DE4118283A1 - Verfahren und vorrichtung zur filtration einer verunreinigten fluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Filtration einer verunreinigten Flüssigkeit, sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Prospekt der Fa. Axel Johnson Engineering AB beschrieben. Dort wird der mit Partikeln der verunreinigten Flüssigkeit befrachtete Sand des Filterbettes im Gegenstrom durch einen steil des filtrierten, d. h. des gereinigten Wassers gewaschen. Dieser steil liegt größenordnungsmäßig bei 8%, was bedeutet, daß dieses bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens noch Wünsche offen läßt bzw. verbesserungsbedürftig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Filtration einer verunreinigten Flüssigkeit zu schaffen, wobei der Anteil filtrierten, gereinigten Wassers zum Reinigen des mit Partikeln befrachteten Sandes des Filterbettes auf ein Minimum reduziert ist, das bei ca. 2 bis 3% der gereinigten Flüssigkeit liegt.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Vorrichtungsgemäß wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 5 gelöst.

Dadurch, daß die Reinigung des mit Partikeln befrachteten Sandes des Filterbettes im Sekundärkreis mittels eines Anteils der verunreinigten, zu filtrierenden Flüssigkeit anstelle eines Anteils des filtrierten gereinigten Wassers erfolgt, kann der zum Reinigen des Filterbettsandes benötigte Anteil gereinigter filtrierter Flüssigkeit auf ein Minimum reduziert werden, das größenordnungsmäßig bei 2 bis 3% der gereinigten Flüssigkeit liegt, was bedeutet, daß erfindungsgemäß im Vergleich zum bislang zur Anwendungen gelangenden Verfahren und der dafür vorgesehenen Vorrichtung eine Reduktion des Frischflüssigkeitsbedarfs um ca. 60 bis 75% gegeben ist. Ein kleiner minimaler Frischflüssigkeitsbedarf ist selbstverständlich auch erfindungsgemäß erforderlich, um ein Nachuntendurchsacken verunreinigter, zu filtrierender Flüssigkeit aus dem Sekundärkreis in den Primärkreis zu verhindern.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 und bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 6 bis 12 gekennzeichnet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch ab- bzw. teilweise längsgeschnitten gezeichneten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Filtration einer verunreinigten Flüssigkeit, bei der es sich bspw. um schwach belastetes, bereits geflocktes Abwasser einer kommunalen bzw. Industriekläranlage handeln kann. Es zeigen:

Fig. 1 eine aufgeschnittene Seitenansicht der Vorrichtung zur Filtration einer verunreinigten Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung mit diversen nur schematisch angedeuteten Aggregaten bzw. Einrichtungen verbunden ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anwendung gelangende Reinigungseinrichtung, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der abgewinkelten Schnittlinie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausbildung der Vorrichtung 10 zur Filtration einer mit Partikeln befrachteten, zu reinigenden Flüssigkeit 12, die sich in einem Speicher 14 befindet. Bei der zu reinigenden Flüssigkeit 12 handelt es sich bspw. um ein schwach belastetes, bereits geflocktes Abwasser.

Die Vorrichtung 10 ist mit einem Gehäuse 16 ausgebildet, das an seinem oberen Endabschnitt 18 offen ist. Am oberen Endabschnitt 18 des Gehäuses 16 ist ein Ablauf 20 für gereinigte Flüssigkeit vorgesehen, durch welchen in der Vorrichtung 10 die Reinwasser- Spiegelhöhe festgelegt ist, die durch eine dünne strichpunktierte Linie 22 angedeutet ist.

Der untere Endabschnitt 24 des Gehäuses 16 der Vorrichtung 10 ist nach unten konisch verjüngt ausgebildet.

Im Gehäuse 16 ist ein Sandfilterbett 26 vorgesehen, dessen hügelförmige Oberfläche mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet ist. In das Sandfilterbett 26 mündet ein Zulauf 30 für die zu reinigende Flüssigkeit 12 ein. Der Zulauf 30 ist mit dem Speicher 14 für die zu reinigende Flüssigkeit 12 mittels eines Rohrleitungssystems 32 fluidisch verbunden, das teilweise, d. h. in der Nachbarschaft des Speichers 14 nur durch eine Linie angedeutet ist.

Zwischen dem Zulauf 30 für verunreinigte, zu filtrierende Flüssigkeit 12 und dem Ablauf 20 für gereinigte, d. h. im Sandfilterbett 26 filtrierte Flüssigkeit ist ein Primärkreis gegeben.

Zur kontinuierlichen Reinigung des Sandes des Sandfilterbettes 26 ist eine Reinigungseinrichtung 34 vorgesehen, die eine Fördereinrichtung 36 für zu reinigenden Sand des Sandfilterbettes 26 und ein Behältnis 38 aufweist.

Das in Fig. 2 in einem größeren Maßstab als in Fig. 1 gezeichnete Behältnis 38, durch das sich die Fördereinrichtung 36 für zu reinigenden Sand des Sandfilterbettes 26 mit einem Steigrohr 40 hindurcherstreckt, weist einen Zulauf 42 für Reinigungsflüssigkeit und einen Ablauf 44 für die vom Sand des Sandfilterbettes 26 getrennten Partikel auf. Zwischen dem Zu- und dem Ablauf 42, 44 ist ein Sekundärkreis gegeben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Zulauf 42 für die Sandreinigungsflüssigkeit über eine nur durch einen Strich angedeutete Rohrleitung 46 mit der aus dem Speicher 14 ausmündenden Rohrleitung 32 fluidisch verbunden, so daß die Sandreinigungsflüssigkeit durch die zu reinigende Flüssigkeit 12 gegeben ist. Der Zulauf 42 für die Reinigungsflüssigkeit ist zur Einstellung des Flüssigkeitsanteils des Sekundärkreises mit einer Ventileinrichtung 48 ausgebildet, die in Fig. 1 nur durch einen Block schematisch angedeutet ist.

Der Ablauf 44 für konzentriert mit Partikel befrachtete Flüssigkeit ist mittels einer in Fig. 1 nur durch eine Linie angedeuteten Rohrleitung 50 fluidisch mit dem Speicher 14 oder mit einem weiteren (nicht dargestellten) Speicher fluidisch verbunden.

Aus den Fig. 1 und 2 bzw. aus Fig. 3 ist deutlich ersichtlich, daß der Zulauf 42 für die Reinigungsflüssigkeit in das Behältnis 38 derart einmündet, daß im Behältnis 38 eine in Richtung zum Partikelauslaß 44 orientierte Wirbelströmung gegeben ist. Zu diesem Zweck mündet der besagte Zulauf 42 in das Behältnis 38 in tangentialer Richtung und gegen die Längsachse geneigt ein.

In der Nachbarschaft des Zulaufes 42, d. h. in einem kleinen Abstand über diesem ist im Behältnis 38 eine Verengungseinrichtung 52 vorgesehen, bei der es sich bspw. um eine auswechselbare Platte mit Durchgangslöchern 54 handelt.

Mit Hilfe der Ventileinrichtung 48 und/oder durch geeignete Ausbildung der Verengungseinrichtung 52 mit Durchgangslöchern 54 bestimmter lichter Querschnittsabmessungen oder mit Hilfe in ihren lichten Querschnittsabmessungen veränderbaren Durchgangslöchern 54 ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Flüssigkeitsstrom im Sekundärkreis stufenlos zu regeln und damit das Maß der Turbulenz im Inneren des Behälters 38 bzw. im Bereich der Verengungseinrichtung 52 wunschgemäß zu variieren, um eine optimale Trennung der am Sand haftenden Partikel vom Sand zu erreichen.

Das Steigrohr 40 der Fördereinrichtung 36 ist mittels einer schematisch durch eine Linie angedeutete Rohrleitung 56 an eine Druckeinrichtung 58 angeschlossen, die in Fig. 1 nur durch einen Block schematisch angedeutet ist. Das Steigrohr 40 erstreckt sich vom unteren Endabschnitt 24 des Gehäuses 16 der Vorrichtung 10 bis zum oberen Endabschnitt 18. Mit Hilfe des Steigrohres 40 wird Sand des Sandfilterbettes 26 gemeinsam mit einem bestimmten Flüssigkeitsanteil zum oberen Endabschnitt 18 der Vorrichtung 10 transportiert und an einer Entspannungskappe 60 zum Behältnis 38 hin nach unten umgelenkt. Die Entspannungskappe 60 ist mit dem Behältnis 38 derart verbunden, daß sich zwischen dem unteren Randabschnitt 62 der Entspannungskappe 60 und dem oberen Endabschnitt 64 des Behältnisses 38 ein Durchlaß 66 ergibt. Ein Sammelraum 68 für konzentriert mit Partikel befrachtete Flüssigkeit umgibt den oberen Endabschnitt 64 des Behältnisses 38 außenseitig. Der Sammelraum 68 ist mit einem in bezug auf die zentrale Längsmittellinie 70 der Vorrichtung 10 geneigten Boden 72 ausgebildet, wobei der Ablauf 44 des Sekundärkreises an der tiefsten Stelle des Sammelraumes 68 ausmündet. Der Sammelraum 68 ist durch einen vom Boden 72 nach oben stehenden Mantel 74 begrenzt, der mit seinem oberen Randabschnitt 76 über den Reinwasser-Spiegel 22 übersteht.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist wie folgt:
Die zu reinigende Flüssigkeit 12, bei der es sich bspw. um schwach belastetes, bereits geflocktes Abwasser handelt, gelangt über die Rohrleitung 32 zum Zulauf 30 im Sandfilterbett 26. Die zu reinigende Flüssigkeit strömt aus dem Zulauf 30 durch das Sandfilterbett 26 nach oben. Dabei lagern sich die Schmutzpartikel des geflockten Abwassers im Sand des Sandfilterbettes 26 ab. Die gereinigte Flüssigkeit, d. h. das gereinigte Wasser, wird über den Ablauf 20 aus der Vorrichtung 10 entfernt und kann bspw. in einen Vorfluter eingeleitet werden.

Im unteren Abschnitt des sich mit Hilfe der Fördereinrichtung 36 nach unten bewegenden Sandes des Sandfilterbettes 26 wird mit Hilfe der Druckeinrichtung 58 ein Gemisch aus Sand des Sandfilterbettes 26 und Flüssigkeit durch das Steigrohr 40 nach oben in die Entspannungskappe 60 transportiert. Von der Entspannungskappe 60 bewegt sich der mit Schmutzpartikeln befrachtete, zu reinigende Sand des Sandfilterbettes 26 über den gesamten Innenquerschnitt des Behälters 38 verteilt im Inneren des Behältnisses 38 nach unten, bevor er über der mit Durchgangslöchern 54 ausgebildeten Verengungseinrichtung 52 in eine turbulente Strömung versetzt werden. Durch diese turbulente Strömung werden die Partikel in Flocken abgeschieden und mit der durch den entsprechend orientierten Zulauf 42 bewirkten Aufwärtsströmung der Reinigungsflüssigkeit im Sekundärkreis nach oben getrieben, wo die Partikel bzw. Flocken über den Sammelraum 68 durch den Ablauf 44 des Sekundärkreises aus der Vorrichtung 10 ausgeleitet werden. Der im Behälter 38 gereinigte Sand rieselt durch den nach unten konisch verjüngt ausgebildeten unteren Endabschnitt 78 des Behältnisses 38 bzw. durch die unterseitige Öffnung 80 des unteren Endabschnittes 78, welche das Steigrohr 40 konzentrisch umgibt. Der durch die Öffnung 80 durchrieselnde gereinigte Sand verteilt sich dann wieder auf dem Sandfilterbett 26 unter Ausbildung der hügelförmigen Oberfläche 28.

Ein geringer Aufwärtsstrom durch die Öffnung 80 hindurch, der durch die Pfeile 82 in Fig. 1 angedeutet ist, sorgt dafür, daß kein zu reinigendes Wasser vom Zulauf 42 nach unten in den Reinwasserbereich 84 der Vorrichtung 10 durchsackt. Die Größe dieses Aufwärtsstromes 82 ist durch die Höhe h zwischen dem Reinwasser-Spiegel 22 und der oberen Randkante 86 des Behältnisses 38 festgelegt. Je kleiner diese Höhe h ist, umso kleiner kann der Anteil des durch die Pfeile 82 angedeuteten Aufwärtsstromes sein. Er liegt größenordnungsmäßig bei 2 bis 3 % im Vergleich zu größenordnungsmäßig 8% bei den bekannten Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art.

Gleiche Einzelheiten sind in den Fig. 1 bis 3 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß es sich erübrigt, in Verbindung mit den einzelnen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschreiben.

Claims (12)

1. Verfahren zur Filtration einer mit Partikeln befrachteten verunreinigten Flüssigkeit, wobei die verunreinigte Flüssigkeit (12) in einem Primärkreis durch ein Sandfilterbett (26) durchgeleitet wird, in welchem die Partikel am Sand des Filterbettes (26) angelagert werden, so daß sich stromabwärts nach dem Sandfilterbett (26) gereinigte Flüssigkeit ergibt, und wobei mit Partikeln befrachteter Sand des Filterbettes (26) gleichzeitig in einem Sekundärkreis kontinuierlich einer Reinigung unterzogen wird, bei welcher die am Sand anhaftenden Partikel vom Sand getrennt und der gereinigte Sand durch Gravitation wieder dem Sandfilterbett (26) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung des mit Partikeln befrachteten Sandes des Filterbettes (26) im Sekundärkreis mittels eines Anteils der verunreinigten, zu filtrierenden Flüssigkeit (12) erfolgt, die mit dem zu reinigenden Sand in einer Gegenströmung in Berührung gebracht wird, wodurch die am Sand haftenden Partikel von diesen getrennt und entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der verunreinigten, zu filtrierenden Flüssigkeit im Sekundärkreis eine schraubenlinienförmige Zirkulationsströmung ausführt, die gegen die durch Gravitation bewirkte Bewegung des mit Partikeln befrachteten Sandes gerichtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der verunreinigten, zu filtrierenden Flüssigkeit im Sekundärkreis und/oder ihre Strömungsgeschwindigkeit einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der verunreinigten, zu filtrierenden Flüssigkeit im Sekundärkreis und/oder ihre Strömungsgeschwindigkeit in bezug auf die Strömung der zu filtrierenden Flüssigkeit im Primärkreis durch das Sandfilterbett (26) derart gewählt wird, daß eine Strömung im Sekundärkreis vom Sandfilterbett (26) weg gewährleistet wird.

5. Vorrichtung zur Filtration einer mit Partikeln befrachteten, zu reinigenden Flüssigkeit mit einem Sandfilterbett (26), einem in das Sandfilterbett (26) einmündenden Zulauf (30) für die zu reinigende Flüssigkeit (12), einem Ablauf (20) für die gereinigte Flüssigkeit, wobei zwischen dem Zu- und dem Ablauf (30, 20) ein Primärkreis gebildet ist, und mit einer zur kontinuierlichen Reinigung des Sandes des Filterbettes (26) vorgesehenen Reinigungseinrichtung (34), die eine Fördereinrichtung für zu reinigenden Sand und ein Behältnis (38) aufweist, in welchem der zu reinigende Sand einer Reinigung unterzogen wird, wobei das Behältnis (38) einen Zulauf (42) für Reinigungsflüssigkeit und einen Ablauf (44) für die vom Sand getrennten Partikel aufweist, und zwischen dem Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit und dem Partikelablauf (44) ein Sekundärkreis gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit mit dem Zulauf (30) für die zu reinigende Flüssigkeit (12) verbunden ist, so daß die Reinigungsflüssigkeit durch die zu reinigende Flüssigkeit (12) gegeben ist, und daß der Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit in das Behältnis (38) derart einmündet, daß im Behältnis (38) eine in Richtung zum Partikelablauf (44) orientierte Wirbelströmung gegeben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit zur Einstellung des Flüssigkeitsanteils des Sekundärkreises mit einer Ventileinrichtung (48) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Fördereinrichtung (36) für zu reinigenden Sand ein an eine Druckeinrichtung (58) angeschlossenes Steigrohr (40) aufweist, das sich durch das Behältnis (38) erstreckt, in welchem der zu reinigende Sand einer Reinigung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (38) oberseitig offen ist, wobei am oberen Endabschnitt (64) des Behältnisses (38) eine Entspannungskappe (60) vorgesehen ist, in welche das Steigrohr (40) mit seinem oberen Endabschnitt von der Entspannungskappe (60) beabstandet hineinragt, zwischen der Entspannungskappe (60) und dem oberen Endabschnitt (64) des Behältnisses (38) ein Durchlaß (66) und an der Außenseite des oberen Endabschnittes (64) des Behältnisses (38) ein Sammelraum (68) ausgebildet ist, aus dem der Partikelablauf (44) ausmündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (38) in der Nachbarschaft des Zulaufes (42) für die Reinigungsflüssigkeit mit einer Verengungseinrichtung (52) versehen ist, wobei der Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit zur Verengungseinrichtung (52) hin orientiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengungseinrichtung (52) eine Platte mit Durchgangslöchern (54) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengungseinrichtung (52) eine Platte mit in ihren lichten Abmessungen veränderbaren Durchgangslöchern (54) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (38) an seinem unteren Endabschnitt (78) nach unten konisch verjüngt und mit einer Öffnung (80) ausgebildet ist, durch die sich das Steigrohr (40) hindurcherstreckt, wobei zwischen der Öffnung (80) und dem Steigrohr (40) ein Durchlaßspalt gegeben ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (42) für die Reinigungsflüssigkeit in das Behältnis (38) mindestens annähernd tangential und gegen die axiale Längsrichtung des Behältnisses (38) zur Verengungseinrichtung (52) hin orientiert einmündet.