NO177377B - Fremgangsmåte ved filtrering og filteranordning for å fjerne forurensninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved filtrering av forurensninger fra en strøm av væske, omfattende at en siktanordning anbringes inne i en beholder som væske kan strømme gjennom, slik at siktanordningen inndeler beholderen i et øvre og nedre kammer, og er utformet slik at den danner en midtre topp samt har et overflateareal som utgjør en vesentlig andel av tverrsnittsarealet til beholderen, at et filtermedium anbringes inne i beholderen, oppstrøms for siktanordningen, slik at det delvis fyller det øvre kammeret, idet filtermediet består av flere separate biter av filtermateriale som hovedsakelig ikke kan passere gjennom siktanordningen, og idet beholderen tilføres en strøm av forurenset væske som strømmer inn i det øvre kammeret i beholderen, over filtermediet, gjennom mediet, gjennom siktanordningen og ut gjennom et utløp, mens forurensninger avsettes på mediet, idet tilførselen utføres inntil forurensningene som avsettes på filtermediet bevirker et trykkfall som er betydelig større enn trykkfallet i begynnelsen, og at mediet renses for det meste av de avsatte forurensninger, idet rensingen utføres mens mediet befinner seg i det øvre kammeret i beholderen.

Oppfinnelsen angår dessuten en filteranordning for å fjerne forurensninger fra en væske som strømmer gjennom anordningen, omfattende en beholder som har et innløp for å danne en strøm av forurenset væske inn i en ende samt et utløp, gjennom hvilket filtrert væske kan strømme ut av beholderen, en sikt inne i beholderen, nær utløpet, som inndeler beholderen i et øvre og et nedre kammer, en mengde partikkelformet filtermedium i det øvre kammeret, for filtrering ved at forurensninger oppfanges av filtermediet og filtrert væske strømmer ut gjennom sikten, det nedre kammeret og utløpet, og en renseinnretning for intermittent drift, for å bevirke at hovedsakelig all væsken og mediet i det øvre kammeret omrøres kraftig og strømmer i en toroidformet bane, idet renseinnretningen omfatter en pumpe som har et sugeinnløp inne i det øvre kammeret, over mediet og i avstand fra et pumpeutløp i det øvre kammeret, og midler for å fjerne væske som inneholder forurensninger som er fjernet fra mediet fra det øvre kammeret, mens det tilføres forholdsvis uforurenset væske til kammeret inntil det meste av de suspenderte forurensninger er fjernet fra kammeret.

Det vises til US-patent 4.496.464 og til den teknikk som er anført i dette. Skriftet beskriver en filteranordning som omfatter en beholder som inneholder et filtermedium anordnet slik at filtermediet kan renses eller fornyes inne i beholderen. Dette eliminerer de kostbare tilleggsbeholdere som tidligere ble ansett nødvendige for rensing eller fornyelse av filtermedier. Andre kjente filteranordninger omfatter overføring av mediet til en sekundær beholder der mediet renses og deretter føres tilbake til den primære beholder.

Det nevnte US-patent angir at filtermediet må understøttes på en første sikt og at rensevirkningen skjer i forbindelse med en annen siktanordning, idet den annen siktanordning befinner seg ved toppen av et toroidformet strømningsmønster som inntreffer under rensingen. Det toroidformede strømningsmønster dannes av en pumpeanordning som har et sugeinnløp og et utløp anordnet slik i forhold til hverandre og til den annen siktanordning at det dannes en strøm gjennom den annen siktanordning slik at forurensninger drives ut av mediet og overføres til vannet, hvoretter vannet og forurensningene drives gjennom den annen siktanordning og bort fra beholderen, og etterlater det rensede medium inne i beholderen.

I henhold til det nevnte patent benyttes det således to siktanordninger, og den øvre siktanordningen har et forholdsvist lite areal. Det skjer dessuten ingen effektiv fluidisering av filtermediet over den nedre siktanordningen, etter som denne slipper filtermediet gjennom i mellomrom mellom rør som siktanordningen består av.

Den foreliggende oppfinnelse utgjør en forbedring i forhold til den teknikk som fremgår av det nevnte patent.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at rensingen utføres i følgende trinn: a) at sugesiden til en pumpe settes i kommunikasjon med væsken som inneholdes i beholderen, idet b) utløpet til pumpen inne i beholderen befinner seg i avstand fra pumpeinnsuget og er rettet mot toppen av sikten, c) at væske som inneholdes i beholderen settes i strømning inn i pumpeinnsuget, gjennom pumpeutløpet, i en strømnings-mengde som bevirker at hovedsakelig all væsken og mediet omrøres med stor kraft, og strømmer i en toroidformet bane, for derved å rense mediet mens mediet inneholdes i det øvre kammeret og bevirke at det meste av forurensningene overføres fra mediet til væsken, d) væsken som inneholder forurensningene slippes ut fra det øvre kammeret gjennom siktanordningen og beholderens utløp, mens forholdsvis uforurenset væske strømmer inn i det øvre kammeret i beholderen inntil det meste av de suspenderte forurensninger er fjernet fra beholderen, og e) at strømningshastigheten minskes til en verdi som muliggjør at mediet kan synke og danne en filterseng, og

f) at forurenset væske på nytt tilføres.

Filteranordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved

at sikten er utformet slik at den har en midtre topp,

at pumpeutløpet er rettet mot toppen, og at midlene for å fjerne væske med forurensninger er innrettet til å lede væsken fra det øvre kammeret gjennom sikten og beholderens utløp.

Et filter dannet i samsvar med denne oppfinnelse er enkelt i sin utformning, billig og effektivt i bruk. Filteret i henhold til oppfinnelsen er utformet for filtrering av skittent vann som inneholder primært faste stoffer og en lav konsentrasjon av olje, f. eks. vann fra innsjøer, sjøvann o. s . v..

Under filtreringsoperasjonen strømmer forurenset væske inn i beholderen, gjennom mediet, gjennom siktanordningen som under-støtter mediet og bort fra beholderen, mens forurensningene avsettes på mediet.

Mediet utsettes periodisk for en operasjon der det rengjøres hver gang de oppsamlede forurensninger har nådd en mengde som øker trykkfallet gjennom filterbeholderen til en uakseptabel og forut bestemt verdi. Rengjøringstrinnet skjer med et strømningssystem som utfører funksjonene fluidisering, utløp, synking og normalisering.

Fluidiseringstrinnet utføres ved å anordne et pumpeinnløp og -utløp inne i beholderen på en slik måte at det dannes en toroidformet strømningsbane, idet siktanordningen befinner seg i strømningsmønsteret slik at strømmen må skje gjennom denne. Fluidiseringstrinnet driver forurensningene ut fra filtermediet ved å overføre forurensningene til rensevannet. Dette muliggjør at det etterfølgende utløpstrinnet effektivt kan fjerne det forurensede vann, mens det skjer tilførsel inn i beholderen.

Beholderen lukkes deretter i et tilstrekkelig tidsrom til å muliggjøre at det rensede medium kan synke ned i en filterseng, og deretter utføres et normaliseringstrinn slik at ikke noe forurenset vann befinner seg i filterbeholderen. Filtreringen gjenopptas deretter inntil trykkfallet igjen øker til en uakseptabel verdi.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempler, illustrert på de vedføyde tegninger. Fig. 1 er et delvis skjematisk oppriss vist delvis i snitt, av en filteranordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er en sideprojeksjon, delvis i snitt, av en annen utførelse av en filteranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser et utsnitt sett i perspektiv, som viser detaljer ved en del av en filteranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4, 5 og 7 viser i perspektiv utsnitt og detaljer som viser flere forskjellige utførelser av filteranordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 6 viser i større målestokk et utsnitt av en detalj i en del av anordningen vist i fig. 1, 5 og 7, som antydet med tallet 6 i fig. 3. Fig. 8-12 viser delvis skjematisk snitt som viser for skjellige trinn ved bruken av filteranordningen i henhold til oppfinnelsen.

I figurene, og særlig i fig. 1, er det vist en filteranordning 10 laget i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Anordningen 10 omfatter en beholder 12 som danner et rom 14. Rommet 14 er inndelt i et nedre kammer 16 og et øvre kammer 18. En pumpeanordning 20 som kan være av mange forskjellige utførelser, omfatter en holder 22, i hvilken pumpen 20 er opphengt fra en lukeanordning 24 som befinner seg på den øvre enden av beholderen.

Pumpen 20 omfatter et sugeinnløp 26 og et pumpeutløp 28. Dysen har en munning 30. Munningen 30 av pumpeutløpet er vist i avstand over og vinkelrett i forhold til en fyllelinje 19 for filtermedium, men munningen kan også befinne seg i andre høyder i forhold til fyllelinjen 19.

Pilene 32 antyder et toroidformet strømningsmønster, med pumpeutløpet 28 beliggende i midten av toroiden. Det toroidformede strømningsmønster oppstår ved fluidstrøm inn i sugeinnløpet 26 og fluidstrøm fra munningen 30.

En siktanordning 34 som kan være av mange forskjellige ut-førelser befinner seg i det nedre kammer 16. Den nedre, rundtgående omkretskant av sikten 34 ender i fastgjort tilstand i forhold til en festeflens 36. Sikten 34 omfatter en spiss 38 som er aksialt innrettet etter pumpeutløpet 28 og sugeinnløpet 26. Sikten 34 er laget av flere separate elementer 40 som er fremstilt med trekantet form og har nabosider 42, 44, en bunn 46 og en felles spiss 38. Sidene 42, 44 er festet til hverandre mens bunnen 46 er festet til flensen 36. Flensen 3 6 understøttes ved hjelp av den viste nedre flens 48 som er festet til beholderen 12.

Sikten 34 avgrenser et filtratkammer 50 i det nedre kammer 16, som gir rikelig plass for filter-"sengen" slik som antydet med fyllelinjen 19. Dette arrangement gir også rikelig plass i det øvre kammer 18 for skittent vann. Som vist i fig. 1 er filter-"sengen" i ferd med å bli renset, og er derfor blitt fluidisert og strømmer i en toroidformet strømningsbane.

En utløpsventil 52 er forbundet med en passende avløpsanord-ning for utslipp av skittent vann, unntatt i de tilfeller for-urensningen er av verdi, idet ventilen 52 i så fall er tilkoblet midler for oppsamling og lagring.

Ventilen 51 fjerner kompressibelt fluid fra den øverste enden av det øvre kammer 18.

Et vanninnløp 54 er tilkoblet for at beholderen skal kunne motta den forurensede væsken som må filtreres. En filtrat-ventil 58 er tilkoblet for å danne en strømningsbane for det rene, filtrerte vannet. En ventil 60 utgjør et passende middel for å fjerne alt filtermedium fra rommet 14 når det er ønskelig å fornye filtermediet. Filtratkammeret 50 er tilkoblet et rør 55, som i sin tur er tilkoblet et T-stykke som holder ventilene 52 og 58.

Et datastyrt styrepanel 62 sender passende signaler langs ledninger 63 og 64 for å aktivere ventilene 52, 54 og 58, og for å styre driften av pumpen 20 på en logisk, forut bestemt måte. Henvisningstallene 55, 57 og 59 angir en styreanordning for å aktivere ventilene 54, 52 og 58.

Henvisningstallet 66 angir energitilførsel til styrepanelet 62.

I den utførelse av oppfinnelsen som er vist i fig. 2 er det nedsunkne filtermediet vist understøttet inne i det nedre kammer 16, idet sikten 134 skiller mediet fra filtratkammeret 50, og filtermediet skiller væsken som inneholdes i det øvre kammer 18 fra sikten 134.

Pumpen 20' befinner seg utvendig på beholderen og omfatter sugeinnløp 26, 26', som er symmetrisk fordelt inne i den øvre enden av beholderen og er innrettet etter den toroidformede strømningsbanen 32 i fig. 1. Pumpeutløpet 28 rager aksialt nedover gjennom hullet 24 og ender i en munning 30 i nærheten av fyllelinjen 19. Filtratet kommer ut ved 55 og til ventilene 52, 58 (ikke vist). Fig. 3, 4, 5 og 7 viser forskjellige utformninger av sikten 34 i fig. 1. I fig. 1 og 3 er siktene ganske like. I fig. 4 er sikten en avkortet pyramide som har sider 140, og pyramiden har en akse 38. Fig. 7 viser filteret i fig. 5 opp-ned. I fig. 5 og 7 er den halvkuleformede filteranordningen laget av de viste segmenter 240 og 340. Fig. 6 er en forstørret, detaljert avbildning som viser kon-struksjonen av sikten 34. Sikten i fig. 6 er dannet av elementer med kileform som går over i en plate, laget av 3,2 mm tykke staver som er anbragt slik at det er dannet en 0,38 mm sliss mellom nabostaver. Denne type konstruksjon er handelsvare og kalles en sikt av kiletypen. Fig. 8 til 12 viser driften av anordningen vist i fig. 1 og 2.

Utstyret for anordningen er minsket mest mulig for å holde om-kostningene til et minimum og å gjøre anordningen minst mulig komplisert.

Filteret benytter en mye mer effektiv teknikk sammenlignet med et sandfilter. Fornyelse av "sengen" krever mindre tid, 20 minutter eller mindre, og bevirker et mye mindre utslippsvolum av avfall enn et sammenlignbart sandfilter.

Filtrering og rensing:

Som vist i fig. 8 pumpes skittent vann av en tilførselspumpe (ikke vist) fra forrådet for skittent vann gjennom innløps-røret 54 nær toppen av beholderen 12. Vannet strømmer ned gjennom "sengen" av medium, deretter ut gjennom den koniske trådsikten 34 ved bunnen, der faste stoffer holdes igjen og forblir i "sengen" av medium, og det rene vannet strømmer ut nedover gjennom utløpsventilen 58 for rent vann. Filtrerings-forløpet vil styres av en "timer" som kan innstilles for å tilpasses forskjellige typer forurensninger i vannet. Dersom vannet er mye mere forurenset enn brønnvann må filtrerings-perioden ha mye kortere varighet, og "sengen" av medium må fornyes oftere. Dersom vannet inneholder små mengder faste stoffer kan filtreringstiden forlenges, fordi fornyelse og utslipp ikke er nødvendig fullt så ofte.

Som vist i fig. 9, når tiden for filtreringen er utløpt, eller når trykkfallet gjennom "sengen" har øket utillatelig, vil ventilen 58 (utløpet for rent vann) stenge og ikke noe mere skittent vann vil komme inn i beholderen gjennom innløpsrøret. Fluidiseringspumpen 2 0 vil starte og begynne å drive vannet og mediet opp gjennom toppen av seg ved suging. Vannet og mediet vil strømme ned gjennom pumpeutløpet 28 og tilbake inn i beholderen, slik som vist ved 32 i fig. 1. Ved å lede vannet ned gjennom midten av beholderen vil det ledes inn i den koniske sikten og strømme nedover langs sidene av denne og deretter treffe siden av beholderen og deretter strømme tilbake opp til pumpeinniøpet. Denne strøm vil danne det som er kjent som en toroidformet strømningsbane. Fluidiseringen vil vare i 15 sekunder, for å sikre at "sengen" er formet til en toroide for blanding.

I fig. 10, etter at "sengen" er blitt fluidisert, vil utløps-ventilen 52 (i fig. 1) åpnes, og pumpen 20 vil fortsatt være i drift for kontinuerlig å blande og rense "sengen". Den koniske sikten som tidligere tjente til å understøtte mediet under filtreringen vil nå få en ny oppgave med rense mediet. Den koniske sikten vil nå virke som en separator. Den vil holde tilbake mediet, men de uønskede faste stoffer, skitt og andre forurensninger vil bli skyllet gjennom siktåpningene, ned gjennom utløpsventilen 52 (i fig. 1), og transporteres til utløpet (tilbakespyling). Utløpstiden vil bare være 12 minutter under normale vannfiltreringsforhold.

I fig. 11, etter at utstrømningen er fullført, vil utløps-ventilen 52 (i fig. 1) stenge, og fluidiseringspumpen vil stanse. Dette muliggjør at mediet kan falle tilbake til og rundt den koniske sikten, for å danne en fornyet "seng". Tiden som tillates for synkingen er omtrent ett minutt.

I fig. 12, etter at "sengen" har sunket, vil filterstyringen 62 (i fig. 1) omstille anordningen til et forfiltrerings-eller normaliseringstrinn. Dette oppnås ved å åpne utløps-ventilen 52 (i fig. 1) for at mere vann og faste stoffer kan strømme ut gjennom utløpsventilen og derved forberede "sengen" for en ny filtreringssyklus. Ved slutten av dette normaliseringstrinn vil ventilen 58 åpne og muliggjøre at rent vann kan transporteres til hvor som helst det trenges etter at filtreringen er begynt igjen, hvoretter ventilen 52 vil bli stengt.

Styrepanelet 62 kan være en datamaskin som er programmert for å omstille de variable i systemet for å oppnå forskjellige

Claims (11)

1. typer av drift i samsvar med det ønskede program som er valgt for en bestemt filteroperasjon. På den annen side kan styrepanelet 62 være utstyrt med en tidsstyrt kamanordning som vil styre det ovenfor nevnte filtreringsforløp. Tidsstyringen vil styre åpning og lukking av de to ventiler 52 og 58, og pumpen vil startes og stanses av panelet. Det filtermedium som benyttes kan være knust hickorynøtteskall for å oppnå tett sammenpakking for effektiv filtrering. Skall av engelsk valnøtt kan tilsettes for en noe løsere sammenpakking og for å forbedre brukstiden til mediet og slitasjen på beholderen. Det er også mulig å benytte hvilken som helst blanding av de følgende materialer: knuste valnøttskall, knuste pekanskall og knuste aprikoskjerner. Det henvises til US-patent 4.496.464 når det gjelder pumpeeffekten, beholderens diameter og lengde samt den mengde filtermedium en typisk filterinstallasjon kan kreve. PATENTKRAV 1. Fremgangsmåte ved filtrering av forurensninger fra en strøm av væske, omfattende at en siktanordning anbringes inne i en beholder som væske kan strømme gjennom, slik at siktanordningen inndeler beholderen i et øvre og nedre kammer, og er utformet slik at den danner en midtre topp samt har et overflateareal som utgjør en vesentlig andel av tverrsnittsarealet til beholderen, at et filtermedium anbringes inne i beholderen, oppstrøms for siktanordningen, slik at det delvis fyller det øvre kammeret, idet filtermediet består av flere separate biter av filtermateriale som hovedsakelig ikke kan passere gjennom siktanordningen, og idet beholderen tilføres en strøm av forurenset væske som strømmer inn i det øvre kammeret i beholderen, over filtermediet, gjennom mediet, gjennom siktanordningen og ut gjennom et utløp, mens forurensninger avsettes på mediet, idet

   tilførselen utføres inntil forurensningene som avsettes på filtermediet bevirker et trykkfall som er betydelig større enn trykkfallet i begynnelsen, og at mediet renses for det meste av de avsatte forurensninger, idet rensingen utføres mens mediet befinner seg i det øvre kammeret i beholderen, karakterisert ved at rensingen utføres i følgende trinn: a) at sugesiden til en pumpe settes i kommunikasjon med væsken som inneholdes i beholderen, idet b) utløpet til pumpen inne i beholderen befinner seg i avstand fra pumpeinnsuget og er rettet mot toppen av sikten, c) at væske som inneholdes i beholderen settes i strømning inn i pumpeinnsuget, gjennom pumpeutløpet, i en strømnings-mengde som bevirker at hovedsakelig all væsken og mediet omrøres med stor kraft, og strømmer i en toroidformet bane, for derved å rense mediet mens mediet inneholdes i det øvre kammeret og bevirke at det meste av forurensningene overføres fra mediet til væsken, d) væsken som inneholder forurensningene slippes ut fra det øvre kammeret gjennom siktanordningen og beholderens utløp, mens forholdsvis uforurenset væske strømmer inn i det øvre kammeret i beholderen inntil det meste av de suspenderte forurensninger er fjernet fra beholderen, og e) at strømningshastigheten minskes til en verdi som muliggjør at mediet kan synke og danne en filterseng, og f) at forurenset væske på nytt tilføres.
2. 2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at pumpeutløpet anbringes slik at det er rettet langs lengdeaksen til beholderen.
3. 3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,

   karakterisert ved at det benyttes en siktanordning med form som en mangekant som har en spiss topp som ligger langs den midtre aksen til beholderen.
4. 4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at det som filtermedium benyttes pekanskall.
5. 5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at det som filtermedium benyttes en blanding av i det minste 10% valnøttskall og i det minste 50% pekanskall.
6. 6. Filteranordning for å fjerne forurensninger fra en væske som strømmer gjennom anordningen, omfattende en beholder (12) som har et innløp (54) for å danne en strøm av forurenset væske inn i en ende samt et utløp (55), gjennom hvilket filtrert væske kan strømme ut av beholderen, en sikt (34; 134; 234; 334) inne i beholderen, nær utløpet (55), som inndeler beholderen i et øvre og et nedre kammer (18, 16), en mengde partikkelformet filtermedium i det øvre kammeret, for filtrering ved at forurensninger oppfanges av filtermediet og filtrert væske strømmer ut gjennom sikten, det nedre kammeret og utløpet, og en renseinnretning (20 - 30) for intermittent drift, for å bevirke at hovedsakelig all væsken og mediet i det øvre kammeret (18) omrøres kraftig og strømmer i en toroidformet bane, idet renseinnretningen omfatter en pumpe (20) som har et sugeinnløp (26) inne i det øvre kammeret (18), over mediet og i avstand fra et pumpeutløp (28) i det øvre kammeret, og midler for å fjerne væske som inneholder forurensninger som er fjernet fra mediet fra det øvre kammeret (18), mens det tilføres forholdsvis uforurenset væske til kammeret inntil det meste av de suspenderte forurensninger er fjernet fra kammeret,karakterisert ved at sikten (34; 134; 234; 334) er utformet slik at den har en midtre topp (38; 138), at pumpeutløpet (28) er rettet mot toppen, og at midlene (52) for å fjerne væske med forurensninger er innrettet til å lede væsken fra det øvre kammeret (18) gjennom sikten (34; 134; 234; 334) og beholderens utløp (55).
7. 7. Filteranordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at toppen (38; 138) til sikten ligger langs en midtre, langsgående akse i beholderen (12) .
8. 8. Filteranordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at sikten (34; 234) har form som en pyramide.
9. 9. Filteranordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at sikten (134; 334) har form som en halvkule.
10. 10. Filteranordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at filtermediet omfatter knuste pekanskall.
11. 11. Filteranordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at filtermediet omfatter en blanding med i det minste 10% valnøttskall og i det minste 50% pekanskall.