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Filter
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Die Erfindung betrifft einen Filter zum Heraustrennen von Filterstoffen
aus Flüssigkeiten, mit mehreren in einem Behälter in gegenseitigen Abständen angeordneten
parallelen Filterscheiben, in die das Filtrat einläuft und zwischen denen Spalte
zum Ablagern des Filterkuchens vorhanden sind.
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Bei einem bekannten Filter dieser Art (DT-OS 2 144 806) sind mehrere
Filterscheiben in einem Behälter an einer drehbaren Welle angebracht. Der Filterkuchen
wird durch Drehen des gesamten Scheibenpaketes abgeschleudert. Zu diesem Zweck hat
die Behälterwand einen gewissen Abstand von den äußeren Rändern der Filterscheiben.
Bei der Filtration dringt die in den Behälter eingeleitete Flüssigkeit in die Filterscheiben
ein, deren Oberfläche mit einem Filtergewebe bespannt ist, das von einem Stützgewebe
getragen wird. An dem Filtergewebe setzen sich die Feststoffe ab, während das Filtrat
durch Löcher hindurch
in die Hohlwelle eindringt und durch diese
hindurch abgeführt wird. Bei dieser Filterausführung dürfen die Spalte zwischen
den Filterscheiben nicht voll mit Filterkuchen ausgefüllt werden, da sonst infolge
der entstehenden Pressung und Verfestigung des Filterkuchens ein Abschleudern nicht
mehr möglich ist. Da der Filterkuchen nicht in dem erforderlichen Maße gepreßt werden
kann, bleibt eine Restfeuchte im Filterkuchen, die oftmals unerwünscht hoch ist.
Auch durch Ausblasen des Filterkuchens mit einem Druckgas wird diese Schwierigkeit
oftmals nicht vollständig beseitigt.
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Bekannt sind ferner Filterpressen, die ein feststehendes Kopfstück
und einen losen Deckel aufweisen, zwischen denen sich mit Tüchern bespannte Filterkammern
befinden. Durch Vertiefungen in den Filterkammern werden Hohlräume gebildet, in
denen der Filterkuchen beim Durchgang der Trübe durch das Tuch zurückgehalten wird.
Diese Hohlräume können vollständig mit Verunreinigungen vollgepreßt werden, so daß
die beim Scheibendrehfilter geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten. Ein schwerwiegender
Nachteil der Filterpresse besteht aber darin, daß sie zum Entfernen des Filterkuchens
geöffnet werden muß, und daß ein vollautomatischer Kuchenaustrag nicht möglich ist.
Das Reinigen der Filterpresse ist mit starkem Gestank und großer Verschmutzung der
Arbeitsräume verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Filter der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem eine vollständige Füllung der Hohlräume zwischen den Filterelementen
mit Filterkuchen erfolgen kann, ohne daß der maschinelle Filterkuchenaustrag
behindert
würde. Der Filter soll ferner in großen Ausführungen, beispielsweise für die komunale
Abwasserreinigung, herstellbar sein und eine einfache Reinigung, frei von Geruchsbelästigungen
oder Verschmutzungen, gewährleisten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zum
Austragen des Filterkuchens eine parallel zu der Achse der Filterscheiben verlaufende
Schaberwelle mit seitlich abstehenden Schabern vorgesehen ist, welche sich relativ
zu den Filterscheiben entlang eines Randes der Filterscheiben bewegt und dabei gleichzeitig
um ihre Achse gedreht wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filter erfolgt der Austrag des Filterkuchens
aus den zwischen den Filterscheiben gebildeten Spalten durch Ausschaben. Während
des normalen Filterbetriebes ist die Schaberwelle im Ruhezustand, wobei die seitlich
abstehenden Schaber die Filtrierung nicht beeinflussen. Haben sich die Spalte mit
Filterkuchen vollgesetzt, dann wird die Schaberwelle an einem Rand der Filterscheiben
entlangbewegt. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß die Schaberwelle das Paket
der Filterscheiben umkreist oder dadurch, daß das Filterscheibenpaket selbst in
eine langsame Drehung versetzt wird und an der Schaberwelle, die sich ihrerseits
um ihre eigene Achse dreht, vorbeibewegt wird.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Filterscheibenpaket an einer feststehenden
oder drehbaren Mittelachse befestigt sein, während die Schaberwelle mit ihren Schabern
von außen her zwischen die Filterscheiben greift. In diesem
Fall
muß zwischen dem Filterscheibenpaket und der Behälterwand ein Abstand bestehen,
um das freie Herabfallen des aus den Spalten herausgeschabten Filterkuchens zu gewährleisten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das aus
den Filterscheiben gebildete Paket längs seiner Mittelachse eine durchgehende Öffnung
auf, durch die außermittig die Schaberwelle hindurchragt. Die Mittelöffnung dient
als Schacht zum Herabfallen des Filterkuchens. Sie kann eine verhältnismäßig kleine
Flächenausdehnung haben, so daß die Behälterabmessungen nicht wesentlich vergrößert
werden. Außerdem nimmt die Mittelöffnung während des normalen Filterbetriebes die
aus den Spalten zurückgezogenen Schaber auf.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaberwelle
von mindestens einem Kurbelzapfen einer an einem stirnseitigen Ende des Behälters
zentrisch gelagerten Antriebswelle geführt. Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit,
die Schaberwelle auf ihrer Umlaufbahn entlang der (äußeren oder inneren) Kanten
des Filterscheibenpaketes zu bewegen. Zweckmäßigerweise ist die Schaberwelle an
zwei Kurbelzapfen, die an beiden Enden des Behälters angeordnet sind, geführt, wobei
nur der eine Kurbelzapfen angetrieben ist und der andere der Stabilisierung dient.
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Wenn der Filterkuchen in den Spalten zwischen den Filterscheiben sehr
fest gepreßt ist, kann er nicht mit einem vollen Eingriff der Schaber in einem einzigen
Zuge ausgeräumt werden. Die Schaber sollten daher während der Reinigungsphase langsam
in die Spalte eindringen und den Filterkuchen
erst in mehreren
Umläufen vollständig herausholen. Die Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Schaberwelle
um ihre eigene Achse ist daher vorzugsweise geringer als die Winkelgeschwindigkeit
des Umlaufs der Schaberwelle um das Filterpaket. Vorzugsweise beträgt die Winkelgeschwindigkeit
des Umlaufs ein Mehrfaches der Winkelgeschwindigkeit der Drehung. Die Umlaufbewegung
und die Drehung können sehr leicht durch ein geeignetes Getriebe miteinander synchronisiert
werden, so daß nur ein einziger Antrieb erforderlich ist.
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Nach manchen Filtrationen ist es notwendig, den Filter oder die Gewebe
zu spülen. Zu diesem Zweck kann die Schaberwelle mit einer Zuführleitung für Spülflüssigkeit
versehen sein, die in oder an den einzelnen Schabern fortgesetzt ist, so daß die
Spülflüssigkeit an den Schabern austritt. Die Schaber können zu diesem Zweck mit
geeigneten Düsen versehen sein. Beim Umlaufen der Schaberwelle und beim Ein- oder
Ausschwenken der Schaber werden auf diese Weise die Gewebe abgespritzt. Diese Abdüsvorrichtung
kann auch dazu dienen, den Filterkuchen vor dem Austragen zu befeuchten, um ihn
auch als Slurry austragen zu können.
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Das Filterpaket kann aus den aufeinandergelegten Filterscheiben bestehen,
die gegebenenfalls dwch Abstandshalter voneinander getrennt und insgesamt zwischen
zwei Platten verspannt sind. Zur Ermöglichung des Umlaufs der Schaberwelle kann
eine der Platten eine Deckelöffnung aufweisen, die durch einen drehfest mit der
Antriebswelle verbundenen Deckel verschließbar ist, durch den die Schaberwelle abdichtend
hindurchführt. Bei Drehung der Antriebswelle
wird der Deckel geringfügig
von der Deckelöffnung abgehoben, so daß eine wesentliche Reibung an der Deckelöffnung
nicht vorhanden ist, dennoch aber das Herausdringen von Gestank aus dem Behälter
verhindert wird.
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Da das Abheben des Deckels nur während der relativ kurzen Reinigungsphasen
erfolgt und überdies der Deckel nur ganz geringfügig, d.h. wenige Millimeter, zur
Aufhebung der Reibung angehoben wird, findet keine Geruchsbelästigung oder gar Verschmutzung
der Umgebung statt.
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Die Spalte zwischen den Filterscheiben können sich infolge verschiedener
Ursachen unterschiedlich schnell füllen.
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Starre Plattenkönnen dadurch bleibend verformt werden oder brechen.
Um dies zu vermeiden ~können die Platten elastisch und zur Umlaufbahn der Schaberwelle
hin verjüngt ausgebildet sein. Dadurch werden die Spalte keilförmig, wobei zweckmäßigerweise
die Schaber dieser Keilform angepaßt sind.
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Zu Beginn des Ausräumens schabt jeder Schaber zunächst nur einen schmalen
Spalt aus dem Filterkuchen heraus.
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Dieser Spalt wird mit zunehmender Eindringtiefe der Schaber immer
breiter. Dadurch werden diejenigen Platten, die evtl. durch ungleichmäßiges Befüllen
verbogen wurden, entspannt und können allmählich aufgrund ihrer Elastizität in ihre
Ursprungs lage zurückfedern, so daß die Schaber in der Endlage die Filterscheiben
randgängig abschaben können.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der-Erfindung unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
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Fig. 1- zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen
erfindungsgemäßen
Filter.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, und
Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung einer Filterscheibe im Schnitt.
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Bei dem dargestellten Filter sind mehrere Filterscheiben 10#zu einem
Filterscheibenpaket 11 zusammengesetzt. Die Filterscheiben, die kreisrund sind,
haben eine Mittelöffnung 12, deren Durchmesser etwa einem Drittel des Durchmessers
der gesamten Filterscheibe entspricht. Die Filterscheiben haben an ihrem äußeren
Umfang einen verdickten Rand 13 mit ebenen Stirnflächen. Wenn die Ränder 13 aufeinandergesetzt
werden, stehen die wirksamen Bereiche der Filterscheiben 10 nach innen vor. Zwischen
zwei benachbarten Filterscheiben besteht jeweils ein Spalt 14, der sich zur Mitte
hin erweitert, da die Filterscheiben sich zur Mitte hin entsprechend verjüngen.
Jede Filterscheibe 10 besteht gemäß Fig. 3 aus einem plattenförmigen Körper 15,
der mit einem Filtergewebe 16 bespannt ist, wobei gegebenenfalls noch ein Stützgewebe
zwischen dem Körper 15 und dem Filtergewebe 16 vorhanden ist. Im Inneren des Körpers
15 befinden sich Leitungsbohrungen 17, die an der Umfangsfläche austreten.
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Die zu filternde Trübe wird in den seitlich von den Rändern 13 der
Filterscheiben abdichtend verschlossenen Raum eingeleitet und gelangt in die Spalte
14. Dort setzen sich die Feststoffpartikel auf dem Filtergewebe 16 ab, während das
Filtrat durch die Leitungen 17 in die
Filterscheiben eindringt
und nach außen abgeleitet wird, wie es durch den Pfeil 18 in Fig. 1 angedeutet ist.
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Das Filterscheibenpaket 11 ist an den beiden Stirnseiten durch Platten
19, 20, die durch Zuganker 21 miteinander verbunden sind, verspannt. Die obere Platte
20 weist einen nach oben gerichteten Rohrstutzen 22 auf, der einen Radialflansch
23 besitzt und etwa denselben Durchmesser aufweist wie die Öffnungen 12 der Filterscheiben.
Er bildet die Deckelöffnung und kann mit einer Deckelplatte 24 verschlossen werden.
Durch die Deckelplatte 24 führt außermittig die Schaberwelle 25 hindurch. Diese
ist in der Deckelplatte 24 drehbar und der Wellendurchgang ist durch eine Dichtungsvorrichtung
26 abgedichtet. Die Deckelplatte 24 ist heb- und senkbar und kann im (dargestellten)
angehobenen Zustand von der Antriebswelle 27 in Drehung versetzt werden. Die Antriebswelle
27 ist in einem Lager 28, das mit der Platte 20 fest verbunden ist, zentrisch zu
dem Filterscheibenpaket 11, jedoch oberhalb dieses Paketes, gelagert. An der Antriebswelle
27 befindet sich ein Kurbelzapfen 29 mit einem Lager 29',an dem die Schaberwelle
25 exzentrisch in der Öffnung 12 gelagert ist.
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Das untere Ende der Schaberwelle 25 ist an dem Kurbelzapfen 30 des
Wellenstücks 31 gelagert, das in dem Gehäuse 32 zentrisch zur Gehäuseachse 33 frei
drehbar ist.
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Das Lager 34 ist über Streben 35 mit dem Gehäuse 32 verbunden, wobei
das Gehäuse 32 einen nach unten ragenden Stutzen bildet, dessen Durchtrittsquerschnitt
durch die Streben 35 nicht wesentlich verringert wird. Der Stutzen ist am unteren
Ende durch einen Schieber 36 verschließbar.
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An dem Wellenstumpf 31 ist ein Schaber 37 befestigt, der mit dem Wellenstumpf
31 umläuft und die Innenwand des Gehäuses 32 sowie die Oberseiten der Streben 35
von hängengebliebenen Rückständen befreit.
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Die Zuführleitung 38 zum Einführen der Trübe mündet in das Gehäuse
32 ein. Die Trübe steigt in dem Gehäuse auf und verteilt sich zwischen den Filterscheiben
10. In den Spalten 14 sammelt sich der abgefilterte Feststoff als Filterkuchen.
Während der Filterung befinden sich die Schaber 40, die seitlich von der Schaberwelle
25 in Höhe eines jeden Spaltes 14 abstehen, in der in Fig. 2 mit 41 bezeichneten
Position. Sie befinden sich also innerhalb des von den Öffnungen 12 gebildeten Schachtes,
um beim Anlaufen nicht zu blockieren. Die Länge der Schaber 40 entspricht der Tiefe
der Spalte 14. Die Schaber sind - von oben gesehen - leicht gekrümmt ausgebildet,
so daß sie etwa die Form von Räumschaufeln haben. Sämtliche Schaber 40 sind genau
übereinander angeordnet, so daß bei einer Drehung der Schaberwelle 25 alle Schaber
gleichzeitig in die entsprechenden Spalte 14 eintauchen.
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Die Schaberwelle 25, die bei einer Drehung der Antriebswelle 27 sehr
nahe an den Innenkanten der Filterscheiben entlangläuft, wird zusätzlich um ihre
eigene Achse gedreht. Die Antriebseinrichtung ist nicht dargestellt. Die Drehung
kann mit der Drehung der Antriebswelle 27 synchronisiert sein. Sie kann jedoch auch
hinvon unabhängig und variabel sein, um in Abhängigkeit von der Festigkeit des Filterkuchens
verschiedene Räumgeschwindigkeiten wählen zu können. Vorzugsweise dreht sich die
Antriebswelle 27 um ein Mehrfaches schneller als die Schaberwelle 25.
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Bei der Umlaufbewegung der Schaberwelle 25 dreht sich der Deckel 24
zusammen mit der Antriebswelle 27. Um keine
unnötige Reibung zwischen
dem Flansch 23 bzw. der entsprechenden Flanschdichtung, und dem Deckel 24 hervorzurufen,
wird der Deckel bei einer Drehung der Antriebswelle 27 geringfügig angehoben, wie
es in Fig. 1 dargestellt ist. Dieses Anheben kann beispielsweise dadurch geschehen,
daß ein Zapfen am Deckel in eine (nicht dargestellte) Schraubenführung an der Antriebswelle
27 eingreift, so daß bei einer Drehung der Antriebswelle der Deckel durch die Schraubenführung
angehoben wird. In diesem Falle führt die Antriebswelle 27 am Anfang ihrer Drehung
eine geringfügige Verdrehung gegenüber dem Deckel 24 durch, bis der Zapfen des Deckels
den Endanschlag der Schraubenführung erreicht hat. Von da ab drehen Antriebswelle
27 undDeckel 24 gemeinsam. Die Synchronisierung der beiden Wellen 25 und 27 kann
über ein (nicht dargestelltes) Getriebe erreicht werden. Beide Wellen drehen sich
mit sehr geringen Winkelgeschwindigkeiten#. Für eine Drehung benötigt die Welle
25 beispielsweise mehrere Minuten. Im einzelnen hängt die Drehgeschwindigkeit von
der Größe des Filters und der Art des Filterkuchens ab.
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Die Schaberwelle 25 weist eine Längsbohrung 43 auf, durch die Spülflüssigkeit
eingegeben werden kann, die an (nicht dargestellten) Düsen an den Schabern austritt.
Damit können die Schaber zusätzlich zur Reinigung des Filtergewebes eingesetzt werden.
Die Abdüsvorrichtung kann ferner dazu verwendet werden, den Filterkuchen vor dem
Austragen aufzuweichen.
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Die Filterscheiben können unterschiedlich gestaltet werden. Wenn sie
nur auf ihren Oberseiten mit Filtergewebe bespannt sind, tritt das Filtrat nur in
die Oberseiten
ein. Wenn dagegen die Filterscheiben oben und unten
bespannt sind, sind folgende Arbeitsweisen möglich: a) das Filtrat tritt in die
Unterseite und die Oberseite der Filterscheibe ein, b) das Filtrat tritt nur in
die Oberseite ein. Der Filterkuchen kann nach der Filtration gewaschen werden, indem
die Waschflüssigkeit durch die Unterseite der Platten zugeführt und duch die jeweilige
Oberseite der darunterliegenden Platte abgeführt wird.
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c) Das Filtrat tritt abwechselnd in die Ober- und Unterseiten der
Filterscheiben ein. Die Waschung erfolgt ebenfalls abwechselnd in umgekehrter Richtung.
Hierdurch wird beim Auswaschen des Filterkuchens gleichzeitig das Filtergewebe gereinigt.
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Die Betriebsweise hängt im wesentlichen von der Steuerung der an die
Filterscheiben angeschlossenen Leitungen ab, und ist für die erfindungsgemäße Konstruktion
der Reinigungseinrichtung nicht von Bedeutung.
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Die Filterelemente können mit Metallgewebe, Textil- oder Kunststofftüchern,
Filz, Sintermetallen usw. bespannt oder fest verbunden werden. Gewebe und Tücher
können aufgespannt, aufgeklebt oder aufgenäht werden.
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Die Abflußleitungen können von den einzelnen Filterscheiben in eine
Sammelrinne geführt werden oder in ein gemeinsames Rohr laufen, um eine Förderung
des Filtrates hinter
dem Filter mit der Filtrationspumpe zu ermöglichen
Bei Trüblauf einzelner Filterscheiben können die entsprechenden Austrittsleitungen
abgesperrt oder in einen separaten Trübkanal geführt werden.
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Um nach Beendigung der Filtration das unfiltrierte Restvolumen im
Schacht des Filters durch ein Druckgas austreiben zu können, befindet sich an dem
Rohrstutzen 22 ein Einlaßrohr 44, durch das Druckgas eingeleitet werden kann.
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Durch einen Stutzen 45 kann die in dem Filter befindliche Trübe nach
unten abgeführt werden, bevor der Austrag des Filterkuchens erfolgt.
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Das Restvolumen kann jedoch auch einer Restvolumenfiltration unterzogen
werden, indem es nicht durch den Stutzen 45 abgelassen, sondern von dem Druckgas
durch die Filterscheiben gepreßt wird. Bei der Restvolumenfiltration können während
der ganzen Zeit die Auslaßleitungen sämtlicher Filterelemente geöffnet sein. Es
wäre aber auch möglich, nur die Auslaßleitungen derjenigen Filterscheiben, die nicht
mehr mit Flüssigkeit beaufschlagt sind, nacheinander abzuschalten oder nur die Auslaßleitungen
der untersten Filterscheiben geöffnet zu halten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Filter ist es nicht erforderlich, die Spalte
zwischen den Filterscheiben restlos zu füllen, bevor der Austrag erfolgt. Ein Austrag
ist auch dann möglich, wenn die Spalte 14 nur teilweise mit Filterkuchen gefüllt
sind. Die Filterscheiben bzw. der gesamte in Fig. 1 dargestellte Filter können in
einem Filtratsammelbehälter oder auch in einem Druckbehälter untergebracht werden.
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Der Filter kann auch horizontal angeordnet und mit einer
hierfür
geeigneten Austragvorrichtung versehen werden.
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Das System der einschwenkbaren Schaber kann auch bei solchen Filtern
Anwendung finden, bei denen die Filterscheiben entlang einer Welle in einem Druckbehälter
angeordnet sind. Die Schaberwelle wird dann zwischen dem Filterpaket und der Wand
des Druckbehälters angeordnet.
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In der Ruhestellung befinden sich die Schaber in dem Raum zwischen
Filterpaket und der Wand des Druckbehälters. Beim Ausräumen des Filterkuchens werden
sie in das Filterpaket eingeschwenkt. Dabei rotiert gleichzeitig die das Filterpaket
tragende Welle.