DE3214419C2

DE3214419C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von suspendierten Stoffen aus Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE3214419C2
Application number: DE3214419A
Authority: DE
Inventors: Ivan Prof. Dr.-Ing. 2000 Hamburg Sekoulov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3214419A1

Abstract

Bei der Aufkonzentrierung und Trennung von suspendierten Stoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere in der Abwassertechnik sind lange Filterzeiten bei niedrigen Druckverlusten und effektiver Rückspülung wünschenswert. Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung nach dem Prinzip der "Cross-flow"-Filtration vorgeschlagen, bei der die Filteroberfläche senkrecht ausgebaut ist; durch Belüftung oder mechanisch wird ein Querstrom zu dem Filterstrom erzeugt. Weiterhin wird konzentrierter Suspensa aus dem Filtervorraum im Teilstrom aus dem System entfernt und dadurch die Rückspülung wesentlich entlastet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von suspendierten Stoffen aus Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit in horizontaler oder annähernd horizontaler Richtung durch eine während der Filtration in ruhendem Zustand verbleibende Filterschicht mit senkrecht zum Boden ausgebildeter Filteroberfiäche strömt und der Filtrierprozeß in für die Reinigung des Filtermaterials notwendigen Intervallen unterbrochen wird, und ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einem in einem Filterbehälter angeordneten Filterelement vorgesehen, das aus zwei im Abstand voneinander und zueinander allgemein parallel angeordneten flüssigkeitsdurchlässigen Stützelementen besteht, zwischen denen die Filterschicht ausgebildet ist, mit rohrartigen Einrichtungen zur Filtratabfuhr und Rückspülung des Filterbettes, wobei zwischen dem äußeren Stützelement und der Wand des Filters bzw. vor jedem Filterelement ein Filtervorraum ausgebildet ist.

Zur Reinhaltung der Gewässer werden an die Kläranlagenabläufe immer höhere Anforderungen gestellt. Deren Erfüllung ist in vielen Fällen nur mit Suspensaelimination aus dem Ablauf möglich. Ferner ist die Suspensaelimination aus dem Rohwasser bei der Trink- und Brauchwasseraufbereitung sowie der Wiederverwendung von Prozeßwässern von Bedeutung.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die DE-AS 11 09 144 bekannt. Nach dieser Druckschrift ist bei einem rückspülbaren Filter neben der Rückspülung von unten nach oben unter Auflockerung des Filtermaterials auch eine radiale Rückspülung von innen nach außen vorgesehen, um die an der äußeren Oberfläche des körnigen Filtermaterials abgesetzten Verunreinigungen entfernen zu können. Diese Verunreinigungen sind mechanischer Art, die durch die radiale Richtung des Filtrationsvorgangs an der Peripherie des Filterbettes zurückgehalten werden. Durch diese Ansammlung von mechanischen Verunreinigungen wird jedoch trotz relativ vergrößerter Filteroberfiäche die wirksame Standzeit des Filterelements verringert, so daß häufige Rückspülungen erforderlich sind.

Bei einem ferner nach der DE-AS 10 26 034 bekanntgewordenen Verfahren ist es erforderlich, die innenseitig entstandenen Verunreinigungen der Filtersäule mit Hilfe eines vertikal nach oben gerichteten Impulses der Rohflüssigkeit entgegen der Filtrierrichtung von der

Filtersäule abzuspülen, wobei das gesammelte verunreinigte Filtermaterial nach oben gefördert wird und vor einem erneuten Filtrierungsprozeß verkrustete und zusammenhaftende Filierkörner gelockert und gereinigt werden. Nach der DE-AS 19 26 934 ist somit keine Vorabscheidung von Verunreinigungen vor Eintritt der Flüssigkeit in das Filterbett möglich.

In der DE-PS 1 76 943 wird die besondere Ausbildung eines Filters mit streubaren, mittels Stützflächen unter seinem natürlichen Böschungswinkel gelagertem Filtermaterial beschrieben. Bei diesem Filter soll durch besondes angeordnete Siebe vermieden werden, daß bei einem höheren Druck das Filtermaterial fortgeschwemmt wird.

In der DE-PS 2 67 444 wird ein Filter beschrieben, bei dem das Filtermaterial während des Filterns von dem Boden der Filtermaterialsäule nach dem Kopfabschnitt geführt wird. Dieser vorbekannte Filter ist also durch ein bewegliches Filterbett gekennzeichnet.

In der DE-OS 14 42 658 wird schließlich ein Verfahren und eine Einrichtung zum Spülen einer losen, körnigen Filterfüllung beschrieben, mit der es möglich sein soll, erforderliche Rückspülungen zu vergleichmäßigen und die Entstehung von Luftnestern im Filtermaterial zu verhindern, damit die Gleichmäßigkeit der Filtermaterialfüllung nicht gestört wird. Hierzu wird das Filtermaterial zur Rückspülung mit einem besonders ausgerichteten Flüssigkeitsstrahl und einem Flüssigkeitshilfsstrahl so beaufschlagt, daß in dem Filterbett eine Zirkulationsbewegung erzielt wird.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, durch das eine Verlängerung der Intervalle zwischen den einzelnen Rückspülvorgängen möglich ist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß die Flüssigkeit vor dem Durchströmen des Filterbettes in einem Filtervorraum derart in rotierende Bewegung versetzt wird, daß der Flüssigkeit im Bereich der Filteroberfläche eine zu dieser parallel ausgerichtete Strömungsgeschwindigkeit aufgeprägt und im Bereich des Filtervorraums ein Teil der Suspension ohne das Filterbett zu durchströmen aufkonzentriert und ohne Unterbrechung des Filterprozesses im Teilstrom aus dem Filtervorraum abgeführt wird, ferner dadurch, daß in dem Filtervorraum eine Einrichtung zur Ausbildung einer parallel zur äußeren Filteroberfläche des Stützelements geführten Querströmung zur die Filterschicht durchströmenden Filtratströmung und eine Einrichtung zur Ableitung eingedickter Suspension angeordnet und daß die Einrichtung zur Rückspülung und Filtratabfuhr als perforierte Rohrleitung ausgebildet ist, die an der unteren Kante des äußeren vertikalen Stützelements angeordnet und mittels Luft beaufschlagbar ist.

Durch die gezielte Ausbildung einer besonderen Sekundärströmung im Filterraum ist es möglich, aus der zu reinigenden Flüssigkeit bereits vor deren Eintritt in die Filterschicht einen großen Anteil der mechanischen Verunreinigungen auszuscheiden. In einem besonderen Abschnitt des Filtervorraums wird die eingedickte Sus-In der eigentlichen Filterschicht werden daher Faulprozesse vermieden. Durch die Vorreinigung im Filtervorraum ist es ferner möglich, die Filterschicht als nur relativ dünne Schicht auszubilden, wobei für die die Filterschicht durchströmende Flüssigkeit nur eine kurze Verweilzeit erforderlich ist. Das Verfahren und die Vorrichtung sind sowohl im Bereich der Abwassertechnik, der Trink- und Brauchwasseraufbereitung wie auch in anderen Bereichen einsetzbar, in denen eine Trennung und Aufkonzentrierung von Suspensionen gewünscht wird.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den Zeichnungen in den Bildern 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung näher erläutert.

Die Filterschicht 7 ist weniger als 20 cm tief, normalerweise zwischen 5 cm und 10 cm. Die Filteroberfläche wird mit Hilfe eines Stützelements 5, 6 aus z. B. Edelstahl senkrecht zum Boden gestaltet. Hinter dem Stützelement 5, 6 ist das Kornfiltermaterial eingebettet Für die rückseitige Stützung der Filterschicht 7 wird die gleiche Stützelementkonstruktion wie für die die Filteroberfläche bildende Frontfläche gewählt. Das Filterelement besteht somit aus zwei Stützflächen, den Stützelementen 5,6, die im Abstand von 5 cm bis 20 cm, z. B. im Abstand von 10 cm, voneinander angeordnet sind. Zwischen den Stützelementen 5,6 ist das Filtermaterial ausgebildet, das z. B. Sand mit einer Korngröße von 0,9 mm bis 1,2 mm sein kann. Ein anderes Filtermaterial sowie andere Korndurchmesser sind möglich. Direkt vor der utiteren Kante der Filteroberfläche wird über eine perforierte Rohrleitung 4 Luft eingeblasen. Die aufsteigenden Luftblasen erzeugen die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit parallel zur Oberfläche. Mit dieser Querströmung, die auch mechanisch z. B. durch Mischer erzeugt werden kann, wird eine ständige Spülung der Filteroberfläche bewirkt. Das verhindert bzw. verlangsamt die normalerweise bei abwärtsdurchströmten Filtern beobachtete Deckschichtbildung und führt somit zu einer Verlängerung der Filterlaufzeit. Die Suspension wird im Filtervorraum 2 eingedickt und kann im Teilstrom zurück zur Kläranlage geführt werden. Damit werden die Rückspülkosten gesenkt. Das Filterelement, bestehend aus einer zwischen zwei Stützflächen eingeschlossenen Filterschicht 7, kann auch horizontal aufgebaut werden. Die Flüssigkeit strömt in diesem Fall senkrecht durch den Filter. Die Querströmung parallel zur Filteroberfläche wird dann mechanisch z. B. durch eine Dreheinrichtung erzeugt.

In Versuchen mit ausgeführten Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens konnten Durchflußgeschwindigkeiten von 0,3 bis 0,5 m³/m² · h bei ca. 1,5 m Druckhöhe gemessen werden. Die Filterlaufzeit isi abhängig von den Suspensacharakteristika und der Konzentration. Bei Suspensakonzentrationen von 40—60 mg/1 am Kläranlagenablauf konnten Werte von 16 h bis 18 h Filterlaufzeit erreicht werden. Die Suspension konnte auf ca. 0,9 g/l—1,2 g/l eingedickt werden. Sie wurde im Teilstrom ständig aus dem Fihersystem abgeführt.

In Bild 1 ist ein Querschnitt durch die Filtervorrichtung gezeigt. Über den Zulauf ί wird zu reinigende

pciiaiun vuii uci riiici uuci uäiiic UiIiCi <_iiTig£ii!irig <j>_r Filterschicht abgeführt, ohne daß hierzu ein besonderer Rückspülvorgang erforderlich ist. Hierdurch wird im Betrieb eine weitere Kostenersparnis erzielt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung besteht darin, daß durch die Mischvorgänge im Filtervorraum Sauerstoff in die Flüssigkeit eingebracht und diese somit aerob gehalten wird.

leitung 3 dient der Luftzufuhr. Die Luftverteilung vor der Filteroberfläche erfolgt mit der perforierten Rohrleitung 4. Stützelemente 5, 6 mit Maschenweiten von z. B. 0,5 mm werden als Stützkonstruktionen für die Filterschicht 7 benutzt. Die Filteroberflächen sind geringfügig zu der Vertikalen nach außen geneigt, um eine gute Strömungsführung durch den Luftblasen-Aufstrom

zu gewährleisten. Für die Rückseite der Filterschicht 7 ist die gleiche Netzkonstruktion als Stützelement 6 wie bei der Filteroberfläche gewählt. Nach Durchströmen der Filterschicht 7 mit einer Stärke von z. B. 10 cm aus Sand mit einem Korndurchmesser von 0,9 mm bis 1,2 mm wird das Filtrat über das Ablaufrohr 8 abgeführt. Über das Teilstromrohr 9 wird die eingedickte Suspension im Teilstrom zurück zur Kläranlage geführt. Die Rückspülung erfolgt in üblicher Weise unter Verwen- · dung des für Wasser vorgesehenen Rückspülrohrs 10 und der für Luft vorgesehenen perforierten Rohrleitung 11. Mittels der Überlaufrinne 12 wird das Rückspülwasser aus dem System entfernt. In Bild 2 ist ein Ausschnitt der Filtervorrichtung nach F i g. 1 in einer vergrößerten Darstellung zur Verdeutlichung der Strömungsvorgänge dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung von suspendierten Stoffen aus Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit in horizontaler oder annähernd horizontaler Richtung durch eine während der Filtration in ruhendem Zustand verbleibende Filterschicht mit senkrecht zum Boden ausgebildeter Filteroberfläche strömt und der Filtrierprozeß in für die Reinigung des Filterma- ι ο teriais notwendigen Intervallen unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vor dem Durchströmen des Filterbettes in einem Filtervorraum derart in rotierende Bewegung versetzt wird, daß der Flüssigkeit im Bereich der Filteroberfläche eine zu dieser parallel ausgerichtete Strömungsgeschwindigkeit aufgeprägt und im Bereich des Filtervorraums ein Teil der Suspension ohne das Filterbett zu durchströmen aufkonzentriert und ohne Unterbrechung des Filterprozesses im Teilstrom aus dem Filtervorraum abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der zu der Filteroberfläche parallel gerichteten Strömung der Flüssigkeit in dem Filtervorraum Luft eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die eingeblasene Luft die eingedickte Suspension direkt von der Filteroberfläche abgelenkt und in den Filtervorraum zurückgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Filtervorraums befindliche Suspension aerob gehalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 mit mindestens einem in einem Filterbehälter angeordneten Filterelement, das aus zwei im Abstand voneinander und zueinander allgemein parallel angeordneten flüssigkeitsdurchlässigen Stützelementen besteht, zwischen denen die Filterschicht ausgebildet ist, mit rohrartigen Einrichtungen zur Filtratabfuhr und Rückspülung des Filterbettes, wobei zwischen dem äußeren Stützelement und der Wand des Filters bzw. vor jedem Filterelement ein Filtervorraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Filtervorraum (2) eine Einrichtung zur Ausbildung einer parallel zur äußeren Filteroberfläche des Stützelements (5) geführten Querströmung zur die Filterschicht (7) durchströmenden Filtratströmung und eine Einrichtung zur Ableitung eingedickter Suspension angeordnet und daß die Einrichtung zur Rückspülung und Filtratabfuhr als perforierte Rohrleitung (4) ausgebildet ist, die an der unteren Kante des äußeren vertikalen Stützelements (5) angeordnet und mittels Luft beaufschlagbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausbildung der Querströmung als mechanisches Mittel wie Mischer od. dgl. ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtervorraum (2) als total durchmischter Reaktor ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden der Filterschicht (7) zur Rückspülung eine perforierte Rohrleitung (10) für Wasser und eine perforierte Rohrleitung (11) für Luft angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (11) unter der Rohrleitung (10) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (5, 6) als Stahlnetze ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Filterbehälter mehrere Filterelemente mit senkrechten Stützelementen (5, 6) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Filteroberfiäche bildenden äußeren Stützelemente (5) in einem spitzen Winkel zur Vertikalen nach außen geneigt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteroberfiäche vertikal angeordnet und mit einer horizontalen Flüssigkeitsströmung und einer senkrecht zu dieser erzeugten Querströmung beaufschlagt ist.