DE19702705A1

DE19702705A1 - Verfahren in der Form der Oberflächen- und Tiefenfiltration, zur Gewinnung von Filtraten aus wäßrigen Medien unter Verwendung von Filtervliesen

Info

Publication number: DE19702705A1
Application number: DE1997102705
Authority: DE
Inventors: Erhard Wendlandt
Original assignee: Erhard Wendlandt
Current assignee: WENDLANDT, ERHARD, 18445 PROHN, DE
Priority date: 1997-01-25
Filing date: 1997-01-25
Publication date: 1998-07-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit Fil termittel zur Oberflächen- und Tiefenfiltration von flüs sigen Medien - vorzugsweiser Einsatz bei der Aufbereitung von Trink- Brauch- und Abwasser - der im Gattungsteil des Patentanspruches genannten Art.

Es sind eine Vielzahl von Verfahren und Filtermedien bekannt, die in Form der sogenannten Mikrosiebung oder des Mikrostrainings ihre Anwendung finden. Ebenso ist der Einsatz von Filtervliesen bei der Langsam filtration, die der Aufbereitung von Oberflächen-, Fluß- und auch Grundwässer zu Trinkwasser dienen, bekannt. Hier verfolgt der Aufbereitungsschritt mit Filtervliesen den Zweck der Vor- oder Zwischenreinigung. Nachteilig wirkt sich aus, daß weitere Aufbereitungsschritte nachgeschaltet werden müssen. Nachteilig ist aber auch, daß nur relativ grobe Filtervliese zur Anwendung gelangen können, wo durch ein zu schnelles "zusitzen" verhindert wird. Durch die relativ weiten Poren der Filtervliese können relevan te Mikroorganismen wie Bakterien, Protozoen, Feinparti kel organischer und anorganischer Art u. a. nicht zurückge halten werden.

Andererseits sind insbesondere Wasserreinigungstechniken bekannt, die - wie zum Beispiel die Fibrotex-, Ultra-, Nano-, und Hyperfiltration - ein sehr partikelarmes bis -freies Trinkwasser liefern aber den großen Nachteil besitzen, daß die hierfür benötigten Anlagen in der Anschaffung und Be treibung enorm teuer sind. Bei den hier genannten Verfah ren erreichen einige einen sehr hohen Reinigungsgrad, der z. B. in offenen Trinkwasserbehältern und Transportsyste men, durch Kontamination über die Luft (Bakterieneintrag, Staub u.ä.) wieder zunichte gemacht wird.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt als enorm preisgünstige und außerdem als hoch effiziente Reinigungsstufe zu fungieren. Diese Neue rung wird durch die Anwendung des PICOSIEBVERFAH RENS erreicht, bei dem Filtervliese zur Anwendung gelan gen mit Porenweiten, die einen Größenklassenbereich ab decken, der das Rückhaltevermögen von Partikeln mit einer Größe von ca. 2 µm bis 0,2 µm abdeckt.

In der Planktologie wird der Begriff "Picoplankton" für Organismen im Größenbereich von 0,2 bis 2 µm verwen det [1].

Mit der PICOFILTRATION kann dieser Größenklassen bereich erfaßt werden, in den sich fast ausschließlich sämtliche für die Trinkwasserversorgung relevante Mikro organismen ( Bakterien, Parasiten, z. B. Cryptosporidien und Giardien, ausschließlich eines Teils der Viren) ein ordnen lassen.

Der vorteilhafte und große Unterschied zu bisher einge setzten Mikrosiebgeweben hat das zur PICOFILTRATION eingesetzte Filtermaterial (vorzugsweise ein Polypropylen-Vlies) eine wesentlich anders aufgebaute Textur, die aus ungeordneten, vorzugsweise aus gleichförmigen Kunst stoff-Mikrofasern besteht, die durch im Gewebe gleichför mig verteilte Schweißpunkte fixiert sind. Bild 1 zeigt ein typisches Mikrogewebe, Bild 2 den Aufbau eines Pico-Filtervlieses (A zeigt die Mikrofasern in starker Ver größerung, B eine punktuelle Schweißstelle).

Vorteilhaft ist die wesentlich bessere Fluxrate und das Rückhaltevermögen eines Pico- Filtervlieses gegenüber eines Mikrosiebgewebes.

PICO-FILTRATIONS-ANLAGEN (PFA) können vor vorzugsweise in folgenden Ausführungen betrieben werden:

1. Einstaufiltrationsbetrieb, wie in Bild 3 dargestellt
2. Freifallfiltrationsbetrieb
3. Filterbandverfahren mit Einstau
4. Filterbandverfahren mit Freifall
5. Säulenfiltrationsverfahren in senkrechter Ausführung.

Die Einstauverfahren unterscheiden sich von den Frei fallverfahren dadurch, daß im ersten Fall durch Einstau des Filtervlies eine Siebentlastung durch das zu fil trierende Medium stattfindet. Hingegen wird bei der zwei ten Variante im freien Fall filtriert, d. h., daß sich zwi schen Filtervlies und Wasserspiegeldes Filtrates ein Luftpolster befindet.

In Bild 3 ist schematisch die Ausführung einer PICO-FILTRATIONS-ANLAGE nach der Erfindung für den Einstaufiltrationsbetrieb und den Freifallfiltrationsbetrieb dargestellt.

Die Zufuhr des zu reinigenden Mediums - vorzugsweise Wasser, z. B. Schnellsandfilter-Filtrat - erfolgt durch die Einspeisung (1) durch die Achse der Filtertrommel (2). Das zu reinigende Medium dringt fast drucklos durch das Pico-Filtervlies (3) und gelangt von dort über das Stau wehr (9) (bei der Variante des Freifallfiltrationsbetriebes entfällt das Stauwehr, wobei sich zwischen dem Wasser spiegel des filtrierten Mediums und der Picosiebtrommel ein Luftpolster befindet) zu den Filtratablaufhähnen (8). Das Pico-Filtervlies wird durch Filterspannbügel (21) auf die Filtertrommel fest aufgespannt. Bei der Anwen dung von Evolventen, die der Filterflächenvergrößerung dienen, ist es auch hier unabdingbar, daß das Pico-Filter vlies fest angepaßt wird, um völlige Dichtheit zu ge währleisten.

Das Abspritzen des Siebgutes von dem Pico-Filtervlies erfolgt mit Hilfe der Düsenlanzen (6 und 11), die von der Spritzwasserpumpe (5) mit bereits picofiltriertem Medi um versorgt wird. Die nach der Erfindung neu eingerich tet Düsenlanze (11) gewährleistet ein wesentlich leichteres Herausspülen von Filtersiebgut aus dem Pico-Filtervlies. Das Filtersiebgut wird in dem Auffangtrichter (4) aufge fangen und über das durch die Filtertrommelachse führen de Abflußrohr (7) nach außen abgeführt.

Die Pico-Filtertrommel ist - bei Betrieb nach der Variante des Staufiltrationsbetriebes - in der Betriebsstellung bis ca. zur Hälfte (Stauwehrhöhe/Überfallkante) eingestaut.

Beim stehenden Betriebszustand der Pico-Filtrations-An lage, bei dem eine Belegung des Durchgangsquerschnittes des Pico-Filtervlieses mit Filtergut einen erhöhten Filter effekt - durch Verengung der Öffnungsweite der Filterpo ren - hervorruft und gleichzeitig einen Staudruck verur sacht, kann mit der Staudruckautomatik (15) die Pico-Filtertrommel in Rotation gesetzt und das Pico-Filtervlies, bei Erreichen einer vorgegebenen Staudruckmarke, abgespritzt werden.

Bei starkem Verschmutzungsgrad des zu filtrierenden Mediums und beim Abspritzprozeß des Pico-Filtervlies wird die Filtertrommel durch den in beide Richtungen stufenlos regelbaren Antriebsmotor (10) über einen Keil riemen und ein Antriebsrad (12) bewegt. Die Versor gungskammern (17) sind für die Aufnahme von UV- Strahlern - zur eventuell nachfolgenden Desinfektion - vorgesehen. Über den Grundablaß (13) kann die Pico-Fil trations-Anlage, z. B. nach Reinigung, entleert werden. Filtratablauf (14) stellt den Hauptablauf des picofiltrierten Mediums dar.

Die Pico-Filtertrommel ist fliegend auf eine einseitig ge lagerte Edelstahlachse im mediumgeschmierten - vorzugs weise aus nicht quellendem Material gefertigtem - Kunst stofflager (19) gelagert und mit Dichtungsringen abgedich tet. Außenlager (16) sorgt für zusätzliche Stabilität. Gegen Verschmutzung von außen ist die Pico-Filtrations-Anlage mit einem Deckel (20) ausgestattet.

Bei Pico-Filtrations-Anlagen, die nach dem Prinzip des Freifallfiltrationsbetriebes betrieben werden, ist zu be achten, daß das Pico-Filtervlies durch einen Filter-Stützkorb gehalten wird, um eine starke Zugbelastung abzufangen.

Bild 4 zeigt nach der Erfindung beispielhaft eine Pico-Filfrations-Anlage, wie sie zur Nachbehandlung von Schnellsandfilterfiltraten eingesetzt werden kann, wobei Einstaubetrieb sowie auch Freifallbetrieb möglich ist. Auß erdem können miniaturisierte Pico-Filter-Anlagen die ser Bauart - wie z. B. in Bild 4 dargestellt - zur schnel len Gewinnung größerer Mengen Filtergutes, das z. B. aus mehreren Kubikmetern einer Wassermenge zum Nach weis für pathogene Parasiten, wie Kryptosporidien und Giardien, gewonnen werden muß. Der heutige Stand der Technik kennt für die Gewinnung diesbezüglicher Sub strate zwei gängige Verfahren:

1. die Flockungs- und Sedimentationsmethode mit Dich tegradientenanreicherung und
2. die Durchlaufzentrifugation.

Den beiden zuletzt genannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie sehr zeit- und personalaufwendig sind. Nachteilig wirken sich diese Gewinnungsverfahren dadurch aus, daß oft mehrere Tage benötigt werden, um entsprechende Sub stratmengen für die Untersuchungen zu gewinnen. Hingegen bewältigt diese Aufgabe das Verfahren nach der Erfindung in wenigen Stunden.

Nach der Erfindung wird die gesamte Pico-Filtrations-Anlage (I) in die Haltevorrichtung (II) eingestellt. Über die in der staubdichten Abdeckung (7) integrierten Zulaufvorrichtung (8) (III) wird das zu filtrierende Me dium der Filtrationsanlage zugeführt und über das Verteil system (9) möglichst turbulenzarm über die gesamte Filter fläche verteilt.

Das zu filtrierende Medium passiert zunächst den gitter förmig aufgebauten inneren Filtervlies-Fixier-Korb (6) und dann das Filtervlies (5), dessen Porenweite kleiner 10 µm beträgt. Das Filtrat passiert dann den Filtervlies-Korb (4) und gelangt dann zu der Filtratsammel- und Auslaufvorrichtung (2), die sich im Bodenbereich der Filtrat-Sammelwanne (3) befindet.

Bei Wasseraufbereitungsanlagen, die z. B. der Reinigung bereits aufbereiteten Trinkwassers dienen, kann die ge samte Filtrationseinrichtung frei über ein Filtratsammel becken hängen, wobei zwischen Filterboden und dem Fil tratwasserspiegel ein Luftpolster besteht. Bei der Einstau variante taucht der Filterboden in das Filtrat ein.

Die nach der Erfindung betriebene Pico-Filtration läßt sich auch in der Form von Filtervliesbändern betreiben, wobei das zu filtrierende Medium einem in U-Form aus gebildeten Filtervlieskörper zugeführt wird, der - an den Enden hochgezogen - ebenfalls einer Siebwanne (wie ob en beschrieben) gleicht und funktionell ausgestaltet ist. Dieses Filtervlies kann kontinuierlich in Bewegung gehal ten werden und an den Enden durch Reinigungsvorrich tungen gereinigt werden.

Es ist auch eine Ausfürung der Pico-Filtration nach der Erfindung in Säulenform und in senkrechter Ausführung vorgesehen, wobei diese Filter entweder in offener oder geschlossener Form betrieben werden.

Bild 5 stellt beispielhaft ein Filtervlies-Modul dar (V). Dieses Modul wird in ein Filtergehäuse so eingebracht, daß ein Filterbetrieb unter Druck, Vakuum oder drück los möglich ist, d. h., daß offene und geschlossene Syste me betrieben werden können.

Bei der Gestaltung des Filtermittels (Filtervlies) kann e benso ein in Sandwichform aufgebautes Mehrlagenvlies Anwendung finden, wobei außerdem noch Aktivkohle ein gearbeitet werden kann, die der Adsorption von gelösten organischen Schadstoffen dient.

Durch Anwendung von magnetischem oder magnetisier barem Material kann ein erhöhter Reinigungseffekt erzielt werden, wenn zum Beispiel Eisenpartikel - anwendungs technisch relevant bei der Flockungsreinigung mit Eisen salzen bei der Wasserbehandlung und -aufbereitung - mit entfernt werden sollen. Auch Wasser, das durch Beauf schlagung mit Korrosionsprodukten aus korrodierten Transportleitungen mit Eisen kontaminiert ist, kann so gereinigt werden.

Die Pico-Filtration kann auch vorteilhaft im Bereich der Wasser- und Abwasseranalytik eingesetzt werden. Mit relativ geringen Filterflächen lassen sich schnell größere Mengen Wasser filtrieren, um höhere Konzentrationen an partikulären Wasserinhaltsstoffen zu gewinnen. Als Beispiel kann angegeben werden, daß mit einer Filter fläche von ca. 200 cm² (Öffnungsquerschnitt: ca. 1 bis 1,2 µm), mit einem Überstau von 8 cm - quasi fast drucklos - ca. 300 l/h Filtrat/Reinwasser filtriert werden können. Ein Partikel-Verteilungsspektrum von resuspen diertem Filterrückstand einer Filtration von 5,4 m³ Rein-Wasser nach Aufbereitung ist in Bild 6 dargestellt. Es wird deutlich, daß im Größenbereich 3-6 µm und im Be reich 10-15 µm noch Partikel in signifikanten Mengen zurückgehalten werden.

Unter diesen zurückgehaltenen Partikeln befinden sich auch solche, die bis hinter 0,5 µm groß sind und bei de nen es sich zum Teil um Bakterien handelt, die dafür mit verantwortlich sind, daß viele Trinkwässer zur Wieder verkeimung neigen.

In jedem Fall werden zum Beispiel pathogene Parasiten wie Kryptosporidien und Giardien (mit ihren vegetativen Formen, wie Oozysten u,a.) zurückgehalten und elimi niert, da diese größer als 5 µm sind.

Literatur

[1] Sommer, U.: Planktologie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 274 S. (1994)

Claims

1. Verfahren in der Form der Oberflächen- und Tiefenfil tration, zur Gewinnung von Filtraten aus wäßrigen Medien unter Verwendung von Filtervliesen, dadurch gekennzeichnet, daß die verwen deten Filtervliese aus Kunststoff-Mikrofasern bestehen und ein Rückhaltevermögen von Partikeln besitzen, die der Größenklasse vorzugsweise von 0,2 bis 2 µm und auch größer besitzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verfahren im Filtrationseinstau betrieb zur Anwendung gelangt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verfahren im Freifallfil trationsbetrieb eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verfahren im Filterbandverfah ren mit Einstau betrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verfahren im Freifall be trieben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren im Säulenfiltrations verfahren in senkrechter Ausführung betrieben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß vorzugsweise Filtervliese eingesetzt werden, die aus Polypropylen-Mikrofasern be stehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß andere Kunststoff-Mikrofa sern in Form von Filterfliesen zur Anwendung gelan gen.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Konditionierung der Fil tervliese Netzmittel verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß magnetisches beziehungswei se magnetisierbares Material den Filtervliesen unter- oder beigemischt wird und Anlagenteile magnetisch oder magnetisierbar ausgeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Aktiv kohle verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß eine mehrstufige Anwendung durchgeführt wird; das heißt, daß beliebig viele Filtrati onsanlagen und Filtervliese nacheinander oder im Ver bund betrieben werden.

13. Verfahren nach 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß kombinierte Gewebesysteme in Sandwichform zur Anwendung gelangen.

14. Verfahren nach 1 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß geschlossene Systeme verwendet werden, die ohne oder mit Druck betrieben werden können.