DE4142612A1 - Verfahren und filteranlage zur behandlung von verunreinigten fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Filteranlage zur Behandlung von verunreinigten Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.

Stand der Technik

Bei Metallbearbeitungsverfahren, wie z. B. Schleifen, Erodieren, eletrochemisches Abtragen o. dgl. sowie bei allen Metallreinigungsverfahren in der industriellen Fertigung entstehen feine Partikel und Schlämme, die mittels wäßrigen Lösungen, Kühlschmiermittel o. dgl. entfernt werden müssen.

Aus der EP 02 75 819 A2 ist beispielsweise ein Labyrinthfilter zur Abscheidung kleinster Abtragspartikel von Funkenerosionsmaschinen bekannt geworden. Dieser bekannte Filter ist als eine Art Sandbettfilter ausgebildet, mit einer Füllung aus feinen Filterkörnern aus Quarzsand o. dgl. Labyrinthfilter oder Sandfilter werden in der industriellen Fertigung für die verschiedensten Reinigungszwecke angewandt. So werden Sandfilter beispielsweise zur Reinigung von Schwimmbädern, Chemieanlagen, kommunalen Kläranlagen o. dgl. verwendet, wobei die Reinigung mechanisch, biologisch oder chemisch ablaufen kann. Bei der rein mechanischen Reinigung werden die Schmutzpartikel durch Adhäsionskräfte an den Filtersand gebunden. Anlagentechnisch werden diese Filter als Säulen mit verschiedenen Durchmessern und Höhen ausgeführt und mit Quarzsand oder Quarzkugeln in definierter Korngröße befüllt. Mittels einer Pumpe wird die zu filtrierende Flüssigkeit durch den Sandfilter (Labyrinthfilter) gedrückt. Damit die Filterkörner in der Filtersäule verbleiben, sind in der Regel an den beiden Enden Rückhalteelemente aus feinmaschigem Draht oder Siebe angeordnet. Die Durchlaßweite des Maschendrahtfilters muß einerseits kleiner als der Korndurchmesser des Filtermediums, jedoch größer als die zu filtrierenden Schmutzpartikel sein.

Neben dem physikalischen Effekt der Adhäsion der Schmutzpartikel an die Filterkörner tritt ein mechanischer Filtereffekt ein, der durch Anschwemmung der Schmutzpartikel bewirkt wird. Von entscheidender Bedeutung für eine befriedigende Filterwirkung ist daher auch die Strömungsgeschwindigkeit in der Filtersäule, denn zum einen sollte diese wegen der Adhäsion so langsam wie möglich, zum anderen jedoch möglichst hoch sein, um eine befriedigende Durchlaufleistung zu erzielen. Diese Diskrepanz läßt sich durch geeignete Wahl des Filtersäulendurchmessers in Verbindung mit einer bestimmten Labyrinthhöhe verbinden.

Einen weiteren Einfluß auf den Filtriereffekt stellen die Viskosität des zu filternden Mediums und die Größenordnung der Schmutzpartikel dar. So entstehen beispielsweise beim normalen Schleifen Partikel in der Größenordnung von 2 bis 10 µ Durchmesser, beim Feinschleifen von 1 bis 3 µ, beim Erodieren von 1 bis 100 µ, beim elektrochemischen Abtragen von 1 bis 2 µ und bei industriellen Metallwaschanlagen je nach Anwendungsfall von 1 bis 500 µ.

Die bekannten Labyrinthfilter/Sandfilter werden nach nachlassender Reinigungswirkung durch einen Rückspülvorgang gereinigt. Dabei wird der Filter üblicherweise durch Beaufschlagung in umgekehrter Strömungsrichtung mit Reinflüssigkeit gereinigt, wobei die Schmutzpartikel von den Filterkörner abgelöst und entfernt werden. Dabei kann die Filterreinigung durch Auflockerung des Filtersandes unterstützt werden, was durch Rührwerke oder Druckluft erreicht wird.

Die durch die Filterreinigung verschmutzte Rückspülflüssigkeit wird bei bekannten Anlagen ihrerseits in separate Absetztanks oder in die Abwasserkanalisation geführt. Die Entsorgung der Rückspülflüssigkeit macht deshalb wiederum Probleme, da sie ggf. als Sondermüll zu behandeln ist. Es sind auch Anlagen bekannt, bei welchen das komplette Filtermedium, d. h. die Filterkörner ausgetauscht und entsorgt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Filteranlage zur Behandlung der verschmutzten Flüssigkeiten vorzuschlagen, bei welchem bzw. welcher zum einen der Reinigungseffekt der Flüssigkeit optimiert wird. Zum anderen soll das Problem der Entsorgung der beim Rückspülen anfallenden Verunreinigungen umweltfreundlich gelöst werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend bezeichnenden Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruchs gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung enthalten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit der zugehörigen Anlage hat den Vorteil, daß insbesondere beim Rückspülvorgang des Labyrinthfilters/Sandfilters die Rückspülflüssigkeit in vollem Umfang zurückgewonnen wird und nicht der Kanalisation oder einer Sonderdeponie zugeführt werden muß. Dadurch daß die Rückspülflüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf über den Sandfilter einem weiteren nachgeschalteten Zusatzfilter zugeführt wird, kann die durch den Zusatzfilter gereinigte Rückspülflüssigkeit als Reinflüssigkeit wieder zurückgewonnen werden. Dabei besteht der Zusatzfilter für die Rückspülflüssigkeit aus einem wiederverwendbaren Filterbeutel, der nach einem Ausblasen mittels Druckluft von den Schmutzpartikeln befreit werden kann. Zum Schluß bleibt deshalb nur noch getrockneter Schmutz und Abrieb übrig, der leicht entsorgt und gegebenenfalls weiterverwendet werden kann.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung angegeben und im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Filteranlage,

Fig. 2 einen schematischen Aufbau des Labyrinthfilters/Sandfilters.

Beschreibung der Erfindung

Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Filteranlage 1 dient zur Reinigung von wäßrigen Medien, insbesondere Flüssigkeiten 2 wie sie bei Metallbearbeitungsprozessen sowie bei Reinigungsverfahren anfallen. Die verschmutzte Flüssigkeit 2 wird einem Behälter 3 über eine Zufuhrleitung 4 von der Bearbeitungsstation zugeführt, wobei der Behälter 3 in einen Schmutzflüssigkeitstank 5 und in einen Reinflüssigkeitstank 6 aufgeteilt ist. Die verschmutzte Flüssigkeit 2 wird mittels einer Pumpe 7 über eine Leitung 8 einer Labyrinth-Filtersäule 9 zugeführt, die beispielsweise als Sandfilter mit einer Quarzsandfüllung oder Glaskugelfüllung ausgebildet sein kann. Ein Elektromagnetventil 10 dient zur Absperrung der Zulaufleitung 8 insbesondere beim Rückspülvorgang.

Die in der Filtersäule 9 gereinigte Flüssigkeit gelangt über eine Leitung 11 mit Magnetventil 12 in den Reinflüssigkeitstank 6. Die gereinigte Flüssigkeit 13 wird dem Reinflüssigkeitstank 6 über eine Leitung 14 entnommen und mittels einer Pumpe 15 in den Maschinenkreislauf 16 bzw. zur Bearbeitungsstation zurückbefördert.

Der Labyrinthfilter bzw. Sandfilter 9 ist in der Fig. 2 dargestellt und wird in seinem Aufbau näher erläutert.

Der Labyrinthfilter 9 ist als Filtersäule aufgebaut und besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 17 mit einem oberen Abschlußdeckel 18 mit Zulaufstutzen 19 sowie einem unteren Abschlußdeckel 20 mit Ablaufstutzen 21. Im Inneren des Gehäuses 17 befindet sich das Filtermedium 22, bestehend aus Quarzsand, Glaskugeln o. dgl. Das Filtermedium 22 ist auf einem unteren Rückhalteelement 23 gelagert, welches als eine Art Siebboden ausgebildet ist. Das Filtermedium 22 selbst nimmt innerhalb des Gehäuses 17 ein Füllvolumen mit der Höhe H_L und dem Durchmesser D ein. Oberhalb der oberen Fläche 24 des Filtermediums verbleibt ein Kammervolumen 25 mit der Höhe H_W, welches als zusätzliche Verwirbelungskammer 25 dient. Der untere Abschlußdeckel 20 weist einen zusätzlichen Anschlußstutzen 26 für Preßluft auf. Bei dem noch zu erläuternden Rückspülvorgang unterstützt die Preßluftzufuhr 26 die Wirbelbettbildung des Filtermediums, so daß die gesamte Höhe H_L und H_W als Verwirbelungsraum dient. Für den Einschluß des Filtermediums 22 innerhalb des Gehäuses 17 ist deshalb in dessen oberen Bereich ein oberes Rückhalteelement 27 für das Filtermedium vorgesehen.

Aufgrund der eingangs geschilderten sehr unterschiedlich großen Durchmesserbereiche der Schmutzpartikel muß das Geometrieverhältnis der Labyrinth-Filtersäule 9 optimiert werden. Hierbei haben experimentelle Forschungsergebnisse gezeigt, das als optimale Geometrieverhältnisse zur Labyrinthfilterung ein Abmessungsverhältnis H_L : D = 2 : 1 gewählt wird und zwar unabhängig von der verwendeten Korngröße des Quarzsandes bzw. der Glaskugeln. Hierdurch wird auch eine optimale Anpassung der Anlage an gröbere Schmutzpartikel in Verbindung mit größeren Maschenweiten der Rückhalteelemente 23, 27 ermöglicht. Die Maschenweite wird stets so groß gewählt, daß die Filterkörner des Filtermediums 22 nicht die Rückhalteelemente 23, 27 passieren können.

Die Strömungsgeschwindigkeit bei den genannten Abmessungsverhältnissen hängt stark von der Förderleistung der Zufuhrpumpe 7 ab. Der Volumenstrom der zu reinigenden Flüssigkeit 2 kann mittels der Pumpe 7 oder des Ventils 10 derart gedrosselt werden, daß eine Strömungsgeschwindigkeit von vorzugsweise 0,6 bis 0,8 m/min. jedoch max. 1 m/min. erzielt wird. Höhere Strömungsgeschwindigkeiten reduzieren den Adhäsionseffekt innerhalb des Labyrinthfilters 9 und damit die Reinheit der gefilterten Flüssigkeit.

Ein weiterer Verfahrensparameter ist der Zulaufdruck. Dieser darf nicht höher als 0,5 bis 0,8 bar sein, was explizit dem Volumenstrom entspricht, der die genannte Strömungsgeschwindigkeit aufrecht erhält.

Die Schmutzpartikel der verunreinigten Flüssigkeit 2 lagern sich im Labyrinthfilter 9 aufgrund einer Adhäsionswirkung an den Quarzsand o. dgl. an und bilden vor allem im oberen Zulaufbereich eine Art Anschwemmkuchen, was allmählich zu einem Anstieg des Pumpendrucks der Pumpe 7 bzw. zu einer allmählichen Reduzierung der Durchlaufmenge führt.

Die Labyrinth-Filtersäule 9 muß deshalb von Zeit zu Zeit einem Reinigungsprozeß unterzogen werden. Dies geschieht mittels eines an sich bekannten Rückspülvorganges, bei welchem das Filtermedium 22 durch Umkehrung des Flüssigkeitsstroms innerhalb des Labyrinthfilters gereinigt wird. Hierfür wird gereinigte Flüssigkeit 13 aus dem Reinflüssigkeitstank 6 mittels der Druckpumpe 15 entnommen und über eine Abzweigleitung 28 mit Regelventil 29 wiederum über die Leitung 11 dem unteren Stutzen 21 des Labyrinthfilters 9 zugeführt. In dieser Stellung ist das Ventil 12 in der Zuführleitung 11 zum Tank 6 hin geschlossen. Gleichermaßen ist ein weiteres Ventil 30 innerhalb der dem Abzweigungspunkt 31 folgenden Leitung 14 zum Verbraucher geschlossen, damit die Rückspülflüssigkeit ausschließlich zum Filter 9 gelangt.

Die Rückspülung zur Reinigung des Filtermediums 22 innerhalb des Labyrinthfilters 9 erfolgt demnach über die Leitung 14, 28, 11, d. h. durch Umkehrung des Flüssigkeitsstroms. Dabei werden die Quarzsandkörner bzw. die Glaskugeln aufgewirbelt, so daß sie den kompletten Innenraum des zylindrischen Gehäuses 17 zwischen den Rückhalteelementen 23, 27 einnehmen. Dabei reiben die Quarzsandkörner o. dgl. aneinander und geben die an ihnen haftenden Schmutzpartikel an die Rückspülflüssigkeit ab. Das Aufwirbeln der Körner kann dabei in an sich bekannter Weise durch Zugabe von Preßluft über die Anschlußleitung 26 in die Filtersäule 9 beschleunigt werden, wobei sich eine intervallweise Zugabe der Preßluft als besonders effizient im Hinblick auf das Trennen der Schmutzpartikel von den Filterkörnern erwies. Ein Elektromagnetventil 32 dient zur Steuerung der Zugabe der Preßluft.

Der Rückspülvorgang bzw. das durch Preßluftunterstützung entstehende Wirbelbett führt zu der Längsausdehnung des Filtermediums 22 über die Höhe H_L + H_W , d. h. bis zum oberen Rückhalteelement 27. Dieser größere Raum wird für das intensive Verwirbeln und Reinigen der Körner benötigt. Als optimales Geometrieverhältnis für diese Verwirbelungskammer 25 hat das Verhältnis H_W : D = 1 : 1 erwiesen, wobei H_W die Höhe der Kammer 25 und D der Durchmesser der Filtersäule 9 ist.

Erfindungsgemaß erfolgt der Rückspülvorgang und damit die Reinigung der Labyrinthfiltersäule 9 über einen zusätzlichen Filter 33. Hierfür wird die aus dem oberen Stutzen 19 austretende Rückspülflüssigkeit über einen Knotenpunkt 34 einer Leitung 35 mit Magnetventil 36 zugeführt und gelang in den Zusatzfilter 33. Der Filter 33 weist in seinem Inneren einen feinporigen Filterbeutel 37 auf, der sich an einem Stützkorb 38 abstützt. Die in dem Zusatzfilter 33 mittels des Filterbeutels 37 gereinigte Rückspülflüssigkeit aus dem Labyrinthfilter 9 wird dann über die Leitung 39 dem Reinflüssigkeitstank 6 wieder zugeführt, so daß bezüglich der Rückspülflüssigkeit ein geschlossener Kreislauf besteht. Der Filterbeutel 37 kann aus einem feinporigen Einwegmaterial bestehen. Er wird jedoch vorzugsweise als wiederverwertbarer Filterbeutel ausgebildet, um eine möglichst geringe Umweltbelastung zu erzeugen. Hierfür wird das Ventil 36 in der Zuführleitung 35 nach erfolgtem Rückspülvorgang geschlossen, so daß der Zusatzfilter 33 leer laufen kann. Über eine zusätzliche Zufuhrleitung 40 im oberen Bereich des Zusatzfilters 33 mit entsprechendem Regelventil 41 wird Preßluft in das Filterinnere des Zusatzfilters 33 gepreßt und damit die an dem Filterbeutel 37 haftende Schmutzmasse getrocknet. Der Filterbeutel kann damit bei zu starker Verschmutzung aus dem Filter 33 entnommen und die Schmutzpartikel in trockener Form entsorgt werden. Dadurch wird der Filterbeutel 37 als wiederverwendbares Teil benutzt. Zur Durchführung des Rückspülvorgangs wird das Magnetventil 10 zwischen dem Schmutzflüssigkeitstank 5 und dem Labyrinthfilter 9 innerhalb der Leitung 8 geschlossen, so daß die Rückspülflüssigkeit über die Leitung 35 dem Zusatzfilter 33 in geschlossenem Kreislauf zugeführt werden kann.

Die Rückspülflüssigkeit aus dem Labyrinthfilter 9 kann auch in einem nicht näher dargestellten Zwischentank zwischengelagert oder gepuffert werden; sie wird danach von diesem Zwischentank mittels einer separaten, vorzugsweise Druckerhöhungspumpe dem Zusatzfilter 33 mit Filterbeutel 37 zugeführt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Verbesserungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens.

Bezugszeichenliste

 1 Filteranlage
 2 wäßrige Medien, Flüssigkeiten
 3 Behälter
 4 Zuführleitung
 5 Schmutzflüssigkeitstank
 6 Reinflüssigkeitstank
 7 Pumpe
 8 Leitung
 9 Labyrinth-Filtersäule
10 Elektr. Magnet-Ventil
11 Leitung
12 Magnetisches Ventil
13 gereinigte Flüssigkeit
14 Leitung
15 Pumpe
16 maschineller Kreislauf
17 zylindrisches Gehäuse
18 oberer Abschlußdeckel
19 Zulaufstützen
20 unterer Abschlußdeckel
21 Ablaufstutzen
22 Filtermedium
23 Rückhalteelement
24 obere Fläche von 22 25 Verwirbelungskammer
26 Anschlußstützen für Preßluft
27 Rückhalteelement
28 Abzweigleitung
29 Regelventil
30 Ventil
31 Abwägungspunkt
32 elektrisches magnetisches Ventil
33 Filter
34 Knotenpunkt
35 Leitung
36 Magnetisches Ventil
37 Filterbeutel
38 Stützkorb
39 Abfuhrleitung
40 Zufuhrleitung für Preßluft
41 Regelventil

Claims (9)

1. Verfahren zur Behandlung von wäßrigen Medien, die mit feinen Partikeln und Schlämmen durch abtragende Bearbeitungsverfahren oder Reinigungsverfahren verunreinigt sind, wobei die Flüssigkeit von einem Schmutzwassertank einer mit Quarzsand, Glaskugeln o. dgl. gefüllten Labyrinth- Filtersäule und nachfolgend einem Reinflüssigkeitstank zugeführt und die Labyrinth-Filtersäule von Zeit zu Zeit einem Rückspülvorgang zur Reinigung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückspülvorgang der Labyrinthfiltersäule (9) in einem geschlossenen Kreislauf dem Reinflüssigkeitstank (6) Rückspülflüssigkeit entnommen wird, daß die beim Rückspülen verunreinigte Rückspülflüssigkeit aus der Labyrinth-Filtersäule (9) einem nachgeschalteten Zusatzfilter (33) mit einem Filterbeutel (37) zugeführt wird und daß die in dem Zusatzfilter (33) gereinigte Rückspülflüssigkeit dem Reinflüssigkeitsbehälter (6) zurückgeführt und die im Filterbeutel (37) verbleibende Verunreinigung separat entsorgt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Filterbeutel (37) des Zusatzfilters (33) zurückgehaltenen Partikel und Schlämme mittels Preßluft getrocknet und dem Filterbeutel zur Weiterverwendung getrocknet entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterbeutel (37) als wiederverwendbarer Beutel ausgebildet ist, der innerhalb des Zusatzfilters (33) mittels eine Stützkorbs (38) getragen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtersäulendurchmesser (D) des Filtermediums (22) in der Labyrinth-Filtersäule (9) derart bemessen ist, daß sich in der Labyrinth-Filtersäule (9) eine Strömungsgeschwindigkeit ≦ 1 m/min. vorzugsweise 0,6 bis 0,8 m/min. einstellt und daß der Zulaufdruck insbesondere ca. 0,5 bis 0,8 bar beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückspülen der Labyrinthfiltersäulen (9) intervallweise Preßluft zur Erzielung eines Wirbelbettes zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschmutzte Rückspülflüssigkeit in einem Zwischentank gesammelt und mittels einer Druckerhöhungspumpe durch den Zusatzfilter (33) gefördert wird.

7. Filteranlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche und insbesondere zur Behandlung von verunreinigten Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Schmutzflüssigkeitstank (5) für die verunreinigte Flüssigkeit eine Labyrinth-Filtersäule (9) und dieser ein Reinflüssigkeitstank (6) nachgeschaltet ist und das zur Durchführung eines Rückspülvorganges zur Reinigung der Labyrinth-Filtersäule (9) dieser ein Zusatzfilter (33) mit Filterbeutel (37) nachgeschaltet ist, dessen Auslauf mit dem Reinflüssigkeitstank (6) verbunden ist.

8. Filteranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe H_L des Filtermediums (22) im Labyrinthfilter (9) das zweifache des Säulendurchmessers (D) des Filtermediums (22) entspricht.

9. Filteranlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Oberfläche (24) des Filtermediums (22) ein Freivolumen als Zusatz- Wirbelkammer (25) mit einer Höhe (H_W) vorgesehen ist, wobei die Höhe (H_W) ungefähr dem Durchmesser (D) des Filtermediums (22) entspricht.