DE1611099A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Klaeren verunreinigter Fluessigkeiten - Google Patents

Description

H. SEILER, J. PFENNING „ _,

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ANWÄLTE ID I ΙΙΙίία Telefon: 304 35 21 / 22 Pf

Telegramm-Adresse: Seilwehrpatent

JOHNS-MANVILLE CORPORATION, 22 East 40th Street, New York 16, N. Y., U.S.A.

"Verfahren und Vorrichtung zum Klären verunreinigter

Flüssigkeiten"

]?ür diese Anmeldung wird die Moritat der entsprechenden U. S. A.-Anmeldung Ser. No. 580 780 vom 20. September 1966 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungsvorrichtung sowie ein Reinigungsverfahren,und sie betrifft insbesondere ein neuartiges und verbessertes System zum Reinigen (Klären) von Flüssigkeiten.

Das System zum Reinigen von Flüssigkeiten nach der Erfindung eignet sich neben sonstigen möglichen Verwendungen besonders zum Reinigen und Filtern von Wasserversorgungen, beispielsweise für Städte und Großstädte oder dergleichen. Ein Filtersystem nach der Erfindung ist auch zweckmäßig für das industrielle oder chemische Filtern von Ablauf- wasser, wie z, B. für die Orangensaft- und Zuckerraffinierung. Ferner ist das System nach der Erfindung in idealer Weise zum Behandeln und Verwerten von Abwasser geeignet.

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Zusammenfassend wird erfindungsgemäß ein kontinuierliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Klärung verunreinigter Flüssigkeiten, wie beispielsweise Abwasser in Vorschlag gebracht, bei welchen eine zu klärende Flüssigkeit im Gegenstrom zu einem sich bewegenden Fließbett aus Filtermaterial fortlaufend zugeführt, die geklärte Flüssigkeit aus dem Fließbett fortlaufend entnommen und die erschöpften Feststoffe mit Hilfe der Schwerkraft entnommen werden,und das Fließbett mit neuen Feststoffen aufgefüllt wird.

Ein Merkmal der Erfindung ist in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten Reinigungssystems zu sehen, das den bisher bekannten System«*α dieser Art weit überlegen ist und eine Bauweise mit kleineren Abmessungen und von geringem Gewicht ermöglicht, also raumsparend ist, sowie wirtschaftlich zu installieen und zu betreiben ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein neuartiges und verbessertes Filtersystem, das auf Grund des ständigen Austausches des Filtermaterials die Möglichkeit einer Verstopfung des Filterbettes erheblich verringert, kontinuierlich arbeitet und gleichmäßig Filtereigenschaften behält, wobei umlaufendes oder regeneriertes Filtermaterial verwendet werden kann und sich ein mehrschichtiges Filterbett aus verschiedenen Filterstoffen verwenden läßt.

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist in der Schaffung eines neuartigen and verbesserten Reinigungssystems zu senen, das sich, bequem steuern und während seines Betriebes in. Abhängigkeit von solchen Außenfaktoren, wie Sageszeit, Witterungsbedingungen, beispielsweise Stürme usw., und jahreszeitlichen Veränderungen, abändern läßt.

Erfindungsgemäß sind als weiteres Merkmal der Erfindung Mittel zum Bewegen des Filterbettes vorgesehen, die einfach und wirksam sind und zur zweckdienlichen und wirksamen Filterung nach dem Gegenstromprinzip arbeiten.

Zur Yeranschaulichung und Beschreibung der Erfindung wurden spezifische Durch- und Ausführungsbeispiele gewählt, die in den beigefügten, einen Bestandteil der Beschreibung bildenden Zeichnungen daxgestellt sind.

Spezifische Durch- und AusführungsbeispieIe der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Reinigungssystems nach der Erfindung, zum Seil in schematischer Darstellung,

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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Reinigungssystems im Teilschnitt, unter Darstellung von von Einzelheiten einer der Filtervorrichtungen und

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, jedoch unter Darstellung einer Variante der Filtervorrichtung.

Gemäß der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ausführung der Erfindung besteht die Reinigungsvorrichtung aus einer allgemein mit 10 bezeichneten ersten Filtervorrichtung, einer allgemein mit 12 bezeichneten zweiten Filtervorrichtung sowie einer allgemein mit 14 bezeichneten Veraschungsvorrichtung. Die zweite Filtervorrichtung ist der ersten Filtervorrichtung ähnlich, jedoch arbeitet sie normalerweise, wie nachstehend noch näher erläutert, bei anderen Druckverhältnissen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt die erste Filtervorrichtung 10 eine geschlossene Karaer 16 mit einem oberen Einleite für eine zu reinigende Flüssigkeit. Am anderen Ende der Kammer 16 ist ein Auslaß 20 angeordnet. Dieser Auslaß hat eine gedrosselte öffnung 22, damit in der ersten Kammer ein ausreichender Druck aufgebaut wird, um zu bewirken, daß der flüssige Zustrom in eine zweite Kammer 24 fließt. Die zweite Kammer 24 ist länglich, wobei sie an einem End· bei 26 mit der Seitenwand der ersten Kammer in Verbindung steht. Obwohl die erste Kammer in senkrechter und' die «weit· Kammer in horizontaler Lage dargestellt sind, kann die gegenseitige Lage der Kammern umgekehrt werden, so daß dit erste 009841/0386 _

Kammer horizontal und die zweite Kammer vertikal angeordnet ist. Außerdem können die Kammern zueinander in einem Winkel von 90° angeordnet sein.

Die zweite Kammer 24 ist mit einem Einlaß 28 versehen, in den aus einem darüber angeordneten Zuführtehälter oder -trichter 30 Filtermaterial zugeführt wird. Vorzugsweise ist der Zuführbehälter mit Seitenwänden 32 versehen, die einen sich nach innen in Richtung auf den Einlaß verjüngenden Kegel bilden. Der Zuführbehälter besitzt eine in Querrichtung angeordnete Membran 34 und eine zwischen der Membran und dem Einlaß 28 angeordnete Materialeinlaßleitung 36. Eine aus Kolben und Zylinder bestehende Vorrichtung oder einfache hydraulische Membranpumpe 38 dient zum Hin- und Herbewegen der Membran 34, um das aus der Einlaßleitung 36 aufgenommene Material der Kammer 24 über ihren Einlaß 28 zuzuführen und in der Kammer ein Filterbett zu bilden. Beim Betrieb »ändert das Filterbett bei Betrachtung von Fig. 2 von links nach rechts durch die zweite Kammer .hindurch, wobei der zu filternde Zufluß oder die zu filternde Flüssigkeit in der zweiten Kammer 24 im Gegenstrom von rechts nach links fließt, so daß ein gefiltertes Produkt entsteht, das über den Auslaß 39 abgeführt wird, der mit einem Sieb 40 versehen ist, um zu verhindern daß Filtermaterial durch den Auslaß 39 hindurch gelangt.

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Erfindungsgemäß kann das verwendete Filtermaterial verschiedenartig sein und die verschiedensten Formen haben. Es kann aus einem mehrschichtigen Filterbett mit sich abwechselnden Schichten aus einem Aktivkohle-Adsorptionsmittel 41 und aus Sand 42 oder gänzlich aus Sand oder gänzlich aus Aktivkohle-Adsorptionsmittel bestehen. Das Aktivkohle-Adsorptionsmittel kann beispielsweise Holzkohle, ein reaktiviertes Filtermaterial, Anthrazit oder Flugasche enthalten. Das Filtermaterial kann ein Flockungsmittel, wie beispielsweise Alaun, oder einen absorbierenden Zusatzstoff, wie beispielsweise ein Ionenaustauschharz enthalten.

Das Filterbett arbeitet vorzugsweise wie eine Reihe aus drei im wesentlichen gleichen, sich jedoch überlappenden, in Fig. 2 mit 44, 46 bzw. 48 bezeichneten Abschnitten. Der erste Abschnitt 44 ist ein mechanisches Filter und entfernt aus der Flüssigkeit die größeren Teilchen. Der Mittelabschnitt kann als Klärabschnitt (attenuation section) angesehen werden, bei dem, wie in der veranschaulichten Ausführungsform nach der Erfiaiung gezeigt ist, ein Ausflockungsmittel, beispielsweise Alaun, dem Flüssigkeitsstrom zugesetzt wird, da» zur Bildung von Flocken neigt, die klebrig und schleimig sind und an der Oberfläche der Filterteilchen haften bleiben. Die Bakterien und sehr kleine Teilchen haften an den Flocken in den Zwischenräumen der Filterteilchen. Somit findet also in dem Mittelabschnitt eine Abklärung der verunreinigenden Stoffe statt. Es treten mehrere Wirkungen ein, von welchen eine die Geschwindigkeitsvermehrung der Flüssigkeit bei

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bei ihrem Eintritt in die zwischen den Filterteilchen gebildeten Räume ist, worauf sich ihre Geschwindigkeit, während sie sich in diesen Räumen befindet, merklich verringert und dann wieder erhöht, um den Raum zwischen den Filterteilchen zu verlassen. Der Raum zwischen den Filterteilchen selbst wirkt wie ein Absetzbecken oder eine Absetzzelle, die bewirkt, daß sehr kleine Teilchen, die selbst kleiner sind als die in die Räume hinein- und aus ihnen herausführenden Durchlässe, sich in den Räumen niederschlagen, so daß das aus der Flüssigkeit auszufilternde Material abgeklärt wird. Der dritte Abschnitt ist ein Filterabschnitt. Der Ausdruck "Filter" ist bei seiner Verwendung in Zusammenhang mit dem dritten Abschnitt so zu verstehen, daß damit ein Abschnitt gemeint ist, der in Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Mediums als adsorbierender Abschnitt und/oder absorbierender Abschnitt und/oder Ionenaustauschabschnitt wirken kann. Beispielsweise nimmt ein Aktivkohle-Adsorptionsmittel Säure, Fettsäure, Zucker, Kolloide und Phenole entsprechend den jeweiligen Isothermen dieser Stoffe auf.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist an dem Ende der zweiten Kammer benachbart zur ersten Kammer eine Sprühdüse 50 angeordnet, um am Ende des Filterbettes das Filtermaterial abzuscheiden öder zu entfernen. Diese Düse kann periodisch betätigt werden oder fortwährend arbeiten. In der Nähe des Filterbettes ist in einem Abstand von der ersten

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Sprühdüse eine zweite Sprühdüse 52 angeordnet zum intermittierenden Entfernen einer Filtermaterialschicht aus dem Bett. Wenn beispielsweise, wie es bei Doppelbettfiltern häufig der Fall ist, abwechselnde Schichten aus Sand und Kohle verwendet werden, wird die Kohle allmählich aus dem Bett ausgewaschen, bis an der Vorderseite des Bettes die Sandschicht erscheint, worauf die zweite Sprühdüse verwendet wird, um die Sandschicht vollständig abzuspülen, so daß, wie bei einem richtigen Doppelmedium-Filter, an der Vorderseite des Filterbettes stets Kohle bereitgehalten wird.

Wie im Vorstehenden erörtert, bewegt sich das Filterbett bei Betrachtung von Fig. 2 durch die zweite Kammer von links nach rechts. Eine Vorrichtung zum Bewegen des Bettes besteht aus einer in Querrichtung angeordneten Membran 54, die nahe dem Einlaß der zweiten Kammer angebracht ist. Der Hub der Membran liegt in der Größenordnung von etwa 10 cm (four inches) und verläuft zwischen einer Stellung außerhalb des Einlasses 29 und einer Stellung innerhalb des Einlasses. Zum Hin- und Herbewegen der Membratjkönnen beliebige, geeignete Antriebsmittel 56, wie beispielsweise ein Elektromotor oder hydraulischer Druck, verwendet werden. Zum Unterstüzeη der Membran bei ihrer Rückkehr in ihre Ausgangsstellung können elastische Mittel, wie beispielsweise die Feder 58, verwendet werden.

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Zur Steuerung der eine hin- und hergehende Bewegung erzeugenden Antriebsvorrichtung 56 kann jede beliebige geeignete Steuervorrichtung 60 verwendet werden. Eine solche Steuervorrichtung enthält zwei voneinander getrennte, jeweils an der Seite des Filterbettes angeordnete Druckabgriffe 62, um die zwischen ihnen bestehende Druckdifferenz anzuzeigen und somit die Menge der vorhandenen Fremdstoffe zu ermitteln. In Abhängigkeit von dieser Messung wird die Hubfrequenz der Membran gesteuert und somit die BewegungsgeSchuldigkeit des Filterbettes reguliert. Es leuchtet ein, daß sich die an das System gestellten Forderungen durch verschiedene Faktoren, wie das Wetter, die Stürme oder erhöhten Niederschlag mit sich bringen kann, d\e Tageszeit, die Jahreszeiten usw., erheblich verändern können. Eine Bewegungsgeschwindigkeit des Filterbettes in der Größen Ordnung von etwa 2,5 cm pro Stunde oder ca. 60 cm pro Tag hat sich als zufriedenstellend erwiesen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Seitenwände der zweiten Kammer 24 zur ersten Kammer hin nach außen schräg gestellt, wobei der Winkel zwischen den Wänden zwischen etwa 5 und 15° liegt. Diese Winkelstellung der Seitenwände und das Filtermaterial wirken ähnlich wie ein Absperr- oder Rückflußventil, so daß sich das Gut bei Betrachtung von Fig. 2 nicht nach links, sondern selbst dann, wenn sich die Membran auf ihrem Rückhubweg befindet, nur nach rechts bewegt. Die Steuervorrichtung 60 dient daußerdem zur Koordinierung der Bewegung der beiden Membrane 34 und 54 in. der

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Weise, daß sich, wie in Pig. 2 gezeigt, die Membran 34 bei äußerer Stellung der Membran 54 in ihrer inneren Stellung und bei innerer Stellung der Membran 54 in ihrer äußeren Stellung befindet.

Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Mittel zum Bewegen des Filterbettes in der zweiten Kammer 24 aus einer Schnecke oder Schraube 64 bestehen, die von Antriebsmitteln 66 angetrieben wird, die beispielsweise ein an die Antriebswelle 68 angeschlossener Elektromotor sein können. Um das Filterbettmaterial durch die Kammer zu schieben, wird die gesamte Schnecke mit Hilfe der zwischen der Antriebswelle bo und der Schnecke 64 eingeschalteten Kurvenscheibe hin und her bewegt. Somit dienen die Antriebsmittel 66 sowohl zum Drehantrieb als auch zum Hin- und Herbewegen der Schnecke 64.

Wie im Vorstehenden erörtert, enthält das Reinigungssystem eine erste Filtervorrichtung 10 und eine zweite Filtervorrichtung 12, wobei die letztgenannte Vorrichtung mit der erstgenannten Vorrichtung übereinstimmt. Sich in der ersten Vorrichtung bildaider Schlamm wird durch die Rohrleitung 72 mit einem Förderer oder einer Pumpe 74 (Fig. 2 und 3) geleitet und dient als Zustrom für die zweite Vorrichtung. Es hat sich als zufriedenstellend erwiesen, den Zustrom an der Oberseite der ersten Kammer in der ersten Piltervorrichtung einen Drude von etwa 0,07 kg/cm (1 p.s.i.g.) und

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den Zustrom an der Oberseite der ersten Kammer in der zweiten Vorrichtung ausgebrachte gefilterte Produkt wird durch die Rohrleitung 76 geleitet und somit dem in die erste Vorrichtung einströmenden Zustrom zugesetzt. Der Schlamm aus der zweiten Filter- oder Abfließvorrichtung (defluidizing device) wird über eine Schurre oder Rohrleitung 78 (Fig. 2 und 3) einer Veraschungsvorrichtung zugeführt, wobei der Auslaß für das abzuführende Produkt der Verascaungsvorrichtung mit Hilfe der Rohrleitung 80 an den Einlaß 36 der zweiten Kammer 24 der ersten Filtervorrichtung 10 angeschlossen ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Veraschungsvorrichtung aus einer umlaufenden Trommel 82 und einem in ihr angeordneten schwimmenden oder rollenden Zerhacker 84. Dieser Zerhacker dient zum Kneten der Schilammasse und zur Verhinderung ihrer Verdichtung in der Trommel. Zum unteren Ende der Trommel hin sind Luft- und GasZuführungen 86 bzw. 88 angeordnet, wobei eine Hauptluftleitung 90 die Luftzuführung mit einem zentralen Teil der Trommel verbindet. Die Veraschungsvorrichtung besitzt ferner einen Anzünder 91, Einstellplatten 92 und ein Instrumentenbrett 96. An der Oberseite der Trommel ist ein Ausblasrohr 98 angebracht. Ferner ist eine Sammeipfanne 100 vorgesehen, die an die Rohrleitung 80 angeschlossen und am unteren Ende der Trommel angeordnet ist.

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Nach dem Vors te lie ade η leuchtet ein, daß das gesamte System nach der Erfindung im wesentlichen selbstversorgend ist. Das heißt, daß der aus dem Zustrom entfernte Schlamm zur Erhöhung des Kohienstoffgehalts in der Veraschungsvorrichtung in einer sauerstoff- oder luftarmen Atmosphäre verbrannt wird, so daß reaktiviertes oder regeneriertes Filtermaterial entsteht, das in der Sammelpfanne 100 aufgefangen wird, um es dem Filterbett der ersten Filtervorrichtung wieder zuzuführen. Dieser UmlaufVorgang verbessert die adsorbierenden Eigenschaften des Filtermaterials, da der organische Kohlenstoff umgewandelt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung zu einem neuartigen und verbesserten Verfahren sowie einer Vorrichtung zum Reinigen bzw. Klären von Flüssigkeiten führt, die die Möglichkeit einer Verstopfung des Filterbettes wesentlich verringern, die kontinuierlich arbeiten und gleichmäßige Filtereigenschaften haben sowie sich leicht steuern lassen, um sich veränderlichen Betriebsaußenbedingungen anzupassen.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zum Klären verunreinigter Flüssigkeiten, wie beispielsweise Abwasser, bei welchem ein Fließbett aus Filtermaterial verwendet und die Flüssigkeit zur Bewegungsrichtung des Fließbettes im Gegenstrom zugeführt und aus ihm entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das verbrauchte Filtermaterial fortlaufend entnommen und durch Schwerkraft in die Entnahmevorrichtung eingebracht,und das Fließbett fortwährend mit frischem Filtermaterial aufgefüllt- wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu klärende Flüssigkeit in eine erste Kammer (16) eingebracht, das Filtermaterial in eine zweite Kammer (24) eingebracht wird, und der Auslaß der zweiten Kammer (24) sich an der ersten Kammer befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kammer (16) gleichlaufend mit der Einbringung der Flüssigkeit in die zweite Kammer (24) ein erstes Absetzen der verunreinigenden Feststoffe stattfindet, so daß sich das verbrauchte Filtermaterial und die abgesetzten Feststoffe am Boden der ersten Kammer (16) miteinander verbinden,

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Kammer (24) in einer nicht senkrechten Lage befindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial Sand und/oder Kohle oder ein Gemisch aus beiden ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fließbett im Verhältnis zu dem in ihm herrschenden Druckunterschied frisches Filtermaterial zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß der verunreinigten Flüssigkeit ein Ausflo.ckungsmittei zu-gesetzt wird.

.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Verlaufe der Endstufe der Klärung durch das Filtermaterial geleitet wird, während es sich in flüssiger Suspension und in Bewegung befindet, um das Filtermaterial in dem Bett aufzufüllen.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1 bis 8, bestehend aus Mitteln zum Bilden eines Fließbettes aue Filtermaterial, Mitteln zum Zuführen der verunreinigten

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Flüssigkeit im Gegenstrom zu dem Fließbett, dadurch gelcennzeicb.net, daß Mittel vorgesehen sind, um aus dem Fließbett fortwährend verbrauchtes Filtermaterial mittels Schwerkraft zu entnehmen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett eine Kammer von konischer Gestalt in der Weise durchwandert, daß es sich von dem engeren zu dem breiteren Ende der Kammer bewegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließbettkammer so geneigt ist, daß die Bewegung in der zweiten Kammer im wesentlichen aufwärts erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um der verunreinigten Flüssigkeit ein Ausflockungsmittel zuzusetzen, so daß, bevor'die Flüssigkeit durch das Fließbett geleitet wird, ein anfängliches Absetzen von Verunreinigungen stattfindet.

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