DE3151107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserbehandlungsmittel für den wiederholten Gebrauch mittels Rückwaschens zum Einfangen von Mikroorganismen oder ähnlichen Schwebstoffen aus verschmutzten Flüssigkeiten, wobei in einer Dispersionsflüssigkeit Stapelfasern verteilt werden.

Ein Filter zur Reinigung von Abwassern erfordert eine wirksame Oberfläche, die mit zahllosen kleinen Löchern versehen ist, um einen Durchfluß der Mutterlauge zu ermöglichen, während ein Durchfließen von Schwebstoffen verhindert und diese an der Oberfläche abgesetzt oder abgelagert werden. Um die an einen Filter zu stellenden Forderungen erfüllen zu können, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

• 1. Steigerung der Anzahl der kleinen Löcher, um eine höhere Filtriergeschwindigkeit, d. h. eine Steigerung der Menge der durchgeführten Mutterlauge zu bewirken.
• 2. Vergrößerung der gesamten wirksamen Oberfläche zur Steigerung der Menge anzulagernder schwebender Feststoffe, um eine höhere Filtrierbarkeit zu erzielen.

Typische bis jetzt zur Reinigung von Abwasser verwendete Filtermittel umfassen Filterpapier, Filtertuch, keramische Filter und metallische Siebe. Da diese Mittel allgemein nur eine geringe Arbeitsfläche für den Kontakt mit der zu filtrierenden Flüssigkeit aufweisen, können sie schwebende Feststoffe nicht in ausreichendem Umfang festhalten. Sie haben folglich eine geringe Filterfähigkeit. Ferner ergaben Versuche zur Steigerung der Filterfähigkeit eine unangemessene Verminderung der Filtriergeschwindigkeit.

In der veröffentlichten und geprüften japanischen Patentanmeldung No. 56-35 926 ist ein Mittel zur gezielten Entwässerung beschrieben, welche aus Faserballen besteht, die in einem zylindrischen Metallnetz eingepackt sind. Jeder Faserballen besteht aus einer Vielzahl miteinander verschlungener oder verwickelter Stapelfasern. Obwohl für einen anderen Zweck vorgesehen, können die Faserballen, falls als Filtermittel verwendet, den vorgenannten Anforderungen genügen und die Nachteile üblicher Filter vermeiden. Das Verfahren zur Herstellung solcher Faserhaufen ist jedoch ausgesprochen umständlich und für eine Massenproduktion ungeeignet. Die dabei erzielten Produkte sind von geringer Qualität. Bei diesen bekannten Verfahren wird ein Trockenverfahren verwendet, bei dem eine Vielzahl von Fasern erst einem Kräuselverfahren unterworfen wird, bei dem eine chemische Behandlung erforderlich sein kann. Durch Beheizung oder Einsatz von Dampf werden dann fertig gekräuselte Fasern erzielt. Die gekräuselten Fasern werden dann in einen zylindrischen Behälter eingebracht, in dem die Fasern durch Luft verteilt und durch eine Drehtrommel mit einer Vielzahl von Rührarmen so bewegt, bis sie miteinander in Form von kugelförmigen Faserballen verschlungen sind.

Bei diesem bekannten Verfahren werden die Fasern in Luft bewegt und sind daher weniger geeignet, gebogen oder miteinander verschlungen zu werden, da der Elastizitätsmodul der Fasern in Luft sehr hoch ist, und Luft wegen ihrer niedrigen Viskosität keine komplizierten Bewegungen übertragen kann. Es ist daher erforderlich, die Fasern vor dem Rühren zu kräuseln, damit das Verschlingen der Fasern miteinander während des Rührbetriebs unterstützt wird. Da ferner der zwischen dem zylindrischen Behälter und der Drehtrommel ausgebildete Zwischenraum außerordentlich klein ist, ist die Menge der in einer bestimmten Zeit bearbeiteten Stapelfasern begrenzt, was für eine Massenproduktion unannehmbar ist. Außerdem werden Fasern direkt von den Rührarmen getroffen und stark beschädigt, wodurch die Oberfläche der Faserballen unannehmbar rauh werden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren aufzuzeigen, das ein Wasserbehandlungsmittel mit einer großen Anzahl Poren bei vergrößerter Arbeitsfläche bereitstellt, wodurch eine hohe Filtriergeschwindigkeit bei hoher Filtrierbarkeit erzielt werden soll.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wasserauf­ bereitungsmittels, bei dem die Stapelfasern nicht gekräuselt sind und die nicht gekräuselten Stapelfasern eine Länge zwischen 5 bis 50 mm aufweisen und zum Fließen und Schwingen gebracht werden, so daß die Fasern sich unter Ausbildung eines Faserballens verschlingen oder verwickeln.

Da die Fasern nach diesem Verfahren in Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser eingetaucht werden, sind sie wegen des verringerten Elastizitätsmoduls leicht biegbar. Ferner hat die Flüssigkeit eine höhere Viskosität als Luft, so daß die in dem flüssigen Medium befindlichen beweglichen Fasern entsprechend der komplizierten Bewegung der Flüssigkeit verwickelt werden. Dieses erfolgt, ohne daß die Fasern vor dem Eintauchen in das flüssige Medium gekräuselt werden müssen. Da sich die Fasern ferner in einer Flüssigkeit bewegen, ist es unwahrscheinlich, daß sie von den Rührern beschädigt werden, so daß eine hohe Qualität der ausgeformten Faserballen sichergestellt ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem flüssigen Medium ein Bindemittel zugesetzt, so daß die geformten Faserballen nicht auseinandergewunden werden.

Diese und andere Merkmale und Effekte der Erfindung werden nachstehend in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserballens nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 eine Ansicht eines stangenförmigen, aus Fasern bestehenden Stranges, der als Filtermittel ungeeignet ist,

Fig. 3a eine schematische Ansicht eines sphäroidischen Faserballens,

Fig. 3b eine schematische Ansicht eines kugelförmigen Faserballens,

Fig. 4 und 5 je eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserballens nach weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in jeweils einer schematischen Seitenansicht.

Zur Verwendung als Filtermittel vorgesehene Faserballen können durch Verteilung einer Vielzahl von Stapelfasern in einem flüssigen Medium, wie zum Beispiel Wasser, zubereitet werden, wobei danach die Fasern in dem flüssigen Medium durch eine der nachgenannten Methoden zum Fließen und Vibrieren gebracht werden.

• A) Einführung eines Luftstroms in die Flüssigkeit.
• B) Rühren der Flüssigkeit durch Rührarme.
• C) Ausbildung einer Strömung in dem flüssigen Medium durch eine Pumpe.

Das Verfahren A) und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Eine geeignete Menge Stapelfasern 3 ist durch einen Aufgabetrichter 2 in Wasser W eingegeben und verteilt worden, das sich in einem Behälter 1 befindet. Durch eine Luftdüse 4, die an dem unteren Abschnitt des Behälters 1 angeordnet ist, wird Luft in das Wasser W so eingeblasen, daß ein steigender Luftstrom 5 ausgebildet wird. Der Luftstrom 5 bewirkt, daß die Fasern 3 in dem Wasser W fließen und schwingen. Hierbei falten und biegen sich die Fasern 3. Wenn das Wasser W kontinuierlich von dem Luftstrom 5 beaufschlagt wird, verflechten sich die aneinander liegenden Fasern 3 miteinander und bilden eine kugelförmige oder sphäroidische oder scheibenförmige Fasermasse von 5 bis 100 mm Durchmesser. Die so ausgebildeten Fasermassen werden durch eine verschleißbare Auslaßöffnung 6 in konstanten Zeitintervallen aus dem Behälter 1 genommen.

Die Ausbildung von Faserballen ist möglich mit Fasern jeden Materials. Die Größe, Form und innere Struktur der Faserballen hängt von dem Herstellungsverfahren und den physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Fasern, wie Faserdicke, Faserlänge, Elastizitätsmodul, Steifigkeit, Dichte und Reibungskoeffizient ab. Als Materialien für Stapelfasern 3 sind Naturfasern, Regeneratzellulosefaser, auch organische Fasern, wie synthetische Fasern, geeignet und können in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen für den speziellen Anwendungszweck ausgewählt werden.

Als besondere Beispiele für geeignete Materialien für Stapelfasern 3 können Polyester, Polyamide, Polyvinylalkohol, Acrylnitril dienen und sind im Hinblick auf die Haltbarkeit während der Behandlung im Wasser von Vorteil. Kunstseide und Polyester werden im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit bevorzugt.

Die Fasern 3 sollten mindestens zehn Minuten, vorzugsweise nicht weniger als dreißig Minuten, in dem Wasser W bewegt werden, um ausreichend verwickelte Flechtverbindungen zwischen den Einzelfasern zu erzielen. Ferner sollten die Fasern eine Länge von 5 bis 50 mm haben. Fasern mit einer Länge unter 5 mm können kaum zur Ausbildung von Faserballen verwendet werden, während Fasern mit einer Länge von mehr als 50 mm dicht verwickelte Faserseile mit mehr als 20 cm Länge bilden (Fig. 2), die ungeeignet als Filtermittel sind.

Der Durchmesser der einzelnen Fasern 3 kann abhängig vom Elastizitätsmodul des verwendeten Materials variieren, sollte aber allgemein zwischen 10 bis 100 µ gehalten werden. Wenn die Fasern 3 innerhalb dieses Bereichs eine Dicke von weniger als 10 Denier (um 30 µ im Durchmesser) haben, werden sphäroidische Faserballen mit einem maximalen Durchmesser von etwa 30 mm erzielt, wie sie in Fig. 3a dargestellt sind. Wenn dagegen die Fasern 3 eine Dicke von nicht weniger als 15 Denier (um 40 µ im Durchmesser) haben, werden kugelförmige Fasermassen mit einem Durchmesser um 20 mm hergestellt, wie in Fig. 3b dargestellt ist. Die einzelnen Fasern 3 weisen üblicherweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, können aber auch andere Querschnittsformen haben, wie zum Beispiel dreieckig oder sternförmig ausgebildet sein.

Das Wasser W kann durch Äthylenglykol, Äthanol, Butanol oder ähnliche Flüssigkeiten ersetzt werden. Falls gewünscht, können die Faserballen durch Zufügen eines Farbstoffs, falls notwendig gemeinsam mit einem Farbhilfsmittel, gefärbt werden. Ferner kann dem flüssigen Mittel auch ein Bindemittel zugefügt werden, um ein Auseinanderwickeln der geformten Faserballen zu verhindern.

Die Temperatur des Wassers W sollte bei nicht weniger als 10°C konstant gehalten werden, vorzugsweise bei einer Temperatur von 20 bis 80°C. Eine niedrige Temperatur ist nicht zweckmäßig, da die Fasern 3 dann weniger flexibel sind. Eine gleichbleibende Temperatur stellt sicher, daß die Durchmesser der Faserballen gleich bleiben.

Da nach dem Verfahren A) nach Fig. 1 Luftströme in das Wasser W eingeführt werden, kann die Temperatur des Wassers während der Bewegung schwanken, was Schwierigkeiten bei der Temperatureinstellung mit sich bringt. Die Verfahren B) und C) sind im Hinblick auf diese Probleme entwickelt worden und werden nun mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 näher beschrieben.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 werden Stapelfasern 3 durch einen Aufgabetrichter 2 in den Behälter 1 eingegeben. In dem Behälter 1 wird Wasser W durch Rührarme 7 gerührt und bringt die Stapelfasern 3 zum Fließen und Schwingen, so daß Fasermassen 8 ausgebildet werden.

Bei dem Verfahren C), das mit der Vorrichtung nach Fig. 5 durchgeführt wird, werden Stapelfasern 3 in dem durch eine Pumpe 9 kräftig kreisenden Wassers W zum Schwingen und Fließen gebracht.

Die Größe der Bewegung, gleich ob durch Rührarme 7 oder durch die Pumpe 9 bewirkt, ist so, daß das Wasser W mindestens in einen turbulenten Zustand gebracht wird. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren A) genannten verschiedenen Bedingungen sind auch auf die Verfahren B) und C) zu übertragen.

Obgleich bei Anwendung des Verfahrens B) keine bestimmten Anforderungen an die Gestaltung der Rührarme 7 gestellt werden, sind doch Rührarme mit einfacher, zum Beispiel propellerartiger, schaufelradartiger oder ankerartiger Ausbildung vorteilhafter als Rührarme mit einer komplizierten, wie zum Beispiel schraubenförmigen Ausbildung, da die letztere die Fasern 3 leichter die Rührarme 7 umwickeln läßt. In dieser Hinsicht sind besonders Rührer von Haushaltswaschmaschinen von Vorteil, da sie glatte vorspringende Schaufeln aufweisen.

Statt eines Rührers mit Rührarmen 7 kann der Behälter 1 auch drehbar mit inneren Umlenkblechen ausgebildet sein, wie sie auch bei Zementmischern oder kugelförmigen Drehbehältern verwendet werden. Ferner kann eine Rütteleinrichtung ebenso als Rührmittel verwendet werden.

Bei Anwendung des Verfahrens C) muß ein Filter 10 vorgesehen werden, damit die Fasern 3 nicht die Pumpe 9 verstopfen. Alternativ kann auch eine gegen Verstopfen gesicherte Pumpe als Pumpe 9 verwendet werden.

Alle diese Verfahren sind gegenüber den bekannten Verfahren außerordentlich einfach und für eine Massenfertigung ausgebildet. Die dabei hergestellten Faserballen haben eine gleiche und hohe Qualität, da die Fasern indirekt über eine viskose Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, nicht aber direkt durch Rührmittel gerührt werden. Da jeder Faserballen eine große Anzahl kleiner Wasserlöcher und eine große, sich dreidimensional erstreckende Arbeitsfläche aufweist, stellt er ein vorzügliches Filtermittel mit einer hohen Filtergeschwindigkeit und einer hohen Filtrierbarkeit dar.

Wie bereits oben dargelegt, haben die nach den bekannten Verfahren hergestellten Faserballen eine rauhe äußere Oberfläche mit als Flaum oder Fusseln vorspringenden Fasern. Die Faserballen können beim Einsatz in einen Filterturm infolge des Verwickelns der vorspringenden Fasern nicht mehr getrennt werden. Daher sind die bekannten Faserballen nicht einem Rückwaschen oder Rückblasen zur Reinigung zugänglich, da die einzelnen Fasern trotz des niedrigen Schüttgewichtes nicht fließen und sich frei bewegen können.

Da andererseits nach der Erfindung hergestellte Faserballen eine glatte äußere Oberfläche und ein niedriges Schüttgewicht haben, können sie zur Wiederverwendung als Filtermittel leicht rückgewaschen werden.

Die Faserballen gemäß der vorliegenden Erfindung können für die getauchte biologische Filtration oder die Sickerfilterung eingesetzt werden.

Besondere Beispiele der Anwendung der Verfahren nach der Erfindung werden zum besseren Verständnis nun beschrieben.

Beispiel I

In einem Behälter von 1,2 m Durchmesser und 1,5 m Höhe waren 400 Liter Wasser eingebracht und auf eine Temperatur von 40°C eingestellt. Die in dem Behälter angeordneten Rührarme rotierten mit 60 U/min. 50 kg Polyesterfasern mit einer Dicke von 20 Denier (45 µ im Durchmesser) und einer Länge von 15 mm wurden eingebracht und in dem Wasser verteilt. Nach gleichmäßigem Rühren des Wassers durch die Rührarme über 45 Minuten wurden Faserballen von 15 bis 30 mm im Durchmesser festgestellt. Die Faserballen waren als Filtermittel verwendbar.

Beispiel II

50 Liter heißen Wassers mit einer Temperatur von 60°C wurden in eine Haushaltswaschmaschine gegossen. 0,8 kg nicht gekräuselter Polyesterfasern mit einer Dicke von 8 Denier (28 µ im Durchmesser) und einer Länge von 20 mm wurden danach in dem Wasser verteilt und sanft durch die Waschmaschine über 30 Minuten gerührt. Die einzelnen Fasern hatten einen kreisförmigen Querschnitt. Als Ergebnis verformten sich die Fasern in allgemein kugelförmige Faserballen von 10 bis 25 mm Durchmesser.

Zum Vergleich wurde der gleiche Vorgang wie oben wiederholt, mit der Ausnahme, daß gekräuselte Polyesterfasern von 64 mm Länge verwendet wurden. Die Fasern wurden nicht in kleine kugelförmige Faserballen, sondern in 50 mm lange Faserstränge, wie in Fig. 2 dargestellt, oder extrem große Faserballen verformt.

Beispiel III

4 kg Kunstseidefasern mit einer Dicke von 10 Denier (31 µ im Durchmesser) und einer Länge von 20 mm wurden in einen kugelförmigen Drehkessel von 1 Meter Durchmesser eingebracht, in dem sich Wasser von Normaltemperatur befand. Der Drehkessel wurde dann mit 30 U/min für 30 Minuten gedreht. Als Ergebnis wurden Faserballen mit einem Durchmesser von 10 bis 30 mm hergestellt.

Beispiel IV

In einen zylindrischen Behälter aus rostfreiem Stahl von 30 cm Durchmesser und 30 cm Höhe wurde ein Rührer mit einer plattenförmigen Schaufel aus Gummi von 10 cm Breite und 20 cm Höhe montiert. 8 Liter Wasser wurden in den Behälter gefüllt, der dann in ein Heißwasserbad von einer Temperatur von 80°C versenkt wurde. Danach wurden 200 g Stapelfasern des Polyamids Nylon von einer Länge von 20 mm und einer Dicke von 20 Denier (60 µ im Durchmesser) in den Behälter eingeführt und der Rührer mit einer Drehzahl von 90 U/min für 30 Minuten betätigt. Die sich hierbei ergebenden Faserballen hatten Durchmesser von 15 bis 25 mm.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wasserbehandlungsmittels für den wiederholten Gebrauch mittels Rückwaschens zum Einfangen von Mikroorganismen oder ähnlichen Schwebstoffen aus verschmutzten Flüssigkeiten, wobei in einer Dispersionsflüssigkeit Stapelfasern verteilt werden, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern nicht gekräuselt sind und die nicht gekräuselten Stapelfasern eine Länge zwischen 5 bis 50 mm aufweisen und zum Fließen und Schwingen gebracht werden, so daß die Fasern sich unter Ausbildung eines Faserballens verschlingen oder verwickeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Faserballen kugelförmig, sphäroidisch oder scheibenförmig ausgebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Dispersionsflüssigkeit ein oder mehrere Luftströme eingeblasen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dispersionsflüssigkeit mittels einer Rühreinrichtung gerührt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Dispersionsflüssigkeit mittels einer Pumpe eine Strömung ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dispersionsflüssigkeit in einen turbulenten Zustand versetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Dispersionsflüssigkeit Wasser verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Fasern einen Durchmesser von 10 bis 100 µ haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern aus Polyester, Polyamid, Polyvinylalkohol, Acrylnitril, Kunstseide oder eine Kombination dieser Werkstoffe bestehen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperatur der Dispersionsflüssigkeit konstant gehalten wird und 10°C nicht unterschreitet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Dispersions­ flüssigkeit vorzugsweise zwischen 20° und 80°C beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern in der Dispersions­ flüssigkeit mindestens zehn Minuten fließen und schwingen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fasern in der Dispersionsflüssigkeit nicht kürzer als 30 Minuten schwingen und fließen.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Dispersionsflüssigkeit zur Verstärkung der Flechtverbindung zwischen den Fasern ein Bindemittel zugefügt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Dispersionsflüssigkeit ein Farbstoff zugefügt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dispersionsflüssigkeit ein Färbungshilfsmittel zugefügt wird.