DE45112C - Filtrirapparat zur Reinigung von Flüssigkeiten auf elektrolytischem Wege - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

PATENTSCHRIFT

KLASSE 85: Wasserleitung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 7. Februar 1888 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat, durch welchen die Reinigung und Filtrirung des Wassers in stärkerem Mafse als bisher herbeigeführt wird. In diesem Apparat preist man das Wasser mittelst Druckes durch das Filter, an welchem aufserdem eine Vorrichtung angebracht ist, um die Filtrirmasse zu reinigen, während sich diese in dem Filtrirbehälter befindet. Zu gleicher Zeit werden die in dem Wasser gelösten Substanzen ausgeschieden, und bildet dieser Procefs ein wesentliches Merkmal der gegenwärtigen Erfindung. Bisher entfernte man durch das Filtriren nur die in dem Wasser suspendirten Substanzen, dann unterwarf man das Wasser auch wohl einer geringen chemischen Einwirkung, wie z. B. der Oxydation; vorwiegend jedoch beschränkte sich das Verfahren auf die Entfernung der suspendirten Stoffe. In dem Wasser kommen aber häufig gelöste Substanzen vor, welche durch das Filtriren allein nicht ausgeschieden werden können und das Wasser für bestimmte Zwecke, wie z. B. zum Trinken, unbrauchbar machen. So findet man in dem Wasser im allgemeinen Metalle oder Mineralien gelöst, welche aufserdem, sobald der Sättigungspunkt überschritten ist, darin suspendirt sein können. Es braucht hier nur an das Meerwasser oder andere alkalische Wässer erinnert zu werden. Um derartige Körper zu entfernen, mufs man eine chemische Reaction herbeiführen, durch welche neue und unlösliche Körper gebildet werden. Hierzu genügt bisweilen die Einführung eines chemischen Reagens, welches eine in dem Lösemittel unlösliche Verbindung mit der betreffenden Substanz eingeht. Diese neue Verbindung wird dann durch eine darauf folgende Filtration entfernt. Doch ist der im Wasser in Lösung gehaltene Körper vorwiegend von solcher Beschaffenheit, dafs er zuvor zerlegt werden mufs, ehe er mit dem Reagens eine Verbindung eingeht. Daher unterwirft der Erfinder das Wasser der Elektrolyse. Die zu diesem Procefs dienende Vorrichtung wird direct an dem Fihrirapparat angebracht, um die Zersetzung in demselben vornehmen zu können, oder an dem Punkt, wo das Wasser in den Filtrirbehälter eintritt. Die in die Flüssigkeit eingeführten Reagentien mufs man den Eigenschaften der in dem Wasser gelösten Substanzen entsprechend auswählen, und werden an einer geeigneten Stelle in das Wasser eingeführt, bevor auf dieses die elektrolytische Einwirkung stattfindet. .

Ein nach vorliegender Erfindung ausgeführter Apparat wird auf beiliegender Zeichnung durch Fig. ι bis 3 in Ansicht, im Grundrifs und im Schnitt nach Linie 1 -1, Fig. 1, dargestellt, während die Fig. 4 und 5 Einzelheiten veranschaulichen, und zwar Fig. 5 im Schnitt nach 2-2, Fig. 4. Die Fig. 6 zeigt den Fihrirapparat, wenn er mit einer elektrolytischen Vorrichtung versehen ist, und Fig. 7 die Einrichtung zum Einführen eines gasförmigen Reagens. Die Fig. 8 bis 10 geben ein Bild von einem modificirten Fihrirapparat, wobei Fig. 9 ein Schnitt nach Linie 3-3, Fig. 8, und Fig. 10 ein solcher vertical durch den oberen Theil der Vorrichtung ist.

Wie aus Fig. 1 bis 3 zu ersehen, besteht der Filtrirbehälter A aus einem cylindrischen oder anders gestalteten Gefäfs, welches bis zu der mit »Sandlinie« bezeichneten Höhe mit Kies oder Sand oder einem anderen zweckentsprechenden Material gefüllt wird. Dieser Behälter A ist mit zwei Mannlöchern α ausgestattet, von welchen das eine in der Nähe des Deckels, das andere etwas oberhalb des

Bodens angebracht ist. Der Behälter A kann, wenn solches nöthig ist, mit Streben a¹ versehen sein, welche den Deckel und Boden mit der Seitenwandung verbinden. Das Wasser wird in den Apparat mittelst einer Pumpe B oder einer anderen Druckvorrichtung geprefst, welche ein nach der Wasserquelle gehendes Saugrohr b erhalten hat. Mit der Pumpe B steht ein Druckrohr B¹ in Verbindung, welches sich aufwärts bis über den Behälter A erstreckt und dann seitwärts über den Deckel des letzteren geht. Von diesem horizontalen Theile des Rohres B¹ zweigt ein Rohr b¹ ab, welches durch den Deckel des Behälters tritt und so den Zuflufs des von der Pumpe B¹ emporgedrückten Wassers vermittelt. Um letzteres gleichmäfsig über die Oberfläche der Filtermasse zu vertheilen, ist unter dem Rohr b^l eine durchlochte Platte a² aufgehängt, welche gleichfalls dazu dient, grofse, von dem Wasser mitgerissene Substanzen aufzufangen. Innerhalb des Behälters A befindet sich aufserdem ein Rohr C, durch welches das gereinigte Wasser abgeführt wird und welches, bis zum Boden reichend, hier mit einem Sammelraum c versehen ist, in welchen das auf den Boden gesickerte Wasser tritt. Das Rohr C ist mit dem horizontalen Theil des Rohres B¹ verbunden und trägt dicht über dem Behälter A ein mit einem Ventil c² ausgestattetes Rohr c¹, durch welches das gereinigte Wasser abfliefst. Ferner ist in den horizontalen Theil des Rohres B^l dicht hinter seiner Biegung ein Rohr D eingelassen, welches durch den Deckel abwärts geführt wird und hier rechtwinklig nach dem Mittelpunkt des letzteren gebogen ist, um dann wieder rechtwinklig nach dem Boden zu gehen. Von diesem Rohr D erstrecken sich enge Rohre d radial nach verschiedenen Richtungen, Fig. 3, und biegen sich abwärts, indem sie mit ihrem Ende in Vertheiler X)¹ treten, welche auf dem Boden des Behälters in passender Entfernung von einander angeordnet sind. Die Vertheiler X)¹, Fig. 4 und 5, bestehen aus einem festen Boden, einem konischen Mantel und einer Wand d\ welche sich über den Vertheiler in der Nähe des oberen Endes erstreckt. Von der Wand geht ein hohler Stiel d² aus, während der aufserhalb des letzteren liegende Theil der Wand durchlocht ist. Auf dem Stiel d² ruht lose ein Ring d³, welcher derartig in den Vertheiler pafst, dafs zwischen ihm und der Wand d^l ein geringer Raum bleibt. Der Ring d³ gleitet auf- und abwärts auf dem Stiel d², welcher an seinem Ende ein Schraubengewinde behufs seiner Verbindung mit einem der Rohre d mittelst einer Muffe d* erhalten hat. Das so angeordnete Rohr D dient zum Reinigen der Filtermasse; hierbei wird das Wasser mittelst der Pumpe durch das Rohr D und die Rohre d in die Vertheiler X)¹ gedrückt, von welchen es aufwärts durch die durchlochten Wände in die Filtermasse dringt, um dann durch das obere. Mannloch abzufliefsen. Der Ring d^s liegt mit Ausnahme der Waschperiode dicht auf dem Vertheiler D¹ an, um die Wand vor Verunreinigungen zu schützen. An der Verbindungsstelle des Rohres D mit dem Rohr B¹ ist ein Ventilsitz d^& für ein Ventil b² vorgesehen, welches den Einlafs des Waschwassers regelt. Hinter dem Ventil b² befindet sich diesseits des Rohres b¹ ein zweites Ventil b³, welches in einer das Rohr B¹ quer durchschneidenden Wand b* untergebracht wird. Zwischen dem Rohr b^l und dem Rohr C befindet sich ein dem Ventil b^s entsprechendes Ventil b⁵ und an dem Verbindungspunkt des Rohres C ein Ventil &⁶, welches dieselbe Anordnung wie das Ventil b² erhalten hat.

Wenn man sich eines chemischen Reagens bedienen will, so bringt man ein Gefäfs E an, in welchem das Reagens entweder hergestellt oder in welches dasselbe in fertigem Zustande eingeführt wird. Ein mit ,einem Ventil e¹ versehenes Röhrchen e verbindet das Gefäfs E mit dem Saugrohr der Pumpe B, deren Einwirkung einen Theil des Gefäfsinhaltes mit dem angesaugten Wasser vermischt und diese Mischung dann in den Filtrirbehälter hebt. Die Menge des benöthigten Reagens wird mit Hülfe des Ventils e¹ geregelt. Ein in bekannter Weise construirtes Manometer A¹, welches sowohl mit der Pumpe als auch mit dem Filtrirbehälter verbunden ist, zeigt den Druck des Wassers an.

Bei Benutzung des Filters wird das Rohr D durch das Ventil b² geschlossen, während man die Ventile b^s und c² öffnet, die Ventile b^& und b^% dagegen schliefst. Das Wasser geht nun von der Pumpe durch B¹ und b¹ nach dem Innern des Filtrirbehälters, wird auf dem Boden des letzteren durch das Rohr C gesammelt und durch das Rohr c¹ abgeführt. Soll nun das Filter gewaschen werden, so schliefst man die Ventile c² und b⁸, öffnet dagegen das Ventil b² und das obere Mannloch a oder-irgend einen an dem oberen Theile des Behälters vorgesehenen Auslafs. Das Wasser wird nun von der Pumpe durch das Rohr D nach dem Mittelpunkt des Filterbodens geprefst, wo es auswärts und aufwärts mit Hülfe der Vertheiler X)¹ durch das Filterbett getrieben wird, indem es die an letzterem anhaftenden Substanzen ablöst und jede Unreinigkeit abwäscht, welche sich dort angesammelt hat. Nach Beendigung des Waschens wird das Rohr D geschlossen und das Rohr B¹ wieder geöffnet; doch mufs jetzt das Ventil b⁶ gehoben werden, während das Ventil c'² geschlossen bleibt. Die Entleerung findet nun durch das Rohr C in den unbenutzten Theil des Rohres B¹ und dann durch letzteres statt. Dies geschieht zu dem Zwecke, um das zurück-

gebliebene schmutzige Wasser zu entfernen; ist dies jedoch geschehen, so wird für den regelrechten Dienst das Ventil &^δ wieder geschlossen und c² geöffnet. Die Anordnung, das chemische Reagens in das Saugrohr einzuführen, bevor das Wasser in die Pumpe tritt, hat den grofsen Vortheil, dafs das Reagens mit dem Wasser infolge des Aufrührens durch die Pumpe innig gemischt wird; dies würde nicht so leicht geschehen, wenn das Reagens in ruhendes oder stetig fliefsendes Wasser gelangt.

In den Fig. 6 und 7 ist der oben beschriebene Filtrirapparat mit einer elektrolytischen Vorrichtung versehen. Zu dem Zwecke hat der Behälter A über einem im Deckel vorgesehenen Ausschnitt einen Dom F erhalten. Innerhalb dieses Domes sind zwei Elektroden angeordnet, von welchen die eine aus einem hohlen Cylinder G von Zink hergestellt ist, dessen Durchmesser und Höhe den entsprechenden Dimensionen des Domes ungefähr gleichkommen. Der Cylinder G wird an dem Deckel des Domes mittelst Bolzen g aufgehängt, welche von Isolatoren g^l umgeben sind. Die andere Elektrode besteht aus einem Kohlencylinder H und liegt innerhalb des Cylinders G unter dem Speiserohr b¹. Der Kohlencylinder wird gleichfalls mittelst von Isolatoren h^l umgebener Bolzen h durch den Deckel des Domes getragen; sein oberes Ende reicht nicht so weit hinauf wie dasjenige des Cylinders. Die Pole einer hinreichend starken elektrischen Batterie sind durch Drähte i i^l mit der entsprechenden Elektrode verbunden. Da das durch das Speiserohr b^l dem Filter zugeführte Wasser auf und um die Elektroden fliefst, so wird jede in dem Wasser gelöste Verbindung mit Hülfe der Batterie und der Elektroden zersetzt. Wenn dann das Wasser mit den geeigneten Reagentien vor seinem Eintritt in den Behälter A gemischt worden war, so bilden sich neue und unlösliche Verbindungen im Augenblick der Zersetzung durch die chemische Reaction zwischen den Reagentien und den mittelst der Elektrolyse freigewordenen Substanzen. Die auf solche Weise entstandenen unlöslichen Körper werden hierauf bei dem Durchgang des Wassers durch das Filter von letzterem zurückgehalten, und zwar sammt den in dem Wasser früher nur suspendirten Substanzen.

Bisweilen ist es wünschenswerth, einen Gasometer anzuwenden, um eine Menge des benöthigten Gases auf Vorrath zu haben. Eine derartige Vorrichtung wird durch Fig. 7 veranschaulicht, in welcher das Gefäfs E als Gaserzeuger dient, welcher durch ein Rohr j mit einer Glocke J verbunden ist. Letztere wird in bekannter Weise construirt, um Gas aufnehmen, zurückhalten und wieder abgeben zu können. Zwischen der Glocke J und der Pumpe B oder einem anderen Zuführungspunkt stellt ein Rohr ^¹ die Verbindung her.

Die Wirkung eines derartigen Filtrirapparates soll mit Bezug auf die Reinigung von Seewasser erläutert werden. Bekanntlich ist das Seesalz eine Verbindung von Chlor mit Natrium; durch die Zersetzung mittelst Elektrolyse erhält man nach Angabe des Erfinders Chlor und Natrium. Das für diesen Fall nöthige Reagens ist Kohlensäure, welche sich mit dem freigewordenen Natrium zu unlöslichem Natriumcarbonat verbindet. Letzteres wird durch das Filtrirmaterial, welches das Wasser durchstreicht, zurückgehalten. Das freigewordene Chlor verläfst das Wasser bei der ersten Gelegenheit. Die Kohlensäure kann im Gefäfs E auf irgend eine Weise, z. B. durch Behandlung von kohlensaurem Kalk mit Schwefelsäure hergestellt werden.

Wenn das Wasser sonst rein ist oder zu einem bestimmten Zwecke dienen soll, kann der beschriebene Apparat auch benutzt werden, ohne dafs man die unlöslichen Substanzen abfiltrirt. Man läfst dann letztere sich auf den Boden des Sammelbehälters absetzen. Ein Wechsel in den Elektroden kann bei der Behandlung besonderer Wasser eintreten, doch kann jeder, welcher mit der chemischen Wissenschaft einigermafsen vertraut ist, einen solchen Wechsel leicht vornehmen und ebenso die nöthigen Reagentien bestimmen.

In den Fig. 8 bis 10 sind einige Modifikationen des vorbeschriebenen Apparates dargestellt. So hat der Dom denselben Durchmesser wie der "Filtrirbehälter selbst erhalten, indem beide durch äufsere Flantschen und Schraubenbolzen zusammengehalten werden, Fig. 8. Das Speiserohr geht nur bis zu dem eigentlichen Filtrirbehälter aufwärts, in welchen dasselbe seitwärts eintritt. Die in den Behälter eingeführten Rohre haben daher zuerst eine horizontale und dann eine verticale Richtung. Die Anordnung der Ventile ist ebenfalls horizontal, wie aus Fig. 8 und 9 zu ersehen. In diesem Apparat wird ferner eine neue Anordnung der Elektroden und der das Wasser in den Behälter führenden Vorrichtung gezeigt. Innerhalb des Domes F befindet sich eine zweite kleinere cylindrische Kammer K. Diese oben geschlossene und unten offene Kammer K wird entweder an den Dom mittelst isolirter Bolzen f gehängt oder von dem Speiserohr b¹ getragen und bildet eine der Elektroden. Das Speiserohr b^l tritt horizontal in den Behälter, Fig. 9, und geht dann nach einer Biegung vertical aufwärts in das offene Ende des Cylinders K. Hier wird dasselbe von einem Rohr L umgeben, welches sich aufwärts fast bis an den oberen Theil der Kammer K erstreckt. Dieses Rohr L bildet die andere Elektrode und wird von einem an dem Speiserohr b¹ vorgesehenen Flantsch I getragen; zu

dem Zwecke ist ein geflantschter Ring von Isolirmaterial zwischen dem Rohr L und dem Flantsch I angebracht. Das obere Ende des Rohres L wird mit der Kammer K durch kurze, mit Isolatoren k^l ausgestattete Stangen k verbunden, welche hinreichend stark sind, um die Kammer K zu tragen. Die innere Elektrode L ist demnach vollständig isolirt. Innerhalb der Kammer K sind um das Rohr L herum eine Anzahl von durchlochten metallenen Diaphragmen angeordnet, welche entweder mit der Wandung der Kammer K oder mit derjenigen des Rohres L oder mit beiden fest verbunden werden. In jedem Falle mufs an den Diaphragmen Isolirmaterial derartig vertheilt sein, dafs die Kammer K von dem Rohr L isolirt ist. Wenn Zink und Kohle bei der Elektrolyse in Anwendung kommen, so wird die Kammer K aus Zink und das Rohr L aus Kohle hergestellt. Mit den Elektroden wird eine Batterie / durch Drähte i' in Verbindung gebracht, welche zu diesem Zwecke in den Dom F durch Isolatoren/¹ eingeführt sind; die Drähte z¹ müssen innerhalb des Domes F gleichfalls isolirt sein. In diesem Apparat wird das Wasser durch das Speiserohr b¹ in die innere hohle Elektrode L gebracht; dasselbe fliefst an dem oberen Ende der letzteren aus und gelangt dann abwärts durch die verschiedenen Diaphragmen. Die Elektrolyse findet sofort statt, nachdem die Batterie angeschlossen ist. Die sonstige Wirkungsweise stimmt mit derjenigen des vorigen Apparates überein. Die Vorrichtung zum Einführen des Reagens ist gleichfalls modificirt worden, und zwar sind zwei Formen dargestellt, die eine für flüssige, die andere für gasförmige Substanzen. Die an der Pumpe angebrachte Vorrichtung dient für flüssige Reagentien. Das mit dem in flüssigem Zustande überzuführenden festen Reagens angefüllte Gefäfs E ist mit dem Saugrohr der Pumpe durch das Rohr e verbunden, wie bereits früher beschrieben, doch tritt jetzt letzteres in den unteren Theil des Gefäfses ein, dessen oberer Theil mit dem Druckrohr der Pumpe durch ein Rohr e² in Verbindung gebracht wird, so dafs das Gefa'fs E behufs Lösung des Reagens von der Pumpe Wasser erhält. Um diesen Wasserzuflufs zu regeln, trägt das Ende des Rohres e² einen mit einem Schwimmer e* ausgestatteten Hahn oder Ventil e³. Der Schwimmer bleibt auf der Oberfläche der Flüssigkeit liegen und öffnet somit den Hahn e³, wenn die betreffende Flüssigkeit durch die Pumpe heruntergesaugt worden ist, um wieder Wasser durch das Rohr e² in das Gefäfs eintreten zu lassen. Die Verbindung zwischen letzterem und der Pumpe kann durch ein im Rohr e² vorgesehenes Ventil e⁵ gänzlich aufgehoben werden. Zum Einführen von gasförmigen Substanzen in den Filtrirbehälter dient ein an seinem oberen Theile vorzugsweise ausgebauchtes Gefäfs N, welches mit dem Rohr B¹ durch ein Rohr η verbunden ist, dessen Ende jedoch sich innerhalb des Gefäfses N fast bis zu seinem obersten Theile erstreckt, wie in Fig. 8 punktirt angegeben. Das Rohr η ist mit einem Ventil «' versehen, welches einen den Oeffnungsgrad angebenden Anzeiger n² trägt. Ein zweites mit einem Ventil nⁱ versehenes Rohr n³ verbindet das Rohr .B' mit dem unteren Theile des Gefäfses JV; dasselbe bringt in letzteres Wasser, welches auf diese Weise das Gas durch das Rohr η in den Filtrirbehälter drückt. Dieser Apparat für luftförmige Reagentien kann auch an Stelle des oben beschriebenen Apparates für flüssige Reagentien direct mit der Pumpe verbunden werden.

Der Erfinder beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsweisen für die Filtrir- und Reinigungsvorrichtung, da ja die einzelnen Theile in Bezug auf Construction und Anordnung vielfach modificirt werden können.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. An Filtrirapparaten die Anordnung einer elektrolytischen Vorrichtung, bei welcher entweder über der einen der beiden in dem Filtrirbehälter aufgehängten Elektroden der Ausgufs des Speiserohres angebracht ist (Fig. 6) oder die eine als Rohr hergestellte und mit der anderen durch Isolatoren verbundene Elektrode die Verlängerung des nach aufwärts gerichteten Ausgusses des Speiserohres bildet (Fig. 8 bis io), in Verbindung mit einem zur Aufnahme bezw. Bildung von festen, flüssigen oder gasförmigen Reagentien dienenden, mit dem Speiserohr in Verbindung gebrachten Gefäfs, zu dem Zwecke, durch Fällung und darauf folgende Filtration auch die in der Flüssigkeit gelösten Substanzen zu entfernen.

2. In Verbindung mit der unter ι. gekennzeichneten Einrichtung die Anordnung von Vertheilern (D¹J, bestehend aus einem mit gelochter Scheidewand (d^x) und hohlem Stiele (d²) ausgestatteten Gefäfs, über welchem ein auf dem Stiele if² gleitender Ring oder Deckel (d^z) angebracht ist, zu dem Zwecke, ein Versanden der Scheidewand zu verhindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.