DE102017116156B4

DE102017116156B4 - Filtrationssystem

Info

Publication number: DE102017116156B4
Application number: DE102017116156.2A
Authority: DE
Inventors: Kay Gunther Gabriel; Martin Kaschek
Original assignee: Individual
Current assignee: Cerafiltec Germany De GmbH
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: DE102017116156A1

Abstract

Filtrationssystem (10) zur Filtrierung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs, umfassend
- ein offenes Filtrationsbecken (11),
- einen Zulauf (12) für das Filtrationsbecken (11),
- wenigstens eine innerhalb des Filtrationsbeckens (11) getaucht zu betreibende Filtrationseinheit (13) aus mindestens einem Filtrationsmodul (14) und
- einen Ablauf (15), wobei das mittels der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) gefilterte Filtrat über einen an der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) vorgesehenen Filtratablauf (18) abgeführt wird, wobei die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens (11) nur maximal 20% größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) ist, und wobei die mindestens eine Filtrationseinheit (13) in einer Durchströmrichtung (Pfeil D) durch das Filtrationsbecken (11) zwischen Zulauf (12) und Ablauf (15) angeordnet ist, so dass die Filtrationseinheit (13) in Art eines Durchflussreaktors von unten nach oben von dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durchströmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtrationssystem zur Filtrierung von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen, insbesondere solchen mit hohen Feststoffgehalten.
Bei der Filtrierung von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen unterscheidet man grundsätzlich überdruckgetriebene geschlossene Systeme und offene Systeme. Die vorliegende Erfindung betrifft dabei offene Systeme, die oft auch als „getauchte Systeme“ bezeichnet werden, da dort wenigstens eine Filtrationseinheit in einem (zur umgebenden Atmosphäre) offenen und somit druckfreien Filtrationsbecken angeordnet und dabei vollständig in das zu filtrierende Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch eingetaucht sind. Zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch kommen dabei insbesondere Filtereinheiten mit (z.B. aus keramischen Werkstoffen bestehenden) Membranen oder sonstigen (Mikro-) Filterelementen zum Einsatz, die das Filtrat sammeln und einem Filtratablauf zuführen.
Ist der Feststoffgehalt gering, typischerweise kleiner als 1000 mg/l, können die aus dem Stand der Technik bekannten Filtrationseinheiten in einem reinen „Deadend-Verfahren“ betrieben werden. Dabei lagern sich die abgetrennten Feststoffe an der Filteroberfläche an und werden bei einer Filterreinigung wieder von der Oberfläche abgetragen und aus dem System entfernt. Die Filterreinigung kann dabei insbesondere durch Rückspülung, Tankentleerung oder chemische Reinigung bzw. durch eine Kombination hiervon erfolgen. Typische Anwendungsprozesse sind beispielsweise die Filtration von Grund-, Oberflächen oder Meerwasser.
Bei größeren Feststoffgehalten > 1 g/l bis 30 g/l würden die Filter sich sehr schnell belegen und die Filterreinigung müsste in sehr kurzen Zeitabständen erfolgen. Eine permanente oder quasi-permanente Reinigung der Filteroberfläche ist hier Stand der Technik.
Zum Einsatz kommen dabei im Stand der Technik typischerweise zwei Verfahrensvarianten: Zum einen die dauerhafte oder intervallartige Belüftung der getauchten Filter mittels aufsteigender Luft, um an der Filteroberfläche durch die aufsteigenden Luftblasen Scherkräfte zu erzeugen, die den Feststoff abtragen. Zum anderen kann eine regelmäßige, sich z.B. in Intervallen von 5 bis 30 Minuten wiederholende, in kurzen Impulsen von 10 bis 60 Sekunden durchgeführte Rückspülung erfolgen.
Da hierbei in der Regel keine Tankleerung erfolgt, verbleibt der Feststoffanteil in der Flüssigkeitsphase. Über die Zeit erfolgt so eine Aufkonzentration des Feststoffanteils im gesamten Filtrationsbecken wodurch die Filterflussleistung zurück geht und sogar eine teilweise oder vollständige Verblockung des Filters eintreten kann. Um dem entgegenzuwirken, wird das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durch Umpumpen permanent ausgetauscht. Dies gilt insbesondere in Systemen, bei denen, wie auch vorliegend gewünscht, ein klar gefilterter Flüssigkeitsstrom das Produkt ist und der Feststoffanteil wieder in den vorgelagerten Prozess verbracht wird.
Ein typischer Anwendungsfall der Abtrennung von hohen Feststoffgehalten ist die Abwasserreinigung. Ein Abwasserstrom besteht aus Wasser sowie gelösten und ungelösten Verunreinigungen. Ungelöste Verunreinigungen werden dabei in einer so genannten Vorklärung, soweit wie möglich, über Rechen, Siebe und Sedimentation entfernt. Das Abwasser mit seiner gelösten Schmutzfracht wird sodann in ein mit Bakterien (Feststoff) durchsetztes biologisches Becken geleitet. Die Bakterien nehmen die Schmutzstoffe als Nährstoffe auf und reinigen dadurch das Wasser.
Durch spätere Abtrennung der Bakterien vom (vor)gereinigten Wasser mittels eines Filtrationssystems erhält man den sauberen Wasserstrom sowie einen hochkonzentrierten Strom aus Bakterien (Feststoff) und Wasser. Diese Abtrennung erfolgt in größeren Anlagen immer in separaten Filterbecken bzw. -behältern und kann entweder durch Sedimentation oder - wie auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung beabsichtigt - durch einen Filtrationsprozess erfolgen. Dabei findet häufig ein MBR (Membran-Bio-Reaktor) Verwendung. Das konzentrierte Bakterien-Wasser-Gemisch wird in das biologische Becken zurückgeführt und kann hier erneut schmutziges Wasser reinigen.
In MBR-Anlagen sind typische Feststoffgehalte von 8 bis maximal 15 g/l üblich. Da Bakterienschlamm bereits bei Konzentrationen ab 30 g/l stichfest wird, sollte der Schlamm im Filtrationsbecken in jedem Fall Konzentrationen von unter 20 g/l einhalten. Hierfür erfolgt eine permanente Zirkulation zwischen biologischem Becken (z. B. Feststoffgehalt von 10 g/l) und Filtrationsbecken (z. B. Feststoff-gehalt von 15g/l). Übliche Zirkulationsrückführraten sind das 2- bis 5-fache des ablaufenden Filtrationsvolumenstroms. Im beispielhaften Fall einer Rückführrate des Faktors 3 und eines Filtrationsvolumenstroms von 100 m³/h beträgt der Ablauf vom Filtrationsbecken zurück in das biologische Becken 300 m³/h. Damit ergibt sich ein Zulauf vom biologischen Becken in das Filtrationsbecken von 400 m³/h.
Bestehende getauchte Filtrationssysteme für die Trennung von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen basieren dabei in der Regel auf dem Prinzip eines ideal durchmischten Filtrationsbeckens. Das offene Filtrationsbecken ist im Stand der Technik typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass es auf einer Seite des Beckens eine oder mehrere Zulauföffnungen besitzt, durch die der Zulaufstrom mit einem definierten Zulauf-Feststoffgehalt in das Becken einströmt. Die wenigstens eine Zulauföffnung kann hierbei am Boden, in der Mitte oder am oberen Rand des Beckens vorgesehen sein, wobei sich die Funktion des Zulaufes auf die möglichst gleichmäßige Verteilung des Zulaufstromes im gesamten Filtrationsbecken beschränkt. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Filtrationsbeckens befindet sich üblicherweise der Ablauf, der wie der Zulauf aus mehreren Öffnungen bestehen kann, die ebenfalls wahlweise am Boden, in der Mitte oder am oberen Rand des Beckens positioniert sein können. Mindestens einer der beiden Ströme (Zulauf oder Ablauf) wird durch eine Pumpe befördert.
Am Boden des Filtrationsbeckens und unterhalb der getauchten Filtrationseinheiten befindet sich bei den im Stand der Technik typischerweise zur Anwendung kommenden Filtrationssystemen wenigstens eine Belüftereinheit. Durch die Belüftereinheit wird ein Gas, insbesondere Luft, in das Filtrationsbecken gepumpt. Nach Austritt des Gases steigt dieses an die Flüssigkeitsoberfläche auf. Im Filtrationsbecken ist oberhalb der sich am Boden befindenden Belüftereinheit wenigstens eine Filtrationseinheit vorgesehen, wobei auch mehrere - über das Becken gleichmäßig verteilte - Filtrationseinheiten vorgesehen sein können. Durch das aufsteigende Gas wird die Wassersäule innerhalb der Filtrationseinheit nach oben beschleunigt, wodurch wiederum Wasser unterhalb der Filtrationseinheit einfließt und außerhalb der Filtrationseinheit nach unten strömt.
So kann sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Filtrationssystemen mit getauchten Filtrationseinheiten eine Walzenströmung ausbilden, die - bei einer Querschnittsbetrachtung durch das Becken - innerhalb der Querschnittsfläche der Filtrationseinheit(en) nach oben und außerhalb der Querschnittsfläche der Filtrationseinheit(en) - nach unten gerichtet ist.
Um die sich dabei einstellende Walzenströmung nicht zu behindern, ist zwischen den einzelnen Filtrationseinheiten bzw. zwischen den Filtrationseinheiten und dem Rand des Filtrationsbeckens ein Abstand erforderlich. Der hierfür erforderliche Mindestabstand ergibt sich im Wesentlichen aus der Aufstell- bzw. Querschnittsfläche der betreffenden Filtrationseinheit(en). Insgesamt muss bei mehreren über das Becken verteilten Filtrationseinheiten eine Gesamtabstandsfläche im Becken eingehalten werden, die (ungefähr) mindestens der Gesamtaufstellfläche bzw. Gesamtquerschnittsfläche der Filtrationseinheiten entspricht.
Als Beispiel: Hat eine Filtrationseinheit eine Aufstell- bzw. Querschnittsfläche von 1x1m und werden drei Filtrationseinheiten im Becken positioniert, so ist eine Gesamtabstandsfläche von mindestens 3 m² erforderlich. Damit ergibt sich für das Filtrationsbecken eine Gesamtgrundfläche von (mindestens) 6 m². Wie bereits erwähnt ist die genannte (Gesamt-)Abstandsfläche erforderlich, um die Walzenströmung nicht zu behindern. Gleichzeitig bewirkt die Walzenströmung eine intensive Durchmischung von Zulauf und dem umgewälzten Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch.
Die von unten nach oben durchströmte Filtrationseinheit separiert in einem kontinuierlichen Prozess eine reine flüssige Phase von einem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch, wobei die Strömung bei den aus dem Stand der Technik bekannten offenen Filtrationsbecken durch die unterhalb der Filtrationseinheit(en) angeordnete Belüftereinheit erzeugt wird. Dabei wird das Gemisch (wegen der gegebenen Entnahme des reinen Filtrats über einen Filtratablauf) aufkonzentriert, so dass es die Filtrationseinheit letztlich mit einer höheren Feststoffkonzentration verlässt. Das Gemisch durchströmt die Filtrationseinheit typischerweise mehrfach, da die mittels der Belüftung induzierte Walzenströmung häufig ein Vielfaches der Strömung durch das Becken (zwischen Zulauf und Ablauf) beträgt.
Der Unterschied zwischen Zulauf- und Ablaufkonzentration wird also letztlich durch die in der Filtrationseinheit vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Das abströmende Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durchmischt sich anschließend mit dem Zulauf. Die Strömungsrichtungen können dabei unterschiedliche Richtungen haben, wodurch sie sich einerseits zwar in gewisser Hinsicht behindern, was andererseits jedoch erwünscht ist, da sich hierdurch eine bessere Durchmischung erzielen lässt.
In Summe ergibt sich im Filtrationsbecken ein (deutlich) höherer Feststoffgehalt als im Zulauf. Der Ablauf führt das Gemisch mit der erhöhten Konzentration ab. Mit der Zeit ergibt sich dadurch eine wachsende Konzentration des Feststoffgehalts deren dynamische Entwicklung durch eine Differentialgleichung beschreibbar ist. Der stationäre Zustand, in dem sich die Feststoffkonzentration im Becken nicht mehr ändert, wird in der Regel nach wenigen Stunden erreicht.
Die sich im stationären Zustand einstellende Feststoffkonzentration ergibt sich dabei aus dem Verhältnis von Zulaufstrom zu Ablaufstrom multipliziert mit der Zulaufkonzentration. Ein Rezirkulationsfaktor ist üblicherweise definiert als das Verhältnis von Zulaufstrom zu dem durch die Filtrationseinheit(en) gegebenen Filtrationsstrom.
Ein großer Nachteil des vorbeschriebenen Stands der Technik ist die Begrenztheit der Variabilität hinsichtlich der Feststoffkonzentration und der Überströmgeschwindigkeit in der Filtrationseinheit und damit eine begrenzte Variabilität hinsichtlich der Foulingkontrolle für den Filtrationsprozess.
Ebenso ist es nachteilig, dass die Größe des Filtrationsbeckens mindestens doppelt so groß sein muss, als es für die Aufstellung der Filtrationseinheit notwendig wäre.
Für große und/oder langgestreckte Becken ergibt sich trotz intensiver Durchmischung über wenigstens eine Filtrationseinheit häufig auch ein über die Länge des Beckens gesehener Konzentrationsanstieg des Feststoffgehalts. Dies birgt die Gefahr einer Verschlammung der Filtrationseinheit vor allem am Beckenende, an dem sich der Ablauf befindet, sowie im Bereich der obersten Filtrationsmodule einer Filtrationseinheit, sofern eine Filtrationseinheit - was bereits bekannt ist - aus einer Mehrzahl an vertikal übereinander angeordneten Filtrationsmodulen besteht.
Um dem entgegenzuwirken ist im Stand der Technik nur eine Steigerung der Rezirkulation oder eine Reduzierung des Feststoffgehalts des Zulaufs möglich. Eine regelmäßige Rückspülung der Filter kann Deckschichten mit sehr hohen Feststoffgehalten von den Filtern lösen. Durch die Walzenströmung wird dieser Feststoff wieder im Tankvolumen verdünnt und erhöht die Feststoffkonzentration im Filtrationstank.
Zum Stand der Technik von Filtrationseinheiten bzw. - modulen und zu offenen Filtrationssystemen der vorliegend relevanten Art sei beispielsweise auf die EP 2 015 862 B1 , die EP 1 984 100 B1 , die DE 10 2008 021 190 A1 , die DE 694 08 816 T2 , die DE 600 01 971 T2 , die DE 101 34 606 A1 , die EP 0 937 494 A2 und die US 2011/0198278 A1 verwiesen.
Vor dem Hintergrund des vorliegend erläuterten Stands der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Filtrationssystem mit einem offenen Filtrationsbecken bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Filtrationssystem nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Filtrationssystems ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der vorliegenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Filtrationssystem zur Filtrierung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs umfasst ein offenes (d.h. zum Atmosphärendruck offenes) Filtrationsbecken, einen Zulauf für das Filtrationsbecken, wenigstens eine innerhalb des Filtrationsbeckens getaucht zu betreibende Filtrationseinheit aus mindestens einem Filtrationsmodul und einen Ablauf, wobei das mittels der wenigstens einen Filtrationseinheit gefilterte Filtrat über einen an der wenigstens einen Filtrationseinheit vorgesehenen Filtratablauf abgeführt wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens nur maximal 20% größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit ist, und dass die mindestens eine Filtrationseinheit in einer Durchströmrichtung durch das Filtrationsbecken zwischen Zulauf und Ablauf angeordnet ist, so dass die Filtrationseinheit in Art eines Durchflussreaktors von unten nach oben von dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durchströmt wird.
Die Erfindung sieht somit ein offenes Filtrationsbecken nach dem Prinzip eines Durchlaufreaktors vor. Die wenigstens eine Filtrationseinheit ist dabei in einer Durchströmrichtung durch das Filtrationsbecken zwischen Zulauf und Ablauf angeordnet und wird von unten nach oben - mit einer Geschwindigkeit die direkt proportional zur Rezirkulation ist - durchströmt. Nach dem Austritt am oberen Ende der Filtrationseinheit strömt das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch zum Ablauf, von wo aus zum Zwecke der Rezirkulation - mittels Pumpe oder freiem Rücklauf - eine Rückführung in ein (dem Filtrationsbecken vorgeschaltetes) Zulaufbecken erfolgt.
Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass der Zulauf für das Filtrationsbecken unterhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit angeordnet ist. Falls eine Mehrzahl an Filtrationseinheiten vorgesehen sind, so ist bevorzugt zu jeder Filtrationseinheit ein einzelner Zulauf unterhalb der betreffenden Filtrationseinheit vorgesehen. Der Ablauf des erfindungsgemäßen Filtrationssystems kann sich vorteilhaft oberhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit befinden und in besonders bevorzugter Weise mittels einer Überlaufkante oder als gepumpter Ablauf realisiert sein.
Dadurch dass die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens nur maximal 20% größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit ist, kann sichergestellt werden, dass stets ein ausreichender Anteil des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs beim Durchlauf durch das Filtrationsbecken durch die wenigstens eine Filtrationseinheit strömt. Besonders bevorzugt kann dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens nur maximal 15%, nur maximal 10% oder nur unwesentlich größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit ist. Vorteilhaft bleibt dabei innerhalb des Filtrationsbeckens nur eine minimale, für die Montage (oder Demontage) der Filtrationseinheit(en) innerhalb des Filtrationsbeckens notwendige Querschnittsfläche außerhalb der Filtrationseinheit erhalten.
Die Überströmungsgeschwindigkeit der in der Filtrationseinheit vorgesehenen Filterelemente, bei denen es sich bevorzugt um über- bzw. umströmte Filtermembranen oder -platten handeln kann, und damit auch die Aufkonzentration des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs bei Austritt aus der Filtrationseinheit, kann somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung allein durch Vorgabe der Strömung durch das Filtrationsbecken gesteuert werden. Dabei entspricht die (Feststoff-)Konzentration am Zulauf zur Filtrationseinheit der Konzentration in einem dem Filtrationsbecken vorgeschalteten Zulaufbecken. Die Ablaufkonzentration am oberen Ende der Filtrationseinheit berechnet sich in Abhängigkeit der Flussrate des Volumenstroms des feststofffreien Filtrats und des Durchströmungsvolumenstroms.
Entgegen dem Stand der Technik, bei dem die Strömung durch die Filtrationseinheit durch die unterhalb der getauchten Filtrationseinheit vorgesehene Belüftung erzeugt wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung somit durch eine optional vorhandene, und bevorzugt unterhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit vorgesehenen Belüftung, letztlich keine Erhöhung der Strömung durch die Filtrationsmodule bewirkt.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit wenigstens eine Belüftereinheit vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein die wenigstens eine Filtrationseinheit von unten nach oben durchströmender Gasstrom eingebracht werden kann, so ergeben sich die folgenden Effekte:
Ähnlich wie in einer stehenden Flüssigkeit werden sich etwaige Luftblasen innerhalb der Filtrationseinheit beschleunigt nach oben bewegen und sich dabei vergrößern. Die Geschwindigkeit der Luftblasen relativ zur Strömungsgeschwindigkeit des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs wird so mit steigender Höhe der Filtrationseinheit immer größer und erzeugt Turbulenzen und Scherkräfte in den Filterzwischenräumen.
Wenn nun die Belüftereinheit in bevorzugter Weise zur Erzeugung eines in seiner Intensität variablen Gasstroms eingerichtet ist, intermittierend betreibbar und/oder wahlweise zu- oder abschaltbar ist, so können die vorgenannten Scherkräfte entlang einzelner Filterelemente bzw. -membranen mit Hilfe der (hinsichtlich Volumenstrom und zeitlichem Einsatz, z.B. intermittierend oder nur bei Rückspülung) variablen Belüftung je nach Notwendigkeit und unabhängig von der (über Zu- und/oder Ablauf einstellbaren) Strömungsgeschwindigkeit durch die jeweilige Filtrationseinheit eingestellt werden.
Die Überströmgeschwindigkeit und die Belüftung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung also entkoppelt und können separat variiert werden, um für unterschiedlichste Filtrationsansprüche und -medien optimale und energetisch minimale Ergebnisse zu erzielen.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Filtrationssystem dazu eingerichtet ist, in zeitlichen Abständen rückgespült zu werden, um einen an einer Filteroberfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit zurückgehaltenen Feststoffanteil loszulösen und, insbesondere durch einen nach Abschluss der Rückspülung wieder aufsteigenden Volumenstrom, zum Ablauf zu transportieren.
Im Falle eines durch eine Überlaufkante ausgebildeten Ablaufs kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass der z.B. bei einer Rückspülung von der Filteroberfläche abgelöste Feststoff-Anteil vorteilhaft direkt über die Ablaufkante abgezogen und nicht erneut der Filtrationseinheit zugeführt wird.
Das Filtrationssystem ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Übrigen vorteilhaft so bemessen, dass bei deren Betrieb keine Walzenströmung im Filtrationsbecken entsteht. Somit kommt es in bevorzugter Weise lediglich zu einer einfachen Aufkonzentration des Feststoffgehalts.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine Prinzipdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Filtrationssystems mit einer in einem offenen Filtrationsbecken getauchten Filtrationseinheit und
2 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filtrationssystems.

Das in 1 gezeigte und im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannte Filtrationssystem 1 zur Filtrierung von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen umfasst ein offenes Filtrationsbecken 2 mit seitlichen Wänden 2a, 2b und einem Boden 2c, einen linksseitig am Filtrationsbecken 2 vorgesehenen Zulauf 3, wenigstens eine innerhalb des Filtrationsbeckens 2 getaucht zu betreibende Filtrationseinheit 4 aus einer Mehrzahl an vertikal übereinander gestapelten Filtrationsmodulen 5 und einen Ablauf 6, wobei das mittels der Filtrationseinheit 4 gewonnene Filtrat über einen an der wenigstens einen Filtrationseinheit 4 vorgesehenen Filtratablauf 8 abgeführt wird. Bei den einzelnen Filtrationsmodulen 5 handelt es sich um aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Filtrationsmodule 5 mit einer Mehrzahl von darin verbauten Filtrationsmembranen bzw. Filterelementen (nicht dargestellt), wobei das beim Durchströmen eines Feststoff-Flüssigkeitsgemischs durch die Filtrationsmodule 5 gewinnbare Filtrat über geeignete (und vertikal miteinander verbundene) Sammelkanäle in bzw. an den Filtrationsmodulen 5 gesammelt und dem Filtratablauf 8 zugeführt bzw. hierüber abgepumpt werden kann.
Unterhalb der Filtrationseinheit 4 ist eine Belüftungseinheit 7 mit vier Auslässen 7a, 7b, 7c, 7d vorgesehen, mit welchen ein gemäß den gestrichelt dargestellten Pfeilen G die wenigstens eine Filtrationseinheit 4 bzw. deren Module 5 von unten nach oben durchströmender Gasstrom eingebracht werden kann. Die aufsteigenden Gasblasen, bei denen es sich insbesondere um Luft handeln kann, verursachen eine innerhalb der Filtrationseinheit 4 nach oben gerichtete Strömung des im Filtrationsbecken 2 vorhandenen Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs, zu welcher sich eine in 1 durch die gestrichelten Pfeile W angedeutete Walzenströmung einstellt. Wie bereits weiter oben erläutert, ist bei einem solchermaßen gestalteten Filtrationssystem 1 die Einhaltung eines hinreichenden Abstands zwischen der (wenigstens einen) Filtrationseinheit 4 und der Innenwand des Filtrationsbecken 2 erforderlich. Die zwischen Zulauf 3 und Ablauf 6 verlaufende gestrichelte Linie 9 zeigt die sich ohne Walzenströmung einstellende Strömung des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs innerhalb des Filtrationsbeckens 2. Die für eine hinreichende Filtrationsleistung erforderliche Walzenströmung gemäß Pfeilen W wird mittels der Belüftungseinheit 7 erzeugt.
2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filtrationssystems 10 zur Filtrierung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs, welches wiederum ein offenes Filtrationsbecken 11 mit seitlichen Wänden 11a, 11b, einen bodenseitig am Filtrationsbecken 11 vorgesehenen Zulauf 12, (wenigstens) eine innerhalb des Filtrationsbeckens 11 getaucht zu betreibende Filtrationseinheit 13 aus einer Mehrzahl an vertikal gestapelten Filtrationsmodulen 14 und einen Ablauf 15 aufweist. Der Ablauf 15 ist im gegebenen Beispiel durch eine Überlaufkante 16 gebildet.
Das durch den unmittelbar unterhalb der Filtrationseinheit 13 in das Filtrationsbecken 11 mündenden Zulauf 12 gemäß Pfeil Z in das Filtrationsbecken 11 (mittels einer nicht dargestellten Pumpe) gepumpte Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durchströmt in Durchströmrichtung gemäß Pfeil D die mindestens eine - zwischen Zulauf 12 und Ablauf 15 angeordnete - Filtrationseinheit 13 von unten nach oben, wobei vorliegend die (in Draufsicht auf das Filtrationssystem 10 betrachtete) Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens 11 im erfindungsgemäßen Sinne so gewählt ist, dass sie nur maximal 20% größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit 13 ist. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens 11 sogar nur unwesentlich größer als die darin aufgenommene(n) Filtrationseinheit(en) 13, wie dies an dem nur minimalen Spalt 17 zwischen der Filtrationseinheit 13 und den die Filtrationseinheit 13 umgebenden Wänden 11a, 11b zu erkennen ist. Besagter Spalt 17 ist gerade so groß, dass ausreichend Platz ist, um die Filtrationseinheit 13 bzw. deren Module 14 innerhalb des Filtrationsbeckens 11 zu montieren.
Somit wird die Filtrationseinheit 13 gemäß Pfeil D von dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch in Art eines Durchflussreaktors von unten nach oben durchströmt. Das mittels der wenigstens einen Filtrationseinheit 13 aus dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch gewonnene Filtrat wird über einen an der wenigstens einen Filtrationseinheit 13 vorgesehenen Filtratablauf 18 abgeführt. Das dabei (bei einmaligem Durchlauf durch die Filtrationseinheit wegen der Abführung des Filtrats) nur einfach aufkonzentrierte Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch fließt sodann über die den Ablauf 15 bildenden Überlaufkante 15 gemäß Pfeil A ab und kann dann zu einem dem Filtrationsbecken 11 vorgeschalteten Zulaufbecken (nicht dargestellt) rückgeführt werden.
Unmittelbar unterhalb der Filtrationseinheit 13 ist eine Belüftungseinheit 19 vorgesehen, mit welcher in der bereits beschriebenen Art und Weise ein die Filtrationseinheit 13 gemäß Pfeilen G von unten nach oben durchströmender Gas- bzw. Luftstrom eingebracht werden kann, wobei dieser bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Filtrationssystems 10 keine Walzenströmung erzeugt und letztlich auch nicht unmittelbar zur Erzielung einer hinreichenden Filtrationsleistung benötigt wird.

Claims

Filtrationssystem (10) zur Filtrierung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs, umfassend - ein offenes Filtrationsbecken (11), - einen Zulauf (12) für das Filtrationsbecken (11), - wenigstens eine innerhalb des Filtrationsbeckens (11) getaucht zu betreibende Filtrationseinheit (13) aus mindestens einem Filtrationsmodul (14) und - einen Ablauf (15), wobei das mittels der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) gefilterte Filtrat über einen an der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) vorgesehenen Filtratablauf (18) abgeführt wird, wobei die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens (11) nur maximal 20% größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) ist, und wobei die mindestens eine Filtrationseinheit (13) in einer Durchströmrichtung (Pfeil D) durch das Filtrationsbecken (11) zwischen Zulauf (12) und Ablauf (15) angeordnet ist, so dass die Filtrationseinheit (13) in Art eines Durchflussreaktors von unten nach oben von dem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durchströmt wird.
Filtrationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Filtrationsbeckens (11) nur unwesentlich größer als die Querschnittsfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) ist.
Filtrationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (12) unterhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) angeordnet ist.
Filtrationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Filtrationseinheiten (13) vorgesehen sind, wobei zu jeder Filtrationseinheit (13) ein einzelner Zulauf (12) unterhalb der betreffenden Filtrationseinheit (13) vorgesehen ist.
Filtrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ablauf (15) oberhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) befindet.
Filtrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf (15) mittels einer Überlaufkante (16) oder als gepumpter Ablauf realisiert ist.
Filtrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) wenigstens eine Belüftereinheit (19) vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein die wenigstens eine Filtrationseinheit (13) von unten nach oben durchströmender Gasstrom eingebracht werden kann.
Filtrationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftereinheit (19) zur Erzeugung eines in seiner Intensität variablen Gasstroms eingerichtet ist, dass sie intermittierend betreibbar und/oder wahlweise zu- oder abschaltbar ist.
Filtrationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationseinheit (13) dazu eingerichtet ist, in zeitlichen Abständen rückgespült zu werden, um einen an einer Filteroberfläche der wenigstens einen Filtrationseinheit (13) zurückgehaltenen Feststoffanteil loszulösen und zum Ablauf zu transportieren.
Filtrationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrationssystem (10) so bemessen ist, dass bei dessen Betrieb keine Walzenströmung entsteht.