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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REINIGUNG VON FLÜSSIGKEITEN DURCH FILTRATION
Die Erfindung betrifft eint Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten
z*B Wein, Öl, Ben zin und hauptsächlich Wasser, womit jede chemisch behandelte oder
nicht behandeltes abgesetzte oder nicht abgesetzte Rohflüssigkeit betriebssicher
und billig gereinigt und die Reinigung des körnigen Materials der Vorrichtung binnen
einigen Minuten durchgeführt werden kann,
Die schwebenden Verunreinigungen
der Oberflächenge-Wasser, besonders der fliessenden Gewässer werden im allgemeinen
durch Filtration nach Absetzen entfernt, Zur Filtration wird eine aus Körnern -
meistens aus Sandkörners - bestehende Filterschicht verwendet Auf diese primären
Filterschicht bildet sich aus künstlichen Flocken oder aus natürlichen schwebenden
Teilchen eine sekundäre Filterschicht aust die die ganz feine, sog. Kristallfiltration
ermöglicht Bei dem früher allgemein üblichen Verfahren Iässt man das zu filternde
Rohwasser durch eine- 1-2 m dicke horizontale Schicht, im allgemeinen von oben nach
unten vertikal durchströmen und die im Rohwasser befindlichen schwebendes Verunreinigungen
bleiben während des Durchströmens der Filterschicht zwischen den Körnern zurück.
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Ein Nachteil dieser bekannten Filtervorrichtungen istt dass sich
die Lücken zwischen den Körnern nach verhält nismässig kurzer Betriebszeit mit den
schwebenden Verunreini gungen füllen und die Filterschicht ihre Filtrierfähigkeit
rasch verliert und häufig gereinigt werden mussw Zum Durchspülen der Körner muss
ziemlich viel Ru in wasser verwendet werden. Dan bedeutet einen grossezl Verlusts
denn der Zweck des Verfahrens ist eben das Gewinne.rz von Reinwasser. Zum Zurückspülen
wird deshalb Reinwasser verwendet, weil das zum Zurtickspülen notwendige Wasser
nur durch die einige Zehntel mm breiten Verteilerspalten unter die Filterschicht
eingeführt werden kann und das Rohwasser die Spalten verstopft. Die Spalten müssen
aber deshalb so klein seine weil sie am Oberteil des yerteilerraumes des Spülwassers
angebracht sind und wenn die Spalten grösser wären, würden sie die Filterkörner
durchlassen, die in den VertEilerraum fallen und ihn verstopfen würden. Bei den
bekannten Filtern ist in jedem Fall ein Unterbau und eine Kiess-chicht von über
1 m Dicke mit nach oben allmählich geringer wer.
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dender Korngrösse erforderligh, Diese Vorrichtunges sind: umfangreich,
zu
ihrem Betrieb sind grosse Gebäude und teuere Elnrichtungen notwendig, wobei der
Ausnutzungsgrad der Vorrichtung sehr gering ist.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Korngrösse sehr gleichmassig
sein muss. Die Gleichmässigkeit der Korngröße ist bei den herkömmlichen Sandfiltern
mit horizontaler Schicht deshalb eine so strenge Forderung, weil beim Rückspülen
eine nachteilige Segregation auftritt. Die feinsten Körner bilden nämlich nach dem
Zurückspülen immer die oberste Schicht, so wird also - sehr ungünstigerweise - das
Schlamm aufnáhmevermögen von dieser Schicht bestimmt Die grosse, oft 1-2 m Sandschichtstårke
bleibt praktisqoh0unausgenützt, weil nur eine sandschicht von einigen em (oft 2-3
cm) flltert, der übrige Teil der Schicht sp1Iloss die Rolle einer unausgenützten
Stützschicht Ein grosser Fehler der bekannten statisches Filter besteht auch darin,
dass auf der oberen Filterfläche auf der Einströmungeseite während des Betriebs
in einer Tiefe von einigen cm allmählich eine klumpenartige Einkrustung auftritt,
umsomehr, da die wiederholte Zurückspülung die feineren Sandkörner allmählich auf
den oberen Teil der Filterschicht spült und diese durch den in die Schicht eindringenden
Schlamm noch leichter'zu Klumpen zusammenstehen. Man hat versucht diese eingekrustete
Schicht durch einen starkem Wasserstrahl zeitweise aufzulockern, aber mit ungenügendem
Ergebnis; Das Auflockern der Schicht ist kostspielig, wasserbedüurig und nur von
vorübergehender Wirkung, Die oben beschriebenen statischen Filter mit horitontaler
und ruhender Filterschicht ermöglichen zwar eine Kristallfiltration, doch ihre starke
Unwirtschaftlichkeit führte in letzter Zeit zur Entwicklung eines neuen Verfahrens,
bei dem die aus Körnern bestehende Filterschicht als eine vertikale oder annähernd
vertikale Filtersule zwischen entsprechend ausgebildeten flüssigkeit edurchlassenden
Wänden ausgebildet wird und diese Filtersäule sich nach
unten bewegend
zlrkuliertß Dadurch ist die Filterschicht ständig zum Filtern bereits Die Aufgabe
der Wände ist die Abstützung und Führung der Filtersäule und der entsprechende Durchlass
der Flüssigkeit. Die zu filternde Flüssigkeit strömt im Wesen horizontal duroh die
Filtersäule, Bei diesem Verfahren sind die Nachteile der statischen Filter beseitigt
weil tei dieses sog nvilters mit beweglichem Bett" eine Filtersäule von einigen
m infolge des ständigen Austausches der sich nach unten bewegenden Filterkörner
genügt Die Reinigungsanlage wird um eim Vielfaches kleiner, es genügt dazu ein bedeutend
kleineres und billigeres Gebäude und zur Zirkulierung der wenigeren Filterkörner
ein Buftkompressor mit geringer Leistung, Die Einkrustung der Oberfläche wird vermieden
und die Gleichmässigkeit der Körner ist keine wesentliche Forderung Die Feinheit
der Filtration ist aber bei diesen Filtern mit beweglichem Bett nicht sehr gut,
weil die sich nach unten bewegende Filter säule entlang ihrer Höhe nicht gleichmässig
istt sondern nach unten allmächlich immer mehr verun reinigt wird, Deshalb wird
diese Säule nach unten immer dichter, folglich weniger durchlassfähig, oben aber
kommt nur ein lockeres Filterbett mit nicht entsprechender Filterfähigkeit wegen
der unausgebildeten Beschaffung des sekundären Filterbettes zustande, Es kann also
keine sogenannte Kristallfiltration durchgeführt werden, Der aus der ungleichmässigen
Verunreinigung stammende obenerwähnte Nachteil kann zwar durch diskontinuierliche
Bewegung der FiltersSulet 'statt deren kontinuierliche Beweg gung beseitigt werden,
in diesem Fall verringern sich aber die Wirtschalftlichkeitsvorteile dieser Filtration,
Das Ziel der Erfindung ist das Zustandebringen eines Filterverfahrens, sowie die
Herstellung einer dazu geegineten Vorrichtung, womit bei Behaltung von sämtlichen
vorteilhaften Eigenschaften der Vorrichtungen mit beweglichem Bett das bei den statischen
Filtern übliche Feinheit der Kri.stal:-filtrat ion erreicht wird,
Die
Aufgabe, die durch die Erfindung verwirklicht werden soll, ist die Reinigung und
Spülung der bei den 2 tern mit beweglichem Bett angewandten vertikalen Filtersäule,
wobei die Änderung der Filterfähigkeit entlang der Höhe der Filtersule beseitigt
wird und womit die verunreinigten Körner der Filtersäule wiedergereinigt werden
können, ohne dass dazu die kontinuierliche oder diskontinuierliche.Bawegung der
Filtersäule nach unten notwendig wäre, Um das gesetzte Ziel zu erreichen, bzw. um
die Aufgabe zu verwirklichen, wird bei der Erfindung so verfahren, dass die rohe
Flüssigkeit durch die bekannte, vertikal oder annähernd vertikal stehende Filtersäule,
die von der Seite des Rohwassereintritts mit einer Jalousiewand, auf der Austrittsseite
des gefilterten Wassers mit einer Siebwand begrenzt ist, im wesentlichen in horizontaler
Richtung durchgeleitet wird, die Filtersäule aber abweichend von den bekannten Filtern
mit beweglichem Bett, weder eine kontinuierliche, noch eine diskontinuierliche vertikale
Bewegung durchführt, sondern während der Filtration in ruhendem Zustand ist, Nach
einer Verunreinigung der Körner der Filters'SuSe wird ihre-Reinigung so durchgeführt,
dass der Filterprozess in notwendigen Intervallen unterbrochen und in vertikaler
Richtung nach oben strömenden Spülwasser durch die Fitterz säule geleitet wird,
wodurch das körnige Material der Filtersäule gelockert wird und dessen verunreinigte
Schicht neben der Jalousiewand durch die Spalter.zwischen den.Jalousle platten gegen
die Filterrichtung in den Rohwasserverteile.r raum auf die andere Seite der Jalousiewand
geschoben wird und das so erhaltene körnige verunreinigte Material nach Aufhören
der Einführung des Spülwassers auf die bekannte Weise wieder in den oberen Teil
der Filtersäule gefördert, bzw. gereinigt wird und der Filterprozess wieder beginnt.
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Um das erfindungsgemässe Verfahren zu verwirkliohent, wird eine Vorrichtung
verwendet, bei der die im FiltefgefSss untergebrachte Filtersule auf der Seite der
Rohwasserain
führung durch eine Jalousiewand, auf der Seite des
Austritts des gefilterten Wassers durch eine Siebwand begrenzt ist.
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Auf der Einführungsseite der Jalousiewand wird ein Flüssigkeitsverteilerraum
ausgebildet, der während der Reinigung die verunreinigte Filterkörnerschicht neben
der Jalousiewand aufnimmt, Der Flüssigkeitsverteilerraum wird, entsprechend seiner
doppelten Rolle, einerseits mit einem zur Einführung des Rohwassers dienenden Einführungs-Le;rikungsrohr
system, andererseits mit einem Raum, wovon das körnige Material der verunreinigten
Schicht zwecks Reinigung und Wiederaufgabe weiterbefördert werden kann, verbunden,
Unter dem Rohwasserverteilungsraum wird also ein Sandsammelraum ausgebildet, der
mit dem Oberteil des Filtergefåsses durch eine Fördervorrichtung verbunden ist.
Zur Einführung des zur Reinigung der verunreinigten Filtersaule notwendigen Spülwassers
wird unter der Filtersäule ein Spülwasserverteilrgefäss untergebracht. Es ist weiters
für das Sammeln des gefilterten Wassers üfld' fffn ein für die Ableitung dienendes
Beitungssystems zu sorgen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann vorteilhaft mit weiteren Konstruktionselementen
ergänzt werden. So dar durch, dass die Öffnungen von Spülwasserverteilergefäss in
die FiltersSule am Boden des Gefässes ausgebildet werden, kann der Eintritt einer
grösserer Menge von Sand in das Spülwasserverteilergefäss auch dann verhindert werden,
wenn das Mass der Verbindungsöffnungen das Mehrfache der Abmessunges der Filterkörner
beträgt. Die roste Abmessung der Öffnungen ist aber mit dem Vorteil verbunden, dass
zur Reinigun: der Filtersäule Rohwasser verwendet werden kann,. Deshalb ist es zweckmässig,
die Durchführungsöffnungen des Spülwasserverteilers bei der erfingungsgemässen-Vorrichtung
auf diese Weise auszubilden.
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Bei der erfindungegemässen Vorrichtung kann die Speisung des Spülwasserverteilergefässea
von einem selbständigen SYstem erfolgen, es ist aber zweckmässig, es von der
Rohwassereinführungsleitung
zu speisen, da diese Möglichkeit zu sichern ist.
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Die Erfindung ist in einer beispielaweisen Ausführung in ihren Einzelheiten
auf der beigelegten Zeichnung dargestellt. Die Figur ist ein schematischer Schnitt
der erfindungsgemässen Vorrichfungs Im vertikal stehenden Gefäss 1 ist parallel
oder annähernd parallel zu den Seitenwänden ein aus Jalousieplatten bestehendes
Jalousierohr 2 mit geschlossener Decke und offe nem Boden. In diesem Jalousierohr
ist ein Ablenkrohr 3 angeordnet dessen Wand in einem bestimmten Abstand vom inneren
Rand der Jalousieplatten liegt und entlang des Jalousierohrs verläuft. Zu dem oberen
Teil des Ablenkrohres ist die Einy strömungsleitung 4, die.die zu filternde Flüssigkeit
in das Ablenkrohr 3 fühtt, angeschlossen, Die Breite des zylinderförmigeil Rohwasserverteilerraumes
zwischen dem Jalousierohr 2 und dem Ablenkrohr 3 kann empirisch, abhgngig von der
Sandkorngrösse, bestimmt werden Im Falle grösserer Sandkörner ist im allgemeinen
eine grössere Zwischenraumbreite erförderlichr Derselbe Raum nimmt bei der Reinigung
das verunreinigte Filtermaterial auf£ In einem bestimmten Abstand von der inneren
Wandfläche des Gefässes 1 ist ein Siebgeflecht 5 z.B-1 aus Kunststoff angebracht,
das filtersackartig verhindert, dass die in den Raum zwischen dem Siebgeflecht 5
und dem Jalousierohr 2 singe füllten Siebkörner, z,Bt Sandkörner in den Zwischenraum
6 zwischen der Wand des Gefässes 1 und dem Siebgeflecht 5 gelangen. Das gefilterte
reine Wasser wird vom Zwischenraum 6 durch den oben angeschlossenen Sammelkanal
7 und den Rohransatz 8 abgeleitet.
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Unter dem Jalousierohr 2 ist ein Sandsammelkegei (9) mit flach oben
wachsendem Durchmesser, daneben ein Spülwaeserverteilergefäss 10 mit nach unten
wachsendem Durchmesser ausgebildet.Dem Bandsammlkegel 9 ist ein Mammutrohr 16-17
bekannte-r Ausfübrung vorhanden, das durch das Gefäss, bzw. Ablenkrohr
3
hindurchläuft, dessen oberes Ende. aus dem Flüssigkeitsniveau 11 im oberen Teil
des Gefässes 1 herausragt. Das Rohr 12, das durch das Gefäss 1 läuft, ist an dasSpülWasserverteilergefäss
10 angeschlossen und das Rohr 12 ist am oberen Teil des Gefässes 1 zur Einströmungsleitung
4 so ange schlossen, dass-es ihre Abzweigung bildet. Bei. der Abzweigung ist in
das Rohrleitungssystem ein Sperr-Umschaltventil 13 eingebaut das das Rohwasser wahlweise
entweder durch die Einströmungeleitung 4 in das Ablenkrohr 3, oder durch das Rohr
12 in das Spülwasserverteilergefäs 10 leiten kann.
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Am Umfang des Bodens des Spülwasservertergefässes 10 sind mehrere0ffnungen
14 verteilt, wodurch das Spülwasser aus dem Spülwasaervert ellergefass 10 in die
Filtersäulen strömen kann, Das Verfahren verlauft in der erfindungsgemässen Vorrichtung
während des Betriebs folgenderweise: Das Rohwasser strömt durch die Einströmungsleitung
4 kontinuierlich in das Ablenkrohr 3, fliesst am unteren Ende heraus, dann strömt
es nach oben im Rohwasserverteilerraum zwischen dem Jalousierohr 2 und Ablenkrohr
3, strömt zwischen den Platten des Jalousierohrs 2, dann in beinahe horizontaler
Richtung durch die Filtersäule, wobei es durch das gn den Spalten der Filterkörner
in der Filtersäule aus den Teilchen des Verunreinigungsmaterials zustand.ekommb-nde
sakundäre lSterbett gefiltert wlrdt bzw die Verunreinigungen ausgeschieden werden,
Das Reinwasser gelangt aus der Filtersäule in den Zwischenraum 6, von wo das Reinwasser
durch den Sammelkanal 7 und Rohransatz 8 zum Speicherungs- oder Verwendungsort geleitet
wird, Während des Filtrations-Reinigungsprozesses fliesst im Rohr 12 kein Rohwasser,
Nach einem Betrieb von mehreren Tagen kann es vOrkOmmen, daas.die Schicht der aus
unbeweglichen Körnern zusammen gesetzten Filtersäule hauptsächlich neben dem Jalcusierohr
2 verunreinigt wird, so dass ihre Filtrierfähigkeit stark ab nimmt, In diesem Fall
wird der Rohransatz 8 und mit dem
Sperr-Umschaltventil 13 die Einströmungsleitung
4 abgeschlossen und das Rohr 12 geöffnet, also wird das Rohwasser anstatt des Ablenkrohrs
3 in das Spülwasserverteilergefäss 10 geleitet. Das Spglwasser strömt, denn durch
die Öffnungen 14 in die Filtersäule, wobei es die Filterkörner vom Boden des Spülwasserverteilergefässes
ld mit sich reisst, und in der Filtersäule strömend die Schicht der Filtersäule,
neben dem Jalousierohr durch die Spalten zwischen den Platten des Jalousierohres
in den Rohwasserverteilerraum neben dem Jalousierohr gleiten lässt So wird bei der
Rezirkulierung entgegen der Filterrichtung immer nur der zur Einkrustung ge neigte,
am stärksten verunreinigte Teil der Filtersäule gründlich gereinigt. Das verunreinigte,
schlammige Wasser wird durch den im oberen Teil des Gefässes 1 angebrachteny das
Flüssigkeitsniveau 11 bestimmenden Rohransatz 15 aus dem Gefäss entfernt> Die
Einführung des Rohwassers in das Spülwasserverteilungsgefäss 10 wird nach Beendigung
dee Spülens durch Umstellung des Ventile 13 angestellt, das Mammutrohr wird durch
Einblasen von Luft durch das Rohr 16 in Betrieb gesetzt und auf diese Weise wird
der Sand, der während des Spülens in den Rohwasserverteilerraum zwischen dem Ablenkrohr
3 und dem Jalousierohr 2 gelangt ist, und der-Sand im Sammelkegel 9 durch das Rohr
17 auf den oberen Teil der Filtersäule gehoben. Nach Entfernung des Sandes wird
durch Öffnen des Ableitungerohres 8 der Filtrat ions prozess wieder in Gang gesetzt.
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In den Rohrabschnitt hinter dem Sperr-Umschaltventil 13 für das Rohwasser
kann eine mit Schwimmer versehene Sperr-bzwc Regeleinrichtung eingefügt werden,
die die Menge der durch die Filtersäulen je Zeithinheit strömenden d.h. gegen nigten
Flüssigkeit registriert und durch entsprechende Drosselung der Einströmungaleitung
des Rohwassers das konstant te Wasserniveau sichert.
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Die wichtigsten Vorteile der erfindungegemässen Vor richtung sind
folgendet
Die Vorrichtung beseitigt die folgenden Nachteile der
statischen Filter: - es ist keine sehr dicke Filtersäule notwendig, - die Reinigung
von wenigen Filterkörnern ist mit wenig Wasser möglich, - es sind keine konstspieligen
maschinellen Einrichtungen, umfangreiche Anlagen notwendig, die Gleiohmässigkeit
der Krongrösse spielt keine Rolle, da bei der Rückspülung die infolge der Segregation
oben befindliche feine Sandschicht an der Filtration nicht teilnimmt und auf diese
Weise das Schlammaufnahmevermögen auf das 1C-15-fache erhöht wird, - das grösste
Problem der statischen Filter die dicke Einkrustung löst sich automatisch, da sich
auf der ganzen Filterfläche stgndig ein gleichmassiges sekundäres Filterbett ausbildet
und die so verunreinigte Oberflächenschicht mit einem einzigen Wasserimpuls voll
und ganz entfernt werden kann, - zur Rückspülung kan statt reine:£ Wassers auch
Rohwasser verwendet werden, da das Spülwasser einerseite nicht durch das Leitungssystem
der Abführung des gefilterten Wassers eingeführt wird, andererseits am Spülwasserverteilergefäss
Einführungsffnungen mit grossen Abmessungen angebracht sind..
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Zugleich weist die erfindungsgemässe Lösung wesen liche Vorteile
auch im Vergleich zu dem bekannten Filters mit beweglichem Bett auf: - im Falle
eines zylindrischen Geftisses strömt die Flüssigkeit radial von innen.naoh aussen,
daher verringert sich ständig ihre Sichergeschwindigkeit.
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Deshalb ist mit einer minimaler Menge von Chemikalten, häufig auch
ohne Chemikalien Filterwasser mit einwandfreier Qualität zu erhalten, weil sich
in-den:
Spa1tener; unbeweglichen, aus fest aneinanderliegenden Körnern bestehenden Filtersäule
auf der ganzen Filterfläche ein homogenes sekundäres Filterbett aus den künstlichen
oder natürl lichen schwebenden Teilchen bildet und eine yollkommen klare Flüssigkeit
gibt (Kristallfiltration), - die Sandschicht kann noch dünner sein, weil die schwebenden
Teilchen leichter stecken bleiben (sich leicht einklemmen), da die am stärksten
verunreinigte Oberflächenschicht bei der Reinigung immer ganz entfernt wird, erhält
das Filterbett die Filtrierfähigkeit bei jeder Reinigung restlos zurück1 - da nur
ein Eruchteil der Körner zirkuliert, ist der diesbezügliche Energieverbrauch und
asserverlust bedeutend geringer, und schliesslich - ist der Chemikalienverbrauch
wesentlich geringer, da auch kleinere Flocken zur Filtration mit entsprechender
Qualität genügen, Die Erfondung ist nicht auf die beschriebene AusW führungsform
beschränkt, So kann zBw das Organ, das die Konstanz des Wasserniveaus sichert, auch
anderswie.f ausgestaltet werden, die Form das Gefässes kann zylindrisch oder auch
eckig sein, der Sandsammelkegçl und das Spülwasserverteilergefäss kann anderwwie
ausgebildet werden, zur Ableitung des Reinwassers können auch Sammeirohre verwendet
werden,das Entfernen des Sandes aus dem Sammelkegel kann statt eines Mammutrohres
auch mit einer Wasserstrahlpumpe erfolgen, und statt des Umschaltventils kann auch
ein Rückschlagventil angewandt werden.