DE2225682C3 - Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten durch Abtrennen und feinverteilten und/oder gelösten Stoffen und/oder Feststoffen aus der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, wobei der Behandlungs-, Spül- und Tramportvorgang in einem geschlossenen hydraulischen Drucksystem erfolgt, bei Welchem die Flüssigkeit einen mit Filtermaterial als Filterbett gefüllten Filterbehälter durchströmt und das mit Sclimutzstoffen beladene Filtermaterial portions- und taktweise und somit quasikontinuierlich aus dem Filterbehälter in einen nachgeschalteten Spülbehälter transportiert und im Kreislauf in den Filterbehälter zurückgefördert wird, wobei das Volumen der Charge durch die Eintauchtiefe des Rohres bestimmt und das Filtermaterial durch Einleiten von Druckwasser auf das Filterbett mittels eines Abzugsrohres abgezogen wird. Derartige Filteranlagen dienen zur Reinigung von Brauchwässern, wie beispielsweise der Reinigung von Industriewässern, Trinkwasser, Oberflächenwasser, Badewasser, Kühlwasser usw. Weitere Einsatzgebiete solcher Filteranlagen sind die Vorreinigungsstu^cen von ίο Industriespül- oder sonstigen Wässern, die in nachgeschalteten Stufen durch konventionell oder kontinuierlich arbeitende Ionenaustauscheranlagen weiter aufbereitet werden.

Die Schmutzaufnahnuifahigkeit und damit die Befriebszeit von Filtern herkömmlicher Bauart ist begrenzt, insbesondere bei Filtration von Flüssigkeiten mit hohem Anteil von Fest- oder Schwebestoffen. Die Betriebsunterbrechung derartiger Filteranlagen zum Zweck der Reinigung, d. h. Rückspülung, ist insbesonde-

2n re dann störend, wenn die Aufbereitung des Wassers mittels Ionenaustauscher kontinuierlich oder quasikontinuierlich erfolgt, bei denen also die Regeneration und Spülung der Ionenaustauschermassen außerhalb des Betriebsbehälters vorgenommen und die frisch regenerierte Ionenaustauscher masse im Kreislauf in den Behandlungsbehälter zurückgeführt wird. In diesem Fall erfolgt nämlich kcne Betriebsunterbrechung zum Zwecke der Regeneration der Ionenaustauschermassen wie bei den herkömmlichen Verfahren. Um bei

jo derartigen Anlagen auch einen kontinuierlichen Betrieb von Filtern zu gewänrleisten, ist es bekannt, mindestens zwei Filteraggregate aufzustellen, so daß bei einer Rückspülung des Betriebsfilters das in Reserve gehaltene Filter eingesetzt werden kann.

Eine kontinuierliche Betriebsweise bei Filteranlagen kennt man aus der DE-OS 14 11722. Bei dem vorbekannten Verfahren durchläuft die zu filtrierende Flüssigkeit den Filierbehälter von unten nach oben. Nach einer bestimmten Zeitdauer wird die Zufuhr der Trübe in den unteren Bereich des Behälters kurzzeitig abgestellt und die im unteren Bereich des Filterbehälters befindliche verschmutzte Filtermasse einem Reinigungsbehälter zugeführt, von welchem das im Gegenstrom gereinigte Filtermaterial in den oberen Teil des Filterbehälters zurückgeführt wird. Bei derartig kontinuierlich betriebenen Filteranlagtn ist die Bestimmung des Chargenvolumens des abzuziehenden verschmutzten Filtermaterials ein Problem. Bei dem vorbekannten Verfahren erfolgt dor Abzug der Filtermasse in vorher

Vi festgelegten Zeiträumen, was jedoch den Nachteil hat. daß der Verschmutzungsgrad des zu filtrierenden Wassers zu wenig berücksichtigt wird, was sich nachteilig auf den Reinheitsgrad des Filtrats auswirken kann.

Aus der DE-C)S 14 42 459 ist ein vollkontinuierlichcs Verfahren /um Regenerieren von Ionenaustauscher masse bekanntgeworden, bei welchem eine vnrbe stimmte Menge des Flüssigkeitsbehandlungsmatenals periodisch aus dem Behandlungsbehälter ohne Unter brechung des Behandlungsvorgangs im freien Fall unter Schwerkraftwirkung in ein Meß- und RegenenergefäU so lange eingeleitet wird, bis daß die im Meßgefäß abgesetzte Masse ein Niveau erreicht hat, welches mit dem Ende des Auslaßrohres in gleicher Höhe liegt. Der Ausströmvorgang der Flüssigkeitsbehandlungsmasse soll automatisch dann gestoppt werden, wenn die im Meßgefäß sich angehäufte Masse das mit dem Ende des Auslaßrohres in gleicher Höhe liegende Niveau erreicht

hat. Ein solches Verfahren erlaubt keine exakte Bemessung der zu regenerierenden Charge, da stets ein verflüssigtes Austauscherbett und somit keine klare Trennzone zwischen der Charge und der Flüssigkeit vorliegt. Ein stabiler kontinuierlicher Betrieb mit ί gleichbleibender Qualität des aufzubereitenden Wassers ist daher nicht möglich. Auch handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um ein Ab/ugsverfahren mit Volumenbestimmung, da das Abziehen der Masse nach üblichen Verfahren durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtrationsverfahren mit taktweisem Betrieb zu schaffen, das hydraulisch eine exakte Bestimmung des Chargenvolumens des abzuziehenden und abzutransportierenden Filtermaterials ermöglicht, wodurch eine stets gleichbleibende Qualität der aufzubereitenden Flüssigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eintauchtiefe des Abzugsrohres verän- >o derbar so gewählt wird, daß das auf Jas Volumen des Abzugstrichters des Filterbehälters abzusrmmende Volumen der im Kopf des Spülbehälters bis zum Niveau der Eintauchtiefe des Abzugsrohres befindlichen Austauschermasse einer Charge entspricht. Beim Auslösen 2> eines Taktes der Anlage wird somit jeweils durch das Abzugsrohr im Spülbehälter genau diejenige Menge abgezogen, die der im Filterbehälter abgesenkten Menge entspricht.

Die Beförderung von Masse durch senkrecht im Behälter angeordnete Abzugsrohre ist aus der US-PS 27 31424 bekannt. Durch diese Abzugsrohre wird granuläre Masse mittels Pumpen gefördert, um im Gegenstrem mit einer Kontaktflüssigkeit in einem nachgeschalteten Behälter beaufschlagt zu werden, ü Diese Abzugsrohre sind jedoch nicht höhenverstellbar ausgeführt und dienen nicht zum Transport von Chargen.

Höhenverstellbare Rohre sind aus der US-PS 27 88 899 be^: einer Anlage zur Sedimentation von Feststoffen aus Gaswaschwasser bekanntgeworden. Die Höhenverstellung der Rohre dient dazu, daß Gaswaschwasser einem Sedimentationstank in unterschiedlichen Höhen zuzuführen, so daß die Dichte der eingeführten Suspension jeweils der Dichte des Schlammwassers 4ί angeglicher ist. Diese Höhenverstel'ung dient jedoch nicht einer voiumetrischen Messung.

Um den sich in den Reinwasser-Entnahmesystemen mit der Zeit festgesetzten Filterstoffabrieb zu entfernen, ist nach einem bevorzugen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß unmittelbar vor Einlassen der Filterrmsse in den Kopf des Filterbehälters ein in entgegengesetzter Richtung zum Reinwasser fließender Wasserstoß von oben nach unten kurzzeitig eingelassen und am Boden des Filterbehälters abgelassen wird. Die « Entlastung dieses Wasserstoßes erfolgt gleichzeitig mit dem Absetzen des Filtermaterials in dem Arbeitsbehälter Der Austritt des Entlastungswassers ist am unteren Teil des Filterbehälters vorgesehen.

Die Taktzeit füt das Ablassen der verschmutzten Filtermasse aus dem Filterbehälter wird von der Zeit, d.h. Betriebszeit der Filterkolonne, der Durchflußmenge, dem Differenzdruckanstieg im Filterbehälter oder Vom Reinheitsgrad des Filtrats mittels Trübungsmes* sung bestimmt bzw, ausgelöst. Die Meßwasserströme können sowohl am tingang als auch in verschiedenen Höhen oder am Ausgang des Filterbehälters entnonv men werden.

Vorzugsweise ist als F.lterstoff ein inaktiver Stoff wie Polystyrol vorgesehen, dessen spezifisches Gewicht nicht wesentlich größer als 1 ist, so daß beim Aufwärtsstrom des zu filtrierenden Wassers der Filterstoff in der Schwebe gehalten werden kann. Statt dessen kann man als Filtermaterial auch poröse inaktive Ionenaustauschermasse verwenden, da dieses für die Feinfiltration besonders geeignet ist.

Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Filteranlage mit Betriebs- und Spülbehälter,

F i g. 2 ein abgeändertes Ausführungsbeispiel des unteren Teils der Spülbehälter.

Die dargestellte Filtrationsanlage enthält zwei Behälter, nämlich einen Filterbehälter 10 und einen Spülbehälter 11. Die zu Filtrierende Flüssigkeit, z. B. das Rohwasser, tritt über eine mittels eines Ventils 13 schaltbare Zuleitung 12 von unten über einen Rohwasserverteiler 14 in den mit Filterm.u.-.;;rial 15 gefüllten Filterbehälter 10 ein. Die Flüssigkeit durchströmt die Filterschicht 15 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, wobei die in ihr enthaltenen Fest- oder Schwebestoffe je nach Größe der Partikeln im Filterbett zurückgehalten werden. Das Reinwasser wird durch die Leitung 16, in der ein Ventil 17 vorgesehen ist, oben aus dem Behälter herausgeführt und derr. Verwendungszweck zugeführt.

Mit zunehmender Betriebsdauer 15t die Filterschicht 15 insbesondere im Bereich des Rohwassereintritts stark mit Schmutzpartikeln durchsetzt. Diese Verschmutzung ist beispielsweise meßbar durch das Ansteigen des Filter-Differenzdrucks zwischen Rohwasser-Eintnit und Reinwasser-Austritt. Der Verschmutzungsgrad kann auch kontinuierlich oder in Zeitintervallen durch fotometrische Messung der Trübung an Flüssigkeitsproben ermittelt werden, die durch eine oder mehrere in verschiedenen Höhen im Filterbehälter angebrachte Ventile 18 entnommen werden.

Beim Überschreiten eines vorgegebenen Differenz drucks oder Trübungswerts oder in vorgegebenen Zeitintervallen bzw. durch Durchlaufen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge wird das Filter kurzzeitig durch Schließen des Ventils 13 in der Rohw^serleitung 12 außer Betrieb gesetzt. In diesem Zeitintervall wird eine von den .Schmutzstoffen durch Spülen im Spülbehälter 11 befreite Filtermaterial-Charge. d. h. eine vorher aus dem Filterbehälter abgezogene Teilmenge des Filtermaterials, dem Filterbehälter 10 über die Leitung 19 und das Ventil 20 zugeführt. Nachdem diese Charge in den Filterbehälter 10 eingetreten ist. wird der Filterbehälter durch Öffnen des Ventils 13 und Einströmen der zu fi'.lriei enden Flüssigkeit wieder in Betrieb gesetzt.

Während des Beginns dieser Betriebsphase befindet sich eine schmutzDeladene Filtermaterial-C'harge im dem trichterförmigen Boden'eil 10a des Filierbehälters unterhalb des Rohwasserverteilers 14. Diese Charge wird dann über air Leitung 21 und das Ventil 22 in den Spülbehälter 11 geleitet. Das benötigte Spülwasser strömt über eine mittels eines Ventils 24 schaltbare Leitung 23 von unten in den Spülbehährr c'in. Dieser Spülbehälter 11 ist derart bemessen, daß eine Streckung des Filtermaterialvolumens um 70 bis 100% stattfinden kann, so daß die ScHmutzs'offe vollständig gelöst und über die Leitung 25 nach Öffnen des Ventils 26 abgelassen werden können,

Ist das zu filtrierende Medium, z. B. Wasser, nur

mäßig verschmutzt, so kaiin es zum Spülen der verschmutzten Filtermaterialchafge verwendet werden. Kann wegen des Verschmutzungsgrades das Rohwasser nicht zum Spülen benutzt werden, so muß mit Reinwasser gespült werden. Der bei dieser Anlage im Gegensatz zu herkömmlichen Filtern erforderliche geringe Spülwasserbedarf erlaubt auch aus wirtschaftlicher Sicht das Spülen mit Reinwasser. Ist die beschriebene Filteranlage einer kontinuierlich arbeitenden Ionenaustauscher-Vollenisalzungsanlage vorge- _u, schaltet, so besteht auch die Möglichkeit, daß das kontinuierlich anfallende Kationen- oder Anionenregenerat gesammelt und zum Spülen verwendet wird. Dieses ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Schmutzstoffe im alkalischen oder sauren Medium ι* leichter vom Filterstoff abgelöst werden, z. B. Entfernung von Kalkausscheidungen bei Verwendung von saurem RegeneraL

Bei einem hohen Verschmutzungsgrad ist es zweckmäßig, wenn in den Spüibehäiter n Spüliult von unten zur Auflockerung der Filtermasse eingelassen wird. Der insbesondere auch für Großanlagen vorgesehene Spülluftanschluß ist strichpunktiert eingezeichnet. Das Spülwasser wird über die Leitung 27, in der das Ventil 28 vorgesehen ist, in die Transportleitung 21 eingelassen. Es saugt kontinuierlich über einen Strahlsauger 30, vor den ein Ventil 31 geschaltet ist, Spülluft an. Für diesen Fall ist vorgesehen, daß das über der Filtermasse befindliche Wasser in der Spülkolonne 11 über eine Leitung 33. in der ein Ventil 34 liegt, abgelassen wird. 3:1

Der Abzug der Filterstoffteilmenge erfolgt über ein im Spülbehälter 11 in axialer Richtung angeordnetes Abzugsrohr 36. Zum Transport wird durch öffnen des Ventils 38 über die Leitung 37 Transportwasser von oben in den Spülbehälter 10 eingeiassen. Dabei wird die Filtermasse in das Abzugsrohr 36 gedrückt und in die Transportleitung 19 eingeführt. Da der Spülbehälter zur Aufnahme nur einer einzigen Filtermaterialien-Charge vorgesehen ist. reicht das Rohr 36 bis in den Bereich des Bodens.

Um die im oberen Verteiler- und Abnahmesystem des Filterbehälters angesetzten Filtermaterialien (Abrieb) zu entfernen, ist eine Schockspülung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist am Kopfstück des Filterbehälters 10 eine Leitung 39 angeschlossen, die über ein Ventil 44 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Unmittelbar vor Einlassen des gereinigten Filtermatenals über die Leitung 19 wird über Kopf des Filterbehälters 10 ein dem Reinwasserstrom 16 entegegengesetzter Wasserstrom von oben nach unten in den Filterbehälter eingelassen, der den oberen Düsenraum des Behälters 11 freispült. Das durch die Leilung 39 eingelassene Wasser kann Reinwasser sein. Diese Leitung ist mit der Transportwasserleitung 37 verbunden.

An die Rohwasserleitung 12 ist vor Eintritt in den Filterbehäiter eine Abflußleitung 41 vorgesehen, in der ein Ventil 42 zum Abfließen von Entiastungswasser bei der beschriebenen Schockspülung angeordnet ist Für einige Zwecke, z. B. bei der Filtration von Trinkwasser, ist es zweckmäßig, wenn in der letzten Phase der h> Rückspülung in den Spülbehälter Il Entkeimungsmittel wie Chlor, Chloramin. Ozon. ζ. B. über eine mittels eines Ventils 48 schaltbare Leitung 49, eindosiert werden, so daß eine Verkeimung des Filtermateriais verhindert wird.

Zur gleichmäßigen Verteilung des Spülwassers und damit zur Verbesserung des Waschprozesses kann in dem Rückspülbehälter 11 eine Lochplatte 50 eingebaut sein, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das Spülwasser wird über die Leitung 51 zugeführt, während das Filtermaterial durch den Einlaßstutzen 51a eintritt. Diese Lochplatte ist so beschaffen, daß sie Öffnungen verschiedenen Durchmessers aufweist, wobei die Größe der Durchmesser von innen nach außen abnimmt. Dadurch kann eine Randgängigkeit und eine Kanalbildung in dem Spülbehälter vermieden und der Spülwasseranfall reduziert werden. Die Filtermasse wird insbesondere durch die großen Bohrungen eindringen. Im übrigen sind in Fig.2 gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in Fig. 1.

Als Filtermaterial wird solches gewählt, das eine kugelige Form besitzt, so daß beim Transport der Filtermasse möglichst kein Abrieb entsteht. Es eignen sich vorzugsweise inaktive Filterstoffe wie Polystyrol. Kunststoff-Granulate, Aktivkohle, Koks. Anthrazit, deren spezifisches Gewicht nicht wesentlich größer als 1 ist. Hierdurch wird es beim Aufwärtsstrom des zu filtrierenden Wassers durch Andrücken gegen den oberen Düsenboden 60 als Filterbett ausgebildet. Auch poröses Austauschmaterial, wie Spezialkohle usw., ist geeignet. Ferner ist auch aktives oder inaktives Ionenaustauschermaterial geeignet, da dieses zur Feinfiltration Vorteile aufweist. Durch Einsatz von sehr feinkörnigem, inaktivem Ionenaustauschermaterial mit einer Korngröße von OJ bis 1 mm Durchmesser wird ein sehr guter Filtrationseffekt erreicht bei Filtergeschwindigkeiten größer als 30 m/h. Auch kann ein Filtermaterial mit chemischen polaren Gruppen besonders geeignet sein, die zwar das zu filtrierende Medium chemisch nicht beeinflussen, aber trotzdem durch die elektrische Ladung eine günstige Beeinflussung des Filtrationsvorgangs bewirken.

Die Beladung mit Schlammstoffen pro Zeiteinheit kann ein Vielfaches betragen gegenüber herkömmlichen Filtern, da das Zuführen des frisch gespülten und das Abführen des verschmutzten Filtermaterials nur durch die Transport- und Waschzeit begrenzt ist. Während bei Filtern herkömmlicher Bauart bei starker Verschmutzung eine häufige Unterbrechung des Betriebs erfolgt, hat das beschriebene Filter den Vorteil, daß ein quasikontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist. Bei herkömmlichen Filtern dauert die Rückspül- und Einfiltrationszeit etwa 2 bis 4 Stunden, wogegen bei der beschriebenen Filteranlage nur eine äußerst kurzzeitige Unterbrechungsphase erforderlich ist. da das frisch gespülte Filtermaterial im Kreislauf zugeführt und fortlaufend durch Waschen der verschmutzten Teilfiltermaterial-Charge ergänzt und ausgeglichen wird. Lange Spül- bzw. Einfiltrierzeiten entfallen somit bei dem beschriebenen Filterbetrieb.

Trotz höherer Schlammaufnahme ist der Spülwasserverbrauch im Gegensatz zu den konventionellen Filtern auf ein Bruchteil herabgesetzt, da nur die stark verschmutzte Zone abgezogen und gespült wird, nicht aber wie bisher die gesamte Filtercharge. Da die Filtergeschwindigkeit größer ist als bei herkömmlichen Filtern, ist eine kieinere Bauweise des Filterbehälters bei gleicher Leistung möglich. Auch kann der Wirkungsgrad bei dem beschriebenen Filter gegenüber der bisher bekannten Filtermethode verbessert werden, da durch das Zuführen von frisch gespültem Filtermaterial am Reinwasseraustritt und Abziehen der verschmutzten Filtermasse am Rohwassereintritt die Masse langsam. & h. takt- und portionsweise, im Gegenstrom zum filtrierenden Medium gefördert wird. Dadurch bleibt das Filtermaterial locker, und es tritt in der Haupt-

schmutzzone keine Verbackung wie bei herkömmlichen Filtern ein.

Die Taktzeit hängt von dem Feststoffgehalt der zu filtrierenden Flüssigkeit (Schwebestoffen) ab und kann in der Größenordnung zwischen 15 Minuten und mehreren Stunden liegen. Wird die beschriebene Filteranlage einer kontinuierlich arbeitenden Ionenaustau^c<>heranlage zur Aufbereitung, z. B. Teil- und

Vollentsalzung von Wasser, vorgeschaltet, so kann die Taktzeit derjenigen der Ionenaustauscheranlage ange^ schlossen werden. Man wird hierbei jedoch zweckmäßig die Spülzeit im Spülbehälter 11 entsprechend dem Verschmutzungsgrad der Filterstoffe einstellen, so daß für den Spülvorgang mehrere TaktiriterValle Vorgesehen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten durch Abtrennen von feinverteilten und/oder gelösten Stoffen und/oder Feststoffen aus der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, wobei der Behandlungs-, Spül- und Transportvorgang in einem geschlossenen hydraulischen Drucksystem erfolgt, bei welchem die Flüssigkeit einen mit Filtermaterial als Filterbett gefüllten Filterbehälter durchströmt und das mit Schmutzstoffen beladene Filtermaterial portions- und taktweise und somit quasikontinuierlich aus dem Filterbehälter in einen nachgeschalteten Spülbehälter transportiert und im Kreislauf in den Filterbehälter zurückgefördert wird, wobei das Volumen der Charge durch die Eintauchtiefe des Rohres bestimmt und das Filtermaterial durch Einleiten von Druckwasser auf das Filterbett mittels eines Abzugsrohres abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des Abzugsrohres veränderbar so gewählt wird, daß das auf das Volumen des Abzugstrichters des Filterbehälters abzustimmende Volumen der im Kopf des Spülbehälters bis zum Niveau der Eintauchtiefe des Abzugsrohres befindlichen Austauschermasse einer Charge entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor Einlassen der Filtermasse in den Kopf des Filterbehälters ein in entgegengesetzter Richtung zum Reinwasser fließender Wasserstoß von oben nach unten kurzzeitig eingelassen und am Boden des Filterbehälters abgelassen wird.

3. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Spülprozeß ■ as im Spülbehälter oberhalb der Filtermasse befindliche Wasser abgelassen und von unten in den Spülbehälter Luft eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigten Filtermasse Entkeimungsmittel, wie Chlor, Chloramin, Ozon, zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Filtermaterial poröse inaktive lonenaustauschermasse verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktzeit durch eine Zeituhr, einen Durchflußmengenmesser, einen Differenzdruckmesser oder mitteis eines Meßgeräts zur Messung des Trübungsgrades der dem Filterbehälter und/oder dessen Zu- oder Ablauf entnommenen Flüssigkeit gesteuert wird.