DE2104861C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Filtration von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Filtration von Flüssigkeiten in einer Filtrationsvorrichtung mit einem Filterbett aus einem Filtermaterial, das im Gegenstrom zur aufsteigenden zu filtrierenden Flüssigkeit absteigend durch die Filtrationsvorrichtung bewegt wird, ferner auch auf eine Vorrichiung /ur Durchführung des Verfahrens mi»

— einem Behalter /ur Aufnahme eines Filierbetts aus Teilchen eines Filt?rmateruls. ο is im Gegenstrom zu der /u filtrierenden Flüssigkeit bewegt wird.

— einer mi» dem unteren Teil des Behälters verbünde- _K ne Kinhßleitung /ur Einführung der /u filtrierenden Flüssigkeit in den Behälter

— einer /uführungseinnchiung fur das Filtermaterial am oberen f'.nde des Behalters und

— mirdesiens eine Ausiragseinrichtung am Boden des Behälters /um Austrag des F-iltermaterials

Ein solches Verfahren ist aus der DEOS 14 Il 744 bekannt, Bei diesem Verfahren erfolgt die Abnahme der filtrierten Flüssigkeit am Ende des Filterbetts. Das führt zu dem Problem, daß das in der FillrationsVorrichlung enthaltene, leilchenförniige Filtermaterial durch die im Gegenstrom von unlen nach oben bewegte, zu filtrierende Flüssigkeit aufgewirbelt werden kann, wodurch eine Fluidisierungdes zur Filtration notwendigen, kompakten, porösen Filterbetts eintritt. Die Fluidisierung des Filterbetts führt dann neben dem Austrag von Teilchen des Filtermaterials mit der Flüssigkeit vor allem zum Verlust jeglicher Filtrationswirkung. Dies bedeutet, daß bei dem bekannten Verfahren die Strömungsgeschwindigkeit der im Gegenstrom geführten Flüssigkeit auf Werte beschränkt sein muß, bei denen der Wirbelpunkt des Filterbetts sicher nicht erreicht wird.

Bei der bekannten Vorrichtung (DE-OS 14 11 722) ist vorgesehen, daß die filtrierte Flüssigkeit nur oberhalb des Filterbetts abgeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dagegen gekennzeichnet durch in verschiedenen Höhen im Filterbett angeordnete und s'ch über den Querschnitt des Filterbetts erstreckende Drainageeinrichtungen zur gleichmäßigen Abführung von filtrierter Flüssigkeit aus dem Filterbett Erst durch diese Merkmale wird der eingangs beschriebene Verfahrensablauf ermöglicht. Das Gewicht des Kornmaterials, das auf den Teilchen in Höhe der Drainageeinrichtungen lastet, verhindert nämlich die Aufwirbelung des Filterbetts, wodurch größere Durchsätze an Flüssigkeit ermöglicht werden.

Aus der DE-OS 14 36 291 ist an sich bekannt, sich über den Querschnitt des Filterbetts erstreckende Drainageeinrichtungen in verschiedenen Höhen des Filterbetts bei einem '-'ilter anzuordnen, bei dem jedoch eine kontinuierliche Filtration der Flüssigkeit und eine Bewegung des Filtermaterials im Gegenstrom /ur filtrierenden Flüssigkeit nicht erfolgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren so zu gestalten, daß auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten der zu filtrieren den Flüssigkeit eine Fluidisierung des Filterbetts vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurrh gelöst, daß fi..rierte Flüssigkeit in verschiedenen Höhen des Filterhctis durch sich über den Filterbettquerschnitt erstreckende Drainageeinrichtungen abgen^mme» wird, die erfin dungsgemäße Vorrichtung ist hierzu mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 2 versehen.

Diese Art der Abnahme von filtrierter Flüssigkeit ermöglicht zugleich erheblich größere Huss.gkeitsdurchsat/e als bei dem hekannien Verfahren.

Die Drainageemrichtungcn können wie 7 H bei dem bekannten Filter aus perforierten Rohren oder aber aus Sammelkasten bestehen. Die Drainageeinrichtungen können aber juch Kanäle aus Ga/e oder MeKilliKvve.be aufweisen

Das kornformige Filtermaterial. d;is beispielsweise aus Sand odei Koksabi ich oder anderen geeigneten Mineralien besieht wird .im oberen I nJe dos Bchaltei¹ kontinuierlich oder intcrrtiiliierc'Kt eingegeben um! am Boden des Behdllers durch '.in. Austrageeinrii ri'ung kontinuierlich oder intermittierend entfernt Die Auf enlhallsdauiT des Hltermateridls kann entspu\ hem; den Λnlcil de' ,ms «.Ic 1 lussigkeit /ii entfern· r Jen Fremdstoff- verändert werden und /w.ir diidun h d.ii* seine Ausgabcrate ,im Boden des I ilterbetls ver.imler' wird. Das b/w, die linlaßrohrfe) fur den F inlander noih nicht filtrierten Flüssigkeil ist bzw. sind oberhalb der Austrageeinrichtung angeordnet. Für den Auslaß von filtrierter Flüssigkeit kann neben den Drainageeinrichüurigen ein Satz von Rohren oder ein Rohr oberhalb der Oberfläche des Filterbetts vorgesehen sein. Die filtrierte Flüssigkeit verläßt den Behälter mit einer minimalen Menge von darin suspendierten Teilchen.

Zur Trennung der Flüssigkeit von den Feststoffteilchen am oberen Ende des Bettes ist es förderlich, die Zuführungseinrichtung für das Filtermaterial als Trichter auszubilden, dessen schmäleres unteres Ende für den Eintritt der Teilchen unterhalb des Flüssigkeitsniveaus des Auslaßrohres sorgt.

Die Entfernung von Kornmaterial erfolgt aus dem Filterbett durch eine über den Querschnitt des Behälters gleichmäßige Absenkung des Bettes. Eine Form von Auslaßmitteln für eine gleichmäßige Abgabe von Filtermaterial über den gesamten Querschnitt des Behälters besteht in einer Platte mit Öffnungen, die jeweils mit Auslaßschranken verbunden und gleichmäßig über den Querschnitt des Behälters verteilt sind. Alternativ können die Auslaßmittel eine Auslaßschranke mit gleichmäßig über den Querschnitt verteilten Schlitzen umfassen.

Die ständige Erneuerung bzw. Wiederauffüllung des Bettes gestattet die Einhaltung gleichbleibender Filtrationsbedingungen für die Flüssigkeit über eine lange Zeitdauer hinweg. Das Filtermaterial kann nach Entfernung aus dem Kornbett der Filtervorrichtung zur Entfernung der nach Durchgang der F.üssigkeit verbleibenden Rückstände gereinigt und dann in einem Ruckführungsprozeß zum oberen Ende des Kornbetts zurückgebracht werden.

Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandte Verfahren und die dafür vorgesehene Vorrichtung sind nicht nur für die Filtration von kontaminiertem Wasser oder Abwasser geeignet, sondern auch von anderen Flüssigkeiten, die suspendierte Materialien enthalten, die rückgewonnen werden sollen. Bei dieser letzteren Art von Filtrationsverfahren kann das aus Teilchenmatenal bestehende Bett durch Teilchen aus der Art Material gebildet werden, die aus der Flüssigkeit entfernt werden sollen. Außer für die Filtration kann das vorliegende Verfahren auch für andere Behandlungen von Flüssigkeiten angewandt werden. So kann das Kornmaterial mit Chemikalien behandelt oder gemischt werden, die eine Ausfällung und'oder Koagulation von Verunreinigungen in der Flüssigkeit unterstützen In einer bestimmten Höhe oder in verschiedenen Hohen können durch Rohre, welche durch die Wand des Behälters hindurchgeführt sind. Chemikalienlosungen oder Gase eingeführt werden, die mit der Flüssigkeit reagieren. Mitiel zur gleichmäßigen Ausbreitung der Cherpikalieri über den Querschnitt der, Behälters sind vorgesehen Solche Chemikalien sind beispielsweise Luft oder Sauerstoff und andere Gase oder aucl. üie oben -rwähnten Koagulierungsmittel

fur .ibliche ! iltrations/vtecke wie fur die Filtration von Wjsser. wie Abwasser sowie ^fur viele .indere Anwendungen kann das fur das \ ilierbe'i /u verw>?n dende Material beispielsweise Sand oder Aninr;i/n scm

ΓJic Drainagerohre oder -kanten sind mn S.immcl- oder Verteilerleitungen verbunden, die durch cie Warn' des Heha'ters hindiin hneher ιιηΊ durch weit he du Flüssigkeit dann nach iuitltn abge/oj'en wird.

Diese Röhrt oder Kasten s.nd in verschiedenen Nivcaiihohcn unterhalb der Oberfläche dec Kornmat« rials angeordnet. Der größte Ja! der [ !übSlgkcU kanu dann durch diese Drainagemittel aus dem Behälter abfließen und nur der verbleihende Rest durch das noch darüber befindliche Kornmaterial und aus dem Auslaßrohr nach außen geführt werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bett wird so begrenzt, daß das Bett nicht in den Fiießzustand gerät.

Die Verhinderung eher Fluidisierung wird dadurch bewirkt, daß die Drainegemittel, die durch perforierte Rohre oder Kästen gebildet werden können und dutch die das Wasser nach der Filtration aus dem Bett entfernt wird, in geeigneter Höhe zwischen den Einlaß- und Auslaßrohren vorgesehen sind. Des weiteren kann ein Gegendruck oder Rückstau am Auslaß erzeugt werden. Die kombinierte Wirkung von Gegendruck vom Auslaßrohr her und dem Gewicht des Filtermaterials über den Drainagesystemen verhindert die Fluidisierung des Bettes bei Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit im Einlaßrohr.

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung werden nachfolgend mehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 ein Schema oder Fließbild für die Filtrationsvorrichtung;

Fig.2 einen Längsschnitt durch ·υίη Drainagemittel mit äußerer Sammelleitung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Drainagemittel mit umgekenrt kreisförmigen Drain?. ..-kanälen; F i g. 4 einen Horizontalschnitt läng:. X X der F i g. 3;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch ein Auslaßmittel zur Entfernung von Filtermaterial aus dem Behälter; und

Fig. b einen Vertikalschnitt durch eine andere Art von Auslaßmittel zur Entfernung von Filtermaterial aus dem Behälter.

Fig. I zeigt ein Fließbild für das Filtrationsverfahren. Eine vertikale Filtersäule 501 hat oberhalb des Behälters einen Rohwassertank 502 Durch diesen geht das Rohr 504 eines Trichters 503 für die Filtermaterialaufgabe hindurch, das bis in den Behälter 501 reicht. Das /u filtrierende Wasser wird von einer Lagune 505 her eingespeist. Diese Lagune 505 wird durch eine Stauplatte 506 in zwei Abschnitte 507 und 508 urterteilt. Das zugeführte Wasser gelangt zunächst in den Abschnitt 507 und nach Übertritt über die Stauplatte 506 wird es durch eine Pumpe 509 /um Roi,Wassertank 502 gepumpt. Irgendwelche im Wasser enthaltenen Grobteilchen können sich so bereits in der Lagune abs( „zen. bevor das Wasser in die Filtersäule in 501 gelangt. Das Rohwasser wird auch /u einer Art Ruhrwerk 510 und einer Auslaßschkuse 51) geleitet. Vom Rohwassertank 502 gelangt das Wasser über ein Rohwasserspeiserohr 512 /um unteren Teil des Behälters 501.

Das Filtermaterial gelangt >n den Behälter durch den Trichter 503 und das abwärts fuhrende Rohr 504 und bildet ein Bett 513 aus Filtermaterial im Behalter zwischen den untersten Verteiler- und Drainagemi'teln

514 und den höchsten Drainage- und Verteilermittf'

515 /wischen diesen LVamagemitteln 514 und 515 könne· loch ein oder mehrere Drainagemittel (von denen zwei - 516 und 517 — in I 1 g. I angedeutet smd) vorgesehen sein. F>as Filtermaterial wandert Jureh das Bett *)H. tritt durch das »Rührwerk» 510 und verläßt den Behalter endgjltip durch die AusiaLSschleuse 511

Das /u filtrierende Wasser gelangt in den Behalter durch die Verteiler und Drainagemiltel 514 s.romt aufwärts durch das Filterbett und kann aus letzterem nach genügender Filtration durch die Drainagemiltel 515, 516, 517 entfernt werden und es gelangt dann zu einem Reinwassertank 518 durch Reinwasserleitungen 519, Die Verteilungs- und Drainagemittel können die bereits weiter oben die beschriebene Form haben. Das Reinwasser wird aus dem Reinwassertank 518 je nach Bedarf durch die Leituns 520 abfretrehen.

In einer zu dem kontinuierlichen Wasserstrom durch den Behälter 501 und durch die Drainagemittel 515,516, 517 ähnlichen Weise wird das nun schmutzige oder kontaminierte Filtermaterial kontinuierlich vom unteren Ende des Behälters durch die Auslaßschleuse 511 entfernt. Das Filtermaterial passiert dabei das »Rührwerk« 510, was durch einiges Rohwasser von der Pumpe 509 her unterstützt wird. Die Ausflußgeschwindigkeit des Filtermaterials aus dem »Rührwerk« wird mit Hilfe von Durchflußmeßvorrichtungen 521 entsprechend der Einspeisungsrate von Rohwasser aus dem Tank 502 in die Leitung 512 kontrolliert. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit des Rohwassers ist, umso größer wird auch die Abgaberate von Filtermaterial aus dem Filterbett gemacht. Das Filtermaterial sammelt sich am Boden des Behälters 501 und gelangt von da in die Auslaßschleuse 511. Etwas mehr Rohwasser von der Pumpe her unterstützt die Abgabe des kontaminierten Fiiiermaieriais durch die Leitu e 522 zu dem Fiitertnatenalwäscher 523.

Das Filtermaterial und geringe Mengen "ohwasser werden mit Hilfe von Druckluft aus einem Kompressor 524 mit Reinwasser durchgewirbelt. Das Reinwasser wird vom Reinwassertank 518 her mit Hilfe einer Pumpe 525 durch eine Leitung 526 zugeführt. Die bei diesem Waschprozeß anfallenden Verunreinigungen werden über eine Leitung 527 ausgelassen und der gereinigte Sand bzw. das gereinigte Filtermaterial gelangt zu einer Entwässerungszyklone 528. Das von dieser Zyklone entfernte Wasser fließt in den Rohwassertank 502 während der Sand vom unteren Ende der Zyklone in den Trichter 503 tropft und zur Erneuerung des Filterbetts 513 dient.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Entfernung von Flüssigkeit aus dem porösen Teilchenbett zwischen den Einlaß- und Auslaßrohren. Der Zweck dieser Anordnung der Drainagemittel ist die gleichmäßige Entfernung von Wasser über den gesamten Querschnitt des Behälters. Die perforierten Drainagekästen 130 werden im Vertikalschnitt gezeigt; sie sind mit nach außen führenden Sammelleitungen verbunden. Das Verhältnis des Durchmessers der Öffnungen oder Perforationen 131 zum Durchmesser des Kornmaterials sollte nicht größer als 100 : 1 sein. Die perforierten Rohre oder Kästen können, wie es in der Fig. gezeigt wird, mit einer äußeren Sammelleitung 132 verbunden sein. Zusätzlich können die Drainagesammelleitungen dieser verschiedenen Anordnungen unter Bildung einer für die Drainagekästen in den einzelnen Niveauhöhen des Behälters miteinander verbunden sein, da die Drainagemittel im Behälter in verschiedenen Niveauhöhen desselben vorgesehen sein können.

F i g. 3 und 4 zeigen eine weitere Art von Drainagemitteln die durch zwei umgekehrte kreisförmige Kanäle 133 gebildet werden. Diese Kanäle 133 können aus Gase (gauge) oder feinmaschigem Drahtgewebe bestehen. Die Öffnung 134 ist enger als der obere Teil des Kanals. An bestimmten Punkten längs des Umfangs der Kanäle verbinden Sammelleitungen 135 mit der Hauptdrainageieitung 136. die das Wasser aus dem Behälter herausführt.

In F i g. 5 sind Auslaßmittel für den Austrag von Filtermaterial gezeigt Im Behälter 122 ist Filtermaterial 121 enthalten. An der Basis des Behälters 122 ist eine runde Platte 123 vorgesehen, die den gleichen Querschnitt hat wie der Behälter 122 und viele über ihre Fläche hinweg verteilte kreisförmige Öffnungen. Jede dieser Öffnungen ist mit einem Trichter 124 verbunden.

an dessen Basis ein Ventil bzw. Schieber 125 vorgesehen ist, der in Zusammenspiel mit allen anderen Schiebern an der Basis der anderen Trichter betätigt werden kann. Die zu filtrierende Flüssigkeit tritt in den Behälter 122 durch die Einlaßleitung 126 und wird weiter oben aus dem Behälter abgegeben (nicht gezeigt). Das Filtermaterial wird gleichmäßig über den Querschnitt des Behälters verteilt durch die Auslaßschieber 125 entfernt. Bei einer anderen Ausfiihrungsform der Auslaßmittel für das Filtermaterial, wie sie in Fi g. 6 gezeigt wird, ist eine kreisförmige Platte 123 am Boden des Behälters

122 angeordnet. Die Auslaßschieber 125 gestatten einen gleichmäßigen Durchtritt des Filtermaterials über den gesamten Querschnitt des Behälters hinweg. Oberhalb der Platte 123 sind Sattelkörper 127 an angehobenen Flächenbereichen zwischen den Öffnungen der Platte

123 vorgesehen. Diese Satlelkörper 127 bilden trichterähnliche Eingänge für die einzelnen Löcher der Platte. Sie sind im übrigen hohi und bilden so eine Art Zulauf oder Trichter mit Sprühöffnungen 128 an den Rändern der einzelnen Löcher der kreisförmigen Platte. Durch die Sattelkörper 127 kann Wasser hindurchgepumpt und längs der Lochränder versprüht werden, um ein Haftenbleiben bzw. Verstopfen von bzw. durch Sand bei seinem Durchtritt durch die kreisförmige Platte 123 zu verhindern. Die Beschreibung bezieht sich natürlich auf einen (einzigen) zyklischen Prozeß. Es kann jedoch sein, daß das Wasser oder irgend eine andere zu filtrierende Flüssigkeit in unterschiedlichen Behandlungsgraden gewünscht wird, und sie wird dann in einer Rohrleitung zu einer oder mehreren weiteren, kontinuierlichen Gegenstromfiltrationsanlagengeieitet.

Gemäß einer anderen Ausführungsart der Vorrichtung wird der gewaschene Sand chargenweise in eine kleine getrennte Säule gebracht, was ermöglicht, die Sandwäsche kontinuierlich außerhalb des Hauptbetts über einen vollen Zyklus vornehmen zu können, ohne daß die riesigen bei derzeitigen Filtern angewandten Rückwaschkapazitäten benötigt werden. Eine derartige Waschsäule, deren Sandbett nicht über 60 cm liegen würde und die mit der gleichen Durchflußrate wie die derzeitige Rückwäsche betrieben würde, könnte entweder vor oder hinter der oben erwähnten Klassierzyklone angewandt werden. Die Haupteinsparung würde dann durch die Ausdehnung der Waschzeit über die gesamte Fiitrationsperiode erreicht werden, wobei die zu waschende Sandmenge auf eine Funktion von wahrscheinlich weniger als 10% der im stationären Reinigungsbett gewaschenen Sandmenge vermindert

so würde.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Gegenstand der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Ritration beispielsweise von Wasser, gebildet wird, die durch die Verwendung ein poröses Bett aus einem in sich nicht zusammenhängenden Material wie Sand. Koksabrieb oder einem anderen reaktiven Mittel, das sich in einer Richtung bewegt, verwenden, während das Wasser oder eine andere Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung wandert Dabei wird erreicht daß die schmutzigsten Teile des Filter- oder reaktiven Materials ständig mit dem noch am stärksten mit Verunreinigungen beladenen zu filtrierenden Wasser (bzw. Flüssigkeit) oder Gas in Berührung gebracht werden, während das Feststoffes bett an dem Punkt an dem die Flüssigkeit oder das Gas aus dem Feststoffbett austritt am saubersten ist Ein geringer aber ständig wechselnder Anteil des Filterbetts wird kontinuierlich mit einem solchen Durchsatz

abgezogen, wie notwendig ist, den abgelagerten Schmutz zu entfernen und/oder eine Blockierung des Filters durch Entfernung von Verunreinigungen zu vermeiden. Dieses abgetrennte Filtermaterial wird dann gesäubert, geeignet gereinigt und wenn notwendig chemisch behandelt, bevor es mit bzw. als neues Malerin' zum Filterbett zurückkehrt. Das Filterbett selbst wird automatisch mit einer der Herausnahme am unteren Ende entsprechenden Geschwindigkeit wieder aufgefüllt und kann aus einem Material oder unterschiedlichen Mischungen von Filtermaterialien besle-

hen, die — falls notwendig — je nach Filtrationszweck und Natur der Verunreinigungen sowie der Flüssigkeif, von der diese entfernt werden sollen, mit Chemikalien, Flockungsmitteln usw. versetzt sind. Bei dieser Anlage entfällt die Notwendigkeit der Rückwäsche des Filtermediums innerhalb der Vorrichtung und die kostspielige Kontrolle des Rückwaschzyklus wird Vermieden. Es ist weiter ein brauchbarer Betrieb mit viel »dickeren« Flüssigkeiten — mit bis zu mehreren Prozenten an suspendiertem Material — möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Filtration von Flüssigkeiten in einer Filtrationsvorrichtung mit einem Filterbett aus einem Filtermaterial, das im Gegenstrom zur aufsteigenden zu filtrierenden Flüssigkeit absteigend durch die Filtrationsvorrichtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß filtrierte Flüssigkeit in verschiedenen Höhen des Filterbetts durch sich über den Filterbettquerschnitt erstreckende Drainageeinrichtungen abgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

— einem Behälter zur Aufnahme eines Filterbetts aus Teilchen eines Filtermaterials, das im Gegenstrom zu der zu filtrierenden Flüssigkeit bewegt wird,

— einer mit dem unteren Teil des Behälters verbundenen Einlaßleitung zur Einführung der zu filtrierenden Flüssigkeit in den Behälter.

— einer Zuführungseinrichtung für das Filtermaterial am oberen Ende des Behälters und

— mindestens einer Austrageinrichtung am Boden des Behälters zum Austrag des Filtermaterials,

gekennzeichnet durch in verschiedenen Höhen im Filterbett (513) angeordnete und sich über den Querschnitt des Filterbetts erstreckende Drainageeinrichtungen (515, 516, 517; 130, 133) zur gleichmäßigen Abführung von filtrierter Flüssigkeit aus dem Filterbett.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadu ch gekennzeichnet, daß die Drainugeeinr.Jitungen aus perforierten Rohren oder Sammelkasten (130, 131) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Drainageeinrichtungen Kanäle aus Gaze oder Metallgewebe aufweisen.

40