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(Technisches Gebiet)
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochgeschwindigkeitsfiltergerät zum Filtern
einer großen
Menge von Rohwasser, das suspendierte Substanzen (hiernach als „SS" bezeichnet) mit
einer hohen Konzentration beinhaltet, wie zum Beispiel Abwasser,
Rückflusswasser
nach einer Klärbehandlung,
industrielles Abwasser, Müllauslaugungslösung, landwirtschaftliches
Abwasser, Regenwasser oder dergleichen. Die Erfindung bezieht sich
ebenfalls auf ein Hochgeschwindigkeitsfilterverfahren, das das Filtergerät verwendet.
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(Stand der Technik)
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Wenn
eine große
Menge an Rohwasser, das die SS mit hoher Konzentration beinhaltet,
wie vorangehend erwähnt
ist, gefiltert werden soll, muss eine zu erfassende SS-Menge in
einer Filterschicht erhöht werden.
Zu diesem Zweck wird die Filtration gewöhnlich in einem Abwärtsströmungssystem
durch ein Verwenden eines abscheidbaren, gekörnten Filtermediums mit Partikeldurchmessern
von ungefähr
10 mm ausgeführt,
das größer ist
als jene, die in einer gewöhnlichen
Sandfiltration eingesetzt werden. Jedoch, falls die Durchmesser
des Filtermediums groß sind,
sinkt der SS-Entfernungsprozentsatz
zwangsläufig.
Des Weiteren, da die SS durch die gesamte Filterschicht durch Rückwaschen
erfasst werden, gibt es Probleme, dadurch dass es schwierig ist,
die erfassten SS abzugeben, und eine große Menge an Waschwasser wird
in dem Rückwaschen
benötigt.
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Wenn
ein Aufwärtsströmungsfiltrationssystem
eingesetzt wird, wird oft ein Filtermittel verwendet, das aus Polypropylen
oder Polyethylen mit einer Dichte von 0,9 bis 0,95 g/cm3 hergestellt
ist, jeweils in der Form von zylindrischen Stücken (in dieser Anmeldung bedeutet
der Ausdruck „Mittel" ein einzelnes, kleines
Stück und
der. Ausdruck „Mitteln" bedeutet eine große Anzahl
von solch kleinen Stücken
oder Mitteln). Jedoch, da solche Filtermittel einen kleinen Dichteunterschied
zu Wasser haben, gibt es eine Befürchtung, dass die Filtermedien
mit zylindrischen Formen herausströmen. In Anbetracht dessen ist
ein Sieb unter einer mit Filtermitteln gefüllten Schicht vorgesehen. In
diesem Fall ist das Sieb nach wiederholtem Unterziehen von Filtrations-
und Rückwaschvorgängen verstopft,
was die Filtration verhindert bzw. außer Stand setzt. Des Weiteren
ist es sehr schwierig von dem Standpunkt des Geräteaufbaus aus, das Verstopfen
des untersten Siebs zu vermeiden.
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Ferner,
da das Sieb während
eines Rückwaschens
vorhanden ist, kann die verschmutzende Substanz, die das Sieb verstopft,
nicht durch die unter den Filtermitteln ausgebildeten Spalten aufgrund deren
Expansion abgegeben und entfernt werden. Deshalb müssen die
Filtermittel wiederholt mit Luft und Wasser gewaschen werden, was
einen lange dauernden Rückwaschvorgang
erfordert. Außerdem wird
die Maschenweite des Siebs oft auf 10 mm oder so erhöht, um das
untere Sieb am verstopft Werden zu hindern, wobei der Körnungsdurchmesser
der Filtermittel größer als
der des Netzes sein muss, und die Filtermitteldicke muss größer als
2 m oder so sein, um die SS-Erfassungseffizienz zu erhöhen. In diesem
Fall wird das Gerät
unvorteilhaft sehr groß.
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Das
Dokument
JP-A-10118679 offenbart
ein Filtergerät
der Aufströmungsart
mit einem Filtermittel, das aus thermoplastischen geschäumten Harzpartikeln
hergestellt ist, welche ausgebildet sind, um eine Dichte von 0,02–0,9 g/cm
3, eine Partikelgröße von 2–7 mm und ein Porenfüllverhältnis von
30–45% zu
haben.
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(Offenbarung der Erfindung)
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Die
vorliegende Erfindung ist da, um die vorangehend erwähnten Probleme
des Standes der Technik zu lösen,
und ein Hochgeschwindigkeitsfiltergerät vorzusehen, das eine große Menge
von Rohwasser, das SS in hoher Konzentration beinhaltet, bei einer
hohen Geschwindigkeit zu filtern und leicht rückgewaschen werden kann, und
in dem ein Sieb, das gerne einem Verstopfen unterliegt, beseitigt
wird. Die Erfindung sieht auch ein Hochgeschwindigkeitsfilterverfahren
vor, das dieses Filtergerät
verwendet.
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Ein
Hochgeschwindigkeitsfiltergerät
nach Anspruch 1, das hergestellt ist, um die vorangehend erwähnten Probleme
zu lösen,
weist einen Filterturm mit einer Aufwärtsströmung und schwebenden Filtermitteln
auf, die in dem Filterturm gefüllt
sind, wobei die Filtermittel einen geschäumten Polymer mit einer Rohdichte
von 0,1–0,4
g/cm3 und eine 50%-Kompressionshärte von
nicht weniger als 0,1 MPa aufweisen, und wobei die Filtermittel
unebene Formen oder zylindrische Formen mit Größen von 4–10 mm haben. Die Rohdichte
ist nicht die Dichte des Polymers selbst, sondern die durchschnittliche
Dichte des geschäumten
Polymers mit Poren.
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Ein
Hochgeschwindigkeitsfiltergerät
nach Anspruch 2 weist einen Filterturm mit einer Aufwärtsströmung und
schwebenden Filtermitteln auf, die in den Filterturm gefüllt sind,
wobei die Filtermittel einen geschäumten Polymer mit einer Rohdichte
von 0,1–0,4
g/cm3 und eine 50%-Kompressionshärte von nicht
weniger als 0,1 MPa aufweisen, und die Filtermittel weisen erste
Filtermittel mit unebenen Formen oder zylindrischen Formen mit Größen von
4–10 mm und
zweite Filtermittel mit sphärischen
Formen mit Größen von
2–4 mm
und einer Rohdichte von 0,03–0,1
g/cm3 auf.
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Ferner
ist das Hochgeschwindigkeitsfilterverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
gekennzeichnet durch hindurch tretendes Rohwasser, das eine suspendierte
Substanz (SS) mit einer hohen Konzentration beinhaltet, in einer
Aufwärtsströmung durch
einen der beiden vorangehend erwähnten Hochgeschwindigkeitsfiltergeräten bei
einer linearen Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit von 100–1000 m/Tag.
In diesem Fall, nachdem das Filtergerät einen gegebenen Differenzfilterdruck
erreicht, kann ein Rückwaschen
bei einer linearen Waschgeschwindigkeit von 1,2–4,0 m/min stattfinden. Andererseits
wird die lineare Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit von 1000 m/Tag
in ungefähr
0,7 m/min umgewandelt, was hoch ist, verglichen zu einer linearen
Waschgeschwindigkeit in einem üblichen
Sandfiltergerät.
Deshalb sinkt die SS-Entfernungseffizienz
bei einer linearen Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit größer als
die vorangehend erwähnte
extrem, weil einige suspendierte Substanzen (SS) nicht durch die
Filtermittel erfasst werden.
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Da
die relativ harten, schwebenden Filtermittel, die unebene oder zylindrische
Formen haben und die schwierig zu verdichten sind, verwendet werden, kann
viel SS zwischen den Filtermitteln erfasst werden. Deshalb kann
eine große
Menge an Rohwasser, welches viel SS bei hoher Konzentration beinhaltet, bei
einer hohen Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit von 100–1000 m/Tag
gefiltert werden. Ferner, da die schwebenden Filtermittel mit der
weit niedrigeren Rohdichte als jene in dem Stand der Technik verwendet
werden, besteht keine Sorge, dass die schwebenden Filtermittel während eines
Rückwaschens ausströmen. Da
des Weiteren ein unteres Sieb wie in dem Stand der Technik überflüssig ist,
tritt keine Schwierigkeit hinsichtlich des Verstopfens des Siebs auf.
Außerdem,
da die Filtermittel leicht rückgewaschen
werden bei einer linearen Waschgeschwindigkeit von 1,2–4,0 m/min
können,
kann die Zeit für
ein Rückwaschen
verkürzt
werden.
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(Kurze Beschreibung der Zeichnungen)
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1 ist
eine Schnittansicht eines Hochgeschwindigkeitsfiltergeräts während eines
Filtervorgangs.
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2 ist
eine Schnittansicht des Hochgeschwindigkeitsfiltergeräts während eines
Rückwaschens.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines schwebenden Filtermittels.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen schwebenden Filtermittels.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren schwebenden Filtermittels.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen, schwebenden Filtermittels.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines windmühlenförmigen, schwebenden Filtermittels.
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8 ist
eine ebene Ansicht, die ein Stanzbeispiel aus einer flachen Platte
zeigt.
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9 ist
eine ebene Ansicht, die ein anderes Stanzbeispiel aus einer flachen
Platte zeigt.
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(Beste Arten zum Ausführen der Erfindung)
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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In 1 bezeichnet
ein Bezugszeichen 1 einen Filterturm. In dieser Ausführungsform
sind vier Filtertürme 1 parallel
angeordnet. Schwebende Filtermittel 2, die nachfolgend
gezeigt sind, werden bis zu einer gegebenen bzw. bestimmten Höhe innerhalb jedes
Filterturms 1 gefüllt.
Eine große
Menge an Rohwasser, das SS in hoher Konzentration beinhaltet, wie
zum Beispiel Abwasser, Rückflusswasser
nach einer Klärbehandlung,
industrielles Abwasser, Abfallauslaugungslösung, landwirtschaftliches
Abwasser, Regenwasser oder dergleichen wird einem niedrigeren Abschnitt
des Filterturms 1 mittels einer Rohwasserpumpe 3 zugeführt, und
die SS werden durch eine mit schwebenden Filtermitteln gefüllte Schicht
erfasst, während
eines Aufwärtsströmens durch
ein Inneres des Turms, und behandeltes Wasser wird durch einen oberen
gemeinsamen Strömungskanal 4 entnommen.
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Ein
oberes Sieb 5 ist oberhalb der mit Filtermitteln gefüllten Schicht
vorgesehen, um ein Ausströmen
der schwebenden Filtermittel während
des Filtervorgangs zu verhindern. Rückwaschluftdüsen 6 sind
unter der gefüllten
Schicht derart vorgesehen, dass Rückwaschluft mittels eines Luftwaschgebläses 7 bei
Bedarf zugeführt
werden kann. Außerdem
sind Ablaufventile 8 an unteren Enden der Filtertürme 1 zum
Ableiten des Rückwaschabwassers
vorgesehen.
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Die
schwebenden Filtermittel 2, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, weisen einen geschäumten Polymer mit einer Rohdichte
von 0,1–0,4
g/cm3 und eine 50%-Kompressionshärte von nicht
weniger als 0,1 MPa auf. Als das geschäumte Polymer mit derartigen
physikalischen Eigenschaften kann Polypropylen, Polystyrol, Polyethylen,
etc. aufgezählt
werden. Unter diesen hat geschlossenzelliges, geschäumtes Polyethylen
mit einem gesteuerten Schäumungsgrad
eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit,
chemische Beständigkeit
und Witterungsbeständigkeit.
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Der
Grund, warum die Rohdichte auf 0,1–0,4 g/cm3 begrenzt
ist, ist, dass falls sie geringer als 0,1 g/cm3 ist,
eine gewünschte
Kompressionshärte
nicht erreicht wird, und die Filtermittelschicht kann während eines
linearen Rückwaschens
bei 1,2–4,0 m/min
nicht aufgequollen werden, wohingegen, falls sie mehr als 0,4 g/cm3 beträgt,
wird befürchtet,
dass das Filtermittel ausströmt.
Der Grund, warum die 50%-Kompressionshärte nicht weniger als 0,1 MPa ist,
ist, dass falls sie geringer als 0,1 MPa ist, die Filtermittel während eines
Filterns bei einer hohen Geschwindigkeit zusammengedrängt werden,
so dass eine große
Menge der SS nicht erfasst werden kann, was in einem kürzeren Filterverlaufszeitraum
resultiert. Die „50%-Kompressionshärte" meint einen Druck,
der zum Zusammendrängen
einer Platte des Polymers erforderlich ist, um die Filtermittel
in einer Hälfte
ihrer Größe auszubilden.
Die 50%-Kompressionshärte
und die Rohdichte werden gemäß den Verfahren
gemessen, die in JIS K 6767 spezifiziert sind.
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Das
schwebende Filtermittel 2, das in der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, hat unebene oder zylindrische Formen mit Größen von
4–10 mm. Die
unebene Form bedeutet keine einfache Gestalt, wie zum Beispiel eine
kubische Form, eine rechteckige parallelflache Form, eine kugelförmige Form
oder dergleichen, sondern eine fremdartige bzw. andere Form mit
unebenen Abschnitten an seiner äußeren Fläche. Zum
Beispiel zeigt 3 ein schwebendes Filtermittel 2 mit
vier schaufelförmigen
Armen 9, 4 zeigt ein schwebendes Filtermittel 2 mit
gewellten, unebenen Abschnitten an äußeren Umfangsseiten einer Platte
mit rechteckigem Abschnitt. 5 zeigt
ein schwebendes Filtermittelkleinteil 2, das eine Form
mit einem Z-Abschnitt hat. 7 ist eine
Verbesserung der Gestalt von 3, in welcher die
Schaufelabschnitte zu windmühlenartigen
Schaufeln geändert
sind. Vorzugsweise ist das schwebende Filtermittel in einer derartigen
Form entworfen, in dem es ein Ausstanzen gleichförmiger Stücke aus einer flachen Platte
erlaubt, da kein unwirtschaftlicher Materialverbrauch auftritt.
Dies sei zu den Formen von 3 und 4 gesagt.
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Spalten,
die unter den schwebenden Filtermitteln 2 mit solch unebenen
Formen ausgebildet werden, wenn die gefüllte Schicht ausgebildet wird, führt zu keinen
geraden Bahnen bzw. Strömungsbahnen,
so dass ein Ablagerungseffekt und ein Filtereffekt worteilig verstärkt werden,
um die SS innerhalb der gefüllten
Schicht sicher zu erfassen. Da die Spalten bzw. Lücken inmitten
der Filtermittel groß sind, gibt
es außerdem
einen Vorteil, dass eine große Menge
der SS innerhalb der gefüllten
Schicht erfasst werden kann. Die Formen der schwebenden Filtermittel 2 sind
nicht auf jene begrenzt, die beispielsweise in 3–7 dargestellt
sind, sondern können in
anderen verschiedenen Formen entworfen sein (zum Beispiel eine Form
mit einer Anzahl von Vorsprüngen,
wie zum Beispiel „Confeetti").
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Die
schwebenden Filtermittel 2, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, können aus
einer in 6 gezeigten Form sein. Diese
Form bietet einen Effekt, dass die suspendierten Substanzen (SS)
in einem inneren Raum 11 erfasst werden, um dadurch einer
großen
Menge an zu erfassenden, suspendierten Substanzen zu ermöglichen.
Diese Form ist nicht auf eine zylindrische, wie in 6 gezeigt
ist, begrenzt, sondern kann auch eine rechteckige säulenförmige Form
sein.
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Der
Grund, warum die Größen der
schwebenden Filtermittel auf 4–10
mm eingestellt sind, ist, dass falls die Größen weniger als 4 mm sind,
die Filtermittel bei einem Hochgeschwindigkeitsfiltern wahrscheinlich
verstopfen, wohingegen, falls sie größer als 10 mm sind, der SS-Erfassungsprozentsatz sinkt.
Wie vorangehend erwähnt
ist, da die schwebenden Filtermittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, nicht aus einfachen Formen sind, wird die „Größe" definiert, um die
größte Abmessung von
verschiedenen äußeren Abmessungen
eines einzelnen Filtermediumpartikels zu sein.
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In
der Erfindung des Anspruchs 2 werden die kugelförmigen Filtermittel mit einer
Rohdichte von 0,03–0,1
g/cm3 und Partikeldurchmessern von 2–4 mm zusammen
mit den schwebenden Filtermitteln 2 in den Filterturm 1 gefüllt. Diese
kugelförmigen
Filtermittel sind aus Polymerpartikeln mit einem hohen Schäumungsgrad,
so dass sie aufgrund eines Dichteunterschieds separat eine gefüllte Schicht
oberhalb der von den vorangehenden, schwebenden Filtermitteln 2 ausbilden.
Dadurch wird der SS-Erfassungsprozentsatz weiter erhöht. Obwohl
sich die kugelförmigen
Filtermittel zeitweise mit dem schwebenden Filtermitteln 2 während eines
Rückwaschens
mischen, werden die zwei Arten von Filtermitteln aufgrund des Dichteunterschieds
voneinander getrennt, wenn das Rückwaschen
gestoppt wird. Als das geschäumte
Polymer mit derartigen physikalischen Eigenschaften kann Polypropylen,
Polystyrol, Polyethylen, etc. aufgezählt werden. Unter diesen hat
geschlossenzelliges, geschäumtes
Polyethylen mit einem gesteuerten Schäumungsgrad eine ausgezeichnete
Wärmebeständigkeit,
chemische Beständigkeit und
Witterungsbeständigkeit.
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Wenn
eine große
Menge an Rohwasser, das eine hohe Konzentration der suspendierten
Substanzen beinhaltet, mit dem wie vorangehend erwähnten Hochgeschwindigkeitsfiltergerät gefiltert
werden soll, wird das Rohwasser in die Filtertürme 1 von deren unteren
bzw. tiefer gelegenen Abschnitten mittels der Rohwasserpumpe 3,
wie in 1 gezeigt ist, zugeführt, wobei die SS mit der gefüllten Schicht
erfasst bzw. eingefangen werden, während es durch die Türme aufwärts durchläuft, und
als behandeltes Wasser durch den oberen gemeinsamen Strömungsweg 4 entnommen
wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die lineare Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit
100–1000
m/Tag, vorzugsweise 300–1000
m/Tag. Das Ausströmen
der Filtermittel wird durch die oberen Siebe 5 verhindert.
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Wenn
die Filtration bei solch einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt wird,
kann eine große Menge
der SS mit den vorangehenden schwebenden Filtermitteln 2 effektiv
erfasst werden und so kann eine große Menge an SS innerhalb der
gefüllten Schicht
gehalten werden. Außerdem
sind die schwebenden Filtermittel 2 relativ harte Partikel
mit der 50%-Kompressionshärte
von nicht weniger als 1 MPa, und die Filtermittel werden unter Druck
bei dem Hochgeschwindigkeitsfiltern nicht zusammengedrängt, so
dass die Filtermittel nicht verstopfen. Es ist schwierig, das Rohwasser
mit einer hohen Konzentration an suspendierten Substanzen bei einer
linearen Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit von mindestens 100 m/Tag
im Falle eines Verwendens gewöhnlicher
Filtermittel zu filtern, und die Filtermittel verstopfen in kurzer
Zeit.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wenn der Wasserdurchtrittswiderstand
aufgrund eines stetigen Filterbetriebs steigt, wird falls notwendig
ein Zuführen
des Rohwassers zu dem Filterturm 1 mit einem erhöhten Wasserdurchtrittswiderstand
gestoppt, und behandeltes Wasser innerhalb des gemeinsamen Strömungskanals 4 fließt durch
ein Öffnen
des Ablaufventils bzw. Abgabeventils 8 zum Ableiten des
gebrauchten Rückwassers
durch diesen. Zu diesem Zeitpunkt wird bei Bedarf Luft in die Filtermittel
durch die Rückwaschluftdüse 6 geblasen,
so dass die gefüllte
Schicht energisch bewegt wird, um die erfassten, suspendierten Substanzen
von den Filtermitteln zu trennen. In der vorliegenden Erfindung
kann die lineare Waschgeschwindigkeit beim Rückwaschen auf 1,2–4,0 m/min
eingestellt werden.
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Da
die lineare Waschgeschwindigkeit beim Rückwaschen im Wesentlichen nicht
mehr als 1,0 m/min beträgt,
ist das vorangehend Aufgeführte
ein beträchtliches
Hochgeschwindigkeits-Rückwaschen.
Der Grund, warum solch ein Hochgeschwindigkeits-Rückwaschen
möglich
ist, ist, dass die Filtermittel nicht abwärts nach außen strömen, selbst wenn kein unteres
Sieb vorgesehen ist, weil die Dichte der Filtermittel 2 nicht
niedriger als 0,4 g/cm3 ist. Folglich kann
die Waschzeit bzw. Spülzeit
verkürzt werden.
Wenn das behandelte Wasser aus dem oberen gemeinsamen Strömungskanal 4 verwendet wird,
wie in 2 gezeigt ist, kann das Rückwaschen durch ein Öffnen oder
Schließen
des Ventils/der Ventile in der Waschwasserablaufleitung durchgeführt werden,
was die Waschpumpe wegfallen lässt.
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Wie
vorangehend erwähnt
ist, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung das Rohwasser mit einer hohen Konzentration der suspendierten
Substanzen mit einer hohen Geschwindigkeit ohne ein Verstopfen gefiltert
werden, und seine Filterleistung kann in einer kurzen Zeit durch
Rückwaschen
wiederhergestellt werden. Als Nächstes
werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(Beispiele)
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(Beispiel 1)
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Verschiedene
Arten von Filtermitteln in Tabelle 1 wurden in identische Filtertürme gefüllt, Rohwasser
mit suspendierten Substanzen mit einer Konzentration von 300 mm/l
wurde bei einer linearen Wasserdurchtrittsgeschwindigkeit von 100
m/Tag durch diese durchgeführt,
und Bewertungen hinsichtlich der Filtrationsdauer, des Prozentsatzes
von entfernten suspendierten Substanzen und der Wasserwaschbarkeit
wurden durchgeführt.
Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt. Zwei Arten von konventionellen
Filtermitteln und fünf
Arten von Vergleichsfiltermitteln werden in Tabelle 1 gezeigt. Fünf Arten
von Erfindungsfiltermitteln mit unterschiedlichen Dichten oder Körnungsdurchmessern
in der in 3 gezeigten Form wurden verwendet.
Als die Filtrationsdauer wurde eine Zeitdauer gemessen, bis ein
Differenzfilterdruck um eine Wassersäule von 1 m gestiegen ist. Wie
in den Daten der Tabelle 1 gezeigt ist, existiert ein Problem/Probleme
hinsichtlich der Kompressionshärte,
dem Filterverlaufszeitraum, dem Prozentsatz der entfernten suspendierten
Substanzen und/oder der Waschbarkeit für zwei Arten der konventionellen
Filtermittel und fünf
Arten der Vergleichsbeispiele. Andererseits können gemäß den Erfindungsfiltermittel
(1) bis (5) eine erforderliche Kompressionshärte, ausgezeichneter
Prozentsatz von entfernten suspendierten Substanzen, ausgezeichnete
Waschbarkeit und erforderlicher Filterverlaufszeitraum sämtlich realisiert
werden.