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Membran-Filterpresse
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Die Erfindung betrifft eine mit Membranen versehene Filterpresse mit
verringerter Dicke eines die Filterkammer bildenden Filterrahmens, so daß die Filterpresse
verkürzte Gesamtlänge und verringertes Gewicht besitzt.
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Eine Filterpresse ist eine Filtervorrichtung, die industriell sehr
verbreitet verwendet wird, weil sie die Vorteile bietet, daß ihr Aufbau einfach,
robust und kaum störungsanfällig ist, die Bedienung des Geräts einfach und ein hoher
Filterdruck erzielbar ist. Der allgemeine Aufbau einer solchen Membran-Filterpresse
ist in Fig. 1 veranschaulicht. Bei der Filterpresse gemäß Fig. 1, in welcher die
Richtung X-X der Einfachheit halber als Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bezeichnet
wird, werden feststehende Platten 3 und 4 von zwei Sockeln 1 bzw. 2 getragen, die
in einem bestimmten Abstand an vorderem und hinterem Ende angeordnet und durch mehrere
Verbindungsplatten 5 miteinander verbunden sind. An den Verbindungsplatten 5 sind
mehrere Filterrahmen 6 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verschiebbar montiert,
wobei an der einen Seite dieses Stapels von Filterrahmen 6 an den Verbindungsplatten
5 eine nach vorn und rückwärts verschiebbare Platte 7 angeordnet ist.
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Die verschiebbare Platte 7 ist fest mit dem Vorderende eines Druckkolbens
9 eines in die feststehende Platte 4 eingebauten Hydraulikzylinders 8 verbunden,
so daß die Platte 7 durch den Zylinder 8 vor- und zurückschiebbar ist. Die verschiebbare
Platte 7 und die Filterrahmen 6 sind durch nicht dargestellte Gestängemechanismen
miteinander verbunden, so daß die Filterrahmen 6 in Abhängigkeit von der Verschiebung
der verschiebbaren Platte 7 unter Aufrechterhaltung passender Abstände zwischen
ihnen längs der Verbindungsplatten 5 verschiebbar sind.
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Wenn die Filterrahmen 6 durch Andrücken gegen die feststehende
Platte
3 gegeneinander verspannt sind, sind zwischen ihnen Filterkammern festgelegt, die
von an den Filterrahmen 6 befestigten Filtertüchern umschlossen sind.
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Bei einer solchen Membran-Filterpresse wird nach dem Zusammenpressen
und Verspannen der Filterrahmen 6 eine erste Trübe, d.h. eine in der Filterkammer
zu behandelnde Flüssigkeit zugeführt und unter Druck während einer vorbestimmten
Zeitspanne gefiltert. Danach wird die Zufuhr der Trübe beendet, worauf Wasser unter
Druck in den Zwischenraum zwischen einer über die Oberfläche des Filterrahmens 6
gespannten, aufblasbaren Membran, etwa einer Gummibahn o.dgl., und dieser Filterrahmenoberfläche
eingeleitet, um die Trübe unter Druck zu setzen und zu filtern. Schließlich wird
durch öffnen der Filterrahmen ein in der Filterkammer gebildeter, entwässerter Filterkuchen
aus der Presse entnommen. Bei der Zufuhr der Trübe entsteht dabei jedoch häufig
ein Druckgefälle zwischen den einzelnen Filterkammern infolge von Unterschieden
in der Trübenkonzentration, Verunreinigung der Filtertücher sowie aufgrund anderer
Ursachen. Insbesondere dann, wenn die Trübe mit Fremdstoffen beladen ist, wie dies
bei Speise- bzw. Klärwasserschlamm, Abwasserschlamm o.dgl. der Fall ist, kann häufig
die Speiseöffnung der Filterkammer durch Fremdstoffe verstopft werden, so daß der
Druck der Trübenförderpumpe als Differenzdruck bzw. Druckgefälle auf die Trennwände
der Filterrahmen wirkt. Wenn zwischen den Filterkammern ein Druckgefälle auftritt,
beult sich die Trennwand des Filterrahmens zur Seite der den niedrigeren Druck aufweisenden
Filterkammer hin durch, was zu einer Verformung des Filterrahmens und zu einer Beschädigung
des Filtertuches führt. Zur Verhinderung solcher Verformungen und Beschädigungen
wurde bisher die Wanddicke der Trennwand des Filterrahmens ziemlich groß gewählt,
was jedoch ein hohes Gewicht und eine große Länge des Geräts zur Folge hat und ein
größeres Fundament bedingt.
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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verbesserten Membran-Filterpresse,
bei welcher unter Vermeidung der den bisherigen Filterpressen dieser Art anhaftenden
Mängel die Dicke des Filterrahmens, die Länge der Vorrichtung und ihr Gewicht verringert
werden können, indem der auf eine Trennwand eines Filterrahmens einer Filterkammer,
welcher die Trübe bei der Beschickung der Filterpresse in ungenügender Menge zugeführt
wird, einwirkende Druck gemildert wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer Membran-Filterpresse, bei welcher eine
Anzahl von Filterrahmen derart zu einem Stapel zusammengesetzt ist, daß die Filterrahmen
ohne weiteres in enge Anlage gegeneinander gebracht oder voneinander getrennt werden
können, wobei in der Oberfläche jedes Filterrahmens eine Vertiefung zur Bildung
einer Filterkammer und auf der Oberfläche ein Filtertuch vorgesehen ist, und wobei
bei fester gegenseitiger Anlage der Filterrahmen zu filternde Trübe o.dgl.
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in die zwischen den Filtertüchern zweier benachbarter Filterrahmen
gebildete Filterkammer einführbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen
mindestens einem der beiden einander zugewandten Filtertücher an den einander benachbarten
Filterrahmen und der Oberfläche des betreffenden Filterrahmens eine Membran angeordnet
ist, daß im Filterrahmen ein Durchgang zur Zufuhr einer unter Druck stehenden bzw.
Druckflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen Membran und Oberfläche des Filterrahmens
ausgebildet ist und daß im Durchgang ein Regelventil zur Regelung des Drucks der
Druckflüssigkeit angeordnet ist, so daß die Druckflüssigkeit bei der Einführung
der Trübe in die Filterkammer unter Regelung ihres Drucks auf einen Wert unter dem
Druck der Trübe durch den Durchgang leitbar ist, wobei die Druckflüssigkeit auf
den Filterrahmen einen Druck auszuüben vermag, der einer Verformung des Filterrahmens
aufgrund eines Druckgefälles zwischen den benachbarten, zu beiden Seiten des Filterrahmens
befindlichen Filterkammern entgegenwirkt.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im
Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des allgemeinen Aufbaus
einer Membran-Filterpresse gemäß dem Stand der Technik und Fig. 2 eine Teilschnittansicht
einer Membran-Filterpresse mit Merkmalen nach der Erfindung mit zugeordnetem Hydraulikschaltbild.
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Die in Fig. 1 dargestellte, bisherige Membran-Filterpresse ist eingangs
bereits erläutert worden.
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In Fig. 2 ist in Verbindung mit einem Schaltbild eines Hydraulikkreises
zur Zufuhr von Trübe, Druckwasser und dgl. in Teilschnittansicht eine bevorzugte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran-Filterpresse mit geschlossenen Filterrahmen
dargestellt. Diese Ausführungsform ist im folgenden anhand von Fig. 2 und auch unter
Hinweis auf Fig. 1 näher erläutert.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Membranen auf gegenüberliegenden
Seiten Jedes zweiten Filterrahmens angeordnet.
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In Fig 2 sind die Filterrahmen 6a sowie Wasser-Druckplatten 6b, die
auf den nicht dargestellten Verbindungsplatten (Fig. 1) einander abwechselnd angeordnet
sind, im Schließzustand dargestellt. Ein Umfangsteil des Filterrahmens 6a ist verdickt
ausgebildet, so daß in seinem Mittelflächenbereich eine Vertiefung gebildet ist,
wobei sein dünnerer Abschnitt als Trennwand 11 dient, die eine Seitenwand der Filterkammer
bildet.
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An der Oberfläche der Trennwand 11 sind in einem Streifenmuster Filterbahnen
oder -durchgänge 12 ausgebildet, durch welche die filtrierte Flüssigkeit hindurchströmen
kann, um über einen nicht
dargestellten, zum einen Ende des Filterrahmens
6a führenden Durchgang zur Außenseite der Vorrichtung geführt zu werden. Die abwechselnd
mit den Filterrahmen 6a angeordneten Wasser-Druckpliten 6b bestehen jeweils aus
einer der Trennwand 11 des Filterrahmens 6a gegenüberliegenden Trennplatte bzw.
Trennwand 13, aus Gummibahnen o.dgl. hergestellten, die beiden Seiten der Trennplatten
13 bedeckenden, aufblasbaren Membranen 14 sowie die Membranen 14 verspannenden,
mit Hilfe von Schraubbolzen an den beiden Seiten der Trennwand 13 befestigten Rahmen
15. Obgleich die Wasser-Druckplatte 6b eine ähnliche Filterkammer 16 wie beim Filterrahmen
6a bildet, ist sie zur Unterscheidung von letzterem als ~Wasser-Druckplatte 6b bezeichnet.
Die genannten Rahmen 15 verspannen die Membran 14 um ihren Umfang herum an der Trennwand
13 zur Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit am Membranumfang, während sie gleichzeitig
auch die Größe der zwischen Filterrahmen 6a und Druckplatte 6b gebildeten Filterkammer
16 bestimmen. An der der Filterkammer 16 zugewandten Fläche der Membran 14 sind
Filtratdurchgänge 17 vorgesehen, über welche das Filtrat zu einem in Fig. 2 nicht
dargestellten Durchgang und von diesem aus der Vorrichtung heraus strömt. An der
Trennplatte 13 der Wasser-Druckplatte 6b sind Druckwasserdurchgänge 18 ausgebildet,
die mit den Zwischenräumen zwischen den auf beiden Seiten der Trennplatte 13 angebrachten
Membranen 14 und den betreffenden Trennplattenflächen kommunizieren, so daß Druckwasser
in diese Zwischenräume zwischen der Trennplatte 13 und den betreffenden Membranen
14 eingeleitet werden kann. Zwischen jeden Filterrahmen 6a und die angrenzende Druckplatte
6b ist ein doppelt gefaltetes Filtertuch 19 eingefügt, welches die Filterkammer
16 umschließt. In das eine Ende des Filterrahmens 6a ist ein Trübenzufuhrstutzen
20 eingesetzt, über den die Trübe in die Filterkammer 16 zwischen den Filtertüchern
19 eingeführt wird. Jeder Stutzen 20 ist über einen biegsamen Schlauch 22 mit einem
Trübenzufuhrverteiler 21 verbunden, während die genannten Druckwasserdurchgänge
18 8 ebenfalls über
biegsame Schläuche 24 an einen Druckwasserverteiler
23 angeschlossen sind. Der Trübenverteiler 21 ist über eine entsprechende Leitung
26 mit einem Trübenbehälter 25 verbunden. In die Trübenleitung 26 sind eine Trübenförderpumpe
27 zur Förderung der Trübe aus dem Trübenbehälter 25 in die Filterkammer 16, ein
Schaltventil 28 zum Öffnen und Schließen der Leitung 26 und ein Rückschlagventil
29 zur Verhinderung einer Ruckströmung der Trübe durch die Leitung 26 eingeschaltet.
Außerdem ist die Leitung 26 mit einer anderen, zum Trübenbehälter 25 führenden Leitung
30 verbunden, in welche ein Druckschalter 31 zur Bestimmung des Drucks der zum Verteiler
21 geförderten Trübe und ein Schaltventil 32 zum Öffnen und Schließen der Leitung
30 eingeschaltet sind. Zwischen den Leitungen 26 und 30 befindet sich ein Überdruckventil
33, das einen Anstieg des Drucks der geförderten Trübe über einen vorbestimmten
Wert verhindert. Der Druckwasserverteiler 23 ist über eine entsprechende Leitung
34 mit einem Druckwasserbehälter 35 verbunden.
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In die Leitung 34 sind dabei eine Druckwasser-Förderpumpe 36 zur Förderung
des Druckwassers, ein Schaltventil 37 zum Öffnen und Schließen der Leitung 34 und
ein Rückschlagventil 38 zur Verhinderung eher Gegenströmung des Druckwassers eingeschaltet.
Zudem ist an die Leitung 34 eine weitere, zum Druckwasserbehälter 35 führende Leitung
39 angeschlossen, in welcher eine Vakuumpumpe 40 zum Absaugen des Druckwassers aus
den Zwischenräumen zwischen den Membranen 14 und den betreffenden Trennplatten 13
innerhalb einer kurzen Zeitspanne sowie ein Schaltventil 41 zum Öffnen und Schließen
der Leitung 39 angeordnet sind. Weiterhin ist mit der Druckwasser-Leitung 34 eine
andere, zum Druckwasserbehälter 35 führende Leitung 42 verbunden, in welche ein
Schaltventil 43 und ein Differenzdruck-Regelventil 44 eingeschaltet sind. Das Regelventil
44 ist über ein Leitrohr 45 mit der Trübenleitung 26 verbunden, so daß ein Druck
anlegbar ist, der um einen vorbestimmten Betrag niedriger ist als der Druck der
über die Leitung 26 der Filterkammer 16 zugeführten Trübe, wobei der Druck des über
die
Leitung 34 geförderten Druckwassers auf einen fert geregelt werden kann, der um
den genannten, vorbestimmten Betrag unter dem Druck der Trübe liegt. Zwischen die
Druckwasser-Leitung 34 und die genannte Leitung 42 ist ein weiteres Uberdruckventil
46 eingeschaltet, durch welches ein Anstieg des Drucks des dem betreffenden Verteiler
23 zugeführten Druckwassers über einen vorbestimmten Wert verhindert wird. Der Trübenverteiler
21 ist zudem über eine entsprechende Leitung 50 mit einem Schaltventil 48 und einem
Rückschlagventil 49 mit einem Druckluftbehälter 47 verbunden.
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In der Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß
Fig. 2 sind die zugeordneten Einrichtungen, wie die Antriebe für die einzelnen Pumpen
und deren Regeleinrichtungen sowie die Regel- oder Steuereinrichtungen für ggf.
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vorhandene, als Schaltventile wirkende automatische Ventile nicht
veranschaulicht.
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Im folgenden ist die Arbeitsweise der dargestellten Ausführungsform
nach dem Schließen der Filterpresse erläutert.
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Wenn die Filterra1#men 6a und die Wasser-Druckplatten 6b durch Verschiebung
der bewegbaren Platte 7 (Fig. 1) zusammengedrückt und gegeneinander verspannt worden
sind und die Presse somit in die Schließstellung gebracht worden ist, werden das
Schaltventil 28 in der Trübenleitung 26 und das Schaltventil 43 in der Leitung 42
gleichzeitig geöffnet, so daß die Trübe aus dem Trübenbehälter 25 über die Leitung
26, den Verteiler 21 und die biegsamen Schläuche 22 in die betreffenden Filterkammern
16 gefördert wird.
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Sobald der Druck der Trübe den am Druckschalter 31 eingestellten,
vorbestimmten Druck erreicht, wird das in die Druckwasserleitung 34 eingeschaltete
Schaltventil 37 geöffnet, wobei durch Betätigung der Druckwasserpumpe 36 das Druckwasser
in die
Zwischenräume zwischen den Membranen 14 der Filterkammern
16 und den Trennplatten 13 gefördert wird. Da jedoch der Druck dieses Druckwassers
so geregelt wird, daß er um den am Regelventil 44 eingestellten Druckwert niedriger
ist als der Druck der in die Filterkammer(n) 16 geförderten Trübe, wird das Druckwasser
in der Praxis nur in den Zwischenraum zwischen der Membran 14 der Filterkammer 16,
die mit einer ungenügenden Trübenmenge beschickt wird, und der betreffenden Trennplatte
13 eingeleitet. Bei dieser Ausführungsform kann eine solche Abwandlung getroffen
werden, daß als Trübenförderpumpe eine Gleichraumpumpe verwendet und das Schaltventil
37 in der Druckwasserleitung 34 in Abhängigkeit von einem Zeitgeber anstelle des
Druckschalters 31 umgeschaltet wird.
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Wenn der Trübendruck weiter ansteigt, wird das zwischen die Trübenleitung
26 und die Leitung 30 geschaltete Überdruckventil 33 wirksam, wodurch der Trübendruck
zur Fortsetzung des Filtervorgangs auf einem konstanten Wert gehalten wird. Es ist
jedoch darauf hinzuweisen, daß bei Verwendung einer Wirbel-bzw. Kreiselpumpe (vortex
type pump) als Trübenförderpumpe 27 oder einer Einrichtung zur automatischen Regelung
der Drehzahl einer Gle ichraumpumpe zwecks Konstanthaltung des Förde rdrucks das
beschriebene Überdruckventil 33 weggelassen werden kann.
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Je nach der Art der Pumpe 36 kann ggf. auch das Überdruckventil 46
weggelassen werden.
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Nach Durchführung der Filterung während einer vorbestimmten Zeitspanne
werden die Schaltventile 28 und 43 zum Übergang auf einen Kompressionsvorgang geschlossen.
Hierbei kann die Trübenpumpe 27 abgestellt werden. Die Verdichtung der Trübe wird
durch Zusammenpressen des in der Filterkammer 16 gesammelten Filterkuchens mittels
der Membranen 14 vorgenommen, die durch Zufuhr von Druckwasser aufblasbar sind.
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Nach Abschluß der Kompression bzw. Verdichtung wird das Schaltventil
37
in der Druckwasserleitung 34 geschlossen, während das Schaltventil 32 in der Leitung
30 und das Schaltventil 48 in der Druckluftleitung 50 geöffnet werden, um dadurch
die in den Leitungen verbliebene Trübe auszublasen. Bei Verwendung eines automatischen
Schaltventils erfolgt die Bestimmung des Schaltzeitpunkts in Abhängigkeit von einem
Zeitgeber und/oder der Messung der Filtratmenge. Es ist darauf hinzuweisen, daß
gleichzeitig mit dem Ausblasen der Leitungen ein in der Leitung 39 vorgesehenes
Schaltventil 41 geöffnet und die Pumpe 40 eingeschaltet wird, um das Druckwasser
aus den Zwischenräumen zwischen den Membranen und den betreffenden Trennplatten
13 abzusaugen.
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Nach dem Durchblasen mit Druckluft und dem Absaugen des Druckwassers
werden alle Schaltventile geschlossen, worauf die Presse geöffnet wird, um den in
den Filterkammern 16 verbliebenen Filterkuchen zu entfernen, worauf ein Arbeitszyklus
abgeschlossen ist. Bei diesem Vorgang sollen die einzelnen Pumpen abgestellt sein.
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Nachstehend wird die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Filterpresse
mit der ähnlichen, bisherigen Presse verglichen. Wenn zwischen den Jeweiligen Filterkammern
16 ein Druckgefälle infolge einer Verstopfung der biegsamen Schläuche zur Förderung
der Trübe in die Filterkammern 16 und/oder der Trübenzufuhrstutzen 20 oder aufgrund
einer Änderung der Trübenkonzentration auftritt, werden die Trennwand 11 des Filterrahmens
6a und die Trennplatte 13 der Wasser-Druckplatte 6b einem Flächendruck bzw. einem
Druckunterschied unterworfen, so daß sich Trennwand 11 und Trennplatte 13 schüsselförmig
durchbiegen können. Die drei aufeinanderfolgenden Filterkammern gemäß Fig. 2 sind
zur besseren Unterscheidung mit 16a, 16b und 16c bezeichnet. Für den Fall, daß eine
vollständige Verstopfung des Trübenzufuhrstutzens 20a zur Speisung der Filterkammer
1 6b bei der bisherigen Filterpresse auftritt, bei welcher während
der
Trtlbenzufuhr kein Druckwasser eingeleitet wird, muß diese Filterpresse, wie erwähnt,
eine für die Aufnahme des größten Trübenförderdrucke ausreichende Wanddicke von
Trennwand 11 und Trennplatte 13 besitzen, weil in einem solchen Fall die Filterkammer
16b unbeschickt bleibt, während die Filterkammern 16a und 16c zu deren beiden Seiten
mit der Trübe unter dem Einstelldruck des Überdruckventils 33 beschickt werden.
Wenn dagegen bei der beschriebenen Membran-Filterpresse gemäß der Erfindung der
Trübenzufuhrstutzen 20a der Filterkammer 16b verstopft ist, übersteigt der Druckunterschied
zwischen der Filterkammer 16b und der benachbarten Filterkammer 16a oder 16c nicht
die Summe aus dem Einstelldruck des Druckdifferenz-Regelventils 44 und dem Druckverlust
aufgrund des Leitungswiderstands beim Einleiten von Druckwasser in die Zwischenräume
zwischen den Membranen 14b und der Trennplatte 13b der Filterkammer 16b, wodurch
der auf die Trennwand 11b und die Trennplatte 13b wirkende Druck vermindert wird.
Infolgedessen kann die Dicke der Trennwand 11b und der Trennplatte 13b vergleichsweise
klein gewählt werden.
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Darüber hinaus ist eine abgewandelte Ausführungsform denkbar, bei
welcher Membranen an den Trennwänden aller Filterrahmen angebracht sind und das
Druckwasser in die Zwischenräume zwischen den Membranen und den Trennwänden eingeführt
wird.
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Es ist zu beachten, iß bei der Zufuhr von Trübe, außer bei einer mangelhaft
mit Trübe beschickten Filterkammer, die Membranen praktisch nicht wirksam werden,
weil der Druck des Druckwassers niedriger ist als derjenige der Trübe. Die Druckwassereinspritzung
hat daher keinerlei Einfluß auf die Filterleistung der Filterpresse.
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Wie vorstehend in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Membran-Filterpresse beschrieben, kann dabei der Druck an einem
Filterrahmen, der eine unzureichend
mit Trübe beschickte Filterkammer
bildet, verringert werden. Infolgedessen können die Filterrahmen dünn sein, so daß
die Länge der Filterpresse verkürzt und auch ihr Gewicht erheblich verringert werden
kann.
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Da dem Fachmann selbstverständlich gewisse Änderungen und Abwandlungen
der vorstehend offenbarten Ausführungsform der Erfindung möglich sind, soll die
Erfindung keinesfalls hierauf beschränkt sein, sondern alle innerhalb des erweiterten
Schutzumfangs liegenden Anderungen, Abwandlungen und Äquivalente mit umfassen.