DE2042353B2 - Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einem Filterbett aus körniger, insbesondere adsorptiv wirkender Filtei masse, das einen von Filtermasse freien Hohlraum umschließt und an dessen Wandungen freie Abböschungen bilde:, an denen die in den Hohlraum eingeleitete, zu filternde Flüssigkeit in das Filterbett einströmt, sowie mit Einrichtungen zur Entnahme verbrauchter und zum Nachfüllen frischer Filtermasse.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus FR-PS 322 093 bekannt. Ein Problem bei derartigen Filtriereinrichtungen ist die Regenerierung bzw. Erneuerung verschmutzter oder verbrauchter Filtermasse. Bei der bekannten Vorrichtung ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, um der Filtermasse Spülflüssigkeit zuzuführen, die durch Rührarme zusätzlich verwirbelt werden kann, und ferner kann die Filtermasse, wenn sie nach mehrmaliger Spülung nicht mehr funktionsfähig ist, durch Abkratzen am unteren Ende des Filterbettes entfernt werden.

Diese Vorrichtung trägt jedoch nicht der Tatsache Rechnung, daß die Filtermasse unterschiedlich verschmutzt bzw. verstopft wird, nämlich dort am stärksten und schnellsten, wo die Flüssigkeit an den freien Abböschungen in das Filterbett eintritt. Will man es nicht bis zur völligen Verstopfung dieser zuerst angeströmten Schicht kommen lassen, so muß man bei der bekannten Vorrichtung das ganze Filterbett ausräumen und ersetzen zu einem Zeitpunkt, an welchem die von der Flüssigkeit später erreichten Schichten der Filtermasse noch wenig verschmutzt sind. Die Filtermasse wird also schlecht ausgenutzt. Will man diesen Austausch der gesamten Filtermasse nicht zu häufig durchführen, so muß man für eine ausreichende Flächengröße der der Verschmutzung am stärksten ausgesetzten Schicht des Filterbettes sorgen, d. h. die Abmessungen im Verhältnis zur Durchsatzleistung unnötig groß machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filter-

masse besser als bisher auszunutzen und bei gegebenen Dimensionen eine möglichst große Durchsatzleistur.g bei langsamer Verschmutzung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Einrichtungen zur Entnahme von verbrachter Filtermasse so angeordnet sind, daß sie auf die vorderste Schicht der freien Abböschungen einwirken und die verbrauchte Filtermasse in den Hohlraum fördern, dessen Boden als Absetzvorrichtung für die entnommene Filtermasse und gegebenenfalls für Absetzstoffe aus der Flüssigkvik ausgebildet ist

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daO jeweils nur die am stärksten verschmutzte bzw. verbrauchte Schicht der Filtermasse abgeräumt werden muß und die noch nicht so stark verbrauchten Schichten der Filtermasse selbsttätig nachrücken und weiter ihre Filterwirkung ausüben Können, bis auch sie die freien Abböschungen erreicht haben und dann abgeräumt werden. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß d-.r Hohlraum gleichzeitig als Absetzkammer wirkt, in der in der Flüssigkeit enthaltene Feststoffteilchen schon durch Schwerkraft sich absetzen können, so daß sie nicht zur Verschmutzung der vordersten Anströmschicht des Filterbettes beitragen. Diese Absetzwirkung wird ohne zusätzlichen Platzaufwand und insbesondere ohne einen gesonderten vorgeschalteten Absetzbehälter erzielt.

Der Hohlraum ist vorzugsweise im ganzen kegelförmig gestaltet. Beispielsweise kann statt der ebenen Kratzscheibe bei der vorgeschlagenen Vorrichtung eine kegelförmige Kratzglocke Verwendung finden und die Wandung des Hohlraums bilden.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Hohlraum gebildet ist durch in lotrechten Abständen angeordnete Stützböden und zwischen den Stützböden befindliche freie Abböschungen der Filtermasse. Hierdurch wird einerseits der Vorteil erzielt, daß die verunreinigte Filtermasse an den Abböschungen frei von dem Druck der darüber befindlichen Materialsäule für die Entnahme zur Verfügung steht. Vor allem aber wird durch diese Ausbildung des Hohlraumes die Anströmfläche vervielfacht, und zwar bereits dann, wenn die Flüssigkeit nur in die freien Böschungsflächen der Filtermasse einströmt, erst recht aber, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Stützböden perforier' sind und die Flüssigkeit somit zusätzlich auch durch die Stützböden hindurch in die Filtermasse einströmen kann. Die Stützböden können als konzentrisch übereinander angeordnete Ringflächen mit nach oben hin abnehmendem Innen- und Außendurchmesser ausgebildet sein, wodurch man eine im ganzen kegelförmige Gestalt des Hohlraumes erhält. Die Stützböden sind vorteilhafterweise mittels radialer Rippen aufeinander abgestützt und/oder am Gehäuse des Filterbettes gehalten. Vorzugsweise sind die Stützböden außen mit einem nach oben überstehenden Bordrand versehen. Hierdurch wird einerseits eine gleichmäßige Zuleitung der nachrieselnden Filtermasse zu den einzelnen Stützböden bewirkt, andererseits wird die aus dem Hohlraum zunächst radial nach außen strömende Flüssigkeit durch den Bordrand nach oben umgelenkt und gleichzeitig beschleunigt. Hierdurch tritt eine gewisse Verwirbelung und Vergleichmäßigung der Filtermasse ein, so daß sich keine Kanäle bilden, durch die die Flüssigkeit ungereinigt hindurchströmt.

Die Einrichtung zur Entnahme der verschmutzten vordersten Schicht des Filterbettes besteht vorzugsweise aus Räumerarmen, die über den Stützböden bewegbar sind und von diesen die jeweils unterste Schicht der Filtermasse abräumea Bei konzentrischer ringförmiger Ausbildung der Stützböden können die Räumarme an einer zentralen Antriebswelle befestigt sein und von innen zwischen die Stützböden greifen.

Die obenerwähnte Abseizwirkung in dem Hohlraum wird teilweise schon dadurch erreicht, daß die zu reinigende Flüssigkeit nach Austritt aus dem Zuleitungsrohr in den Hohlraum sich verlangsamt und beruhigt und mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in das Filterbett einströmt, so daß gröbere Feststoffteilchen sich vorher absetzen können. Zur Verstärkung des Effektes mündet die Zuleitung der Flüssigkeit vorzugsweise im oberen Bereich des Hohlraumes, so daß die Flüssigkeit in dem Hohlraum zunächst abwärts strömt und erst nach allmählicher Umlenkung zu den Wandungen des Hohlraums in die Filtermasse einströmt Diese Abwärtsströmung unterstützt den Sedimentationseffekt Zur Verbesserung des Effektes können in dem Hohlraum auch Strömungsleitkörper zur Vergleichmäßigung und Beruhigung der Flüssigkeitsströmung vorgesehen sein. Insbesondere kann die in dem Hohlraum angeordnete Antriebswelle für die Räumarme als ein sich nach unten erweiternder Kegel ausgebildet sein, wobei der Zulauf der Flüssigkeit zentral von oben über dem Kegel mündet. Hierdurch wird die Flüssigkeit besonders turbulenzfrei zunächst abwärts und dann radial nach außen an die Wandungen des Hohlraums geleitet.

Vorzugsweise ist der Hohlraum unten durch einen Absetzboden abgeschlossen, der eine Austragsöffnung für die abgesetzten Feststoffe und die von den Wandungen des Hohlraums entnommene Filtermasse enthält. Ein Räumschaber kann diese Feststoffe zur Austragsöffnung befördern. Er ist vorzugsweise unabhängig von den Räumarmen antreibbar und wird vorzugsweise nur intermittierend in Betrieb gesetzt, damit der Absetzvorgang nicht unnötig gestört wird.

Das aus der Austragsöffnung abgezogene Gemisch aus abgesetzten Feststoffen und verschmutzter Filtermasse muß weiter verarbeitet werden. Die Verarbeitung kann aus einer Regenerierung und Reinigung der Filtermasse bestehen oder auch aus einer geeigneten Aufbereitung für eine anschliessende Verbrennung, Verschwelung, Ausfaulung, Kompostierung od. dgl. Um die Feststoffe der Weiterverarbeitung möglichst wasserfrei zuzuführen, ist vorzugsweise an die Austragsöffnung eine Fördervorrichtung mit Einrichtungen zum teilweisen Entwässern der geförderten Feststoffe angeschlossen. Vorzugsweise ist die Fördervorrichtung eine Schnecke mit perforiertem Trog.

Da die erfindungsgemäße Filtriervorrichtung im Gegensatz zu bekannten vergleichbaren Vorrichtungen auch einen Reinigungseffekt durch Sedimentation besitzt, ist es vorteilhaft, eine Einrichtung zur Zugabe von Flockungsmitteln od. dgl. zur Flüssigkeit unmittelbar vor ihrem Eintritt in das Filterbett vorzusehen. Durch die Flockungsmittel wird bewirkt, daß auch gelöste Verunreinigungen sich in Form von Flocken vor Eintritt der Flüssigkeit in das Filterbett absetzen und dessen Adsorptionsvermögen nicht zusätzlich belasten.

Für den Abzug des gereinigten Filtrates sind vorzugsweise an der Oberfläche oder im oberen Bereich des Filterbettes mündende, etwa horizontale Ablaufrohre vorgesehen, deren Zulauföffnungen durch nach unten offene Hauben abgedeckt und dadurch gegen das Eintreten von Teilchen der Filtermasse geschützt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird Vorzugs-

' weise so betrieben, daß die zu reinigende Flüssigkeit in pulsierendem Strom zugeführt wird. Hierdurch wird das gesamte Filterbett periodisch aufgewirbelt und aufgelockert, so daß einerseits ein gleichmäßiges Absinken gewährleistet ist und andererseits die Bildung von Strömungskanälen vermieden wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen lotrechten Schnitt durch die Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie A-B von F i g. 1.

In einem Gehäuse 1 befindet sich das Filterbett 2 aus körnigem, rieselfähigem Filtermaterial von möglichst einheitlicher Korngröße. Als Filtermasse kommt z.B. Kies oder Sand oder ein Material mit oberflächenaktiven Eigenschaften wie Aktivkohle, Schwelkoks od. dgl. in Frage. Das Filterbett 2 wird getragen von mehreren ringförmigen Stützböden 3,4,5,6, die in lotrechten Abständen übereinander angeordnet sind und von unten nach oben einen abnehmenden Innen- und Außendurchmesser haben. Zwischen den einzelnen Stützböden bzw. zwischen dem obersten Stützboden 6 und einer darüber befindlichen kegelförmigen Haube 7 bildet die Filtermasse z. B. bei 8 freie Abböschungen. Die Stützböden 4,5,6 sind außen mit Bordrändern 9 versehen, die für eine gleichmäßige Verteilung der Filtermasse auf die einzelnen Stützböden sorgen. Während der unterste Stützboden 3 unmittelbar an dem Gefäß 1 befestigt ist, können die darüber befindlichen Stützböden 4,5,6 mittels radialer Rippen an dem Gefäß 1 befestigt und/oder an den Bordrändern 9 der darunter befindlichen Stützböden abgestützt sein.

Die Stützböden 3. 4, 5, 6, die Materialböschungen 8 und die kegelförmige Haube 7 begrenzen einen etwa kegelförmigen Hohlraum, der nicht mit Filtermasse gefüllt ist. In den Hohlraum hinein erstreckt sich eine kegelförmig ausgebildete Antriebswelle 10, die durch einen Motor 11 antreibbar ist und radiale, gekrümmte Räumarme 12 trägt, die zwischen die einzelnen Stützboden greifen und die auf den Stützböden befindliche, verschmutzte Filtermasse nach innen abräumen, so daß sie vom Innenrand des jeweiligen Stützbodens nach unten fällt. Die Räumarme 12 können kontinuierlich oder nach Bedarf periodisch bewegt werden. Entsprechend dem Abräumen von den Stützböden rieselt die Filtermasse nach. Durch eine obere öffnung 13 wird (mittels nicht dargestellten Zuführeinrichtungen) das Filterbett 2 laufend ergänzt wie es durch die Pfeile 14 angedeutet ist. Es kann sich hierbei um frische Filtermasse S° und/oder um bereits benutzte und anschließend gereinigte bzw. regenerierte Filtermasse handeln.

Das Filterbett 2 wandert auf diese Weise ständig langsam nach unten durch das Gefäß 1. Im Gegenstrom hierzu wird es von der zu reinigenden Flüssigkeil von SS unten nach oben durchströmt Diese Flüssigkeit wird durch das Rohr 15 von oben her in das Innere der kegelförmigen Haube 7 und damit in das obere Ende des von der Haube 7, den Stützböden und den Abböschungen der Filtermasse gebildeten Hohlraumes eingeführt, Die Ausströmrichtung ist senkrecht nach unten auf die kegelförmige Antriebswelle 10 zu, die auf Grund ihrer Kegelform den Flüssigkeitsstrom radial nach außen zu den einzelnen, von den Stützböden getragenen Materialböschungen vornimmt Die von der Flüssigkeit mit- ⁶S geführten absetzbaren schweren Stoffteilchen sinken durch ihre Schwerkraft und durch ilire bei der Einströmung vorhandene Bewegungsenergie nach unten ab.

Die an den Böschungen 8 in das Filterbett 2 einströmende Flüssigkeit ist von den absetzbaren Teilchen befreit, die somit nicht zur Verschmutzung des Filterbettes beitragen. Die Flüssigkeit strömt dann durch das Filterbett nach oben und wird mittels der Ablaufrohre 16, deren Einlauföffnungen durch nach unten offene Hauben 17 gegen das Eindringen von Filtermasse geschützt sind, abgezogen. Die Zuförderung und/oder der Abzug der Flüssigkeit können auf hydrostatischem Wege oder durch (nicht dargestellte) Pumpen aufrechterhalten werden.

Die nach unten sinkenden Feststoffteilchen der Flüssigkeit sowie die von den Räumarmen 12 von den Stützböden abgeräumte Filtermasse sammeln sich auf einem horizontalen Absetzboden 18, der das Gefäß 1 unten abschließt. Von diesem Absetzboden können sie mittels eines Ausräumschabers 19 in einen Austragstrichter 20 geräumt werden. Der Ausräumschaber 19 ist an einer gesonderten Antriebswelle 21 befestigt, die mittels eines Motors 22 über ein Kegelradgetriebe 23 unabhängig von den Räumarmen 12 angetrieben werden kann. Die äußere Form der Antriebswelle 21 bildet einen die Kegelform der Welle 10 fortsetzenden Kegelstumpf. Der Ausräumschaber 19 wird nur intermittierend und in wesentlich größeren Zeitabständen als die Räumarme 12 bewegt, um den Absetzvorgang nicht unnötig zu stören.

Aus dem Austragstrichter 20 gelangen die Feststoffe über ein Verbindungsrohr 24 in einen lotrechten Schneckenförderer 25, der das Material bis auf eine bestimmte Höhe hebt die oberhalb des Wasserspiegels im Filter liegt. Oberhalb dieses Wasserspiegels ist das die Schnecke 25 umgebende Rohr, wie bei 27 &-gedeu tet sowie gegebenenfalls auch die Schnecke perforiert, so daß das Wasser nach außen ablaufen kann und eine Teilentwässerung des Materials stattfindet. Die Schnekke ist beispielsweise mittels eines Motors 28 über eine Riementransmission 29 angetrieben. Das bei 30 austre tende, weitgehend entwässerte Material, das aus Filtermasse und Schmutzstoffen zusammengesetzt ist. kann dann einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, wie z. B. Mischen mit anderen Abfallstoffen und Pressen zu Formungen für die Verbrennung oder Verschwelung. Auch Ausfaulung und Kompostierung sind möglich.

Mittels einer nicht dargestellten Zugabe- und Dosiervorrichtung, die vorzugsweise in dem Rohr 15 oder in der Haube 7 mündet können der einlaufenden Flüssigkeit Flockungsmittel zugesetzt werden, um auch gelöste bzw. emulgierte Verunreinigungen zum Koagulie ren zu bringen und in absetzbare Flocken umzuwan dein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinigt aul kleinstem Raum mehrere Reinigungsfunktionen, für die bisher getrennte Vorrichtungen erforderlich waren. Die Verunreinigungen werden zunächst sedimentiert. be Zusatz von Flockungsmitteln auch koaguliert dann fil triert und adsorbiert Von besonderem Vorteil ist hier bei die Verlangsamung und Beruhigung der Flüssig keitsstrormmg beim Austritt aus dem Rohr 15 und voi dem Einströmen in das Filterbett 2. Andererseits kanr durch pulsierende Fiüssigkeitszuführung stets für eine ausreichende Lockerung und Aufwirbelung des Filter bettes 2 gesorgt werden. Die auf den Stützböden 3.4,5 6 in freier Böschung aufliegende Filtermasse ist vor dem Druck des darüber befindlichen FHterbettes weit gehend befreit und kann deshalb von den Räumarmer 12 leicht abgeräumt werden. Dabei wird es mit der ihrr entgegenströmenden Flüssigkeit innig durchmischt, se

daß an der Filtermasse anhaftende Sehmutzteilchen teilweise wieder abgewaschen werden. Dies kommt einer anschließenden Regenerierung der Filtermasse zugute.

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsform beschränkt. So kann z. B. die Anzahl der Stützböden verändert werden, und es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß die Stützböden einen nach oben hin abnehmenden Durchmesser haben. Die Stützböden können perforiert sein, um das Einströ-

men der Flüssigkeit nicht nur durch die freien Böschungen 8, sondern auch durch die Stützböden hindurch in das Filterbett zu ermöglichen. Selbstverständlich muß .die Lochgröße der Perforation kleiner sein als die Korngröße der Filtermasse. Auch für die Zuleitung der Flüssigkeit in den Hohlraum des Filterbettes sowie für die Abförderung und Entwässerung der Feststoffe können andere, dem Fachmann bekannte Einrichtunger verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten mit einem Filterbett aus körniger, insbesondere adsorptiv wirkender Filtermasse, das einen von Filtermasse freien Hohlraum umschließt und an dessen Wandungen freie Abbösclmngen bildet, an denen die in den Hohlraum eingeleitete, zu filternde Flüssigkeit in das Filterbett einströmt, sowie mit Ein- »o richtungen zur Entnahme verbrauchter und zum Nachfüllen von frischer Filtermasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen'(12) zur Entnahme von verbrauchter Filtermasse so angeordnet sind, daß sie auf die vorderste Schicht der freien Abböschungen (8) einwirkt und die verbrauchte Filtermasse in den Hohlraum fördern, dessen Boden (18) als Absetzvorrichtung für die entnommene Filtermasse und gegebenenfalls für Absetzstoffe auf der Flüssigkeit ausgebildet ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum etwa kegelförmig mit einer dem Querschnitt des Filterbettes entsprechenden Basis ausgebildet ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch in lotrechten Abständen angeordnete Stützböden (3,4,5,

   6) gebildet ist, zwischen denen die Filtermasse freie Abböschungen (8) bildet.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützböden (3, 4, 5, 6) perforiert sind.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzböden (3, 4, 5, 6) als konzentrisch übereinander angeordnete Ringflächen mit nach oben abnehmendem Innen- und Außendurchmesser ausgebildet sind.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütxböden (4, 5,

   6) mittels radialer Stege an der Wand (1) des Filterbettes gehalten und/oder aufeinander abgestützt sind.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützböden (4, 5,

   6) außen mit einem nach oben und/oder unten überstehenden Bordrand (9) versehen sind.

   8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Entnahme der Filtermasse aus über den Stützböden (3. 4, 5, 6) bewegbaren Räumarmen (12) bestehen.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf der Flüssigkeit am oberen Ende des Hohlraumes erfolgt.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum Strömungsleitkörper zur Vergleichmäßigung und Beruhigung der Strömung vorgesehen sind.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Hohlraum angeordnete Antriebswelle (10) für die Räumarme (12) als ein sich nach unten erweiternder Kegel ausgebildet ist, wobei der Zulauf (15) der Flüssigkeit zentral von oben über dem Kegel mündet.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum unten durch einen Absetzboden (18) abgeschlossen ist, der eine Austragsöffnung (20) für die abgesetzten Feststoffe und die von den Wandungen des Hohlraums entnommene Filtermasse enthält

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Absetzboden (18) ein unabhängig von den Räumarmen (i2) antreibbarer Räumschaber (19) angeordnet ist

   14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die Austragsöffnung (20) eine Fördervorrichtung (25, 26) mit Einrichtungen zum teilweisen Entwässern der geförderten Feststoffe angeschlossen ist

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25, 26) eine Schnecke mit perforiertem Trog ist

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zugabe von Flockungsmittel od. dgl. unmittelbar vor ihrem Eintritt in das Filterbett (2).

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   16, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abzug des gereinigten Filtrates an der Oberfläche oder im oberen Bereich des Filterbettes mündende, etwa horizontale Ablaufrohre (16) vorgesehen sind, deren Eintrittsöffnungen durch nach unten offene Hauben (17) abgedeckt sind.