DE2136877C3 - Filteranordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und im wesentlichen aus der DE-PS 7 00 832 bekannten Art.

Filteranordnungen gemäß der DE-PS 7 00 832 arbeiten mit mehreren hintereinander senkrecht angeordneten Filterschichten in der Weise, daß zum Reinigen von faserhaltigem Abwasser und gleichzeitiger Rückgewinnung der im Abwasser befindlichen Faser- und Füllstoffe, insbesondere in der Papier-, Zellstoff-, Holzstoff- und Pappenindustrie, als Filtermasse der bei der Herstellung zur Verarbeitung kommende Rohstoff, z. B. Holzstoff, Zellstoff oder dergleichen Verwendung findet. Die im wesentlichen waagerecht durchströmten Filterkammern werden von fest eingebauten oder einsetzbaren, auf dem größten Teil ihrer Flächenausdehnung mit kleinen Durchtrittsöffnungen versehenen Wänden gebildet in der Weise, daß die mit der Filtermasse gefüllten Kammern nach oben offen sind und sich trichterförmig erweiternd über den die Kammern enthaltenden Behälter hinausragen, wobei innerhalb jeder Filterkammer an tiefster Stelle ein verschiebbarer Filterkammerboden, bestehend aus einer muldenförmigen oder ähnlichen, auf einem Fahrwerk gelagerten Auflage, vorgesehen ist und als Auflager für die in die Kammer eingebrachte Filtermasse dient, und wobei ferner die zwischen sowie vor und hinter den Filterkammern liegenden Abwasserzu- und Ablaufkammern unterhalb der Filterunterkante als konische Behälter ausgebildet sind, in denep. die absinkenden Stoffe vorübergehend Aufnahme finden. In der Einleitung der DE-PS 7 00 832 werden Filteranlagen für Fluß- bzw. Quellwasser erwähnt, die aus einer Anzahl von hintereinander angeordneten Filtern, gebildet aus zwei durchlässigen Wänden mit zwischen ihnen liegender Filtermasse, bestehen, die nacheinander von dem zu reinigenden Wasser durchströmt werden. Diese Filter sind kastenförmig ausgebildet; die Filtermasse, für die Kies verwendet wird, ist durch Gewichte belastet

Aus der DE-OS 19 18 682 ist eine Filteranlage bekannt, bei der Sand als Filtermaterial in Form eines Sandbettes verwendet wird. An sich ist es üblich, in Anlehnung an die Natur Sanubetten bestimmter Höhe für Filteranlagen vorzusehen. Um die Filter effektiver zu gestplten und die Aufnahmefläche zu vergrößern, ist man hiernach dazu übergegangen, in dem verhältnismäßig hohen Filterbett Schlote aus leichter durchlässigem Material vorzusehen, die von der Eingangsseite, d. h. im allgemeinen von oben in das Filterbett hineinführen.

Die DE-AS 12 14 200 zeigt eine rückspülbare Filtriera.ilage mit auf einem Siebboden aufgeschichtetem Filterbett aus körnigem Material in einer Füterkammer mit einem darüber angeordneten, oben offenen, mit konstantem Spiegel während der Filtrationsperiode arbeitenden Filtratspeicherraum für die Rückspülung, mit einem Einlaßrohr, das von der Zuführung für die zu filternde Flüssigkeit zum oberen Abschnitt der Füterkammer führt, mit einem Auslaßrohr, das vom unteren Abschnitt der Füterkammer abgeht und von dem unterhalb des oberen Randes des Filtratspeicherraumes die Leitung abgeführt ist, die zu einer Verbraucherstelle führt, und mit einer Rohrleitung, welche die Auslaßkammer mit dem unteren Abschnitt des Filtratspeicherraumes verbindet, wobei eine Rückspülleitung kurz über dem Deckel der Filterkammer aus dem Filtratspeicherraum nach außen geführt ist.

Bei der Verwendung von Sand oder dergleichen als Filtermaterial haben die Sandschichten oder Sandbetten eine ganz erhebliche Stärke, die sich entsprechend auf die Durchsatzgeschwindigkeit beim Filtrieren auswirkt. Üblicherweise wird der Sand in solche Filterkammern oder -betten eingespült oder eingeschüttet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Filteranordnungen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß, ohne den Gesamtumfang einer solchen Filteranordnung gegenüber bisher üblichen Anordnungen zu vergrößern, eine größere Durchsatzleistung erzielt wird, indem die Verwendbarkeit und Leistungsfähigkeit von Sand oder dergleichen als Filtermaterial erheblich gesteigert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen. Die Unteransprüche kennzeichnen für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen.

Es ist bisher zwar üblich, Sand oder sandähnliches Material als Filtermaterial zu verwenden. Da derartige Materialien aber verhältnismäßig billig sind, werden sie bislang allgemein so, wie sie anfallen, und ohne zusätzliche Bearbeitung verwendet. Selbstverständlich

ergibt sich bei ausreichender Stärke der Filterbetten auch stets die erforderliche Sicherheit für die Reinheit des Filtrats. Die Erfindung nutzt dagegen die an sich bekannte Tatsache, daß ein Filterkuchen sich im wesentlichen an der Eintrittsseite dar F'terschicht ablagert, und zeigt, daß eine ausreichende Sicherheit auch bei Verwendung von Sand oder dergleichen dann möglich ist, wenn dieses Material, das sich von vornherein als wenig verdichtungsfähig erweist entsprechend verdichtet wird. Dabei wird ein derart verdichtetes Sandmaterial in vergleichsweise sehr dünnen Schichten senkrecht angeordnet verwendet und weist überraschend die Stabilität auf, die für eine Gewinnung der abgefilterten Materialien durch Rückspülung erforderlich ist

Die Erfindung kann angewendet werden für die Behandlung von See- und Flußwasser, Algensuspensionen, chemischen Schlämmen, Haushaltsabwässern, Industrieverfahrenswässern, Industrieabwässern und anderen Strömungsmitteln, einschließlich bestimmter Gasprodukte und nichtwässerigen Flüssigkeiten. Aufgrund der Verwendung des Sandes in verhältnismäßig dünnen Schichten oder Elementen ergibt sich eine große Filterfläche pro Volumeneinheit des Filters.

Die Filteranordnung nach der Erfindung verträgt auch erhebliche und schnell Änderungen in den Durchflußgeschwindigkeiten, ohne daß damit die Güte des Filtrats beeinträchtigt wird. Ein kontinuierlicher Durchfluß ist nicht erforderlich, um entsprechend fein zu filtrieren.

Die Filteranordnung kann aber auch mit konstanter Einlaß-Strömungsgeschwindigkeit arbeiten, so daß die Steuerung vereinfacht wird und das System mit geringen Kosten auf selbsttätigen Arbeitsablauf umgestellt werden kann.

Filteranordnungen nach der Erfindung sind auch geeignet für die Behandlung von Flüssigkeiten, die einen erheblichen bis sehr großen Anteil an Feststoffen haben. Dabei werden mitgeführte Feststoffe mit einer Teilchengröße von 0,5 micron entfernt und die Trübung dauerhaft auf weniger als 1,0 Jackson Trübungs-Einheiten verringert. Die Filtration derartig kleiner Teilchen wird ohne Zusatz von Ausflockungschemikalien oder Vorklärungsmaterialien ausgeführt. Auch kann weitestgehend auf die sonst erforderliche Vorbehandlung verzichtet werden.

Diese Ergebnisse sind zu vergleichen mit sogenannten langsamen Sandfiltern, deren Filterbetten eine Tiefe von 60 cm und mehr aufweisen, jedoch mit einer so langsamen Strömungsgeschwindigkeit pro Oberflächeneinheit arbeiten, daß zu ihrer Einrichtung große Mengen Sand mit einem entsprechenden Umfing der Gesamtanlage erforderlich sind.

Die Durchflußgeschwindigkeiten bei der Filteranlage nach der Erfindung sind allgemein geringer als für bekannte schnelle Sandfilter, die außerdem den Nachteil haben, daß sie bei der Verringerung der Trübung weniger wirksam sind, falls nicht das Strömungsmittel entsprechend mit einem Ausflockungsmittel versetzt worden ist.

Ein weiterer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß das Volumen der jeweils erforderlichen Rückspülflüssigkeit varrieren kann, so daß nur die Menge verwendet wird, die zur Entfernung der abgefilterten Feststoffe von den Filterelementen unbedingt erforderlich ist.. Diese Feststoffe können daher in einer von vornherein konzentrierteren Form mit einem sehr geringen Verlust an abfließender Flüssigkeit gewonnen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 eine schaubildüche Ansicht einer erfindungsgemäßen Filteranordnung mit einem Filtergehäuse, einem Einlaßverteiler zur Einspeisung eines Strömungsmittels in das Filtergehäuse, und einem Rückspül-Standrohr, das über dem Filtergehäuse angeordnet ist wobei diese Kombination zu einer besonders einfachen Betätigungsweise für die enindungsgemäße Filteranordnung führt

Fig.2 einen senkrechten Schnitt im wesentlichen durch die Mitte der Filteranordnung nach F i g. 1,

Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich Fig.2, die im wesentlichen auf die Anordnung der Filterelemente innerhalb des Gehäuses beschränkt ist und ebenso wie Fig.2 zur Veranschaulichung des Strömungsweges für Strömungsmittel dient, die durch die Filteranordnung nach F i g. 1 hindurchgehen,

F i g. 4 eine im wesentlichen der Ansicht nach F i g. 2 entsprechende vereinfachte Darstellung der Filteranordnung zur besseren Veranschaulichung des baukastenartigen Aufbaus,

F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht des Filtergehäuses, von dem einzelne Teile weggebrochen sind, um die Anordnung der Filterelemente innerhalb des Gehäuses zu zeigen,

F i g. 6 eine Teildarstellung zur Veranschaulichung eines Teiles eines Filterelementes zusammen mit Haltemitteln innerhalb des Gehäuses,

F i g. 7 eine auseinandergezogene schaubildliche Darstellung von Teilen zweier verschiedener Filterelemente und der zugehörigen Haltestelle innerhalb des Gehäuses,

F i g. 8 eine Teilansicht einer bevorzugten Abstandsvorrichtung, mit welcher das Teilchenmaterial innerhalb der Filterelemente gehalten wird, während außerdem die Zulauf- und Ablaufkanäle uneingeschränkt bleiben, und

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Abstandsvorrichtung.

Wie insbesondere die F i g. 1 und 2 zeigen, enthält die erfindungsgemäße Filteranordnung eine Filtereinheit 11 mit einer Mehrzahl von Filterelementen 13, siehe F i g. 2. Die Filterelemente 13 sind innerhalb der Filtereinheit 11 senkrecht mit Abständen voneinander angeordnet und werden darin so gehalten daß auf gegenüberliegenden Seiten jedes Filterelementes Zulaufkanäle 14 und Ablaufkanäle 16 gebildet werden.

Ein Zulaufverteiler 17 ist am Boden der Filtereinheit 11 vorgesehen und steht mit jedem Zulaufkanal 14 in im wesentlichen freier Verbindung mittels entsprechender öffnungen 18, die sich im wesentlichen über eine Ausdehnung der Filtereinheit 11 erstrecken, wobei sie dem Boden der Filterelemente 13 benachbart ausgebildet sind. Ein Auslaßverteiler 19 ist am oberen Ende der Filtereinheit vorgesehen und steht in im wesentlichen freier Verbindung mit jedem der Ablaufkanäle 16 mittels Öffnungen 21, die ebenfalls sich im wesentlichen über eine Ausdehnung der Filtereinheit erstrecken und benachbart zu den oberen Enden der Filterelemente 13 ausgebildet sind.

Eine Einlaßleitung 22 steht in Verbindung mit dem Z'ilaufverteiler 17. Eine große Ablaufleitung 23 ist ebenfalls in Verbindung mit dem Zulaufverteiler 17 und wird während des Rückspulens der Filterelemente in einer noch zu beschreibenden Weise benutzt. Eine Auslaßleitung 24 ist in Verbindung mit dem Auslaßver-

teiler 19 und dient zum Abzug des Filtrats oder der Ablauf flüssigkeit aus der Filtereinheit.

Die Filterelmente können durch verschiedene übliche Verfahren gespült oder gereinigt werden, z. B. durch Pumpen, Verwendung von unter Druck stehenden ·-, Behältern, Oberflächen-Waschung, Luftwaschung oder eine Kombination dieser Verfahren. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtereinheit, siehe F i g. 1 und 2, weist ein Rückspülstandrohr 26 auf, das als senkrechte Verlängerung des Auslaßverteilers ι ο ausgebildet ist und ein schnelles Rückspülen der Filterelemente unter dem Einfluß der Schwere ermöglicht. Auf Grund dieser Anordnung wird ein zu filterndes Strömungsmittel in den Zulaufverteiler 17 eingespeist und geht dann aufwärts und durch die Filterelemente hindurch zum Auslaßverieiler 19. Ein Teil des Strömungsmittels, das in den Auslaßverteiler gelangt, wird innerhalb des Standrohres 26 zurückgehalten und ist unmittelbar zum Rückspülen der Filterelemente verfügbar.

Es hat sich als erstrebenswert herausgestellt, jeden Filtervorgang so lange fortzuführen, bis ein Druckunterschied von 1,4 kg/cm²) sich über die Elemente 13 ausbildet. Dieser Unterschied kann zwischen dem Zulaufverteilcr 17 und dem Auslaßverteiler 19 gemessen werden wobei der übliche Strömungsdruck, der über die Höhe der Elemente 13 vorhanden ist, berücksichtigt werden muß. Das Filter wird dann schnell gespült oder gereinigt, um einen neuen Filterzyklus zu beginnen.

Die Höhe des Rückspül-Standrohres wird bevorzugt jo im Hinblick auf den Druck gewählt, der während des Rückspulens erforderlich -stund nicht mit Bezug auf das Volumen an Filtrat, das hierfür benötigt wird. Das zum Rückspülen benötigte Volumen an Filtrat ist ziemlich gering, so daß nur ein Teil des Standrohres für das Rückspülen während eines normalen Filiervorganges geleert wird. Nachdem das Standrohr 26 für die Erzielung des richtigen Rückspüldruckes gefüllt ist, wird das weitere Filtrat vom Auslaßverteiler 19 durch die Leitung 24 abgezogen. 4«

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit einem allgemein konstanten Zulauf durch den Zulaufverteiler 17 filtern, wobei für diesen Zweck eine Pumpe 25 vorgesehen ist Eine besonders einfache Steuerungsanordnung für die Filtereinrichtung nach F i g. 1 und 2 weist drei Ventile 27, 28 und 29 auf. siehe F i g. 4, die innerhalb der Einlaßleitung 22 bzw. der Auslaßleitung 24 und der Abzugsleitung 23 liegen. Das Ventil 29 in der Abzugsleitung 23 ist vorzugsweise ein schnell öffnendes Ventil mit großem Volumen, z. B. ein Flügelventil, das einen schnellen Strömungsmitteldurchfluß abwärts vom Standrohr 26 durch die Filtereinheit 11 hindurch ermöglicht so daß die abgefilterten Feststoffe äußerst wirksam von den Filterelementen 13 entfernt werden.

Ein besonders wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Wahl eines aus Teilchen bestehenden Filtermaterials, das innerhalb der Filterelemente 13 vorverdichtet ist und in diesem Zustand während des ganzen Filtervorganges gehalten wird. Die Verwendung eines solchen Filtermaterials ermöglicht, daß die Filterelemente 13 verhältnismäßig dünn sind, so daß eine sehr große Filterfläche innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Volumens des Filtergehäuse Innenraumes 12 untergebracht werden kann. Die Art der Vorverdichtung des Filtermediums innerhalb des Filterelementes wird, da sie für die Erfindung wegen des dünnen Querschnittes der Filterelemente wichtig ist, nachstehend noch ausführlich erläutert. Auf Grund von Versuchen soll ein Filtermedium, das aus harten, im wesentlichen unlöslichen Körnchen besteht, das Filtermaterial um wenigstens etwa 10%, bezogen auf die normale Gesamtdichte der Körnchen, verdichtet werden.

Das aus Teilchen bestehende Filtermaterial, z. B. Sand, hat vorzugsweise eine größte wirksame Größe von etwa 0,2 mm. Versuche scheinen auch anzuzeigen, daß der bevorzugte Sand einen Gleichförmigkeits-Koeffizienten im Bereich von etwa 1,0 bis 2,0 haben soll.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß auch die Form der Filterteilchen Einfluß auf die Leistung der erfindungsgemäßen Filteranordnung haben kann. Es sind Versuche mit mindestens drei Sorten Sand ausgeführt worden; danach bestehen die beiden wirksamsten Typen aus Teilchen, die eine allgemein winklige Form aufweisen, verglichen mit Sand, in welchem die Teilchen abgerundet sind oder verwittert zu sein scheinen.

In der nachfolgenden Besprechung sind drei Arten Sand als Sand No. 1, Sand No. 2 und Sand No. 3 bezeichnet. Sand No. 1 wurde von der Silver Sands Co. bezogen, die über eine Sandgmbe in Cowel! in Kalifornien verfügt. Der Sand wird als Silver Sand 130 von der Lieferfirma bezeichnet Sand No. 1 wies Teilchen auf, die winklig oder nahezu winklig in ihrer Form erschienen und zeigte in der chemischen Analyse 90% oder mehr SiOj.

Sand No. 2 wurde unter der Bezeichnung Amador 65 von der Amador Mineral Co. bezogen, die über Sandgruben und -Mühlen in lone. CaI. verfügt Die chemische Analyse von Sand No. 2 erbrachte 99,7% S1O2 mit einer Härte von 7'/2 bis 8 der Mohs-Skala. Sand No. 2 hatte ebenfalls Teilchen, die winklig oder nahezu winklig in ihrer Form erschienen.

Sand No. 3 wurde unter Bezeichnung Ottawa Bond von der Ottawa Silica C. in Ottawa, 111. bezogen. Sand No. 3 zeigte Teilchen mit Abrundungen und einer Gesamtdichte und Verdichtungsdichte, die größer als bei den Sänden 1 und 2 waren. Die chemische Zusammensetzung des Sands No. 3 war etwa 99,6% SiOi. In allen vorstehend erwähnten Sänden ist das S1O2 im wesentlichen in der Form von Quarz vorhanden. Die folgende Tabelle I zeigt die verschiedenen wichtigen Eigenschaften für jeden dieser Sande.

Sand
Nr.

Wirksame Größe
in mm

Glcichförm.-Koeffiziem Durchschn.
Gcsamldichte

(g/ml)

Dichte nach
Verdichtung

(g/ml)

0,068
0,130
0.149

1,50 1,45 1,40 U2
U3

1,46

1,52
1,49
1,70

Die verschiedenen, vorstehend und in der Tabelle I verwendeten Ausdrücke können wie folgt erläutert werden:

»Wirksame Größe« ist definiert als diejenige Teilchengröße, die größer als 10% der Teilchen einer bestimmten Probe und kleiner als 90% der Teilchen derselben Probe ist, bestimmt durch Siebanalyse. Gewöhnlich wird die wirksame Größe aus einer graphischen Darstellung berechnet, in der die zu nehmenden Prozentsätze der Anteile des Musters aufgetragen sind, die durch die verschiedenen Siebgrößen hindurchgehen.

Der »Gleichförmigkeits-Koeffizient« ist definiert als das Verhältnis einer Siebgröße, durch das 60% der Teilchen hindurchgehen, zu einer Siebgröße, die 10% der Teilchen desselben Musters hindurchiäßt. Die »durchschnittliche Gesamtdichte« wurde bestimmt aus einem trockenen, freistehenden Muster für jeden Sandtyp. Die »Dichte nach Verdichtung« wurde aus der Durchschnittsdichte jedes Sandtyps bestimmt, nachdem in einer Weise vorverdichtet worden war, die der Verdichtung für die Herstellung der Filterelemente 13 entsprach.

Bei der Auswahl des teilchenförmigen Filtermediums auf Grund der vorstehenden Kriterien hat sich gezeigt, daß die Filterelemente 13 wirksam sind, wenn sie eine allgemein gleichförmige Dicke von nicht mehr als etwa 12,7 mm haben. Die meisten, nach der Erfindung gebauten und geprüften Filteranordnungen haben Filterelemente mit einer Dicke von etwa 9,6 mm enthalten. Prüfergebnissse zeigen, daß die gewünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Filter bei Verwendung vrn sogar noch dünneren Filterelementen aufrecht erhalten bleiben und möglicherweise verbessert werden. Beobachtungen während der Prüfungen haben gezeigt, daß die Filterung im wesentlichen nur entlang den Flächen der Filterelemente in der Nachbarschaft der Eingangskanäle eintritt. Da eine äußerst geringe Filterung in der Tiefe eintritt, ist eine Minimal-Dicke für die Filterelemente auch deshalb erwünscht, um den Widerstand gegen den Fluß des Slrömungsmiiiels durch den Filier zu verringern.

Für die vorliegende Erfindung ist es wichtig, das Filtermedium bis auf seine höchst erreichbare Dichte zu verdichten. Für die in den erfindungsgemäßen Filteran-Ordnungen geprüften Teilchenmaterialien soll auf Grund der Prüfung das Filtermaterial wenigstens um angenähert 10%, bezogen auf seine normale durchschnittliche Gesamtdichte verdichtet werden. Für die oben besprochenen 3 Sandarten ist zu beachten, daß jede um ungefähr 12% oder mehr, verglichen mit der normalen Dichte, verdichtet wurde. Versuche haben weiter gezeigt, daß es wichtig ist, das Filtermaterial über die Elemente 13 gleichmäßig zu verdichten, so daß das Filtermaterial sich nicht »öffnet« oder Risse während des Filtervorganges bildet

Da es wesentlich ist daß das Filtermaterial gleichförmig vorverdichtet ist sieht die Erfindung auch neuartige Mittel vor, um die Filterelemente innerhalb der Filtereinheit 11 zu halten und im wesentlichen starr to einzuschließen. Die Erfindung sieht auch eine Halterung und Mittel zur Einschließung vor, die sich für einen baukastenartigen Bau der Filteranordnung verwenden lassen, so daß eine Massenproduktion derartiger Ffltereinrichtungen und außerdem die Vergrößerung oder Verkleinerung je nach der gewünschten Durchflußkapazität der einzelnen Einheit ermöglicht wird. Einzelheiten der Halterungsmittel und der Mittel zum Einschließen der Filterelemente in der Filtereinheit sind mit Bezug auf die F i g. 3—9 erläutert.

Zu den Mitteln zum Halten und Einschließen der Filterelemente, die gleichzeitig die Zulauf- und Ablaufkanäle begrenzen, gehören eine Mehrzahl von Rahmengliedern 31, die parallel zueinander und gegeneinander stoßend senkrecht innerhalb der Filtereinheit 11 angeordnet sind. Jedes Rahmenglied 31 erstreckt sich im wesentlichen über eine Ausdehnung der Filtereinheit zwischen dem Zulaufverteiler 17 und dem Auslaßverteiler 19.

Jedes Rahmenglied 31 weist einen U-förmigen Trägerblock 32 mit Streben 33 auf, die sich senkrecht vom Querstück 34 des U-förmigen Blocks aufwärts erstrecken. Die Streben sind mit Abstand voneinander und gegenüber den Schenkeln 36 des U-förmigen Blocks angeordnet. Jedes Filterelement 13 hat eine in diesem Beispiel typische Dicke von 9,6 mm. Dementsprechend sind die U-förmigen Trägerblöcke und die Streben jedes Rahmengliedes mit einer gleichen Dicke ausgeführt. Entsprechend diesen typischen Abmessungen sind die Streben voneinander und von den Schenkeln 36 etwa 30 cm entfernt. Die Trägerblöcke 32 und die Streben 33 sind jeweil mit einer Anzahl Öffnungen 37 ausgebildet, die mit entsprechenden öffnungen in zwei Platten 38 in Flucht sind, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Filtereinheit in Ausrichtung mit den Rahmengliedern 31 angeordnet sind. Zuganker 39 können dann durch die in Flucht liegenden Öffnungen hindurchgeführt werden und zur Halterung der verhältnismäßig schweren Filterelemente innerhalb der Filtereinheit und zur Aufrechterhaltung des Verdichtungszustandes des Sandes innerhalb jedes Filterelementes beitragen.

Wie vor allem F i g. 5 zeigt, bilden die Platten 38 und die Schenkel 36 der U-förmigen Blöcke die Seiten eines Gehäuses für die Filtereinheit 11. Die Filtereinheit wird dann mit dem Zulauf-Verteilergehäuse und dem Standrohr 26 mittels Flanschen, siehe auch F i g. 1 und 2 unter Zwischenfügung von Dichtungsmaterial zur Verhinderung von Leckstellen verbunden. Die Platten 38 ermöglichen daher eine Halterung der Filterelemente 13 in längs- bzw. senkrechter Richtung. Da die Filterkapazität durch Verwendung von mehr Filterelementen vergrößert wird, können zusätzliche ähnliche senkrechte Trägervorrichtungen in der Filtereinheit erforderlich werden. Auf Grund dieses Aufbaus werden das Gewicht und die Kosten der Filteranordnung verringert, da die Rahmenglieder 31 zusammen mit den zwei einfachen Platten 38 ein Gehäuse für die Filtereinheit 11 bilden.

Die U-förmigen Trägerblöcke 32 der alternierend angeordneten Rahmenglieder 31a öffnen nach oben, so daß jedes leicht mit Filtermaterial gefüllt werden kann. Die anderen U-förmigen Trägerblöcke 316 bzw. 31c bilden die Zulauf- und Ablaufkanäle. Diese Trägerblökke öffnen nach unten bzw. oben zur Bildung der Öffnungen 18 und 19.

Lagen 40 aus porösem Material, z. B. einem Tuch, das aus Polyäthylen-Monofil-Fäden gewebt ist und Poren oder Öffnungen von etwa 750 micron mal IS micron aufweist sind auf jeder Seite der alternierenden Rahmenglieder 31a befestigt um das Filtermaterial zu halten. Für die porösen Lagen 40 können verschiedene Materialien verwendet werden. Sie sollen jedoch allgemein gleichförmige Öffnungen aufweisen und im wesentlichen das gesamte vorverdichtete Material einschließen. Zusätzlich sollen die Lagen genügend

Öffnungen aufweisen, um nicht in irgendeiner erheblichen Weise den Strömungsmittelfluß durch die Filterelemente zu beeinträchtigen. Schließlich sollen sie eine ausreichende Stärke haben, um das vorverdichtete Material festzuhalten.

Nachdem das Filtermaterial gleichförmig über jedes der Filterelemente 13 verdichtet worden ist, werden die Oberseiten der alternierenden Rahmenglieder geschlossen. Zum Beispiel dadurch, daß eine der porösen Lagen nach oben reicht und über der öffnung an der Oberseite des Trägerblockes geschlossen wird.

Für die Aufrechterhaltung der richtigen gleichmäßigen Verdichtung innerhalb jedes Filterelementes sind Abstandshalter 41 für benachbarte Paare poröser Lagen 40 vorgesehen. Wie insbesondere die Fig.6—8 zeigen, werden die Abstandshalter 41 von den anderen Rahmengliedern 31έ> zur Anordnung innerhalb jedes der Zulaufkanäle 14 und Ablaufkanäle 16 zwischen den Filterelementen 13 gehalten. Dementsprechend sucht jeder der Abstandshalter 41 den vorverdichteten Sand innerhalb jedes Filterelementes mittels der porösen Lagen 40 im verdichteten Zustand zu halten.

Wegen der merklichen Vorverdichtung des Filtermaterials neigen die porösen Lagen dazu, sich nach außen zu beulen, so daß durch die Abstandshalter für eine merkliche seitliche Unterstützung gesorgt werden muß. Bei einer Filterannrdnung mit den obenerwähnten typischen Abmessungen hat sich herausgestellt, daß nicht mehr als etwa 6,45 cm² des porösen Lagenmaterials ohne seitliche Unterstützung bleiben sollte. Da außerdem die Abstandshalter innerhalb der Zulauf- und Ablaufkanäle liegen, müssen sie so funktionieren, daß sie im wesentlichen ungehindert freien Durchfluß durch die Zulaufkanäle, über die Filterelemente und nach außen durch die Ablaufkanäle ermöglichen. Dementsprechend sind die Abstandshalter 41, siehe F i g. 7, innerhalb jedes der offenen Bereiche angeordnet, die durch die U-förmigen Trägerblöcke und die Streben 33 gebildet werden. Jeder Abstandshalter 41 enthält ein Paar flacher offener Gitter 43, wobei Rippen 44 zwischen den Gittern angeordnet sind. Die Rippen halten die Gitter gegen die benachbarten porösen Lagen, um für den vorgesehenen Abstand innerhalb der Filterlemente 13 zu sorgen, während gleichzeitig ein im wesentlichen ungestörter Strömungsmittelfluß ermöglicht wird. Wie F i g. 7 zeigt, sind die Rippen im wesentlichen massiv, so daß zwischen jedem Paar benachbarter Rippen ein gesonderter senkrechter Kanal gebildet wird.

Um einen gleichförmigeren Fluß innerhalb der Zulauf- und Ablauf-Kanäle zu ermöglichen, können stattdessen abgewandelte Abstandselemente 41', siehe F i g. 9, verwendet werden. Diese weisen ebenfalls Gitter 43' und Rippen 44' auf, wobei die Rippen mit Durchlässen 46 ausgebildet sind, die einen Querdurchfluß der Flüssigkeit zwischen den von den Rippen geformten Kanälen ermöglichen.

Um für eine seitliche Stützung um jede 6,45 cm² große freie Fläche der porösen Lage, wie oben besprochen, zu sorgen, sind die Gitter 43 bzw. 43' vorzugsweise mit gleichgroßen Öffnungen versehen. Aus den F i g. 7 und 8 ist ferner ersichtlich, daß Teile benachbarter Gitter vorzugsweise gegeneinander versetzt angeordnet sind. Diese Anordnung trägt dazu bei, daß der Sand nicht zwischen in Flucht liegenden Gitterabschnitten auf gegenüberliegenden Seiten jedes Filterelementes nutzlos eingeschlossen ist und daß der Strömungsmittelfluß durch die Filterelemente 13 hindurch gleichförmiger wird.

Es wurde bereits betont, daß es wichtig ist, das Filtermaterial innerhalb jedes Filterelementes 13 gleichmäßig vorzuverdichten. Ein Verfahren für die Vorverdichtung besteht darin, zunächst die Rahmenglieder 31 in der Filtereinheit 11 anzuordnen. Das Filtermaterial, Sand z. B., wird dann jedem Element 13 in Einzelmengen zugesetzt, wobei jede hinzugefügte Einzelmenge gründlich gerüttelt oder gestampft wird, um eine im wesentlichen größtmögliche Verdichtung zu

ίο erreichen. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis jedes Element vollständig gefüllt ist. Danach werden die Elemente in der erwähnten Weise verschlossen. Während dieses Vorganges muß besonders Sorgfalt beobacht werden, um zu gewährleisten, daß jede Teilmenge Sand gleichförmig innerhalb jedes Flementes verdichtet wird, um Öffnungen oder Spalten im Filtermaterial während der Benutzung zu vermeiden.

Die Anordnung der Filterelemente 13 und der Weg des Strömungsmitteldurchganges durch einen erfindungsgemäßen Filter ist in Fig.4 dargestellt. Die Fiterelemente sind senkrecht in der Filtereinheit 11 derart angeordnet, daß sie Zulauf- und Ablaufkanäle 14 bzw. 16 auf gegenüberliegenden Seiten jedes Elementes bilden.

Wenn das Ventil 29 geschlossen und die Ventile 27 und 28 während des Filtervorganges geöffnet sind, verläuft der Weg des Strömungsmittels durch das Filter in der durch die Pfeile eingezeichneten Weise. Das Strömungsmittel geht vom Zulaufverteiler 17 durch die Zulaufkanäle 14, durch die Filterelemente 13 hindurch und dann aufwärts durch die Ablaufkanäle 16 zum Auslaßverteiler 19 und dem Rückspülstandrohr 26.

Wenn ein bestimmter Höchstdruck über die Filterelemente entwickelt wird, z. B. 1,4 kp/cm², wie oben erwähnt, wird das Rückspülen begonnen, in dem gleichzeitig die Ventile 27 und 28 geschlossen und das Ventil 29 geöffnet werden. Der Strömungsmittelfiuß durch das Filter wird dann mit Bezug auf die Darstellung in F i g. 4 umgekehrt, wobei die Rückspülung durch den Zulaufverteiler 17 und die Abzugsleitung 23 hindurchgeht

Nachstehend werden Prüfversuche mit erfindungsgemäßen Filtereinrichtungen im Zusammenhang mit verschiedenen Anwendungsformen beschrieben, wodurch die Vielseitigkeit und die gleichmäßige Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Filter erläutert werden.

Behandlung von Abwässern der Zementherstellung

Eine erfindungsgemäße Prüfeinheit die aber nur für

so eine Nominalkapazität von ca. 1 l/Minute ausgelegt war, wurde etwa 2 Wochen lang betrieben, wobei ihr die Abwasser von den Sprühkammern zugeführt wurden, die zu einer elektrostatischen Niederschlags vorrichtung gehörten, welche in Verbindung mit einer Gruppe von Zementöfen betrieben wurde. Die dem Filter zugeführte Flüssigkeit enthielt Teilchen innerhalb eines breiten Größenbereiches und wies eine stark schwankende Konzentration an mitgeführten Festteilchen auf. Der Bereich der Konzentration war etwa 400—1000 mg/1.

Ein Teil der zugeführten Festteilchen setzte sich nach Verweilzeiten von 15—30 Min. ab, wobei die überstehende Flüssigkeit stärker verdünnt jedoch sehr wolkig war und eine Konzentration an suspendierten Festteilchen von etwa 150—250 mg/1 aufwies.

Die Qualität der eingespeisten Flüssigkeit und des Filtrats wurde routinemäßig durch die Trübung bestimmt gemessen mit einem Hach-Trübungs-Meßgerät

Eine Prüfung des erfindungsgemäßen Filters bei dieser Anwendung zeigten seine Abwendbarkeit für die verschiedenen Teilchengrößen und Feststoff-Konzentrationen in dem zu behandelnden Material. Das Filter erzeugte fortlaufend Filtrate mit Trüb :ngen von weniger als 1,0 Jackson Einheiten. Eine Analyse zeigte, daß die Filtrate suspendierte Feststoffe im Bereich von 1 —6 mg/1 enthielten. Die Qualität des Filtrats oder des Ablaufs schien unabhängig von der Qualität des eingespeisten Materials zu sein. Das heißt, daß innerhalb des Bereiches der auftretenden Zufluß-Konzentrationen die Qualität des Filtrats ständig ausgezeichnet blieb.

Filtration von Algen-Supsensionen

Eine gleiche Testeinheit wurde benutzt, um geklärtes Filtrat zu erzeugen und/oder Algen zu ernten aus landwirtschaftlichen Abwasserbecken oder -Teichen.

In einer Reihe von 17 typischen Filterabläufen schwankte die Konzentration des zulaufenden Materials zwischen etwa 110 und 640 mg/1, bestimmt durch mg suspendierter Festteilchen pro Liter Zulauf. Der Prozentsatz an entfernten suspendierten Festteilchen schwankte zwischen 92,0 und 99,6%, wobei angenähert 98% oder mehr der suspendierten Festteilchen in 13 der 17 Testläufe entfernt wurden. Die Rückgewinnung der suspendierten Fetteilchen schien nicht von der Konzentration des zulaufenden Materials abzuhängen.

In einer Anzahl dieser Testläufe wurde der Gehalt an organischem Stickstoff (N) in dem zulaufenden und auch in dem filtrierten Material bestimmt, um den Prozentsatz an zurückgehaltenem organischen Stickstoff zu berechnen. In diesen Versuchen betrug der Prozentsatz an entferntem organischem Stickstoff durchschnittlich etwa 98,9%, verglichen mit dem Prozentsatz an entfernten suspendierten Festteilchen, der durchschnittlich 92,5% für die gleichen Versuche betrug. Es ist außerdem zu beachten, daß, obwohl die Teilchengröße der Festteilchen oder Algen in der Zulaufflüssigkeit bis zu weniger als ein Micron betrug, wurden die vorstehend erwähnten Wiedergewinnungszahlen erreicht, ohne daß Ausflockungsmittel oder andere chemische Zusätze benutzt wurden.

In dieser Hinsicht führte die Beobachtung der Rückspülung in diesen Versuchen zu dem Schluß, daß auf den Oberflächen der Filterelmente eine Koagulation von sogar noch kleineren Teilchen auftritt, so daß diese kleinerer Teilchen duich die Rückspülung gewonnen werden können.

Ein wichtiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines Filtersystems beim Entfernen von Algen ist die

^r> Konzentration an suspendierten Festteilchen, insbesondere die an organischem Stickstoff, in der Rückspülung. Eine Analyse in dieser Hinsicht war beschränkt möglich, da die Menge des für die Rückspülung abwärts durch das Filter geleitete Filtratflüssigkeit keiner besonderen

ίο Kontrolle unterworfen wurde. Eine Feststoff-Konzentration bis zu 1,7 Gewichtsprozenten in der Rückspülung während des Versuchsprogramms führte jedoch zu dem Schluß, daß bei sorgfältiger Kontrolle des Rückspülvolumens Konzentrationen von mehr als 5%

r> der suspendierten Feststoffe in der Rückspülung erreicht werden können.

Auf Grund dieser Versuche und bei Annahme eines wirtschaftlichen Einsatzes wurde geschlossen, daß eine Filtereinheit nach der Erfindung mit einer Leistung von 2650 Millionen Liter pro Tag nutzbringend arbeiten kann, wenn der Verkauf sowohl des geklärten Ablaufes und auch der Verkauf der aus der Rückspülung gewonnenen Algen zugrunde gelegt wird.

Filtration von Mg(OH)2

Der pH-Wert von Seewasser, das aus der Bucht von San Francisco entnommen wurde, wurde auf einen Wert von etwa 9 eingestellt, um Mg(OH)2 teilweise auszufällen. Das Wasser wurde dann einem erfindungsgemäßen Filter in einem Ausmaß von 10,2 I/m² - min zugeführt Ein ähnlicher Versuch wurde mit 15,3l/m²-min gemacht. In jedem Fall wurde der Filtrationsversuch so lange ausgeführt, bis der Druckabfall am Filter

s^r> 1,4 kp/cm² erreichte. Die Versuche hatten die folgenden Ergebnisse:

FiltraUonsversuch:

Filirations-

geschwindig-

keit

Lt r V m-' min

Suspendierte
Feststoffe
Konz. in mg/l

Zulauf

Fütral

10.2
15.3

106
200

21,6
24,1

Filtrierte Menge Waiser bis /.
F.rreichen ν
1,4kp/cm^;· in Ltr.

227.12
234.69

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Filteranordnung mit einem Gehäuse, in dem eine Mehrzahl von plattenartigen, gleich ausgebildeten Filterelementen unter Verwendung von Abstandshaltern in regelmäßigen Abständen angeord · net sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Elementen als Zu- oder Abflüsse dienen und die Elemente ein teilchenförmiges Filtermedium wie Sand oder dergleichen enthalten, das zwischen begrenzenden Lagen eines flüssigkeitsdurchlässigen Materials angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sand oder das sandähnliche Material auf eine größte Dichte vorverdichtet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermedium um wenigstens 10%, bezogen auf die übliche Gesamtdichte der Körnchen in dem Medium, vorverdichtet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Filtermedium verwendete Sand eine maximal wirksame Körnchengröße von etwa 0,2 mm hat.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandkörnchen einen Gleichförmigkeitskoeffizienten im Bereich von etwa 1 —2 nahen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Filtermediums eine winklige Form haben.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (13) eine größte Dicke von etwa 12,7 mm, vorzugsweise eine Dicke von etwa 9,6 rnm oder weniger haben.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (13) in dem Filtergehäuse (11) senkrecht angeordnet sind, wobei die Zwischenräume (14, 16) abwechselnd Zu- und Abflüsse bilden, wobei eier Zulauf (17) am Boden und der Abfluß (19) über den Filterelementen liegt.