DE4013080C1 - Cleaning particulate filter bed - using appts. having vertical tube with filter chamber and inlet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines partikularen Filterbetts nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Flüssigkeitsfilter zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die Gattungsmerkmale des Verfahrens sind aus der DE 33 38 170 C2 bekannt. Hiernach durchströmt die zu filtrierende Flüssigkeit das im Filterraum zu einem Filterbett aufgeschwommene Filtermaterial von oben nach unten gegen die relativ geringen Auftriebskräfte der Partikel des Filtermaterials, wobei dieses an der obersten Stelle eines den Filterraum abschließenden Kegels in Chargen abgeleitet und einem Spülraum in einem unterhalb des Filterraumes angeordneten Spülbehälter in dessen oberen Bereich zugeführt wird, aus dem es nach einer Ruhezeit und erfolgter Reinigung durch Eigenauftrieb in den unteren Bereich des Filterraumes zurückgelangt, um gegen die Unterseite des Filterbetts aufzuschwimmen. Auch der Spülbehälter weist einen oberen Abschlußkegel auf, der einen Schlammfang über einer absperrbaren Vorrichtung zum Schlammaustrag bildet. Während des diskontinuierlichen Reinigungsprozesses in durch das Volumen des Spülraumes definierten Chargen läuft die Filtrierung der Flüssigkeit kontinuierlich.

Aus der DE 27 08 340 C3 ist ein Verfahren zur Filtrierung einer Flüssigkeit durch ein Filterbett aus einem partikularen Filtermaterial bekannt, wobei die Flüssigkeit das Filtermaterial von unten nach oben kontinuierlich durchströmt und das Filtermaterial an der tiefsten Stelle aus dem Filterraum abgezogen und in einer aufsteigenden Waschbahn gereinigt wird, bevor es auf die Oberseite des Filterbetts zurückgelangt. Dieses Verfahren findet somit nur bei einem sich in der Flüssigkeit absetzenden Filtermaterial Anwendung.

Aufgabe der Erfindung ist eine Erhöhung der Betriebssicherheit eines kontinuierlichen Filtervorganges bei der Reinigung des Filtermaterials und eine individuellere Gestaltung der Reinigung des Filtermaterials in einem im Aufbau einfachen Flüssigkeitsfilter zu erreichen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 sowie mit einem Flüssigkeitsfilter zur Durchführung dieses Verfahrens.

Wesentliches Kennzeichen dieses Verfahrens ist die mit den geringen Auftriebskräften der Partikel des Filtermaterials gleichsinnige Strömungsrichtung der zu reinigenden Flüssigkeit von unten nach oben und eine geschichtete Ausbildung des Filterbetts, wobei das Filterbett durch die Auftriebskräfte der Partikel des Filtermaterials und durch Unterstützung der Strömungsrichtung der Flüssigkeit in besonders günstiger Weise stabilisiert wird. Dadurch sind höhere Strömungsgeschwindigkeiten ohne Störung des Filterbetts mit einem Förderdruck möglich, der ausreicht, um das Filtermaterial in den tieferliegenden Spülraum zu transportieren, in den dieses Filtermaterial nach einer Spülung oder Waschung während einer Ruhezeit gereinigt wird. Der sich dabei von den Partikeln ablösende Schlamm aus den an den Partikeln des Filtermaterials haftenden Schmutzstoffen setzt sich in einem Schlammfang im unteren Bereich des Spülraumes ab und wird anschließend ausgetragen, wodurch der nächste Reinigungsvorgang zur Reinigung einer weiteren Schicht des Filtermaterials im Filterraum eingeleitet wird. Das gereinigte Filtermaterial gelangt vor dem Schlammaustrag bei entsprechend geöffneten Ventilen durch Eigenauftrieb in den Filterraum zur erneuten Bildung einer Schicht des Filterbetts aus gereinigtem Filtermaterial zurück.

Das Verfahren bietet den weiteren Vorteil, daß besonders mit Schmutzstoffen beaufschlagte Zonen des Filterbetts entsprechend häufiger gereinigt werden können als andere Zonen. Die Schichtbildung des Filterbetts verbessert außerdem die Filterwirkung, vermeidet weitgehend Passagebildungen der Flüssigkeit in dem Filterbett und vermeidet auch die Bildung von Nestern aus verschmutzten Partikeln innerhalb des Filterbetts durch aneinanderklebende Partikel, wodurch insgesamt die Betriebssicherheit und die Wirkungsweise der Filtrierung erhöht wird.

Die Reinigung des Filtermaterials kann von Hand gesteuert werden, aber wahlweise auch nach einem oder im Wechsel nach mehreren vorbestimmten Programmen ablaufen und elektronisch gesteuert werden. Sind die bisher als geeignet angesehenen Materialien mit einem gegenüber der zu filtrierenden Flüssigkeit geringeren spezifischen Gewicht geeignet, so ist zum Beispiel bei der Filtrierung von Trinkwasser, Betriebswasser, Oberflächenwasser oder dergleichen Polystyrol hervorragend geeignet, wodurch jedoch die Verwendung anderer inaktiver Stoffe nicht ausgeschlossen wird. Der zu reinigenden Flüssigkeit können in an sich bekannter Weise auch Hilfsstoffe zugesetzt werden, ohne dadurch auf den Ablauf des Verfahrens nachteilig einzuwirken.

Ein einfacher konstruktiver Aufbau eines nach diesem Verfahren arbeitenden Flüssigkeitsfilters wird mit Merkmalen nach dem Patentanspruch 3 erreicht.

Der Vorteil dieses Ausbildung ist vor allem darin zu sehen, daß ein Rohr mit darin schräg zur Horizontalen angeordneten Siebböden, vorteilhaft Siebböden aus einem gegen die Flüssigkeit beständigen Metallgewebe, das Gehäuse für den Filterraum ergibt, welches an den entsprechenden Stellen mit Anschlußstutzen für die Verbindung mit einer Falleitung zum Spülraum bzw. einer Steigleitung für die Wiedereinleitung des Filtermaterials aus dem Spülraum in den Filterraum versehen ist. Dabei wird der weitere Vorteil genutzt, den Spülraum im unteren Bereich des Gehäuses aus einem Rohr vorzusehen und durch einen gegensinnig zu der Schräglage der Siebböden geneigt angeordneten Zwischenboden vom Filterraum zu trennen, so daß ein sich einseitig nach oben verringernder Spülraum entsteht, der an dieser höchsten Stelle mit dem Anschluß für die Steigleitung ausgerüstet ist.

Weitere vorteilhafte Ausbildungsmerkmale enthalten die Patentansprüche 2 und 4 bis 10.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist auf der Zeichnung schematisch in einer Seitenansicht dargestellt und wird nachfolgend in Verbindung mit weiteren Einzelheiten erläutert.

In einem Gehäuse 1 aus einem mit der Längsachse aufrechtstehend angeordneten Rohr ist ein Filterraum 2 ausgebildet. Im unteren Bereich des Filterraumes 2 ist ein Anschluß 3 für eine Zuleitung 4 für die zu filtrierende Flüssigkeit, die über einen zum Beispiel trichterförmigen Einlauf 5 in den unteren Teil des Filterraumes 2 gelangt. Oberhalb des Einlaufes 5 sind in dem Gehäuse 1 mit einem Höhenabstand übereinander gegenüber der Horizontalen schräg angeordnete Siebböden 6 vorgesehen und an der Innenwandung des Gehäuses 1 befestigt. Anstelle gelochter Siebbleche oder speziell gefertigter Siebböden 6 können auch Metallgewebe Verwendung finden, die gegebenenfalls mit einem Rahmenwerk ausgesteift sind. Das obere Ende des Gehäuses 1 ist durch einen Abschlußkegel 7 verschlossen. Im Bereich der geometrischen Grundfläche dieses Abschlußkegels befindet sich eine Aufnahme 8 aus einem Bündel perforierter Rohre, die mit einem Anschluß 9 für eine Leitung 10 zur Ableitung der gefilterten Flüssigkeit verbunden sind. In der Zuleitung 4 befindet sich ein Absperrventil 11 und in der Zuleitung 10 ein Absperrventil 12. Die Beimengung von Hilfsstoffen zu der über die Zuleitung 4 in den Filterraum einzuleitenden Flüssigkeit kann durch ein Ventil 13 in einer Zweigleitung 14 erfolgen. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist der Spülraum 15 ausgebildet und durch einen Zwischenboden 16 vom Filterraum 2 getrennt, der in einer zu den Siebböden 6 gegensinnigen Schräglage in dem das Gehäuse 1 bildenden Rohr angeordnet ist. Das untere Ende des Rohres ist durch einen sich nach unten verjüngenden Abschlußkegel 17 verschlossen, der einen Schlammfang 18 mit einer durch ein Ventil 19 verschließbaren Austragvorrichtung bildet.

An der höchsten Stelle unterhalb eines jeden Siebbodens 6 und an der höchsten Stelle des oberen Abschlußkegels 7 ist je ein Anschluß 20, 21 und 22 vorgesehen, die jeweils über Absperrventile 23, 24 und 25 mit einer Falleitung 26 verbunden sind, deren unteres Ende über ein Absperrventil 27 an einen Anschluß 28 des unteren Abschlußkegels 17 angeschlossen ist und zu einem Einlauf 29 führt. Auch der Raum über dem obersten Siebboden wird als Filterraum genutzt. Auf der gegenüberliegenden Seite sind mit einem Abstand unterhalb des unteren Siebbodens 6 und an der tiefsten Stelle oberhalb jedes Siebbodens 6 Anschlüsse 30, 31 und 32 vorgesehen, die über Absperrventile 33, 34 und 35 an eine Steigleitung 36 angeschlossen sind. Das untere Ende dieser Steigleitung 36 ist mit einem Anschluß 37 verbunden, welcher an der sich aus der Schräglage des Zwischenbodens 16 ergebenden höchsten Stelle in den Spülraum 15 mündet.

Für die Filtrierung der Flüssigkeit, zum Beispiel Trinkwasser, Betriebswasser, Oberflächenwasser oder dergleichen wird ein Filtermaterial aus gekörnten Partikeln verwendet, welches ein gegenüber der Flüssigkeit geringeres spezifisches Gewicht aufweist, so daß es in der über den Einlauf 5 unten in den Filterraum 2 eingeleiteten Flüssigkeit aufschwimmt. Solches Filtermaterial ist unter jedem Siebboden 6 in den Filterraum 2 eingebracht, so daß sich unter den Siebböden 6 durch Auftriebskräfte der Partikel des Filtermaterials mit Unterstützung der Strömung der Flüssigkeit von unten nach oben Schichten eines Filterbetts bilden.

Zur Reinigung der mit anhaftenden Schmutzstoffen verunreinigten Partikel des Filtermaterials wird das unter einem Siebboden 6 geschichtete Filtermaterial durch Öffnen des Ventils 19 und eines der Ventile 23 bis 25 in die Falleitung 26 abgeleitet und durch den Förderdruck nach unten über den Anschluß 28 und den Einlauf 29 in die Spülkammer eingeleitet. Dabei wird die Durchstömung des Filterraumes mit Flüssigkeit kontinuierlich aufrechterhalten. In der Falleitung 26 erfolgt eine Verwirbelung der Partikel des Filtermaterials, so daß sich anhaftende Schmutzteile bereits vor dem Eintritt in den Spülraum 15 von den Partikeln lösen und dann während der Ruhezeit des Filtermaterials in der Spülkammer nach unten in den Schlammfang 18 absetzen. Das Absperrventil 27 ist dabei geschlossen. Nach einer gewissen Ruhezeit werden das Ventil 37 und eines der Ventile 33, 34 oder 35 geöffnet, so daß das in der Spülkammer gereinigte Filtermaterial über die Steigleitung 26 und eines der Ventile 33 bis 35 in den Filterraum zurückgelangt. Danach wird das Ventil 19 geöffnet, so daß der Schlamm aus dem Schlammfang 18 ausgetragen wird, und außerdem wird nach Wahl eines der Ventile 23 bis 25 geöffnet, so daß erneut verschmutztes Filtermaterial unter dem Förderdruck des Filtermediums in den Spülraum 15 gefördert wird. Auf diese Weise können die durch Eigenauftrieb der Partikel unter den Siebböden 6 aufschwimmenden Filterbettschichten nacheinander gereinigt werden, wobei das Filtermaterial jeweils über die Falleitung 26, den Spülraum 15 und die Steigleitung 36 im Kreislauf geführt wird. Dabei ist es möglich, die Filterbettschichten unter den Siebböden 6 unterschiedlich oft einem Reinigungsvorgang zu unterziehen. In Anpassung an die speziellen Anforderungen kann die Filtervorrichtung mit einer beliebigen Anzahl von Siebböden 6 ausgestattet werden, wobei der Abstand der Siebböden voneinander variabel und das Filtermaterial in einzelnen Filterschichten unterschiedlich sein kann, zum Beispiel anstelle von Polystyrol Kork oder dergleichen.

An der Spitze des oberen Abschlußkegels 7 ist ein automatisches Entlüftungsventil 38 angeordnet. Ein Absperrventil 40 in einer Leitung 39 ermöglicht die Entlüftung von Hand. Ein Sieb 46 hält das Filtermaterial bei der Entlüftung zurück. Eine eventuell notwendige Spülung des Filterraumes 15 kann über die Zweigleitung 41 mit dem Absperrventil 42 aus der Leitung 10 erfolgen, die hinter der Abzweigung der Zweigleitung 41 ein Absperrventil 43 aufweist. Dadurch kann bei einer Spülung des Raumes oberhalb des obersten Siebbodens 6 die Flüssigkeit als Vorfiltrat in den Spülraum 15 zurückgeführt werden.

Durch die Schräglage des Zwischenbodens 16 wird außerdem ein sich nach unten verjüngender Schlammsammelraum 47 für Schlamm gebildet, der sich in dem Filterraum 2 absetzt. Dieser Schlamm kann über den durch ein Ventil 44 absperrbaren Anschluß 45 ausgetragen werden.

Der Raum unterhalb des untersten Siebbodens 6 kann bei einer in dieser Weis gestalteten Filtervorrichtung als Reaktionsraum genutzt werden, zum Beispiel für die Zugabe von Koagulationsmitteln (Flockungsmitteln). Dadurch erfolgt eine Bindung von Verschmutzungen bereits in diesem Reaktionsraum unterhalb der Filtermasse, so daß eine Ausfällung von Verschmutzungsteilen bereits vor deren Berührung mit dem Filtermaterial erfolgt und der sich daraus absetzende Schlamm über einen separaten Anschluß an der tiefsten Stelle des Filterraumes abgeführt werden kann.

Eine Filtervorrichtung der beschriebenen Art kann vorteilhaft auch als eine Bio-Reaktionsanlage zur Denitrifikation genutzt werden.

Bezugszeichenliste

 1 Gehäuse
 2 Filterraum
 3 Anschluß
 4 Zuleitung
 5 Einlauf
 6 Siebboden
 7 Abschlußkegel
 8 Aufnahme
 9 Anschluß
10 Leitung
11 Absperrventil
12 Absperrventil
13 Ventil
14 Zweigleitung
15 Spülraum
16 Zwischenboden
17 Abschlußkegel
18 Schlammfang
19 Ventil
20 Anschluß
21 Anschluß
22 Anschluß
23 Absperrventil
24 Absperrventil
25 Absperrventil
26 Falleitung
27 Absperrventil
28 Anschluß
29 Einlauf
30 Anschluß
31 Anschluß
32 Anschluß
33 Absperrventil
34 Absperrventil
35 Absperrventil
36 Steigleitung
37 Anschluß
38 Autom. Entlüftungsventil
39 Leitung
40 Absperrventil
41 Zweigleitung
42 Absperrventil
43 Absperrventil
44 Ventil
45 Anschluß
46 Sieb
47 Schlammsammelraum

Claims (10)

1. Verfahren zur Reinigung eines partikularen, in einer zu filtrierenden Flüssigkeit aufschwimmenden und von dieser kontinuierlich durchströmten Filterbettes, von den Teilmengen zu ihrer Reinigung durch Druckdifferenz in einen Spülraum abgezogen und durch Auftrieb in den Filterraum rückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils übereinanderliegende Schichten des Filterbettes periodisch nacheinander in Aufstromrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit aus dem Filterraum abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustrom der in einer Schicht enthaltenen Teilmenge des Filtermaterials durch den Abfluß des Schlamms vom vorhergehenden Reinigungsvorgang aus dem Spülraum eingeleitet wird.

3. Flüssigkeitsfilter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere Bio-Reaktionsanlage zur Denitrifikation, bei dem in einem Gehäuse ein Filterraum, Anschlüsse für die Zu- und Abführung der zu reinigenden und der filtrierten Flüssigkeit sowie für die Ableitung des Filterbettes zu einem in einer Spülkammer gelegenen Spülraum und für dessen Wiedereinleitung in den Filterraum sowie ein darin aufschwimmendes Filterbett aus partikularem Filtermaterial sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbett in dem Filterraum (2) durch schräg angeordnete Siebböden (6) in Schichten unterteilt ist und das Gehäuse (1) jeweils an der höchsten Stelle unter einem jeden Siebboden (6) einen Anschluß (20, 21) zur Ableitung des unter jeweils diesem Siebboden aufschwimmenden Filtermaterials zu dem Spülraum (15) und jeweils an der tiefsten Stelle über einem jeden Siebboden (6) einen Anschluß (31, 32) zum Wiedereinleiten des über diesem Siebboden (6) aufschwimmenden Filtermaterials sowie wenigstens einen oberen Anschluß (22) zum Ableiten des über dem obersten Siebboden (6) schwimmenden Filtermaterials an höchster Stelle des Filterraumes (2) und wenigstens ein Anschluß (30) zum Wiedereinleiten des unter dem untersten Siebboden (6) in dem Filterraum (2) aufschwimmenden Filtermaterials mit einem Höhenabstand unter dem untersten Siebboden (6) aufweist.

4. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülraum (15) im unteren Bereich des den Filterraum (2) aufnehmenden Gehäuses (1) angeordnet und von dem Filterraum (2) durch einen gegenüber den Siebböden (6) gegensinnig schräg angeordneten Zwischenboden (16) getrennt ist, so daß der Anschluß (37) für die Steigleitung (36) zur Rückführung des Filtermaterials in den Filterraum (2) einseitig an höchster Stelle des Spülraumes (15) angeordnet ist.

5. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (20, 21, 22) für die Ableitung des Filtermaterials zum Spülraum (15) an eine gemeinsame Falleitung (26) zum Spülraum und die Anschlüsse (30, 31, 32) für die Wiedereinleitung des Filtermaterials in den Filterraum (2) an eine gemeinsame Steigleitung (36) aus dem Spülraum (15) angeschlossen und mit Absperrventilen (23, 24, 25 bzw. 33, 34, 35) ausgestattet sind.

6. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrventile motorisch durch ein elektrisches Steuerprogramm betätigbar und automatisch steuerbar sind.

7. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) rohrförmig ausgebildet ist und einen oberen Abschlußkegel (7) für die Filterkammer (2) aufweist, an dessen höchster Stelle der Anschluß (22) für die Verbindung mit der Falleitung (26) angeordnet ist.

8. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa in Höhe der geometrischen Grundfläche des oberen Abschlußkegels (7) des Gehäuses (1) eine sich etwa diametral über die Breite des Filterraumes (2) erstreckende Aufnahme (8) für die gefilterte Flüssigkeit angeordnet ist.

9. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (8) aus einem Bündel perforierter Rohre besteht.

10. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere, den Spülraum (15) aufnehmende Ende des rohrförmigen Gehäuses (1) durch einen sich nach unten verjüngenden, einen Schlammfang (18) bildenden Abschlußkegel (17) mit einer absperrbaren Einrichtung zum Schlammaustrag abgeschlossen ist.