DE2647261A1

DE2647261A1 - Tiefbettfilter und verfahren zum filtern

Info

Publication number: DE2647261A1
Application number: DE19762647261
Authority: DE
Inventors: Gene Hirs
Original assignee: Amsted Industries Inc
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1977-08-18
Also published as: CA1080132A; DE2647261C2; FR2340759B1; FR2340759A1; IT1086852B; JPS5298270A; GB1564812A; US4190533A

Description

Die vorliegende Erfindung üetrifft ein Filter, slr.e Filtervorrichtung sowie ein Verfahren zum Filtern· Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung e-in Tiofbettfilter mit einer oder mehreren Scnichten, die im wesentlichen an Ort und Stelle durch eine Flüssigkeitsrückströmung rückg^spült werden.

Tiefbettfilter haben in den vergangenen Jahren eine Entwicklung durchgemacht und sind wirksamer geworden bzw. besser in der Lage, mit unterschiedlichen Filterbetriebszuständen fertig zu werden. Vermutlich eines der am weitesten verbreiteten Filter ist das bus Sand bestehende Μαηα-bßttfälter. Sand hat jedoch seine Nachteile, da er aus einsrVerteilung van unterschiedlichen Korngrößen besteht, selbst wenn er auf einen relativ begrenzten MaschengröJenbereich gesiebt worden ist. Diese Korngrö3envRrtßilung hat einen Sortierungs- bzw. Schichtungseffekt der Korner bei der Rückspülung zur Folge. Genauer gesagt, wird das Filterbett bei dem Hückspülvurgang expandiert, und die leichteren, kleineren Materialien haben die Tendenz, nach oben zu steigen,und die schwereren, grüi3eren Materialien haben die Tendenz, unter Sci.werkraftwirkung zum Boden zu sinken. Die Materialien werden daher "sortiert", wobei die feinsten Filterpartikel an die Oberseite des Filters und die gröbsten Filterpartikel zur Unterseite des Filters gelangen.

Line der zweckmäßigsten Betriebsweisen für ein Tiefbettfüber besteht darin, aas einströmende indium zunächst durch die grobkörnigste Sei licht und dann allmählich durch feinere Filterschienten zu leiten. Bai dem üblichen abwärtsdurenstrümten Ivionobettfilter ist iedoci der am wenigsten ideale Betriebszustand gegeben, da sich dip. Strömung van den feinsten Filterpartikeln zu den lyrobkürniysten Filter— partikcln besagt. Dies führt häufig dazu, darf die ankommenden Schmutz— partikel nie· t in die Einlarfflache eindringen können, und ein Verstopfen bzw. ein Zusetzen der Einlaufläciia ist die Folge. Dies verursacht einen sciineilen Druckanstieg und setzt das Filter in ein^r ungewönnlich kurzen Zeit aurfer Betririb, was ein vorzeitiges Rüci-.-spülen erfordert.

Der näcnste Schritt bei der Verbesserung des Monabettfilters war die Verwendung des Zweimedienfilters. Diese Filter bestehen typischer— weise aus einer oberen Schicht aus Anthrazit und einer unteren Schicht aus Sand, wobei das Anthrazit leichter und grö3er eis der Sand ist und der Sand im allgemeinen dieselbe Korngröße wie in eiern ivianobett hat. Das Zweimedienfilter dieser Art besitzt zumindest zwei Vorteile gegenüber dem Monobettfilter. Erstens bietst das Antnrazit der ankommenden Strömung eine geöffnetere und purü£,ere Überfläche üar, su daß grobKü'rnigere Partikel in die Überfläche eindringen können. Zweitens hat eine Vermisd ung an der Trennfläche zwischen den beiden Filtormedien eine porösere Schichtung an der Überseite der Sandscnicht zur Folg , was wiederum ein leichteres Eindringen in das Sandbett ermöglicht. Wenn auch beide Medien einen gewissen Scrtiorungseffekt besitzen, ist diese Anordnung, da sich das größere, leichtere Anthrazit an der Oberfläche befindet, weit überlegen, und sie dürfte heutzutage das am weitesten verbreitete Zweimedienfilter in der Technik darstelen. Wenn auch bei dieser Anordnung die Gefahr eines Zusetzens der Oberfläche weit geringer als bei dem Monabett ist, wird dieses Filter dennoch durch eine hohe Konzentration von Schmutz und faserförmigen Materialien relativ leicht zugesetzt bzw. verstopft.

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Das Grundkonzept des Zweimedienfilters ist in verschiedener Hinsicht verändFirt worden, bbiispifilswoico dadurch, da.3 ein Material mit einem griidercn spezifischen Gfiwicnl una einer feineren Kernrircji-te als Sand beigefügt wurde (vergl. z.B. Ufci-Pü j "343 oauj . üab feiner Ei, schv. er^ iviateriai üefindeL öich am fk:-dsn, din zv.'E?itR Schicht ist Sand, und an der Oberseite befindet sich AnCirazit. Die Gr."i3e der oberen beiden Materialien ist ähnlich demjenigen Iviaterial, üas in dein httrkämrnlichen Zw Bim du ie η filter vory/ejndtt /wird. Di'-sas Konzept erlaubt eine etwas fninere Filtrierung und satzt die; Gbi'txiir ßintjs "Durc; brochens" auf ein Minimum herab: diy Gefahr eines "überfläcnenzusetzfens" besteht jedoch immer nucn.

Ein anderes Kcnz'?pt ist in der US—PS 3 ai)ö 433 der Mnint-laerin CiüZi^i^t, aertiMii aem ein gr'u^BS ur^anisuhas pol yr-.nrns Material in der GröiJeriürdnuny vrn 2,5 bis 6,5 mm für t;in fvionaüett uffenbart ist. Diese Ancrdnunn war erfuiyr üicl'. bc L-n ^,ntfprnen vnn schweren Verscnmutzungen uriii faaerförmigen ivlat,erialitin; es .,lanyr-ltf.· j.orici.ch etv^as an der Fähigkeit, einen ^enücc-nri nnhen Prozentsatz van feinen L.aturiaiiün zu entfernen. In c.inigtsr. Anv-cndungsfällfin muJte daner dem Filter ein zus^tzlichus Fulierfilter wie btcispiuis./o-ist.- ein Zv/ninradinnfi lter nachgeschaltct werden. Zwei getrennte Filter waren urCurderlich, da dir Kunststoff— perlen durch ReiiVkulatri nn vnn auiJen rückgespült werden mußten und daher nicht mit den üLlicnen Rückspülmr-jthuden, wie sie in den Ctandardfiltern verwendet werden, verarueitet werden kannten.

Eine weitere Müdifikatiun diesss Prinzips ist in der US-PS 3 b14 der Anmelderin rezeirrt, in der grLninrgariische pclyrnere Material).XRn auf der übersei te einnr Sandschicht verwendet wurden, üies war s^itr wirksam bei der Fiitrierung und vermied dns Problem des Zusetzens bei hohen Konzentrationen und faserförniigen Materialien. Das Rückspulen war jedoch schwierig, da der Sand an Ort und Btelie zurückgsspült warilon rnui^te und die organischen Partikel auBerhalb des Filters in Umlauf gesetzt und rückgespült werden mußten. Dies machte es schwierig, eine Strömung für die richtige Wassermenge zum Expandieren des Sandes aufzubaueny und diese Menge mui3te gleichzeitig durch äußere Bürsten

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entfernt werden. Das Ejträmunospleichnov.'icht, wenn auch nicht unmöglich, war suhr schwierig herzustellen, da Teinpuraturu-idF.-runrrnn "inrn ausaepräyton EinTIuI] auf das Gesamtergebnis

Cs v.'urdpn nuch weitere Anstrengungen Lenaci.t, jii (Jic durnh hnhe· atiTi und Verstopfen der i/iatnriaiien Düüincitbn uurcii Vcrv.-.jndu-!?; van Ti nfh^tt-PoÜRrfilter zu

überwinden. Die meisten aiosiir l.iGU.iudün at.-rurituri jr.d-'ich auf Binr?m ac.iWijrkraft und vnrsc-iindenun Vorfahren der Kuaü-uieitiL η zur Verrinnerung ύ&τ üc.iinufczki.pzsntratif.-T. Dieser Zustand ist jndach üher den grämten Teil der Zeit unmöglich zu kc-ntrcl] i «ϊγρπ. Dies trifft für eine Sanitäranlagn zu, in der das GlRicngewicht gestört wird, wenn ein bturm oder t-.ir. auJfjrgnwnhnlichpr Urnstand auftritt odor v.'nnn nin toxisches Material zufällig in die sanitäre? Anlage entleert wird. ,V:jinn ein Zustand dieser Art auftritt, werden die Reiniger, die sich in einem sehr delikaten Gleici'rryv.'ic t befinden, VLllständin ciestnrt, und es beste..t die !"jufanr, da.j die Gc lamrnschicht in diu Filter überläuft. Üb! icherweise wird diese atrürnur..;-sofort vun den Filtern wüyüteleit&t, und -.vä.-irRnd des größten Teils der Zf;it wird diese hohe Konzentration vun ocnrnutz in din 3trt"me abgeführt. In Hinblick hierauf ist die Unzulänglichkeil; der z.Zt. verwendeten Filter offensicutlich.

Zur Lösung diesur Schwierigkeiten scnlägt die vorliegende Erfindung Lösungen vor, v;ie sie in den Ansprüchen 1, 9, 1C, 14, 15 und 16 rjekennznichnet sind.

8ei einer bevorzugten Läsung der vorliegenden Erfindung ist ein Tiefbnttfiltp.r vorgesehen, das aus mindestens zwui vertikal übereinanderliegenden, benachbarten, nranulatfürmigen Filterscllichten besteht, die an ihrer Frennfläuhe miteinander vermischt sind. Die

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untere Filterschicht besteht typischerweise aus ungleichförmigen Körnern, beispielsweise Sand oder Anthrazit, deren spezifisches Gewicht größer als 1,4 kp/dm ist. Die obere Filterschicht besteht im wesentlichen aus Körnern, die sowohl hinsichtlich der Größe wie auch der Konfiguration eine große Gleichmäßigkeit besitzen. Vorzugsweise haben die Körner des oberen Filtermediums eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: 1.) Die Körner sind im wesentlichen symmetrisch; 2.) Die Körner haben ein spezifisches Gewicht von weniger als 1,4 kp/dm j 3.) Die Körner sind gröber als die Körner inder unteren Schicht; 4.) Die Körner sind wasserbenetzbar. Dieser spezielle Satz von Eigenschaften liefert eine hochporöse obere Filterschicht, die den Aufbau eines Druckabfalls während der Filtrierströmung verringert und die im wesentlichen an Ort und Stelle durch Expansion während der Flüssigkeitsrückströmung rückgespült werden kann.

Bei spezielleren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Körner der oberen Filterschicht in dem Mehrschichtenfilter zylindrisch und haben einen GleichheitskoeffiziehtBn von im wesentlichen 1; der Gleichheitskoeffizient ist definiert als das Verhältnis der Maschenweite (mm), die 60·^ der Körner durchläßt, zu der Maschenweite (in mm) die gerade 10% der Körner durchläßt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht das Tiefbettfilter aus einer einzigen Filterschicht, die die gleichen Eigenschaften wie das Filtermedium der obersten Schicht in dem oben besprochenen Mehrschichttiefbettfilter hat.

Spezielle Filtermaterialien entsprechend spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Nitrilgummi, Polysulfidgummi, Polyureten und Glas. Die Körner der ersten drei Materialien können durch herkömmliche Extrus^ions- und Zertrenntechniken hergestellt werden. Glas hat jedoch üblicherweise ein spezifisches Ge-

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wicht von ungefähr 2,6 kp/dm . Um daher ein spezifisches Gewicht in der Größenordnung von etwa 1.05 bis 1.4 kp/dm zu erzielen, können die Glaskörner aus hohlen, an ihren Enden verschlossenen Glaszylindern gebildet werden. Die zwecmäßigste Größe des Durchmessers und der Länge eines zylindrischen Korns beträgt etwa 3/16 Zoll (4,77 mm) bis 1/4 Zoll (6,35 mm). Alternativ hierzu können die Körner sphärisch ausgebildet sein; in diesem Fall beträgt der Durchmesser vorzugsweise 3/16 Zoll (4,77 mm)bis 1/4 Zoll (6,35 mm).

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die verschmutzte Flüssigkeit durch die Filterschichten in einem Tiefbettfilter geführt, die aus den oben beschriebenen Materialien bestehen. Wenn das Filter eine beträchtliche Menge Schmutz an den Zwischenräumen des Filtermaterials angesammelt hat, wird die Flüssigkeits— ■ strömung beendet, und das Tiefbettfilter wird neu aufbereitet, indem Rückspülflüssigkeit nacn oben durch das Filterbett bewegt wird, um die Filterschichten im wesentlichen an Ort und Stelle zu expandieren und um dadurch die Scnmutzpartikel zu entfernen. Anschließend wird das Filterbett mit im wesentlichen getrennten Schichten neu geformt. Aufgrund der Gleichmäßigkeit sowohl hinsichtlich Grüße wie auch Form der Körner in der obersten Schicht erhält man eine Porosität an der EinlaJiflache in der obersten Schicht, die im wesentlichen gleich der Porosität der oberen Schicht vor dem Filterzyklus ist. Die Geschwindigkeit des Druckaufbaus während der folgenden Filtrierzyklen dürfte daher etwa die gleiche wie bei dem ersten Filtrierzyklus sein. Dies steht im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen das Filtermaterial nicht sehr gleichmäßig hinsichtlich der Größe ist, was eine Schichtung der Körner nach dem Rückspülen von den feinsten zu den gröbsten Körnern hin zur Folge hat und einen schnelleren Druckaufbau in den nachfolgenden Filtrierzyklen bedingt.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Verfahren zum Filtern von stark verschmutzten und faserförmigen verstopfenden Materilien

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durch ein Filterbett geschaffen, das aus einer grobkörnigen oberen Schicht aus perlenartigem Material besteht, dem ein oder zwei granulatförmige Filtermedien folgen, und bei dem das gesamte Filterbett an Ort und Stelle durch die aufwärts gerichtete Wasserströmung rückgespült wird.

Ferner wird durch die Erfindung ein Filtermedium geschaffen, das ein im wesentlichen grobkörniges Material mit einem spezifischen Gewicht in der Größenordnung von 1,05 bis 1.4 kp/dm und einer Größe ist, die die von üblicherweise in Tiefbettfiltern verwendetem Anthrazit übertrifft. Wie erwähnt, kann das grobkörnige Material entweder zylindrisch oder sphärisch sein, um dem Filterbett die größtmögliche Porosität zu verleihen. Zweckmaßigerweise ist das grobkörnige Material hinsicl tlich seiner Größe sehr gleichförmig, und es läßt sich leicht mit Wasser benetzen ader es hat lediglich eine sehr schwache hydraphobische Eigenschaft,

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsfarmen der Erfindung näher erläutert.

Es wurden verschiedene Materialien untersucht in Hinblick auf ihre Eignung als Filtermedium in einem Tiefbettfilter, entweder allein oder in Verbindung mit anderen Filtermedien. Basierend auf diesen Untersuchungen und ihren Ergebnissen schlägt die vorliegende Erfindung verschiedene Filtermedien vor, die entweder als die obere Scnicht in einem Mehrschicht-Tiefbettfilter oder als das einzige Filtermedium eines Mono—Tiefbettfilters verwendet werden können. Beispielsweise kann das neue Filtermedium als die obere Filter— schicht auf der Oberseite einer Schicht entweder aus Anthrazit oder Sand in einem Zweimedienfilter eingesetzt werden. Hinsichtlich der allgemeinen Betriebsverfahren bei diesen Arten von Filtern wird auf die US-PSen 3 900 395 und 3 925 202 Bezug genommen.

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Alternativ hierzu kann das erfindungsgemäße Filtermedium als die oberste Schicht in einem Dreimedien-Tiefbettfilter verwendet werden, das beispielsweise aus einer unteren Schicht aus Sand und einer mittleren Schicht aus Anthrazit besteht.

Die speziellen Materialien, die erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, sind hohle Glasperlen oder -kugeln aus Nitrilgummi, Polysulfidgummi oder Polyurethan. Diese sepzifillen Materialien besitzen, wie festgestellt wurde, zumindest einige oder alle der folgenden Eigenschaften, die sie für die hier offenbarten Zwecke geeignet machen.

Die erste dieser Eigenschaften ist ein spezifisches Gewicht innerhalb der Größenordnung vrn etwa 1,05 bis 1,4 kp/dm . Nitrilgummi, Polysulfidgummi und Polyurethan beispielsweise liaben alle ein spezifisches Gewicht von etwa 1,2 bis 1,3 kp/dm Diese Materialien können daher mit herkömmlichen Methoden extradiert und "abgehackt" werden, um Körner oder Perlen der gewünschten Größe zu erhalten. Glas hat jedoch ein spezi-fisches Gewicht von ungefähr 2,5 kp/dm . Die vorliegende Erfindung schlägt daher vor, hohle Glasperlen mit einem effektiven spezifischen Gewicht von etwa 1,2 bis 1,3 kp/dm'" zu bilden. Beispielsweise lassen sich herkömmliche Glasformmethoden verwenden, um ein Glasrohr zu bilden," das dann in regelmäßigen Abständen "abgezwickt" wird, um hohle Perlen der gewünschten Größe, Form und spezifischen Gewichtes zu bilden.

Dieser spezielle Bereich des spezifischen Gewichtes ist erwünscht aus verschiedenen Gründen. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mehrschicht-Tiefbettfilter zu schaffen, das an Ort und Stelle rückgespült und "erneuert" werden kann', im Gegensatz zu den Rückspülmethoden des US-Patentes 3 814 247 der Anmelderin. Die untere

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Grenze des spezifischen Gewichtes muH daher so gewählt werden, daß das Filtermedium während des Rückspülvorganges nicht aus dem Filterbett herausgewaschen wird. Am anderen Ende des Bereiches des spezifischen Gewichtes muß das Filtermedium schwer genug sein, um sich an der Trennfläche mit der nächsten, unteren Filterschicht zu vermischen, ohne in diese Schicht beim Rückspülen abzusinken, wodurch der Aufbau zweier übereinanderliegender benachbarter Filterschichten verlorenginge«

Die zweite wünschenswerte Eigenschaft der Filtermaterialien entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht darin, daB das Filtermaterial wasserbenetzbar oder hydrophil sein soll, im Gegensatz zu Filtermaterialien, die ölbenetzbar oder oleophil sind. Jedes der oben erwähnten speziellen Filtermaterialien hat diese Eigenschaft, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß. Glasperlen haben den größten Grad der V/asserbenetzbarkeit und den geringsten Grad einer Affinität zu Öl,und Polyurethan hat den geringsten Grad der Wasserbenetzbarkeit. Es ist etwas überraschend, daß Gummi- und Polyurethanperlen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, da die Erfahrung gezeigt hat, daß die meisten polymeren Materialien auf Petroleumbasis eine starke Affinität zu öl haben.

Aufgrund der Wasserbenetzbarkeit werden diese Materialien von der einströmenden Flüssigkeit nahezu vollständig benetzt, wodurch die Möglichkeit, daß Luftblasen an den einzelnen Körnern haften und ihr effektives spezifisches Gewicht verringern, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Es wird daher möglich, die Wirkung der Körner während des Rückspulens zu steuern. Bei Filtermaterialien, die nicht vollständig wasserbenetzt sind, können Luftblasen an den einzelnen Körnern haften bleiben, wodurch das spezifische Gewicht der Körner geändert und die Möglichkeit geschaffen wird, daß die Körner während des Rückspulens

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aus dem Filterbett herauströmen. Dieses Ergebnis ist offensichtlich unerwünscht und wird durch die speziellen Filterniaterialien, wie sie hier vorgeschlagen werden, und ihre Wasserbenetzbarkeit, die von der Anmelderin erkannt wurde, vermieden.

Die dritte erwünscnte Eigenschaft des Filtermaterials, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, bezieht sich riarauf, daJ3 die einzelnen Filterkörner möglichst gleichmäßig hinsichtlich Größe und Form sein sollen. Die Kügelchen aus Nitrilgummi, Polysulfidgummi oder Polyurethan können beispielsweise durch Extrudiren und Zertrennen Hergestellt werden, um äußerst gleichförmige, im wesentlichen symmetrische Körner zu erhalten. Die offenbarten Glaskügelchen können in äußerst gleichmäßiger Größe und Form dadurch hergestellt werden, daß zunächst mit herkömmlichem Glasformverfahren ein Glasrohr gebildet wird. Das Glasrohr wird dann, solange es sich noch auf einer Verformungstemperatur befindet, in regelmäßigen Abständen "abgezwickt", wodurch kapseifürmige Körner der gewünschten Gleicnförmigkeit gebildet werden.

Diese Eigenschaft hat verschiedene wichtige Vorteile. Da die einzelnen Filterpartikel im wesentlichen die gleiche Größe haben, ergibt sich kein Sortierungs- bzw. Schichtungsoffekt der Körner, so daß diese Filterschicht durch und durch homogen bleibt. Dies ermöglicht weiterhin eine hohe Porosität an der Einlaßfläche der Filterschicht, die sehr wichtig für das Eindringen von Schmutz ist. Da ferner kein Sortierungs- bzw. Scnichtungseffekt der Materialien in der obersten Schicht des Filtermaterials vorhanden ist, hat die Einlaßfläche der obersten Schicht nach den Rückspulen eine Porosität, die im wesentlichen gleich der Porosität vor dem Filtrierzyklus ist. Somit ist auch für nachfolgende Filtrierzyklen eine hochporöse Einlaßfläche vorhanden, um das Eindringen von Schmutz zu ermöglichen und die Geschwindigkeit des Druckaufbaus zu verringern.

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Diese "Gleichförmigkeitseigenschaft" läßt sich num-erisch erfassen, und zwar mittels eines "Gleichheitskoeffizienten", definiert als nummerischer Wert, den man erhält, wenn man die fv'aschenweite (in mm), die 60^L)d des Mediums durchläßt, durch die Maschenweite (in mm), die gerade 10°/> des Mediums durchläßt, dividiert. Bei der vorliegenden

Erfindung ist es erwünscht, ein Filtermedium mit einem Gleich— η

heitskoeffizieten von im wesentlichen 1 zu verwenden· Im Vergleich hierzu: Anthrazit und Sand haben üblicherweise einen Gleichheitskoeffizienten von etwa 1,3 bis 1.6, je nach dem Siebverfahren, da diese Materialien aus Partikeln unterschiedlicher Form und Größe bestenen. Synthetisch hergestellte Partikel entsprechen der vorliegendere! Erfindung werden jedoch nicht gesiebt, da sie alle im wesentlichen die gleiche Größe haben.

Weitere zweckmäßige Eigenschaften sind darxn zu sehen, daß die Körner vorzugsweise sphärische oder zylindrische Form haben; die zweckmäßigste Form ist zylindrisch, da diese Konfiguration die größte Porosität liefert. Ferner ist die vorteilhafteste Größe eines sphärischen Partikels ein Außendurchmesser von ungefähr 3/16 bis 1/4 Zoll (4,77 mm bis 6,35 mm). In der gleichen Weise ist es bei zylindrischen Partikeln wünschenswert, daß sich sowohl dis Länge als auch der Durchmesser in dem Bereich zwischen 3/16 und 1/4 Zoll (4,77 mmm und 6,35 mm) befindet. Diese spezielle Größe liefert die gewünschte Porosität und den gewünschten Filtrationseffekt in Beziehung zu einem optimalen Druckaufbau.

Um das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, wurden verschiedene Versuche durchgeführt, die einen direkten Vergleich mit anderen Filteranordnungen liefern. Das Ergebnis dieser Versuche zeigt deutlich die Vorzüge der vorliegenden Erfindung.

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Eine erste Versuchsserie wurde mit zwei Versuchsfiltern durchgeführt; hierbei wurde verschmutzte Flüssigkeit für einen direkten Vergleich von derselben Quelle gleichzeitig den beiden Filtern zugeführt. Die Verschmutzung der Flüssigkeit auf Wasserbasis betrug 50 ppm (Teile pro Million) Kaolin, 5 ppm Alum und 10 ppm Fasern (Baumwollfasern). Die Filtrierstrümungsgeschwindigkeit betrug 40,5 ijm min., bezogen auf die Filterfläche (10 gal/min Zoll²).

Das erste Filter dieser Versuchsreihe (Filter Nr. 1) bestand aus einer 24 Zoll dicken (60,9 cm) Bodenschicht aus Sand einer Korngröße von 30 bis 50 mesh (0.35 bis 0.55 mm) und einer 12 Zoll dicken (30,45 cm) oberen Schicht von Anthrazit einer Korngröße vun 16-20 mesh (0,8 bis 1,2 mm); die Schichten waren an ihrer Berührungsfläche miteinander vermischt.

Das zweite Filter (Filter Nr. 2) bestand aus einer 24 Zoll dicken (SO.9 cm) Bodenschicht aus Sand einer Korngröße von 30 bis 50 mesh, einer 12 Zoll (30.45 cm) dicken Zwiscl.enschicht aus Anthrazit einer Korngröße von 16,20 mesh und einer 9 Zoll (22,85 cm) dicken Schicht aus zylindrischen Nitrilgurnmi—Perlen, die sowohl eine Länge wie auch einen Durchmesser von 3/16 Zoll (4,77 mm) haben. Die Schichten waren wiederum an ihrer Berührungsfläche miteinander vermischt.

Die folgenden Ergebnisse wurden aufgezeichnet:

Filter Nr. 1

Gesamtvolumen verschmutzter Flüssigkeit	1	Trübungsgrad	Druckabfall Gesamtfilter	kp
GaI	378.5 757.0	J.T.U	lbs	2.27 9.54
100 200	0.67 0.70	5 21

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Filter Nr. 2

	1	Trübungsgrad	Druckabfall Gesamtfilter	kp
	378.5	J. T. U.	lbs	0.909
Gesamtvolumen verschmutzter Flüssigkeit	757.0	0.50	2	0.909
GaI	1135.5	0.46	2	0.909
100	2271.0	0.49	2	1.137
200	4542.0	0.42	2,5	1.362
300		044	3
öüü
1200

Diese Ergebnisse zeigen, dai3 das Filter Nr. 2, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, einen Druckabfall von nur zwei lbs (0,909 kp) über dem gesamten Filter nach einer Flüssigkeitsströmung von 200 Gallonen (757.0 l) erzeugte, im Vergleich zu einem Druckabfall vcn 21 lbs (9,54 kp) bei dem Filter Nr. 1 nach der gleichen Strömungsmenge. Die-selben Ergebnisse zeigen ferner, daß das Filter Nr. 2 einen Druckabfall von nur 3 lbs (1.362) nach eintr Gesamtstrurnungsmenge von 1,2OC Gallonen (4.542.0 l) erzeugte.

Die Vorzüge der vorliegenden Erfindung sind daher angesichts dieser ersten Versuchsreihe offensichtlich.

Eine zweite Versuchsreihe wurde mit zwei verschiedenen Versuchsfiltern durchgeführt, mit Ergebnissen, die wiederum die Vorteile der vorliegenden Erfindung klar zeigen. Bei dieser zweiten Versuchsreihe wurde wieder verschmutzte Flüssigkeit durch die beiden Filter gleichzeitig hindurchgepumpt. Die Verschmutzung der wässrigen Flüssigkeit dieser Versuchsreihe bestand aus 5o ppm Kaolin, 5 ppm Alum, und 2 ppm Fasern. Die.Strömungsgeschwindigkeit betrug 10 Gallonen pro Minute

2 ■ 2
und pro Zoll (40.5 l/m min.)

Das erste Filter dieser Versuchsreihe, Filter Nr. 3, bestand aus einer

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24 Zoll (60.9 cm) dicken Bodenschicht aus Sand einer Korngröße von 30 bis 50 mesh und einer 12 Zoll (30,45 cm)dicken Schicht aus Anthrazit einer Korngröße von 16 bis 20 mesh. Das zweite Filter dieser Gruppe, Filter Nr. 4, bestand aus einer 24 Zoll (50.9 cm) dicken Schicht aus Sand einer Korngröße von 30 bis 50 mesh und einer ö Zoll (15,22 cm) dicken Schicht aus zylindrischen Nitrilgummiperlen, die sowohl eine Länge und einen Durchmesser vun 3/16 Zoll (4.77 mm) hatten. Wieder waren in beiden Filter.Detteri die beiden Filterschichten an der Berührungsfläche miteinander vermischt.

Die Ergebnisse waren wie folgt:

Filter Nr. 3

Gesamtvolumen verschmutzter Flüssigkeit	1	Flüssigkeitsgrad	Druckabfall Gesamtfilter	kp
GaI	378.5	J.T.U.	lbs	0.454
100	757.0	0.50	1	Ü.454
200	1135.5	0.34	1	0.681
300	1512	0.30	1.5	1.362
400	1890	0.26	3	10.00
500	0.73	22

Filter Nr. 4

Gesamtv verschn Flüssic	ralumen lutzter keit	Flüssigkeitsgrad	Druckabfall Gesamtfilter	kp
GaI	1	J. T. U.	lbs	0.454
100	378. S	1.1	1	0.454
200	757.0	0.55	1	0.454
300	1135.5	0.42	1	0.454
ao 0	1512	0.40	1	0.454
500	1890	0.3B	1	0.454
1000	3785	0.31	1	0.91
2000	7570	0.22	2	1.59
3000	1135.5	0.18	3.5

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Diese Ergebnisse zeigen, daß das Filter Nr. 4, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, nur einen Druckabfall von einem Ib (0,45 kp) nach einer Flüssigkeitsströmung von 500 gal (1890 l) erzeugte, im Vergleich zu einem Druckabfall von 22 lbs (10,0 kp) bei dem Filter Nr. 3 nach der gleichen Flüssigkeitsmenge. Ferner zeigen diese Ergebnisse, daß das Filter Nr. 4 schließlich einen Druckabfall von nur 3,5 lbs (1,59 kp) nach einer Gesamtmenge von 3000 gal (11.355 l) erzeugte. Diese Ergebnisse verdeutlichen erneut die Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die zylindrischen Nitrilgummiperlen erzielt werden, 'Weitere ähnliche Versuche wurden mit Glasperlen durchgeführt und derselbe Trend einer geringeren Geschwindigkeit des Druckaufbaus wurde beobachtet.

Weitere Beobachtungen können anhand dieser Versuche gemacht werden. Zunächst zeigte jedes Paar von Versuchsfiltern vergleichsweise gute Abflußeigenschaften. Zweitens wurde jedes der Versuchsfilter nach einem Filtrierzyklus rückgespült, und zwar durch eine . ückwärts gerichtete, expandierende Rückspülströmung, nach der die Filter für eine nachfolgende Filtrierströmung neu geformt wurden. Bei beiden Versuchsfiltern 2 und 4 wurden die zylindrischen Perlen der oben Filterschicht im wesentlichen an Ort und Stelle rückgespült und dann neu geformt, um eine hochporöse Einlaßflächtr für die Aufnahme weiterer verschmutzter Flüssigkeitsströmung zu erzeugen.

Es versteht sich, daß die obige Offenbarung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen ist. Beispielsweise ist bei dem konkreten Ausführungsbeispiel die Bodenschicht des Mehrschicht-Tiefbettfilters als aus entweder Sand oder Anthrazit bestehend beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, daß andere entsprechende Materialien ebenfalls verwendet werden könnten. Außerdem ist die Erfindung unter Bezugnahme auf Eigenschaften beschrieben worden, die in vier speziellen Filtermaterialien gefunden wurden. Auch diese speziellen Filtermaterialien sind nur als Beispiele zu verstehen, die die in den beigefügten Patentansprüchen näher gekennzeichneten Merkmale liefern.

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Claims

Patentansprüche :

1« ¹AIs Tiefbettfi!ter ausgebildetes Filter mit mindestens zwei vertikal übereinander angeordneten, benachbarten, granulatfürmigen Filterschichten, die an einer Berührungsfläche miteinander vermischt sind, wobei das Filtermedium der unteren Filterschicht im wesentlichen aus ungleichförmigen Körnern

3 mit einem spezifischen Gewicht, das größer als 1,4 Kp/dm ist, besteht, dadurch yükennzeichr, et, da*3 das Filt^rrnndium der oberen Schient im wesentlichen aus Körnern besteht, die a.) sehr gleichmäßig hinsichtlich Größe und Form sind, b.) im wesentlichen symmetriscn sind, c.) ein

3 spezifisches Gewicht von weniger als 1.4 kp/d:n haben, die grüber als die Körner der unteren Filterschicht sind, und e.) wasserbenetzbar sind, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Filterschichten nach Ansammlung von Scimutz im wesentlichen an Ort und Stelle wieder aufbereitet, indem Rückspülflüssigkeit aufwärts durch die Schichten hindurchgeleitet wird, um die Filterschichten zu expandieren und angesammelte Verschmutzung zu entfernen.

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2. riltür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daiü das Filtermedium dar nbnren Filtfirschicht im wesentlichen gus Körnern mit einem Gleichheitskoef^izienten van im wesentlichen 1 bestehen, wobei der Gleichheitskaeffizient definiert ist als die Zahl, die man arhält, wenn man die 3itbüfFnuny (in mm), die 5O'/j dar Körner durchlä;3t, dividiert durch din Bieböffnung (in mm), die gerade 10^4 der Körner durchläßt.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeici net, dad das Filter— medium der oberen Filterschicht im wesentlichen aus hohlen Glaszylindern beatent, die jeweils an ihrsn Enden verschlossen sind.

4. Filter nacti Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da3 die Glaszylinder sowohl eine Länge wie auch einen Auj3endurchmesser in der Größenordnung von etwa 3/16 Zoll (4,77 mm) bis 1/4 Zoll (6,35 mm) haben.

5. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dal3 das Filtermedium der oberen Schicht aus im wesentlichen sphärischen Körnern besteht.

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BAD ORIGINÄti

5. Filtermaterial für nin Tiefhpttfaltar, bestehend im wesentlichen ays Glasperlen, dadurch gekennzeichnet, daß die hohl ausgebildeten Glasperlen ein spezifisches Ge-

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wicht in der Größenordnung vun 1,1 icp/d-n bis I₁-I kp/d-n haben, um die Expansinn des Filtnrmatrjriala während des Rückspulens zu erleichtern.

7. Filter nach Anspruch ö, dadurcn gekennzeichnet, daß die:

Glasperlen zylindrisch sind und im '.vnsnntlichsn die plpuche Größe haben und dai3 die zylindrischen Glasperlen jeweils an xhr.nm Längsende verschlossen sind.

8. Filtermaterial nach Anspruo 7, dadurc.-. rjnknnnzsi da3 diu zylindrisc.ien Glasperlen einn l.änfip und einen Durchmesser in der GroiBnnnrrinunn von etwa 3/16 Zoll (4,77 mm) bis 1/4 Zoll (5,35 mm) haben und da^ die Glasperlen einen Gleichheitskoeffizienten vcn etwa 1 haben, ivobei der Gleichheitskoeffizient definiert ist als das Verhältnis der Giüböffnunr; (in mn), die 6CBd der Glasperlen durchläßt, zu der Sieböffnuna (i mm), die cjp.rade 1ü'/h der Glasperlen durchläßt.

9. TiefbettTilter mit mehreren vertikal übereinander annewrdnetcn, benaciibarten, nranulatförminen Filterschichten, dadurcn gekennzei hnet, daH eine der Filterschicnten im

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wesentlichen aus weitgehend symmetrischen, hohlen Glasperlen bestent, dio a.) ein spezifisches Gewicnt in der Grü3enordnung vcn etwa 1.05 bis 1.4 kp/dm"" besitzen, urn die Expansion des Filtermaterials während des Rückspulens zu erleichtern, und b.) die im wesentlichen gleich hinsici tlich Grude und Form sind, um das Eindringen des Schmutzes in diese £ic! licht zu erleichtern.

IC. Tinfbettfilter mit mindestons zvvyi granulatförmigen Filturschichten, die in Richtung der Filtrierstrümung übereinander·· angeordnet sind, wobei diR beiden Filterscilichten entlang der Trennflächc zwischen den beiden Filtersc;iichten miteinander vermischt sind und das Material der zweiten Filter— schicht in Richtung der Filtrierstrnmunp feiner ist und ein größeres spezifisciies Gewicht besitzt als das Material der ersten Filtürsciicht, wobei ferner aas spezifische Gewicht cies FiItermate^rials der ersten Filterschirht kleiner als otv/a 1.4 und größer als etwa 1·05 kp/dm ist, und wobei 5chliei31ich eine Einrichtung zum Rückspülen und Expandieren der Filterschichten an Ort und Stelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daJ3 die erste Filterschicht aus wasserbenetzbaren syntnetiscnen Körnern besteht, die im wesentlichen die gleiche Größe und Form haben, um die Ansammlung von feinen Fi]terkörnern an der FiltriureinlaBflache

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BAD ÖFHÖINÄL

zu v/tirnfcitlrjr- und sumit :jinrj pL-r'Js;; E inln.? fläche zur .Aufnahme d^r vorsc'mutzten Flüssigkeit zu bilden, demit dor G^sa^bdrurkabfall im Fi] tc;r während der Filtrü nrstrümung vrarringnrt vrird.

1'"ι· Fix LorvurriCi .tuny, jekonnzGLcine!: durcn die Vürv.'rjnuun.j -oiner Fil— tiursc'iitht, dir; Ln Wu5:::ntlir;hnr auc ;;intim [jranulatftir'nirfr'n Fjltnrmatnri.al bnstn^! t, das dp.r Matfirialgrunp^ Glas, Mitrllqurnmi, PqIvsulfidcjummi und Polyurethan auscjowählt ist, wobei die Körner der Filtnrscilicht ei.) im ivtisentlicnen symmetrisch ausgebildet sind, b.j im v.-LjSuntiicnün Cjltiici sind hinsichtlich 3ri-:3t, und FL;rp, c.) ein snp.ziFischejs Gnvvirht ;in dpr nröiiünordnun''! vr.n 1.05 bis 1.4 kn/drn^w hahPin und d.) vorzugsweise wasserbenetzbar sind.

12. Filtcrvorriciituni-j nacn Ansprucn 11, daüurcn yuke^nnzLiichneT;, aai3 die Körriür der einen Filterschicht im v/esnntlichori zylindrisch ausgnbildot sind und pine Länge win auch einen Durchmesser in der GröSenordnunn von 3/16 bis 1/4 Züll (4,77 bis 6.35 mm) haben.

13. Fixtervürricntung nach Anspruch 11, dadurch gckünnzeicnriüt, da3 die Körner der einen Filterschicht im wesantlichnn sphärisch ausgebildet sind und einen Durchmesser von ungefähr zwischen 3/16 und 1/4 Zoll (4.77 bis 6.35 mm) haben.

14. Filbarvarrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daü das spezifische Gewicht der Körner in der Größenordnung von 1,2 bis 1.3 kp/dm liegt.

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BAD ORIGINAL

15. Verfahren zum Abfiltern von Verschmutzungen aus einer Flüssigkeit, dadurcn gekennzeichnet, daii die verschmutzte; Flüssigkeit durch ein Tiefbettfilter hindurchgeführt wird, das aus mindestens zwei benachbarten, vertikal übereinander angeordneten Filtsrschichten besteht, wodurch Verschmutzung an den Zwisciienstegen des Filterbettes angesammelt wird, um ein gesäubertes Filtrat zu erhalten, wobui das Filtermedium der obersten Schlicht a.) iia wesentlichen aus hydrophilen, oleophoben Körnern im wesentlichen gleichförmiger Größe und Form zwecks Bildung einer porösen Einlai3flache für die verschmutzte Flüssigkeit beste, t und b.) ein spezifisches Gewicnt in der Größenordnung

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zwischen 1.05 und 1.4 kp/dm hat, daß die Strnmuna vcn versciimutzter Flüssigkeit beerdet wird, wenn sich das Filter zumindest teilweise durch angesammelten Schmutz zugesetzt hat, daß das Tiefbettfilter wieder aufbereitet wird, indem Rückspülflüssigkeit aufwärts durch das Filterbett geführt wird, um beide Filterschichten im wesentlichen an Ort und Stelle zu expandieren und dadurch angesammelten Schmutz zu entfernen, wobei das spezifische Gewicht der obersten Filterschicht die Expansion zwecks Entfernung der Verschmutzung erleichtert, und daß das Filterbett mit im wesentlichen getrennten Fi ter— schichten nach dem Rückspülvorgang neu geformt und in der obersten Filterschicht eine Einlaßfläche gebildet wird, deren Porosität im wesentlichen gleich der Porosität der Einlaßfläche vor dem Filtrierzyklus ist.

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16. Verfahren zum Abfiltern von Schmutzpartikoln aus einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, da3 die verschmutzte Flüssigkeit durch ein Tiefbettfilter geführt wird, das aus einer Filterschicht bestent, die a.) irr. wesentlichen aus hydrophilen Körnern im wesentlichen gleicher Größe und Form gebildet ist, um eine poröse Einlaßfläche für die verschmutzte Flüssigkeit zu bilden, und b.) ein spezifisches Gewicht in der Größenordnung zwischen 1.05 kp/dm und

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1.4 kp/dm"' aufweist, uaä die Strömung der verschmutzten Flüssigkeit beendet wird, snbald sicn das Filter zumindest teilweise durch angesammelten Schmutz zugesetzt hat, da3 das Tiefbettfilter wieder aufbereitet wird, indem Rückströmflüssigkeit nach oben durch das Filterbett geführt wird, um die Filterschicht im wesentlichen an ürt und Stelle zu expandieren und dadurch angesammelten Schmutz zu entfernen, und daB das Filterbett nach dem Rückspülvurgang neu geformt sowie in der Filterscnicht eine Einlai3fläche gebildet wird, deren Porosität im wesentlichen gleich der Porosität der Einlaßflächu vor dem Filtrierzyklus ist.

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