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Vorrichtung für die Entfernung von anorganischen und
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organischen Stoffen aus einem wässrigen Medium Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung für die Entfernung von anorganischen und organischen Stoffen aus
einem wässrigen Medium, in welcher das Filter- oder/und das Absorptionsmaterial
von oben nach unten durchwandert und kontinuierlich oder in kleinen Schritten abgezogen
wird und das zu reinigende wässrige Medium in der Gegenrichtung strömt, bestehend
aus dem eigentlichen Filterbereich, dem unterhalb desselben angeordneten Absetzbereich
und der oberhalb des Filterbereiches angeordneten Reinwasserkammer, mit einem den
Filterbereich tragenden, Durchtrittsöffnungen aufweisenden Zwischenboden.
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Die bekannten Reinigungsvorrichtungen bestehen im allgemeinen aus
einem zylindrischen Gefäß mit konischem Boden, das sich unterteilt in den eigentlichen
Filterbereich, einen unterhalb desselben angeordneten Absetzbereich und der oberhalb
des Filterbereiches angeordneten Reinwasserkammer. Ein mit Durchtrittsöffnungen
versehener Filterboden trägt hierbei
den Filterbereich. Um ein unerwünschtes
Aufschwimmen des Filter- oder Absorptionsmaterials zu verhindern, ist es bekannt,
am oberen Ende desselben ein Gitter, Sieb oder dergleichen anzuordnen.
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Es ist bekannt, daß Filtermaterial zur mechanischen Filtrat ion oder
Absorptionsmaterial in sogenannten Festbettkolonnen zur Anwendung kommen. Diese
werden entweder von oben nach unten oder von unten nach oben durchströmt, wobei
das Verhältnis durchströmte Querschnittfläche zur Höhe der Filtrations-/Absorptionsschicht
in der Regel 1 : 1 bis 1 : 2 beträgt. Nach einer gewissen Arbeitszeit müssen die
Festbettkolonnen rückgespült bzw. regeneriert werden, da einmal die im Filtermaterial
abgeschiedenen Schwebestoffe zu einem Ansteigen des Druckes geführt haben, zum anderen
gelöste organische Substanzen den Absorber erschöpft haben.
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Bei einer Reinigungsvorrichtung der genannten Gattung muß eine gleichmäßige
Verteilung des zu reinigenden Wassers über den Strömungsquerschnitt gewährleistet
sein.
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Es sind des weiteren Vorrichtungen bekannt, bei denen die Filtrations-
bzw. Absorptionskolonnen kontinuierlich oder in kleinen Schritten gefahren werden.
Das zu reinigende
Wasser durchströmt die Filtrations- bzw. Absorptionskolonne
von unten nach oben, wahrend das Filtrations- oder Absorptionsmaterial am Boden
der Kolonne kontinuierlich oder in kleinen Schritten abgezogen wird. Dementsprechend
wird rückgespültes oder regeneriertes Material am oberen Ende der Arbeitskolonne
kontinuierlich oder diskontinuierlich in kleinen Schritten wieder zugegeben. Hierdurch
ist gewährleistet, daß das mit Inhaltsstoffen beladene Wasser im Gegenstrom durch
das sich langsam verschmutzende bzw. beladene Filtermaterial oder Absorbermaterial
geschickt wird.
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Das die obere Kolonne verlassende gereinigte Wasser findet dort jeweils
das sauberste bzw. frisch regeneriertes Material vor. Dies ist von besonderer Bedeutung
bei allen Absorptionsvorgängen, da das Konzentrationsgefälle zwischen den dem Wasser
zu entziehenden und sich im Absorber anreichernden Inhaltsstoffen die Absorptionsgeschwindigkeit
und somit den Aufbereitungseffekt bestimmt. Das Konzentrationsgefälle nimmt auf
dem Wege durch die Kolonne von unten nach oben stetig zu, da frisch regeneriertes
Material von oben nach unten dem Wasser entgegenwandert. So ist gewährleistet, daß
das die Kolonne verlassende Wasser immer mit dem frisch regenerierten Material in
Berührung gekommen ist, und es ist sichergestellt, daß auch Restgehalte gelöster
organischer Substanzen aufgrund des hohen Konzentrationsgefälles zum Absorbenten
aus dem Wasser herausgenommen werden.
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Bei diesen quasi kontinuierlichen Anlagen ist jedoch von großer Wichtigkeit,
insbesondere bei größeren Durchmessern
der Kolonne, daß das zu reinigende
Wasser über den Strömungsquerschnitt gleichmäßig verteilt wird und der Abzug des
mit abzufiltrierenden Inhaltsstoffen oder mit sonstigen Verunreinigungen beladene
Material planparallel erfolgt. Sind diese beiden Bedingungen nicht oder nur zum
Teil erfüllt, gibt es innerhalb der Arbeitskolonne bevorzugte Strömungswege, welche
zu einer ungleichmäßigen Beaufschlagung, Verschlammung bzw. Beladung des Kolonnenmaterials
führen. Daraus folgt ein frühzeitiger Abzug des Materials aus der Kolonne, obwohl
das gesamte Arbeitsmaterial noch nicht verschlammt bzw. beladen ist. Unwirtschaftlicher
Betrieb bei schlechter Reinwasserqualität ist die Folge.
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Durch den Einbau eines Kegels in den Filterraum soll gemäß der DT-OS
24 37 745 das zu behandelnde Medium gleichmäßig über die Fläche des Filters verteilt
werden. Das Absorptions-oder Filtermaterial lagert auf einem relativ komplizierten
System von zueinandergerichteten Konen auf. Der Abschlußkonus des Gefäßes bildet
mit einem in ihn hineingebauten Kegel einen Ringschlitz, über den das Material nach
unten abgezogen wird. Das unterhalb dieses ersten Tragsystems befindliche zweite
System besteht wiederum aus einem Konus mit einem in der Höhe verstellbaren Tragteller,
der einen zusätzlichen Dosierwasseranschluß besitzt. Mit diesem Dosierwasser und
in Verbindung mit der Höhenverstellbarkeit wird der Austrag vorgenommen und geregelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Reinigen
von Flüssigkeiten so zu gestalten, daß eine jederzeit gleichmäßige Verteilung des
zu reinigenden Mediums über den Strömungsquerschnitt und der Abzug des mit Verunreinigungen
beladenen Filtermaterials planparallel durch konstruktiv einfache Gestaltung wirtschaftlich
möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am Zwischenboden
Arbeitssäulen hängen, die jeweils einen im Abstand von ihrem unteren Ende angeordneten
Tragteller aufweisen, auf die sich das Füllmaterial in jedem Betriebszustand abstützt.
Vorteilhafterweise verhält sich der Durchmesser zur Höhe der Arbeitssäulen annähernd
wie 1 : 8 bis 1 : 10. Der Zwischenboden kann in der oberen Hälfte, vorzugsweise
im oberen Drittel der Vorrichtung angeordnet sein.
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Zweckmäßigerweise besitzen die Tragteller einen größeren Durchmesser
als die Arbeitssäulen, berühren sich aber nicht.
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Die vorgesehene Höhenverstellbarkeit der Tragteller dient lediglich
der einmaligen Einstellung des Austrittsschlitzes zwischen dem Ende der Arbeitssäule
und dem Tragteller selbst.
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Zweckmäßigerweise sind die Arbeitssäulen regelmäßig über die Fläche
des Zwischenbodens verteilt angeordnet und können an ihrem oberen Ende mit je einem
Sieb oder dergleichen abgeschlossen sein, durch das zentrisch von oben je ein Zuführungsrohr
einführbar ist. Jedem Zuführrohr ist vorteilhafterweise
ein Einlaßtrichter
zugeordnet, die untereinander fest und dicht verbunden sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt
durch die Vorrichtung; Fig 2 den horizontalen Schnitt gemäß Linie A-B der Fig. 1;
Fig. 3 eine -Variante der Fig. 2.
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Nach Fig 1 besteht die Vorrichtung aus dem zylindrischen Gefäß 1 mit
einem im oberen Drittel des Mantels angeordneten Zwischenboden 2, welcher das Gefäß
1 in zwei Räume abteilt, nämlich einen unteren Raum 12 für die Zuführung des zu
reinigenden Wassers und einen darüberliegenden Raum 13 für die Abführung des gereinigten
Wassers.
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Der Zwischenboden 2 besitzt regelmäßig über die Fläche verteilt Durchtrittsöffnungen,
an denen, mit dem Zwischenboden 2 dicht verbunden, die eigentlichen Arbeitssäulen
3 hängen.
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Diese Arbeitssäulen 3 besitzen ein Verhältnis Durchmesser zur Höhe
von rd. 1 :'8 8 und schließen an ihrem unteren Ende über einen Tragteller 4 ab.
Der Abstand zwischen Tragteller 4 und Ende der Arbeitssäule 3 ist so bemessen, daß
das Arbeitsmedium,
z.B. Sand oder/und Aktivkohle, bei Ausbildung
eines natürlichen# Schüttwinkels noch von dem Tragteller 4 gehalten wird.
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Das obere Ende der Arbeitssäulen 3 wird durch ein Sieb 5 abgeschlossen,
mit einem zentralen Durchlaß für das Zuführungsrohr 6, welches die Aufgabe hat,
frisch gespültes oder regeneriertes Material von oben die Arbeitssäulen 3 nachzuschleusen.
Das verbrauchte oder verschlammte Arbeitsmaterial wird über den einzelnen Tragtellern
4 in den darunterliegenden Absetzbereich 12 ausgeschleust und über die Rohrleitung
7 der Wäsche bzw. Regeneration zugeführt.
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Das zu reinigende Wasser tritt unterhalb des Zwischenbodens 2 durch
die Leitung 8 in das umhüllende zylindrische Gefäß 1 ein und strömt von oben nach
unten zwischen den einzelnen Arbeitssäulen 3 bis an das Ende derselben. Sink- und
Schwebestoffe mit einer relativ guten Sedimentationseigenschaft behalten ihre Strömungsrichtung
bei und werden auf diese Art und Weise schon vor Eintritt in die Arbeitssäulen 3
abgeschieden. Sie können sich im Absetzbereich 12 des Behälters 1 sammeln und werden
zusammen mit dem verbrauchten Arbeitsmaterial über die Leitung 7 aus dem System
ausgetragen.
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Das zu reinigende Wasser tritt in den Ringspalt zwischen den Enden
der Arbeitssäulen 3 und den darunter befindlichen Tragtellern 4 in das über einen
freien Schüttwinkel auf den Tragtellern 4 liegende Arbeitsmaterial ein und durchströmt
es in vertikaler Richtung von unten nach oben. Nachdem der Schlankheitsgrad, d.h.
das Verhältnis des Durchmessers der Arbeitssäulen 3 zu der Länge der durchströmten
Strecke annähernd 1 : 8 bis 1 : 10 ist, ist sichergestellt, daß sich die Flüssigkeit
schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit über den gesamten Strömungsquerschnitt der
einzelnen Arbeitssäulen 3 verteilt hat. Diese Verteilung ist selbst bei sehr geringen
Strömungs#geschwindigkeiten gewährleistet, bei welchen der für eine gute Verteilung
über Kalibriereffekt sonst notwendige hohe Differenzdruck zwischen Anfang und Ende
der Arbeitssäulen 3 fehlt.
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Um die Arbeitssäulen 3 auch mit einer relativ hohen Filtergeschwindigkeit
(über 15 m/h) betreiben zu können, ohne daß sich das Arbeitsmaterial nach oben aus
den Arbeitssäulen 3 herausspült, wird das obere Ende mit einem Sieb 5 abgeschlossen,
welches zwar von dem gereinigten Wasser, jedoch nicht von dem Arbeitsmaterial durchströmt
werden kann. Das gereifligte Wasser sammelt sich in der oberhalb des Zwischenbodens
2 liegenden Reinwassersammelkammer 13 und verläßt sie über die Rohrleitung 9.
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In dem Maße, wie verbrauchtes Arbeitsmaterial am unteren Ende der
Arbeitssäule über die Tragteller 4 abgelassen wird, strömt durch die Rohrleitungen
6 frisch gespültes bzw. regeneriertes Arbeitsmaterial in die Arbeitssäulen 3 nach.
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Der Vorgang der Materialentnahme aus den Arbeitssäulen 3 läßt sich
sehr einfach durch kurzzeitige Strömungsumkehr innerhalb derselben steuern. Hierfür
ist ein einziges Ventil 10 in der Rohrleitung 7 notwendig, dessen kurzzeitiges Öffnen
die Umkehr der Strömungsrichtung in den Arbeitssäulen 3 einleitet, wobei Arbeitsmaterial
über den Trag-' tellerrand 4 abgelassen wird. Dieser Vorgang wird sofort abgeschlossen
durch Drosseln oder Schließen des Ventiles 10. Die oberhalb der Reinwassersammelkammer
13.vorhandene Verteilkammer 14 dient zur Aufnahme 'des frisch gespülten bzw. regenerierten
Filtermaterials.
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Ein Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Gesamtquerschnitts fläche
des zylindrischen Gefäßes 1 zu der Summe der Querschnittsflächen der Arbeitssäulen
3 besteht insofern, als die Gesamtquerschnittsfläche des zylindrischen Gefäßes 1
sich im Minimum durch Addition der einzelnen Tragtellerdurchmesser 4 ergibt, wobei
dieselben sich eben nicht berühren dürfen. Zum anderen ist die Gesamtquerschnittsfläche
des zylindrischen Gefäßes 1 aus Gründen der Fertigungskosten nicht zu groß zu wählen.
Als weiterer Parameter geht in das
Verhältnis dieser Flächen die
notwendige Durchtrittsfläche für Partikelchen hoher Sinkgeschwindigkeit zwischen
den Zwickelflächen der Tragteller 4 ein.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e