DE2439303A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von fein verteilten und/oder geloesten stoffen und schwebe- bzw. feststoffen aus fluessigkeiten, insbesondere wasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von fein verteilten und/oder geloesten stoffen und schwebe- bzw. feststoffen aus fluessigkeiten, insbesondere wasser

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Description

PATENTANWÄLTIN
7 STUTTGART 70
AUFDEM HAlGST 29-T. 6003 06
A 2002 Stuttgart, den 14. August 1974
ν - al
Hager & Elsässer
7 Stuttgart-Vaihingen Ruppmannstrasse 26
Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von fein verteilten und/oder gelösten Stoffen und Schwebe- bzw. Feststoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere Wasser.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von fein verteilten und/oder gelösten Stoffen und Schwebe- bzw. Feststoffen aus Flüssigkeit, die einen Behandlungsbehälter in Längsrichtung durchströmt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Wasser.
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Es sind sowohl Ionenaustauschverfahren als auch Filtrationsverfahren zur Behandlung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten bekannt geworden, bei denen die zu reinigende Flüssigkeit eine Filtersäule durchläuft. Nach einer gewissen Betriebszeit ist festzustellen, dass das Adsorber- bzw. Ionenaustauschmaterial im Eintrittsbereich der Lösung beladen ist, so dass zur Vermeidung eines Durchbruchs eine Rückspülung des Adsorbermaterials bzw. eine Regeneration des Ionenaustauschmaterials erforderlich ist.
Bei den bekannten kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Filtrationsverfahren wird das Adsorbermaterial in einen separaten Waschbehälter gefördert und nach dem Waschprozess in den Behandlungsbehälter zurückgeführt. In analoger Weise werden die entsprechenden Verfahren bei Verwendung von Ionenaustauschmaterial durchgeführt, bei denen das Regenerieren und Spülen der Austauschermasse ausserhalb des Behandlungsbehälters vorgenommen wird. Die der Behandlung der Flüssigkeit sowie der Rückspülung bzw. Regeneration dienenden Verfahrensstufen verlaufen zeitlich parallel. Gegenüber dem Betrieb nach herkömmlicher Weise, bei der Rückspülung bzw. Regeneration und Waschung der Adsorptions- bzw. Austauschermasse nach der Beladung im gleichen Behälter erfolgt, haben diese kontinuierlich arbeitenden Verfahren den Vorzug, dass praktisch keine Unterbrechungen stattfinden. Die Verwendung von Ersatzfiltern, die beim Ausfall des Betriebsbehälters einzusetzen sind, ist dadurch überflüssig.
In der Regel ist das in derartig kontinuierlich arbeitenden Anlagen aufbereitete Wasser noch einer weiteren Feinbehandlung zu unterziehen. So sind oft noch bestimmte Stoffe aus dem Wasser zu entfernen, die die Nachschaltung eines je nach den Gegebenheiten mit ionogenem oder nichtionogenem Material gefüllten Filterbehälters erforderlich machen. So werden hinter Ionenaustauschanlagen häufig noch Filter mit Aktivkohle nachgeschaltet, insbesondere in der Getränkeindustrie zur Geschmacksverbesserung. Bei der
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Aufbereitung von Abwassern dienen die nachgeschalteten Filter häufig der Tensidbeseitigung oder anderen organischen Substanzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den baulichen Aufwand, den Raumbedarf und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens einer kontinuierlich arbeitenden Filtrations- oder Ionenaustauschanlage mit nachgeschaltetem Filter erheblich zu verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren dadurch gelöst, dass man das Rohprodukt innerhalb des Behandlungsbehälters durch zwei unterschiedlich betriebene Behandlungsräume führt, von denen die erste untere Stufe kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich betrieben wird, indem man das beladene Austauscher- bzw. Filter- und/oder Adsorptionsmaterial chargenweise in einen nachgeschalteten Spül- und gegebenenfalls Regenerierbehälter transportiert und im Kreislauf in den unteren Teil der Behandlungskolonne zurückfördert, während die nachgeschaltete zweite, mit ionogenem oder nichtionogenem Austauscher- bzw. Adsorptionsmaterial gefüllte Stufe diskontinuierlich betrieben wird. Die Kombination eines derartig kontinuierlich und diskontinuierlich betriebenen Filters in einem einzigen Behälter gestalten die Anschaffungs- und Betriebskosten wesentlich billiger als eine zweite nachgeschaltete Kolonne.
In der oberen diskontinuierlich betriebenen Stufe können Einwegmaterialien zum Einsatz kommen, die innerhalb der Kolonne rückgespült bzw. aufgelockert werden können. Statt dessen kann aber auch vorgesehen sein, dass das in diesem Behandlungsraum befindliche Austauschermaterial in einer separaten Kolonne extern rückgespült wird.
Die Wirtschaftlichkeit eines derart betriebenen Filters kann beispielsweise dadurch verbessert werden, dass das zum Transport der Austauschermasse des ersten Behandlungsraums verwendete Wasser zum Spülen der Austauschermasse im zweiten Behandlungsraum
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verwendet wird, wodurch der Wassereigenbedarf einer solchen Anlage erheblich reduziert wird.
Je nach den Gegebenheiten können in den Behandlungsräumen unterschiedliche Materialien verwendet werden, z.B. im ersten Behandlungsraum Ionenaustauschmaterial und Filter- und/oder Adsorbermaterial und im zweiten Behandlungsraum Aktivkohle, was vor allem dann zu empfehlen ist, wenn in der ersten Behandlungsstufe ein Kationenaustauscher angeordnet ist und dieser Anlage ein Anionenaustauscher nachgeschaltet ist. Das Adsorbermaterial der zweiten Stufe trennt im Wasser verbliebene Stoffe ab, die dann den nachgeschalteten Anionenaustauscher nicht mehr belasten. Das gleiche gilt bei Verwendung eines Anionenaustauschers in der ersten Behandlungsstufe, da die Adsorbermaterialien der zweiten Stufe organische Substanzen, die geschmacks- oder geruchsstörend sein können, entfernen.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung ist nicht sehr aufwendig. Sie ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter durch mindestens einen sich horizontal über den gesamten Behälterquerschnitt erstreckenden Düsenboden in mindestens zwei Behandlungsräume unterteilt ist, von denen der erste untere Behandlungsraum im Bodenbereich eine Rohjfwassereinlass- und eine Materialaustragsleitung aufweist, und der zweite obere Behandlungsraum mit einer separaten Materialeinlass- und -auslassleitung versehen ist und dass im Bereich des den ersten Behandlungsraum oben begrenzenden Düsenbodens ein den oberen Behälter- und den zweiten Behandlungsraum in axialer Richtung durchdringendes Einlassrohr für den Einlass der Austauscher- bzw. Adsorbermaterialien des ersten Behandlungsraums mündet. Zur externen Rückspülung ist die Materialeinlass- und Materialauslassleitung des zweiten Behandlungsraums an einen Rückspülbehälter anschliessbar vorgesehen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die
Behandlungskolonne mit den daran angeschlossenen Zu- und Ableitungen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der gesamten Aufbereitungsanlage.
Das zu reinigende und aufzubereitende Rohprodukt wird nachfolgend der Einfachheit halber als "Rohwasser" bezeichnet. Es handelt sich hierbei um Wasser, wässrige Lösungen oder sonstige Lösungen in nichtwässrigen Flüssigkeiten. Das Rohwasser wird durch die Leitung 12 über das Ventil 13 in die insgesamt mit 10 bezeichnete Behandlungskolonne eingelassen. Es tritt durch die Parallelleitungen 12a, 12b über den Rohwasserverteiler 14 in die Behandlungskolonne ein. Zur Veränderung des Niveaus des Rohwasserverteilers sind die Leitungen 12a, 12b teleskopartig höhenverstellbar. Das Wasser durchströmt die Kolonne in Richtung der Pfeile A von unten nach oben. In die Behandlungskolonne 10 sind etagenförmig übereinander angeordnete Düsenböden 15 und 16 eingebaut, welche die Behandlungskolonne in zwei getrennte Behandlungskammern I und II unterteilen, wozu später noch näher eingegangen wird. Das Reinprodukt, nachfolgend kurz "Reinwasser11 genannt, verlässt die Kolonne 10 über eine mittels eines Ventils 17 schaltbare Reinwasserleitung 18.
Beim Oberschreiten eines vorgegebenen Reinheits- oder Trübungswerts oder Differenzdrucks oder aufgrund der Analyse der Inhaltsstoffe oder nach vorgegebenen Zeitintervallen wird die Behandlungskolonne 10 kurzzeitig durch Schliessen des Ventils 13 ausser Betrieb gesetzt. Gleichzeitig wird Transportwasser durch Öffnen des Ventils 34 in der Leitung 33 in Richtung der Pfeile B über Kopf in die Kolonne eingelassen. Der beladene Teil des Austauscher-, Filter- oder Adsorbermaterials wird hierbei bei
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offenem Ventil 28 in der Entlastungsleitung 27 in den trichterförmigen Bodenteil 10a der Behandlungskolonne abgesenkt. Danach wird bei geöffnetem Ventil 30 eine frische Charge über die Leitung 19 aus der insgesamt mit 11 bezeichneten Rückspülkolonne in das Kopfstück der Behandlungskolonne 10 eingeführt.
Die unter dem Rohwasserverteiler 14 befindliche, schmutzbeladene Charge wird über die Leitung 21 bei offenem Ventil 22 in eine Messkolonne 20 eingeleitet. Aus dieser wird eine hinsichtlich ihres Volumens abgemessene Charge, gegebenenfalls nach einer Behandlung mit Chemikalien, über das geöffnete Ventil 29 der Rückspülkolonne 11 zugeführt. In der Rückspülkolonne erfolgt eine gründliche Lockerung und Streckung des Austauscher-, Adsorber- oder Filtermaterials im Spülprozess. Die Schmutzstoffe werden mit dem Spülwasser über die Leitung 25 durch das Ventil 26 abgelassen.
Nach dem Spülprozess wird das in der Leitung 37 befindliche Ventil 38 zum Einlassen von Transportwasser geöffnet und durch dieses Druckwasser mittels eines in die Rückspülkolonne 11 hineinragenden Tauchrohres 36 eine Charge bei geöffnetem Ventil über die Transportleitung 19 in das Kopfstück der Behandlungskolonne 10 gefördert. Dadurch ist der Kreislauf wieder hergestellt. Das gereinigte Material wird durch das zentrisch angeordnete Rohr 40 in die Kammer I eingeführt.
Beim Aufwärtsströmen des zu behandelnden Rohwassers in der Behandlungskolonne durchdringt das Rohwasser beim Hindurchtreten durch den ersten Düsenboden 15 die Kammer II in Aufwärtsrichtung der Pfeile A. Je nach der Beschaffenheit des aufzubereitenden Rohprodukts sind in der Kammer II unterschiedliche Materialien untergebracht. Bei der Aufbereitung von Getränkewasser, Abwasser und Badewasser sowie zur Geschmacksverbesserung und Schönung des Wassers kann hier beispielsweise Aktivkohle eingebracht sein. Zur Entsäuerung des in der Kammer I filtrierten Wassers können in der Kammer II auch Entsäuerungsmaterialien zum Einsatz kommen.
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Soll Blei aus dem Rohprodukt herausgenommen werden, so kann ein Spezial-Bleiaustauscher der ersten Filtrationsstufe nachgeschaltet werden. Soll eine Feinreinigung des Wassers erfolgen, so kann in diese Kammer ein inaktiver Ionenaustauscher eingeführt werden.
Um bei Einsatz von bestimmten Austauschmaterialien ein Verstopfen der Düsen im Düsenboden 16 zu vermeiden, ist es zweckmässig, wenn auf der Materialschicht 40 eine Schutzschicht 42, wie eine Trägerschicht aus Inertmaterial, z.B. aus Granulat, aufgebracht ist. Die Körnung der Granulate muss dabei so gross sein, dass dieses Material nicht durch die Düsen des Düsenbodens 16 hindurchtreten kann.
Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, wenn über dem ersten Düsenboden 15 zur Vergrösserung der Raumfiltration eine Inertschicht 41 aufgebracht ist, die bewirkt, dass die suspendierten Schwebestoffe nicht nur in einer dünnen Oberflächenschicht des Filtermaterials ausfiltriert werden, sondern weiter in das Bett hineinwandern, wodurch sich das Feststoff-Aufnahmevolumen des Filterbettes 40 beträchtlich vergrössert.
Bei dem in der Kammer II zum Einsatz gelangten Material 40 kann es sich um ein Einwegmaterial handeln, welches zwar durch Rückspülung mittels des durch die Leitung 33 eingelassenen Wassers rückgespült und aufgelockert werden kann. In diesem Fall kann das Transportwasser aus der Leitung 33, welches in Richtung der Pfeile B die Kolonne durchdringt, als Spülwasser verwendet werden. Es dürfte aber zweckmässig sein, wenn ein besonderer, extern vorgesehener Behälter 60 als Rückspülbehälter vorgesehen ist, in welchen das in der Kammer II befindliche Material durch die Leitung 52 bei öffnen des Ventils 53 eingelassen wird. Das Spülwasser wird über einen Strahlsauger 54 durch die Leitung 56 in den Behälter 60 eingelassen. Nach einer gründlichen Rückspülung
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verlässt das Material über den Strahlsauger 54 den Behälter 60 über die Leitung 58 bei geöffnetem Ventil 59, um erneut in der Kammer II verwendet zu werden. Das Schmutzwasser wird über die Leitung 62 abgeführt.
Mit dem beschriebenen Zweikammer-Filter sind eine Reihe von Kombinationen möglich, die sonst nur in Hintereinanderschaltung von zwei oder mehreren Filtern mit wesentlich mehr Aufwand erreicht werden können. So kann bei Verwendung eines Kationen-Austauschers in der Stufe I ein Adsorberaustauscher in der Stufe II nachgeschaltet werden, um den Anionen-Austauscher zu schützen oder es kann in diesem Fall auch Aktivkohle zur Beseitigung organischer Substanzen zum Einsatz gelangen.
Bei Verwendung eines Anionen-Austauschers in der Stufe I kann in der Stufe II mit Vorteil ein Austauscher verwendet werden, der zur Beseitigung von Tensiden bei Kreislaufanlagen benutzt wird. In der Getränkeindustrie, z.B. zur Aufbereitung von Brauwasser, ist es üblich, dem Anionenaustauscher noch ein Aktivkohlefilter nachzuschalten. Dieses kann somit in der Stufe II verwendet werden, wodurch ein separates Aktivkohlefilter eingespart werden kann.
Die beschriebene Kombination von zwei Kammern bzw. zwei Stufen innerhalb eines einzigen Filterbehälters ist in der Herstellung, Anschaffung und im Betrieb wesentlich billiger als eine zweite separate Kolonne.
Mit der beschriebenen zweistufigen Baueinheit können aus dem aufzubereitenden Wasser Feststoffe und/oder Schwebestoffe sowie gleichzeitig in feinster (emulgierter) Form vorliegende nicht gelöste organische Substanzen, z.B. Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffe, wie Heizöle, durch Einsatz der verschiedenen Substanzen in einem einzigen Durchfluss entfernt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Anteil dieser in feinster Vertei-
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lung vorliegenden organischen Stoffe nur in Spuren vorhanden ist, sodass der Einsatz eines getrennten Filters zu aufwendig wäre.
Der Betrieb der beschriebenen Zweikammer-Kolonne wird mit einem geschlossenen Drucksystem durchgeführt, bei welchem das Filterbett unter Pumpendruck direkt mit dem Rohwasser beaufschlagt wird und die Transportvorgänge ebenfalls unter Pumpendruck durch Einspeisung von Transportwasser durchgeführt werden. Es liegt somit stets ein Festbett vor, so dass mit sehr hohen Filtrationsgeschwindigkeiten gefahren werden kann, auch bei Verwendung von Filtermaterialien geringer Dichte, wie z.B. Polystyrol, nichtaktivem Ionenaustauschermaterial oder anderen spezifisch leichten Substanzen, wie Hydroanthrazit, Aktivkohle usw.. Dieses Betreiben im Festbett ermöglicht einen hohen Reinheitsgrad der aufzubereitendenFlüssigkeit.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abtrennen von fein verteilten und/oder gelösten Stoffen und Schwebe- bzw. Feststoffen aus Flüssigkeit, die einen Behandlungsbehälter in Längsrichtung durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass man das Rohprodukt innerhalb des Behandlungsbehälters durch zwei unterschiedlich betriebene Behandlungsräume führt, von denen die erste untere Stufe kontinuierlich bzw. quasikontinuierlich betrieben wird, indem man das beladene Austauscher- bzw. Filter- und/oder Adsorptionsmaterial chargenweise in einen nachgeschalteten Spül- und gegebenenfalls Regenerierbehälter transportiert und im Kreislauf in den unteren Teil der Behandlungskolonne zurückfördert, während die nachgeschaltete zweite, mit ionogenem oder nichtionogenem Austauscher- bzw. Adsorptionsmaterial gefüllte Stufe diskontinuierlich betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem zweiten Behandlungsraum befindliche Austauschermaterial extern rückgespült wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das zum Transport der Austauschermasse des ersten Behandlungsraums verwendete Wasser zum Spülen der Austauschermasse im zweiten Behandlungsraum verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem ersten Behandlungsraum Adsorber- oder Filtermaterial oder Ionenaustauschmaterial verwendet, während man in dem zweiten Behandlungsraum Adsorbermaterial, z.B. Aktivkohlefilter, verwendet.
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5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet , dass man in der zweiten Stufe Austauschermaterial zur Tensid-Beseitigung einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass in der zweiten Stufe Ionenaustauschmaterial zur Feinreinigung eingesetzt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsbehälter (10) durch mindestens einen sich horizontal über den gesamten Behälterquerschnitt erstreckenden Düsenboden (15, 16) in mindestens zwei Behandlungsräume (I, II) unterteilt ist, von denen der erste untere Behandlungsraum (I) im Bodenbereich eine Rohwassereinlass- (12a, 12b) und eine Materialaustragsleitung (21) aufweist und der zweite obere Behandlungsraum (II) mit einer separaten Materialeinlass- (50) und -auslassleitung (52) versehen ist, und dass im Bereich des den ersten Behandlungsraum oben begrenzenden Düsenbodens (15) ein den oberen Behälter- und den zweiten Behandlungsraum in axialer Richtung durchdringendes Einlassrohr (40) für den Einlass der Austauscher- bzw. Adsorbermaterialien des ersten Behandlungsraums mündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Materialeinlass- (58) und eine Materialauslassleitung (52) des zweiten Behandlungsraums (II) an einen Rückspül- und ggf. Regenerierbehälter (60) anschliessbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum (II) sowohl unten als auch oben von je einem Düsenboden (15, 16) begrenzt ist.
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10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass über dem die Behandlungsräume I und II trennenden unteren Düsenboden (15) eine Granulatmasse (41) zur Erzielung einer Raumfiltration angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass oberhalb der Behandlungsschicht (40) des zweiten Behandlungsraumes (II) eine Schicht (42) aus
Inertmaterial angeordnet ist.
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