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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft einen Drehfllter, bei dem eine Trommel mit
einer Filteroberfläche wenigstens teilweise in einen zu filternden Schlamm In einem
Tank eingetaucht ist, wobei ein Filtrat aus dem Innern der Trommel abgezogen werden
kann.
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Drehfilter, bei denen eine Trommel mit einer Filteroberfläche sich
wenigstens teilweise in einen Tank erstreckt, der einen zu filternden Schlamm enthält,
sind an sich bekannt (US-PS 3 651 946, US-PS 3 791 527 und US-PS 3 826 370). Bei
diesen bekannten Drehfiltern dreht sich die Trommel um eine horizontale Achse, und
die Aussenfläche der Trommel ist mit Öffnungen versehen. Das Filtermedium besteht
beispielsweise aus Zeitungspapier, welches über ein Gitter oder ein Netz auf der
Oberfläche der Trommel gelegt werden kann.
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Das Zeitungspapier wird kontinuierlich zugeführt, um wenigstens den
Teil der Umfangsfläche der Trommel abzudecken, der sich in den Schlamm erstreckt.
In Anordnungen dieser Art ist es erforderlich, eine Einrichtung vorzusehen, um einen
Druckverlust In den Bereichen der Trommel zu verhindern, die sich nicht in den Schlamm
erstrecken. Zu diesem Zweck ist bei den bekannten Drehfittem vorgesehen, dass die
Umfangsfläche der Trommel möglichst vollständig abgedeckt wird.
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Einige Filterschlämme, beispielsweise solche, die Flugasche, Diatomeenerde,
Schwermetalloxide und dergleichen enthalten, haben die Tendenz, sich in Drenfiltern
der obengenannten Art schnell abzusetzen. Dieses Absetzen der Schlämme führt dazu,
dass sich Feststoffe
am Boden des Tanks ansammeln. Es ist erwünscht,
dieses Absetzen des Schlamms zu vorne iden, da die Feststoffe leichter in Form von
Filterkuchen auf dem Filtermedium abgeführt werden können. Wenn die Feststoffe sich
am Boden des Tanks statt auf dem Filtermedium absetzen, wird die Abschaltzeit des
Drehfilters erhöht, da es notwendig ist, die Feststoffe zu entfernen, bevor sie
den Betrieb des Filters selbst behindern.
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Bisher hat man versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass man
einen rechenartigen Rührer oder einen hin- und hergehenden Satz von Paddeln am Boden
des Tanks anordnet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Rühreinrichtungen nicht
den gewünschten Rühreffekt in dem Schlamm erbringen. Wenn beispielsweise eine sich
kontinuierlich drehende Welle mit ein bis vier Rührflügeln vorgesehen ist, um den
Schlamm umzurühren, wird eine Kreisbewegung in dem Schlamm aufgebaut, und diese
kreisförmige Strömung setzt nur etwa 1/3 bis 1/2 des Schlamms von dem Boden aufwärts
in Bewegung. Dies trifft besonders bei schwereren Schlämmen, beispielsweise Flugasche
und Diatomeenerde, zu.
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Während die sich drehenden Rührflügel zu einer kürzeren Abschaltzeit
des Drehfilters führen, ist ersichtlich, dass der Wirkungsgrad der sich drehenden
Flügel nicht so gross ist, wie es beim Durchrühren der Schlämme erwünscht wäre,
um das Ansammeln von sich absetzenden Feststoffen auf ein Minimum herabzusetzen.
Bei rechenförmigen Rührern sind komplizierte mechanische Einrichtungen mit Schubstangen
und Verbindungsgestängen erforderlich, um den Rechen-Rührer zu bewegen, und es sind
mehrere Schutzeinrichtungen erforderlich, um
diese sich bewegenden
Teile abzudecken. Diese Anordnungen sind daher verhältnismässig teuer, und es besteht
die Bruchgefahr.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die AuFgabe zugrunde, einen Drehfilter
der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Rühreinrichtung
vorgesehen wird, wobei die obengenannten Mängel so weit wie möglich überwunden werden
sollen.
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Der erfindungsgemässe Drehfilter zur Lösung dieser Aufgabe ist in
dem Hauptanspruch gekennzeichnet, während die Unteransprüche vorteil haft Ausgestaltungen
des erfindungsgemässen Dreh filters charakterisieren. Das erfindungsgemässe Verfahren
zum Um rühren des Schlamms in einem Drehfilter mit einer sich drehenden Trommel,
die um eine horizontale Achse drehbar gelagert ist und mit einer Filteroberfläche
mit dem in dem Tank befindlichen zu filternden Schlamm in Berührung steht, wobei
das Filtrat aus dem Innern der Trommel abgezogen wird, ist erflndungsgemäss dadurch
gekennzeichnet, dass ein Flügel im unteren Teil des Tanks unterhalb der sich drehenden
Trommel angeordnet wird, und dass der Flügel um einen vorgegebenen Winkel hin- und
herbewegt wird, wobei die hin- und hergehende Bewegung mit einer Frequenz von 50
bis 250 Bewegungszyklen pro Minute durchgeführt wird.
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Gemäss der Erfindung ist daher eine Rühreinrichtung für den Schlamm
in einem Drehfilter, beispielsweise einem Vakuum-Drehfilter, vorgesehen, die aus
einem Flügel besteht, der im unteren Teil des Tanks unterhalb der Filtertrommel
um eine horizontale Achse bewegbar angeordnet ist. Es ist eine Antriebseinrichtung
vorgesehen, um den Flügel um einen vorgegebenen Winkel hin- und herzuschwenken,
um das Durchrühren des Schlamms zu bewirken. Diese Bewegung steht im Gegensatz
zu
der kontinuierlichen Drehbewegung der Flügel bei der oben erwähnten, an sich bekannten
Rühreinrichtung.
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Es hat sich gezeigt, dass der Schlamm mit der erfindungsgemässen Rühreinrichtung
mit einem grösseren Wirkungsgrad umgerührt werden kann, ohne dass der Filterkuchen
von der Trommel abgewaschen wird. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist einfach
aufgebaut und erfordert keine komplizierten, sich bewegenden Teile und Schutzeinrichtungen
wie ein rechenartiger Rührer.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine spezielle Art
von Filtermedium oder auf Filter mit einer bestimmten Einrichtung zur Vermeidung
des Druckverlustes in der Trommel beschränkt. Vlelmehr kann die erfindungsgemässe
Rühreinrichtung auch bei Drehfiltern eingesetzt werden, die andere Mittel zur Erreichung
dieser Funktionen aufweisen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines Drehfilters
mit der erfindungsgemässen Rühreinri chtung; Figur 2 einen Querschnitt durch den
Drehfilter entlang der Linie Il-II von Fig.1; Figur 3 einen Schnitt durch einen
Tell des Filters entlang den Linien 111-111 in Fig.2, wobei ein Ausführungsbeispiel
ffr den Aue bau des Flügels in der Rühreinrichtung dargestellt ist;
Figur
4 eine Kurve, die die Beziehung zwischen den Parametern des Filters und den Eigenschaften
des Schlamms darstellt; und Figur 5 eine vereinfachte Darstellung des Filters, wobei
die Parameter von Fig.4 erläutert werden.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein Drehfilter mit einer Rühreinrichtung
gezeigt. Diese Figuren zeigen im wesentlichen einen Drehfilter von dem Typ, wie
er in der US-PS 3 826 370 beschrieben ist Dieser Drehfilter wird jedoch nur zur
Erläuterung der Erfindung gezeigt, während die Erfindung nicht auf diese spezielle
Form des Drehfilters beschränkt ist.
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Der Drehfilter besteht gemäss den Figuren 1 und 2 aus einem Tank 10,
der in einem Gestell 11 in geeigneter Weise gelagert ist. Der Tank 10 kann im wesentlichen
flache, senkrechte Endwände 12 und kurvenförmig ausgebildete Seitenwände 13 haben.
Ein Einlass- und ein Auslassanschluss 14 kann am Boden des Tanks vorgesehen sein,
um den zu filternden Schlamm in den Tank einführen zu können und um den Tank erforderlichenfalls
leeren zu können. Ein Überlaufanschluss 15 ist in dem oberen Teil des Tanks vorgesehen,
um zu verhindern, dass der Tank übermässig gefüllt wird. Eine Trommel 16 ist um
eine horizontale Achse drehbar in dem Tank 10 angeordnet und taucht in den zu filternden
Schlamm ein. Die Wellen 17 und 18 können in herkömmlicher Weise an den Seiten 19
der Trommel befestigt sein, wobei sich die Wellen durch geeignete Drehdidhtungen
20 in den Wänden 12 des Tanks erstrecken.
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Die Umfangsftiche 21 der Trommel 16 ist mit Öfrhungen versehen.
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Die Wellen 17 und 18 sind auf der Aussenseite des Tanks in geeigneten
Lagern 22 gelagert, die auf Flanschen 23 montiert sind, die ihrerseits an dem Rahmen
11 befestigt sind. Die Welle 17 bildet die Antriebswelle für die Trommel und hat
ein Zahnrad 24. Ein Motor 25,' der beispielsweise auf dem Rahmen 11 montiert sein
kann, ist mit einem weiteren Zahnrad 26 versehen, und eine Antriebskette 27 für
die Trommel ist um die Zahnräder 24 und 26 geführt.
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Um das Filtrat aus dem Innern der Trommel 16 abziehen zu können, kann
die Welle 18 hohl ausgebildet sein, wobei ihr eines Ende 30 sich in das Innere der
Trommel erstreckt. Die Welle 18 verläuft zu einer Drehdichtung 31 an ihrem äusseren
Ende, um das Filtrat einer an sich bekannten Filtrat-Abzugseinrichtung 32 zuzuführen.
Die Filtrat-Abzugseinrichtung kann beispielsweise eine Vakuumpumpe aufweisen.
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Wie bei der Anordnung des Drehfilters, der aus der US-PS 3 826 37O
bekannt ist, ist ein poröses Endlos-Filterband 25 um den Umfang der Trommel 1 6
wenigstens in dem Bereich gelegt, in dem die Trommel in den Schlamm eintaucht. Das
Filterband 35 wird von der Oberseite der Trommel durch eine Rolle 36 weggeführt,
die am oberen Teil des Rahmens 11 montiert ist.Von dort verläuft das Filterband
um eine weitere Rolle 37 und zurück zu der Oberfläche der Trommel. Die Rolle 37
ist ebenfalls im oberen Teil des Rahmens 11 montiert. Das Filter~ medium 38, welches
beispielsweise Zeitungspapier sein kann, wird ebenfalls durch die Rolle 37 zur Trommel
hingeführt, wo es über dem Filterband zu liegen kommt. Das Filtermedium 38 ist zum
einmaligen Gebrauch bestimmt und wird danach verworfen. Daher wird es nicht durch
die Rolle 36 zur Trommel zurückgeführt. Das Filtermedium 38 mit dem Material, welches
während des Filtervorganges aus dem
Schlamm darauf abgeschieden
worden ist, kann verworfen werden.
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Um zu vermeiden, dass das Vakuum in der Trommel wegen der Öffnungen
in der Trommeloberfläche 21 zusammenbricht oder beeinträditigt wird, ist eine bogenförmige
Platte 49 an dem Bereich der Trommel zwischen dem Punkt, an dem das Filterband von
der Trommel getrennt wird, und dem Punkt, an dem das Filterband wieder zur Trommel
zurückgeführt wird, vorgesehen. Die Platte 39 kann eine scharfe Vorderkante 40 haben,
um das Trennen des Filterbandes von der Trommel zu erleichtern. Ferner kann ein
Ansatz 42 vorgesehen sein, um das Filterband und das Filtermedium abzustützen, während
diese die Oberfläche der Trommel verlassen.
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Wie bereits erwähnt wurde, ist ein solcher Drehfilter an sich bekannt,
und er wurde lediglich beschrieben, um die Anordnung und die Funktion der Rühreinrichtung
zu erläutern. Die Rühreinrichtung kann demgegenüber auch bei anderen Typen von Drehfiltern
verwendet werden.
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Die Rühreinrichtung bei demDrehfilter besteht aus einem Flügel 50,
der in dem unteren Teil des Tanks unterhalb der Trommel 16 um eine horizontale Achse
drehbar gelagert ist. Der Flügel 50 erstreckt sich vorzugsweise über den grösseren
Teil des Abstandes zwischen den Tankwänden 12. Wie in Figur 3 gezeigt ist, kann
die untere Kante des Flügels 5 an einer horizontalen Welle 51 befestigt sein. Die
Welle 51 ist drehbar im unteren Teil des Tanks zwischen den #,Afänden 12 montiert.
Die Welle 51 erstreckt sich durch eine geeignete Dichtung durch eine der Wände 12
hindurch, und ein Hebel 52 ist an der Welle 51 auf der Aussenseite des Tanks befestigt.
Ein Motor 53, der beispielsweise an dem Gestell 11 befestigt sein kann, treibt eine
Kurbel 54 an. Ein
Gelenkstück 55 ist mit einem Ende schwenkbar
an der Kurbel 54 und mit dem anderen Ende schwenkbar an dem freien Ende des Hebels
52 befestigt, wie In Figur 1 gezeigt ist.
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Offenbar wird bei dieser Anordnung durch die Drehung der Motorabtriebswelle
eine hin- und hergehende Bewegung des Flügels 50 um die Achse der Welle 51 erzeugt,
wie durch die Pfeile 56 in Fig.3 dargestellt ist. Es hat sich gezeigt, dass diese
hin- und hergehende Bewegung des Flügels im unteren Teil des Tanks um eine horizontale
Achse eine im wesentlichen vollständige Zirkulation und Umrührung des Materials
des Schlamms bewirkt, ohne dass die Tendenz besteht, dass sich in dem Strömungsmittel
eine umlaufende, laminare Strömung ausbildet, wie es bei den bekannten Rühreinrichtungen
der Fall war.
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Die Kreisbewegung, die bei Drehflügelanordnungen Immer aufgebaut wird,
wird bei der erfindungsgemässen Anordnung nicht erzeugt. Die erfindungsgemässe Rühreinrichtung
ist einfach und preiswert herzustellen, und es besteht auch nicht die Gefahr, dass
sie häufig ausfällt, wie es bei den rechenartigen Rührern früher der Fall war.
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Bei verschiedenen Ausführungen der erfindungsgemässen RUhreinrichtung
hat es sich gezeigt, dass bei bestimmten Frequenzen der hin-und hergehenden Bewegung
des Flügels je nach der Form des Tanks und dem Volumen des Schlamms in dem Tank
eine Wellenbewegung in dem Schlamm aufgebaut werden kann, und dass diese Wellenbewegung
bewirken kann, dass der Schlamm über die Oberseite des Tanks herausspritzt. Um dies
zu vermeiden, ist eine geeignete Einrichtung vorzugsweise vorgesehen, um die Frequenz
der hin- und hergehenden Bewegung des Flügels zu steuern. Es ist daher bevorzugt,
dass der Motor 53 ein steuerbarer Gleichstrommotor Ist.
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Alternativ kann ein umschaltbarer Riemenartrieb fur die Rührer richtung
verwendet werden.
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Es hat sich gezeigt, dass eine befriedi gende Umrührung des Schlamms
mit Frequenzen von 50 bis 250 Bewegungszylden des Flügels pro Minute erzielt werden
kam. Die optimale Frequenz liegt jedoch zwischen 100 und 150 Bewegungszyiden pro
Minute. Bei diesen Frequenzen der hin- und hergehenden Bewegung des Flug eis wird
eine schonende Umrührung In dem Schlamm bewirkt, so dass auch kein Filterkuchen
von der Trommel abgewaschen wird. Andererseits werden bei dieser Umrührung immer
noch die schwersten Teilchen in dem Schlamm in Suspension gehalten.
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Es ist selbstverständlich erforderlich, dass der Flügel 50 über einen
genügend grossen Winkel bewegt werden muss, damit eine effektive Unr rührung des
Schlamms erzielt wird. obwohl dieser Winkel nicht kritisch ist, hat es sich gezeigt,
dass ein Winkel von etwa 900 zwischen den extremen Lagen des Flligels 50 befriedigend
Ist. Die radlale Abmessung des Flügels 50 bezogen auf die Welle 51 muss ebenfalls
in geeigneter Weise ausgelegt sein, um den Schlamm umzurühren. Diese Abmessung hängt
selbstverständlich von der Grösse des Tanks ab. Wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt
ist, sind die Stirnwände 60 des unteren Teils des Tanks im wesentlichen gerade und
aufeinander zu geneigt, so dass sich im Querschnitt eine Anordnung wie bei einem
Kegelstumpf ergibt.
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Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da dam genügend Volumen
im unteren Teil des Tanks zur VerfUgung steht, um den hin- und hergehenden Flügel
zu montieren, ohne dass das Volumen am unteren Teil des Tanks erhöht werden muss.
Die geneigten Wände 60 tragen daher zur Aufrechterhaltung des umgerührten Zustandes
des Schlamms in dem Tank bei.
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Die Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung des Flügels 50, die
zur wirksamen Umrührung des Schlamms führt, hängt von den Eigenschaften des Schlamms
beim Absetzen ab. Insbesondere hängt die Frequenz von der "Absetz-Wartezeit" in
dem Schlamm ab.
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Diese Absetz-Wartezeit wird als das maximale Zeitintervall zwischen
aufeinanderfolgenden Rührvorgängen in dem Schlamm definiert, die durchgeführt werden
müssen, um die Feststoffe in dem Schlamm in Suspension zu halten, dh. um ein Absetzen
der Feststoffe zu vermeiden. Bei einigen Schlämmen neigen die Feststoffe beispielsweise
zum Absetzen, wem der Schlamm nicht wenigstens einmal alle 5 Sekunden umgerührt
wird. In diesem Fall wäre die Absetz-Wartezeit solcher Schlämme 5 Sekunden. Andere
Schlämme können eine Absetz-Wartezeit von beispielsweise 30 Sekunden haben.
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Die graphische Darstellung von Figur 4 zeigt die Beziehung zwischen
den Bewegungszyklen des Flügels 50 pro Minute und der Absetz-Wartezeit des gerade
umgerührten Schlamms, wobei man ablesen kann, was erforderlich ist, um die Feststoffe
in dem Schlamm in Suspension zu halten. Es ist selbstverständlich, dass schnellere
Frequenzen der hin- und hergehenden Bewegung des Flügels unerwünscht sind, da sie
nur zu einer nutzlosen, übermässigen Umrührung des Schlamms führen, wodurch auch
die Gefahr besteht, dass bereits auf der Trommel gebildeter Filterkuchen wieder
abgewaschen wird. Andererseits hat es sich gezeigt, dass geringere Frequenzen unerwünscht
sind, da sie nicht zu einer ausreichenden Umrührung des Schlamms führen.
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Dass die Feststoffe In dem Schlamm in Suspension gehalten werden,
hängt auch noch von anderen Parametern ab. Diese Parameter sind in Figur 5 dargestellt,
die in vereinfachter Form einen Schnitt durch einen Drehfflter zeigt. Der Flügel
50 hat einen Radius r (dh. r ist die Abmessung
des Flügels senkrecht
zu seiner Längsachse) und eine Länge l.
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Das Volumen V des Sektors, in dem sich der Flügel bewegt, ist in 3
2 cm gleich o,0O8 727 ar 1, wobei a der Arkus des Sektors in Grad ist und die Abmessungen
des Flügels in cm einzusetzen sind. Der Tank, in dem die Trommel angeordnet ist,
hat ein Volumen Vt, wobei das Volumen der Trommel ausgeschlossen ist. Der minimale
Abstand zwischen den Seitenwänden 12 des Tanks und der Trommel 16 ist mit Abstand
C gekennzeichnet. Der minimale Abstand zwischen dem Volumen V und der Trommel 16
ist ebenfalls gleich C (Fig.5).
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5 Es wurde experimentiell gefunden, dass, je schneller der Schlamm
sich absetzt, desto grösser der Bereich des Flügelsektors sein muss, und auch das
Volumen V muss entsprechend grösser sein. Je schneller der 5 Schlamm sich absetzt,
dh. je kürzer die Absetz-Wartezeit ist, desto grösser muss die Frequenz der hin-
und hergehenden Bewegungen des Flügels pro Minute sein. Diese Erhöhung der Frequenz
der Flügelbewegung ergibt eine grössere Umrührung in dem Schlamm, und daher muss
der minimale Abstand C vergrdssert werden, um ein Abwaschen des bereits abgesetzten
Filterkuchens auf der Trommel zu vermeiden.
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Die gestrichelten Linien in Figur 5 zeigen ein typisches Beispiel
für die Parameter bei der Rühreinrichtung gemäss der Erfindung.
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Wenn der zu filternde Schlamm eine Absetz-Wartezeit von 5 Sekunden
hat, dann sind 132 Bewegungszyklen des Flügels pro Minute erforderlich, um die Feststoffe
in dem Schlamm in Suspension zu halten.
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Bei dieser Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung des Flügels
muss der Abstand C wenigstens 15 cm betragen, und das Verhältnis des Volumens Vt
des Tanks zu dem Volumen Vw des Bewegungsraumes des Flügels muss ungefähr 30:1 betragen.
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Aus Figur 4 Ist ersichtlich, dass bei Frequenzen von unterhalb 62
Bewegungszyklen pro Minute der Abstand C 5 cm betragen kann.
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Bei Frequenzen zwischen 62 und etwa 74 Bewegungszyklen pro Minute
kann der Abstand C etwa 7,5 cm betragen. Bei Frequenzen zwischen 74 und 90 Bewegungszyklen
pro Minute kann der Abstand C etwa 10 cm betragen. Bei Frequenzen von 90 bis 120
Bowegungszyklen pro Minute kann der Abstand C etwa 13 cm betragen, und schliesslich
kann bei einer Frequenz zwischen 112 und etwa 147 Bewegungszyklen pro Minute der
Abstand C etwa 15 cm betragen.
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Bei Frequenzen unterhalb von etwa 83 Bewegungszyklen pro Minute kann
das Verhältnis V /V etwa 40:1, bei Frequenzen zwischen t 5 83 und etwa 118 Bewegungszyklen
pro Minute kann das Verhältnis Vt/Vs etwa 3f5:1 und bei Frequenzen von etwa 118
Bewegungszyklen pro Minute kann das Verhältnis Vt/Vs etwa 30:1 betragen. Die Kurve
von Figur 4 zeigt ferner, dass die Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung des
Flügels pro Minute etwa gleich: 4,2 x + 147 beträgt, wobei x die Absetz-Wartezeit
des Schlamms In Sekunden ist.
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