DE69216579T2

DE69216579T2 - Verfahren und anlage zur filtrierung einer fluessigkeit, die suspendierte teilchen enthaelt

Info

Publication number: DE69216579T2
Application number: DE69216579T
Authority: DE
Inventors: Jean Duveau; Pierre Hoube
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: FR2680701A1; JPH06501882A; WO1993004760A1; EP0556362A1; CA2095040A1; ZA926553B; FR2680701B3; DE69216579D1; EP0556362B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Filtrierung einer Flüssigkeit und auch die Verwendung dieser Anlage, die suspendierte Teilchen und Stoffe enthält, mit einem Körper und einem Mantel (1, 11), der teilweise mit einem Bett aus einem Filtriermittel (10) gefüllt ist, wobei der Mantel eine Einrichtung (4) zum Zuführen einer zu filtrierenden Flüssigkeit und eine Einrichtung (5) zum Entnehmen der filtrierten Flüssigkeit aufweist, wobei die Zuführeinrichtung und die Entnahmeeinrichtung stromaufwärts bzw. stromabwärts bezüglich des Betts des Filtriermittels (10) angeordnet sind, wobei dieses Filtriermittel Bruchstücke eines expandierten Kunststoffs, der elastisch verformbar ist, mit offenen oder halboffenen Zellen mit einer spezifischen Masse zwischen 20 und 50 kg/m³ und mit einer Abmessung zwischen 0,1 und 2,5 mm aufweist, wobei die Kunststoff-Bruchstücke im nicht zusammengedrückten Zustand ein maximales Volumen von ungefähr 8 cm³ aufweisen, wobei das Filtriermittel außerdem in einer unbeweglichen, zylindrischen Kartusche (11) untergebracht ist, die im Zylindermantel (1) der Anlage liegt und einen zylindrischen Körper mit dichter Seitenwand aufweist, der an seinen beiden Enden (6) bzw. (7) mit kreisförmigen Platten verschlossen ist, die von identischen Öffnungen (9) durchsetzt sind, die regelmäßig über deren Flächen verteilt sind.
In seinem amerikanischen Patent Nr. 4 427 551 hat einer der Anmelder ein System zum Klären eines flüssigen, Teilchen enthaltenden Mediums beschrieben. Dieses System weist folgendes auf:
a) eine Einrichtung zum Versorgen, mit einem ununterbrochenen Strom eines flüssigen, ein teilchenförmiges Material enthaltenden Mediums, einer ersten Trenneinrichtung, in der Material aus dem Strom entfernt wird, das einen Nenndurchmesser über ungefähr 3 mm aufweist;
b) eine Pumpe zum Ausüben von Druck auf den von der ersten Trenneinrichtung herkommenden Strom und auf Leitungen, die die Pumpe mit der ersten Trenneinrichtung und einer zweiten, unter Druck stehenden Trenneinrichtung auszuüben;
c) eine unter Druck stehende zweite Trenneinrichtung, die aus dem unter Druck stehenden Fiüssigkeitsstrom Materialien mit einem Nenndurchmesser unter ungefähr 3 Millimeter und über ungefähr 75 e Mikrometer entfernen kann;
d) eine Fördermengen-Regelungseinrichtung und zugehörige Leitungen zum Aufnehmen der von der zweiten Trenneinrichtung herkommenden Flüssigkeit, wobei die Regelungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Drucks und einer im wesentlichen konstanten Fördermenge in der zweiten Trenneinrichtung aufweist;
e) ein Dreiwegeventil und zugehörige Leitungen zum Aufnehmen der von der Fördermengen-Regelungseinrichtung herkommenden Flüssigkeit und zum Zurückführen eines Teils der Flüssigkeit, unter Steuerung durch diese, zur ersten Trenneinrichtung;
f) ein unter Druck stehendes Filter für Feinmaterial mit zugehörigen Leitungen zum Aufnehmen des unter Druck stehenden Flüssigkeitsstroms vom Dreiwegeventil, wobei dieses Filter für Feinmaterial ein Filtriermittel aufweist, das Teilchen mit einem Nenndurchmesser über ungefähr 1 Mikrometer zurückhält und aus dem Flüssigkeitsstrom abtrennt;
g) eine Entnahmeeinrichtung, die dem Filter für Feinmaterial zugeordnet ist, um einen Strom geklärter Flüssigkeit zu liefern;
h) eine Fördermengen-Steuerungseinrichtung, die der Entnahmeeinrichtung zugeordnet ist, um das Dreiwegeventil so anzusteuern, dass die Fördermenge der Flüssigkeit im Filter für Feinmaterial innerhalb vorbestimmter Grenzen verbleibt.
Ein derartiges System bietet sich für die kontinuierliche Behandlung von Abwasser auf kontinuierliche oder unterbrochene Weise an, um alle Teilchen über einem Durchmesser von ungefähr 1 Mikrometer zu entfernen und um das so geklärte Wasser wiederzuverwerten oder rückzugewinnen.
Vor jeder Behandlung oder nach der zweiten Trenneinrichtung, vor dem Durchlaufen der Flüssigkeit durch das Filter für Feinmaterial, kann eine Ausflockung in der behandelten Flüssigkeit vorgesehen sein. Es können übliche Flockungsmittel verwendet werden, wie Aluminiumsulfat.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Filterungsanlage zu schaffen, die als Filter für Feinmaterial im Klärsystem gemäß dem US-Patent 4 427 551 verwendet werden kann, wobei zu beachten ist, dass die Anlage auf jeden anderen Filtriervorgang angewandt werden kann, um Teilchen mit einer oberen Abmessung von ungefähr 1 Mikrometer zurückzuhalten.
Die Erfindung zielt auch darauf ab, eine Filtrierungsanordnung vorzuschlagen, die durch einfache Richtungsumkehr der sie durchsetzenden Flüssigkeit gereinigt und von zurückgehaltenen Teilchen befreit werden kann.
Auf das Problem der Filterreinigung des Filtriermittels von angesammelten Verunreinigungen wurde in den Patenten GB-A-2 124 921, US-A-4 290 894, FR- A-2 225 935 hingewiesen.
Um diese Aufgaben zu lösen, weist die Anlage gemäß der Erfindung eine dritte kreisförmige Platte (8) auf, die auf dem Körper (1) des Filters stromaufwärts bezüglich der Platte (6) in der Fließrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit angeordnet ist, wobei diese Platte von Öffnungen (9) durchsetzt ist, die gemäß kreisförmigen, konzentrischen Kränzen verteilt sind, wobei der zentrale Teil der Platte (8) durch den Kranz mit kleinerem Radius begrenzt wird und er selbst von Öffnungen durchsetzt ist, wobei die Dichte der Öffnungen pro Einheitsfläche im zentralen Teil kleiner als im Kranz mit dem kleineren Radius ist, und sie in diesem letzteren kleiner als im Kranz mit dem größeren Radius ist.
Der zeilenförmige Kunststoff kann z. B. zumindest teilweise aus expandiertem Polyurethan bestehen, das ausgehend von einem Ether oder einem Ester hergestellt wurde. Es können z. B. Blöcke mit unregelmäßiger Oberfläche oder, im Fall ultrafeiner Teilchen, ein zellenförmiges, zerkleinertes Material, um die Kontaktoberfläche mit der zu behandelnden Flüssigkeit zu vergrößern und um die Entstehung bevorzugter Strömungen in der Flüssigkeit zwischen Kunststoffteilchen zu verhindern, verwendet werden. Die scheinbare spezifische Masse des verwendeten zellenförmigen Kunststoffs kann abhängig von den gewünschten Wirkungen und abhängig von der Art des flüssigen Mediums und den abzutrennenden Teilchen variieren. Im allgemeinen soll jedoch diese spezifische Masse zwischen 20 und 50 kg/m³ liegen. Es ist wohlbekannt, dass die spezifischen Massen zellenförmiger Kunststoffe um ± 15 % bezogen auf den vom Hersteller angegebenen Mittelwert variieren.
Ein Vorteil eines derartigen expandierten Kunststoffs mit offenen oder halboffenen Zellen besteht darin, dass er in Wasser, Kohlenwasserstoffen, Chlor und den üblichen Lösungsmitteln (mit einer Konzentration von maximal 10 % aus Sicherheitsgründen) unlöslich und fäulnisverhütend ist.
Ein anderer Vorteil des aus einem derartigen expandierten Kunststoff bestehenden Filtriermittels ist der, dass es mit erhöhter Geschwindigkeit von der zu filtriertenden Flüssigkeit durchsetzt werden kann.
Vorzugsweise nehmen, um eine einfache und schnelle Siebreinigung und Auswaschung des Filtriermittels zu ermöglichen, die Kunststoffteilchen mit geschlossenen, offenen oder halboffenen Zeilen außerdem ein Drittel des Innenvolumens des zylindrischen Mantels ein, da dieser von einer Flüssigkeit durchsetzt wird, die auf das Filtriermittel einen Druck von ungefähr 10&sup5; Pascal (1 bar) ausübt.
Um eine optimale Filtrierung der zu behandelnden Flüssigkeit zu erzielen, sollte die Dicke des Filtriermitteis, innerhalb des Mantels der Anlage, das unter einem Fiüssigkeitsdruck von 10&sup5; Pascal steht, vorzugsweise mindestens 30 cm betragen.
Vorzugsweise haben die in der zu behandelnden Flüssigkeit enthaltenen Teilchen am Eingang des Filters eine Abmessung unter 100 Mikrometer, da sich Teilchen mit größerer Abmessung bei der Filterreinigung nicht leicht vom Filtriermittel trennen, wenn dieses mittels eines Flüssigkeitsstroms, der mit Teilchen beladen ist oder auch nicht, gereinigt, der in umgekehrter Richtung zu der der zu reinigenden Flüssigkeit umläuft.
Vor der Filtrierung kann die zu reinigende Flüssigkeit einer Ausflockungsbehandlung unterzogen werden oder nicht, abhängig von den suspendierten, zurückzuhaltenden Materialien und dem gewünschten Ausmaß der Klärung.
Die zu filtrierende Flüssigkeit kann die erfindungsgemäße Anlage mit erhöhten Geschwindigkeiten, in der Größenordnung von 35 bis 150 m/h, unter einem Relativdruck von ungefähr 10&sup5; Pascal (1 bar) durchsetzen.
Bei einer besonders interessanten Ausführungsform liegt der expandierte Kunststoff in Form von Blöcken mit unregelmäßiger Oberfläche oder in Form zerrissener Bruchstücke vor.
Andere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor, die für eine erfindungsgemäße Anlage zur Filtrierung einer Flüssigkeit gegeben wird. Diese Beschreibung wird nur beispielhaft angegeben, und sie begrenzt die Erfindung nicht. Die Bezugsangaben beziehen sich auf die beigefügten Figuren.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage als nicht beschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Figur 1 ist ein Vertikalschnitt des zylindrischen Mantels der erfindungsgemäßen Anlage, während sich diese in Betrieb befindet;
Figur 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Figur 1;
Figur 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Figur 1;
Wie es aus Figur 1 erkennbar ist, umfasst die erfindungsgemäße Anlage einen zylindrischen Mantel 1 mit einer Achse X-X, der vertikal angeordnet ist und an seinen beiden Enden durch kuppelförmige Teile 2 bzw. 3 verschlossen ist. Die Kuppel 2 ist am hochdruckseitigen Ende des Mantels angeordnet, und in ihrem mittleren Teil mündet axial eine Versorgungsleitung 4 für zu reinigende Flüssigkeiten. Am niederdruckseitigen Ende des Mantels 1 mündet eine Entnahmeleitung 5 für filtrierte Flüssigkeiten durch die Seitenwand hindurch.
Der Mantel 1 ist vorzugsweise vertikal angeordnet, wobei die Kuppel 2 und die Leitung 4 an seinem unteren Ende liegen.
Das Filtriermittel besteht aus Bruchstücken 10 eines expandierten, elastisch verformbaren Kunststoffs mit offenen oder halboffenen Zellen, in Form von Blöcken mit unregelmäßiger Oberfläche oder mit zerrissenen Teilen, abhängig von der Verwendung der Anlage, und es befindet sich in einer unbeweglichen, zylindrischen Kartusche 11. Unter dem Flüssigkeitsdruck von einem bar nehmen die Bruchstücke 10 nicht mehr als ungefähr ein Drittel des Volumens der Kartusche 11 ein. Diese verfügt über eine dichte Seitenwand, und sie ist an jedem ihrer Enden mit kreisförmigen Platten 6 bzw. 7 verschlossen, die von Öffnungen durchsetzt sind, die regelmäßig über die gesamte Fläche verteilt sind.
Eine Platte 8, die auf der Hochdruckseite des Filterkörpers, in der Laufrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit, angeordnet ist, ist von Öffnungen 9 durchsetzt, die in ihrem zentralen Teil entsprechend zwei konzentrischen Grenzen regelmäßig verteilt sind. Die Dichte der Öffnungen ist im Kranz näher an der zylinderachse X-X größer als im zentralen Teil, und sie ist auch im weiter von der Achse X-X entfernten Kranz größer als im anderen Kranz. Wie es erkennbar ist, sind die Öffnungen im zentralen Teil entsprechend vier verschiedenen Quadranten verteilt.
Die Platten 6, 7, die auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Kartusche angeordnet sind, sind über ihre gesamte Oberfläche mit regelmäßig verteilten Öffnungen 9 durchsetzt.
An der Außenseite der Platte 6, in unmittelbarer Nachbarschaft derselben, sind regelmäßig Verstärkungen 12 parallel zur Achse X-X angeordnet, die an der Innenseite der Seitenwand des Mantels 1 befestigt sind.
Um den als Filtriermittel dienenden expandierten Kunststoff einer Siebreinigung zu unterziehen, wird zunächst der Filtriermittelkuchen dadurch abgezogen, dass in den Mantel 1 ein Strom komprimierter Luft mit einem Druck von z. B. 6 x 10&sup5; Pascal in der Richtung umgekehrt zum vorigen Strom der zu filtrierenden Flüssigkeit eingeblasen wird, wie es im US-Patent Nr. 4 427 551 beschrieben ist. Bei einem zweiten Vorgang werden in den Mantel 1 Wasser, das gereinigt ist oder nicht, und Druckluft eingeblasen, immer in umgekehrter Richtung zum Strom der zu filtrierenden Flüssigkeit, um das Filtriermittel zu reinigen und zu spülen.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Wirksamkeit eines Filtriervorgangs, wie er mittels der erfindungsgemäßen Anlage ausgeführt wird.

BEISPIEL

Bei diesem Versuch wurde mittels der obenbeschriebenen Anlage Wasser der Maas, das zuvor einem Flockungsvorgang mittels Aluminiumsulfat mit größenordnungsmäßig 25 g/m³ unterzogen wurde, filtriert.
Die verwendete Anlage hatte einen nutzbaren Querschnitt von einem Durchmesser von 310 mm sowie eine nutzbare Länge von i m (Abstand zwischen den Platten 6 und 7).
Der expandierte Kunststoff bestand aus Polyurethan mit offenen Zeilen mit einer Dichte von 26 kg/m³, das in Bruchstücke mit einer Maximalabmessung in der Größenordnung von 5 cm³ mit Zellen mit einer Maximalabmessung von 0,2 bis 2,5 mm zerrissen wurde. Der Durchsatz des behandelten Wassers betrug 135 l/mm, mit einem Druck am hochdruckseitigen Ende des Filtriermittels von 1,5 bar und mit einem Gesamtdruckverlust von 0,55 bar. Unter diesen Bedingungen betrug die Dicke des so zusammengedrückten, vom Wasser durchsetzten Filtriermaterials 40 cm.
Die Eigenschaften des Wassers sind für vor und nach dem Filtervorgang in der folgenden Tabelle zusammengefasst. TABELLE
Diese Tabelle macht die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Filtrierungsanlage sowie ihre Fähigkeit, was völlig unerwartet war, praktisch alle im behandelten Wasser vorhandenen Bakterien zu entfernen, deutlich.

Claims

1. Anlage zur Filtrierung einer Flüssigkeit, die suspendierte Teilchen und Stoffe enthält, mit einem Körper und einem Mantel (1, 11), der teilwei- S se mit einem Bett aus einem Filtriermittel (10) gefüllt ist, wobei der Mantel eine Einrichtung (4) zum Zuführen einer zu filtrierenden Flüssigkeit und eine Einrichtung (5) zum Entnehmen- der filtrierten Flüssigkeit aufweist, wobei die Zuführeinrichtung und die Entnahmeeinrichtung stromaufwärts bzw. stromabwärts bezüglich des Betts des Filtriermittels (10) angeordnet sind, wobei dieses Filtriermittel Bruchstücke eines expandierten Kunststoffs, der elastisch verformbar ist, mit offenen oder halboffenen Zeilen mit einer spezifischen Masse zwischen 20 und 50 kg/m³ und mit einer Abmessung zwischen 0,1 und 2,5 mm aufweist, wobei die Kunststoff-Bruchstücke im nicht zusammengedrückten Zustand ein maximales Volumen von ungefähr 8 cm³ aufweisen, wobei das Filtriermittel außerdem in einer unbeweglichen, zylindrischen Kartusche (11) untergebracht ist, die im Zylindermantel (1) der Anlage liegt und einen zylindrischen Körper mit dichter Seitenwand aufweist, der an seinen beiden Enden (6) bzw. (7) mit kreisförmigen Platten verschlossen ist, die von identischen Öffnungen (9) durchsetzt sind, die regelmäßig über deren Flächen verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine dritte kreisförmige Platte (8) aufweist, die auf dem Körper (1) des Filters stromaufwärts bezüglich der Platte (6) in der Fiießrichtung der zu filtrierenden Flüssigkeit angeordnet ist, wobei diese Platte von Öffnungen (9) durchsetzt ist, die gemäß kreisförmigen, konzentrischen Kränzen verteilt sind, wobei der zentrale Teil der Platte (8) durch den Kranz mit kleinerem Radius begrenzt wird und er selbst von Öffnungen durchsetzt ist, wobei die Dichte der Öffnungen pro Einheitsfläche im zentralen Teil kleiner als im Kranz mit dem kleineren Radius ist, und sie in diesem letzteren kleiner als im Kranz mit dem größeren Radius ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der expandierte Kunststoff in Form von Blöcken mit unregelmäßiger Oberfläche oder in Form zerrissener Bruchstücke vorliegt.

3. Verwendung einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 zur Filtrierung eines flüssigen Mediums, insbesondere von Brauchwasser, das suspendierte Teilchen und Stoffe enthält.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die zu filtrierende Flüssigkeit im Bett des Filtriermittels (10) mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 35 bis 100 m/h bei einem Relativdruck von ungefähr 10&sup5; Pascal umläuft.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regenerieren des Betts aus Filtriermittel (10) durch dieses in der Richtung umgekehrt zu der des zu filtrierenden, flüssigen Mediums eine Mischung aus einer Flüssigkeit, die im wesentlichen frei von jeglichen Teilchen ist, zu der komprimiertes Gas hinzugeführt ist, umgewälzt wird.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Flüssigkeitsdruck von ungefähr 10&sup5; Pascal das Filtriermittel (10) nur ungefähr ein Drittel des Volumens der im Mantel (1) aufgenommenen Kartusche (11) einnimmt.