DE4335104C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Filtern von Quellwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von gereinigtem Wasser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der Druckschrift DE 34 12 217 A1 ist ein Quellwasserfiltrierverfahren zum Erzeugen von gereinigtem Wasser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein schwebstoffenthaltendes, zu reinigendes Quellwasser unter Druck mit Gas versetzt und anschließend in ein von einem Filtrierkessel getrennt ausgebildetes Reaktionsgefäß eingeleitet. Das Reaktionsgefäß ist verfahrensgemäß dazu vorgesehen, eine anfängliche Wachstumsphase der in dem zu reinigenden Quellwasser befindlichen Schmutzflocken zu ermöglichen.

Aus dem Buch von H.H. Hahn "Wassertechnologie", Springer- Verlag 1987, Kap. 10.1, Seiten 225-227 ist ein Verfahren zur Druck-Entspannungsflotation bekannt, bei dem gereinigtes Wasser unter Überdruck mit Luft gesättigt und anschließend in einem Reaktor, der mit zu reinigendem Wasser gefüllt ist, bei atmosphärischen Luftdruck entspannt wird.

Bei einem, dem gattungsgemäßen Verfahren ähnlichen Quellwasserfiltrierverfahren kann die in Fig. 3 gezeigte Filtriervorrichtung verwendet werden. In dieser Vorrichtung enthält ein zylindrischer, luftdichter Filtrierkessel 51 folgende Filtermaterialien in der Reihenfolge von oben nach unten: eine ungefähr 600 mm dicke Schicht aus feinkörnigem Sand 52, mit einem Körnungs­ durchmesser von 0,5 bis 1 mm; eine ungefähr 300 mm dicke Schicht aus mittelkörnigem Sand 53, mit einem Körnungsdurchmesser von 2 bis 3 mm; eine ungefähr 300 mm dicke Schicht aus grobkörnigem Sand 54, mit einem Körnungsdurchmesser von 3 bis 10 mm; und am Boden eine Schicht aus Kies 70. Auf der Oberseite des Filtrierkessels 51 ist ein Luftauslaßventil 71 vorgesehen.

Ein Quellwassertank 55 wird mit Quellwasser W1, das Schwebstoffe SS enthält, versorgt, das mittels einer Quellwasserpumpe 56 durch ein Quellwassereinlaßrohr 57, ein Quellwassereinlaßventil 58 und einem Einlaßdüsenbauteil 59 in den oberen Teil des Filtrierkessels 51 gepumpt wird. Aus einem Flockungsmitteltank 60 wird ein Flockungsmittel F über eine Pumpe mit einer festgesetzten Durchflußrate 61 dem Quellwasser W1 zugefügt.

Wenn das Quellwasser W1 im Filtrierkessel 51 nach unten durch den Sand 52, 53 und 54 fließt, werden die Schwebstoffe SS zuerst auf der Oberfläche der feinen Sandschicht 52 aufgefangen und dann zwischen den Sandkörnern 52, 53 und 54 festgesetzt. Gereinigtes Wasser W2 fließt aus einem (nicht gezeigten) Abflußrohr, das mit dem Boden des Filtrierkessels 51 verbunden ist, heraus und durch ein Abflußventil für gereinigtes Wasser 62 und ein Abflußrohr für gereinigtes Wasser 63 und wird in einem Tank für gereinigtes Wasser 64 gespeichert und nachfolgend aus dem Tank für gereinigtes Wasser 64 ausgelassen.

Wenn mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren fortgefahren wird und sich die Menge an Schwebstoffen, die im Sand 52, 53 und 54 gehalten werden, erhöht, wird der Sand 52, 53 und 54 zugesetzt, der Fluß des Quellwassers W1 beeinträchtigt und der Druck im Filtrierkessel 51 steigt. Aus diesem Grund ist es notwendig das Filtrierverfahren häufig zu stoppen und das umgekehrte Waschverfahren in kurzen Intervallen durchzuführen, wie nachfolgend beschrieben, um die Schwebstoffe SS vom Sand 52, 53 und 54 zu trennen und aus dem Filtrierkessel 51 zu entfernen.

Wenn die Anzeige eines Druckmeßgerätes 65, das mit dem oberen Teil des Filtrierkessels 51 verbunden ist, einen vorbestimmten festgesetzten Wert erreicht, z. B. etwa 1 bar, schließt im umgekehrten Waschverfahren das Einlaßventil 58 und das Auslaßventil für gereinigtes Wasser 62 automatisch, und der Einlaß von Quellwasser W1 und der Abfluß von gereinigtem Wasser W2 wird gestoppt. Danach wird eine Pumpe für den umgekehrten Waschbetrieb in dem Tank für gereinigtes Wasser 64 aktiviert, und gereinigtes Wasser W2 wird als Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb W3 durch ein Ventil für den umgekehrten Waschbetrieb 67 in den unteren Teil des Filtrierkessels 51 gepumpt und fließt in umgekehrter Richtung nach oben durch den Filtrierkessel. Dadurch lösen sich die Schwebstoffe SS aus dem Sand 52, 53 und 54, und bilden einen dicken Schmutzschlamm. Dieser wird vom oberen Teil des Filtrierkessels 51 durch ein Ventil zur Entfernung der Schwebstoffe 68 und ein Rohr zur Entfernung der Schwebstoffe 69 entfernt. Dieses umgekehrte Waschverfahren benötigt für gewöhnlich einen Zeitraum von 10 bis 20 Minuten und eine große Menge an Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb. Nach diesem umgekehrten Waschbetrieb wird die Filtrierbehandlung wieder begonnen und danach werden das Filtrierverfahren und der umgekehrte Waschbetrieb abwechselnd in häufigen Intervallen betrieben.

Da der Druck im Filtrierkessel 51 auf den Bereich etwa 0,5 bis 1,5 bar festgelegt ist und das Filtrierverfahren bei hohen Drücken durchgeführt wird, um einen Teil des Verlusts an Filtriergeschwindigkeit wiedergutzumachen, der durch das vorstehend beschriebene Zusetzen des Filtermaterials während dem Filtrierverfahren hervorgerufen wird, ist es notwendig, auf das Standhalten des Filterkessels 51 gegen den Druck zu achten. Darüberhinaus müssen große Mengen an Sand 52, 53 und 54 verwendet werden, um eine verläßliche Reinigung zu erhalten, da das Filtrierverfahren nur mittels des Sandes 52, 53 und 54 durchgeführt wird.

Bisher war man der Meinung, daß diese Art des Filtrierverfahrens nicht direkt angewendet werden kann, wenn die Konzentration an Schwebstoffen SS im Quellwasser W1 hoch ist. Der Grund dafür ist, daß, wenn die Konzentration an Schwebstoffen SS hoch ist, der Sand 52, 53 und 54 schon nach ein paar Minuten oder ein paar zehn Minuten des Filtrierverfahrens zugesetzt wird, und ein umgekehrter Waschbetrieb notwendig ist. Da für diesen umgekehrten Waschbetrieb eine beträchtliche Zeit notwendig ist, ist die Effizienz gering. Ein anderer Grund ist der, daß schon nach ein paar Zyklen oder ein paar zehn Zyklen des Filtrierverfahrens und des umgekehrten Waschbetriebs das Zusetzen des Sandes 52, 53 und 54 durch den umgekehrten Waschbetrieb nicht mehr verhindert werden kann und er durch neuen Sand ersetzt werden muß. Dieses Verfahren ist sehr unökonomisch.

Folglich werden herkömmliche Filtrierverfahren nur in Fällen direkt angewendet, in denen die Konzentration an Schwebstoffen SS im Quellwasser W1 gering ist (z. B. 10 mg/l). Wenn das herkömmliche Filtrierverfahren in Fällen angewendet wird, in denen die Konzentration der Schwebstoffe im Quellwasser hoch ist, mußte dem Filtrierverfahren ein Reinigungsverfahren vorangehen, bei dessen Durchführung eine Reinigungsvorrichtung (z. B. eine Schwerkraft-Separier-Vorrichtung) als eine Filtrierbehandlungs-Vorverfahrensstufe verwendet wird, um die Konzentration an Schwebstoffen im voraus vor dem Filtrierverfahren zu reduzieren. Demzufolge bestand das Problem, daß die Ausstattung groß, kompliziert und teuer war.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Quellwasserfiltrierverfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, bei denen der Betrag an Schwebstoffen, die in dem Filtermaterial festsitzen, stark herabgesetzt ist und das Filtermaterial weniger leicht zugesetzt wird, so daß die Filtriergeschwindigkeit erhöht, die Menge an verwendetem Filtermaterial reduziert, die Lebensdauer des Filtermaterials verlängert, die Intervalle zwischen dem umgekehrten Waschbetrieb erweitert, die Dauer des umgekehrten Waschbetriebs verkürzt und die Menge an Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb reduziert werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen direkt in den Fällen verwendet werden können, in denen die Konzentration an Schwebstoffen im Quellwasser hoch ist, ohne der Notwendigkeit einer Vorbehandlung, wobei die erforderliche Ausrüstung klein, einfach und kostengünstig sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der in den Patentansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß ist die Einbeziehung eines Flockungsverfahrens vor dem Einleitverfahren, in dem Schwebstoffe im Quellwasser ausge­ schieden werden, nützlich. Ebenso ist die Einbeziehung eines vorbereitenden Beseitigungsverfahrens vor dem Einleitverfahren nützlich, in dem große Körper und Schwebstoffe im voraus entfernt werden.

Beispiele für Gase, die als Gas, das im Druckwasser aufgelöst ist, verwendet werden können, sind Luft, Stickstoff, Kohlendioxyd und Gemische davon. Ebenso kann beispielsweise Ozon mit diesen Gasen vermischt werden, um eine desinfizierende oder desodorierende Wirkung zu erreichen. Der Druck des Druckwassers, das in den Filtrierkessel eingefüllt wird, liegt normalerweise im Bereich von etwa 3 bis 6 bar, aber er ist nicht auf diesen Bereich begrenzt. Im Einleitverfahren kann das Quellwasser und das Druckwasser miteinander vermischt werden, bevor sie in den Filtrierkessel geleitet werden. Alternativ kann das Quellwasser und das Druckwasser zusammen vermischt werden, nachdem sie in den Filtrierkessel geleitet wurden.

Erfindungsgemäß kann auch eine Vorbehandlung, insbesondere eine spezielle Vorverfahrensfunktionsstufe verwendet werden.

In dem Schwimmtrennverfahren ist es wünschenswert, daß die vorstehend beschriebenen, durch das Aufschwimmen getrennten Schwebstoffe in bestimmten Intervallen von der vorstehend beschriebenen Filtriervorrichtung entfernt werden.

Beispiele für Materialien, die als Filtermaterial in dem Filtrierverfahren verwendet werden können, sind körnige Sandkörper, Aktivkohle, Anthrazit, Granat, etc., netzähnliche Körper aus Metall oder Plastik, etc. und Kombinationen davon.

Es ist wünschenswert, daß das Filtermaterial entweder in bestimmten Zeitintervallen, oder wenn der Innendruck des Filtrierkessels einen vorbestimmten festgesetzten Wert erreicht einem Umkehrwaschbetrieb unterzogen wird.

Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, hat die erfindungsgemäße Quellwasserfiltriervorrichtung einen Filtrierkessel mit Filtriermaterial in seinem unteren Innenraum, ein Quellwassereinlaßrohr, das Quellwasser, das Schwebstoffe enthält, in den oberen Teil des Filtrierkessels leitet, eine Vorrichtung zum Herstellen von Druckwasser, die Druckwasser herstellt, indem große Mengen an Gas unter Druck aufgelöst wurden und ein Einlaßrohr für Druckwasser, das das Druckwasser, das von der Vorrichtung zum Herstellen von Druckwasser produziert wurde, in den oberen Teil des Filtrierkessels leitet.

Beispiele für zum Gebrauch im Filtrierkessel geeigneter Filtermaterialien, sind die vorstehend in der Beschreibung des Filtrierbehandlungsverfahrens beschriebenen Filtermaterialien.

Zuführmöglichkeiten des Quellwassers und des Druckwassers in den Filtrierkessel, so daß sie zusammengemischt werden, enthalten:

• 1. Das Verbinden des Einlaßrohrs für Druckwasser mit dem Einlaßrohr für Quellwasser an einer Stelle nahe am Ende des Einlaßrohrs für Quellwasser, das mit dem Filtrierkessel verbunden ist, so daß dadurch das Quellwasser und das Druckwasser zusammengemischt werden, bevor sie in den Filtrierkessel geführt werden; und
• 2. das einzelne Verbinden des Einlaßrohrs für Quellwasser und des Einlaßrohrs für Druckwasser mit dem Filtrierkessel an Stellen, deren relative Positionen so sind, daß das Quellwasser und das Druckwasser durch Aufeinandertreffen oder durch erstmaliges Verwirbeln im Filtrierkessel vermischt wird.

Ein Abflußrohr für gereinigtes Wasser zum Abfließen des gereinigten Wassers, das einem Filtrierverfahren unterzogen wurde, kann mit dem unteren Teil des Filtrierkessels verbunden werden. Ein Ablaufrohr für Schwebstoffe kann mit dem oben liegenden Teil des Filtrierkessels verbunden werden.

Es ist wünschenswert, daß eine Umkehrwaschvorrichtung für einen Umkehrwaschbetrieb des Filtermaterials mit dem Filtrierkessel verbunden wird. Wenn dies gemacht wird, ist es wünschenswert, daß ein Ablaufrohr für die übrigen Schwebstoffe mit einem mittleren Teil des Filtrierkessels verbunden wird.

In einem erfindungsgemäßen Quellwasserfiltrierverfahren und einer erfindungsgemäßen Quellwasserfiltriervorrichtung geht die große Luftmenge, die in dem Druckwasser gelöst war, in einen übersättigten Zustand über und wird mit einem Schlag frei, wobei zahllose Luftblasen gebildet werden, wenn das Quellwasser und das Druckwasser derartig in den oberen Teil des Filtrierkessels geführt werden, daß sie miteinander vermischt werden, da der Druck, unter dem das Druckwasser stand, frei wird. Da die meisten Schwebstoffe im Quellwasser durch diese zahllosen Luftblasen gebunden werden und zusammen mit den Luftblasen an die Oberseite des Filtrierkessels schwimmen, werden folglich diese Schwebstoffe allmählich konzentriert und bilden einen schmutzigen Schlamm. Diese Schwebstoffe, die eine dicke Schlammschicht gebildet haben, können leicht von der Spitze des Filtrierkessels entfernt werden.

Das Druckwasser und das Quellwasser, dessen Schwebstoffgehalt durch dieses Schwimmtrennverfahren reduziert wurde, fließt durch das Filtermaterial nach unten ab. Da sich die übrigen Schwebstoffe im Quellwasser in dem Filtermaterial festsetzen, ist das Quellwasser nach Durchlaufen des Filtermaterials gereinigtes, behandeltes Wasser. Und da die meisten Schwebstoffe durch das vorstehend beschriebene Schwimmtrennverfahren entfernt wurden, wird mit dieser Erfindung das Filtermaterial nicht so leicht zugesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden bezugnehmend auf Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Anordnung der Druckwasser- und Quellwasserrohrverbindungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Filtriervorrichtung.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen luftdichten Filtrier­ kessel dessen Ober- und Unterseite konisch verlaufen, und der einen Durchmesser von 600 mm und eine Höhe von 1000 mm hat. Im unteren Abschnitt des Filtrierkessels 2 sind folgende Materialien als Filtermaterialien vorgesehen, in der Reihenfolge von oben nach unten: eine ungefähr 200 mm dicke Schicht an feinkörnigem Sand 3, mit einem Körnungsdurchmesser von 0,5 bis 1 mm; eine ungefähr 100 mm dicke Schicht an mittelkörnigem Sand 4, mit einem Körnungsdurchmesser von 2 bis 3 mm; und eine Metallgaze 5 mit einer Lochgröße von 2 mm. Auf diese Weise wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel, mit dem die Menge an verwendetem feinen Sand 3 und mittlerem Sand 4 reduziert wird im Vergleich zu der Menge, die in der vorstehend beschriebenen beispielhaften herkömmlichen Vorrichtung, und mit dem eine dünne Metallgaze 5 anstelle von grobkörnigem Sand verwendet wird, die Oberfläche des feinen Sandes 3 gesenkt und der leere Raum 6 im oberen Teil des Filtrierkessels 2 so groß wie möglich gemacht. Am oberen Teil des Filtrierkessels 2 ist ein Entlüftungsventil 7 und ein Druckmesser 8 vorgesehen.

Die nachfolgenden Quellwassereinlaßvorrichtungen und die Abflußvorrichtungen für das behandelte Wasser sind mit dem Filtrierkessel 2 verbunden. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Quellwassertank zur zeitweisen Bevorratung von Quellwasser W1, das Schwebstoffe SS enthält, bezeichnet, und dieses Quellwasser W1 wird mittels einer Quellwasserpumpe 11 aus diesem Tank gepumpt und durchläuft ein Wasserförderrohr 12 und ein Wasserförderventil 13. Ein Flockungsmittelrohr 16 zum Hinzufügen von Gerinnungsmittel F, das mittels einer Pumpe mit festgesetzter Durchflußrate 15 dem Quellwasser W1 in einer festgesetzten Menge aus einem Gerinnungsmitteltank 14 zugeführt wird, ist mit dem Wasserförderrohr 12 verbunden, und das Gerinnungsmittel F läßt die Schwebstoffe SS im Quellwasser W1 gerinnen und verdicken, um sie leichter auszuscheiden. Beispiele für Gerinnungsmittel, die als Gerinnungsmittel F verwendet werden können, sind Poly-Aluminium-Chloride (PAC), andere macromolekulare Gerinnungsmittel, Laugen usw.

Das Ende des Wasserförderrohrs 12 ist mit einer Einlaßöffnung einer Zyklon-Metallgaze-Filtereinheit 17 verbunden, in der das Quellwasser W1 verwirbelt wird und durch eine zylindrische Metallgaze 18 von außen nach innen geführt wird, wobei große Körper und Stücke von Schwebstoffen SS durch die Metallgaze abgeschieden werden und nachfolgend durch ein Ablaßventil 19 entfernt werden. Ein Quellwassereinlaßrohr 20 und ein Quellwassereinlaßventil 21 sind mit der Auslaßöffnung der Metallgaze-Filtereinheit 17 verbunden, und das Ende des Quellwassereinlaßrohres 20 ist mit einem Einlaßdüsenbauteil 22 verbunden, das aus einem Rohr mit einer Vielzahl an Bohrungen darin besteht, das horizontal im Raum 6 im oberen Teil des Filtrierkessels 2 derartig befestigt ist, daß das Quellwasser W1 im Raum 6 versprüht werden kann. Die Gestalt dieses Einlaßdüsenbauteils 22 kann in geeigneter Weise geändert werden. Ein Abflußrohr für behandeltes Wasser 23 und ein Abflußventil für behandeltes Wasser 24 zum Auslassen des gefilterten reinen Wassers W2 ist mit dem unteren Teil des Filtrierkessels 2 verbunden, und am Ende des Abflußrohrs 23 für behandeltes Wasser ist ein Wassertank 25 für behandeltes Wasser vorgesehen.

Die nachfolgenden Vorrichtungen zum Herstellen von Druckwasser sind durch ein Druckwassereinlaßrohr mit dem Quellwassereinlaßrohr 20 verbunden. Mit der Bezugsziffer 30 ist eine Druckwasserpumpe bezeichnet, mit deren Einlaßöffnung ein Wasserversorgungsrohr 31 und ein Wasserversorgungsventil 32 verbunden ist, das die Druckwasserpumpe 30 mit behandeltem Wasser W2 aus dem Tank für behandeltes Wasser 25 versorgt, und mit einem Luftversorgungsrohr 33, das sie mit Luft von außerhalb des Gerätes versorgt. Die Druckwasserpumpe 30 beaufschlagt das behandelte Wasser W2, das mit Luft versorgt wird, mit Druck, wodurch große Luftmengen in dem behandelten Wasser W2 aufgelöst werden, und produziert ein Druckwasser W4. Mit dem Bezugszeichen 34 ist ein Durchflußmengeneinstellventil bezeichnet, das parallel mit der Druckwasserpumpe 30 verbunden ist. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Druckwassertank, der mit der Auslaßseite der Druckwasserpumpe 30 verbunden ist, mit der der innere Druck des Druckwassers W4 auf einen geeigneten Wert im Bereich von etwa 3 bis 6 bar festgesetzt wird. Ein Druckeinstellrohr 36 und ein Druckeinstellventil 37, die Druckwasser W4 zum Tank für behandeltes Wasser 25 zurückleiten, sind zur Einstellung des Drucks im Druckwassertank 35 vorgesehen. Ein Druckwassereinlaßrohr 38 und ein Druckwassereinlaßventil 39 sind mit der Auslaßöffnung des Druckwassertanks 35 verbunden, und das Ende des Druckwassereinlaßrohrs 38 ist mit dem Quellwassereinlaßrohr 20 nahe seinem Ende verbunden, das mit dem Einlaßdüsenbauteil 22 verbunden ist.

Durch die Anordnung des Quellwassereinlaßventils 21 an einer Stelle im Quellwassereinlaßrohr 20, die näher am Filtrierkessel 2 angeordnet ist, als die Stelle, an der das Druckwassereinlaßventil 39 mit dem Quellwassereinlaßrohr 20 verbunden ist, kann das Quellwassereinlaßventil 21 so gestaltet werden, daß es als Rückwassersperrventil während dem umgekehrten Waschbetrieb dient, wie nachfolgend diskutiert wird.

Die nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen für den umgekehrten Waschbetrieb sind mit dem Filtrierkessel 2 verbunden. Das Bezugszeichen 40 bezeichnet eine Wasserpumpe für den umgekehrten Waschbetrieb, die in dem Tank für behandeltes Wasser 25 eingetaucht ist, und diese Pumpe pumpt behandeltes Wasser W2 durch ein Rohr für Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb 41 und ein Ventil für Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb 42 in den unteren Teil des Filtrierkessels 2 als Waschwasser W3 für den umgekehrten Waschbetrieb. Das Bezugszeichen 43 bezeichnet eine Luftpumpe für den umgekehrten Waschbetrieb, die Luft B für den umgekehrten Waschbetrieb, die außerhalb des Gerätes eingesogen wird, durch ein Luftrohr für den umgekehrten Waschbetrieb 44 und durch ein Luftdüsenbauteil 45, das horizontal zwischen dem feinkörnigen Sand 3 und dem mittelkörnigen Sand 4 im Filtrierkessel 2 angeordnet ist, in den Filtrierkessel 2 pumpt. Das Bezugszeichen 46 bezeichnet einen Rotationsrührer, der im feinkörnigen Sand 3 angeordnet ist, und der mittels eines Motors 47, der auf dem oberen Teil des Filtrierkessels 2 befestigt ist, über eine Welle 48 angetrieben wird, um langsam mit zwei bis drei Umdrehungen pro Minute zu rotieren.

Die nachfolgenden Vorrichtungen zur Entsorgung der Schwebstoffe sind mit dem Filtrierkessel 2 verbunden. Ein Schwebstoffabflußrohr 26 ist mit der Spitze des Filtrierkessels 2 verbunden und entfernt Schwebstoffe SS, die im Schwimmtrennverfahren separiert wurden und einen dicken Schmutzschlamm bilden, wie nachfolgend beschrieben wird, durch ein Schwebstoffablaßventil 27 zu einem Schwebstofftank 9. Ein Abflußrohr für die übrigen Schwebstoffe 28 ist mit dem mittleren Teil des Filtrierkessels 2 verbunden, und entfernt übrige Schwebstoffe SS, die am Ende des umgekehrten Waschbetriebes zur oberen Oberfläche des feinkörnigen Sandes 3 fallen, wie nachfolgend beschrieben wird, durch ein Ablaßventil für die übrigen Schwebstoffe 29 zum Schwebstoff­ tank 9.

Nachfolgend wird das Filtrierverfahren dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, das eine Filtriervorrichtung 1 wie vorstehend beschrieben verwendet.

(1) Filtrierbehandlung [Flockungsverfahren und Vorabscheideverfahren]

1. Die Quellwasserpumpe 11 und die Pumpe mit der festgesetzten Durchflußrate 15 werden aktiviert, das Flockungsmittel F wird dem Quellwasser W1 zugefügt, das mittels der Quellwasserpumpe 11 nach oben gepumpt wird, und dieses Quellwasser W1 wird in die Metallgazefiltereinheit 17 geleitet. Wie vorstehend beschrieben, wird das Quellwasser, aus dem große Körper und Sücke von Schwebstoffen durch die Metallgazefiltereinheit 17 entfernt wurden, in das Quellwassereinlaßrohr 20 geleitet.

[Einlaßverfahren]

2. In der Zwischenzeit wird die Druckwasserpumpe 30 aktiviert und, wie vorstehend beschrieben, Druckwasser W4, in dem große Luftmengen unter Druck aufgelöst wurden, hergestellt und im Druckwassertank 35 bevorratet. Dieses Druckwasser W4 wird in das Druckwassereinlaßrohr 38 geleitet.

3. Das Quellwasser W1 und das Druckwasser W4 werden durch das Quellwassereinlaßventil 21 und das Druckwassereinlaßventil 39 geleitet und einer Kollisionsmischung im Quellwassereinlaßrohr 20 unterzogen. Da der Druck, unter dem das Druckwasser W4 stand, freigesetzt wird, wird an dieser Stelle die große Luftmenge, die im Druckwasser W4 gelöst war, in einen übersättigten Zustand überführt und mit einem Schlag freigesetzt, wodurch unzählige Luftblasen gebildet werden. Das Quellwasser W1 und das Druckwasser W4, das somit zahllose Luftblasen beinhaltet, werden durch das Quellwassereinlaßrohr 20 und das Einlaßdüsenbauteil 22 geleitet und im Raum 6 im Filtrierkessel 2 versprüht.

[Schwimmtrennverfahren]

4. Da große Stücke an Schwebstoffen SS, die durch das Gerinnungsmittel F geronnen und eingedickt wurden, an den zahllosen Luftblasen A kleben und gebunden werden, wird in dem Quellwasser W1 und dem Druckwasser W4, das in dem Raum 6 versprüht wurde und zur Spitze des Filtrierkessels 2 zusammen mit den Luftblasen A aufschwimmt, die Dicke dieser Schwebstoffe SS allmählich größer und eine schmutzige Schlammschicht wird gebildet.

5. Diese Schwebstoffe SS, die zu einer dicken schmutzigen Schlammschicht werden, werden mittels des Schwebstoff­ abflußventils 27, das in festgesetzten Zeitintervallen geöffnet wird, durch das Schwebstoffabflußrohr 26 zum Schwebstofftank 9 ausgeschieden.

[Filtrierverfahren]

6. Das Quellwasser W1, dessen Gehalt an Schwebstoffen SS durch das vorstehend beschriebene Schwimmtrennverfahren merklich reduziert wurde, und das Druckwasser W4 fließen nach unten durch den feinkörnigen Sand 3 und den mittelkörnigen Sand 4. Da in dem Verfahren die kleine Menge an Schwebstoffen SS, die in dem Quellwasser W1 zurückbleibt, zuerst auf der Oberfläche des feinkörnigen Sandes 3 festgesetzt wird und dann zwischen den Körnern des Sandes 3 und 4, ist das Quellwasser W1, das durch den mittelkörnigen Sand 4 geführt wurde, sauberes, behandeltes Wasser W2. Da mit diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel die meisten Schwebstoffe SS durch das Schwimmtrennverfahren entfernt wurden, ist es möglich, ein zufriedenstellend sauberes, behandeltes Wasser W2 zu erhalten, sogar wenn eine geringe Menge an Sand 3 und 4 verwendet wird. Außerdem unterliegt der Sand 3 und 4 fast keinem Zusetzen.

7. Das vorstehend beschriebene behandelte Wasser W2 wird durch das Abflußrohr für behandeltes Wasser 23 zum Tank für behandeltes Wasser 25 ausgelassen, und das behandelte Wasser W2, das aus diesem Tank für behandeltes Wasser 25 überfließt, wird abgezogen.

Da mit diesem wie vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Sand 3 und 4 während dem Filterverfahren nicht leicht zugesetzt wird, ist die Filtriergeschwindigkeit hoch, und ein Festlegen des Filtrierkesseldrucks auf etwa 0 bis 0,3 bar ist ausreichend (natürlich kann der Druck höher festgesetzt werden). Folglich ist die Konstruktion des Filtrierkessels 2 einfach.

(2) Umgekehrter Waschbetrieb

1. Mit diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der umgekehrte Waschbetrieb entweder ausgeführt werden, wenn er notwendig ist, oder in bestimmten Zeitintervallen, oder aufgrund des Drucks im Filtrierkessel 2. Hier soll jedoch nachfolgend der letztere Fall beschrieben werden. Wenn die Druckanzeige auf dem Druckmesser 8 des Filtrierkessels 2 einen vorbestimmten Wert erreicht (z. B. etwa 0,3 bar), schließt das Quellwassereinlaßventil 21 und andere automatisch und das Filtrierverfahren wird gestoppt.

2. Dann wird die Pumpe für den umgekehrten Waschbetrieb 40 in dem Tank für das behandelte Wasser 25 aktiviert, und das behandelte Wasser W2 wird als Wasser W3 für den umgekehrten Waschbetrieb durch das Rohr für den umgekehrten Waschbetrieb 41 und das Ventil für den umgekehrten Waschbetrieb 42 in den unteren Teil des Filtrierkessels 2 gepumpt und fließt rückwärts nach oben durch den Filtrierkessel 2. Gleichzeitig wird die Luftpumpe für den umgekehrten Waschbetrieb 43 aktiviert, und Luft B für den umgekehrten Waschbetrieb wird von außerhalb des Gerätes nach innen gesogen, und durch das Luftrohr für den umgekehrten Waschbetrieb 44 und das Luftdüsenbauteil 45 in den Filtrierkessel 2 geblasen. Ebenso wird der Motor 47 aktiviert, und der Rotationsrührer 46 rotiert mit einer geringen Geschwindigkeit von 2 bis 3 Umdrehungen pro Minute. Da der umgekehrte Fluß des Wassers für den umgekehrten Waschbetrieb W3 und das Umrühren, hervorgerufen durch die Luft B für den umgekehrten Waschbetrieb und die Rotation des Rotationsrührers 46, zusammenwirken, um den Sand 3 und 4 wirksam in alle Richtungen zu wirbeln, werden die Schwebstoffe SS vom Sand 3 und 4 abgehoben und bilden eine schmutzige Schlammschicht und werden durch das Schwebstoffabflußrohr 26 zum Schwebstofftank 9 wegtransportiert.

3. Zum Beenden dieses umgekehrten Waschbetriebs wird die Pumpe für das Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb 40 gestoppt, und das Abflußventil für die übrigen Schwebstoffe 29 wird geöffnet, so daß das Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb W3 im Filtrierkessel 2 und die übrigen Schwebstoffe SS, die in diesem Wasser schweben, durch das Abflußrohr für die übrigen Schwebstoffe 28 zum Schwebstofftank 9 wegbewegt werden. Da das Ende des Abflußrohrs für die übrigen Schwebstoffe 28 in dem Filtrierkessel nahe der Oberfläche des feinkörnigen Sands 3 angeordnet ist, der sich nach dem Herumwirbeln setzt, können sogar die übrigen Schwebstoffe SS, die auf die Oberfläche des feinkörnigen Sands 3 fallen, entfernt werden, und ein idealer umgekehrter Waschbetrieb ist ermöglicht worden.

Nach diesem umgekehrten Waschbetrieb wird das Filtrierverfahren erneut gestartet und das Filtrierverfahren und der umgekehrte Waschbetrieb werden abwechselnd nach­ einander wiederholt. Da mit diesem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Sand 3 und 4 in keiner Weise leicht zugesetzt wird, kann die Zeitspanne zwischen dem umgekehrten Waschbetrieben ausgedehnt werden, die Dauer des umgekehrten Waschbetriebs kann gekürzt werden und die Menge an Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb kann reduziert werden. Da der Sand 3 und 4 sogar nach vielen Zyklen der Filtrierbehandlung und des umgekehrten Waschbetriebs leicht von dem schwachen Zusetzen, dem er unterliegt, befreit werben kann, kann die Lebensdauer des Filtermaterials verlängert werden.

Nachfolgend soll ein Betriebstest ausgeführt werden, um das vorliegende bevorzugte Ausführungsbeispiel mit einem her­ kömmlichen System zu vergleichen, um die erfindungsgemäßen Effekte zu bestätigen.

[Testbetriebsbedingungen für das vorliegende bevorzugte Ausführungsbeispiel]

Filtriervorrichtung: gemäß Fig. 1 und der vorstehenden Beschreibung des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiels,
Quellwasser: Wasser vom End Superintended & Regulated Lake, Kani Industrial Complex, Kani City, Präfektur Gifu, Japan,
Schwebstoffkonzentration: 50mg/l,
Zusammensetzung der Schwebstoffe: Feststoffe und Pflanzen­ plankton,
Filtriergeschwindigkeit: 2,0 m³/Std.,
vorhandene Durchflußrate im Filtrierkessel: 8 m/Std.,
Druck des Druckwasser: 4,0 bar,
Luftbetrag, der im Druckwasser aufgelöst ist: 0,5 l/min.

[Betriebstestbedingungen für das herkömmliche Verfahren und die herkömmliche Vorrichtung]

Filtriervorrichtung: gemäß Fig. 3 und der vorstehend genannten Beschreibung des herkömmlichen Gerätes gemäß Fig. 3,
andere Testbedingungen: wie im vorstehend aufgelisteten bevorzugten Ausführungsbeispiel, außer für das Druckwasser.

Während dem Testverlauf des bevorzugten Ausführungsbeispiels wurde das Abflußventil für Schwebstoffe 27 einmal stündlich geöffnet, und es wurden jedesmal annähernd 30 l an Schwebstoffen SS, die eine dicke Schmutzschlammschicht gebildet haben, entfernt. Sogar nach 24 Stunden ununterbrochenem Betrieb wie diesem (ohne umgekehrten Waschbetrieb), erhöhte sich der Innendruck des Filtrierkessels 2 nicht, und es wurde kontinuierlich ein sauberes behandeltes Wasser W2 erhalten. Als nach 24 Stunden der Testbetrieb gestoppt wurde, das Wasser im Filtrierkessel 2 entfernt wurde und das Filtermaterial untersucht wurde, hatte sich gerade eine kleine Menge an Schwebstoffen SS auf der Oberfläche des feinkörnigen Sandes 3 festgesetzt, und sowohl der feinkörnige Sand 3 als auch der mittelkörnige Sand 4 waren weich und frei von Löchern, wie sie bei den Startbedingungen des Tests auch waren. Deshalb war der Zustand des Filtermaterials so, daß das Filtrierverfahren wieder aufgenommen und länger weiterbetrieben werden konnte.

Während dem Testlauf der herkömmlichen Vorrichtung wurde andererseits der umgekehrte Waschbetrieb alle 20 Minuten einmal wiederholt, da der Innendruck des Filtrierkessels 51 zu steigen begonnen hatte, sobald mit dem Filtrierverfahren begonnen wurde. Die Menge an Wasser für den umgekehrten Waschbetrieb W3, die jedesmal verwendet wurde, betrug 500 l. Nachdem dieses Filtrierverfahren und der umgekehrten Waschbetrieb 6 Stunden lang wiederholt wurde, trat eine Filterleckage auf, und es begannen Schwebstoffe SS im behandelten Wasser W2 aufzutauchen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der umgekehrte Waschbetrieb durchgeführt, jedoch konnte das Filtermaterial nicht wiederhergestellt werden, und das Filtrierverfahren wurde unmöglich. Der Testbetrieb wurde gestoppt, und als das Wasser im Filtrierkessel 51 entfernt wurde und das Filtermaterial untersucht wurde, wurde festgestellt, daß Löcher im feinkörnigen Sand 52 und im mittelkörnigen Sand 53 waren, und das Schwebstoffe SS im feinkörnigen Sand 52 und im mittelkörnigen Sand 53 vorhanden und hart geworden waren. Deshalb wurde der Sand ausgetauscht.

Solange die Grundmerkmale beibehalten werden, können in der praktischen Ausführung dieser Erfindung geeignete Änderungen gemacht werden.

Beispielsweise zeigt Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, in dem das Quellwassereinlaßrohr 20 und das Druckwassereinlaßrohr 38 einzeln mit dem Filtrierkessel 2 verbunden sind, und in einer Position relativ zueinander so angeordnet sind, daß das Quellwasser W1 und das Druckwasser W4 zum ersten Mal im Filtrierkessel 2 durch Kollisionsmischen oder Wirbelmischen gemischt werden, wie vorstehend erläutert.

Claims (18)

1. Quellwasserfiltrierverfahren zum Erzeugen von gereinigtem Wasser, bei dem in Quellwasser (W1) enthaltene Schwebstoffe (SS) sich an zahllosen Gasblasen anlagern, zusammen mit den Gasblasen an die Spitze eines Filtrierkessels (2) aufgeschwemmt werden und die restlichen Schwebstoffe im Quellwasser sich an Filtermaterial (3, 4, 5) im unteren Teil des Filtrierkessels anlagern, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellwasser (W1) und Druckwasser (W4), das gereinigt und mit Gas unter Druck angereichert ist, zusammen oder voneinander getrennt dem Filtrierkessel (2) zugeführt und darin versprüht werden.

2. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, das ein Flockungsverfahren aufweist, das vor dem Einlaßverfahren ausgeführt wird.

3. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, das einen Grobfiltrationsschritt aufweist, der vor dem Einlaßverfahrensschritt ausgeführt wird, in dem große Körper und Stücke an Schwebstoffen (SS) vom Quellwasser (W1) entfernt werden.

4. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Gas, das im Druckwasser (W4) verteilt ist, Luft ist.

5. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem Ozon mit dem Gas vermischt wird, das in dem Druckwasser (W4) verteilt ist.

6. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Druck des Druckwassers (W4) vor seinem Eintritt in den Filtrierkessel (2) etwa 3 bis 6 bar beträgt.

7. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Schwebstoffe (SS), die dem Schwimmtrennverfahren unterzogen wurden, in bestimmten Zeitintervallen aus dem Filtrierkessel (2) entfernt werden.

8. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Filtermaterial körnig ist und Sand (3, 4) enthält.

9. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Filtermaterial in bestimmten Zeitintervallen einen Umkehrwaschbetrieb erfährt.

10. Quellwasserfiltrierverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Filtermaterial einen Umkehrwaschbetrieb erfährt, wenn der Innendruck des Filtrierkessels (2) einen vorbestimmten festgesetzten Wert erreicht.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit

• - einem geschlossenen Filtrierkessel (2) der in seinem inneren, unteren Teil Filtermaterial (3, 4, 5) enthält,
• - einem Quellwassereinlaßrohr (20), das am oberen Bereich des Filtrierkessels angebracht ist
• - einem Druckwassereinlaßrohr (38), das am oberem Bereich des Filtrierkessels oder am Quellwassereinlaßrohr (20) angeschlossen ist, um Wasser in den oberen Teil des Filtrierkessels (2) zu versprühen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Einlaßdüsenbauteil (22), an dem das mit dem Druckwassereinlaßrohr (38) verbundene Quellwassereinlaßrohr (20) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial körnig ist und Sand (3, 4) enthält.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckwassereinlaßrohr (38) mit dem Quellwassereinlaßrohr (20) an einer Stelle nahe dem Ende des Quellwassereinlaßrohrs (20) verbunden ist, das mit dem Filtrierkessel (2) verbunden ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Abflußrohr für behandeltes Wasser (23) aufweist, das zum Abfluß von sauberem behandelten Wasser (W2), das durch das Filtermaterial gefiltert wurde, mit dem unteren Teil des Filtrierkessels (2) verbunden wird.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Schwebstoffabflußrohr (26) aufweist, das mit der Spitze des Filtrierkessels (2) verbunden ist.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Vorrichtung für den umgekehrten Waschbetrieb für das Umkehrwaschen des Filtermaterials (3, 4, 5) aufweist, die mit dem Filtrierkessel (2) verbunden ist.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Abflußrohr für die übrigen Schwebstoffe (28) aufweist, das mit dem mittleren Teil des Filtrierkessels (2) verbunden ist.