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Filterboden Die Erfindung betrifft einen Filterboden, insbesondere
für offene oder geschlossene Schnellfilter in Trink- bzw. Brauchwasseraufbereitungsanlagen.
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Zur Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser, insbesondere zu dessen
mechanischer Reinigung werden heute in größerem Umfang sogenannte Schnellfilter
verwendet, die sich für die Aufbereitung großer Wassermengen eignen und infolge
großer Filtergesohwindigkeiten einen geringeren Flächenbedarf aufweisen, als die
Langsamfilter.
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Bei diesen Schnelifiltern gelangt das Rohwasser über ein Rohwsssereinlaufwerk
und eine Rohwasserverteilung auf eine Filterbettpaokung, durchsicKert die Sandschichten
und gelangt durch einen sogenannten Filterboden in eine Filterkammer, von wo aus
das so erhaltene Filtrat wegbefördert wird.
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Zum Rückspülen sind bei bekannten Filterböden Filtertüten vorgesehen,
die Luft und Spülwasser gleichmäßig verteilen sollen. Die
Zügen
werden aus Kunststoff, Kupfer oder Porzellan gefertigt. Beim Spülen tritt Abrieb
durch Sand aur. Die Fertigung der Filterdüsen ist kostspielig und ihre Montage umständlich,
da die im Filterboden eingegossenen Gewindebuchsen peinlichst gesäubert werden müssen.
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Die Filterdüsen sind störungsempfindliche Elemente; sie sind durch
Abbrechen der Tauchrohm und durch-nachträgliches Abreißen der Gewinde bei zu starkem
Anziehen bei der Montage-erheblich gefährdet.
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Die Verwendung von Filterdüsen setzt eine darunterliegende bekriechbare
Filterbodenkammer voraus, damit die Düsen bzw. die Polsterrohre kontrolliert und
die Düsenbodenöffnungen abgerissener Düsenköpfe mit Stopfen verschlossen werden
können, da andernfalls beim Rückspülen das Luftpolster durch den relativ großen
Querschnitt im Filterboden hindurchbrechen und an der Filterbettoberfiäohe Sandfontainen
und Verluste an Filterbettmaterial, das abgeschwemmt wird, verursachen kann.
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Eine Filterbodenkammer bzw. Filterbodenzwischenkammer bedingt freitragende
Ausbildung der Filterböden über größere Flächen, damit die Auflast des Filterbettmaterials
aufgefangen werden kann. Die verwendeten Filterplatten mit Filterdüsen (Filterbodenelemente)
sind ausserordentlich schwer, was sich bei der Montage und besonders bei größeren
Versandwegen wirtschaftlich ausserordentlich nachteilig auswirkt.
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Die im Filter aufgefangenen Feststoffe müssen durch regelmäßige Rückspülung
wieder entfernt werden.
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3geschieht die RUckspUlung unvollkommen, so verstopfen sich mit der
Zeit die das Wasser durchlassenden Poren der Filterschicht ; der Widerstand der
Schicht nimmt dadurch ständig zu und die Filterleistung ab. Zur Rückspülung wird
heute überwiegend eine kombinierte Spülung mit Luft und Wasser vorgenommen, da diese
ein Auswaschen auch hoher Schichten mit grobem Korn ermöglicht und eine Klumpenbildung
verhindert; das Spülwasser, das zweckmäßigerweise Reinwasser ist, dient dabei im
wesentlichen als Transportmittel für die lOsgelösten Stoffe.
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Bei einer bekannten Bauart eines sogenannten düsenlosen Filterbodens
wird dieser durch lose aneinandergelegte,die Bodenfläche bildende, tragende Elemente
mit M-fUrmigem Querschnitt gebildet, wobei in jeder zweiten Reihe aus Elementen
mit M-förmigem Querschnitt ein zur Verteilung der zugeführten Spülluft dienendes
Rohr aus Kunststoff oder nichtrostendem Metall angeordnet ist ~ diese tragenden
Elemente im Inneren eine wabenförmige Ausbildung und an den hNchsten Stellen seitlich
Austrittsöffnungen aufweisen. Bei dieser Filterbodenkonstruktion befindet sich unterhalb
der Spülluftverteilung ein abgedeckter Spülwasserkanal mit Schlitzen unterhalb der
tragenden Elemente mit M-förmigem Querschnitt.
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Diese bekannte Filterbodenkonstruktion weist den Nachteil erheblicher
Baukosten des Schnellfilters sowie Transportkosten für die schweren Bodenelemente
auf, die an sich wiederum erhebliche Herstellungskosten erforderlich machen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Filterboden zu schaffen
der besonders wirtschaftlich zu fertigen ist, dessen einzelne Bodenelemente besonders
leicht sind, dessen Montage einfach und ohne
besonders große Sorgfalt
durchführbar ist, dessen freitragene Filterbodenfläche möglichst klein gehalten
wird, damit ein möglichst dUnnwandiger uiid billig zu fertigender Filterboden erhalten
wird, der gleichzeitig durch gleichmässige und engmaschige Verteilung der Spülmedien
im Filterbett eine besonders wirkungsvolle Rückspülung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei einem zum Filtern und zur Filter spülung mit
kombinierter Luft- und Wasserwäsche geeigneten Filterboden, insbesondere für Schnell
filter in Wasseraufbereitungsanlagen dadurch gelöst, dass als Filterboden wellenförmige
dünnwandige Bodenelemente dienen, und dass in den Wellentälern der Filterbodenelemente
fl Filter schlitze vorgesehen sind, Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filterschlitze
so bemessen und angeordnet sind, dass unterhalb der Filterbodenfläche eingeleitete
Spülluft und Spülwasser beim Rückspülen des Filters bei horizontalem Filterboden
ein über die ganze Bodenfläche gleichmässig dosiertes und verteiltes, durch die
Schlitze austretendes Wasser-Luttgemisch bilden, dass im unteren Querschnitt des
Wellenprofiles ein durchgehendes Wasserpolster und im oberen Querschnitt des Profiles
ein durchgehendes Luftpolster bildet.
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Besonders vorteilhaft ist es, diese Bodenfläche aus korrosionsfestem,
leicht formbarem :?Ufld gut bearbeitbarem dünnwandigen Material entsprechender Festigkeit
z,B. aus Kunststoff, Asbestzement oder dergl. herzustellen. Durch besondere Formgebung
in bestimmten Bereichen der Bodenfläche kann deren Formsteifigkeit in besonders
beanspruchten Bezirken erhöht werden.
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Nach weiteren besonders vorteilhaften Merkmalen der Erfindung werden
Spülluft und Spülwasser über eine gemeinsame, auf der Trogsohle vorzugsweise genau
horizontal ausgerichtete und verlegte Rohrleitung und in. diese Rohrleitung eingelassene
Tauchrohre zugeführt und unter der Bodenfläche vorzugsweise in der Nähe der Filterschlitze
eingeleitet, wobei diese Tauchrohre in der oberen Hälfte des Rohrleitungsquerschnittea
Lufteintrittsöffnungen aufweisen und diese mit ihren Austrittsöffnungen unter der
Bodenfläche so angeordnet sind, dass Sede Welle der Bodenfläche die gleiche Luft-
und Wassermenge zugeleitet wird.
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Besonders wirtschaftliche Vorteile ergeben sich dann, wenn gemäss
weiteren Merkmalen der Erfindung die Bodenfläche aus Längen zusammengesetzt wird,
die aus einem endlosen gewtlten, mittels Extruders gefertigten Band durch Abtrennen,
z.B. Schneiden, Sägen oder dergl. gewonnen würden, die im Filtertrog über in der
Trogsohle quer oder längs zu derselben entsprechend den Filterbodenabsohnitten in
Abständen befestigten, z.B. einbetonierten Ankerschienen verankert werden und in
die die Filterschlitze in der Jeweils erforderlichen Weite und Höhe vorzugsweise
automatisch eingesägt wurden.
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist unter dem Filterboden
ein gemeinsamer Kanal zur Luft- und Wasserzufuhr vorgesehen, wobei in der oberen
Querschnittshälfte des Kanals ein durchgehender, an beiden Stirnseiten abgeschlossener
Tauchwandschlitz angeordnet ist, der eine Trennung der Spülmedien in ein oberes
Luft- und ein unteres Wasserpolster bewirkt, sodass beide Spülmedien gleichmässig
über die Länge des Filtertroges unter den Filterboden eingeleitet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen beispielsweise brläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Filterboden mit verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Filterbodenelemente und luft- und wasserzufUhrenden Tauchrohren unterhalb der
Bodenfläche; Fig. 2 a eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Bodenfläche nach
Fig. 1 mit Kiesabweiserprofil vor den Filterschlitzen in Richtung Pfeil A, Fig.
2b eine Seitenansicht der Bodenfläche gemäss Fig. 1 in Richtung Pfeil B, Fig. 2c
eine Seitenansicht einer Bodenfläche nach Fig. 1 in Richtung Pfeil C, Fig. 3 einen
Querschnitt durch ein ausf1ührungsbeispiel eines erfindungsgemässen Filterbodens
mit einer AusfUhrungsform der Verankerung der in Längsrichtung der Wellenberge zur
Erhöhung der Formsteifigkeit zusätzlich gewellter Bodenfläche im Tr$toden und mit
in Nähe der Filterschlitze ausmündenden Tauchrohren, Fig. 4a einen Querschnitt durch
einen erfindungsgemässen Filterboden mit einem Ausführungsbeispiel einer gemeinsamen
Luft- und Wasserleitung mit Tauchrohr unterhalb eines Bodenflächenstückes, und Fig.
4b einen Querschnitt ähnlich Fig. 4a mit einem anderen Ausführungsbeispiel des Tauchrohres.
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In den Zeichnungen ist 1 der Trogboden eines Filterbeckens, mit dem
xilterbodenelement 2 aus gewelltem, dünnwandigem Material entsprechender Festigkeit,
das korrosionsfest, leicht formbar und gut verarbeitbar ist, z.B, aus Kunststoff,
Asbestzement oder dergl. derart verankert ist, dass die Wellen der Bodenfläche tn
einem üblicherweise langgestreckten rechteckigem Filterbecken -Trog eines (offenen)Schnellfilters
von
z. B, 3x (8-18m) Abmessung quer zum Becken bzw. Trog verlaufen
und dass die Filterbodenelemente 2 sich unmittelbar auf die Trogsohle i -höchstens
unter Zwischenschaltung einer Millschicht 3, z.B, aus Beton oder dergl, - durch
linienförmige Auflage ihrer Wellentäler abstützen, sodass der die Last aufnehmende
Trogboden 1 nur die Auflast des Filtermaterials über die freitragende Breite einer
Welle der Elemente 2 aufzunehmen hat. Deshalb und infolge der besonders günstigen
Druckverteilung durch die erfindungsgemässe Profilgebung können die Filterbodenelemente
2 dünnwandig, also auch billig ausgeführt werden. Diese Profilgebung ermöglicht
ausserdem, durch entsprehend Wahl der Breite dieser sehr kleinen freitragenden Filterbodenelemente
2 eine Anpassung an alle gegebenen baulichen und betrieblichen Bedingungen und Anforderungen.
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Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sind
die Filterbodeneanente 2 über Ankerschienen.H, wie sie beispielsweise unter der
Bezeichnung nHalfeneisen-Ankerschienen"im Handel sind, die in der Trogsohle 1 bzw.
der Füllschicht 3 einbetoniert sind, mit dem Trogboden 1 verankert. Die Verankerung
kann Jedoch auch in anderer, konstruktiv zweckmässiger Weise vorgenommen werden.
Ber Abstand B der Ankerschienen H untereinande-r ist von der zweckmässigen Breite
der einzelnen Filterbodenabschnitte abhängig.
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Die Ankerschienen H können, längs zur Trog- oder Beckenachse, oder
auch gemäss Fig. 3 quer zu dieser angeordnet werden.
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Die Zuleitung von Spülluft und Spülwasser erfolgt über eine gemeinsame
Rohrleitung R, die auf der Trogsohle 1 waagrecht ausgerichtet und verlegt, sowie
ebenso wie die Ankerschienen H in der Füllschicht 3 eingebettet
ist.
Die Einleitung der Spülmedien Luft und Wasser au6 dieser Rohrleitung R unter die
Bodenfläche 2 erfolgt über Tauchrohre T, die senkrecht in die Rohrleitung R eingelassen
sind. Der untere Querschnitt dieser Tauchrohre T ist zweckmässig schräg abgeschnitten
und im oberen Querschnitt der Rohrleitung R weist Jedes dieser Tauchrohre T Lurteinlassöffnungen
5 auf. Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung und Anordnung der Luft- und Wasserzulettung
wird erreicht, dass sich im oberen Querschnitt 9 der Rohrleitung R ein Luftpolster
und im unteren Ruerschnitt derselben ein Wasserpolster 14 ausgebildet und dass bei
sorgfältigerwaagrechter Ausrichtung dieser Rohrleitung R alle Tauchrohre T gleichmässig
mit beiden Spülmedien Luft und Wasser beaufschlagt werden.
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Die Tauchrohre T sind mit ihren Austrittsöffnungen 6 unter den Filterbodenelementen
2 so angeordnet, dass jeder Welle der Bodenfläche die gleiche Luft- Wassermenge
zugeleitet wird.
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Im Bereich jedes auf dem Trogboden (der Trogsohle) 1 linienförmig
aufliegenden Wellentales der Elemente 2 ist diese über eine Höhe h mit \paralleLen
Filterschlitzen 7 versehen, deren Weite sich nach der Korngröße des Filterbettmaterials
4 richtet und die so gewählt wird, dass dieses Filterbettmaterial 4 nicht durch
die Filterschlitze 7 hindurchfallen kann. Als Beispiel für die Wahl der Schlitzbreite
sei angeführt, dass bei 1,0 bis 1,5 mm Filterkorn diese Schlitzweite 0,7 - 0,8 mm
beträgt.
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Der Abstand der Filterschlitze 7 richtet sich nach der zulässigen
Geschwindigkeit der Spülmedien bzw. den Druckhöhenverlust dieser Spülmedien im Filterschlitz
7.
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Im Bereich dieser Filterschlitze 7 kann die äussere Wandung der
Filterdemente
2 mit einer beispielsweise sägezahnartigen Profilierung 8 als Kiesabweiser versehen
werden, um ein Zusetzen der Filterschlitze 7 mit Unterkorn des Filterbettmaterials
4 zu verhindern.
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Zur Entlüfgun des Filterbodens nach vollzogener Rückspülung kannen
in Jedem Wellenscheitel der Elemente 2 eine entsprechende Anzahl feiner Bohrungen
L angeordnet werden, durch die das verbleibende Luftpolster 9 im freien Querschnitt
des Wellenberges entweicht.
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Seitlich werden die Wellen der Bodenfläche durch eine geeignete profilierte,
z. B, eingeklebte Stirnwand lo abgeschlossen.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Filterbodenelemente 2 aus endlosem
gewelltem Band mittels Extruder und entsprechender Matrize aus einem Material entsprechender
Festigkeit, Form-und Bearbeitbarkeit zu fertigen, wobei sich die Wandstärke der
Elemente 2 aus der aufzunehmenden Auflast des Filtermaterials 4 Uber die klein bemessbare,
freitragende Breite einer Welle der Elemente 2 bestimmt. Die besondere, erfindungsgemässe
Ausbildung dieser - Filterelemente 2 ermöglich@ aber darüberhinaus, die formsteifigkeit
derselben vorzugsweise in besonders beanspruchten Bezirken, z.B, in den oberen Wellenbergquerschnitten,
durch Anordnung beispielsweise von Innensicken 11, geläss dem mittleren Teil der
Fig. 1 rippenförmige Aussensicken 12, geääss dem linken Teil Fig. 1 oder auch durch
zusätzliche Uirllen 13 entlang der iellenbergkämme gemäss Fig. 3 zusätzlich zu erhöhen.
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Wird bei dem erfindungsgemässen Filterboden unter der Bodenfläehe
Lutt und Wasser eingeleitet, so erfolgt im freien Querschnitt jeder Welle der Elemente
2 eine Trennung beider Spülmedien in ein Luftpolster 9 im oberen Querschnittsteil
und ein Wasserpolster 14 im unteren Querschnittsteil,
wobei die
Stärke dieser beiden Polster 9 und 14 von der Hohe h der Filterschlitze 7 abhängt,
da die im Wellenscheitel befindliche Luft am oberen Ende dieses tilterschlitzes
7, das Wasser dagegen im übrigen, unteren Teile derselben in das Filterbett austritt.
Durch entsprechend enge Anordnung dieser Filterschlitze 7 wird eine besonders dichte
und gleichmässige Verteilung der bieden Spülmedien im Filterbett gewährleistet.
Der Druck unter den Filterbodenebmenten 2 infolge der eingeleiteten SpUlmedien ist
gering und entspricht den Druckverlusthöhen in den Filterschlitzen 7.
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Ausser einer Anordnung von kiesabweisender Profilierung 8 im Bereich
der Filterschlitze 7 zur Verhinderung des Zusetzens der Schlitze 7 kann noch bei
dem erfindungsgemässen Filterboden eine nicht dargestellte Sperr- und Stützschicht
vorgesehen werden, die neben einer Sperrwirkung gegen feinkörniges Filterbettmaterial
ausserdei noch zur Verbesserung der Verteilung der BpUlmedien beitragen kann.
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Bei dem erfindungsgemässen Filterboden ist es demnach besonders vorteilhaft,
gegenUber bekannten düsenlsen Filterböden rEr die Verteilung beider SpUlmedien -
(Luft- und Wasser - und zur Erreichung eines sogenannten stehenden Luft- und Wasserpolsters
unter dem Filterboden nur ein gemeinsatter Querschnitt (nämlich Rohrleitung R) notwendig
ist, wobei die Höhe beider Polster 9 und 14 durch die Höhe h der Filterschlitze
7 und die. Grö#e der Querschnitte der Wellen der erfindungsgemässen Filterbodenelemente
2 beliebig regulierbar ist. Somit en@ällt die Notwendigkeit einer besonderen Luftverteilung
mittels besonderer Rohrleitungen, durch woh@ die Kosten des gesamten Filterbodens
erheblich gesenkt werden und überhaupt seine konstruktive Ausbildung ausserordentlich
einfach wird. Gleichzeitig wird eine völlig gleichmässige, über die gesamte
Filterfläche
besonders engmaschig Verteilung der beiden Spülmedien und damit aine in allen Teilen
des Filterbettes wirkende, durchibifende Reinigung des Filterbettmateriales erreicht.
Durch die große Zahl und. die große wirksame Fläche der Filterschlitze 7 in der
Bodenfläche 2 des erfindungsgemässen Filterbodens wird eine Gleichmässigkeit und
Engmaschigkeit der Verteilung der Spülmedien erreicht, die die bekannten Filterböden
wesentlich übertrifft.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4a ist unter dem Filterboden
eine Rohrleitung @ mit Taachrohren T, wie oben erläutert, angeordnet, Bei dem abgewandelten
Ausführungsbeispiel nach Fig, 4b dient zur gemeinsamen Zuleitung beider Spelmedien
und ihrer gleichmässigen Verteilung unter die Filterbodenfläche zweckmässig ein
Kanal K, der aus gleichem oder ähnlichem Material wie die Filterbodenelemente besteht.
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Anstelle der Tauchrohre R erhält 4er kastenförmige Querschnitt einen
durchgehenden Tauchwandschlitz TW, der an beiden Stirnseiten geschlossen ist. Durch
diesen Tauchwandschlitz wird dieser selbe Effekt der Trennung beider Spitlllmedien
in ein oberes Luft- und ein unteres Wasserpolster erreicht. Beide Medien werden
auch hier über die Länge des FiltertrogesdEm aufliegenden Filterboden gleichmässig
zugeführt.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Kanalquerschnitt beliebig
groß gehalten werden kann, bei relativ niedriger Hohe des Füllbetons und die große
Anzahl der Tauchrohre durch den Fertigungs-und montagemässig einfacheren Tauchwandschlitz
US TW ersetzt wird.
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Die Geschwindigkeiten der Spülmedien werden hierbei wesentlich verringert
und damit auch die Druckverluste.
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Ein allen Ausführungsformen gemeinsamer Vorteil besteht ferner noch
darin, dass bei der erfindungsgemässen Ausbildung des Filterbodens eine Filterbodenkammer
überflüssig ist und die einzelnen Filterbodenelemente
2 bzw. der
gesamte Filtertoden aussergewöhnlich leicht sind'und daher auch deren Transport
besonders billig wird. Schliesslich ergibt sich bei dem erfindungsgemässen Filterboden
eine ausserordentlich einfache, kostensparende und in jedem Falle sichere Montage,
die bei bekannten Filterböden bisher nicht erreicht werden konnte.
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-AnsprUche-