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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft aufwärts durchströmte Adsorber, eine Entlüftungseinrichtung für aufwärts durchströmte Adsorber, ein System aus mehreren Adsorbern und ein Verfahren zur Auswechslung eines Adsorbers in einem System aus einer Mehrzahl von Adsorbern zum Filtern verunreinigter Fluide, insbesondere Adsorber zur Reinigung weitgehend feststofffreier Abwässer, die mit Hilfe von Aktivkohle als Filtermedium den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und die Konzentration der adsorbierbaren organisch gebundenen Halogene (AOX) reduzieren.
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Solche aufwärts durchströmten Adsorber sind als Druckfilter ausgelegt. Hierbei wird das zu reinigende Fluid mit Überdruck entgegen der Richtung der Schwerkraft durch den Filter gepresst.
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Dazu strömt das Fluid durch den Zulauf im unteren Teil in den Adsorber ein und steigt in diesem auf. Dies gilt sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase. Beim Durchströmen des Adsorbers werden unerwünschte Bestandteile mit Hilfe von Filtermedien aus dem Fluid entfernt. Flüssigkeit und Gase verlassen den Adsorber wieder über einen Auslass am oberen Ende des Adsorbers. Nach dem Verlassen des Adsorbers über den Auslass wird die Flüssigkeit durch eine höher als der Auslass gelegene Ablaufleitung abgeführt. Im Betrieb muss der Füllstand des zu reinigenden Fluids oberhalb der Ablaufleitung liegen. Gasansammlungen innerhalb des Adsorbers führen zu Druckverlusten, was die benötigte Pumpleistung erhöht.
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Als Filtermedium wird häufig Aktivkohle eingesetzt, da diese neben der reinen Filterwirkung auch den chemischen Sauerstoffbedarf des Abwassers durch Adsorption und chemische Reduktion verringert.
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Diese Art von Adsorber wird beispielsweise in Kläranlagen zur Abwasserbehandlung eingesetzt. Sie finden ebenso Anwendung in der Trinkwasseraufbereitung, sowie in der Reinigung von kontaminiertem Sickerwasser, das beispielsweise von Deponien stammt.
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Ein Vorteil der aufwärts durchströmten Adsorber gegenüber den abwärts durchströmten ist die höhere maximale Beladung. Erfahrungsgemäß liegt die maximale Beladung des aufwärts durchströmten Adsorbers ca. 5% höher als die maximale Beladung des abwärts durchströmten Adsorbers.
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Für einen höheren Wirkungsgrad und sicheren Anlagenbetrieb werden mehrerer solcher Adsorber mittels Rohrleitungen in einer Weise verbunden, dass ein sie durchquerendes Medium nur einen einzigen Pfad zur Verfügung hat. Der Auslass des zuerst durchströmten Adsorbers ist an den Zulauf des als zweites durchströmten Adsorbers gekoppelt, der Auslass des zweiten Adsorbers an den Zulauf des dritten Adsorbers, usw. Diese Anordnung wird auch als In-Reihe-Schaltung bezeichnet.
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In einer solchen In-Reihe-Schaltung wird der zuerst durchströmte Adsorber am höchsten belastet, wobei durch Probennahme, Analyse der Proben und Dokumentation der Messergebnisse die Reinigungsleistung aller Adsorber einzeln kontrolliert werden kann. Nähert sich die Ablaufkonzentration des zuerst durchströmten Adsorbers der Zulaufkonzentration, deutet dies auf eine maximale Beladung der Aktivkohle dieses Adsorbers hin. Es ist notwendig, die Aktivkohle dieses Adsorbers auszutauschen oder zu regenerieren, wobei durch die In-Reihe-Schaltung und die dadurch geringere Beladung der nachfolgenden Adsorber die Einhaltung von Ablaufgrenzwerten gewährleistet ist. Der notwendig gewordene Austausch der Aktivkohle des zuerst durchströmten Adsorbers kann im laufenden Betrieb realisiert werden, wenn die Durchströmungsreihenfolge der Adsorber durch entsprechende Stellung von Ventilen im Rohrleitungssystem verändert werden kann. Die Ventile verfügen meist über Stellungsrückmelder, so dass der Durchströmungszustand der Adsorber auf der Visualisierung im Anlagenleitstand erkennbar ist. Die Betriebsdauer eines Adsorbers, bevor ein Austausch notwendig ist, hängt stark vom Verunreinigungsgrad des zu reinigenden Fluids ab. Bei der Behandlung von Abwasser kann die Betriebsdauer eines Adsorbers beispielsweise im Bereich von vier bis fünf Wochen liegen.
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Nachdem die Aktivkohle des zuerst durchströmten Adsorbers ausgetauscht wurde und dieser Adsorber dementsprechend die geringste Beladung aufweist, wird er in der Durchströmungsreihenfolge an die letzte Stelle gesetzt. Der zweite Filter mit der nun höchsten Beladung rückt an die erste Stelle, der dritte Filter an die zweite Stelle, usw.
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Insbesondere durch den beschriebenen Wechselvorgang wird Luft in das System eingebracht, die in Verbindung mit in den Adsorbern entstehenden Gasen den für das Durchströmen benötigten Druck und damit Energieverbraucht erhöht. Auch der zugehörige Behälter muss auf einen höheren Druck ausgelegt werden. Für einen effizienten Betrieb der Adsorber eines solchen Systems ist deren zuverlässige Entlüftung erforderlich.
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Stand der Technik
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Der Stand der Technik bietet sowohl für aufwärts- als auch abwärts durchströmte Adsorber, die als Druckfilter ausgelegt sind, die Möglichkeit einer mechanischen Entlüftung mittels eines einfachen Schwimmerventils, das in Abhängigkeit des Füllstandes im Adsorber eine Entlüftungsklappe mechanisch öffnet bzw. schließt.
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Diese mechanischen Entlüfter auf Basis einfacher Schwimmerventile können durch Partikel des Filtermediums oder Verunreinigungen im zu reinigenden Fluid verstopfen oder nicht mehr dicht schließen. Auch kann ein hoher Salzgehalt des Wassers zu Verkrustungen führen, welche die Dichtheit der Entlüftungseinrichtung gegenüber dem Fluid negativ beeinflussen. Neben dem resultierenden Druckverlust kann auf diese Weise zudem Flüssigkeit austreten. Insbesondere beim Einsatz in der Aufbereitung von kontaminiertem Sickerwasser, das von Deponien stammt, stellt dies eine Gefahrenquelle dar. Eine regelmäßige Reinigung und Wartung einer solchen Entlüftungseinrichtung ist also notwendig, um einen störungsfreien Betrieb des Adsorbers zu gewährleisten.
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Die
DD 230 431 A3 offenbart eine Einrichtung zur elektronischen Entlüftungsregelung für geschlossene Filter, insbesondere für geschlossene Schnellfilter in Wasseraufbereitungsanlagen.
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Die
GB 2 316 631 A offenbart einen Separator zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem, um Luft, Wasser und andere Verunreinigungen aus dem Kraftstoff abzutrennen.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen aufwärts mit einem zu reinigenden Fluid durchströmten Adsorber zuverlässig und automatisch zu entlüften.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Verwendung der Einzahl soll die Mehrzahl nicht ausschließen, was auch im umgekehrten Sinn gilt, soweit nichts Gegenteiliges offenbart ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen aufwärts durchströmten Adsorber, der einen Behälter aufweist, wobei dieser einen Zulauf am unteren Ende und einen Auslass am oberen Ende besitzt. Der Behälter ist dabei mindestens teilweise mit einem Filtermedium befüllt, das geeignet ist, Verunreinigungen zu adsorbieren, wenn es von einem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Das Fluid dringt durch den untenliegenden Zulauf in den Behälter ein und verlässt diesen durch den obenliegenden Auslass wieder.
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Der Behälter weist zudem eine Einrichtung zum automatischen Entlüften eines aufwärts mit einem zu reinigenden Fluid durchströmten Adsorbers auf. Die Entlüftungseinrichtung weist einen fluiddichten Hohlraum auf, wobei der Hohlraum am unteren Ende einen Einlass besitzt und am oberen Ende des Hohlraums ein automatisches Entlüftungsventil angeordnet ist. An den Hohlraum ist eine Ablaufleitung angeschlossen, wobei die Ablaufleitung oberhalb des Einlasses und unterhalb des automatischen Entlüftungsventils angeordnet ist. Der Hohlraum weist eine Niveausonde zur Füllstandsmessung auf, wobei die Entlüftungseinrichtung mit einer Steuerung ausgestattet ist, die mit der Niveausonde und dem automatischen Entlüftungsventil gekoppelt ist. Die Steuerung ist derart ausgelegt, dass sie das automatische Entlüftungsventil öffnet, wenn die Niveausonde einen Füllstand eines Fluids im Hohlraum unterhalb eines vorgegebenen Niveaus anzeigt und das Entlüftungsventil schließt, wenn die Niveausonde einen Füllstand des Fluids im Hohlraum oberhalb des vorgegebenen Niveaus anzeigt. Wenn der Füllstand dem vorgegebenen Niveau entspricht, wird das Entlüftungsventil geschlossen. Sollte das Entlüftungsventil zu dem Zeitpunkt geschlossen sein, wenn der Füllstand des Fluids das vorgegebene Niveau erreicht, bleibt es geschlossen. Aufgrund des räumlichen Aufbaus befindet sich das Entlüftungsventil am höchsten Punkt des fluidführenden Rohrleitungssystems. Ein direkter Kontakt des zu reinigenden Fluids mit dem Entlüftungsventil wird so verhindert und Verunreinigungen vorgebeugt. Hierdurch wird eine wartungsarme Entlüftung gewährleistet und gleichzeitig eine Druckentlastung des Adsorbers sichergestellt. Um den Reinigungsprozess effizient durchzuführen, ist der Einlass der Entlüftungseinrichtung an den obenliegenden Auslass des Behälters gekoppelt.
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Durch die Ausstattung des Adsorbers mit der Entlüftungseinrichtung wird eine zuverlässige, automatische und wartungsarme Entlüftung sichergestellt. Neben dem Wartungsaufwand wird so auch die benötigte Pumpleistung und damit der Energieverbrauch reduziert, da Druckverluste durch Gasansammlungen im System minimiert werden. Auch kann der zugehörige Behälter auf einen geringeren Druck ausgelegt werden.
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Günstig ist es, die Entlüftungseinrichtung mit einer Einrichtung zum Aufzeichnen der Öffnungs- und Schließvorgänge des Entlüftungsventils auszustatten. Aus den aufgezeichneten Daten lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand des Systems ziehen. Betriebsstörungen können so frühzeitig erkannt werden.
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Für eine besonders effiziente Reinigung von Fluiden mit entsprechenden Inhaltsstoffen, kann das Filtermedium des aufwärts durchströmten Adsorbers Aktivkohle sein. Neben der hohen Filtrationsleistung aufgrund der großen inneren Oberfläche, kann die Aktivkohle reduzierend wirken und so den CSB des zu reinigenden Fluids senken.
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Um die Verteilung des zu reinigenden Fluids im Filtermedium zu verbessern, kann an den Zulauf und / oder an den Auslass des Adsorbers ein Verteilerstern angeschlossen sein. Das Fluid wird beim Eindringen des Fluids in den Adsorber über den an den Zulauf angeschlossenen Verteilerstern so über eine größere Fläche im Filtermedium verteilt. Ein am Auslass des Adsorbers angeschlossener Verteilerstern vergrößert den Einfangbereich für Flüssigkeiten und Gase, die den Adsorber durch den Auslass verlassen sollen.
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Eine weitere Erleichterung stellt eine direkte Verbindung des Adsorbers mit dem Entlüftungsventil über eine zweite Leitung dar, wenn an den Auslass des Adsorbers ein Verteilerstern angeschlossen ist. Die zweite Leitung ist dabei oberhalb der sternförmigen Leitungen an den Adsorber angeschlossen. Auf diese Weise können Gase, welche sich oberhalb dieses Verteilersterns befinden, über die zweite Leitung aus dem Adsorber geleitet werden.
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Um den Anwendungsbereich zu erweitern, können die Innenwände des Adsorbers gummiert sein. Dies ermöglicht die Reinigung von aggressiven Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten wie z.B. Sickerwasser, das aus Deponien stammt oder Flüssigkeiten mit einem hohen Salzgehalt.
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Für einen besonders effizienten Betrieb des Adsorbers, kann dieser mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Drucks im zu reinigenden Fluid im Zulauf und / oder im Auslass ausgestattet sein. Ein zu hoher Druckverlust zwischen Zulauf und Auslass weist auf Feststoffe bzw. Verunreinigungen hin, welche durch das Fluid in das Filtermedium des Adsorbers eingetragen wurden. Überschreitet der Druckverlust einen vorgegebenen Wert muss das Filtermedium ausgetauscht werden.
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Mehrere solcher Adsorber können in Reihe geschaltet sein, um ein System zum Filtern eines zu reinigenden Fluids zu bilden. Die Ablaufleitung der Entlüftungseinrichtung eines Adsorbers wird dabei an den Zulauf eines weiteren Adsorbers gekoppelt. Weil das zu reinigende Fluid beim Eintritt in den zuerst durchströmten Adsorber den höchsten Verunreinigungsgrad aufweist, wird das Filtermedium des zuerst durchströmten Adsorbers im zeitlichen Mittel am höchsten belastet. Dadurch erreicht das Filtermedium des zuerst durchströmten Adsorbers zuerst die maximal mögliche Beladung. Durch die In-Reihe-Schaltung und die dadurch geringere Beladung der Filtermedien der nachfolgend durchströmten Adsorber ist eine ausreichende Filterung auch in diesem Fall sichergestellt. Zuvor festgelegte Grenzwerte können so permanent eingehalten werden.
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Eine besondere Erleichterung stellt die Ausstattung des Systems mit Leitungen und Ventilen dar, die es ermöglichen, die Durchströmungsreihenfolge der Adsorber frei zu wählen. Im Betrieb kann die Reinigungsleistung eines Adsorbers im System abnehmen, z.B. wenn die Beladung des Filtermediums zu hoch ist oder eine Fehlfunktion auftritt. Dies gilt insbesondere für den zuerst durchströmten Adsorber, weil das ihn durchströmende Fluid den höchsten Grad an Verunreinigungen aufweist. Durch Ändern der Durchströmungsreihenfolge kann dieser Adsorber aus der Durchströmungsreihe entfernt werden. Das zu reinigende Fluid durchströmt dabei weiterhin die übrigen Adsorber. Dies ermöglicht den Austausch bzw. das Regenerieren des Filtermediums sowie Wartungsarbeiten am Adsorber im laufenden Betrieb.
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Der Betrieb eines solchen Systems wird zudem erleichtert durch ein Verfahren zum Auswechseln des Filtermediums eines Adsorbers in einem System aus einer Mehrzahl von Adsorbern. Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.
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Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- 1. Bereitstellen eines Systems mit Leitungen und Ventilen, die es ermöglichen, die Durchströmungsreihenfolge der Adsorber frei zu wählen;
- 2. Beaufschlagen des zu reinigenden Fluids mit dem zum Durchströmen des Systems nötigen Druck;
- 3. Ermitteln und Aufzeichnen des Drucks im zu reinigenden Fluid im Zulauf und / oder im Auslass der einzelnen Adsorber;
- 4. Ermitteln des Druckverlustes der einzelnen Adsorber auf Basis der ermittelten Drücke;
- 5. Ändern der Durchströmungsreihenfolge, wenn der Druckverlust eines Adsorbers einen zuvor festgelegten Wert erreicht, in einer Weise, dass der Adsorber nicht mehr von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird und die ihm vormals in der Durchströmungsreihenfolge nachfolgenden Adsorber jeweils eine Position in Richtung des Anfangs der Durchströmungsreihenfolge rücken;
- 6. Auswechseln des Filtermediums des nicht mehr durchströmten Adsorbers;
- 7. Ändern der Durchströmungsreihenfolge nach dem Auswechseln in einer Weise, dass der Adsorber wieder von dem zu reinigenden Fluid, durchströmt wird, und zwar als letzter in der Reihe;
- 8. Entlüften des Adsorbers mit Hilfe der Entlüftungseinrichtung.
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Das Beaufschlagen des zu reinigenden Fluids mit dem zum Durchströmen des Systems nötigen Drucks ermöglicht die Verwendung lediglich einer einzigen Pumpe, die sich außerhalb des Systems befinden kann. Eine Positionierung der Pumpe außerhalb des Systems erleichtert zudem den Zugang zur und die Wartung der Pumpe. Ferner werden die Gestaltungsmöglichkeiten beim Aufbau des Systems erweitert. Weiterhin kann der Austausch des Filtermediums eines Adsorbers mit Hilfe des Verfahrens im laufenden Betrieb erfolgen, ohne dass zuvor festgelegte Grenzwerte für die Verunreinigungen überschritten werden.
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Der Betrieb von mit erfindungsgemäßen Entlüftungseinrichtungen versehenen Adsorbern erleichtert die Abwasserreinigung. Gasansammlungen, welche den Druckverlust im Adsorber erhöhen, werden so vermindert und die für das Verfahren benötigte Pumpleistung reduziert. Daneben kann der zugehörige Behälter auf einen geringeren Druck ausgelegt werden.
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Insbesondere der Betrieb eines Systems aus einer Mehrzahl von mit erfindungsgemäßen Entlüftungseinrichtungen versehenen Adsorbern, die in Reihe geschaltet sind, erleichtert in diesem Kontext die Einhaltung von Grenzwerten einer oder mehrerer Verunreinigungen im Abwasser. Die geringere Beladung der Filtermedien der nicht zuerst durchströmten Adsorber stellt auch dann eine ausreichende Filterung sicher, wenn das Filtermedium des zuerst durchströmten Adsorbers maximal beladen ist. In Verbindung mit der automatischen Entlüftung der Adsorber wird so eine zuverlässige und effiziente Reinigung von Abwässern gewährleistet.
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Die Verwendung erfindungsgemäßer aufwärts durchströmter Absorber erleichtert insbesondere in Anlagen zur Abwasserbehandlung die effiziente Reinigung von Abwässern. Aufgrund des hohen Durchsatzes wirkt sich die Reduzierung des Druckverlustes durch die zuverlässige Entlüftung besonders positiv auf die Effizienz der in den Anlagen durchgeführten Abwasserbehandlung aus.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
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Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum automatischen Entlüften eines aufwärts durchströmten Adsorbers;
- 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum automatischen Entlüften eines aufwärts durchströmten Adsorbers;
- 3 einen Adsorber, an den die erfindungsgemäße Einrichtung zum Entlüften gekoppelt ist;
- 4 ein System zum Filtern eines zu reinigenden Fluids, das eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Adsorbern aufweist, die mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum automatischen Entlüften eines aufwärts durchströmten Adsorbers ausgestattet sind.
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1 zeigt eine Einrichtung 100 zum automatischen Entlüften eines aufwärts mit einem zu reinigenden Fluid durchströmten Adsorbers. Die Entlüftungseinrichtung 100 weist einen fluiddichten Hohlraum 105 auf, der vorzugsweise am unteren Ende einen Einlass 110 besitzt. Vorzugsweise ist am oberen Ende des fluiddichten Hohlraums 105 ein automatisches Entlüftungsventil 115 angeordnet. Oberhalb des Einlasses 110 und unterhalb des Entlüftungsventils 115 ist eine Ablaufleitung 120 angeschlossen. Der fluiddichte Hohlraum 105 weist eine Niveausonde 125 zur Füllstandsmessung auf. Die Entlüftungseinrichtung 100 ist dabei mit einer Steuerung 130 ausgestattet, die an das automatische Entlüftungsventil 115 und die Niveausonde 125 gekoppelt ist. Die Steuerung 130 ist so ausgelegt, dass sie das automatische Entlüftungsventil 115 öffnet, wenn die Niveausonde 125 einen Füllstand des Fluids im fluiddichten Hohlraum 105 unterhalb eines vorgegebenen Niveaus anzeigt. Die Steuerung 130 ist weiterhin so ausgelegt, dass sie das automatische Entlüftungsventil 115 schließt, wenn die Niveausonde 125 einen Füllstand des Fluids im fluiddichten Hohlraum 105 oberhalb eines vorgegebenen Niveaus anzeigt oder der Füllstand dem vorgegebenen Niveau entspricht.
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Durch den Aufbau der Entlüftungseinrichtung 100 befindet sich das automatische Entlüftungsventil 115 vorzugsweise am höchsten Punkt. In Verbindung mit der Steuerung 130, die mit der Niveausonde 125 gekoppelt ist, verhindert dies den direkten Kontakt mit dem zu reinigenden Fluid, wodurch Verunreinigungen des automatischen Entlüftungsventils 115 vermieden werden. Der Wartungsaufwand sowie die Gefahr einer Funktionsstörung des automatischen Entlüftungsventils 115 werden so minimiert. Die automatische Entlüftung, welche durch die Entlüftungseinrichtung 100 ermöglicht wird, verringert den Druckverlust beim Durchströmen des Adsorbers, der durch Gasansammlungen im Adsorber hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird eine geringere Pumpleistung benötigt, um das zu reinigende Fluid entgegen der Schwerkraft durch den Adsorber zu pressen und der Reinigungsprozess so insgesamt erleichtert. Auch kann der zugehörige Behälter auf einen geringeren Druck ausgelegt werden. Zudem erlaubt der Einsatz einer Niveausonde 125 das Aufzeichnen der Öffnungs- und Schließvorgänge des Entlüftungsventils 115. Aus den aufgezeichneten Daten lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand des Adsorbers selbst ziehen. Auch das Detektieren von Lecks im Adsorber kann auf diese Weise erleichtert werden.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Entlüftungseinrichtung 200, die sehr ähnlich zu der Einrichtung 100 aufgebaut ist. Die Entlüftungseinrichtung 200 weist zusätzlich eine zweite Leitung 235 auf, über die eine direkte Verbindung des automatischen Entlüftungsventil 215 mit einem Adsorber hergestellt werden kann. Auf diese Weise können Gase, welche sich am oberen Ende des Adsorbers befinden und nicht durch einen zentralen Auslass gelangen, über die zweite Leitung 235 aus dem Adsorber geleitet werden.
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3 zeigt einen aufwärts durchströmten Adsorber 340, der mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 300 zum Entlüften gekoppelt ist. Ein automatisches Entlüftungsventil 315 der Entlüftungseinrichtung 300 ist dabei vorzugsweise über eine zweite Leitung 335 mit einem Behälter 345 des Adsorbers 340 verbunden. Der Behälter 345 weist zudem einen Zulauf 350 am unteren Ende und einen Auslass 355 am oberen Ende auf. Das Fluid dringt durch den untenliegenden Zulauf 350 in den Behälter 345 ein und verlässt den Behälter durch den Auslass 355. Der Behälter 345 ist dabei mindestens teilweise mit einem Filtermedium 360 befüllt, das geeignet ist, Verunreinigungen zu adsorbieren, wenn es von einem zu reinigenden Fluid durchströmt wird.
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An den Zulauf 350 und / oder an den Auslass 355 kann jeweils ein Verteilerstern 365 angeschlossen sein. Durch den an den Zulauf 350 angeschlossenen Verteilerstern 365 wird das zu reinigende Fluid im Filtermedium 360 verteilt. Im Zulauf 350 und / oder im Auslass 355 kann eine Einrichtung 370 zum Bestimmen des Drucks im Fluid angeordnet sein.
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Durch die Ausstattung des Adsorbers 340 mit einer erfindungsgemäßen Entlüftungseinrichtung 300 wird eine automatische und wartungsarme Entlüftung des Adsorbers 340 sichergestellt. Die Verwendung des an den Zulauf 350 angeschlossenen Verteilersterns 365 vergrößert die Fläche, über die das zu reinigende Fluid in das Filtermedium 360 gelangt. Auf diese Weise wird die Verteilung des Fluids im Filtermedium 360 verbessert, insbesondere im Vergleich zu einem einzelnen zentralen Zulauf. Ein an den Auslass 355 angeschlossener Verteilerstern 365 erhöht den Einfangbereich des Auslasses 355 für das zu reinigende Fluid und im Adsorber befindliche Gase. Gase, die sich oberhalb des Verteilersterns 365 sammeln, können über die zweite Leitung 335 aus dem Behälter 345 geleitet werden.
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Durch die Verwendung von Einrichtungen 370 zum Bestimmen des Drucks im Fluid, die im Zulauf 350 und / oder im Auslass 355 des Behälters 345 angeordnet sind, kann der Druckverlust beim Durchströmen des Behälters 345 bestimmt werden. Ein zu hoher Druckverlust weist auf Feststoffe bzw. Verunreinigungen hin, welche durch das Fluid in das Filtermedium 360 eingetragen wurden. Überschreitet der Druckverlust einen vorgegebenen Wert muss das Filtermedium 360 ausgetauscht werden.
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4 zeigt ein System 475 zum Filtern eines zu reinigenden Fluids. Das System weist eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Adsorber 440, 441 und 442 auf, die jeweils mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 400 zum automatischen Entlüften eines aufwärts durchströmten Adsorbers ausgestattet sind. Die Adsorber 440, 441 und 442 sind dabei so in Reihe geschaltet, dass ein sie durchströmendes Fluid nur einen einzigen Pfad zur Verfügung hat. Zu diesem Zweck ist die Ablaufleitung 420 der Entlüftungseinrichtung 400 des Adsorbers 440 an einen Zulauf 450 des Adsorbers 441 gekoppelt. Die Ablaufleitung 420 der Entlüftungseinrichtung 400 des Adsorbers 441 ist an einen Zulauf 450 des Adsorbers 442 gekoppelt. Das System 475 kann zudem Leitungen und Ventile aufweisen, die es ermöglichen, die Durchströmungsreihenfolge der Adsorber frei zu wählen. Die Leitungen und Ventile sind der besseren Übersicht halber in 4 nicht gezeigt.
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Weil das zu reinigende Fluid beim Eintritt in den zuerst durchströmten Adsorber 440 den höchsten Verunreinigungsgrad aufweist, wird das Filtermedium des zuerst durchströmten Adsorbers 440 im zeitlichen Mittel am höchsten belastet. Dadurch erreicht das Filtermedium des zuerst durchströmten Adsorbers 440 in der Regel als erstes die maximal mögliche Beladung. Auch bei maximaler Beladung des Filtermediums des Adsorbers 440 ist durch die In-Reihe-Schaltung und dadurch geringere Beladung der Filtermedien der nachfolgend durchströmten Adsorber 441 und 442 eine ausreichende Reinigung sichergestellt. Zuvor festgelegte Grenzwerte können permanent auch in diesem Fall eingehalten werden.
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Erreicht das Filtermedium eines der Adsorber 440, 441 oder 442 seine maximale Beladung, muss das Filtermedium ausgetauscht werden. Für den beispielhaften Austausch des Filtermediums des Adsorbers 440 wird mit Hilfe der Leitungen und Ventile die Durchströmungsreihenfolge der Adsorber 440, 441 und 442 im System 475 so geändert, dass der Adsorber 440 nicht mehr von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Der Adsorber 441 wird nun als erstes von dem zu reinigenden Fluid durchströmt und der Adsorber 442 als zweites. Nachdem das Filtermedium des Adsorbers 440 ausgetauscht wurde, wird die Durchströmungsreihenfolge so geändert, dass der Adsorber 441 als erstes, der Adsorber 442 als zweites und der Adsorber 440 als letztes durchströmt wird. Durch die automatische Entlüftung der Adsorber 440, 441 und 442 werden Gasansammlungen in dem System 475 minimiert und so der Druckverlust beim Durchströmen des Systems verringert. Bevorzugt beträgt der Druckverlust pro Adsorber 440, 441 und 442 weniger als 0,5bar. Der für die Filtration mit Hilfe des Systems 475 benötigte Druck kann so auf 2 bar beschränkt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den für den Filtrationsprozess nötigen Druck durch eine einzelne Pumpe zu erzeugen. Dies kann beispielsweise außerhalb des System 475 durch eine sogenannte Beschickungspumpe realisiert werden. Auf zusätzliche Pumpen innerhalb des Systems 475 kann dann verzichtet werden. Die Adsorber 440, 441 und 442, die in einem solchen System 475 zum Einsatz kommen, können beispielweise 7 m hoch sein und einen Durchmesser von 2,5 m aufweisen. Bei einer durchschnittlichen Fließgeschwindigkeit des Fluids von 1,5 m/s und einem Durchmesser der Rohrleitungen von 50 mm können bei einem Druck von 2 bar so beispielsweise ca. 9 m3 Flüssigkeit / h mit Hilfe des Systems 475 gereinigt werden.
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Glossar
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Adsorber
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Ein Adsorber (von lateinisch adsorbere „(an)saugen“) ist ein meist zylinderförmiger Behälter, der mindestens zum Teil mit einem Filtermedium, wie z.B. Aktivkohle, gefüllt ist und feste oder gelöste Stoffe aus Fluiden an der Oberfläche des Filtermediums anreichert. Der Behälter ist unten mit einem Zulauf ausgestattet, durch den das zu reinigende Fluid ins Innere des Behälters eintritt. Am oberen Ende befindet sich ein Auslass, durch den das Fluid wieder aus dem Behälter austritt. Die mit oben und unten bezeichnete Lage ist dabei durch die Richtung der Schwerkraft definiert. An den oben gelegenen Auslass ist eine Entlüftungseinrichtung gekoppelt, die einen Ablauf für das Fluid sowie ein Entlüftungsventil besitzt und mit dessen Hilfe Gas aus dem System entfernt wird.
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Aktivkohle
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Aktivkohle ist poröser, feinkörniger Kohlenstoff, der aufgrund seiner großen inneren Oberfläche eine hohe Adsorptionsfähigkeit aufweist. Aktivkohle wird als Adsorptionsmittel unter anderem in Chemie, Medizin, der Trinkwasseraufbereitung, der Abwasserbehandlung sowie in der Lüftungs- und Klimatechnik eingesetzt. Der Kohlenstoff kann zusätzlich als Reduktionsmittel wirken und Substanzen z.B. aus Abluft oder Abwasser reduzieren. Beim Einsatz als Adsorptionsmittel werden die zu entfernenden Substanzen zunächst an der Oberfläche der Aktivkohle adsorbiert und teilweise aufgenommen, um in der Kohlenstoffmasse angereichert zu werden. Bei der Reduktion wird der Kohlenstoff selbst zum Teil bis zum Kohlenstoffdioxid oxidiert.
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Adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX)
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AOX ist ein Gruppenparameter der chemischen Analytik, der vornehmlich zur Beurteilung von Wasser und Klärschlamm eingesetzt wird. Dabei wird die Summe der an Aktivkohle adsorbierbaren organischen Halogene bestimmt. Diese umfassen Chlor-, Brom- und lodverbindungen. Organische Fluorverbindungen werden durch diese Analysenmethode nicht erfasst.
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Beladung
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Eine Beladung eines Filters ist zum einen der Prozess, bei dem Atome, Moleküle oder Partikel an der Oberfläche des Filtermediums adsorbiert werden, der Filter wird also bspw. mit Molekülen beladen. Zum anderen wird der Begriff „Beladung“ auch als Kurzform für den Beladungszustand eines Filtermediums bzw. eines Filters genutzt. So weisen Filtermedien bspw. eine maximal mögliche Beladung auf. Bei Erreichen der maximalen Beladung können durch das Filtermedium keine weiteren zu filternden Elemente mehr adsorbiert werden.
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Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
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Der Chemische Sauerstoffbedarf dient insbesondere als Summenparameter zur Quantifizierung der Belastung von Abwasser mit organischen und anorganischen Stoffen. Der CSB wird in mg/l Sauerstoff angegeben, der zur Oxidation von allen im Wasser oxidierbaren Stoffen nötig wäre. Der CSB erfasst sowohl biologisch abbaubare wie auch biologisch nicht abbaubare Stoffe.
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Druckfilter
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Ein Druckfilter hält Verunreinigungen aus einem Fluid zurück. Die treibende Kraft einer Filtration mittels Druckfilter ist die Druckdifferenz des Fluids vor und nach dem Filter. Bei einem Druckfilter kann das Fluid z.B. mit Überdruck durch den Filter gepresst werden.
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Entlüftungsventil
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Entlüftungsventile haben die Aufgabe, in Rohrleitungen und Behältern befindliche Gase, insbesondere Luft, aus einer fluidführenden Anlage zu entfernen. Meist werden Entlüftungsventile am höchsten Punkt eines fluidführenden Rohrleitungssystems angebracht, da Gase und allgemein Luft eine geringere Dichte besitzen als Wasser.
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Filtermedium
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Ein Filtermedium ist der Teil eines Filtersystems, der für die Trennung von Fluid und Feststoff sorgt, wie z.B. engmaschige Textilien, Vliesstoffe oder poröse Medien. Filtermedien besitzen meist eine poröse Struktur und sind für Fluide durchlässig, während feste oder gelöste Substanzen zurückgehalten werden.
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Fluid
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Als Fluid (von lateinisch fluidus „fließend“) werden Substanzen bezeichnet, die sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformen, allgemeiner ausgedrückt: sie fließen. In der Physik werden unter dem Begriff Gase und Flüssigkeiten zusammengefasst. Beispielsweise ist auch ein mit Gas gemischtes Abwasser ein Fluid.
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Niveausonde
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Niveausonden sind Sensoren zur Füllstandsmessung in Behältern. Sie besitzen mindestens einen Elektrodenstab, der in den Behälter hineinragt. Steigt der Füllstand im Behälter kommt es irgendwann zum Kontakt zwischen dem Medium, dessen Füllstand gemessen werden soll und dem Elektrodenstab. Dieser Kontakt kann detektiert werden, indem sich z.B. das Spannungsverhältnis zwischen dem Elektrodenstab und der Wand des Behälters ändert oder durch den Kontakt ein Stromkreis zwischen Elektrodenstab und Behälterwand geschlossen wird. Diese Änderungen der Spannungsverhältnisse oder des Stromflusses kann von einer Elektronik registriert werden. Weil das Messprinzip allein auf elektrochemischen Veränderungen des Systems bei Kontakt des Elektrodenstabes mit dem Medium basiert, weisen Niveausonden in der Regel keine beweglichen Teile auf.
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Reihenschaltung/In-Reihe-Schaltung
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Die Reihenschaltung beschreibt die Hintereinanderschaltung zweier oder mehrerer Adsorber mittels Rohrleitungen in einer Weise, dass ein sie durchquerendes Medium nur einen einzigen Pfad zur Verfügung hat. Der Auslass des zuerst durchströmten Adsorbers ist an den Zulauf des als zweites durchströmten Adsorbers gekoppelt, der Auslass des als zweites durchströmten Adsorbers an den Zulauf des als drittes durchströmten Adsorbers, usw.
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Verteilerstern
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Ein Verteilerstern ist eine Anordnung von mehreren sternförmig angeordneten Leitungen, die in einer zentralen Leitung münden, welche annähernd senkrecht gegenüber den übrigen Leitungen angeordnet ist. Verteilersterne haben entweder die Aufgabe, ein Medium (z.B. eine Flüssigkeit) aus einem größeren Querschnitt der zentralen Leitung zuzuführen oder im entgegengesetzten Fall das durch die zentrale Leitung geführte Medium über einen größeren Querschnitt zu verteilen, als es bei ausschließlicher Nutzung der zentralen Leitung der Fall wäre.
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Verunreinigungen
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Unter Verunreinigungen versteht man die Menge anderer Stoffe, die in einer Stoffmenge ungewollt enthalten ist und die Reinheit dieses Stoffes oder Stoffgemisches negativ beeinflussen. Verunreinigungen können dabei ungelöste und gelöste Komponenten sein. Als Verunreinigungen von Abwasser kommen z.B. Fremdionen (insbesondere Schwermetallionen), Säuren, Laugen, Schwebeteilchen, organisches Material, Mikroben oder Zellen in Betracht.
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Bezugszeichen
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- 100
- Entlüftungseinrichtung
- 105
- fluiddichter Hohlraum
- 110
- Einlass
- 115
- automatisches Entlüftungsventil
- 120
- Ablaufleitung
- 125
- Niveausonde
- 130
- Steuerung
- 200
- Entlüftungseinrichtung
- 205
- fluiddichter Hohlraum
- 210
- Einlass
- 215
- automatisches Entlüftungsventil
- 220
- Ablaufleitung
- 225
- Niveausonde
- 230
- Steuerung
- 235
- zweite Leitung
- 300
- Entlüftungseinrichtung
- 315
- automatisches Entlüftungsventil
- 335
- zweite Leitung
- 340
- aufwärts durchströmter Adsorber
- 345
- Behälter
- 350
- Zulauf
- 355
- Auslass
- 360
- Filtermedium
- 365
- Verteilerstern
- 370
- Einrichtung zum Bestimmen des Drucks
- 400
- Entlüftungseinrichtung
- 420
- Ablaufleitung
- 440
- aufwärts durchströmter Adsorber
- 441
- aufwärts durchströmter Adsorber
- 442
- aufwärts durchströmter Adsorber
- 450
- Zulauf
- 475
- System zum Filtern eines zu reinigenden Fluids
