Fig. 2 gezeigten Filtermediums (entlang Linie III-III in Fig. 2);

Fig. 4 einen schematischen Schnitt des fest-flüssig-Filtersystems im Rückwaschzustand; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des fest-flüssig-Filtersystems nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Bandreihe aus Monofilamentanordnungen, die zum besseren Verständnis teilweise entfernt sind.

Mit 1 ist ein zylindrischer korbartiger Rahmen bezeichnet, der aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, als Teil des vorliegenden Systems. Der Rahmen 1 ist etwa 450 mm lang und hat einen Durchmesser von etwa 140 mm. Der Rahmen 1 ist an seiner oberen und unteren Öffnung mit Verschlußdeckeln 2 und 3 aus rostfreiem Stahl versehen, und darauf ist ein rostfreies Drahtgitter 4, etwa mit 1 cm Raster, gespannt. Der obere Deckel 2 ist mit einem Stutzen 6 zur lösbaren Verbindung mit einem Saugrohr 5 versehen.

Mit 7 ist ein Filtermedium bezeichnet. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt das Filtermedium 7 eine etwa 1,5 mm dicke Innenlage, die aus einer engen Anordnung von Aramidfasern 8 (TECHNORA, TEIJIN LIMITED, Handelsmarke) aufgebaut, von etwa 150 mm Länge und etwa 0,012 mm Durchmesser, hergestellt durch enges Zusammenlegen oder Anordnen von Aramidmonofilamenten und zweilagigem Falter derselben hergestellt ist, um eine insgesamt etwa 1,5 mm dicke Lage zu bilden; eine etwa 0,5 mm dicke Außenlage, hergestellt durch Anordnen von Polypropylenmonofilamenten 9 von etwa 0,3 mm Durchmesser auf der Innenlage; eine rostfreie Stange 10 von etwa 470 mm Länge zum Halten der Mitte beider Monofilamentenlagen; und eine Klemmhülse 11 zum Befestigen dieser Lagen an der Stange 10, wobei die Dicke des Filtermediums 7 insgesamt etwa 2,5 mm beträgt. Es werden dickere Monofilamente der Außenlage verwendet, um die Innenlage dünnerer Monofilamente als eigentliches Filtermedium festzulegen, und sie tragen nicht direkt zur Filtration bei. Demzufolge ist die Außenlage für das vorliegende Filtersystem nicht notwendigerweise erforderlich. Das Filtermedium 7 ist etwa 450 mm lang, etwa 70 mm breit und etwa 2,5 mm dick.

Es sind neun Filtermedien 7 auf einem Drahtgitter 4 angebracht, das um den zylindrischen korbartigen Rahmen 1 herum gespannt ist, so daß jeweilige freie Endabschnitte dieser Medien 7 die benachbart mit der Klemmhülse befestigten Endabschnitte einander überlappen, wie in Fig. 1 gezeigt. Die in Fig. 1 mit "a" bezeichente Überlappungsbreite beträgt etwa 20 mm. Die rostfreien Stangen 10 sind jeweils in den Umfang der oberen und unteren Deckel 2 und 3 des Rahmens 1 eingesetzt. In diesem Fall ist jedes Filtermedium 7 um die rostfreie Stange 10 als Drehwelle herum drehbar. Das Filtermedium 7 kann an dem Rahmen 1 derart befestigt sein, daß die Medien insgesamt nicht drehbar sind, sondern nur die Monofilamente frei schwimmen können.

Das Filtersystem mit der oben erwähnten Struktur ist angenähert luftdicht, und zwar mittels der Filtermedien 7 und den oberen und unteren Deckeln 2 und 3, außer dem Stutzen 6, und ist vollständig abgedichtet, wenn das Saugrohr 5 daran angeschlossen ist.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Filterverfahren unter Verwendung des obigen Systems beschrieben.

Nach dem Anschließen des Saugrohrs 5 an den Stutzen 6 wurde das Filtersystem in eine aufgerührte 30.000 ppm-Gebirgsbodensuspension in Wasser eingetaucht. Das Saugrohr 5 wurde mit einer kleinen 8 Liter/min- Saugdruckpumpe verbunden, um die Filtration unter Druckbedingungen durchzuführen. Die Suspension wurde mit einer Filterrate von 2,0 bis 3,0 Liter/min gefiltert und man erhielt im wesentlichen klares Wasser.

Der erste Filterschritt wurde nach 10 Minuten-Filtration unterbrochen, während das Filtermedium 7 für nur eine Minute rückgewaschen wurde, durch Wasserfluß in Rückwärtsrichtung entgegen der Flußrichtung der Filterflüssigkeit. Ein solcher kombinierter Prozeß von 10 Minuten-Filtration, gefolgt durch eine Minute Rückwaschen, wurde fortlaufend wiederholt. Im Ergebnis erhielt man klares Wasser als Filtrat mit einer Filterrate von 110 bis 160 Litern/Stunde oder etwa 3.200 Litern/Tag.

Wenn Rückwaschwasser (Leitungswasser) A heftig von der Innenseite zur Außenseite durch das Filtersystem geleitet wurde, lösten sich die Monofilamente des Filtermediums 7 von dem Drahtgitter 4 nach außen und schwammen im Wasser, wie in Fig. 4 gezeigt, das dann in unregelmäßigen Lücken zwischen den jeweiligen Monofilamenten eingefangen wurde, um gefilterte Feststoffe zu entfernen, die sich daran angesammelt hatten, und um das Filtermedium 7 vollständig zu regenerieren.

Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Jedes Filtermedium 7 ist an einem Seitenabschnitt einer Kammer flach angeordnet und dort befestigt. Hierbei erfolgt eine effektive Saugfiltration und das Rückwaschen, indem man zu filtrierende Flüssigkeit und Rückwaschwasser nacheinander durch einen Stutzen (nicht gezeigt) leitet, der an der Kammer so ähnlich wie oben beschrieben befestigt ist.

Ein fest-flüssig-Filterverfahren und -system umfaßt ein dickes Band 7 angeordneter Filamente, die durch eng paralleles Anordnen von Monofilamenten vorbestimmter Länge gefertigt sind, ein Mittel 11 zum Festlegen eines Endabschnitts des Bands sowie ein Stützgitter 4, um das Band flachliegend in Betriebsstellung zu halten, wenn das Band auf das Stützgitter gedrückt wird, wobei ein Endabschnitt der Monofilamente fest ist und der andere Endabschnitt schwimmend.

Claims (11)

1. Fest-flüssig-Filterverfahren, bei dem zu filternde Flüssigkeit durch ein dickes Band (7) angeordneter Filamente geleitet wird, um Feststoffe auszufiltern und abzufangen, indem Flüssigkeit in der Filament- Rückhalterichtung zugeleitet wird, wobei das Band (7) eng parallel angeordnete Monofilamente (8, 9) vorbestimmter Länge aufweist, deren einer Endabschnitt fest ist und deren anderer Endabschnitt schwimmend, um das Band (7) durch eine Stütze (4) nur dann flachliegend richtig positioniert zu halten, wenn jedes Filament (8, 9) zwangsweise in eine reguläre Richtung gedreht ist.

2. Fest-flüssig-Filterverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band (7) angeordneter Filamente während eines Filterprozesses intermittierend gewaschen wird, indem Waschwasser in der Rückwärtsrichtung gegen den Fluß der zu filternden Flüssigkeit zugeführt wird.

3. Fest-flüssig-Filterverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Monofilamente 0,3 mm oder weniger beträgt.

4. Fest-flüssig-Filterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente aus Kunststoff gefertigt sind.

5. Fest-flüssig-Filterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente aus Carbonfaser gefertigt sind.

6. Fest-flüssig-Filterverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente Metallmonofilamente sind.

7. Fest-flüssig-Filtersystem, umfassend ein dickes Band (7) angeordneter Filamente, die durch enges Anordnen paralleler Monofilamente (8, 9) vorbestimmter Länge hergestellt sind, ein Mittel (10, 11) zum Fixieren eines Endabschnitts des Bands (7) sowie ein Stützgitterwerk (4), um das Band (7) flachliegend richtig positioniert zu halten, wenn das Band (7) zwangsweise in eine reguläre Richtung gedreht ist, wobei ein Endabschnitt der Monofilamente (8, 9) fest ist und der andere Endabschnitt schwimmend.

8. Fest-flüssig-Filtersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Monofilamente 0,3 mm oder weniger beträgt.

9. Fest-flüssig-Filtersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente aus Kunststoff gefertigt sind.

10. Fest-flüssig-Filtersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente aus Carbonfaser gefertigt sind.

11. Fest-flüssig-Filtersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Monofilamente Metallmonofilamente sind.