DE69932005T2

DE69932005T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Regeneration von Medien zur Flüssigkeitsbehandlung

Info

Publication number: DE69932005T2
Application number: DE69932005T
Authority: DE
Inventors: Irving A. Canton Dean
Original assignee: Filtra-Systems Southfield; Filtra-Systems Co
Current assignee: Filtra-Systems Southfield; Filtra-Systems Co
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: CA2278957A1; DE69932005D1; EP0976437A3; US6287474B1; CA2278957C; EP0976437A2; EP0976437B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Flüssigkeiten und insbesondere Vorrichtungen zur Behandlung von Flüssigkeiten unter Verwendung eines Granulatmaterials, wie z. B. Tiefenfilter oder Deionisierungsanlagen, wobei das Bett aus Granulatmaterial in einem Behälter angeordnet wird, durch den eine Flüssigkeit, die dadurch behandelt werden soll, geleitet wird.
In Filtern muss das Material regelmäßig gereinigt werden, um angesammelte, gefilterte Feststoffe zu entfernen, was beispielsweise durch Rückspülen des Bettes erfolgt. Dies ist auch in Entsalzungsanlagen notwendig, in denen Harzkügelchen rückgespült werden müssen, ehe sie zur erneuten Aktivierung mit einer Salzlösung behandelt werden. Wenn eine zu starke Auswärtsströmung erzeugt wird, kann es durch das Rückspülen zu einem Verlust an Material kommen, eine Tatsache, die die Wirksamkeit der Reinigung des Materials beschränkt, dessen Wirkung andernfalls immer mehr nachlässt.
Das am 15. Dezember 1992 erteilte Patent US-A-5,171,443 beschreibt einen verbesserten Regenerationsprozess sowie ein verbessertes Regenerationssystem, die insbesondere für Filter geeignet sind, in denen leichtgewichtiges Material, wie z. B. zerstoßene schwarze Walnussschalen, verwendet wird, wobei das System aber auch bei Deionisierungsanlagen angewandt werden kann. In diesem Prozess bzw. System werden die Flüssigkeit und das Material stark gerührt, um einen Schlamm zu bilden, und die Flüssigkeit und die Schmutzstoffe werden dazu gebracht, durch Öffnungen in einem Abscheider zu fließen, wobei die Öffnungen so bemessen sind, dass sie den Austritt des Granulatmaterials blockieren.
In diesem Prozess bzw. System ist der Abscheider eine hohle zylindrische Struktur, die in dem Schlamm aus Flüssigkeit und Material gedreht wird. Die Drehung des Abscheiders verhindert, dass das Material die Filteröffnungen des Abscheiders verstopft, wenn der Flüssigkeitsstrom das Material gegen die Öffnungen zieht, da die Körnchen in Suspension auf die gegen die Öffnungen des Abscheiders gezogenen Körnchen stoßen und diese ablösen.
Diese Anordnung hat bisher sehr gut funktioniert und diese Ausgestaltung ist ziemlich erfolgreich.
Aber die Tatsache, dass der Abscheider gedreht werden muss, macht die Verwendung relativ kostspieliger Dichtungen sowie einen Antriebsmotor erforderlich, der wesentlich stärker ist als der, der für ein einfaches Rühren der Flüssigkeit notwendig ist, wodurch die Kosten für die Herstellung und den Betrieb der Vorrichtung erhöht werden.
Das Dokument WO-A-89/02776 offenbart einen Tiefenfilter, der einen Behälter, Filtermaterial, einen Einlass und einen Auslass umfasst. Ferner umfasst dieser Filter ein Rührelement, in Form einer Fluidisationspumpe, die im Behälter angebracht ist. Um das Material zu fluidisieren und die Schmutzstoffe von dem Material zu trennen, wird auf einem Schlitze aufweisenden Düsensieb ein ringförmiger Fließpfad erzeugt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit anzugeben, die viele der Vorteile der Ausgestaltung eines sich drehenden Abscheiders vorsehen, jedoch zu niedrigeren Kosten.
Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 erreicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das oben angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass ein ringförmiger, ortsfester Abscheider vorgesehen wird, der eine Oberfläche mit einem Innendurchmesser hat, die von einem Sieb definiert wird, das mit einer Anordnung aus Sieböffnungen ausgebildet ist. Ein Hilfsrotor ist innerhalb des Innendurchmessers des Abscheiders angeordnet, wobei dessen Spitzen eng beabstandet zur Oberfläche des Siebs sind. Der Hilfsrotor wird in Drehung versetzt, um an der Oberfläche des Siebs eine Turbulenz zu erzeugen, wodurch die Materialkörnchen in dem Schlamm auf die Innendurchmesser-Oberfläche gerichtet werden und dazu neigen, jegliche Materialkörnchen abzulösen, die während der Rückspülung von dem Reinigungsstrom durch den Abscheider in die Öffnungen gezogen wurden. Der Schlamm kann durch mechanisches Rühren gebildet werden, und in diesem Fall kann ein mechanischer Rührer von der gleichen Drehwelle wie der Hilfsrotor in dem Abscheider angetrieben werden, oder der Hilfsrotor kann selbst als zusätzlicher mechanischer Rührer dienen, der den Schlamm bildet.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN DER ZEICHNUNGEN
In den Figuren zeigen:
1 eine grafische Darstellung eines Tiefenfilters, in dem ein Regenerationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist,
2 eine Ansicht entlang des Schnittes 2-2 der 1A,
3 eine grafische Darstellung eines Filters, der ein alternatives Ausführungsbeispiel des Regenerationssystems gemäß der Erfindung enthält,
4 eine grafische Darstellung eines Filters, der ein weiteres Ausführungsbeispiel des Regenerationssystems gemäß der Erfindung enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird aus Gründen der Klarheit eine bestimmte spezifische Terminologie verwendet und ein besonderes Ausführungsbeispiel gemäß den Anforderungen von 35 USC 112 beschrieben, wobei es sich jedoch versteht, dass dieses die Erfindung nicht einschränken und auch nicht so ausgelegt werden soll, insofern als die Erfindung viele Formen und Variationen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche annehmen kann.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist schematisch ein Tiefenfilter 10 gezeigt, der einen Behälter 12 enthält, welcher einen Innenraum begrenzt, der ein Volumen an Granulatfiltermaterial, wie z. B. Walnussschalen oder Kunststoffkügelchen vorgegebener gleichmäßiger Größe enthält, die im unteren Bereich des Behälters 12 ein Bett 14 bilden.
Das Materialbett 14 wird am Boden des Behälters 12 von einem Auslassgitter 16 getragen, das Öffnungen hat, die ausreichend klein sind, um zu verhindern, dass das Granulatmaterial bestimmter Größe zu einem Auslass 18 hin austritt.
Ein Keilspaltsiebgitter, wie es in dem oben bezeichneten Patent beschrieben ist, wird bevorzugt.
Eine Pumpe P kann an den Auslass 18 angeschlossen werden, um ein Vakuum zu erzeugen, dass eine zu filternde Flüssigkeit aus dem Behälter 12 durch das Materialbett 14 zieht. Alternativ dazu kann eine Schwerkraftzuführung verwendet werden. Eine zu filternde Flüssigkeit wird in den oberen Bereich des Behälters 12 über ein Einlassrohr 22 geleitet.
Gemäß der grundlegenden Erfindung, wie sie in dem oben angeführten Dokument US-A-5,171,443 beschrieben ist, wird zur Regenierung des Materialbettes 14 eine Rührvorrichtung 24 periodisch arbeitend vorgesehen, um die Flüssigkeit und das Material zu rühren und so einen Schlamm zu bilden, der aus der Flüssigkeit und dem Granulatmaterial zusammengesetzt ist. Die Rührvorrichtung 24 enthält eine Elektromotor-Antriebseinheit 26, die von einer oberen Wand 28 des Behälters 12 gehalten wird. Die Antriebseinheit 26 versetzt eine sich nach unten erstreckende Welle 30 in Drehung, die auch einen Zwischenlagerträger 32 an einer Trennwand 34 aufweisen kann.
Ein ortsfester ringförmiger Abscheider 36 ist in dem Behälter 12 an einer zentralen Stelle (2) angebracht, gestützt an Streben 38 und dem Auslassrohr 40.
Die Innendurchmesser-Oberfläche des Abscheiders 36 wird von einem zylindrischen Sieb 42 definiert, das mit Öffnungen konstruiert ist, die kleiner als die Größe des Granulatmaterials sind. Es wird eine Keilspaltsiebkonstruktion bevorzugt, wie sie im Dokument US-A-5,171,443 beschrieben ist, in der Keildrähte mit inneren Stützen verschweißt sind, um Schlitze auszubilden, die eine ausreichend schmale Breite haben, um den Austritt von Granulatmaterial zu verhindern, jedoch üblicherweise leicht größer als die Öffnungen im Gitter 16 sind, um zu ermöglichen, dass Materialfragmente während der Regeneration entfernt werden. Ein ringförmiger Sammelraum 44 nimmt Flüssigkeit und suspendierte Schmutzstoffe auf, die durch das Sieb 42 austreten.
Der ringförmige Abscheider ist im Behälter 12 fest angebracht, befestigt an Streben 38 und an einem Auslassrohr 40, das in den Sammelraum 44 mündet.
Die Rührvorrichtung 24 enthält ein Paar axial beabstandeter Rotorsätze 46A, 46B, die an der Welle angebracht sind.
Der untere Rotor 46B ist in dem Innendurchmesser des Abscheiders 36 aufgenommen, wobei seine Spitzen eng beabstandet zur Oberfläche 42 sind. Dieser Abstand reicht aus, um einen Spielraum sicherzustellen, wenn sich der Rotor dreht, ist jedoch groß genug, um an der Oberfläche des Siebs 42 eine ausreichende Turbulenz zu erzeugen, um das Granulatmaterial abzulösen.
Die Rotoren 46A, 46B haben nach unten zeigende Flügelsätze, die, wenn sie mit ausreichender Geschwindigkeit gedreht werden, eine vertikale Zirkulation erzeugen, die die Flüssigkeit und das Material durchrührt und dazu führt, dass ein Schlamm aus der Flüssigkeit und den Granulatkörnchen gebildet wird. Während der Regeneration ist das Pumpenventil 48 geschlossen und ein Rückspülungsventil 50 ist geöffnet, was dazu führt, dass die Flüssigkeit und mitgenommene Schmutzstoffe durch den Regenerationsauslass 40 abgezogen werden. Ein Ausgleichsfluss an Flüssigkeit wird über ein Einlassrohr 22 zugeführt. Die Turbulenz, die an den Spitzen der Flügel des unteren Rotors 46B erzeugt wird, verursacht, dass die suspendierten Körnchen zwangsweise an die Körnchen gedrückt werden, die gegen die Schlitze oder Öffnungen in dem Sieb 42 gezogen werden, wodurch diese abgelöst werden, um die Körnchen aus den Öffnungen herauszuhalten. Dies verhindert das Zustandekommen einer Verstopfung des Flusses, zu der es andernfalls kommen würde.
Wie dies in dem oben angeführten Patent beschrieben ist, erwies sich eine Geschwindigkeit von 15 Fuß pro Sekunde an der Oberfläche des Siebs als geeignet, um die Öffnungen frei zu halten. Die Turbulenz, die durch Wirbelströmungen an den Rotorspitzen erzeugt wird, kann die erforderliche Oberflächengeschwindigkeit verringern.
Bei dieser Anordnung sind keine sich drehenden Dichtungen und Lager für den Abscheider 36 erforderlich, und auch kein größerer Motor, um den Abscheider 36 zu drehen, und demzufolge kann die Vorrichtung zu niedrigeren Kosten hergestellt werden.
Nach der Regeneration kann sich das Material wieder setzen, ehe der Filter gestartet wird, so dass das Material nicht zu den Gitteröffnungen gezogen wird und diese blockiert. Die 3 zeigt eine unter Druck arbeitende Tiefenfiltervorrichtung 52 zur Behandlung von Flüssigkeit, wie z. B. eine Deionisierungsanlage, in der einer geschlossener Druckbehälter 54 ein Materialbett 56 enthält, das auf einem Gitter 58 oberhalb eines zentrales Auslasses 60 ruht. Flüssigkeit wird unter Druck durch einen Einlass 62 in das Behälterinnere geleitet.
Wie zuvor auch wird ein ringförmiger Abscheider 64 zentral im Behälter 54 über dem Materialbett 56 durch eine Reihe von Streben 66 sowie einem Auslassrohr 68 fest gehalten.
Wie zuvor auch hat eine Rührvorrichtung 70 einen Rotorflügel 72, der von einer Antriebseinheit 74 und einer Welle 76 angetrieben wird.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Rotorflügel 72 einen größeren Durchmesser und befindet sich unter dem Abscheider 64, um ein Rühren zu ermöglichen, das ausreicht, um mit Hilfe des einzigen Rotorflügels 72 einen Schlamm zu bilden.
Ein Hilfsmotor 80, der aus einem Satz von vier vierkantigen Flügeln besteht, die jeweils einen äußeren Flügelabschnitt 82 haben, ist mit seinen Flügelkanten nahe neben der Oberfläche des inneren zylindrischen Siebs 78 des Abscheiders 64 angeordnet. Die Flügelkanten 82 streichen über die Fläche direkt innerhalb der Oberfläche des Siebs 78, um eine Turbulenz und einen tangentialen Fluss zu erzeugen, der dazu führt, dass jegliche Körnchen, die in die Sieböffnungen gezogen werden, abgelöst werden und dadurch die Öffnungen im Sieb 78 frei von Materialkörnchen gehalten werden, wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung 52 zur Behandlung von Flüssigkeit kann ein System zur Wasserbehandlung mittels Filterung und/oder Entsalzung oder Deionisierung umfassen, wie dies oben beschrieben wurde.

Claims

Vorrichtung (10, 52) zur Behandlung von Flüssigkeit, umfassend: einen Behälter (12, 54) mit einem Raum, der geeignet ist, die zu behandelnde Flüssigkeit aufzunehmen, einen Einlass (22, 62), um die zu filternde Flüssigkeit in den Behälter (12, 54) zu leiten, eine Masse aus Granulat, die in der Flüssigkeitsbehandlung verwendet wird und in dem Behälterraum angeordnet ist, wobei das Granulat aus Körnchen einer vorbestimmten minimalen Größe besteht, einen Auslass (18, 60), der die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter (12, 54) erlaubt, einen ringförmigen Abscheider (36, 64), der mit einer Oberfläche (42, 78) ausgebildet ist, in der Durchflussöffnungen ausgebildet sind, die kleiner sind als die Körnchen des Granulats, Auslassmittel (P), um Flüssigkeit im Behälterraum durch die Durchflussöffnungen des Abscheiders und durch den Auslass (18, 60) abzuziehen, und mindestens ein Rührelement (46A, 72), um während des Abziehens der Flüssigkeit eine Feinverteilung des Granulats in der Flüssigkeit aufrechtzuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider (36, 64) in dem Behälter (12, 54) fest montiert ist, und ein Rotor (46B, 80) vorgesehen ist, um auf der Oberfläche des Abscheiders (42, 78) einen örtlich begrenzten Flüssigkeitsstrom zu schaffen, wobei der Rotor (46B, 80) einen Abschnitt (76) hat, der zur Oberfläche des befestigten Abscheiders (42, 78) eng beabstandet ist und bewegbar ist, um an der Oberfläche des Abscheiders (42, 78) einen turbulenten Flüssigkeitsstrom zu erzeugen, der ausreichend stark ist, um die auf die Oberfläche des befestigten Abscheiders (42, 78) gezogenen Körner abzulösen, wodurch die Durchflussöffnungen in dem Abscheider (36, 64) frei von den Körnern gehalten werden.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Rührelement (46A, 72) in dem Behälter (12, 54) einen Rührflügel umfasst, der von einem Antriebsmittel (26, 74) angetrieben wird, um die Flüssigkeit mechanisch zu rühren, um darin das Granulat zu verteilen.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 2, wobei ein Granulatfiltermaterialbett, das durch die Granulatmasse gebildet ist, in dem Behälter (12, 54) angeordnet ist und einen Teil des Innenraums in dem Behälter (12, 54) einnimmt, der Auslass (18, 60) einen Strom gefilterter Flüssigkeit aufnimmt, nachdem dieser die Materialschicht durchlaufen hat, das mindestens eine Rührelement (46A, 72) in dem Behälterraum befestigt ist, die Antriebsmittel (26, 74) periodisch betätigt werden, um das Rührelement (46A, 72) zu bewegen, sodass sich das Filtermaterial und die Flüssigkeit im Behälterraum verteilen, um aus der Flüssigkeit und dem Granulatmaterial ein Schlammgemisch zu bilden, der Abscheider (36, 64) ein inneres zylinderförmiges Sieb (42, 78) hat, das die Oberfläche des Abscheiders bildet und in dem die Durchflussöffnungen so ausgebildet sind, dass der Strom des Granulatfiltermaterials durch sie hindurch verhindert wird, wogegen ein Strom gefilterter Feststoffe durch sie hindurch möglich ist, die in der Flüssigkeit durch das Rühren, das durch Bewegen des Rührelements (46A, 72) im Behälter (12, 54) bewirkt wird, verteilt werden, die Auslassmittel (P) Flüssigkeit durch die Durchflussöffnungen des Abscheiders in einen ringförmigen Raum in dem Abscheider (36, 64) und aus dem Behälter (12, 54) abziehen, und der Rotor (46B, 80), zum Erzeugen des örtlich begrenzten Stromes an der Oberfläche des inneren zylinderförmigen Siebs (42, 78), verteiltes Material auf die Sieboberfläche richtet, um Granulatmaterial abzulösen, das während des Abziehens der Flüssigkeit durch die Durchflussöffnungen auf die Durchflussöffnungen gezogen werden.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 3, wobei der Rotor (46B, 80) so befestigt ist, dass er in dem Abscheider (36, 64) gedreht wird, um an dem zylindrischen Sieb (42, 78) eine Turbulenz zu erzeugen, wobei das Antriebsmittel (26, 74) zum Drehen des Rührelements (46A, 72) auch den Rotor (46B, 80) dreht.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 4, wobei das Antriebsmittel (26, 74) ein Mittel umfasst, um das Rührelement (46A, 72) kontinuierlich um eine Mittelachse des Abscheiders (36, 64) zu drehen.
Vorrichtung (10 _; 52) nach Anspruch 4, wobei das Antriebsmittel (26, 74) eine Welle (30, 76) hat, die sich in den Behälterraum nach unten erstreckt, um den Rotor (46B, 80) in dem Abscheider (36, 65) hängend zu halten.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 6, bei der das Rührelement (72) unterhalb des Abscheiders (64) und über dem Filtermaterialbett befestigt ist.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine Rührelement (46A) einen Flügel umfasst, der über dem Rotor (46B) angebracht ist.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 3, wobei der Behälter (12, 54) gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist und während der Flüssigkeitsfilterung unter Druck gesetzt wird.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 3, wobei der Behälter (12, 54) während des Filterns der Flüssigkeit gegenüber der Atmosphäre offen ist.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 3, wobei sich der Rotor (46B, 80) in dem Abscheider (36, 64) dreht, wobei der Außenumfang des Rotors (46B, 80) von der Oberfläche des Abscheiders (42, 78) eng beabstandet ist, um an den Spitzen des Rotors (46B, 80) die turbulente Strömung zu erzeugen.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 2, die ferner eine gemeinsame Welle (30, 76) hat, um den Flügel (46A, 72) und den Rotor (46B, 80) anzutreiben.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 1, wobei die Durchflussöffnungen parallele Schlitze haben, und der Rotor (46B, 80) quer zu den Schlitzen bewegt wird, um die Turbulenz zu erzeugen.
Vorrichtung (10, 52) nach Anspruch 2, wobei der Flügel (46A, 72) in dem Behälter (12, 54) nach unten gerichtet ist, um bei Drehung des Flügels (46A, 72) ein Zirkulieren der Flüssigkeit nach unten in das Filterbett zu verursachen.
Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit unter Verwendung der Vorrichtung (10, 52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Granulatmaterial einer vorbestimmten Größe in der Vorrichtung (10, 52) verwendet wird, umfassend folgende Schritte: Anordnen einer Masse des Granulatmaterials in dem Behälter (12, 54), sodass ein tiefes Filterbett geformt wird, Leiten der Flüssigkeit durch das tiefe Filterbett, um Schmutzstoffe zu entfernen, die in der zu filternden Flüssigkeit suspendiert sind, Sammeln der durch das tiefe Filterbett geleiteten, gefilterten Flüssigkeit und Leiten dieser Flüssigkeit aus dem Behälter (12, 54), um sie zu verwenden, Periodisches Unterbrechen des Filterns der Flüssigkeit, um angesammelte Schmutzstoffe durch einen Reinigungsvorgang von dem Granulatfiltermaterial zu entfernen, wobei der Reinigungsvorgang die folgenden Schritte umfasst: Rühren der Flüssigkeit und des Filtermaterials in dem Behälter (12, 54), um aus der Flüssigkeit und den verteilten Filtermaterialkörnchen den Schlamm zu bilden, Zirkulieren des Schlammes über dem die Abscheideroberfläche (42, 78) aufweisenden Abscheider (36, 64), während ein Entweichen des Filtermaterials durch die Durchflussöffnungen verhindert und ein Ausströmen der Flüssigkeit und der Schmutzstoffe durch diese hindurch zugelassen wird, Erzeugen einer turbulenten Strömung der Flüssigkeit an der Oberfläche des Abscheiders (42, 78), indem der Abschnitt (76) des Rotors (46B, 80) bewegt wird, der zur Oberfläche des Abscheiders (42, 78) eng beabstandet ist, während der Abscheider (36, 64) im Behälter (12, 54) ortsfest gehalten wird, um etwaige Granulatmaterialkörnchen abzu lösen, die zu den Öffnungen gezogen werden, indem Körnchen an den Durchflussöffnungen mit anderen Körnchen im Schlamm durch die turbulente Strömung zusammenprallen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Rührens den Schritt des Drehens von einem oder mehreren Rührelementen (46A, 72) in der Flüssigkeit einschließt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Schritte, in denen das Rührelement (46A, 72) gedreht und die turbulente Strömung an der Oberfläche des Abscheiders (42, 78) erzeugt wird, gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Bildens des Schlammes den Schritt des mechanischen Rührens des Gemisches einschließt, indem das Rührelement (46A, 72) in der Flüssigkeit bewegt wird, um deren vertikale Zirkulation einzustellen.