DE3249697C2 - Filter mit einer Füllung aus körnigem Adsorbens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Filtration von Wasser über körnige Adsorbenzien, z. B. Aktivkohle, finden neben den rein mechanischen Siebvorgängen für das Zurückhalten von unlöslichen Sink- und Schwebestoffen auch Adsorptionsvorgänge von gelösten organischen und anorganischen Substanzen an die sehr große Oberfläche des adsorbierenden Materials statt. Für die gelösten Wasserinhaltsstoffe hat die Aktivkohle ein jeweils stoffspezifisches Aufnahmevermögen. Mit zunehmender Beladung entsteht eine von oben nach unten durch das Aktivkohlebeti wandernde Adsorptionsfront. Wenn sie den Filterboden erreicht, muß die verbrauchte Kohle aus dem Filter ausgetragen werden und durch neue oder reaktivierte Kohle ersetzt werden.

Da die zu behandelnden Wasser in der Regel neben gelösten auch ungelöste Wasserinhaltsstoffe beinhalten, muß während der Beladungszci: in bestimmten Abständen das Filter von diesen Verunreinigungen durch eine Rückspülung befreit werden. Dies geschieht, indem man Spülwasser in umgekehrter Fließrichtung von unten nach oben durch das Filter schickt.

Die Rückspülung befreit zwar das Aktivkohlefilter von den abgefilterten ungelösten Stoffen, hat aber bei den meisten Filtern den großen Nachteil, daß sich die Kohleschichten miteinander vermischen. Durch dieses Vermischen gelangt voll oder teilweise beladene Kohle aus den oberen Schichten in untere, aus noch unbeladener Kohle bestehende Schichten des Filterbettes und umgekehrt. Dies bewirkt eine zusätzliche Verschiebung der Adsorptionsfront nach unten, wodurch in erheblichem Umfang die Beladungszeit verkürzt wird.

Gegenstand der zur Bildung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 herangezogenen DE-OS 16 11 154 ist ein Filter, dessen Gehäuse im Bereich der Füllung zum Düsenboden hin konisch erweitert ist. Daher nimmt die

ίο Filterfläche von oben nach unten stetig zu. Durch diese Raumform soll erreicht werden, daß während der Regenerierung, die durch einen nach oben gerichteten Spülmittelstrom bewirkt wird ein Aufsteigen und Umschichten der Füllung verhindert wird.

Durch die FR-OS 24 46 122 sind Vorrichtungen zur Wasseraufbereitung bekannt, bei denen eine Füllung aus körnigem Filtermaterial in einem prismatischen oder kegelstumpfförmigen Gehäuse eingeschlossen ist, so daß die Filterfläche im oberen Teil der Füllung kleiner ist als in der Nähe des Filterbodens. Durch diese spezielle Formgebung soll eine Filtration mit abnehmender Durchflußgeschwindigkeit ermöglicht werden. Außerdem will man durch die geneigte Anordnung der Seitenflächen Platz für die Unterbringung von schräg gestellten Lamellenabscheidern gewinnen.

Durch die CH-PS 6 13 125 ist ein Filier bekannt, bei dem in der oberen Hälfte des Gehäuses Einbauten angeordnet sind, durch die der lichte Innenquerschnitt nach oben hin zunächst stufenartig und dann stetig verkleinert wird. Diese Querschnittsverkleinerung beginnt aber erst mit Abstand über der Füllung. Die Füllung hat auf ihrer ganzen Höhe einen gleichbleibenden Querschnitt.
Durch die DE-AS 25 05 794 ist auch schon ein einstuf'ges Filter bekannt, das die geschilderten Probleme grundsätzlich löst. Bei diesem Filter ist für die Einleitung des Rückspülwassers im oberen Teil der Aktivkohlefüllung ein rostartiges, im wesentlichen den Querschnitt ausfüllendes System aus Rohren angeordnet, die mit zahlreichen öffnungen versehen sind. Beim Rückspülen wird daher nur der darüberliegende Teil der Aktivkohlefüllung fluidisiert. Der untere Teil der Füllung bleibt ungestört.
Die verbrauchte Aktivkohle aus dem oberen Teil der Füllung wird bei diesem Filter in fluidisiertem Zustand entweder über eine Rohrleitung oder über eine Überlaufrinne aufgetragen.

Ein Einbausystern innerhalb der Aktivkohlefüllung ist aber mit Nachteilen verbunden. Nur bei relativ kleinen Durchmessern kann es entsprechend den statischen Erfordernissen noch wirtschaftlich erstellt werden. Daher eignet sich ein solches System nur für relativ kleine Filter. Offensichtlich aus dem genannten Grunde ist selbst bei einem relativ kleinen Filter, wie es in einem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, das Verhältnis Durchmesser zu Höhe kleiner als bei herkömmlichen Fileern. Dadurch ergibt sich eine höhere Geschwindigkeit des zu behandelnden Wassers und somit ein erhöhter Druckverlust. Durch das eingebaute Rohrsystem entstehen auch verfahrenstechnisch unerwünschte Rand- und Störeinflüsse. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Austragen verbrauchter Aktivkohle die zum Fluidisieren erforderliche große Wassermenge mit ausgetragen wird und entsprechend große Auffang- und Reinigungsvorrichtungen voraussetzt.

Die DE-OS 19 47 229 beschreibt ein Aktivkohlefilter mit einer Austragvorrichtung, bestehend aus einem Rohr, das mit seinem oberen Ende von unten in die

AktivkohlefuUung hineinragt und mit dem unteren Ende nach außen geführt ist; dabei kann das untere Ende mit einem Injektor versehen sein. Ober diese Einrichtung läßt sich ein gewisser Teil der Aktivkohle dadurch aus dem Filter entfernen, daß man eine entsprechende Menge Wasser in dieses hinein'eitet. Hierbei verbleibt jedoch ein mehr oder weniger großer Teil der Aktivkohle im Filter, wobei sich je nach der Größe des Filters eine Böschung ausbildet. Diesen den weiteren Austrag der Aktivkohle verhindernden Vorgang kann man nun dadurch von vorneherein verhüten oder nachträglich eliminieren, daß man entweder abwechselnd oder dauernd Spülluft durch den Filterboden zuführt, wobei die Aktivkohleschicht mindestens mit Wasser bedeckt sein muß. Auf diese Weise gelingt es, den größten Teil der Aktivkohle bis praktisch in Höhe der Mündung des Austragrohres aus dem Filter herauszuspülen. Da bei dieser Arbeitsweise eine starke Durchmischung der Aktivkohle unvermeidlich ist, ist es nicht möglich, die oberste Schicht der Aktivkohlefüllung separat auszutragen.

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der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ar^egebenen Gattung zu schaffen, das auch bei großen Abmessungen mit herkömmlichem Durchmesser-Höhen-Verhältnis ohne störende Rohreinbauten eine einfache Möglichkeit bietet, den oberen Teil der Füllung zum Rückspülen oder zum Austragen von Filtermaterial selektiv zu fluidisieren.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter läßt sich die Durchflußmenge des fluidisierenden Wassers so bemessen, daß im oberen Teil der Füllung die Strömungsgeschwindigkeit gerade groß genug ist, um die Fluidisierung herbeizuführen. Im unteren Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit aber niedriger, so daß die Aktivkohle ungestört liegen bleibt.

Die Reduzierung der Filterfläche soll groß genug sein, daß der gewünschte Effekt unter betrieblichen Bedingungen mit Sicherheit erreicht wird. Sie soll aber nicht zu groß sein, um unnötige Druckverluste im oberen Teil der Füllung zu vermeiden. In diesem Sinne sind die in Anspruch 2 angegebenen Grenzen zu verstehen.

In Anspruch 3 ist eine bauliche Variante angegeben.

Durch die Abschrägungen gemäß Anspruch 4 wird ein Abreißen der Strömung im Übtrgangsbereich vermieden. Hierzu sollen die abgeschrägten Flächen mit der Waagerechten einen Winkel von mindestens 30° einschließen. Um eine scharfe Trennung zwischen der fluidisierten und der ruhenden Schicht zu erreichen, sollte die Abschrägung aber auch nicht zu steil angeordnet sein, vorzugsweise nicht steiler als etwa 50°.

Das Merkmal des Anspruchs 5 bietet besondere Vorteile, die weiter untern im Zusammenhang mit F i g. 2 ausführlich beschrieben sind.

Vorteilhafte platzsparende Merkmale sind in Anspruch 6 angegeben.

Durch das Merkmal des Anspruchs 7 wird das Austragen des oberen Teils der Füllung durch Absaugen unter Ausnutzung der Fiuidisierung ermöglicht, ohne daß dabei der untere Teil durchmischt wird.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand von zwei schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Das Filter gemäß F i g. 1 hat ein rechteckiges Gehäuse 1, zum Beispiel aus Stahlbeton, mit den beiden Seitenwänden 2,3 und zwei diiru rechtwinkligen, in der Zeichnung nicht sichtbaren weiteren Seitenwänden. Auf einem Filterboden 4. der in üblicher Weise mit zahlreichen Filterdüsen 5 besetzt ist, ruht eine Füllung 6 aus körniger Aktivkohle. In die Füllung 6 taucht etwa bis zur halben Höhe ein Verdrängungskörper 7 ein, der sich über die gesamte Breite (das ist die auf der Zeichenebene senkrecht stehende Dimension) erstreckt. Die Seitenwände 2. 3 sind oben mit Rinnen 8. 9 versehen. Auf der Innenseite weisen sie zwischen einer senkrechten Wandfläche im unteren Bereich und einer stufenartig nach innen vorspringenden, ebenfalls senkrechten Wandfläche im oberen Bereich etwa in halber Höhe eine Übergangszone auf. Diese wird durch genoigte Flächen 11, 12 gebildet, die mit der Horizontalen einen Winkel von 45° einschließen. Die Höhe der Übergangszone ist im Vergleich zur Höhe der Füllung 6 klein, etwa 20%. Die Unterseite des Verdrängungskörpers 7 ist ebenfalls beidseitig — im Querschnitt V-förmig — mit geneigten Flächen 13 versehen, die in gleicher Höhe liegen wie die Flächen II, 12. Durch die eingezogenen Seitenwände und den Verdrängungskörper ist die FiI-

Füllung 6, im oberen Teil der Füllung etwa 25% kleiner als im unteren Teil. In der Übergangszone sind, über die Seitenwände 2,3 verteilt, mehrere Absauginjekturen 14 vorgesehen.

Im normalen Filterbetrieb läuft das Rohwasser durch die Rinne 9 des Verdrängungskörpers 7 zu. deren Seitenkanten als horizontale Überlaufkanten ausgebildet sind. Das filtrierte Wasser gelangt durch die Filterdüsen 5 in den unter dem Filterboden befindlichen Filtratsammelraum und fließt von dort über nicht dargestellte Leitungen ab. Die Rückspülung erfolgt, indem man in üblicher Weise Spülwasser in den Filtratsammelraum eindrückt, das dann durch die Filterdüsen 5 von unten in die Füllung 6 eindringt. Es strömt im unteren Teil der Füllung mit konstanter Geschwindigkeit aufwärts und wird im Übergangsbereich, d. h. in Höhe der schrägen Flächen 11,12,13, aufgrund der reduzierten Durchtnttsfläche auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt. Die Durchflußmenge wird so bemessen, daß im unteren Teil dif Strömungsgeschwindigkeit etwas unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, bei der die körnige Füllung aufgewirbelt wird. Dieser Teil der Füllung bleibt also in Ruhe, und die darin verlaufende Adsorptionsiront bleibt ungestört. Im oberen Teil der Füllung 6 ist die Strömungsgeschwindigkeit aber groß genug, um das körnige Material zu fluidisieren. Die unlöslichen Schmutzteilchen, die sich praktisch nur im oberen Teil angesammelt haben, werden mit dem Spülwasser ausgetragen. Das mit dem Schmutz beladene Spülwasser fließt durch die Rinnen 8,10 ab.

Wenn der Zeitpunkt erreicht ist, bei dem die schwer adsorbierbaren Stoffe durchbrechen, wird die den oberen Teil der Füllung bildende Aktivkohle ausgetragen. Das geschieht mi» Hilfe des Injektors 14. Sobald s'ch dabei einp Böschung von gewisser Größe gebildet hat, wird kurzzeitig von unten Wasser zugeführt, und zwar in einer solchen Menge, daß der obere Teil der Füllung ausreichend fluidisiert wird, um die Böschung zum Einsturz zu bringen. Der untere Teil der Füllung bleibt in Ruhe. Nachdem die Aktivkohle aus dem oberen Teil ausgetragen ist, wird in herkömmlicher Weise der untere Teil des Filters entleert. Das Filter wird dann von neuem gefüllt, wobei als untere Schicht frische oder reaktivierte Aktivkuhle und als obere Schicht diejenige Aktivkohle eingesetzt wird, die vorher die untere Schicht gebildet hat und daher noch weitgehend frei von leicht adsorbierbaren Stoffen ist. Die aus dem oberen

Teil der Füllung ausgetragene, mit Schadstoffen beladene Aktivkohle wird verworfen oder der Reaktivierung zugeführt.

Die Böschungen, die sich beim Austragen mit einem Absauginjektor bilden, können auch mit Hilfe von Luft- 5 stoßen zum Einsturz gebracht werden. Hierbei wird in entsprechender Weise die von unten zugeführte Luft so dosiert, daß der untere Teil des Filterbettes in Ruhe bleibt und nur der obere Teil expandiert wird. Die Verwendung von Luftstößen bietet sich z. B. bei Filtern an, ι ο bei denen auch die Rückspülung unter Verwendung von Luft erfolgt und somit eine Druckluftanlage vorhanden ist. Wie die Beschreibung zeigt, gelingt es mit der Erfindung, die einstufige, kostensparende Bauweise mit den Möglichkeiten und Vorteilen des zweistufigen Systems i> zu vereinen.

Das Filter gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von dem in F i g. I dargestellten Filter im wesentlichen dadurch, daß die innenflächen ί la, \2a der Seitenwände 2, 3 und die Außenflächen 13a der Rinne 7 geneigt sind, und zwar etwa 70° zur Horizontalen. Diese geneigten Flächen schließen sich unmittelbar an die etwa 45° geneigtem Flächen Wb, \2b, 13£> der Clbergangszone an und reichen bis zur Oberfläche der Füllung. Bei diesem Filter wird bei Beginn des Rückspülvorganges zunächst eine relativ kleine Durchflußmenge eingestellt. Durch allmähliche Steigerung der Durchflußmenge kommt man an einen Punkt, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit zunächst an der Oberfläche der Füllung 6 den kritischen Wert erreicht, bei dem die Fluidisierung beginnt. Bei weiterer Erhöhung der Durchflußmenge wandert die Grenze, die der kritischen Strömungsgeschwindigkeit entspricht, innerhalb der Füllung 6 nach unten. Dementsprechend wird im oberen Bereich der Füllung 6 eine mit zunehmender Durchflußmenge immer dicker werdende Schicht fluidisiert. Die Durchflußmenge wird soweit sj'höh* bis ^*** fl'M^is'^r*⁰ S^hi^ht ^*** "^wünsch^ Dicke erreicht hat.

Auf diese Weise kann man die Dicke der fluidisierten Schicht genau der Eindringtiefe der Verunreinigungen anpassen, die durch den Spülvorgang beseitigt werden sollen. Der übrige Teil der Füllung 6 bleibt in Ruhe. Dadurch wird die Vermischung der Aktivkohleschichten auf das unvermeidliche Minimum reduziert. Das gleiche gilt für den durch die Fluidisierung verursachten Abrieb. Wenn — wie im Zusammenhang mit F i g. 1 ausführlich beschrieben — ein Austausch der oberen Hälfte der Füllung erforderlich ist, ermöglicht die in halber Höhe befindliche stufenartige Clbergangszone eine scharfe Trennung in konstanter Höhe.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Filter mit einer Füllung aus körnigem Adsorbens, insbesondere Aktivkohle, und mit einem Filterboden der mit Düsen besetzt ist. wobei die Filterfläche im oberen Teil der Füllung kleiner ist als im unteren Teil, gekennzeichnet durch einen stufenähnlichen Obergang zwischen dem unteren und dem oberen Teil.

2. Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Filterfläche im oberen Teil der Füllung (6) 20-50% kleiner ist als in der Nähe des Filterbodens (4).

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch einen in die Füllung (6) eintauchenden Verdrängungskörper (7).

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich mindestens «ine Seitenwand (2.3) und/oder der Verdrängungskörper (7) abgeschrägte Flächen (11, 12. 13, 116, \2b. Ub) aufweist, die mit der Horizontalen einen Winkel von 30 - 50° einschließen.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Teils die Innenflächen (11a, 12a) der Seitenwände (2, 3) und/oder die Außenflächen (13a^ der Rinne (7) 60-75° zur Horizontalen geneigt sind.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (2. 3) und/oder dei Verdrängungskörper (7) Oberlaufrinnen (8,9,10) für das zuijeführtr Rohwasser und/oder für das abgeführte Spülwasser aufweisen.

7. Filter nach einem der An prüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich mindestens ein Absauginjektor (14) angeordnet isi.