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Verfahren und Einrichtung zum Spülen einer losen, @:örnigen Behälterfüllung,
insbesondere Filterfällung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen einer
losen, körnigen Füllung eines Behälters, insbesondere eines Filterbehälters, mit
einer üen Behälter von unten nach oben durchströmenden Flüssigkeit. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Spülen eines Filters, wie z.B. eines Kiesfilters.
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Bei Kiesfiltern der genannten Art ist es bekannt, Wasser und Luft
in solcher Stärke in die Füllung hineinzuleiten, daß dadurch die Füllung aufgelockert
und in einen leicht brodelnden Zustand versetzt wird. Dabei besteht keine Sicherheit,daß
sämtliche Bereiche der Füllung in den Bewegungszustand kommen, so daß die Spülung
nicht gleichmäßig ist. Ferner bleiben nach dem Spülvorgang Lufteinschlüsse in der
Füllung zurück, die als mehr oder weniger große Luftnester die Gleichmäßigkeit der
Füllung stören. Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Spülung
vergleichmäßigt und die Entstehung von Luftnestern verhindert wird. Ferner bezweckt
die Erfindung die Schaffung von Behältern, insbesondere von Filterbehältern, die
für die Durchführung des Verfahrens besonders zweckmäßig sind.
Gemäß
der Erfindung. wird ein Flüssigkeitsstrahl .ausreichend großer aber nicht zum Durchschlag
führender Stärke an tiefster und der Behälterwand benachbarter Stelle des Bodens
in die Füllung derart hineingeleitet, daß die Füllung in eine Zirkulationsbewegung
vertikaler Richtung versetzt wird. Dabei ist vorgesehen., einen Flüssgkeitshilfsstrahl
an der von dem Flüssigkeitsstrahl am weitesten entfernt liegenden Stelle des Bodens
im wesentliehen parallel zu dem Boden in Richtung auf den Fl'ü'ssigkeitsstrahl-
in die Füllung hineinzuleiten, um die Zlrkulationsbewegung zu erleichtern. Die Zirkulationsbewegung
der Füllung wird-in vielen Fällen auch noch dadurch unterstützt, daß der Flüssigkeitsstrahl
in einer zur Behälterachse geneigten Richtung in. die Füllung hineingeleitet wird.
-Durch das'erfindungsgemäße Spülverfahren ohne Luft Werden nicht nur die oben genannten
Nachteile behoben, sondern -es ist darüber hinaus vorteilhaft, für die Filterfüllung
mit einer einzigen Korngröße auszukommen,-Zur Erzeugung Eines breitflächigen Flüssigkeitsstrahls
wird zweckmäßig unter einem Behälter:siebboden eine Anzahl die Bodenfläche senkrecht
anspritzender Düsen: angeordnet. Es kann aber auch in einem B:ehälterdüsenboden
eine ent# sprechende Anzahl Düsen eingebaut werden. Der Sieb- oder. der Düsenboden
kann zur Behälterachse senkrecht liegen. Zur Erzeugung der Zirkulationsbewegung
meist vorteilhafter ist es aber, entweder einen schrägen oder =einen kegel.-förmigen
Boden zu verwenden. -Die lebhafte Verwirbelung der Züllung-bringt Nebenprobleme
mit sich, für die die Erfindung folgende Lösungen vorschlägt:
Bei
Filterbehältern mit durch einen Deckel oder einen oberen Siebboden beim i.1 @.ltern
festgehaltener Füllung soll der Deckel mittels einer Abhebevorrichtung während des
Spülens abgehoben sein. r`ei Filterbehältern in-t radj.alcr Durchströmung und mit
nicht abgedeckter Füllung und einem Sammelraum iiti Bereich der Längsachse soll
dieser Sammelraum so viel l,.ürzer gehalten werden, daß die infolge des Spülvorganges
unregelmKßige obere Fläche der Flüllung zum. Filtern mit verwendet werden kann.
Ferner soll der Filterbehälter rüttelbar sein, damit die Füllung sich nach dem Spülen
wieder :auf' das Kleinstvolumen setzt.
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In der Zeichnung ist die Erf ndung @ n Ausfülzr-Lingsbalspielen erläutert.
Es zeigen schematisch: Fig. 1 den unteren Teil Tt.ilterbellälter s :.we #`-, chrUgem
2oden ilil LLii;"s s ehna u t Fig. 2 e@.ii vertikal tN!iritendes Iiochgescht.indigl--el.ts.---ivsfilier
im Längsschn'#t, links i;- Filterzustand, rechts im Spülzustand; Fig. j ein horizontal
wirkendes ?iochgc:schrv.indig_Lets-:;iesfilter im Längsschnitt, links im Filterzustand,
rechts im .' Dü1zustarid; Fig. 4 baulich die federnde Lagerung des Filterbehälters
nach Fig. 2.
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Ein z.-. aufwärts vom Schmutzt @.:.@:@:.°@inlauf 1. aus Gurc-_-strömter
Filterbehälter 2 ist -.lt einem zur -ierebenn des @ehäl ters schrägen, ebere:- :ipaltsiebbcdenc.
y . - _ -sehen. L" ,_,. n #-c ' .e'-sral" `-en verlauf--n #.naerF#i@he üc= iv:#r:
der
höchsten zur tiefsten Stelle des Bodens. Unter der tiefsten-Stelle des Bodens, d.h.
in enger Nachbarschaft mit der Behälterwand, ist ein flächenhaftes Düsengrunpenelement
4 angeordnet, das an eine Spülwasserleitung 5 angeschlossen ist. Die aus den Diisen
austretenden Wasserstrahlen 6 spritzen in Pfeilrichtung senkrecht durch den Spaltsiebböderi
hindurch in die Kiesfüllung 7 hinein. Die -Füllung hat eine durchgehend gleiche
Korngröße-. -In der Behälterwand ist unmittelbar über dem Bodeh..eine Hilfsdüse
8 angeordnet oder eine Reihe von: z. B. zehn Hilfsdüsen 8, die in Bezug auf die
Papierebene hintereinander liegen.. Die Hilfsdüse ist parallel zu dem Boden 3.auf
den Strahl 6 gerichtet: Der Hilfsstrahl G tritt an der dem Strahl 6 am weitesten
entfernt liegenden Stelle des Bodens in die Füllung ein, däh. 1.urz über der.höchsten
Stelle des Bodens: Zur Filterwäsche, d.h: züm Spülen der Kiesfüllung, ist der Schmutzwassereinlauf
1 geschlossen. Die Snülwasserzuleitung 5wird einmal oder mehrmals kurz geöffnet
und wieder geschlossen. Die durch den angesammelten Schmutz leicht zusammenhaftende
Kiesfüllung 'Vrird da:-durch insgesamt kolbenartig etwas angehoben und abgesenkt,
wobei sie zerfällt, und die Schüttung locker-wird. Sodann wird die Zuleitung 5 ganz
geöffnet, und es werden auch die Hilfsdi@s-en=8 --in Tätigkeit gesetzt. ras.serdruck
ürzd- Düsenabmessungen des Strahls 6 sind so einge- -stellt; daß jetzt keine gewaltsame
Verdrängung des: Kieses im Sinne eines Durchschlages des Wasserstrahls bis zu der
freien Oberfläche der.Füllung stattfindet, sondern ,bei richtig dösi ertem Wasserstrahl
erfährt der im StrahlirTegllegende Kies eine Aufwärtsbewegung. Durch Nachrollen
des nicht im Strahlweg liegenden Kieses; das ist der Bereich der rechten Hälfte
der Füllung., entsteht so eine Zirkulatonsbewegung,des Kieses in Pfeilrichtung 1f.
Bei
der Erzeugung dieser Zrkulationsbewegung leistet der Strahl 9 insofern. Hilfe, als
er die Reibungswiderstände des Kieses auf dem Spaltsieb verringert. Bei richtiger
Anordnung und Breitenwirkung der Hilfsdüse 8 können sich im Behälterquerschnitt
keine toten Ecken,, d.h. solche Kiesfelder, die an der Zirkulationsbewegung nicht
teilnehmen, bilden. Vielmehr kommt in kurzer Zeit praktisch jedes Kieskorn an die
Filteroberfläche. Dort wird der sich inzwischen gelöste Schmutz von dem Kieskorn
in den Spülwasserablauf abgeschwemmt.
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Die Zirkulationsbewegung wird auch bei größeren Schütthöhen das Kieses
erreicht, denn der Wasserstrahl verläßt seine Strömungszone nicht. Vielmehr schlängelt
er sich in voller Breite seines '?Bettes" aufwärts und wirkt damit in jeder Querschnittsebene
des Filters antreibend auf die Zirkulationsbewegung des Kieses. Diese Wirkung des
Strahls besteht bei einem im Verhältnis zum Querschnitt des Strahlbündels entsprechend
Fig. 1 breiten Behälterquerschnitt besonders dann, wenn der Strahl in einer gegenüber
der Gehäuseachse geneigten Richtung in die Kiesfüllung eingeführt wird. Bereits
bei einem Neigungswinkel von 20 ist eine Verbesserung der Zirkulation feststellbar.
Bei etwa 150 besteht bei gewissen Modellabmessungen ein Optimum, und bei 300 ist
die Wirkung auch noch vorhanden, allerdings wird dann die Entstehung von zirkulationstoten
Kieszonen weniger leicht verhindert.
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Die Anordnung eines schrägen Filterbodens entsprechend Fig. '! eignet
sich für bei Kiesfiltern kleinere Behälterdurchmesser. Bei größeren Behälterdurchmessern
ist ein kegelförmiger Siebboden 15 nach Figr. 2 vorteilhafter.
Der
Boden ist zweckmäßig ein Spaltsiebboden mit im wesentlichen radial verlaufenden
Spalten. Unter dem Boden 15 sind konzentrisch drei zu Ringe gebogene, an einen Spülwasserzulauf
16 angeschlossene Rohre 17 angeordnet, deren dem Boden 15 zugewandte Flächen in
gleichmäßiger.Verteilung mit Düsen versehen sind. Diese sind senkrecht auf die Bodenfläche
gerichtet, so daß die Strahlen 18 senkrecht durch den Spaltsiebboden 15 hindurchtreten,
aber zur Behälterachse etwa 15o geneigt sind. Leitbleche 19 zur Festlegung. der
Spülstrombreite verhindernden Abbau des Staudruckes vor dem Spaltsieb zur Seite
hin. Der Spülstromfluß von der Breite a liegt abstandslos benachbart zur Behälterwand
und hat zu der Behälterlängsachse einen Abstand b. Zn dem Bereich a findet in der
Zrkulierung der Kiesfüllung die Aufwärtsbewegung und in dem Bereich b die Abwärtsbewegung:
statt, wie die rechte Hälfte der Fig.. 2 durch eine angedeutete senkrechte Linie
zeigt. In die Kegelspitze des Bodens.15 mündet ein Hilfsstrahlzulauf 20. Die Mündung
ist durch eine Haube 21 abgedeckt, deren Ränder zusammen mit>der Oberfläche des
Kegels einen Ringspalt 22 für den Austritt eines Hilfsstrahls 48 begrenzen. Die
Hilfsstrahldüse ist damit eine Ringspaltdüse. Statt dieser Ringspaitdüse kann auch
eine Anzahl rohrförmiger Düsen über den Umfang einer sonsit :geschlossenen Haube
sternförmig verteilt ;sein, was nicht gezeichnet- ist.
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Bei dem Filter nach Fg. 2 ist der Filterbehälter 23 konzentrisch und
in der Nähe 'des oberen Endes mit einer federnden Lagerung 24 in einem Außenbehälter
25 abgestützt: Die mit-Fig.,4 vergrößert gezeichnete Lagerung 24 besteht aus-einem
Flansch 26 des Filterbehälters 23 und einem Flansch 27 des Außenbehälters 25 Zwischen
den Flanschen liegt. ein dichtender Qummiring 28 von einer
solchen
Dicke, daß er eine elastische Lagerung bewirkt. Der Ring ist zur Aufnahme von Befestigungshülsen
29 über den U mfang verteilt gelocht. In den Befestigungshülsen sitzen Kopfschrauben
30, die über Unterlegscheiben 31 auf ihnen verspannbar sind. Der Durchgang der Hülsen
29 durch den Flansch 26 ist durch Gummihülsen 32 gefedert. Zur Sicherung gegen Abhebekräfte
und zur weiteren-Vermeidung irgendeiner metallischen Berührung der Teile der beiden
Behälter liegt zwischen dem@Flansch 26 und der Unterlegscheibe 31 eine Gummiunterlegscheibe
33. Das untere Ende des Filterbehälters ist mit einen am Außenbehälter außen angeschraubten
Vibrator 34 verbunden. Der Vibrator bildet mit der federnden Lagerung 24 eine Funktionseinheit.
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Der Filterbehälter nach Fig. 2 ist oberhalb der Lagerung 2# mit einem
als Spaltsiebgürtel ausgebildeten Filteraustritt 35 versehen, ün den-sich einoberer
Schutzrand 36 anschließt. Der Behälter ist mit einem Deckel 7
aus Blech verschlossen,
der mit einer nicht gezeichneten Gummileiste dicht im Bereich der Schutzwand 36
geführt ist. Bei einem Filter zur Abscheidung körnigen Schmutzes kann der Deckel
z.B. als Spaltsieb ausgebildet sein.
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Der Spaltsiebgürtel 35 entfällt dann. Beim Filterr_ liegt der Deckel
auf der Kiesfüllung 38 ruf und kann durch Kolbenkraft, die von einem Zylinder 3a
ausgeübt wird, aufgelastet werden. Hierzu ist der Deckel ;3 7 mit einem den Außenbehälter-25
durchdringenden Gestänge 40 an einen Hebel 41 angelenkt, der in der. Art eines:
Waagebalkens auf einer Stütze 42 gelagert ist. Mit dieser Vorrichtung läßt sich
der Deckel in Laie in Fig. 2 rechts gezeichnete Stellung von der Kiesfüllung abheben.
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Zur Filterung tritt das-Roh@wesser durch den Stutzen 43 tangential
in den durch Außenbehälter und Filterbehälter
gebildeten Ringraum
44 ein, umströmt den unteren Rand des Filterbehälters und tritt durch den Boden
15 in. die Kiesfüllung 38 ein. Bei der Umleitung werden grobe Schmutzteilchen-bereits
in die Vorabscheidung 45 abgeleitet. Ariderer grober Schmutz bleibt unter dem Siebboden
15 haften, wächst dort zu Schichten an und fällt schließlich ab. Zur Unterstützung
dieser Vorabscheidung kann in Zeitabständen der Vibrator 34 kurz eingeschaltet werden.
Das Reinwasser tritt aus dem Spaltsiebgürtel 35 oberhalb der dichten Lagerung 24
aus dem Filter aus und verläßt den .Außenbehälter durch den Stutzen 46. Beien Filtern
können relativ hohe Durchströmgeschwindigkeiten zugelassen werden, da eine hydraulische
Druekauflastung'der Filterfüllung außer durch das Eigengewicht des Deckels 37 durch
die Kraftdes Zylinders 39 aufgenommen werden kann.
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Zum Spülen wird der Rohwasseranschluß 43 geschlossen und der ßeinwazseraustritt
46 a.uf' Spülwasseraustritt umgeschaltet. Der Spülwassereintrtt 16 wird zuerst stoßweise
geöffnet Lind geschlossen, wornyt, wie oben erwähnt, die ' Kiesfüllung gelockert
wird. Bei dem sodann einsctzeriden Spülwasserstrom findet die mit Pfeile in der
rechten Hälft -cler Big. 2 eingetragene Strömung des Wassers einerseits und die
Zir!.--ula.tionsbewegung des Kieses a.nder-^rseits statt. Der aufgelockerte, in
eine. stetige Bewegurig g et--omrr.ene hie: nimmt etwa die eingezeichnete Cberfläche
47 an. Ers wird -arges-trebt, jedes Kieskorn kurzzeitig .an diese Überfläche zu
brinzen, um es wirksam vom Schmutz zu trennen. 1-.ach denn Spülen wird der Vibrator
34 eingeschaltet, so däa.ß der Kies sich setzt und wieder eine- ebene Gberf'läche
ar-nir@@i@l'c. Durch das Setzer:: "?ird ferner erreicht, uaß d-2:s Filter'-bei ei--rer
-,rerhälti s;::iUßig groben Kieskörnung, cc:ie ;@=xrkung einer hing fll e_rierer
Iiesl:ärnur@g hat.- Hierdurch -läßt sich -bedies e-n. 'paltslec#bo,cn relativ grcßeSY.-alt:@?e:te
verwenen. Sodann-?:?1.I'` der -Deckel .37° auf den :i>ie-s .a,bgesen-=tj und es
werden -die, Zu- Tand. Able-tun gev1 c#?cc..Er' auf, riltcrpetrob -urngesc_iü'_.
,e.
Bei dem Kiesfilter nach Fig..3 ist ebenfalls ein Filterbehälter
50 am oberen Ende mit einer federnden Lagerung 51 in,einem Außenbehälter 52 abgestützt,
und am-unteren Ende des Filterbehälters ist ein Vibrator 53 angeschlossen..Die federnde
Lagerung unterscheidet sich allerdings von der Lagerung 24 nach Fig.2 insofern,
als sie nicht dicht ist. An die Stelle des durchgehenden Gummiringes 28 der Fig.
4 treten voneinander in einem Abstand getrennte Gummischeiben, und entsprechend
sind die Flansche 26 und 27 auch nicht durchgehend. Der Außenmantel 54 des Filterbehälters
50 ist ein Spaltsieb mit vertikalen Spalten. Im Inneren ist der Filterbehälter mit
einer zentrischen Sammelkammer 55 versehen, deren Mantel 56 ebenfalls ein Spaltsieb
mit vertikalen Spalten ist. Das obere Ende der Sammelkamm liegt gegenüber dem oberen
Ende des Filterbehälters so viel tiefer, daß beim Filtern die Oberfläche des Kieses
56 um ein Maß c über der Sammelkammer liegt, wobei.c angenähert die Größe der radialen
Filtertiefe d hat, jedenfalls nicht sehr viel kleiner ist. Unter einem kallottenförmigen
Boden 57, der entsprechend dem Boden 15 der Fig. 2 auch tüichterförmig sein kann,
ist zur Bildung einer Verteilerkammer '58 ein Kümpelboden 59 angeordnet.
Die Verteilerkarrimer steht mit einem den Filterbehälter zentrisch vertikal durchdringenden
Spülwasserzulauf 60 in Verbindung, und es ist der Filterboden in dem Beispiel als
Düsenboden ausgebildet. Die Düsen 61 stehen parallel zur Behälterachse und sind
im Außenbereich des Behälters in der Breite e in gleichmäßiger Verteilung angeordnet,
so daß rundum-eine Flächenwirkung der.Strahleri 68 besteht. Entsprechend der rechten
Hälfte der Fig. 1 entsteht bei der Spülung eine Zirkulation des Kieses in den Breiten
e und f. Die relativ große Höhe der Kiesfüllung beeinträchtigt diese Wirkung nicht
und auch nicht der Umstand,
daß ein Teil des Spülwassers zur Spülung
des Spaltsiebmantels 5't im Sinne der Pfeile 62 in. den freien Ringraum 63 austritt.
Nach dem Spülen wird die Oberfläche 64 des in Bewegung gesetzten Kieses durch.kurzes
Einschalten des Vibrators 53 auf di-e-in der Fig. links eingezeichnete Oberfläche
der Filterfüllung 56 des Filterbetriebes geebnet. Beim Filtern, bei dem das Rohwasser
in den zum Filtern und Spülen gemeinsamen Anschluß 65 eintritt, wird zunächst die
Oberfläche der Füllung 56 beaufschlagt. Sie setzt sich allmählich mit ausgefiltertem
Schmutz zu.. so daß sich zunehmend der Wassereintritt auf die Spalts iebwand 54
verlagert, Beim Filtern ist die Strömung 66 leicht abwärts gerichtet, geil die Sammelkammer
55 verhältnismäßig niedrig ist, und der Reinwasseraustritt über eine bis nahe an
den Boden der Sammelkammer geführte Glocke 67 erfolgt. Hierdurch kann der Kies auch
bei hohen Durchströmgeschwindigketen nicht angehoben werden, wodurdh'eine: Vorrichtung,
-wie etwa ein Deckel 37 der Anordnung nach Fig.2 hier entfällt.
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Entsprechend der Anordnung nach Fig.2 hat auch die Anordnung nach
Fig. 3 eine Rngspaltdüse 69 für den Austritt eines Hilfsstrahls 70e Die Haube der
Ringstrahld%ise ist zugleich Boden der Sammelkammer 55. Unter diese Haube münden
Düsen 71.