DE1918682C3 - Filteranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranlage, bestehend aus einem Bett aus Filtermasse mit Zulauf- und Ablaufeinrichtungen.

Filteranlagen dieser Art sind bekannt, und sie dienen zum Reinigen von Flüssigkeiten, wie Abwässer und dergleichen. Die Filtermasse besteht aus Sand oder anderen feinverteilten Stoffen und wird üblicherweise in horizontalen Betten oder Schichten angeordnet, insbesondere dann, wenn verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen gefiltert werden sollen. Bei den herkömmlichen Sandfilteranlagen ist es üblich, die Teilchengröße des Sandes so auszuwählen, daß die Filterwirkung in der Tiefe auftritt. Das heißt, daß die Filtration bis tief in den f><; Filtersand hinein stattfindet. Bei manchen städtischen Sandfilteranlagen für Wasser erfolgt das Filtern bis zu einer Tiefe von 45 cm oder mehr. Das bedeutet, daß eine wesentliche Menge an Filtermasse benötigt wird, wobei jedoch in vielen Fällen nicht die gesamte Tiefe des Filterbettes ausgenutzt wird und insbesondere bei Flüssigkeiten, in denen extrem kleine Feststoffpartikeln vorhanden sind, eine hohe Durchsatzleistung nicht erzielt wird bzw. nicht aufrechterhahen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Filteranlage zu schaffen, die bei der Filtration von Flüssigkeiten, die große Mengen von extrem kleinen Feststoffpartikeln enthalten, eine hohe Durchsatzleistung dadurch gewährleistet, daß im wesentlichen die ganze Tiefe des Filterbettes ausgenutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Filteranlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von im wesentlichen flachen parallelen Filterzonen vorgesehen ist, die mit einer Filtermasse gefüllt sind und deren Querschnitt wesentlich kleiner ist als ihre Länge und die ir Richtung ihrer Dicke im horizontalen Abstand voneinander angeordnet sind, zwischen je zwei benachbarten Filterzonen ein Kanal gebildet ist, dessen Länge und Tiefe im wesentlichen den Filterzonen entspricht und der der Zulaufflüssigkeit einen geringeren Widerstand entgegensetzt als die Filterzonen, wobei eine poröse Membran den Kanal allseitig umgrenzt und außerhalb der einen Enden der Filterzonen die Zulaufeinrichtung und außerhalb der anderen Enden der Filterzonen die Ablaufeinrichtung für das Filtrat vorgesehen sind.

Bei einer so angeordneten Filteranlage kann aufgrund der flachen Filtrierwirkung des Filterbettes mit einem Minimum an Filtermasse gearbeitet werden. Aufgrund der verhältnismäßig flachen Filterzone ist das erforderliche Volumen an Filtermasse sehr stark verringert, so daß deren Verhältnis zum Filterbereich sehr gering ist. Das bedeutet, daß das Wässern des Filterbettes vor dem Waschen zum Entfernen aller wiedergewinnbaren Stoffe aus dem Filterbett sehr leicht und mit einem Minimum an Verdünnung durchgeführt werden kann, wodurch die Regenerierung besonders wirtschaftlich wird. Bei manchen Verfahren kann die Grenze die Differenz zwischen einem wirtschaftlich und einem unwirtschaftlich durchführbaren Verfahren sein. Mit der erfindungsgemäßen Filteranlage können verschiedene Arten von Filtrationen durchgeführt werden, und sie eignet sich insbesondere auch zum Filtern von Flüssigkeiten, die extrem kleine Feststoffteilchen enthalten, sowie zum Regenerieren aller aus Mutterlaugen entfernten Stoffe. Hierher gehören zahlreiche Ablaugen, wie beispielsweise Phosphorsäureabiaugen. Da nur eine flache Filterzone, für die sehr feine Filterteilchen verwendet werden, vorgesehen ist, erfolgt die gesamte oder nahezu die gesamte Filtration sehr nahe der Oberfläche der Filtermasse. Durch die unterteilten Bereiche der Filteranlage in Zonen größeren und solche geringeren Widerstandes wird ein im wesentlichen gleichmäßiger Durchsatz über längere Zeiträume gewährleistet, und das Regenerieren der Filtermasse wird erleichtert.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäßen Filteranlage,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht von Einzelheiten der Anlage gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine stark vergrößerte Ansicht eines Bereiches des Filterbettes angrenzend an eine der Hüllen für die Kanäle umschließenden uorösen Membran.

Fig.4 eine der Fig.2 ahnliche Ansicht, die eine Möglichkeit der Regenerierung der Filteranlage gemäß F i g. 1 veranschaulicht,

Fig.5 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht die eine andere Regenerienir.gsmcHichkeit des Füterbettes zeigt,

Fig.6 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht, die eine abgeänderte Ausführungsform der Filitranlage zeigt und

F i g. 7 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform der Filteranlage.

Die Filteraiilage besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Becken iO (F i g. 1), in dem die Filtermasse 14 untergebracht ist. Diese besteht aus einer feinverteilten Masse, vorzugsweise Sand, sie kann aber außer diesem auch noch andere Stoffe, wie gepulverten Anthrazit oder andere Kohlenstoff enthaltende Materialien, Bleistaub, gepulvertes Glas oder dergleichen enthalten, die jeweils für einen bestimmten Filtriervorgang geeignet sind und ausgewählt werden köinen. Das Becken 10 kann einfach aus einem Betonbassin entsprechender Form und Größe bestehen. Bei der erfindungsgemäßen Anlage wird die Filtermasse vorzugsweise in einem im wesentlichen horizontalen Bett geschichtet, kann aber auch in anderer Weise angeordnet werden, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß das Waschen oder die Regenerierung der Filtermasse nicht gehindert wird. Es sind viele verschiedene Anordnungen möglich, insbesondere bei Verwendung eines Drucksystems, im Gegensatz zu einem Schwergewichts- oder Vakuumsystem. Das Becken kann aus Stahl oder anderen korrosionsbeständigen Materialien bestehen oder kann mit einem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet werden.

Der die Filtermasse 14 bildende feinverteilte Sand liegt auf einer Schicht von grobem Sand, Kies oder Geröll 16, die auf dem Boden des Beckens 10 angeordnet ist Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage betragen die Tiefe des Beckens etwa 76 cm, die Breite etwa 3 m oder 3,66 m und die Länge etwa 6,10 m. Diese Abmessungen sind nicht kritisch und können je nach Bedarf geändert werden.

Der grobe Sand oder Kies 16 nimmt ca. 15 oder ca. 20 cm des Beckens 10 ein, und die Partikelgröße ist so abgestimmt daß sie gegen den Boden des Beckens zunimmt Außerdem ist die Größe der Teilchen des Kieses oder Sandes so bemessen, daß zwischen ihnen genügend Raum ist, damit die Flüssigkeit ohne nennenswerten Widerstand durchfließen kann. Auf den groben Sand oder Kies 16 wird eine entsprechende Schicht aus Filtermasse 14, und zwar aus sehr feinem Sand, gebracht Die Verwendung von sehr feinem Sand als Filtermasse ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Dabei ist die Teilchengröße so gewählt, daß im Sand eine seichte flache Filterwirkung auftritt.

Erfindungsgemäß wird der sehr feine, die Filtermasse 14 bildende Sand auf zahlreiche, im wesentlichen vertikal angeordnete Filterzonen 18 verteilt. Bei einer Ausführungsform (F i g. 1 und 2) sind dabei zahlreiche Kanäle 20 so angeordnet, daß sie in Längsrichtung des Beckens 10 das Filterbett bzw. die Filtermasse 14 durchqueren. Eine wirtschaftlichere Form eines solchen Kanals 20 besteht aus einer Hülle aus einer porösen Membran 22, die mit Sand oder Kies 24 gefüllt ist, der größer ist als die übrige Filtermasse 14. Die Hüllen aus poröser Membran 22 und damit die Kanäle 20 durchziehen die ganze Länge des Filtersandes, enden aber kurz vor den Endwanden des Beckens 10. Sie haben einen verhältnismäßig engen Querschnitt Das Einlegen der Kanalhüllen aus poröser Membran 22 in die Filtermasse 14 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es können beispielsweise in Längsrichtung des Beckens 10 oberhalb der Filtermasse Kabel 25 gezogen oder gespannt werden, an die die Hüllen durch Versteifungen 27 angehängt sind. Die Kanäle 20 sind im Abstand voneinander im wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet und ragen nach unten in die Filtermasse 14 bis zu einem Punkt unmittelbar über der Oberfläche des groben Kieses oder Sandes 16. Auf diese Weise unterteilen die Kanäle 20 das Filterbett in eine Anzahl von im wesentlichen vertikal angeordneten Filterzonen 18.

Für die poröse Membran 22 der Kanalhüllen wird vorzugsweise ein Gewebe verwendet Da die Hüllen als Durchflußkanal für die Flüssigkeit dienen sollen, ist die Größe der Kieselteilchen 24 so gewählt daß genügend Raum für den Durchgang der Flüssigkeit vorhanden ist und dem Stromfluß nur ein minimaler Widerstand entgegengesetzt wird. An entsprechenden Punkten sind die gegenüberliegenden Seiten der Hüllen verbunden oder in einer anderen Weise zusammengeschnürt, beispielsweise durch Bindfaden oder Bindedraht 26, um die Seiten der Kanäle 20 im wesentlichen parallel zueinander zu halten und ein Ausbeulen der porösen Membran 22 zu vermeiden, das ohne Versteifung gegebenenfalls durch das Gewicht des groben Kieses oder Sandes 24 auftreten könnte. Natürlich kann der grobe Sand oder Kies 24 durch irgendwelche anderen Stoffe ersetzt werden, die die Kanäle offen halten. Grober Kies oder Sand gehören jedoch zu den sehr wirtschaftlichen Mitteln, mit denen die Kanäle offen und in aufrechter Stellung gehalten werden können.

Die oberen Abschnitte der porösen Membran 22 ragen über die Oberfläche 28 der Filtermasse 14 hinaus (Fig.2), damit die zu filternde Flüssigkeit leicht in das Innere des Filterbettes eintreten kann. Die nicht filtrierte Flüssigkeit 30 wird auf die Oberfläche des Filterbettes mittels Sprühdüsen 32 in den Zulaufkanälen 34 aufgebracht, so daß sie auf der Oberfläche 28 einen Teich 36 bildet. Sie tritt dann in die oberen Bereiche der Kanäle 20 ein und gelangt durch diese in das Innere der Filtermasse 14. Nachdem die Flüssigkeit die Kanäle 20 durchquert hat und seitlich in die Filtermasse 14 eingedrungen ist, durchläuft sie die Dränierzone 16 am Boden der Filtermasse 14. Beim Durchgang der Flüssigkeit durch die Filtermasse 14 werden die extrem feinen, von der Flüssigkeit mitgeführten Feststoffteilchen durch den Sand der Filtermasse 14 ausgefiltert, und die geklärte Flüssigkeit wird am Boden des Filterbettes gesammelt und zu einer entsprechenden Sammeleinrichtung geführt.

Aufgrund der flachen Filterwirkung der Filtermasse werden die ausgefilterten Teilchen auf oder nahe der Oberfläche der Bereiche der Filtermasse gesammelt, die mit der zugeführten Flüssigkeit in Berührung kommen. Folglich wird entlang der Filteroberfläche der Filtermasse 14 ein Filterkuchen 38 aufgebaut. Dieser bildet sich insbesondere auf der Oberseite 28 der Filtermasse 14 zwischen benachbarten Kanälen 20 sowie entlang der vertikalen Stirnseiten zwischen der Filtermasse 14 und den Seiten der porösen Membran 22. Es wurde

f>5 gefunden, daß es in manchen Fällen zweckmäßig ist, einen Damm oder eine Sperre 40 in den Hüllen seitlich gegenüber der Oberseite 28 der Filtermasse 14 anzuordnen, damit die Bildung des Filterkuchens 38

über der porösen Membran 22 verhindert wird. Der Damm oder die Sperre 40 kann jede entsprechende Form aufweisen, und beispielsweise aus einem undurchlässigen Streifen bestehen, der in den Hüllen aus poröser Membran 22 seitlich angrenzend an die Oberfläche der s Filtermasse 14 angeordnet ist. Ferner kann die poröse Membran selbst mit undurchlässigen Bereichen ausgebildet sein, und zwar jeweils an den Stellen, die mit dem oberen Bereich der Filtermasse in Berührung stehen.

Die Verwendung der Kanäle 20 ist für die Arbeit des ι ο Filters wichtig, da diese die zu filternde Flüssigkeit zu der Oberfläche der Filtermasse 14 und in die unmittelbare Umgebung der Kanäle führen, wo der Hauptanteil der Filterung stattfindet Die mit grober Filtermasse bestückten Kanäle 20 können verschieden ausgebildet sein. Am einfachsten und wirtschaftlichsten werden Feststoffpartikeln aus Keramik, Stein, Glas oder grobem Sand verwendet.

Die Abmessungen der Kanäle 20 werden durch den gewünschten Durchsatz bestimmt. Es ist besonders zweckmäßig, die Kanäle so eng wie möglich auszubilden, wobei darauf geachtet werden muß, daß der Durchflußbereich dem Flüssigkeitsstrom einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegensetzt.

Die Siebfeinheit der die Kanäle 20 bildenden groben Teilchen 24 wird ausreichend groß gewählt, so daß beim Durchlauf der nicht gefilterten Speiseflüssigkeit die Gefahr der Bildung von Filterkuchenbriücken zwischen benachbarten Teilchen im Kanal sehr gering ist. Wenn die Teilchen des groben Sandes oder Kieses zu klein sind, um die Bildung solcher Filterkuchenbrücken zu verhindern, kann so viel von diesem Filterkuchen angesammelt werden, daß ein erheblicher Teil des Kanals teilweise oder vollkommen verstopft und dadurch der Durchsatz der Flüssigkeit durch den Filter verringert wird. Es ist daher ein wesentliches Erfordernis, durch die entsprechende Teilchengröße der Feststoffe in den Kanälen 20 Zwischenräume für den Durchfluß zu schaffen, die in bezug auf die aus der zu filternden Flüssigkeit zu entfernenden Teilchen verhältnismäßig groß sind.

Gewöhnlich werden die Kanäle 20 in ganz einfacher Weise dadurch beschickt, daß die obere Fläche 28 der Filtermasse 14 überflutet wird. Dabei dringt die Flüssigkeit in die oberen, über die Oberfläche der Filtermasse 14 ragenden Bereiche der porösen Membran 22 ein. Falls erwünscht, kann aber auch über dem Filterbett eine geschlossene Fläche geschaffen und die Speiseflüssigkeit unter Druck in die Kanäle 20 gepumpt werden. Andererseits kann auch an der Unterseite des jo Filterbettes ein Vakuum angelegt werden, um den Durchsatz der Flüssigkeit durch das Filterbett zu erhöhen.

Die als Hülle für den groben Kies oder Sand verwendete poröse Membran 22 kann aus irgendeinem entsprechenden Gewebe oder Stoff bestehen, wobei dieser so beschaffen sein muß, daß er durch die zu filternde Flüssigkeit nicht angegriffen wird. Vorzugsweise wird eine Kunststoffmembran verwendet Die Aufgabe dieser Membran 22 ist, die die Kanäle 20 bildenden groben Teilchen 24 in Lage zu halten. Sie soll keine wesentlichen Filtereigenschaften aufweisen. Es wurde gefunden, daß bei der erfindungsgemäßen Filteranlage die Gewebemembran zwischen dem groben Sand 24 in den Kanälen 20 und der Filtermasse 14 für den wirksamen Filtervorgang nicht von Bedeutung ist Sie stützt und hält aber den groben Sand oder Kies eng an den Filterflächen der Filtermasse, und es ist möglich, daß irgendwelche zusätzlichen Funktio nen oder Wechselwirkungen zwischen dem Sand odei Kies in der porösen Membran 22, der Membran selbs und der Filtermasse auftreten. Was und wie immer diese Wirkung sei, wesentlich ist, die Teilchengröße de; Sandes oder Kieses 24 in den Kanälen so zu wählen, dat der wesentliche — wenn nicht der gesamte — Filtervorgang in der Filtermasse erfolgt. Aus diesen Grund wird eine Webart der Membran bevorzugt, be der im wesentlichen alle festen Teilchen in der zi filternden Flüssigkeit durch das Gewebe hindurchgehen Bei einer zu dichten Webart wird der Filter schnei verstopft, was einen sehr kurzen Filtrierzyklus zur Folg« hat. Das Gewebe muß daher ausreichend grob sein unc offene Zwischenräume aufweisen, durch die die Feststoffteilchen in der zu filternden Flüssigkeil hindurchtreten können, ohne daß Filterkuchenbrücker gebildet werden. Andererseits müssen aber die Webfädenzwischenräume ausreichend klein sein, damit die feinen Sandteilchen aus dem Filterbett nicht ohn« weiteres in die poröse Membran eintreten können.

Die zur Bildung des Filterbettes verwendete Filter masse 14, wie Sand oder zerkleinerter Feststoff, muß ausreichend fein sein, damit die aus der zu filternden Flüssigkeit zu entfernenden Feststoffteilchen beim Auftreten auf die vertikalen Flächen der Filterzonen 18 sich auf der Oberfläche der Filtermasse absetzen Außerdem muß die Größe der Teilchen der Filtermasse weitgehend einheitlich sein, so daß keine wesentliche Klassifizieurng erforderlich ist, wenn das Filterbett während des Waschens gespült und durchwirbelt wird Wenn die Filtermasse an Ort und Stelle gewaschen werden soll, müssen die feinsten Teilchen der Filtermasse wesentlich größer sein als die auszufilternden gröberen Feststoffteilchen, damit beim Gegenstromwaschen des Filterbettes kein wesentlicher Verlust an feinen Teilchen durch Aufschlämmen in der Waschflüssigkeit und Abführen aus dem Becken auftritt Das spezifische Gewicht der Teilchen der Filtermasse sol vorzugsweise größer sein als die spezifischen Gewichte der zu filternden Flüssigkeit, der Waschflüssigkeit sowie der filtrierten Teilchen, um ein Abschwemmen von Filtermasse zu vermeiden.

Für die poröse Membran 22 der Hüllen eignet sich insbesondere ein einfädiges Gewebe, da ein solches die Bildung von Filterkuchenbrücken über die Membranöffnungen weniger begünstigt Es kann ferner leichter gewaschen und von abgesetzten Teilchen einfacher befreit werden als ein mehrfädiges Gewebe und setzt dem Flüssigkeitsstrom einen geringeren Widerstand entgegen.

Bevorzugt wird eine mechanisch feste Membran damit die die Kanäle einschließende Hülle mit möglichst wenig Stützelementen und möglichst wenig Befestigungsmittel in der Filteranlage angeordnet werden kann und gegenüber mechanischer Beanspruchung beständig und widerstandsfähig ist Schließlich muß die Membran auch korrosionsbeständig sein, und wenn sie aus Kunststoff besteht, muß dieser quellfest sein und auch anderen störenden Einflüssen widerstehen. Geeignete Materialien sind beispielsweise Polypropylen, Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, Polyester, Naturfasern sowie verschiedene Metalle oder Legierungen.

Die Anordnung der Hüllen aus poröser Membran 22 und damit der Kanäle 20 innerhalb der Filtermasse 14 ist nicht kritisch. Zu beachten ist aber, daß ein entsprechender Flüssigkeitsdurchsatz durch die Filteranlage gewährleistet ist Die Filtermasse 14 hat eine begrenzte

Kapazität, um filtrierte Flüssigkeit unter einem gegebenen Druckabfall durchzulassen. Damit die Kapazität des Filterbettes für den gewünschten Flüssigkeitsdurchsatz nicht überschritten wird, müssen die in das Filterbett ragende Tiefe der Hüllen aus poröser Membran 22 sowie die Abstände zwischen benachbarten Hüllen aufeinander abgestimmt werden. Da wirksames Filtern der Flüssigkeit an den vertikalen Berührungsflächen zwischen dem groben Sand oder Kies 24, der porösen Membran 22 und der feinen Filtermasse 14 der Filterzonen 18 erfolgt, bestimmt die Eindringtiefe der Kanäle 20 in die Filtermasse 14 die durchfließende Flüssigkeitsmenge, da in die Filterzonen 18 zwischen benachbarten Kanälen 20 seitlich aus den porösen Membranen 22 austretende gefilterte Flüssigkeit gelangt. Ferner muß auch der Abstand zwischen benachbarten Kanälen beachtet werden. Dieser bestimmt die Breite der Filterzonen, und er muß ausreichend weit sein, damit die aus den Kanälen in jeder der Zonen austretende Flüssigkeitsmenge durchlaufen kann. Die Eindringtiefe der Kanäle 20 in das Filterbett muß also auf die Flüssigkeitsmenge abgestimmt werden, da der effektive Filterbereich und damit die Leistung der Anlage mit der Tiefe der Kanäle ansteigt Ferner muß die Eindringtiefe der Kanäle 20 und deren Abstand voneinander abgestimmt werden, um den Durchsatz mit der Leistung der Anlage im Gleichgewicht zu halten.

Während des Filterns sammelt sich ein dünner horizontaler Filterkuchen 38 an den Grenzflächen zwischen der Filtermasse 14 und dem Reservoir der nicht filtrierten Flüssigkeit 30 an. Gleichzeitig bildet sich ein dünner vertikaler Filterkuchen zwischen der Filtermasse 14 und dem groben Sand oder Kies 24 in den Kanälen 20. Bevor die Anlage durch den abgelagerten Filterkuchen verstopft wird, wird dieser entfernt.

Wenn der in der Filtermasse verbleibende Rückstand des Fihrats nicht wiedergewonnen werden soll, muß nicht besonders ausgewaschen werden, und die Regenerierung des Filterbettes kann direkt durch einfaches Spülen oder Durchwirbeln der Filtermasse 14 erfolgen, um den Filterkuchen 38 abzubrechen. Dies kann beispielsweise durch das Spül- und Wirbelverfahren (F i g. 4) erfolgen. Dabei ist das Bassin oder Becken 10 mit einer Vielzahl von bewegbaren Kopfstücken 42 versehen, die mit einer entsprechenden Hochdruck-Wasserquelle verbunden sind. Jedes Kopfstück 42 ist auf Rädern 44 montiert und überspannt den Filterbettbereich. Vom Kopfstück 42 hängen zahlreiche Düsen 46 herunter. Für jede Filterzone 18 ist eine Düse vorgesehen, und die Düsen 46 sind so lang, daß ihr Kopf jeweils unmittelbar über der normalen Oberfläche 28 der Filtermasse zu liegen kommt. Aus den Düsen wird ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit in die ihnen zugeordneten Filterzonen 18 ausgestoßen, wobei die Filtermasse 14 durchgespült und aufgewirbelt wird. Während dieses Spülens und Wirbelns der Filtermasse wird der an der Oberfläche und den Seitenflächen der Filterzonen 18 angesammelte Filterkuchen in kleine Teilchen zerbrochen und im Wasser aufgeschlämmt. Wenn ausreichend Wasser in das Becken 10 geflossen ist und die Filtermasse 14 überfließt, werden die Filterkuchenteilchen in den Waschwassertrog 48 geschwemmt, der entlang der Längsseiten des Beckens angeordnet ist Eine ausreichende Anzahl solcher Kopfstücke und Düsen sorgen dafür, daß die Teilchen in Suspension gehalten werden. Nachdem der Filterkuchen in dieser Weise entfernt worden ist, wird das Wasser abgedreht und das Bett dräniert. Während des Dränierens setzt sich die Filtermasse 14 und nimmt ihre ursprüngliche Lage ein, wobei seine Filterkapazität s wieder hergestellt wird.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Anlage zum Regenerieren des Filterbettes (F i g. 5) sind anstelle der Düsen am Kopfstück 42 lange Rohrleitungen 50 vorgesehen, die nach unten im wesentlichen bis zum

ίο Boden der Filtermasse 14 ragen. Jedes Rohr 50 ist mit einer Vielzahl von Löchern 52 versehen, durch die kleine Strahlen austreten, um den Sand in jeder Filterzone 18 zu spülen und durchzuwirbeln.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filteranlage (F i g. 6) sind in der Filtermasse 14 nicht nur durch Hüllen 22 umgebende Kanäle 20, sondern auch Dränierkanäle 54 vorgesehen. Diese sind wie die Hüllen 22 ausgebildet und wie diese mit grobem Sand oder Kies 24 gefüllt. Sie dringen tiefer in die Filtermasse 14 als die Kanäle 20. Die unteren Enden der Dränierkanäle 54 ragen in den groben Sand oder Kies 16 am Boden des Bassins 10 unterhalb der Filtermasse 14, während ihre Oberteile etwa so weit unter der Oberfläche 28 der Filtermasse 14 enden, wie die unteren Enden der Kanäle 20 oberhalb der Oberfläche des groben Sandes 16 enden. Die Kanäle 20 und Dränierkanäle 54 sind abwechselnd im Filterbett angeordnet, so daß jeweils ein Dränierkanal 54 zwischen zwei benachbarten Kanälen 20 liegt.

Der Einbau der Dränierkanäle 54 in der Filtermasse 14 bewirkt einen gleichmäßigeren Flüssigkeitsstrom durch die Filteranlage. Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2, 3 und 4 muß die zu filternde Flüssigkeit verschieden lange Strecken im Filtersand zurücklegen, die davon abhängen, an welchem Punkt die Flüssigkeit die Kanäle 20 verläßt. Die Flüssigkeit, die aus dem an die Oberfläche 28 der Filtermasse 14 angrenzenden Bereich der Kanäle 20 austritt, muß die ganze Tiefe der Filterzone 18 durchqueren, während die aus dem unteren Abschnitt der Kanäle 20 kommende Flüssigkeit einen viel kürzeren Weg durch den Filtersand zurücklegt. Demzufolge trifft die Flüssigkeit aus dem unteren Teil der Kanäle 20 auf einen geringeren Widerstand als die aus deren oberen Bereichen austretende Flüssigkeit. Daraus ergibt sich eine hohe lokale Strömungsgeschwindigkeit, die wiederum ein weniger klares Filtrat zur Folge hat. Bei der Anlage gemäß F i g. 6 wird durch die Anordnung der Dränierkanäle 54 zwischen den Kanälen 20 der Weg für die

so Flüssigkeit durch gleichmäßige Sandstärken über den Hauptteil der Kanäle geschaffen, wodurch der Flüssigkeitsstrom aus den Kanälen über einen größeren Bereich gleichmäßiger ist als im anderen Fall. Durch den Fortfall von hohen lokalen Strömungsgeschwindigkeiten wird aber auch die Leistung des Filters verbessert

Bei der Anlage gemäß F i g. 7 ist das Filterbett ebenfalls in Filterzonen eingeteilt, hier sind diese Zonen aber innerhalb der Hüllen angeordnet, und die Bereiche zwischen benachbarten Hüllen sind leer gelassen, so daß sie als die Kanäle wirken.

Der Filtersand ist in Doppelhüllen aus einer porösen Membran untergebracht die in üblicher Weise innerhalb des Beckens 10 aufgehängt sind. Die äußeren Teile 62 der porösen Membran 60 sind mit Filtermasse 14 und der von den äußeren Teilen umschlossene Kanal .64 mit grobem Sand oder Kies 24 gefüllt Der Boden des Kanals 64 ist durch ein poröses Vlies 66 abgeschlossen, das die Säule aus grobem Sand oder Kies 24 trägt

ίο

Außerdem weist jede poröse Membran 60 seitliche Laschen 68 aus undurchlässigem Material auf, die am Boden des Beckens 10 angrenzend an die Dränieröffnungen 70 angeordnet sind und dazu dienen, diese Offnungen 70 gegen die nicht gefilterte Flüssigkeit außerhalb der Membran zu dichten. Gegenüber dem Boden des Beckens 10 sind die Hüllen durch eine Druckstange 74 abgedichtet, die über jeder Lasche 68 liegt und auf diese durch Anziehen der Schrauben 76 Druck ausübt.

Das Filtrat tritt aus den Hüllen durch eine Reihe von Öffnungen 70 aus, die im Boden des Beckens unmittelbar unter den inneren Kanälen 64 aus grobem Sand oder Kies 24 vorgesehen sind. Bei dieser Ausführungsform durchquert die Flüssigkeit einen gleichmäßig dicken Sandweg.

Das Filterbett wird regeneriert, indem die Filtersandhüllen aus poröser Membran 22 bzw. 60 in entgegengesetzter Richtung durchgespült werden. Zu diesem Zweck dient die Ablaufeinrichtung 78 unterhalb des Beckens 10, die an einer Waschwasserverbindung 80 angeschlossen ist, die durch ein Ventil 82 abgesperrt werden kann. Wenn das Ventil 82 geöffnet wird strömt Waschwasser in Gegenstromrichtung nach oben und nach außen durch die mit den ausgefilterten Teilchen angereicherten Kanäle und gelangt in das Becken 10, von wo es dann in die Waschwassertröge 48 hinübergeschwemmt wird.

Bei einem Versuch wurde eine erfindungsgemäße Filteranlage zum Trennen von in Salpetersäure unlöslichen Teilchen aus der sauren Flüssigkeit verwendet, die vom Aufschluß von Phosphatgestein mit Salpetersäure herrührte. Bei diesem Aufschluß entsteht ein Gemisch aus Phosphorsäure, Salpetersäure, ungelöstem Calciumnitrat, Wasser und einer Anzahl unlöslicher Verunreinigungen. Diese saure Flüssigkeit ist eine dicke, schmutzig aussehende Masse, in der die Feststoffe etwa 6 Gew.-% ausmachen. Dieser hohe Feststoffgehalt der Flüssigkeit ist schon an sich eine erhebliche Schwierigkeit, aber das Filtrieren wird außerdem noch dadurch erschwert, daß diese Feststoffe extrem fein verteilt sind. Im allgemeinen haben etwa 80% der Feststoffe eine Größe von weniger als 20 μ, die bis hinab in den Untermikron-Bereich reicht. Es sind nur verhältnismäßig wenig große Teilchen vorhanden, und auch diese haben höchstens eine Größe von 40 μ.

Trotz der äußerst schwierigen Bedingungen für das Filtrieren, kann dieses saure Gemisch mit der erfindungsgemäßen Filteranlage leicht filtriert werden, wobei entsprechende Umlaufmengen verwendet werden. Es wurde gefunden, daß hierbei etwa 77% der unlöslichen Teilchen entfernt werden können. L^:iii Versuch ist in der folgenden Tabelle angegeben:

Versuchsnummer	4244
Ungefähre Gewichts-% Feststoffe
im rohen sauren Gemisch	3,12
Ungefähre Gewichts-% Feststoffe
in der vermengten Beschickung	0,366
Ungefähre Gewichts-% Feststoffe
im Filtrat	0,0832
Ungefähre Gewichts-% entfernte
Feststoffe	77
Filtrat-Umlaufverhältnis
Filtrat Volumen
Rohsäuregemisch	Volumen 7/1
Ungefähre Größe der
Feststoffteilchen (μ)	1-40
Durchschnittliche
FiltriergeFchwindigkeit (ml/min/cm2)	0,033
Filtrationszyklus in Minuten	85
Gesamtvolumen Filtrat (Liter)	0,91
Maximale öffnung Gewebehülle (μ)	471
Gewebematerial	Polypropylen
Webart	einfädig
Filtersand (mm ca.)	0,38-0,25
Hüllensand (mm ca.)	1,65-1,0
Ungefähre Filtriertemperatur (° C)	60-65
Druckabfall während der
Filtration (Quecksilber)	0-711 mm
Filterhilfe	nein
Dränierkanäle	ja

Ähnliche Versuche wurden mit trübem Wasser durchgeführt. Da der Feststoffgehalt weit geringer war als bei der Salpetersäurefiltration, war ein Umlauf der zu filternden Flüssigkeit nicht erforderlich. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

	Versuchsnummer	99102	814	3740
	8789	800	800	800
Teile/Mill. Feststoffe in der rohen Beschickungsflüssigkeit, Nennwert	800	56	48	56
Feststoffe im Filtrat (ppm ca.)	96	93	94	93
Ungefähre Prozentmenge der entfernten Feststoffe	88	1-177	1-177	1-74
Ungefährer Größenbereich der Fest stoffteilchen (μ)	1-177	0,39	0,33	1,46
Durchschnittl. Filtrationsgeschwindigkeit (ml/min/cm2)	1,22	252	1141	124
Filtrationszyklus in Minuten	63	15	15	15
Waschzyklus (Minuten)	15	31,5	122	58
Gesamtvolumen Filtrat (Liter)	25,0	6,0	6,0	6,0
Schlammentfernung Waschvolumen	6,0

Forlselzurm

	Versuchsnunimer	W102	814	3740
	8784	31,5	122	58
Filtratvolumen netto (Liter)	25,0	317	300	471
Maximale Öffnung Gewebehülle (μ)	317
Gewebematerial	Polypropylen
Webart	einfadig	0,38	0,38-0,25	1,65-0,25
Filttrsand (mm ca.)	0,38	0,54-0,38	0,7-0,5	1,65-1,0
Hüllensand (mm ca.)	0,7-0,5
Filtriertemperatur	Zimmertemperatur	432	736	736
Druckabfall während des Filtrierens	635
(mm Hg)		ja	nein	ja
Filterhilfe	nein	nein	ja	ja
Dränierkanäle (Fig. 6)	nein

Die meisten der oben angeführten Versuche wurden ohne jede Filterhilfe durchgeführt, wodurch das Arbeiicn wirtschaftlicher wird. Wenn jedoch in dem einen oder anderen Fall eine solche Filterhilfe zweckmäßig ist, kann sie natürlich benutzt werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der im Filtersand angesammelte Filterkuchen, der porös ist, eine »selbstheilende« Eigenschaft besitzt. Wenn der Filterkuchen an irgendeiner Stelle reißt, wird der Flüssigkeitsstrom an dieser Stelle sofort erhöht. Es wurde gefunden, daß bei Auftreten solcher Risse der Filterkuchen innerhalb einer sehr kurzen Zeit sich selbst beseitigt und den Flüssigkeitsstrom und die Klarheit des Filtrates zu einem normalen Punkt zurückbringt, wobei die Kontinuität des Filterkuchens wieder hergestellt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Filteranlage, bestehend aus einem Bett aus Filtermasse, mit Zulauf- und Ablaufeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von im wesentlichen flachen parallelen Filterzonen (18) vorgesehen ist, die mit einer Filtermasse (14) gefüllt sind und deren Querschnitt wesentlich kleiner ist als ihre Länge und die in Richtung ihrer Dicke im horizontalen Abstand voneinander angeordnet sind, zwischen je zwei benachbarten Filterzonen (18) ein Kanal (20) gebildet ist, dessen Länge und Tiefe im wesentlichen den Filterzonen (18) entspricht und der der Zulaufflüssigkeit einen geringeren Widerstand entgegengesetzt als die Filterzonen (18), wobei eine poröse Membran (22; 60) den Kanal (20) allseitig umgrenzt und außerhalb der einen Enden der Filterzonen (18) die Zulaufeinrichtung (34) und außerhalb der anderen Enden der Filterzonen (18) die Ablaufeinrichtung (78) für das Filtrat vorgesehen sind.

2. Filteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterzonen (18) zwischen gegenüberliegenden Wänden eines Gehäuses (10) angeordnet und darin aufgehängt sind, die Poren der porösen Membran (60) kleiner sind als die Partikeln der Filtermasse (14) und diese Filtermasse sowie einen durch diese führenden Dränierkanal (54) umschließt, derart, daß die Filterzonen (18) aus der Filtermasse (14) eine direkte Verbindung der Dränierkanäle (54) mit einem zu filternden Flüssigkeitsvorrat (30) und Zulaufkanälen (34) verhindern, die jeweils zwischen benachbarten im Abstand angeordneten Filterzonen (18) gebildet sind und offen in den zu filternden Flüssigkeitsvorrat (30) münden, während die Ablaufeinrichtung mit Dränieröffnungen (70) kommuniziert.

3. Filteranlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermasse (14) aus Sand besteht.

4. Filteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dränierkanäle (54) mit groben Filtermaterial (24) gefüllt sind.

5. Filteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Zulaufkanäle (34) angrenzend an die Ablaufeinrichtung (78) durch jeweils eine Sperre (68) verschlossen sind.