DE2436965C2 - Filter zum Filtern von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filter zum Filters: von Flüssigkeit entsprechend dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1.

Beim Filtern von Flüssigkeiten durch ein Granulatbett — beispielsweise beim Filtern von Wasser zur Reinigung durch Sandfilter — werden im Bodenbereich des Filterbettes verschiedene Konstruktionen mit Flüssigkeitsverteilelementen verwendet, beispielsweise Düsen in einem Doppelboden, Filterrohre bzw. durchbohrte Rohre, oder Böden mit poröser Platte. Beim Stromauffiltern strömt die zu filternde Flüssigkeit durch die Elemente. Beim Stromabfiltern dienen diese Elemente als Wasserauslässe. Spülflüssigkeit wird ebenfalls durch die Elemente, gegebenenfalls zusammen mit Luft, in das Sandbett beim nachfolgenden Spülen des Filters geleitet. Abgesehen von den Löchern in der porösen Platte sind die Löcher in den Verteilelemenlen gewöhnlich größer als die Korngröße des Bettmaterials; häufig wird eine Zwischenschicht aus grobkörnigerem Material, beispielsweise aus Kies, vorgesehen, die Verhindert, daß das feinkörnige Material aus dem Filterbett in die Löcher bzw, in die Düsen eindringt. Bei Verwendung mit Flüssigkeiten, die größere Suspen' sionspartikel aufweisen — beispielsweise Abwasser oder IndüstneabwäSsef und dergleichen — Weisen beide Konstruktionen, sowohl die mit einer groben Zwischen^ schicht wie auch die mit porösen Platten, große Nachteile auf.

Soll das verwendete Filter gereinigt werden, so werden die folgenden Nachteile augenfällig. Beim Filtern lagern sich suspendierte Verunreinigungen in dem feinkörnigen Filterbett ab; diese Ablagerung erfolgt häufig durch die Flüssigkeit, die mit flockigen Ausfällmitteln versetzt ist. Dann wird das Filterbett mittels eines starken Stromes Reinigungs- bzw.

ίο Spülflüssigkeit unter Strömung gereinigt, wobei die Spülflüssigkeit durch das Filterbett geleitet wird. Jedoch gibt es in der gröberen Zwischenschicht keine Strömungserscheinungen, wodurch die Reinigung in unkontrollierbarer Form stattfinde!.. Bei Filtern mit porösen Platten ist von Zeit zu Zeit ein Auseinanderbau und eine Reinigung mit Hilfe starker Säuren erforderlich.

Die Flüssigkeitsverteilelemente sollte eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über die gesamte Filteroberfläche ermöglichen, sowohl beim Filtern wie auch beim Spülen, so daß das ganze Filterbett beim Filtern benützt wird und das Spülen gleichmäßig stattfindet. Beim Spülen ist die Strömung gewöhnlich zehnmal so groß wie beim Filtern; in diesem Fall ist es erforderlich, daß das Filterbett mit den Flüssigkeitsverteilelementen zusammenwirkt.

Eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit erzielt man mit Hilfe eines Uruckverlustes in den Ausströmöffnungen, den Düsen und den Löchern. Ein Filterbett

jo weist einen relativ großen hydraulischen Widerstand auf, insbesondere wenn das Bett mit Schlamm verstopft ist. Dieser hydraulische Widerstand nimmt in den Löchern und Düsen mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit zu, während er im Filierbett wie auch in der Zwischenschicht mehr oder weniger linear mit der Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Andererseits weist unabhängig von der Geschwindigkeit ein bereits durchströmtes Bett einen fast konstanten hydraulischen Widerstand auf. In einigen Fäüen nimmt sogar der hydraulische Widerstand in ein, η Bereich eines durchströmten Bettes mit ansteigender Geschwindigkeit ab. und beispielsweise in einem teilweise durchströmten Bett — ζ. Β. einem Bett mi! grobkörniger Zwischenschicht — geht die Fähigkeit, die Geschwin-

Vi digkeit beim Spülen zu regulieren, verloren. Der hydraulische Widerstand in einer Zwischenschicht aus grobkörnigerem Material ist zehn bis zwanzig mal geringer als der Widerstand im Filterbett und in den Düsen. Dieses führt dazu, daß die Schicht die

so Verteilbedingungen beeinträchtigt und einen Querfluß und eine Strömungskonzentration auf einen sehr geringen Bereich möglich macht. Somit ist es sehr schwer, eine gute gründliche Spülung des Filterbettes zu er/ielen.

v> Bei dem eingangs genannten Filter gemäß der DE-PS 7 21643 ist der Einlauf wie ein Konus mit großer Rundfläche ausgestaltet, was bewirkt, daß das zu filternde Wasser mit geringer Geschwindigkeit durch die Fläche h in das Sandbett hinausfließt. Die Einlaufvorrichtung hat große Ähnlichkeit mit denselben, die in kreisförmigen Klärbecken /u finden sind und die dem Wasser eine Verhältnismäßig geringe Geschwin* digkeit durch das Filter zu dem Beckenboden hinuntergeben. Auf der Fläche h bildet sich eine Filterhaut, Was durch die geringe Geschwindigkeit durch die Fläche h ermöglicht wird.

Dies bedeutet, daß Schlamm und ausgeflocktes Material, die abzutrennen sind, auf die Fläche h und auf

das unmittelbar darunterliegende Sandvolumen konzentriert werden. Diese Schlammkonzentration wird angestrebt, da man beim Spülen nur das unmittelbar unter dem Konus gelegene Sandvolumen umsetzt, indem eine unter dem Konus angeordnete Strahldüse den Sand unter dem Konus zur Oberfläche des Filterbettes hinauffördert. Beim Filtern verbleiben also die Verunreinigungen in einem begrenzten Bereich. Beim Spülen wird das Bett nicht gänzlich aufgewühlt, so daß nur ein Teil ^cs Bettes gereinigt wird.

Die CH-PS 2 32 136 beschreibt einen rohrförmigen Körper mit vertikaler Achse, deren Wände öffnungen zum Durchfließen des Wassers aufweisen. Beim Filtern fließt das Wasser in ein Sieb hinein. Das Wasser soll die schräggestellte Sandfläche unter einem Hut passieren. Entscheidend für die Funktion des Siebes ist, daß das Wasser an der Sandfläche mit so geringer Geschwindigkeit vorbeifließt, daß der Sand nicht erodiert und dadurch in Verbindung mit den öffnungen des Siebes kommt. Die Sandfläche darf also beim Filtern in keiner Hinsicht vom Wasserstrom bearbeitet werden. Wenn dies der Fall wäre, würde der Sand die öffnungen verstopfen. Das Wasser wird beim Spülen in -!ie Düse hinein und durch die senkrechten Schlitze in den Düsenwänden hinausgeleitet Diese Funktion stimmt vollständig mit derjenigen der entsprechenden Düse im konventionellen Stromabfiltern überein.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen direkten Kontakt zwischen den Flüssigkeitsverteilern und dem Filterbett aus feinkörnigem Material ermöglicht, so daß ein gutes Spülen mit derselben Einrichtung ohne Verstopfen und Drosseln möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentan-Spruchs 1 gelöst

Das Wesentliche des erfindungsgemäßen Filters ist darin zu sehen, daß die Flüssigkeitsverteiler so gestaltet sind, daß die Flüssigkeit aus den öffnungen mit hoher Energie ausströmen kann, ohne daß sie durch Ausströmöff.iungen mit einem Durchmesser behindert wird, der kleiner als die möglichen Partikel in der Flüssigkeit oder als die Körnung des Bettmi.ierials sind, und daß die Flüssigkeit den darunter liegenden Hohlraum ausfüllt und das Material des Bettes in diesem Hohlraum in Strömung versetzt. Da gerade die Energie des Wasset Strahles den Sand in den Ruhebereichen in Strömung versetzt muß die Strahldicke in einem bestimmten Verhältnis zum mittleren Durchmesser der Partikel des Betimateriales stehen und größer als der Durchmesser sein.

Beim Stromauffiltern wird der Filter so verwendet, daß ein konzentrierter flüssigkeitsstrom durch ein Einlaßrohr mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 40 bis 80 m/sec. geleitet wird, was dazu führt, daß der Sand auf dem Ruhebereich im Ausdehnungsbereich aufgerührt wird und in einen kleineren Bereich strömt. Beim nachfolgenden Spülen des Filters wird die Strömungsgeschwindigkeit etwa um das zehnfache der vorherigen GeschwinJ'gkeit erhöht. Der Wasserstrahl verläßt den Hohlraum und dringt in den Sand ein, und wenn ein bestimmter Energiezustand (ausgeglichener Zustand) erreicht wurde, dreht sich der Wasserstrahl nach oben und durchströmt den Sand Um das Loch, Die SlfömUngszöne dehn! sich aus und nach und nach strömt das umgebende Granulatmatefial bis das gesamte Filterbett strömt

Beim Stromabfilterii 'v-jrden für den Auslaß gereinig*

ter Flüssigkeit Verteiler verwendet Der Spulvorgang erfolgt in gleicher Weise wie beim Stromauffiliern.

Die Anzahl der Verteiler wird so gewählt, daß beim Spülen mii öffnungen, die den Durchtritt größerer Partikel und Flocken ermöglichen, der erforderliche Widerstand erzielt wird. Die Spulgeschwindigkeit wird so gewählt, daß auch gröberes Bettmaterial am Boden in Strömung gerät. Das Spülen kann sowohl mit einer Flüssigkeit wie auch mit einer FIüssigkeits-Luft-Mischung erfolgen. Einer oder mehrere Verteiler sind auf einem Zufuhrrohr angeordnet, das durch das Filterbett gezogen werden kann und sich an horizontale Verteilerleitungen anschließen oder an der Bodenplatte in einem Filter mit Doppelboden befestigen läßt Die Flüssigkeitsverteiler können jede gewünschte Form aufweisen, beispielsweise die eines Zylinders mit einem Boden, eines aufgestellten Konus, einer Kappe oder einer gekrümmten konvexen Scheiben, so lange nur unter der öffnung ein Hohlraum gebifdet werden kann. Vorzugsweise ist der Verteiler konisch geformt und weist einen größten Durchmesser zwischen 10 und einem Mehrfachen von 10 cm auf, j·. iiach Filterfläche und Anzahl der Verteiler. Die Form des \ 3«eüers kann so gewählt werden, daß der Durchmesser des Zuführrohres, die Form des Verteilers, usw. so an das Filtermaterial angepaßt werden, welches aus nur Sand mit geeigneter Körnungskurve bestehen kann. Schichten aus Kies oder Steinen oder anderem gröberen Material sind nicht erforderlich noch wünschenswert.

Im folgenden werden nun einige Ausführungsbeispie-Ie des erfindungsgemäßen Filters unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Filter;

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filters;

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsverteiler gemäß der Erfindung, mit der Darstellung der Strömungsverhältnisse;

Fig.4, 5 und 6 einen Querschnitt durch jeweils weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler und

K i g. 7 eine Detaildarstellung eines Teiles aus F i g. 6.

F1 g. 1 zeigt daß ein oder mehrere Flüssigkeitsverteiler 2 auf einem Rohr 3 in einem Filierbett 1 in einem Stromauffilter angeordnet ist bzw. sind Den Flüssigkeitsverteiler wird beim Filtern und Spülen Wasser durch das Rohr 3 zugeführt, das an einem auf gleicher Höhe wie die Wasseroberfläche im Filter liegenden Punkt mündet

F i g. 2 zeigt, daß jeder der Flüssigkeitsverteiler 2 im Sandbett 1 mit dem Rohr 3 über ein getrenntes vertikales Rohr verbunden ist, wobei das Rohr 3 über dem Sandbett liegt.

F,g. 3 zeigt die Art und Weise, in der sich das Bett absenkt, nachdem der Filter fertig gespült wurde. Außerdem zeigt jie, wie unter dem Verteiler S ein Ausdehnungsbereich 4 gebildet wird. Sand dringt nach unten unter den Verteiler 5 ein und es bildet sich ein Ruhebereich mii einer Neigung unter einem Winkel <x. Beim nächsten Filtervorgang (beim Stromauffiltern) strömt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von ca, 80 cm/sec. durch die nach unten gerichtete Ausströmöffnung 6; es bildet sich ein Bereich 7, der mit Strömungssand gefüllt ist. Beim nachfolgenden Spülen ist die Geschwindigkeit zehnmal höher; die Strömungszone 7 ist größer, die Ausströmmenge nimmt zu, und der Strömungsbereich erstreckt sich übei· das gesamte

Sandbett mittels des Wassers, das aus dem Bereich 7 in das Bett 1 strömt, wie die Pfeile zeigen.

Der in Fi g. 4 dargestellte Ausdehnungsbereich ist in zwei konzentrische Teile 8 und 9 unterteilt, die durch eine nach unten ragende Wandung 10 voneinander ■> getrennt sind, die als Strörnungsleitelement dient. Die Verbindung 11 zwischen dem Verteiler 12 und dem Rohr 3 ist so elastisch, daß eine Drehung des Verteilers möglich ist.

Der Verteiler kann auch mit einer elastischen Einrichtung in der Ausströmöffnung bzw. dem Strömungsleitelement versehen sein, wie Fig.5 und 6 zeigen, so daß der Durchströmquerschnitt an die Wasserströmung und an den Wasserdruck anpaßbar ist, die beim Filtern und beim Spülen unterschiedlich sind.

Fig.5 zeigt einen Flüssigkeitsverteiler 13, bei welchem die Ausströmöffnung 6 mit einer elastischen Einrichtung 14 aus Gummi versehen ist. die dazu vorgesehen ist, den Durchmesser der öffnung 6 an die verschiedenen Strömungsbedingungen anzupassen, so daß beim Filtern und beini Spülen die am besten geeignete Geschwindigkeit erzielt wird.

Fig.6 zeigt einen Flüssigkeitsverteiler 15, der oberhalb eines Strömungsleitelementes 16 in Form eines Kreuzes angeordnet ist, welches im Boden des Filters verankert ist. Das Strömungsleitelement kann mit einem elastischen Gummiteil zum Regulieren des Durchströmquerschnittes versehen sein.

F i g. 7 zeigt eine Detaildarstellung des Strömungsleiteiementes 16 aus F ig. 6. so

Der Flüssigkeitsverteiler kann beim Stromauf- wie Stromabfillern verwendet werden. Beim Stromabfiltern dienert die Verteiler als Auslässe für das Filtral und als Einlasse für das DurchspUlwasser.

Die im vorhergehenden beschriebenen Konstruktionen für Verteiler und Bettmaterial ermöglichen ein Filtern von Flüssigkeiten, die nur einer begrenzten Vorbehandlung unterworfen wurden, beispielsweise eine Filtrierung von abgeseihtem Abwasser. Versuche mit erfindungsgemäßen Verteiler häbefi gezeigt, daß Fasern, Kaffeesatz, Kunststoffstückchen und dergleichen Verunreinigungen durch die Verteiler geleitet werden können, während sie beim Spülen leicht aus dem Filterbett entfernt werden können, da die Konstruktion einen Materialtransport und eine Vermischung in den Bodenschichten ebenfalls ermöglicht Dies letztere ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber Filtern mit mehr öder weniger ausgesprochenem Mehrfach-Material-Charakter, bei denen eine wiederholte Vermischung der Schichten die Funktion beträchtlich BeeinfluBi.

Die Verteiler ermöglichen die Verwendung von Flüssigkeits-Luft-Gemischen beim Spülen; somit kann die Menge an Spülflüssigkeit verringert werden. Die erfindungsgemäßen Verteiler stellen an das Bettmaterial keine solchen Anforderungen, wie es bei anderen Filtern der Fall ist. Somit kann der Verteiler in einem »idealen« Filterbett arbeiten, d. h. in einem Filterbett, das nur zum Filtern gedacht und konstruiert ist, und das nicht an andere technische Faktoren für den Betrieb angepaßt ist, beispielsweise für die Verhinderung des Eindringens von Bettmaterial in die Verteiler.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Filter zum Filtern von Flüssigkeiten, mit einem körniges Filtermaterial enthaltenden Filterbett, in dem mindestens ein Flüssigkeitsverteiler angeordnet ist, der zur Ausbildung eines Hohlraumes im Filterbett mit einem nach oben geschlossenen und sich nach unten erweiternden Körper versehen ist, und mit einer in die Erweiterung mündenden Leitung für die zu filternde Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (3) über eine zentrale, nach unten gerichtete Düse (6) in die Erweiterung (4) mündet, und daß die Düse (6) einen größeren Durchmesser hat als die mittlere Korngröße des Filtermaterials und über dem Filtermaterial mündet, so daß die ausströmende Flüssigkeit im wesentlichen nach unten konzentriert zum Filtermaterial leitbar ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß A'° Erweiterung (4) durch nach unten gerichtete V/andungen (10), die einen Teil des Flüssigkeitsverteilers (12) darstellen, in mehrere Abschnitte unterteilt ist

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (4) durch Strömungsleiielemente (16), die am Filter selbst befestigt sind, in mehrere Abschnitte unterteilt \zA.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsverteiler (12) schwenkbar befestigt ist.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung der Düse (6) von einem elastischen Mantel (K) gebil ';t ist, dessen Querschnitt in Abhängigkei' von der Strömungsgeschwindigkeit veränderbar ist.

6. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (6) ein Strömungsleitelement (16) nachgeschaltet ist.