DE60113896T2

DE60113896T2 - Gerät zur Mikrofiltration von in einem Flüssigkeitsstrom suspendierten Feststoffpartikeln

Info

Publication number: DE60113896T2
Application number: DE60113896T
Authority: DE
Inventors: Donato Massignani
Original assignee: Individual
Current assignee: Nuove Energie SRL
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: US20010017279A1; DE60113896D1; CA2338483A1; ITVI20000041A1; DK1129757T3; CA2338483C; ATE306306T1; IT1315291B1; US6500331B2; ES2250238T3; EP1129757A1; EP1129757B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Filtern von festen Partikeln, die in einem Flüssigkeitsstrom enthalten sind, insbesondere Wasser, das aus zivilem oder industriellem Abwasser entnommen ist.
Es ist bekannt, dass das Ablassen von zivilem oder industriellem Abwasser bestimmt wird von zunehmend strengeren Bestimmungen. Die aktuellen europäischen Bestimmungen sehen vor, dass die in Abwasser enthaltenen Mikropartikel nicht über 35 mg pro Liter hinaus gehen sollten.
Es ist festzustellen, dass die früheren Regelungen, die zumindest für industrielle Anlagen in Kraft waren, eine Konzentration von bis zu 80 mg pro Liter zu ließen.
Deshalb besteht jetzt die Notwendigkeit, dass der Gehalt an Mikropartikeln von den jetzt erlaubten 80 mg pro Liter abgesenkt wird auf die jetzt geforderten 35 mg pro Liter.
Um diese Ergebnisse des Standes der Technik zu erreichen, gibt es Reinigungsanlagen mit Sandfiltern, wobei diese Filter jedoch sehr große Abmessungen haben. Zudem sind die Sandfilter begrenzt, denn die Filtration ist nicht kontinuierlich, da diese Filter wieder erneuert werden müssen nach einer vorbestimmten Anzahl von Betriebsstunden.
Eine weiter Lösung des Problems besteht in der Verwendung von Maschinen mit einer Trommel, die mit Filterflächen versehen sind: Das zu behandelnde Abwasser wird in die Trommel eingeführt und läuft durch die Filterflächen der Trommel. Diese Filterflächen werden regelmäßig gereinigt um Verstopfen zu verhindern.
Eines der mit dieser Filtertechnik verbundenen Probleme besteht darin, dass die Maschinen sehr groß und unhandlich sind und ihr Betrieb teuer ist.
Ein anderes einfacheres und wirksameres Verfahren zum Durchführen von Filtern, insbesondere von fasrigen Festkörpern, die in Wasser enthalten sind, besteht in der Nutzung von Maschinen, die mit Filtern versehen sind, die gegenüber liegende drehbare Scheiben aufweisen, in die Wasser zentral zugeführt wird mit einer Richtung, die beinahe tangential ist zu der Fläche der Filterscheiben und die kombinierte Wirkung von Scheibendrehung mit Wasserströmung mit einer Richtung, die beinahe tangential ist zu der Scheibe erzeugt eine Kraft in einer Richtung tangential zu der Scheibe und einer Richtung senkrecht zu ihr. Die senkrechte Komponente veranlasst das Wasser durch den Filter zu gehen und bewirkt das Filtern während die tangentiale Komponente unwirksam bleibt. Während dieses Filtervorgangs wird eine Schicht von Fasern gebildet und anhaftend abgelagert auf der Filterfläche, so dass die Fasern teilweise die Öffnungen verstopfen, durch die Wasser gefiltert wird.
Die Masse an Fasern, die nach und nach in der Filterkammer gebildet wird, führt eine rutschende Bewegung auf der Fläche der Filter aus, so dass die Filteröffnungen selbst reinigend sind. Offensichtlich erreicht die Selbstreinigungswirkung nicht ein perfektes Niveau. Mit anderen Worten: Diese Arten von Maschinen können in der oben genannten Art nur betrieben werden, wenn sie genügend oder relativ große Öffnungen haben, so dass das gefilterte Wasser nicht einen Gehalt von Mikropartikeln mit eine Größe von weniger als 50 oder 40 mμ haben kann, was nicht erlaubt ist mit den gegenwärtigen Bestimmungen.
Eine solche Filtermaschine ist bekannt aus der EP-A 388 709, die die Grundlage bildet für den Oberbegriff von Anspruch 1.
US-A 5 116 400 und FR-A 602 884 offenbaren Filtermaschinen mit einer einzigen Filterscheibe, deren Drehachse parallel ist zu der Fließrichtung der zu behandelnden Flüssigkeit.
Mit diesen Maschinen ist es nicht möglich sehr kleinen und feinen Schmutz zurück zu halten.
Eine ähnliche Filtervorrichtung ist bekannt aus der GB-A 1 002 819. Hier wird die axial ankommende Flüssigkeit von einer Saugpumpe durch die Filterscheibe gezogen mit dem Ergebnis, dass selbst relativ große Teilchen durch die Filteröffnungen gehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Grenzen der oben genannten bekannten Technik zu überwinden.
Insbesondere ist es die Aufgabe, eine Maschine zu schaffen, die eine kontinuierliche Mikrofilterung durchführt mit erheblichem Wasserdurchfluss, um so ein gefiltertes Wasser zu ergeben mit einem Gehalt an Mikropartikeln von 20 mg pro Liter oder weniger.
Eine weitere beabsichtigte Aufgabe ist es, eine Maschine zu schaffen, die angepasst ist, erhebliche Volumina von Wasser zu verarbeiten, ohne zu große Abmessungen zu erfordern.
Eine weitere Aufgabe, die gelöst werden soll, ist es eine Maschine zu schaffen, die relativ kostengünstig ist und sehr zuverlässig im Betrieb.
Die oben genannten Aufgaben und weitere, die besser dargelegt werden im Folgenden, werden gelöst mit einer Maschine gemäß der Erfindung gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafterweise bewahrt die Maschine zum Filtern gemäß der Erfindung die Vorteile der bekannten Maschinen mit Paaren von Filterscheiben, die es ermöglichen, dass der Flüssigkeitsstrom mit suspendierten Partikeln mit einer Strömung, die beinahe tangential ist zu den Scheiben, die Scheibenöffnungen erfassen kann entsprechend einer Kraftkomponente, die senkrecht ist zu der Scheibenfläche. Das Ergebnis derart kombinierter Wirkung ist es, dass die Scheibenöffnung für den Betrieb kleiner ist als die eigentliche Öffnung, die in der Scheibe ist.
Die Maschine gemäß der Erfindung erzielt ihre beste Leistung, wenn sie stromabwärts einer Wasserreinigungsanlage und insbesondere stromabwärts einer herkömmlichen Maschine mit Filterscheiben zum Beispiel der Art, die im Europäischen Patent 0388709 im Namen des selben Anmelders offenbart ist, verwendet wird. Der wesentliche Unterschied zwischen der Maschine, die im Europäischen Patent 0388709 offenbart ist, und der Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung, besteht darin, dass bei der Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Selbstreinigungswirkung des Filters auf der Scheibenfläche nicht bewahrt werden kann, weil Filterflächen mit noch kleineren Öffnungen angenommen werden müssen, um Mikrofiltration zu erhalten, die benötigt wird, um den Gehalt an Feststoffen in der gefilterten Flüssigkeit auf mindestens 20 μm oder 20 mg pro Liter oder sogar weniger abzusenken.
Deshalb ist es klar, dass die Filterscheibe ständig gereinigt werden muss von dem gefilterten Material, um so Verstopfen der Filteröffnungen zu verhindern.
Ein weiterer Vorteil der Maschine gemäß der Erfindung besteht in der Möglichkeit hohe Flussdurchsätze zu behandeln, die zu behandeln sind, ohne eine proportionale Zunahme der Größe und gesamten Abmessungen der Maschine zu erfordern. Dieses Ergebnis ist der Wirkung geschuldet, die in der Behandlungskammer erzeugt wird von dem hydrostatischen Druck der zu behandelnden Flüssigkeit. Insbesondere erzeugt die Zunahme des Durchmessers der Filterscheiben und die daraus folgende Zunahme des hydrostatischen Drucks einen größeren Druck auf die Fläche der Filterscheiben, so dass auf diese Weise größere Flüssigkeitsdurchsätze behandelbar sind als mit der einfachen proportionalen Zunahme der Filterfläche aufgrund der Zunahme des Durchmessers.
Weitere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden später besser verstanden werden aus der genauen Beschreibung der Maschine mit Bezug auf die Figuren der beiliegenden Zeichnungen, von denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist der Maschine gemäß der Erfindung, bei der die Bewegung der Scheiben erhalten wird durch ein axiales Reduktionsgetriebe,
2 die Maschine gemäß der Erfindung zeigt, bei der die Bewegung der Scheiben erhalten wird durch eine Anordnung am Umfang von Zapfen und Zahnrad,
3 eine geschnittene Ansicht der Maschine von 1 zeigt,
4 eine geschnittene Ansicht einer Ausgestaltung der Maschine von 1 mit konischen Scheiben zeigt, und
5 eine geschnittene Ansicht einer weiteren Ausgestaltung der Maschine gemäß der Erfindung zeigt, die mit zwei Paaren von Scheiben versehen ist.
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist festzustellen, dass die Maschine gemäß der Erfindung im wesentlichen eine kistenähnliche Form hat, in der eine Zufuhrkammer 2 für den Fluss der zu behandelnden Flüssigkeit vorgesehen ist durch die Führung 3 der zu behandelnden Flüssigkeit in die Behandlungskammer 4. Die Behandlungskammer, wie gezeigt in 1 und 3, ist aus zwei gegenüber liegenden Scheiben 5, 6 und der halbzylindrischen Wand 7 gebildet, die sich zwischen den Scheiben 5, 6 bis zu der oberen Grenze erstrecken, die von dem Boden 8' eines Sammelkanals 8 gebildet wird, was im Folgenden beschrieben werden wird.
Das behandelte Wasser läuft durch die Filterscheiben 5 und 6 und erreicht die Förderkammern 10, 11, die jeweils mit mindestens einem Bodenauslass 101, 110 versehen sind, die das behandelte Wasser zu der Sammelkammer 12 fördert, die mit einem Auslassrohr 121 versehen ist für das abschliessende Ablassen der zu behandelten Flüssigkeit gemäß den zur Zeit in Kraft befindlichen Vorschriften, d. h. mit einer Konzentration an Feststoffen von weniger als 20 mg pro Liter.
Wie gezeigt in 3 ist über der Behandlungskammer eine Reinigungskammer 13, die von dem Sammelkanal 8, der am Boden dieser Kammer angeordnet ist und den Abschnitten der Filterscheiben 5 und 6 gebildet ist, die aus der Behandlungskammer heraus ragen und bezeichnet sind mit den Bezugszeichen 51 und 61.
Die Abschnitte 51 und 61 der Scheiben, die aus der Behandlungskammer heraus ragen, werden von starken Strahlen getroffen, die von den Waschrampen 14 und 15 kommen, um so den gefilterten Schmutz von allen Öffnungen der Filterflächen der Scheiben zu entfernen. Auf diese Weise wird der gereinigte Scheibenabschnitt gedreht für den neuen Filterbetrieb während der Drehung der Scheiben ohne einer Abnahme der Filterwirkung ausgesetzt zu sein.
Das Reinigungswasser und die von den Abschnitten 51 und 61 gelösten Partikel der Scheiben 5 und 6 werden in dem Kanal 8 gesammelt, der versehen ist mit einem Auslassrohr 82, das das so rezirklierte Wasser den Reinigungsanlagen wieder zuführt, die stromaufwärts der Maschine gemäß der Erfindung angeordnet sind.
In der in 1, 2 und 3 gezeigten Ausgestaltung hat die Maschine gemäß der Erfindung Scheiben 5 und 6 mit flacher Fläche. Der Betrieb der Maschine ändert sich nicht, wenn die Scheiben nicht flach sind, sondern Scheiben sind mit kegelstumpfförmiger Fläche, wie die, die im Europäischen Patent EP 0388709 offenbart sind. 4 zeigt tatsächlich eine Teilansicht einer konstruktiven Version der Maschine von 1, bei der die Scheiben 20 und 21 konisch sind anstelle von flach. In diesem Fall wird die Berührungslinie des Sammelkanals 8 mit den Scheiben 20 und 21 ein Bogen sein, der bezeichnet ist mit 201 und 211 anstelle einer geraden Linie. Ansonsten ist der Betrieb der Maschine nicht geändert.
Die in den 1 bis 4 gezeigte Ausgestaltung der Maschine zeigt eine Maschine mit einem Paar Scheiben, bei denen die Einrichtungen zur Übertragung der Bewegung vorgesehen werden durch einen Zahnradmotor 70, dessen langsame Welle, die nicht gezeigt ist in der Zeichnung, koaxial ist zu der Achse der Filterscheiben, so dass das Drehmoment übertragen wird auf die Welle 71, die die Scheiben 5 und 6 trägt von 1 und 3 und die Scheiben 20 und 21 von 4.
Es ist auch festzustellen, dass die Maschinen von 1 bis 3 und die Version von 4 Scheiben haben, die an ihrem Umfang jeweils mit Dichtungen 52 und 62 für die Scheiben 5 und 6 und 202 und 212 für die Scheiben 20 und 21 versehen sind. Diese Dichtungen wirken auf die zylindrisch gekrümmte Bodenplatte 7, so dass eine Dichwirkung entsteht zwischen der Bodenplatte und den Scheiben und alles Wasser gefiltert wird ohne Verlust an hydraulischer Dichtung zwischen den Scheiben und der Bodenplatte 7.
In einer konstruktiven Version, die in 2 gezeigt ist, wird die Übertragung der Bewegung zu dem Paar sich gegenüber liegender Scheiben der Maschine durchgeführt von einer Zapfen und Zahnrad-Gruppe, wobei der Zapfen 80 eingreift in das Zahnrad 81, das auf dem inneren Umfang von Scheibe 82 montiert ist. Diese Konstruktion ist insbesondere geeignet für Maschinen mit Filterscheiben mit großem Durchmesser, bei denen das Moment an der Achse sehr hoch sein würde und es daher ratsam ist einen Zahnradmotor zu verwenden mit einer ausreichend hohen Drehzahl am Zapfen, um so Zahnradmotoren mit niedrigem Drehmoment zu verwenden.
Gemäß einer weiteren konstruktiven Version, die in der Teilansicht von 5 gezeigt ist, ist die Mikro-Filtermaschine gemäß der Erfindung versehen mit zwei Paar Scheiben, die jeweils bezeichnet sind mit 91, 92 und 93, 94. In diesem Fall werden diese Paare von Scheiben zwei Behandlungskammern 95 und 96 und drei Förderkammern 97, 98 und 99 bilden, die das gefilterte Wasser zu einer Sammelkammer fördern, die mit 100 bezeichnet ist. Der Sammelkanal 8 wird dennoch vorgesehen sein zwischen dem Paar von Scheiben 91 und 92 und auch zwischen dem Paar von Scheiben 93 und 94. Offensichtlich wird jedes Paar von Scheiben versehen sein mit den Waschrampen, die mit 14 und 15 bezeichnet sind.
Hinsichtlich der Filterfläche der Scheiben kann jede Fläche ausgeführt sein mit mikroperforierten Metallblättern, zum Beispiel aus nicht rostendem Stahl oder widerstandsfähigem Kunstfasergewebe, das auch mit Mikroöffnungen oder entsprechenden Einrichtungen versehen sein kann.
Es ist klar, dass mittels ständigem Reinigen der Filter in deren oberem Abschnitt ausserhalb der Behandlungskammer die Filterscheiben dauernd ihren Betrieb optimal durchführen können und Filtern statfinden kann auf die beste Weise ohne Stopps der Maschine und bei gewährleisteter, konstanter Filterqualität.

Claims

Vorrichtung zum Filtern von festen Partikeln, die in einem Flüssigkeitsstrom enthalten sind, mit – einer Zufuhrkammer (2) zum Sammeln der zu behandelnden Flüssigkeit, – einer Führung (3), die eine Strömungsrichtung bestimmt, mindestens einer Behandlungskammer (4, 95, 96) zum Anschluss an die Zufuhrkammer (2) mittels dieser Führung (3), wobei diese Behandlungskammer gebildet ist aus mindestens einem Paar von Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94), die koaxial auf einer Welle (71) montiert sind mit einer Drehachse, die sich im wesentlichen horizontal und senkrecht zu der Strömungsrichtung erstreckt und jede Behandlungskammer (4, 95, 96) einen Behandlungsraum bildet mit mindestens dieser Drehachse, – mindestens einer teilweise zylindrischen Wand (7), die angepasst ist mit den äußeren Rändern der Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) zusammen zu wirken, um den Behandlungsraum zu umschließen, – Förderkammern (10, 11, 97, 98, 99), die an den gegenüber liegenden äußeren Seiten des Behandlungskammer angeordnet sind zum Fördern der behandelten Flüssigkeit, wobei die Förderkammern (10, 11, 97, 98, 99) mit Bodenauslassen (101, 110) versehen sind, – mindestens einer Sammelkammer (12, 100), die verbunden ist mit der Förderkammer (10, 11, 97, 98, 99) mittels der Bodenauslasse (101, 110) und Auslassrohre (121) für die Flüssigkeit aufweist, – Einrichtungen zum Übertragen einer Drehbewegung auf die Welle (71), um das mindestens eine Paar Filterscheiben zu drehen, – Einrichtungen zum Reinigen der Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94), wobei die Einrichtungen zum Reinigen eine oder mehrere Waschrampen (14, 15) aufweisen, die außerhalb der Behandlungskammer angeordnet sind und jede mit Düsen versehen sind zum ständigen strahlen von Reinigungswasser gegen die Filterscheiben an deren Abschnitt, der aus der Behandlungskammer heraus ragt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sammelkanal (8) vorgesehen ist zwischen dem mindestens einen Paar Filterscheiben zum Sammeln des Reinigungswassers und der darin dispergierten festen Partikel, wobei der Sammelkanal (8) eine Bodenwand (8') aufweist, die eine obere Begrenzung der mindestens einen Behandlungskammer (4, 95, 96) bildet und die Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) Filteroberflächen aufweisen, die Blatt- oder Textilgewebe mit Mikroperforationen oder Mikrolöchern aufweisen und Einrichtungen zum Dichten (52, 62, 202, 212), die vorgesehen sind zwischen den äußeren Rändern der Scheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) und der teilweise zylindrischen Wand (7).
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Dichten (52, 62, 202, 212) Dichtungen aufweisen, die an den äußeren Rändern der Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) angeordnet sind, um gegen die teilweise zylindrische Wand (7) zu wirken.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Dichten (52, 62, 202, 212) Dichtungen aufweisen, die an der teilweise zylindrischen Wand (7) angeordnet sind, um gegen die äußeren Ränder der Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) zu wirken.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (8) Seitenränder aufweist, die Berührungslinien mit den Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) bilden.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterscheiben (5, 6) eine im allgemeinen glatte Oberfläche aufweisen.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterscheiben (5, 6) eine im allgemeinen stumpf konische Oberfläche aufweisen.
Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtungen einen Zahnradmotor (70) aufweisen, der mit der horizontalen Welle (71) verbunden ist.
Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtungen einen Zahnradmotor (70) aufweisen mit einer langsamen Welle, die einteilig ist mit einem Zapfen (81), der in Eingriff ist mit einem Zahnrad (82), das am Umfang einer der Filterscheiben angeordnet ist.
Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrofilternden Oberflächen der Filterscheiben (5, 6, 20, 21, 91, 92, 93, 94) mikroperforierte metallische oder plastische Blätter aufweisen, die mit Mikrolöchern versehen sind, die geeignet sind, eine Konzentration von festen Teilen in der gefilterten Flüssigkeit zu erreichen, die gleich ist oder geringer als 20 mg pro Liter.