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Verfahren und Vorrichtung zur Spülung von Filtern
Zur Filterung wässeriger,
Schlamm- oder Schwebestoffe enthaltender Flüssigkeiten werden hauptsächlich rückspülbare
Kiesfilter verwendet. Derartige Einrichtungen zeigen nach kurzer Zeit einen Abfall
in ihrer Wirkung und Durchsatzleistung. Innerhalb des Filterbettes, das in der Regel
aus Quarzkies, Marmorkies oder künstlichen Filtermassen besteht, treten Schlammnester
oder Verkrustungen auf, die bei den von Zeit zu Zeit vorzunehmenden Filterspülungen
nicht mehr entfernt werden können. Durch derartige Schlammnester und Verkrustungen
wird die wirksame Filterfläche fortlaufend verringert, was den beobachteten Leistungsrückgang
verursacht.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wurden die verschiedensten Wege
begangen. Eingebaute Rührwerke, die beim Zurückspülen der verschlammten Filter in
Tätigkeit gesetzt werben, haben den Nachteil, daß die Filtermittel zermahlen und
zerrieben werden, wobei sehr viel feinkörnige Anteile und Schlamm entstehen, die
den Filterwiderstand erhöhen oder die vom Spülwasser mit weggespült werden, so daß
ein fortgesetzter Verlust eintritt. Bei der Verwendung von Preßluft zur Unterstützung
der Zurückspülung eines verschlammten Kiesfilters fällt diese starke mechanische
Beanspruchung der Filtermasse weg. Die erstrebte Wirkung, Schlammnester und Verkrustungen
wirksam zu beseitigen, wird jedoch nur teilweise erreicht, da die zur Unterstützung
der Spülung eingeleitete Preßluft sich immer den Weg des geringsten Widerstandes
suchen wird, d.h. an den Schlammnestern oder verkrusteten Teilen vorbeistreicht,
ohne diese wirksam anzugreifen.
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Es wurde auch versucht eine gleichmäßige Spülwasserverteilung über
den ganzen Filterquerschnitt und damit eine Beseitigung von Schlammnestern und Verkrustungen
dadurch zu erreichen, daß Düsen
im Filterboden angeordnet wurden,
deren Querschnitt so bemessen wurde, daß sie dem Spülwasser einen entsprechenden
Widerstand boten, der gegenüber dem Filterwiderstand groß ist. Bei starker Verschlammung
des Filters erhöht sich aber der Widerstand in den Schlammnestern derart, daß auch
mit dieser Einrichtung ein einwandfreies Auswaschen der Filtermassen nicht erreicht
werden konnte. Diese Erfahrung führte dazu, die Rückspülung durch Einbau einer sogenannten
Strahlwäsche zu verbessern, die es ermöglicht, die Filtermasse aus der Tiefe des
Filterbettes abzusaugen und mit dem Wasserstrom nach oben zu wirbeln. Die dadurch
erzwungene Reibung der Körner aneinander soll deren Reinwaschung bewirken und das
Auftreten von Verkrustungen verhindern. Derartige Einrichtungen verteuern die Gestehungskosten
des Filters sehr erheblich, bedingen außerdem die Bereithaltung von Druckwasser
und beanspruchen zusätzlich toten Raum. Im praktischen Dauerbetrieb hat sich auch
diese Düsenstrahlwäsche nicht bewährt. Wenn eine Wirkung erreicht werden soll, nimmt
gleichzeitig der mechanische Abrieb des Filterkornes einen derartigen UmFang an,
daß schließlich nur die härtesten Körner neben sehr viel feinkörnigem Schlamm übrigbleiben,
was zur Folge hat, daß der Filterwiderstand sich fortlaufend erhöht und die Filtermasse
häufig erneuert werden muß.
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Diese Nachteile der bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen
werden durch die nachstehend beschriebene Erfindung vermieden.
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Das Wesen des neuen Spül- und Auswaschverfahrens besteht darin, daß
das Spülwasser oder die Spüllösung durch das Filter von unten nach oben in kreisendem
und wirbelndem Strom hindurchgeführt wird. Es werden also besondere Maßnahmen getroffen,
damit das Spülwasser nicht nur in senkrechter Richtung durch das gelockerte Filterbett
hindurchströmt, sondern daß der Wasserstrom bei seinem Eintritt am Boden oder in
der Nähe des Filterbodens eine mehr oder weniger horizontale Richtung erhält und
das Wasser infolgedessen mit drehender Bewegung im Filter hochsteigt. Zur Auflockerung
des Filterbettes kann vor dem Einleiten des kreisenden Spülwasserstromes ein senkrecht
aufsteigender Wasserstrom durch das Filter geschickt werden.
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Unter Umständen kann es im Interesse einer stärkeren Wirbelbewegung
auch günstig sein, beide Arten von Wasserzuführung gleichzeitig anzuwenden.
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Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens können verschiedenartig
sein. Wesentlich ist, daß dem Spülwasser durch entsprechende Anordnung der Eintrittsöffnungen
oder durch Leitflächen eine tangential gerichtete bzw. drehende Bewegung erteilt
wird. In der Zeichnung sind drei Ausführungsformen von geeigneten Einrichtungen
dargestellt, bei welchen immer die Möglichkeit gegeben ist, die Filtermasse zunächst
durch einen senkrechten Wasserstrom aufzulockern und erst dann mit der kreisenden
Spülung einzusetzen.
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In Fig. 1 ist ein Filter iiblicher Bauart mit Behälter I, Kiesbettung
2, Boden 3 und Düsen 4 dargestellt, daß im Sinne der vorliegenden Erfindung ein
Leitwerk 5 eingebaut enthält, welches dem durch Leitung 7 eintretenden Spülwasser
eine rotierende Bewegung erteilt. Eine mögliche Bauweise des Leitwerkes ist aus
Fig. 2 näher ersichtlich. Das Wasser tritt, aus Leitung 7 kommend, in den Verteilerraum
I2, von wo es durch die Leitkanäle I3 in das Filterbett austritt und wegen des angenähert
tangentialen Ausflusses I5 in kreisende Bewegung gerät. Bei der Filterspülung wird
das Spülwasser aus Leitung II zunächst über das Ventil 9, durch die Leitung 8 und
über den Druckausgleichsraum 6 zu den Düsen 4 geführt und dafür gesorgt, daß die
Spülwassermenge ausreicht, die Filterfüllung zum Aufschwemmen zu bringen. Wenn dieser
Zustand erreicht ist, wird das Spülwasser durch Öffnen des Ventils 10 durch die
Leitung 7 über das Leitwerk 5 geführt, wonach das Ventil 9 gewünschtenfalls geschlossen
werden kann. Durch die gleichsinnig gebogenen Leitkanäle wird erreicht, daß das
gesamte, durch das Filter fließende Spülwasser in eine aufwärts gerichtete Drehbewegung
versetzt wird. In der Filtermasse vorhandene Schlammnester, die bei rein senkrechter
Wasserbewegung wegen des dem Spülwasser entgegenstehenden Widerstandes nicht oder
nur teilweise angegriffen werden, werden nunmehr durch die rotierende, wirbelnde
Aufwärtsbewegung des Spülwassers seitlich erfaßt, wobei zusammen mit dem Wasser
der nicht verkrustete Teil des Kieses reibend an die Ränder von Schlammnestern herangeführt
wird und diese nach und nach, Korn für Korn, abbaut.
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Eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Vorrichtung ist
in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Hier sind zwei getrennte Spülsysteme vorgesehen.
Das Spülsystem I6 mit Düsen I7 besitzt eine beliebige Bauart, während das Spülsystem
I8 Düsen 19 enthält, die das Wasser gleichsinnig seitlich austreten lassen, wie
dies aus dem Grundriß-Bild (rechte Hälfte) hervorgeht. Durch das Spülsystem I6 soll
das Spülwasser im allgemeinen in einem senkrechten, nach oben gerichteten Fuß austreten,
während durch das Düsensystem I8 dem Spülwasser die gewünschte Dreh-und Wirbelbewegung
erteilt wird, wodurch die Auflösung von Schlammnestern und der Abbau von etwaigen
Verkrustungen gewährleistet wird.
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In Fig. 5 ist eine Sonderspüldüse dargestellt, welche es ermöglicht,
die Wirkung der beiden Düsensysteme I6 und I8 nach Fig. 4 mit einem einzigen Düsenboden
zu erreichen, der solche Spezialdüsen, zweckmäßig in gleichmäßiger Verteilung über
die Bodenfläche, enthält.
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Die einzelnen Düsen, und damit auch das Düsensystem, üben in Abhängigkeit
vom Spülwasserzufluß nacheinander verschiedene Funktionen aus. Im Ruhezustand befindet
sich die Kugel 22 am Boden des kugelähnlichen Hohlraumes der Düse. Wird das Spülwasser
durch den Stutzen 20 eingeleitet, so wird durch den Wasserdruck aus der Zuflußöffnung
21 die Kugel seitlich verschoben und verschließt die Öffnung 26, so daß das Spülwasser
in der Hauptsache durch den Kanal 24 und dann durch die Schlitze 25 im Kopf der
Düse austritt. Nach Erreichen einer entsprechenden Spülwassergeschwindigkeit wird
die Filtermasse zum Aufschwimmen gebracht. Wird dann der Spülwasserzufluß verstärkt,
so wird durch den stärkeren Zufluß über Öffnung 23 die Kugel in die Höhe gehoben
und verschließt den Durchflußkanal 24, so daß das Wasser
nur noch
durch die einzige, gegebenenfalls annähernd tangential zum Hohlraum gerichtete seitliche
Öffnung 26 austreten kann. Dadurch ergibt sich eine drehende und wirbelnde Bewegung
des Spülwassers im Filter und damit die gründliche Auswaschung und Entfernung von
Schlammnestern und etwaigen Verkrustungen.