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Die
Erfindung betrifft einen Anschwemmfilter in Form eines Horizontalfilters
mit einem Filterkessel und darin auf einer gemeinsamen Welle angeordneten
horizontalen Filterelementen, die mindestens an ihrer Oberseite
eine poröse
flüssigkeitsdurchlässige Anschwemmunterlage
für Filterhilfsmittel
aufweisen und ein Verfahren zu seiner Reinigung.
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Anschwemmfilter,
wie sie beispielsweise im Firmenprospekt KHS COSMOS-RA beschrieben sind,
finden vielfach Verwendung in der Getränkeindustrie, werden aber auch
zur Filtrierung anderer Flüssigkeiten,
z.B. in der pharmazeutischen und chemischen Industrie, eingesetzt.
Es wird ein feinteiliges Filterhilfsmittel verwendet, das auf einer
Anschwemmunterlage des Filters als dünne Schicht aufgebaut wird.
Die zu filtrierende Flüssigkeit
wird kontinuierlich mit weiterem Filterhilfsmittel versetzt, das
dann während
der Filtration einen Filterkuchen auf dem Filter aufbaut. Um eine
wirksame Abscheidung von Verunreinigungen aus den zu filtrierenden
Flüssigkeiten
zu erreichen, werden Filterhilfsmittel in Form von Gemischen aus
Teilchen unterschiedlicher Zusammen setzung und/oder Größe verwendet.
Derartige Filterhilfsmittel und Anschwemmunterlagen sind in: Maschinen
+ Apparate zur Fest/Flüssigtrennung,
1. Ausgabe 1991, Vulkan Verlag, Essen, S. 57 bis 64 beschrieben.
Bisher wurden die Filterhilfsmittel, nachdem sie mit Schmutzteilchen
angereichert waren, verworfen. In jüngerer Zeit ist man dazu übergegangen,
die Filterhilfsmittel reinigen, um sie wieder verwenden zu können (vgl.
DE 36 17 519 A1 ).
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Die
DE 41 10 252 C1 beschreibt
ein Verfahren zum Filtrieren von Getränken und anderen Flüssigkeiten,
wobei als Fiterhilfsmittel eine Mischung aus faserigen und körnigen Teilchen
verwendet wird. Eine Reinigung des Filterhilfsmittels erfolgt, indem die
im Filterkuchen während
der Filtration zurückgehaltenen
Bestandteile mit geeigneten Lösungsmitteln aus
dem Filterkuchen herausgelöst
herausgespült werden.
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In
der
EP 0 611 249 A1 ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Filtration zwei unterschiedliche
Fraktionen an Filterhilfsmittel verwendet werden, nämlich eine
Grobfraktion, die zur Überbrückung der Spalte
im Trägermaterial
und als Träger
der nächsten Grundanschwemmung,
nämlich
einer Feinfraktion, dient. Zur Reinigung wird das Filterhilfsmittel
in einem Zwischentank verschiedenen Reinigungsbehandlungen unterworfen.
Danach erfolgt eine Auftrennung des Filterhilfsmittels in die beiden
Fraktionen, die dann zur erneuten Filtration wieder eingesetzt werden
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, auf
Grund derer die Reinigung des Filterhilfsmittels technisch einfacher und
wirtschaftlicher gestaltet werden kann.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Anschwemmfilter, insbesondere in Form eines Horizontalfilters,
so ausgestaltet wird, dass nur eine Art an Filterhilfsmittel, nämlich eine
Feinfraktion an feinkörnigem
Filter hilfsmittel, benötigt
wird. Hierzu ist beim Anschwemmfilter nach der Erfindung eine feinporöse Anschwemmunterlage
in Form einer Membran vorgesehen, die die erste Anschwemmung des sonst üblichen
Filterhilfsmittels ersetzt und deren größte Porenweite höchstens
gleich dem kleinsten Durchmesser des Filterhilfsmittels ist und
im Bereich von 0,1 bis 80 μm
liegt. Die erste Anschwemmung ist in der Regel eine Grobfraktion,
die jetzt entfällt.
Eine Feinfraktion von Filterhilfsmittel kann dadurch unmittelbar
auf der Anschwemmunterlage angeschwemmt werden. Grobfraktionen,
Mittelfraktionen und Feinfraktionen unterscheiden sich voneinander
durch eine abgestufte mittlere Teilchengröße. Durch diese Ausgestaltung
ist es möglich,
das Filterhilfsmittel, wenn es verschmutzt ist, aus dem Filter auszutragen und
außerhalb
des Filters Reinigungsbehandlungen zu unterwerfen. Da nur eine Art
des Filterhilfsmittels verwendet wird, ist eine nachträgliche Auftrennung bzw.
Fraktionierung nicht mehr erforderlich. Ein geeignetes Filterhilfsmittel
ist Kieselgur. Auch andere regenerierbare Filterhilfsmittel, wie
sie z.B. in der
DE 41
10 252 C1 und der
EP
0 611 249 A1 beschrieben sind, können verwendet werden.
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Als
feinporöse
Anschwemmungsunterlage können
mit Vorteil Membranen vorgesehen sein, die normalerweise für die Oberflächenfiltration
eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft erweisen sich Membranen,
die im Filter auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Membranträger aufliegen.
Sehr gute Ergebnisse werden erhalten mit Membranen aus Polytetrafluorethylen
(PTFE). Solche Membranen liegen mit der geeigneten Porosität vor und
können
beispielsweise aus Goretex® hergestellt sein. Eine
sehr vorteilhafte PTFE-Membran liegt in Form eines feinmaschigen
Drahtnetzes oder Gewebes vor, das beidseitig mit einem porösen PTFE-Belag versehen ist.
In geeigneter Weise beschichtete Gewebe oder dergleichen, z.B. aus
Draht, können
durch in das Gewebe eingefällte
Polymere unter Ausbildung von porösen Membranen hergestellt werden.
Geeignete Anschwemmunterlagen können
auch aus porösem
Sinterma terial, z.B. solchen aus PTFE (Goreflo®) gefertigt
sein. Die Porenweite der feinporösen
Anschwemmunterlage liegt im Bereich von 0,1 bis 80 μm, wobei die
Größe im einzelnen
von der Art der Anschwemmunterlage abhängt. Sie kann vorzugsweise
im Bereich von 10 bis 20 μm
liegen.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin die Reinigung des Horizontalfilters.
Diese Reinigung wird vorgenommen, nachdem das Filterhilfsmittel
aus dem Filter entfernt ist. Zur Reinigung werden normalerweise verschiedene
Reinigungs- und Behandlungslösungen
verwendet. Da insbesondere die Getränke, aber auch andere zu filtrierende
Flüssigkeiten,
häufig
organische Feststoffe als Verunreinigungen enthalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass mindestens eine Behandlungslösung zur Reinigung des Filters eine
Enzymlösung
ist. Die Enzymlösung
enthält
mit Vorteil eine Mischung aus verschiedenen Enzymen. Ihre Zusammensetzung
und Abmischung richtet sich nach der Art der verunreinigenden Feststoffe.
Werden mit dem Filter Getränke,
wie Fruchtsäfte
oder Bier, filtriert, dann enthält
die Enzymlösung
vorzugsweise Enzyme, die zum Abbau von Zuckern, Stärke, Pektin,
Eiweiß usw.
geeignet sind. Geeignete Enzymmischungen sind im Handel erhältlich.
Sie sind in der
EP
0 611 249 A1 in Verbindung mit der Reinigung von Kieselgur
außerhalb
des Filterkessels und in der Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik,
Kessler, 3. Auflage 1988, Seite 507 in Verbindung mit Membranen
beschrieben. Vorzugsweise wird mit erhöhter Temperatur gearbeitet,
wobei die jeweils angewendete Temperatur sich nach dem Wirkoptimum
des Enzyms oder der Enzymmischung richtet. Auf die Reinigung mit
Enzymlösungen
können
weitere Reinigungsstufen folgen. Zwischen den einzelnen Reinigungsstufen
und vorzugsweise vor Beginn der ersten und/oder nach Beendigung
der letzten Behandlung mit einer Reinigungslösung wird der Filter mit Vorteil mit
Spülwasser
gespült,
wobei kalkarmes Wasser bevorzugt ist. Zur Behandlung mit Reinigungslösung und/oder
zum Spülen
wird der Innenraum des Filters vorzugsweise vollständig mit
Flüssigkeit
gefüllt,
damit nicht nur die Anschwemmunterlage, sondern sämtliche Teile
im Innenraum des Filters gereinigt werden. Die Einstellung der gewünschten
Temperatur während
der Reinigung kann in einfacher Weise dadurch vorgenommen werden,
dass das Spülwasser
mit einer Temperatur eingefüllt
wird, die eine Vorwärmung
des Filters auf die gewünschte
Temperatur mit sich bringt. Durch eine solche vorherige Temperierung
des Filters kann die Behandlungslösung mit der für die Behandlung
optimalen Temperatur eingefüllt
werden.
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Insbesondere
dann, wenn der Filter zur Filtrierung von Getränken dient, ist es vorteilhaft,
im Anschluss an die Enzymbehandlung eine Reinigung des Filters mit
einer alkalischen Lösung
vorzunehmen, da nach der Enzymbehandlung anfallende Bruchstücke der
Verunreinigungen besonders gut in Alkali löslich sind. Im Gegensatz zu
einer alkalischen Reinigung von Filterhilfsmitteln auf Basis von
Kieselsäure
ist es bei der Reinigung des Filters selbst nicht erforderlich,
besonders schonend vorzugehen. Es ist sogar vorteilhaft, wenn mögliche Reste
von Filterhilfsmittel, die sich im Filter abgesetzt haben, bei der Alkalibehandlung
aufgelöst
werden. Insbesondere im Anschluss an die Alkalibehandlung kann sich
dann eine Säurebehandlung
anschließen.
Es wurde überraschenderweise
gefunden, dass mit einer solchen Säurebehandlung unerwünschte Verfärbungen
von Membranen beseitigt werden können,
so dass die Membran wieder ihr ursprüngliches frisches Aussehen
erhält.
Wenn erwünscht,
kann auch noch eine Behandlung mit einem Oxidationsmittel durchgeführt werden,
um etwa anhaftende restliche organische Substanzen durch Oxidation
zu beseitigen.
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Die
Zeitdauer, mit der die einzelnen Behandlungen durchgeführt werden,
hängt weitgehend
von der Art der Verunreinigungen und der Art des Behandlungsmittels
ab. In der Regel reicht eine Behandlung im Zeitraum von 5 bis 60
Minuten aus. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die
Behandlungslösung,
mit der der Filter zur Reinigung angefüllt ist, in diesem ruhig stehen
zu lassen, ohne eine Umwälzung
durch die Anschwemmunterlage hindurch durchzuführen. Sollte eine solche Umwälzung jedoch
in einzelnen Fällen
gewünscht
oder erforderlich sein, dann erfolgt sie vorzugsweise in umgekehrter
Richtung zur Fitrationsrichtung, wobei insbesondere bei Anschwemmunterlagen
in Form von Membranen nur ein geringer Differenzdruck angewendet
wird, um die Anschwemmunterlage nicht zu beschädigen.
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Die
beschriebenen Merkmale und weitere Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit den Unteransprüchen und
den Zeichnungen. Hierbei können
die einzelnen Merkmale jeweils für
sich oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Filteranlage mit einem Anschwemmfilter,
und
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2 in
schematischer Darstellung einen Schnitt durch den Anschwemmfilter.
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellteilteranlage
ist ein Anschwemmfilter 1 in Form eines Horizontal- oder
Kesselfilters vorgesehen. In einem Filterkessel 2 sind
auf einer vertikalen antreibbaren Hohlwelle 3 zahlreiche
tellerförmige
Filterelemente 4 horizontal angeordnet, die mit der Welle 3 drehbar sind.
Produkteinlauf 5 und Filtratausgang 6 verlaufen zentral über die
Hohlwelle 3 von unten nach unten. Die Filterelemente 4 weisen
an ihrer Oberseite eine Anschwemmunterlage 7 in Form einer
PTFE-Membran (Goretex®) auf, die auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Membranträger 8,
z.B. einem Normalgewebe, aufliegt. Die PTFE-Membran 7 besteht
aus einem feinmaschigen Metalldrahtgewebe, das beidseitig mit dünnen porösen Membranen
aus PTFE beschichtet ist. Die Öffnungsweiste
der PTFE-Membran 7 beträgt bei
dieser Ausführungsform
ca. 14 μm.
Die PTFE-Membran ermöglicht
das Anschwemmen von Filterhilfsmittel, z.B. Kieselgur, und den Aufbau
eines Filterkuchens 9 mit nur einer Art an Filterhilfsmittel, nämlich einer
Feinfraktion, und ersetzt eine sonst übliche erste Anschwemmung,
z.B. einer Grobfraktion des Filterhilfsmittels. Die Gesamtdicke
der Membran beträgt
etwa 2 mm.
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Die
Filteranlage weist außer
dem Kesselfilter 1 noch einen gesonderten Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter 10 auf,
der über
eine Dosierleitung 11 zu einer Zuleitung 12 von
Unfiltrat zum Filterkessel 2 mündet. Im Vorratsbehälter 10 wird
frisches Filterhilfsmittel in Wasser dispergiert, um beim ersten
Anfahren der Filteranlage die Anschwemmschichten auf der Anschwemmunterlage 7 zu
bilden und im laufenden Betrieb durch Zusatz der Dispersion zum
Unfiltrat des Getränks
den Filterkuchen 9 während
der Anschwemm-Filtration aufzubauen. Weiterhin dient der Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter 10 dazu,
das im Laufe der Filtration verunreinigte Filterhilfsmittel zu reinigen.
Zum Überführen des
verunreinigten Filterhilfsmittels besitzt der Filterkessel 2 an
seiner Unterseite einen Filterkuchen-Austragstutzen 13 und eine
von dort ausgehende Verbindungsleitung 14 zum Vorratsbehälter 10.
In diesem Behälter
kann das Filterhilfsmittel unter Bewegung, insbesondere mit einem Rührer 15,
mit der jeweiligen Behandlungslösung versetzt
und zur Auflösung
und Desintegrierung von abgelagerten Schmutzstoffen behandelt werden.
Die Filteranlage weist weiterhin noch Einlassstellen 16 für Wasser
sowie Einströmventile 17 für Luft und
ein Einströmventil 18 für ein Inertgas,
insbesondere CO2, auf. Daneben sind noch
zahlreiche Ventile und Messgeräte,
insbesondere Druckmessgeräte
vorhanden, die hier im einzelnen nicht beschrieben sind.
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Zu
Beginn eines Filtervorgangs wird zunächst eine ausreichende Mindestmenge
einer Feinfraktion an frischem oder gereinigtem Filterhilfsmit tel in
Form einer Suspension aus dem Vorratsbehälter 10 über die
Dosierungsleitung 11 in die Unfiltratleitung 12 und über die
Zulaufleitung 5 von unten her durch die Hohlwelle 3 in
den Filterkessel 2 geführt und
in diesem auf der PTFE-Membran als Anschwemmunterlage abgeschieden,
um eine Filtration durchführen
zu können.
Danach lässt
man die zu filtrierende Flüssigkeit,
z.B. ein Getränk,
in die weiteres Filterhilfsmittel eindosiert wird, zulaufen. Dabei
scheiden sich in der zu filtrierenden Flüssigkeit enthaltene Feststoffe,
insbesondere organische Trübteilchen,
in dem stetig wachsenden Filterkuchen 9 ab. Bei Erreichen
einer maximalen Schichtdicke des Filterkuchens oder schon früher, wenn
ein maximaler Differenzdruck (Δp)
zwischen Einlauf 5 und Filtratausgang 6 erreicht
ist, wird der diskontinuierliche Filtervorgang unterbrochen, um
den Anschwemmfilter und das Filterhilfsmittel reinigen zu können.
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Hierzu
wird der Filterkessel 2 entleert, indem die restliche zu
filtrierende Flüssigkeit
mittels Druckgas, z.B. CO2 oder Luft, aus
dem Kessel ausgepresst wird. Der auf den Filterelementen 4 über der PTFE-Membran 7 aufgebaute
Filterkuchen 9, der zum Beispiel eine Schichtdicke von
20 bis 25 mm erreicht hat, wird zunächst mechanisch von den Filterelementen 4 entfernt.
Dies kann bei Horizontal-Drehfiltern durch Drehen der Hohlwelle 3 mit
einer erhöhten
Drehzahl von zum Beispiel 240 U/min vorgenommen werden, wodurch
der Filterkuchen 9 zerbricht, radial nach außen abgeschleudert
wird, nach unten fließt
und durch den Filterhilfsmittel-Austragsstutzen 13 aus
dem Kessel entfernt und über
Leitung 14 in den Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter 10 überführt wird. Ein
Freispülen
der PTFE-Membran erfolgt mit Hilfe von Wasser, das über den
Produkteinlauf 5 oder eine Spülleiste oder Sprühleiste über die
sich drehenden Filterelemente gespült wird. Je nach Feststoffgehalt des
entfernten Filterkuchens kann das Spülwasser mit dem restlichen
Filterhilfsmittel ebenfalls in den Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter überführt werden.
In der Regel wird der Filterkuchen mit einem Feststoffgehalt von
30 bis 35 Trockensubstanz gewonnen.
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Im
Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter 10 wird das
Filterhilfsmittel in mehreren aufeinander folgenden Stufen gereinigt,
indem es jeweils mit einer Reinigungslösung versetzt, über eine
ausreichende Verweildauer mit diesem in Kontakt gelassen wird, wobei die
Dispersion vorzugsweise bewegt, insbesondere gerührt wird. Zur Abtrennung der
Reinigungsflüssigkeit
vom Filterhilfsmittel ist derselbe Anschwemmfilter 1 vorgesehen,
der auch zur eigentlichen Filtration der zu filtrierenden Flüssigkeit
dient. Dadurch entfällt ein
zusätzlicher
Filter für
die Reinigung. Hierzu wird die Dispersion aus Filterhilfsmittel
und Reinigungsflüssigkeit
durch Dosierleitung 11, Unfiltratleitung 12 und
Produktzuleitung 5 in den Anschwemmfilter 1 geleitet.
Das Filterhilfsmittel wird in üblicher
Weise auf den Filterelementen 4 angeschwemmt und baut den Kuchen 9 auf,
wobei sich die Höhe
des Filterkuchens automatisch einstellt, weil die Menge an Filterhilfsmittel
ohnehin schon zuvor im Anschwemmfilter enthalten war. Nach Abtrennen
der Reinigungslösung über die
Leitung des Produktausgangs 6 und Auspressen der Restflüssigkeit,
z.B. mittels CO2, kann der Filterkuchen 9 in
der zuvor beschriebenen Weise erneut aus dem Anschwemmfilter ausgetragen
und zur weiteren Reinigungsstufe in den Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter 10 überführt werden.
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Als
Reinigungsstufen können
eine oder mehrere der folgenden Behandlungen, vorzugsweise in der
aufgeführten
Reihenfolge, vorgesehen sein
- a) Reinigung mit
Enzymlösungen,
vorzugsweise mit einer Mischung verschiedener Enzyme,
- b) Reinigung mit schwachem Alkali,
- c) Reinigung mit schwacher Säure,
- d) Reinigung mit mindestens einem Oxidationsmittel.
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Am
Ende und zwischen den einzelnen Reinigungsstufen können Spülgänge mit
Wasser eingeschaltet werden. Weiterhin hat sich eine Ultra schallbehandlung
als vorteilhaft erwiesen, um Schmutzteilchen vom Filterhilfsmittel
zu trennen. Diese Behandlung kann beispielsweise in einer der Transportleitungen
vorgenommen werden oder im Reinigungs- und Vorratsbehälter 10.
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In
entsprechender Weise werden der Innenraum des Filterkessels 2 und
die Filterelemente 4, inbesondere die PTFE-Membran 7 und
ihre Träger 8 gereinigt.
Dies kann in der Weise vorgenommen werden, dass die Reinigung des
Filterinnenraumes und der darin enthaltenen Teile während des
jeweiligen Trennvorganges der Reinigungs- und Spüllösung vom Filterhilfsmittel
erfolgt. Die jeweilige Behandlungslösung ist dabei vorzugsweise
so eingestellt, dass ihre Restkapazität an Behandlungsmittel mindestens
so groß ist,
dass sie auch für
die Reinigung des Filters ausreicht.
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Zumindest
bei der Behandlung des Filters mit Enzymlösung ist es jedoch bevorzugt,
diese Behandlung gesondert, d.h. getrennt von der Reinigung und
Abtrennung des Filterhilfsmittels durchzuführen. Insbesondere ist es von
Vorteil, die gesamte Reinigung des Filterinnenraumes getrennt vorzunehmen, d.h.
räumlich
getrennt von der Reinigung des Filterhilfsmittels und zeitlich getrennt
von der Abtrennung des Filterhilfsmittels von den Reinigungs- und
Spüllösungen.
Solange jeweils das Filterhilfsmittel aus dem Filter entfernt und
in den Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter überführt ist,
kann der leere Filter mit vorzugsweise einer gleichen Reinigungs-
oder Spülflüssigkeit
gefüllt
und bei gleichen Temperaturen und im wesentlichen gleicher Zeitdauer
behandelt werden. Zur Behandlung und Reinigung reicht die bloße Befüllung des
Filters und ein Einwirkenlassen der Lösung aus. Ein Rückspülen des
Filters mit der Reinigungs- oder Behandlungslösung ist nicht erforderlich.
Falls sie aus besonderen Gründen
erwünscht
ist, wird eine Rückspülung nur
mit geringem Gegendruck durchgeführt,
um eine Beschädigung
der Membran zu vermeiden.
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Die
einzelnen Reinigungsbehandlungen sowohl im Filterhilfsmittel-Vorratsbehälter als
auch im Filter selbst werden vorzugsweise bei erhöhter Temperatur
durchgeführt,
um die Reinigung wirksamer zu gestalten und zu beschleunigen. So
erfolgt die Enzymbehandlung in der Regel bei Temperaturen, die dem
Wirkoptimun der Enzyme entsprechen. Die Behandlungsdauer mit der
Enzymlösung
liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 60 Minuten. Spülvorgänge mit
Wasser, einschließlich
etwaiger Zwischenspülungen,
werden in der Regel bei Temperaturen zwischen Umgebungstemperatur
und 100 °C
durchgeführt. Eine
Alkalibehandlung ist bei der Reinigung des Filters bevorzugt und
erfolgt in der Regel bei Temperaturen zwischen 40 °C und 120 °C, insbesondere
zwischen 60°C
und 100 °C,
während
einer Zeitdauer von 5 bis 120 Minuten. In entsprechender Weise können auch
die Säure
und die Oxidationsbehandlung durchgeführt werden. Vorzugsweise werden
die Säure und/oder
Oxidationsbehandlung bei Raumtemperatur oder darunter durchgeführt. Bei
der Reinigung des Filterhilfsmittels hängt es vorwiegend von der Alkalistabilität des Filterhilfsmittels
ab, ob eine Alkalibehandlung durchgeführt wird. Da Kieselgur Alkali-empfindlich
ist und sich in Alkali auflösen
kann, wird, sofern es die Verunreinigungen erlauben, auf eine Alkalibehandlung
verzichtet oder eine solche in größeren Intervallen, d.h. erst
dann wieder durchgeführt,
nachdem einige Reinigungen ohne Alkalibehandlung vorgenommen wurden.
Etwa aufgelöstes Filterhilfsmittel
kann durch Eindispergieren von frischem Filterhilfsmittel im Vorratsbehälter 10 kompensiert
werden. Gegebenenfalls kann auch unter sehr milden Bedingungen,
d.h. bei niedrigen Temperaturen und geringen Alkalikonzentrationen,
gearbeitet werden.