DE10336212A1

DE10336212A1 - Gerät zur Filterung von Wasser

Info

Publication number: DE10336212A1
Application number: DE2003136212
Authority: DE
Inventors: Lothar Weikum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: DE10336212B4

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Gerät zur Filterung von wäßrigen Medien, insbesondere von Teichwasser, gekennzeichnet durch einen Abschäumfilter und einen Biofilter, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das mit einem gehäuseseitigen Auslaß versehen ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Gerät zur Filterung von wäßrigen Medien, insbesondere von Teichwasser, mit einem Abschäumfilter und einem Biofilter.
Derartige Geräte werden vorzugsweise in der Fischzucht eingesetzt, insbesondere bei der Zucht von Zierfischen wie bspw. Kois, den japanischen Farbkarpfen, da diese sehr sauberes Wasser benötigen.

Eine gattungsgemäße Anordnung ist in der EP 0 244 904 A1 offenbart. Die dortige Filtereinrichtung ist allerdings mit dem Gehäuse eines Aquariums zu einer Einheit integriert. Der Wasserübertritt erfolgt über einen im Bereich der Wasseroberfläche des Aquariums angeordneten Rechen, hinter dem sich ein Sammelkanal befindet, von wo das Wasser dann der Eingangsstufe des Filters zugeleitet wird. Nach Durchströmen der verschiedenen Filterstufen wird das gereinigte Wasser in den Bereich der Wasseroberfläche emporgesaugt und kann über den selben Rechen wieder in das Aquarium zurückfließen. Hierbei vermischt sich allerdings ein Teil des gereinigten Wassers mit dem ungereinigten, dem Filter zuströmenden Wasser, einerseits infolge eines absichtlich geschaffenen Bypasses, der über eine Einrichtung zur Anreicherung des Wassers mit Nährstoffen führt, andererseits auch unbeabsichtigt, weil der Abfluß über den selben Sammelkanal führt, der auch mit dem Zufluß des Filters in Verbindung steht. Aus diesen Gründen wird der Wirkungsgrad dieses Filters in unerwünschter Weise reduziert, während Wasser aus anderen Bereichen des Aquariums nur sehr selten zu dem Filter gelangt.

Aus diesem Nachteil eines gattungsgemäßen Filtergeräts resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Möglichkeit zu finden, wie der Wirkungsgrad eines Filtergeräts für wäßrige Medien weiter optimiert werden kann, um in dem gesamten Teich oder sonstigen Gewässer möglichst reines Wasser zu erhalten.

Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass der Abschäumfilter und der Biofilter in einem eigenen, gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das mit einem gehäuseseitigen Auslaß versehen ist.

Im Gegensatz zu der EP 0 244 904 A1 ist der Filter demnach nicht mit dem betreffenden Wasserbehältnis integriert, sondern eigenständig. Dadurch läßt sich ein eigener Abfluß schaffen, von wo das gefilterte Wasser über eine Rohrleitung od. dgl. zu einer von dem Filterzufluß weit entfernten Stelle des Teichs od. dgl. geleitet werden kann. Daher fließt das Wasser nicht innerhalb des Filters im Kreis, sondern verläßt das Filtergerät definitiv durch dessen Auslaß; der Kreislauf schließt sich erst über den zu reinigenden Teich. Zu diesem Zweck führt der Abfluß von dem mit Wasser gefüllten Innenraum zu der (trockenen) Außenumgebung des Filtergehäuses. In oder an der Abflußöffnung kann eine Anschlußmöglichkeit für einen Schlauch, Rohr od. dgl. vorgesehen sein, vorzugsweise an der Außenseite des Gehäuses. Indem der Abfluß als von einem rundum laufenden, geschlossenen Rand umgebene, lochförmige Öffnung in der Gehäusewand ausgebildet ist, kann sich bei einem Rückstau stromaufwärts der Abflußöffnung das überschüssige Wasser zunächst innerhalb des Filters ansammeln, bis es bis zu der Oberkante des Gehäuses aufgestaut ist, und geht daher nicht verloren.

Ein Zurückströmen innerhalb des Filters wird insbesondere dadurch vermieden, dass der Biofilter ein Strömungshindernis bildet, das – auch – entgegen der Hauptströmungsrichtung wirksam ist. Eine solche Wirkung des Biofilters wird dadurch unterstützt, dass dieser sich zwischen Abschäumfilter und gehäuseseitigem Auslaß befindet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Abschäumfilter und der gehäuseseitige Auslaß vorzugsweise in einander etwa diametral gegenüberliegenden Bereichen des Gehäuses angeordnet sind.

Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung eines unerwünschten Zurückströmens innerhalb der Filteranordnung besteht darin, dass sich der Biofilter über die gesamte Breite bzw. über den gesamten, mit Wasser gefüllten Querschnitt der Filteranordnung erstreckt.

Die erfindungsgemäße Konstruktionsvorschrift unterstützt eine Anordnung, wobei sich der Biofilter stromabwärts des Abschäumfilters befindet. Eine solche Schaltung dient auch einem optimalen Filtervorgang, da in dem Abschäumer Partikel mit einer maximalen Größe von etwa 8 mm bis herunter zur Größe von Viren an den Oberflächen emporperlender Luftblasen angelagert und von diesen nach oben aus dem Bereich der Strömung heraustransportiert werden. In dem zu filternden Wasser verbleiben vor allem noch Nitrit, Nitrat, Phosphate und andere chemische Verunreinigungen, die von den Bakterien des nachgeschalteten Biofilters abgebaut werden können. Da das den Biofilter durchströmende Wasser von Partikeln bereits weitgehend befreit ist, kann dieser sich nicht zusetzen und muß nur höchst selten gereinigt werden. Dies ist insbesondere auch deshalb wichtig, weil bei jedem Reinigungsvorgang ein Großteil der wertvollen Bakterien weggeschwemmt wird und erst wieder nachwachsen muß, so dass – bei herkömmlichen Biofiltern – nach jedem Reinigungsvorgang erst ein Zeitraum von bis zu mehreren Wochen abgewartet werden muß, bis er wieder einsatzfähig ist. Schließlich wird das Wasser in dem Abschäumfilter mit Sauerstoff angereichert, der von bestimmten Bakterien des Biofilters benötigt wird.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Hauptströmung des zu filternden Mediums innerhalb des Biofilters etwa horizontal gerichtet ist. Diese Maßnahme erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass die Bereiche stromaufwärts und stromabwärts des Biofilters oben offen sind. Dadurch ist der Biofilter einerseits ständig zugänglich, bspw. zu Inspektionszwecken; andererseits kann demzufolge die Strömung des zu filternden Teichwassers durch den Biofilter ausschließlich durch eine Differenz zwischen dem statischen Druck der Flüssigkeit stromaufwärts und dem statischen Druck der Flüssigkeit stromabwärts des Biofilters getrieben sein. Dies verhindert, dass durch eine unkontrollierte Stärke der Strömung die Bakterien des Biofilters geschädigt und/oder von ihrem Substrat losgerissen werden könnten.

Indem der geräteseitige Ablauf stromabwärts und seitlich des Biofilters sowie unterhalb von dessen Oberkante H₁ angeordnet ist (bei H₂), kann sich während des kontinuierlichen Betriebs stromabwärts des Biofilters ein etwa konstanter Wasserspiegel unterhalb von dessen Oberkante einstellen. Dies führt zu der an dem Biofilter anliegenden, statischen Druckdifferenz, welche die Strömungsverhältnisse im Bereich des Biofilters in kontrollierter Weise regelt, indem die Druckdifferenz nicht größer werden kann als dies durch die verschiedenen Wasserstände (H₁ stromaufwärts und H₂ stromabwärts des Biofilters) vorgegeben ist. Bei einem – bspw. aufgrund einer Pumpenfehlfunktion – überschüssigen Wasserangebot fließt das überschüssige Wasser über die Oberkante des Filters hinweg, der Pegel stromabwärts des Filters steigt und die Strömung durch den Biofilter nimmt sogar ab.

In Konkretisierung dieser Maßnahme empfiehlt die Erfindung, dass sowohl die Höhe H₃ der Oberkanten der Seitenwände des Filtergeräts als auch die Höhe H₁ der Oberkante des Biofilters um wenigstens 1,0 cm, vorzugsweise um wenigstens 2,0 cm, insbesondere um wenigstens 3,0 cm höher ist als die Unterkante des geräteseitigen Ablaufs, so dass sich stromaufwärts des Biofilters eine deutlich höhere Füllstandshöhe (h₁) einstellen kann als stromabwärts desselben (h₂), wodurch im Normalbetrieb eine ausreichende Filterdurchströmgeschwindigkeit sichergestellt ist.

Die Betriebssicherheit des Filtergeräts im Fall einer Störung im Bereich des Zulaufs, bspw. bei einer vorgeschalteten Förderpumpe, wird weiterhin dadurch erhöht, dass die Höhe H₃ der Oberkanten der Seitenwände des Filtergeräts um wenigstens 0,5 cm, vorzugsweise um wenigstens 1,0 cm, insbesondere um wenigstens 1,5 cm höher ist als die Höhe H₁ der Oberkante des Biofilters. Dadurch kann bei einem überschüssigen Wasserangebot dieses zunächst – unoder teilgefiltert – über die Oberkante des Biofilters hinwegfließen, geht jedoch nicht verloren. Erst wenn der Zustrom noch weiter zunimmt, fließt das Wasser über die Seitenwände des Gerätegehäuses weg.

Der Strömungswiderstand R des Biofilters sollte solchermaßen bemessen sein, dass bei einem im Normalbetrieb maximalen Filterdurchsatz V'_max der maximale Rückstau vor dem Biofilter nicht höher ist als die dortige Wandhöhe H₃, so dass die folgende Formel erfüllt ist: V'max·R ≤ 9·P·ΔHmax·H1·b,mit: V'_max = maximaler Durchsatz im Normalbetrieb;
R = Strömungswiderstand des Biofilters;
g = 9,81 m/s²;
ρ = Dichte des Wassers;
ΔH_max = maximale Stauhöhe stromaufwärts des Biofilters gegenüber H₂;
H₁ = Oberkante des Biofilters;
b = Breite des Biofilters.

Die Beachtung dieser Formel stellt sicher, dass bis zu einem Durchsatz von V'_max der Filter einwandfrei arbeitet, d.h., die angebotene Wassermenge vollständig filtert. Da sich der Biofilter infolge des vorgeschalteten Abschäumfilters kaum zusetzt, kann der Strömungswiderstand R über einen sehr langen Zeitraum hinweg von bspw. einem Jahr als näherungsweise konstant angesehen werden.

Der Biofilter umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere, flächige Substrate für die das Wasser reinigenden Bakterien. Eine solche, flächige Anordnung dient zur Reduzierung des Strömungswiderstandes R, so dass es möglich ist, aufgrund einer vergleichsweise geringen, statischen Druckdifferenz eine ausreichende Durchströmungsgeschwindigkeit zu erzielen.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass die effektiv zu durchströmende Filterfläche des Biofilters gegenüber dessen äußerem Querschnitt (Breite b·H₂) durch Schrägstellung gegenüber der Querschnittsebene vergrößert ist. Dadurch reduziert sich – bei unverändertem Filterdurchsatz V' – der erforderliche Wasserdurchsatz pro Flächeneinheit des Biofilters.

Sofern der Biofilter mit einem Substrat in Form einer Mehrzahl von etwa vertikal aufgerichteten Platten aufgebaut ist, so können dieselben überwiegend in Strömungsrichtung v des zu filternden Mediums, dieser gegenüber vorzugsweise leicht schräggestellt, ausgerichtet sein, insbesondere derart, dass jeweils benachbarte Platten in Strömungsrichtung gesehen zueinander konvergieren bzw. voneinander divergieren. Dadurch entsteht – von oben gesehen – eine sog. Zick-Zack-Form der Substratplatten des Biofilters, wobei die einzelnen Platten etwa nebeneinader bezüglich der Hauptströmungsrichtung v des zu filternden Mediums stehen.

Wenn die Biofilterplatten überwiegend in Strömungsrichtung v des zu filternden Mediums ausgerichtet sind, so ist es zu bevorzugen, wenn sie mit dieser Richtung jeweils Winkel von nicht mehr als 10°, vorzugsweise nicht mehr als 7°, insbesondere von nicht mehr als 5° einschließen. Solchenfalls lassen sich sehr viele Platten nebeneinander anordnen, so dass die effektive Filterfläche gegenüber dem Querschnitt des Filtergeräts um ein Vielfaches vergrößert werden kann, während andererseits in den Zwischenräumen zwischen je zwei benachbarten Filterplatten ein ausreichender, die Strömung kaum behindernder, freier Querschnitt verbleibt.

Um ein Vorbeiströmen an den Filterplatten auszuschließen, können benachbarte Biofilterplatten jeweils im Bereich ihrer konvergierenden Ränder miteinander verbunden sein, insbesondere durch einen etwa vertikal verlaufenden Steg od. dgl. Diese Stege sollten sich vom Boden des Biofilterabteils bis zu der Oberkante der Biofilterplatten durchgehend erstrecken, um keinerlei Strömungspfade freizugeben.

Andererseits lassen sich benachbarte Biofilterplatten im Bereich ihrer divergierenden Ränder durch Abstandselemente etwa punktuell miteinander verbinden, so dass zwischen diesen Abstandselementen und den betreffenden Filterplatten eine lichte Durchströmöffnung verbleibt. Diese punktuellen Verbindungen dienen vor allem der mechanischen Stabilität des Biofilterplatten- Satzes und der Einhaltung gleichbleibender Zwischenräume zwischen den einzelnen Platten.

Eine weitere Optimierung erfährt die Erfindung dadurch, dass die Hauptströmung des zu filternden Mediums innerhalb des Abschäumfilters etwa vertikal von oben nach unten gerichtet ist. Diese Richtung ist den hochperlenden Luftblasen diametral entgegen gerichtet, so dass sich ein optimales Trennungsergebnis realisieren läßt.

Vorzugsweise umfaßt der Abschäumfilter einen etwa vertikal verlaufenden Kanal, in welchem das Wasser von einem oberseitigen Zufluß bzw. Verteiler kommend nach unten strömt. Die zu filternde Flüssigkeit benötigt je nach Strömungsgeschwindigkeit mehrere Sekunden, um diesen Kanal zu durchqueren. Dabei finden die mitgeschwemmten Partikel ausreichend Gelegenheit, um sich an einer der vielen, emporsteigenden Luftblasen anzulagern und von dieser nach oben aus dem Bereich der Strömung tragen zu lassen.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass der etwa vertikale Strömungskanal des Abschäumfilters einen langgestreckten (Horizontal-) Querschnitt hat mit einer quer zu der mittleren Wasserströmungsrichtung innerhalb des Biofilters verlaufenden Längsrichtung. Eine solche Konstruktion erlaubt es, den Kanal quer vor dem Biofilter anzuordnen, was einer Rechteckform des Filtergehäuses zuträglich ist.

Wenigstens ein Zulauf kann in den Bereich einer Seitenwand verlegt sein. An diesen schließt sich eine quer zu der Hauptströmungsrichtung verlaufende Verteilerrinne an, die über einen horizontalen Eintrittsspalt mit dem etwa vertikal verlaufenden Abschäumerkanal kommuniziert. Dank der oberseitigen Verteilerrinne ergeben sich innerhalb des Abschäumerkanals etwa laminate Strömungsverhältnisse, wodurch eine gleichmäßige Abschäumwirkung gefördert wird.

Da die oben erwähnte, zulaufseitige Verteilerrinne sich neben dem etwa vertikalen Abschäumerkanal befindet, verbleibt unter derselben ein Raum, der vorzugsweise auf die stromabwärtige Seite des Abschäumerkanals verlegt sein kann und dort zur Anordnung von Meß- und/oder Behandlungsgeräten für das in dem Abschäumer vorgereinigte Wasser dienen kann.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass etwa unterhalb des vertikalen Abschäumerkanals wenigstens ein langgestreckter Sprudelkörper angeordnet ist, von dem Luft oder ein anderes Gas nach oben perlt. Es kann sich dabei bspw. um einen Stein aus einem porösen Material handeln, der in seinem Inneren einen Luftkanal aufweist, der mit einem Druckluftschlauch od. dgl. kommuniziert und das dadurch aufgenommene, gasförmige Medium, insbesondere Druckluft, in Form feinster Luft- oder Gasbläschen abgibt, die sodann innerhalb des vertikalen Abschäumerkanals nach oben perlen.

An diese aufsteigenden Luft- oder Gasbläschen lagern sich in dem Wasser schwebende Partikel an und werden dort infolge der Oberflächenspannung der Bläschen festgehalten. Durch das geringere Gewicht der Luft- oder Gasblasen sind dieselben in der Lage, kleine Partikel ggf. gemeinsam nach oben zu tragen. Um diese aufgeschwemmten Partikel oberhalb des vertikalen Abschäumerkanals abzutransportieren, ist dort eine etwa horizontale Rinne mit bodenseitigen Öffnungen vorgesehen. An diesen Öffnungen vereinigen sich die einzelnen, kleinen Luft- oder Gasblasen zu größeren Schaumblasen, in deren Wände die emporgetragenen Partikel eingebunden werden. Diese Partikel gelangen mit dem entlang der Rinne abfließenden Schaum aus dem Bereich der Wasserströmung.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass in dem Bereich eines seitlichen Spalts zwischen dem (den) Sprudelkörper(n) und der in einem Abstand darüber endenden Wand des Abschäumerkanals ein Mittel zur Desinfektion des gefilterten Wassers angeordnet oder anordenbar ist, vorzugsweise eine Bestrahlungslampe, insbesondere für ultraviolette Strahlung. Ein solcher Spalt bildet eine Verengung, durch die das gesamte, zu reinigende Wasser hindurchströmen muß. Infolge des zwar langgestreckten, aber schmalen Strömungsquerschnitts an dieser Stelle ist dort der ideale Platz für eine intensive Wasserbehandlung, wie sie zur Entkeimung üblicherweise vorgenommen wird. Das zuvor innerhalb des Abschäumers von kleineren und größeren Partikeln befreite Wasser ist sehr klar und kann daher von Licht oder einer sonstigen Strahlung nahezu dämpfungs- bzw. absorptionsfrei durchdrungen werden.

Wenn zur Aufnahme einer Bestrahlungslampe ein transparentes, etwa in horizontaler Richtung verlaufendes Rohr oder sonstiges Gefäß vorhanden ist, so lassen sich die elektrischen, Spannung führenden Anschlüsse der Lampe in eine trockene Umgebung verlegen, so dass ein Kurzschluß durch das zu reinigende Wasser ebenso ausgeschlossen ist wie die Entstehung nennenswerter, die Strahlungsleistung mindernder Kriechströme.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass mehrere Filtergeräte nebeneinander angeordnet und parallel betrieben werden können. Dadurch ist die Möglichkeit eröffnet, mit einer einzigen Filterbaugröße nahezu beliebige Filterleistungen realisieren zu können, so dass das erfindungsgemäße Konzept universell einsetzbar ist.

Ein derartiger Parallelbetrieb wird dadurch gefördert, dass die Seitenwände des Geräts von dessen Mittelteil entfernbar und die Boden-, Vorder- und/oder Rückwände sowie quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufende Innenwände nebeneinandergestellter Geräte-Module miteinander verbindbar sind, bspw. mittels Profilschienen mit U-förmigen Aufnahmen für die betreffenden Wände. Solchenfalls kann der Zulauf an einer Gehäuseseite und der Ablauf in der Nähe der gegenüberliegenden Gehäuseseite vorgesehen sein; daneben ist es auch möglich, mehrere Zuläufe, bspw. an gegenüberliegenden Gehäuseseiten, und/oder mehrere oder alle Abläufe der einzelnen Module gleichzeitig zu verwenden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:

1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Filtergerät;

2 eine Draufsicht auf das Filtergerät aus 1;

3 die Einzelteile eines zerlegbaren Filtergeräts von der in den 1 und 2 dargestellten Bauart; sowie

4 ein aus drei teilweise demontierten Filtergeräten nach 3 modular zusammengebautes Filtergerät.

Wie die 1 und 2 erkennen lassen, hat das erfindungsgemäße Filtergerät 1 ein etwa trogförmiges, oben offenes Gehäuse 2 mit etwa quaderförmiger Grundgestalt. Das Gehäuse 2 kann bspw. aus thermoplastischen Kunststoffplatten geschnitten und sodann gebogen werden. Der Mittelteil 3 des Gehäuses 2 ist etwa U-förmig gebogen mit einem Bodenteil 4 und zwei daran anschließenden, nach oben weisenden Schenkeln, welche die Vorderseite 5 einerseits und die Rückseite 6 des Filtergehäuses 2 anderseits bilden. An den Oberkanten der Vorder- und Rückseite 5, 6 ist jeweils eine nach außen weisende Umbiegung vorgesehen, so dass sich jeweils ein versteifender Rand oder Kragen 7 ergibt. Dieses Mittelteil 3 hat eine konstante Breite und ermöglicht dadurch das dichte Verschließen des Gehäuses 2 mit je einer Seitenwand 8. Die Seitenwände 8 haben eine etwa rechteckige Grundfläche und können mit dem Mittelteil 3 verklebt, verschweißt, bspw. aber auch – ggf. unter Einfügung eines Dichtungsstreifens od. dgl. – an dem Mittelteil 3 festgeschraubt 9 sein.
An einer oder vorzugsweise beiden Seitenwänden 8 ist in der Nähe der Vorderseite 5, von dieser jedoch beabstandet, und knapp unterhalb der Oberkante 10 der Seitenwand 8, (je) eine vorzugsweise kreisrunde Zulauföffnung 11 vorgesehen. Diese kann an der Außenseite 12 des Gehäuses 2 mit einem am Rand der Zulauföffnung 11 anschließenden, hohlzylindrischen Stutzen 13 versehen sein, wo ein Schlauch, Rohr od. dgl. fixierbar ist.
Eine Ablauföffnung 14 befindet sich etwa mittig in der Rückwand 6. Diese hat ebenfalls einen vorzugsweise kreisrunden Querschnitt und ist gegenüber dem oberen Gehäuserand 7 nach unten versetzt, vorzugsweise etwas tiefer als die Zulauföffnung(en). Auch an der Ablauföffnung 14 ist außen ein Stutzen 15 zum Anschluß eines Schlauchs, Rohrs od. dgl. vorhanden.
Schließlich befindet sich in der Vorderseite 5 etwa mittig sowie im Bereich des Bodens 4 ein Reinigungsablaß 16, der das Ausschwemmen von auf dem Boden liegengebliebener Partikel ermöglicht. Auch hier befindet sich ein Stutzen 17 zum Anschluß eines Schlauchs, Rohrs od. dgl.
Eine Innenwand 18 erstreckt sich quer zwischen den beiden Seitenteilen 8 und schließt an denselben dicht ab. Diese Innenwand reicht oben bis knapp unter die Oberkante 10 der Seitenteile 8 und unten nicht ganz bis zum Boden, und teilt dadurch das Filtergehäuse 2 in zwei Teile, nämlich ein zulaufseitiges Abteil 19 und ein ablaufseitiges Abteil 20. Diese Abteile 19, 20 kommunizieren im Normalbetrieb ausschließlich über die spaltartige Öffnung 21 unterhalb der Querwand 18.
Das zulaufseitige Abteil 19 ist vergleichsweise schmal, bspw. nur 2 cm bis 5 cm, und erweitert sich erst in seinem oberen Bereich in der Umgebung der Zulauföffnung(en) 11, wo die Querwand 18 nach Art einer mit zwei etwa rechtwinkligen Knicken 22, 23 gebildeten Stufe in Richtung des ablaufseitigen Abteils 20 versetzt ist und dadurch die Zulauföffnung(en) 11 hintergreift. Zusammen mit einem sich von dem vorderen Knick 22 etwa vertikal nach oben erstreckenden, perforierten Wandabschnitt 24 ergibt sich somit eine zwischen den beiden Zulauföffnungen 11 quer verlaufende Zulaufrinne 25, in der das zu reinigende Wasser auf die gesamte Breite des Filtergehäuses 2 verteilt wird.
Wie 1 weiter erkennen läßt, strömt das zu reinigende Wasser von dieser Zulaufrinne 25 durch die Perforationen 26 des Wandabschnitts 24 in das eigentliche Abteil 19, das als Abschäumer ausgebildet ist, und in demselben etwa vertikal nach unten 27 bis zu dem Spalt 21, wo es dann in das zweite Abteil 20 gelangt.
Unterhalb des Abteils 19 ist an dem Boden 4 des Gehäuses 2 zu beiden Seiten des Reinigungsablasses 16 je ein langgestreckter Sprudelkörper 28 befestigt. Die Sprudelkörper 28 können aus einem mikroporösen Stein bestehen und über einen internen, in Längsrichtung verlaufenden Kanal mit einer Luftzuführeinrichtung, bspw. einer Luftpumpe, in Verbindung stehen. Dadurch perlen von diesen Sprudelkörpern 28 winzige Luftbläschen nach oben durch das Abteil 19, entgegen der dortigen Strömungsrichtung 27. Aufgrund ihrer Oberflächenspannung lagern sich diese Bläschen an allen in der Flüssigkeit schwebenden Partikeln an und tragen dieselben sodann nach oben, an den Perforationen 26 vorbei bis zu der Wasseroberfläche 29. Auf Höhe der Wasseroberfläche 29 befindet sich eine leicht geneigt eingebaute Lochplatte 30. Im Bereich von deren Löchern 31 vereinigen sich die aufgestiegenen Luftbläschen zu Schaumblasen, wobei die vorhandenen Partikel in die Wand der Schaumblasen eingebunden bleiben. Aufgrund der nachdrückenden Luftbläschen blähen sich die Schaumblasen auf und/oder lagern sich auf- und/oder nebeneinander an. Dieser, die herausgefilterten Partikel enthaltende Schaum fließt sodann innerhalb der durch die Neigung der Lochplatte gebildeten Rinne 32 ab, bspw. durch eine seitliche Öffnung 33. Dadurch werden die Partikel von dem Wasserstrom 27 getrennt.
Im Bereich des Spaltes 21 kann eine Vorrichtung zur Desinfektion des von Partikeln befreiten Wassers vorgesehen sein, bspw. ein von einer Gehäuseseite 8 zur anderen durchgehendes, transparentes Rohr 34, innerhalb desselben bspw. eine ultraviolette Strahlung abgebende Lichtquelle, bspw. eine UVC-Leuchtröhre, angeordnet sein kann.
Innerhalb des Abteils 20 ist unterhalb der Zulaufrinne 25 ein Raum für weitere Wasserbehandlungs- oder -meßeinrichtungen 35 vorgesehen.
Stromabwärts desselben schließt sich der Biofilter 36 an. Hierbei handelt es sich um einen etwa kubischen oder quaderförmigen Bereich, in den eine Vielzahl von Biofiltermatten 37 vorzugsweise stehend eingesetzt sind.
Die Biofiltermatten 37 sind nebeneindander angeordnet und erstrecken sich jeweils ungefähr, jedoch nicht exakt parallel zu den Seitenwänden 8 des Gehäuses 2.
Jede Biofiltermatte 37 ist etwa parallel zu den beiden übernächsten; verläuft jedoch gegenüber den direkt benachbarten leicht geneigt, und zwar in Längsrichtung des Filtergehäuses 2.
Diese Neigung wird erreicht bzw. stabilisiert durch Abstandselemente 38, 39 zwischen benachbarten Biofiltermatten 37, und zwar jeweils im Bereich von deren stromaufwärtigen Vorderkanten 40 und stromabwärtigen, rückseitigen Kanten 41. In jeweils abwechselnder Reihenfolge sind zwischen benachbarten Biofiltermatten 37 an deren Vorderkanten 40 breite Abstandselemente 38 und an den stromabwärtigen Kanten schmale Abstandselemente 39, bzw. umgekehrt. Dabei sind die schmalen Abstandselemente 39 als von unten bis oben durchgehende Stege ausgebildet, während die breiten Abstandselemente 38 nur als kleine Würfel oder Quader ausgebildet sind und daher genügend Raum zum Vorbeiströmen lassen.
Somit ergibt sich in der Draufsicht gemäß 2 eine etwa zick-zack-förmige Aneinanderreihung der Biofiltermatten 37, die jeweils im Bereich zueinander konvergierender Kanten 40, 41 miteinander verbunden und dadurch abgedichtet sind. Man erhält – von der stromaufwärtigen Seite her gesehen – in der Draufsicht etwa V-förmige Taschen, in die das zu filternde Wasser hineinströmen kann. Das Wasser kann diese Taschen jedoch nur verlassen, indem es durch die betreffenden Biofiltermatten 37 hindurchströmt.
Die Biofiltermatten haben eine Stärke von bspw. 5 cm. Sie sind porös und mit Bakterien sowohl an ihren Außenseiten als auch insbesondere in ihrem Inneren besiedelt. An der stromaufwärtigen Seite und bis etwa 2 cm von dieser Seite in die Biofiltermatten 37 hinein sitzen sauerstoffliebende Bakterien, welche den in dem Abschäumer aufgenommenen Sauerstoff umsetzen. Nach etwa 2 cm ist dieser Sauerstoff aufgezehrt, und deshalb sind die anschließenden Bereiche der Biofiltermatten von anaeroben Bakterien besetzt, die das Werk der ersteren vollenden.
Eine wesentliche Voraussetzung für einen optimalen Filtervorgang ist eine möglichst sanfte laminare Strömung innerhalb des Biofilters 36, damit die wertvollen Bakterien nicht von den Filtermatten 37 gelöst und weggespült werden. Dies wird durch eine vergleichsweise niedrige Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Biofiltermatten 37 erreicht, wodurch gleichzeitig auch das zu reinigende Wasser länger innerhalb des Filtermatten 37 verbleibt und daher sehr intensiv gereinigt werden kann.
Die niedrige Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Biofiltermatten 37 wiederum resultiert aus der großen Filterfläche, die sich aus der Summe der Flächen aller Biofiltermatten 37 zusammensetzt. Nimmt man näherungsweise ein kubisches Volumen für den Biofilter 36 an, so ist in dem dargestellten Beispiel mit zehn Filtermatten 37 die effektive Filterfläche etwa 10 mal so groß wie der Querschnitt des Biofilters 36. Demnach ist die Strömungsgeswindigkeit innerhalb der Biofiltermatten 37 nur etwa ein Zehntel der Strömungsgeschwindigkeit in Längsrichtung des Biofilters 36. Berücksichtigt man ferner, dass der Querschnitt des Ablaufs 14 in der Größenordnung von einem Hundertstel der Querschnittsfläche des Filters 1, 36 liegt, so ergibt sich, dass die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Biofiltermatten 37 auf etwa ein Tausendstel der Strömungsgeschwindigkeit in dem Ablauf 14 reduziert ist.
An den stromabwärtigen Kanten 41 der Biofiltermatten 37 ist im Bereich der Kante 42 zwischen Boden 4 und Rückseite 6 ein nach innen vorspringender Absatz 43 vorhanden, der zusammen mit dem oberen, zur Rückseite 6 hin versetzten Abschnitt der Querwand 18 Führungsflächen für die Ausrichtung der Biofiltermatten 37 bildet. Dadurch werden die rückwärtigen Kanten 41 in einem Abstand zu der Gehäuserückseite 6 gehalten, und in dem dadurch gebildeten Spalt kann das Wasser stromabwärts des Biofilters 36 etwa quer zur Hauptströmungsrichtung zu dem Ablauf 14 hin fließen, wobei sich aufgrund der dadurch erzwungenen, zunehmenden Verengung des Strömungsquerschnitts die Strömungsgeschwindigkeit allmählich bis auf den Wert in und stromabwärts des Ablaufs 14 ansteigt.
Es gibt zwei Arten des Betriebs für das erfindungsgemäße Filtergerät 1: Zum einen die „gepumpte Version", wobei eine bspw. in einem Fischteich angeordnete Pumpe das Teichwasser nach oben in das oberhalb des Teichrandes aufgestellte Filtergerät 1 fördert, während der Ablauf von dem Filter in den Teich durch das natürliche Gefälle bewerkstelligt wird. Und zum anderen den Betrieb als „Schwerkraftfilter", wobei der Filter zwar außerhalb des Teichs, aber unterhalb von dessen Wasserspiegel installiert ist, so dass daß Teichwasser auf natürlichem Weg zum Zulauf 11 fließen kann, während das gefilterte Wasser durch den Ablauf 14 abgesaugt wird und auf das Niveau des Teich-Wasserspiegels angehoben wird. Beiden Betriebsarten gemeinsam ist, dass die Strömung innerhalb des Filtergeräts 1 und insbesondere durch den Biofilter 36 nicht durch eine Pumpe bewerkstelligt wird, sondern ausschließlich durch den unterschiedlichen, statischen Druck stromaufwärts und stromabwärts des Biofilters 36. Diese Druckdifferenz resultiert aus den unterschiedlichen Füllstandshöhen h₁ (bei 29) und h₂ (am Ausfluß 14 bei 45), und die Druckdifferenz Δp = f(Δh) = f(h₁ – h₂); f(Δh) = g·ρ·Δh treibt das Wasser durch den Biofilter 36. Unter der vereinfachenden Annahme, dass die Strömungsgeschwindigkeit v ~ Δp; insbesondere: v = Δp/R, ergibt sich: v = R·g·ρ·Δh, wobei R = Strömungswiderstand des Biofilters, quer zu der Hauptströmungsrichtung im Biofilter 36 gemessen. Mit V' = v·h₁·b folgt daraus (V' = pro Zeiteinheit gefiltertes Wasservolumen): Vf'=g·ρ·Δh·h3·b/R.
Um den Filter 1 nicht zu überlasten, sollte die Pumpenförderleistung V_P' stets etwas kleiner sein als die maximale Filterkapazität: Vp' ≤ Vf,max' = g·ρ·ΔHmax·H3·b/R.
Dies ist ein sehr sanfter Mechanismus, der gut beherrschbar ist und den Biofilter 36 schont. Die unterschiedlichen Füllstandshöhen h₁ und h₂ resultieren aus dem Strömungswiderstand R des Biofilters 36.
In 3 ist der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Filtergeräts 1 dargestellt. Man erkennt das U-förmige Mittelteil 3, die beiden Seitenwände 8 sowie die Querwand 18 mit dem oberen Wandabschnitt 24 und der Lochplatte 30. Die Querwand 18 kann über die Lochplatte 30 mit der Vorderseite 5 des U-förmigen Mittelteils 3 verbunden, bspw. verschraubt sein, so dass es möglich ist, eine oder sogar beide Seitenwände 8 abzuschrauben 9, ohne die innere Struktur des Filters 1 zu beeinträchtigen.
Dadurch ist es möglich, von einem Filtergerät 1 die linke und von einem anderen die rechte Seitenwand 8 abzuschrauben und diese Filtergeräte 1 mit ihren sodann offenen Seiten aneinanderzusetzen und miteinander zu verbinden, so dass sich ein Filtergerät mit der doppelten Filterkapazität ergibt. In 4 ist ein Beispiel dargestellt, wo von einem dritten Filtergerät 1 außerdem noch beiden Seitenwände 8 entfernt sind. Dieses Filtermittelteil 3, 18 ist dann zwischen die beiden anderen Filtermodule 1 eingesetzt und mit diesen über zwischengelegte Dichtungsprofile 43 mit bspw. H-förmigem Querschnitt zu verbinden, so dass sich ein Filtergerät 44 mit der dreifachen Filterkapazität eines einzelnen Filtermoduls 1 ergibt. Da bei einer solchen Anordnung nahezu beliebig viele Mittelteile 3, 18 zusätzlich eingefügt werden können, läßt sich auf diesem Weg ein Filter 44 mit individuell vorgebbarer, nahezu beliebiger Filterkapazität realisieren.

Claims

Gerät (1) zur Filterung von wäßrigen Medien, insbesondere von Teichwasser, gekennzeichnet durch einen Abschäumfilter (19) und einen Biofilter (36), die in einem gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind, das mit einem gehäuseseitigen Auslaß (14) versehen ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biofilter (36) stromabwärts des Abschäumfilters (19) angeordnet ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmung des zu filternden Mediums innerhalb des Biofilters (36) etwa horizontal gerichtet ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche stromaufwärts und stromabwärts des Biofilters (36) oben offen sind, so dass die Strömung des zu filternden Teichwassers durch den Biofilter (36) ausschließlich durch eine Differenz zwischen dem statischen Druck der Flüssigkeit stromaufwärts und dem statischen Druck der Flüssigkeit stromabwärts des Biofilters (36) getrieben wird.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geräteseitige Ablauf (14) stromabwärts und seitlich des Biofilters (36) sowie unterhalb von dessen Oberkante H₁ angeordnet ist (bei H₂), so dass sich während des kontinuierlichen Betriebs stromabwärts des Biofilters (36) ein etwa konstanter Wasserspiegel unterhalb von dessen Oberkante einstellen kann.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H₃ der Oberkante (10) der Seitenwände (8) des Geräts (1) und die Höhe H₂ der Oberkante des Biofilters (36) um wenigstens 0,5 cm, vorzugsweise um wenigstens 1,0 cm, insbesondere um wenigstens 1,5 cm höher ist als die Unterkante des geräteseitigen Ablaufs (14), so dass sich stromaufwärts des Biofilters (36) eine deutlich höhere Füllstandshöhe (29) h₁ einstellen kann als stromabwärts desselben (h₂ = h₁ – Δh).
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand R des Biofilters (36) solchermaßen bemessen ist, dass bei maximalem Filterdurchsatz V'_max der maximale Rückstau vor dem Biofilter (36) nicht höher ist als die dortige Höhe H₃ der Oberkante (10) der Seitenwand (8), so dass die folgende Formel erfüllt ist: V'max·R ≤ g·ρ·ΔHmax·H3·b,mit: V'max = maximaler Durchsatz; R = Strömungswiderstand des Biofilters; g = 9,81 m/s²; ρ = Dichte des Wassers; ΔH_max = maximale Stauhöhe stromaufwärts des Biofilters; H₃ = Wandhöhe stromaufwärts des Biofilters; b = Breite des Biofilters.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die effektiv zu durchströmende Filterfläche des Biofilters (36) gegenüber dessen äußerem Querschnitt (Breite b·H₂) durch Schrägstellung gegenüber der Querschnittsebene vergrößert ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biofilter (36) mit einem Substrat in Form einer Mehrzahl von Platten (37) aufgebaut ist, die vertikal, etwa in Strömungsrichtung ausgerichtet, aufgestellt sind, wobei jeweils benachbarte Platten (37) in Strömungsrichtung gesehen zueinander konvergieren bzw. voneinander divergieren.
Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Biofilterplatten (37) überwiegend in Strömungsrichtung v des zu filternden Mediums ausgerichtet sind und mit dieser Richtung jeweils Winkel von nicht mehr als 10°, vorzugsweise nicht mehr als 7°, insbesondere von nicht mehr als 5° einschließen.
Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Biofilterplatten (37) jeweils im Bereich ihrer konvergierenden Kanten (40, 41) miteinander verbunden sind, insbesondere durch einen etwa vertikal verlaufenden Steg (39) od. dgl.
Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Biofilterplatten (37) im Bereich ihrer divergierenden Ränder (40, 41) durch Abstandselemente (38) etwa punktuell miteinander verbunden sind, so dass zwischen diesen Abstandselementen (38) und den betreffenden Filterplatten (37) eine lichte Durchströmöffnung verbleibt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmung des zu filternden Mediums innerhalb des Abschäumfilters (19) etwa vertikal von oben nach unten gerichtet ist (27).
Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschäumfilter (19) einen etwa vertikal verlaufenden Kanal aufweist, in welchem das Wasser von einem oberseitigen Zufluß bzw. Verteiler kommend nach unten strömt (27).
Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der etwa vertikale Strömungskanal des Abschäumfilters (19) einen langgestreckten Querschnitt hat mit einer quer zu der mittleren Wasserströmungsrichtung innerhalb des Biofilters (36) verlaufenden Längsrichtung.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Zulauf (11) im Bereich einer Seitenwand (8) befindet, an den sich eine quer zu der Hauptströmungsrichtung verlaufende Verteilerrinne (25) anschließt, die über eine horizontale gerichtete Reihe von Perforationen (26) mit dem etwa vertikal verlaufenden Abschäumerkanal (19) kommuniziert.
Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer zulaufseitigen Verteilerrinne (25) Raum zur Anordnung von Meß- und/oder Behandlungsgeräten (35) vorgesehen ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass etwa unterhalb des vertikalen Abschäumerkanals (19) wenigstens ein langgestreckter Sprudelkörper (28) angeordnet ist, von dem Luft oder ein anderes Gas nach oben perlt.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des vertikalen Abschäumerkanals (19) eine etwa horizontale Rinne (32) mit bodenseitigen Öffnungen (31) vorgesehen ist, um die von den nach oben steigenden Perlen emporgetragenen Partikel in die Wände von Schaumblasen einzubinden und mit dem entlang der Rinne (32) abfließenden Schaum zu entfernen.
Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich eines Spalts (21) zwischen dem (den) Sprudelkörper(n) (28) und der in einem Abstand darüber endenden Wand (18) des Abschäumerkanals (19) eine Bestrahlungslampe zur Desinfektion des gefilterten Wassers angeordnet oder anordenbar ist.
Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme einer Bestrahlungslampe ein transparentes, etwa in horizontaler Richtung verlaufendes Rohr (34) oder sonstiges Gefäß vorhanden ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (8) des Geräts (1) entfernbar sind, um mehrere Geräte (1) nach Art von Modulen parallelschalten zu können.
Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Boden-, Vorder- und/oder Rückwände (4, 5, 6) sowie quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufende Innenwände (18) nebeneinandergestellter Geräte-Module (1) miteinander verbindbar sind, bspw. mittels Profilschienen mit (43) U-förmigen Aufnahmen für die betreffenden Wände.