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Dokumentenidentifikation DE10219383A1 04.03.2004
Titel Filtriervorrichtung
Anmelder Nihon Genryo Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Saito, Yasuhiro, Kawasaki, Kanagawa, JP
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Anmeldedatum 30.04.2002
DE-Aktenzeichen 10219383
Offenlegungstag 04.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.2004
IPC-Hauptklasse B01D 24/46
IPC-Nebenklasse C02F 1/00   
Zusammenfassung Eine Filtriervorrichtung ist mit einem Filtriermedium-Reinigungsmechanismus im Inneren des Filtriertanks ausgestattet. Die Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung enthält einen hohlen Rührtank mit einer oberen und einer unteren Öffnung, und einen Schneckenförderer, der vertikal in dem Rührtank angeordnet ist und sich dreht, um das Filtriermedium und die Flüssigkeit, die durch die untere Öffnung in den Rührtank strömen, nach oben zu transportieren, während das Filtriermedium und die Flüssigkeit gerührt werden, um das Filtriermedium und die Flüssigkeit über die obere Öffnung in den Filtriertank auszutragen. Der Schneckenförderer enthält eine sich vertikal durch den Rührtank erstreckende Schneckenwelle und einen schraubenförmigen Schneckenflügel, der sich schraubenförmig entlang der Schneckenwelle erstreckt und an der Schneckenwelle durch mehrere radiale Streben fixiert ist, die an dem Schneckenflügel in vorbestimmten Winkelintervallen ausgebildet sind, wobei der innere Rand des Schneckenflügels von der Außenfläche der Schneckenwelle durch einen lichten Abstand beabstandet ist, der nicht kleiner ist als etwa 1% der Schneckenfläche, und nicht größer ist als 98% dieser Fläche.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Filtriervorrichtung, die Flüssigkeit wie zum Beispiel Wasser filtert.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Herkömmliche Wasserreinigungsverfahren in großen Wasserbehandlungsanlagen beinhalten die Zugabe von Chemikalien zu unbehandeltem Wasser, das aus Flüssen, Seen, Teichen oder Quellen abgezogen wird, um das darin suspendierte Material zu einer Größe zu agglomerieren, aufgrund derer das agglomerierte Material sich am Boden absetzt. Das oben schwimmende Wasser wird abgezogen und in ein Filtrierbecken geleitet, wo es durch ein Filtriermedium, beispielsweise in Form von Filtriersand, geleitet wird, um das feinere suspendierte Material zu beseitigen. Dieses Wasser wird dann mit Chlor desinfiziert.

Wenn allerdings Wasser durch ein Filtriermedium über einen langen Zeitraum hinweg auf diese Weise gefiltert wird, verschlechtert sich der Filtrierwirkungsgrad aufgrund des Umstands, daß die Verunreinigungsstoffe in dem Wasser (Verunreinigungen wie Schlamm, im folgenden einfach als Verunreinigungen bezeichnet), die an dem Filtriermedium haftenbleiben. Daher ist es notwendig, das Filtriermedium periodisch zu reinigen. Als Reinigungsverfahren für Filtriermedien gibt es die Oberflächenreinigung, bei der die Oberfläche einer Filtriermediumschicht dadurch abgewaschen wird, daß sie mit Wasser aus einer Düse besprüht wird, außerdem gibt es das Rückspülen oder Rückwaschen, bei dem gereinigtes Wasser unter Druck aus einem Druckbehälter in das Filtrierbecken getrieben wird, so daß die Filtriermedium-Körner aufgeschwemmt werden und sich aneinander reiben.

Allerdings machen die oben beschriebenen Verfahren der Oberflächenreinigung und des Rückspülens Gebrauch von Effekten der Stromscherung, sie können das Filtriermedium nicht mit zufriedenstellender Wirksamkeit reinigen. Probleme ergeben sich aus dem wiederholten Einsatz über eine längere Zeitspanne hinweg, so zum Beispiel einer Verringerung des Raums in dem Filtriermedium, bedingt durch die fortschreitende Verdickung der Körner durch daran haftenbleibende Verunreinigungen, ein Verstopfen durch die Separierung von Materialien, die an dem Filtriermedium haften geblieben waren, und das Lecken von Verunreinigungen selbst.

Üblicherweise wurden diese Probleme beispielsweise dadurch angegangen, daß man die Häufigkeit des Rückspülverfahrens steigerte. Wird allerdings das Rückspülverfahren über einen langen Zeitraum hinweg wiederholt angewendet, so beeinflußt der vorhandene Wasserdruck sogar die Kiesschicht, die das Filtriermedium trägt, es entstehen Bereiche unterschiedlicher Dicke innerhalb der Schicht, die an sich optimal flach sein und gleiche Dicke haben soll. In diesem Fall ist es notwendig, einen Regenerierungsprozeß durchzuführen. Dieser beinhaltet das Stillsetzen des Gesamtbetriebs des Filtrierbeckens, das Beseitigen des Filtriermediums, das Ausgleichen der Dicken-Ungleichmäßigkeiten (der Kiesschicht), das Austauschen des Filtriermediums durch ein neues Filtriermedium (oder durch ein gereinigtes und regeneriertes Filtriermedium). Da allerdings das Regenerierverfahren extrem kostspielig ist, und während des Vorgangs das Filtrierbecken stillgelegt sein muß, was zu einer Minderung des Wirkungsgrads bei der Wasserbehandlung führt, besteht starker Bedarf in Wasserbehandlungsanlagen, die Intervalle zwischen den einzelnen Regenerierprozessen möglichst groß zu machen.

Um dieser Forderung zu entsprechen, wurde von der Anmelderin eine Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung entwickelt und vorgeschlagen, die ein verunreinigtes Filtriermedium (zum Beispiel Filtriersand) in kürzerer Zeit und mit höherem Reinigungswirkungsgrad reinigt (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen 10(1988)-109051 und 11(1999)-057526), welche von den Fachleuten eingesetzt und gelobt wurde. Diese Reinigungsvorrichtung enthält einen Reinigungstank, der Filtriermedium und Reinigungswasser speichert und in seinem oberen Bereich mit einer Filtriermedium-Aufnahmeöffnung zur Aufnahme von Filtriermedium ausgestattet ist, das aus einem Filtrierbecken abgezogen wird, und im unteren Bereich mit einer Filtriermedium-Austragöffnung ausgestattet ist, wobei ein Rührtank innerhalb des Reinigungstanks aufrecht stehend angeordnet ist, ausgestattet mit einer oberen und einer unteren Öffnung am oberen bzw. am unteren Ende, wobei sich innerhalb des Rührtanks ein Schneckenförderer dreht. Die Körner des Filtriermediums werden von dem Schneckenförderer zusammen mit dem Reinigungswasser nach oben gebracht. Während sie nach oben befördert werden, reiben sich die Körner des Filtriermediums aneinander, und die dadurch eintretende Scheuerwirkung beseitigt in wirksamer Weise die Verunreinigungen, die daran haften oder die Körner überziehen.

Im Gegensatz zu Wasserbehandlungs-Großanlagen, wie sie oben beschrieben wurden, besitzen Filtriersysteme, beispielsweise in Form von Filtriertanks, die in einfachen Installationssystemen kleinen Maßstabs oder in Fabriken installiert sind, in einem Behälter einen Filtriertank, der ein Filtriermedium ebenso wie von dem Filtriermedium zu reinigendes Wasser aufnimmt, wobei das von dem Filtriermedium zu reinigende Wasser aus dem Filtriertank durch ein Filterbett aus dem Behälter ausgetrieben wird. Es ist übliche Praxis, bei diesen Filtriersystemen von dem Oberflächenwaschverfahren oder dem Rückspülverfahren für das Filtriermedium Gebrauch zu machen, da hier ähnliche Probleme wie bei den Filtrierbecken vorliegen. Das heißt: es gibt einen starken Verbrauch gereinigten Wassers für das Rückspülverfahren, und dementsprechend ist der Reinigungswirkungsgrad unzureichend.

Da außerdem das Filtriermedium bei Klein-Filtriersystemen in einem kleinen Behälter untergebracht ist, schreitet dessen Verunreinigung schneller fort als bei Filtrierbecken. Da sie außerdem eine Hochgeschwindigkeitsfiltrierung bewerkstelligen, kommt es mit größerer Wahrscheinlichkeit zu einem Ausfließen von Verunreinigungen, so daß das Filtriermedium unter rauheren Bedingungen belastet wird als bei einem Filtrierreservoir. Deshalb ist es notwendig, das Filtriermedium in kürzeren Zykluszeiten auszutauschen oder zu regenerieren.

Es ist vorstellbar, die oben beschriebene Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung gemäß den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen 10(1998)-109051 und 11(1999)-057526 dazu zu verwenden, das Filtriermedium zu reinigen, welches von Filtrier-Kleinanlagen abgezogen wird. Im Vergleich zu der Menge Filtriermedium in Filtrierbecken jedoch ist die Menge Filtriermedium in einem Filtriertank von Filtrier-Kleinanlagen extrem gering, der betriebliche Wirkungsgrad ist also gering. Deshalb ist es nicht effizient und nicht praktikabel, den Raum bereitzustellen, der zur Installierung der oben beschriebenen Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung erforderlich ist, und es lohnt sich auch nicht, die Kosten für die Installation und den Abbau bereitzustellen, um eine so geringe Menge an Filtriermedium zu reinigen. Aus praktischen Gesichtspunkten ist es im allgemeinen so, daß das Filtriermedium durch ein neues Filtriermedium ersetzt wird anstatt nach einem Reinigungsvorgang erneut verwendet zu werden.

Allerdings muß das nach dem Austausch zu entsorgende Filtriermedium wie Industrieabfall behandelt werden, die Kosten für die Entsorgung sind hoch. Außerdem ist es aus ökologischer Sicht zu bevorzugen, von dem bequemen Trend des Verbrauchens und Wegwerfens in eine Richtung zu wechseln, gemäß der Resourcen recycelt und erneut verwendet werden.

Es gibt bekannt Filtriervorrichtungen, die einen Filtriermedium-Reinigungsmechanismus aufweisen, der mit einem Filtriertank ausgestattet ist, wie dies in dem japanischen Patent Nr. 31491 und der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung 63(1988)-98704 offenbart ist. Bei ersterer Filtriervorrichtung ist ein zentrales Rohr mit einem unteren offenen Ende in einer Filtrierkammer von oben her aufgehängt, und in dem oberen Teil des zentralen Rohrs befindet sich ein Propeller. Etwas über dem oberen Ende des zentralen Rohrs ist an dem Propeller ein Tubus angebracht, der mit diesem synchron dreht und ein Reinigungsfluid mit hoher Geschwindigkeit durch Zentrifugalkraft aus seiner Sprühöffnung aussprüht, wobei die Sprühöffnung zur Seite hin gerichtet ist. Beim Reinigen des Filtriersands wird der Propeller gedreht, um den Filtriersand in das zentrale Rohr durch dessen unteres Ende einzuziehen, und der nach oben gezogene Filtriersand wird durch das obere Ende des zentralen Rohrs ausgetragen. Das aus der Sprühöffnung des Tubus ausgesprühte Reinigungsfluid wird gegen den durch das obere Ende des zentralen Rohrs ausgetragenen Filtriersand geblasen, wodurch die Verunreinigungen von dem Filtriersand getrennt und dieser gereinigt wird.

Bei dieser zuletzt erläuterten Filtriervorrichtung ist ein Spülschlauch von oben her in den Tank gehängt, und in diesem Rohr befindet sich eine Schrauben-Wasserpumpe. Diese Filtriervorrichtung ist so konfiguriert, daß sie einen normalen Filtrierbetrieb dadurch aufrecht erhält, daß unbehandeltes Wasser von einem Verteiltubus für unbehandeltes Wasser, der in dem Filtriersand plaziert ist, in diesen eingebracht wird. Das Wasser läuft durch den Filtriersand nach oben und wird dabei gefiltert, und das gewonnene behandelte Wasser wird oberhalb des Filtriersands ausgetrieben. Diese Filtriervorrichtung ist so konfiguriert, daß sie einen Reinigungsvorgang dadurch ausführt, daß die Spiral-Wasserpumpe gedreht wird, demzufolge der Filtriersand mit den von ihm aufgenommenen Verunreinigungen durch das Spülrohr angehoben wird, so daß sich die Verunreinigungen von dem Filtriersand durch Zentrifugaltrennung abtrennen und der gereinigte Filtriersand durch eine Filtriersand-Austreiböffnung im oberen Teil des Steigrohrs ausgetrieben wird.

Bei dieser Filtriervorrichtung erfolgt ein normaler Filterbetrieb, indem unbehandeltes Wasser von oben her durch den auf einem perforierten Doppelboden befindlichen Filtriersand geleitet wird. Da das untere Ende des zentralen Rohrs nach unten geöffnet ist, befindet sich der Filtriersand andauernd im Inneren des zentralen Rohrs. Allerdings ist die Filtriervorrichtung derart konstruiert, daß Wasser in das zentrale Rohr fließt, um dort aggressiv gefiltert zu werden. Zur Durchführung des Reinigungsvorgangs ist es notwendig, die Vortriebseinrichtung mit ziemlich hoher Drehzahl zu drehen, um den Filtriersand hochzuziehen. Dementsprechend steht zu befürchten, daß der Filtriersand beim Aufschlag an dem Propeller zerstoßen wird.

Bei der zuletzt erläuterten Filtriervorrichtung erfolgt, da es sich um einen Typ mit Aufwärtsströmung handelt, das Filtrieren in der Weise, daß der Wasserstrom von unterhalb des Filtriersands her nach oben gelenkt wird, so daß bei Steigerung der Filtriergeschwindigkeit die kleinen Körner des Filtriersands zum Schwimmen kommen, was den Raum zwischen den Körnern des Filtriersands vergrößert. Im Ergebnis werden Verunreinigungen insbesondere in Form kleiner Partikel unzureichend gefiltert, so daß die Filterleistung beeinträchtigt wird. Beim Durchführen eines Reinigungsvorgangs ist der Reinigungswirkungsgrad gering, da eine Schrauben-Wasserpumpe (eine Schnecken-Wasserpumpe) mit hoher Drehzahl gedreht wird, wobei außerdem zu befürchten ist, daß der Filtriersand beim Aufprall an der Schrauben-Wasserpumpe weiter gebrochen wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die obigen Betrachtungen und Beschreibungsteile ist es Hauptziel der Erfindung, eine Filtriervorrichtung anzugeben, die sich sowohl durch hohe Filtrierleistung als auch hohe Reinigungsleistung auszeichnet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Filtriervorrichtung, die wirksam das Filtriermedium, beispielsweise Filtriersand, reinigen kann, ohne die Installierung und den Abbau einer Reinigungsvorrichtung bei jedem Filtriermedium-Reinigen zu erfordern.

Erfindungsgemäß wird eine Filtriervorrichtung geschaffen, welche aufweist:

einen Filtriertank mit einem an dessen Boden befindlichen Filterbett, einer auf dem Filterbett ausgestreuten Filtriermedium-Schicht, einer Flüssigkeitsspeiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit, die dem Filtriertank unbehandelte Flüssigkeit zuleitet, und eine Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit, die durch Durchleiten der unbehandelten Flüssigkeit durch die Filtriermedium-Schicht gewonnene behandelte Flüssigkeit aus dem Filtriertank ausleitet,

einen Filtriermedium-Reinigungsmechanismus im Inneren des Filtriertanks,

eine Verunreinigungs-Austreibeinrichtung, und

einen Umschaltmechanismus, der den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung umschaltet zwischen einem Filtriermodus, in welchem die in den Filtriertank eingeleitete unbehandelte Flüssigkeit durch das auf dem Filterbett befindliche Filtriermedium geleitet wird, einem Filtriermedium-Reinigungsmodus, in welchem an dem Filtriermedium beim Durchgang der unbehandelten Flüssigkeit durch das Filtriermedium haften gebliebene Verunreinigungsstoffe von dem Filtriermedium getrennt werden können, und einem Verunreinigungs-Austreibmodus, in welchem die von dem Filtriermedium getrennten Verunreinigungsstoffe aus dem Filtriertank ausgetrieben werden können,

wobei der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus einen hohlen Rührtank aufweist, ausgestattet mit oberen und unteren Öffnungen, die sich oberhalb bzw. unterhalb der Oberfläche der Schicht des Filtriermediums befinden, und einen Schneckenförderer aufweist, der vertikal in dem Rührtank angeordnet ist und unter Steuerung des Umschaltmechanismus gedreht wird, um das Filtriermedium und die Flüssigkeit, die aus dem Filtriertank durch die untere Öffnung in den Rührtank strömen, nach oben zu transportieren, während das Filtriermedium und die Flüssigkeit gerührt werden, und um das Filtriermedium und die Flüssigkeit über die obere Öffnung in den Filtriertank auszutragen,

wobei die Verunreinigungs-Austreibeinrichtung aufweist: einen Spülflüssigkeits-Zuführmechanismus, der eine von den Verunreinigungsstoffen freie Spülflüssigkeit in den Filtriertank leitet, und eine Überlauf-Austragöffnung, durch die die Spülflüssigkeit mit den Verunreinigungsstoffen, die während des Reinigungsvorgangs von dem Filtriermedium getrennt wurden und in der Flüssigkeit innerhalb des Filtriertanks aufgeschwemmt wurden, überlaufen kann, um aus dem Filtriertank zu gelangen, und

wobei der Umschaltmechanismus derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit und die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit im angehaltenen Zustand des Schneckenförderers betrieben werden können, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Filtriermodus schaltet, daß die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit die Zufuhr der unbehandelten Flüssigkeit zu dem Filtriertank sperren kann, die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit den Austrag der behandelten Flüssigkeit beenden kann, und der Schneckenförderer gedreht werden kann, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Reinigungsmodus schaltet, und daß der Schneckenförderer angehalten werden kann, der Spülflüssigkeits-Zuführmechanismus arbeiten und die Überlauf-Austragöffnung geöffnet werden kann, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Verunreinigungs-Austreibmodus schaltet,

wobei die Verbesserung beinhaltet, daß

der Schneckenförderer eine sich vertikal durch den Filtriermedium-Rührtank erstreckende Schneckenwelle aufweist, sich entlang der Schneckenwelle ein schraubenförmiger Schneckenflügel schraubenförmig erstreckt und an der Schneckenwelle über mehrere radiale Streben fixiert ist, die an dem Schnekkenflügel in vorbestimmten Winkelintervallen ausgebildet sind, und der innere Rand des Schneckenflügels von der Außenfläche der Schneckenwelle durch einen lichten Abstand beabstandet ist, der nicht kleiner ist als etwa 1 % der Schneckenfläche, und nicht größer ist als 98% dieser Fläche.

Bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung braucht, weil der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus in die Filtriervorrichtung eingebaut ist, kein spezieller Raum für eine getrennte Reinigungsvorrichtung vorgesehen zu werden, gleichzeitig werden Installieren und Abbau einer solchen Vorrichtung überflüssig.

Der Betriebsmodus der Filtriervorrichtung ist normalerweise der Filtriermodus. Im Filtriermodus wird die unbehandelte Flüssigkeit (die von der Filtriervorrichtung zu filternde Flüssigkeit) von der Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit in den Filtriertank eingeleitet und durch die Schicht des Filtriermediums geleitet, die erhaltene behandelte Flüssigkeit wird aus der Filtriervorrichtung durch die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit ausgetragen.

Die dem Filtriertank zuzuleitende unbehandelte Flüssigkeit ist im allgemeinen durch die Filtrierung zu reinigendes Wasser, ohne daß jedoch die Beschränkung auf Wasser besteht. Beispielsweise kann die unbehandelte Flüssigkeit auch Abfall von Schneid-Schmiermittels sein. Obschon es bevorzugt ist, Filtriersand als Filtriermedium einzusetzen, wenn die unbehandelte Flüssigkeit Wasser ist, so können doch auch zahlreiche andere Materialien als Filtriermedium eingesetzt werden, ohne daß die Beschränkung auf Filtriersand besteht.

Der Betriebsmodus der Filtriervorrichtung wird zu gegebener Zeit auf den Reinigungsmodus umgeschaltet. Im Reinigungsmodus wird der Schneckenförderer angetrieben, wobei die Zufuhr der unbehandelten Flüssigkeit zu dem Filtriertank ebenso ausgesetzt wird wie das Austragen der behandelten Flüssigkeit aus der Filtriervorrichtung.

Wenn der Schneckenförderer angetrieben wird, wird das Filtriermedium aus dem Grund des Rührtanks nach oben befördert, zusammen mit der unbehandelten Flüssigkeit, um über die obere Öffnung des Rührtanks in den Filtriertank ausgetragen zu werden.

Wenn das Filtriermedium und die unbehandelte Flüssigkeit von dem Schnekkenförderer nach oben transportiert werden, wird das Filtriermedium in einen Fließzustand gebracht, die Körner des Filtriermediums reiben sich aneinander, und die Scheuerwirkung dieses Vorgangs beseitigt in wirksamer Weise die an den Körnern haftenden oder diese überziehenden Verunreinigungen. Die auf diese Weise beseitigten Verunreinigungen schwimmen in dem Filtriertank.

Wenn ein Teil des Filtriermediums und der unbehandelten Flüssigkeit von dem Schneckenförderer nach oben transportiert wird, gelangt ein anderer Teil des Filtriermediums und der unbehandelten Flüssigkeit durch die untere Öffnung des Rührtanks in diesen hinein und wird in der gleichen Weise nach oben transportiert. Auf diese Weise werden die Verunreinigungen des Filtriermediums von dem gesamten Filtriermedium getrennt, und die Verunreinigungen schwimmen in dem Filtriertank. In diesem Zustand wird der Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Verunreinigungs-Austreibmodus umgeschaltet. In diesem Verunreinigungs-Austreibmodus wird der Schneckenförderer angehalten, und die Spülflüssigkeit wird in den Filtriertank geleitet. Mit zunehmender Menge Spülflüssigkeit, die in den Filtriertank gelangt, schwimmen die von dem Filtriermedium separierten Verunreinigungen in der Spülflüssigkeit und laufen durch die Überlauf-Austragöffnung über. Damit wird das verunreinigte Filtriermedium gereinigt, und die von dem Filtriermedium gelösten Verunreinigungsstoffe werden aus dem Filtriertank ausgetrieben. Anschließend kann der Betriebsmodus der Filtriervorrichtung wieder auf den Filtriermodus umgeschaltet werden.

Die dem Spülflüssigkeits-Zuführmechanismus der Verunreinigungs-Austreibeinrichtung zugeführte Spülflüssigkeit kann zum Beispiel gefilterte oder reine Flüssigkeit sein.

Es ist bevorzugt, wenn die durch das Filterbett zu leitende Spülflüssigkeit den Filtriertank von unten her befüllt, so daß das Filtriermedium sogar in einer unteren Schicht von dem Spülwasser gewaschen werden kann.

Weiterhin wird bevorzugt, daß die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit eine Austragöffnung für behandelte Flüssigkeit aufweist, während die Spülflüssigkeits-Speiseeinrichtung eine Spülflüssigkeits-Speisepumpe aufweist, die die Spülflüssigkeit dem Filtriertank durch die Austragöffnung für behandelte Flüssigkeit zuleitet.

Weiterhin ist bevorzugt, daß die Überlauf-Austragöffnung mit einer Pumpe ausgestattet ist, die die Spülflüssigkeit, in der die Verunreinigungsstoffe schwimmen, durch die Überlauf-Austragöffnung abzieht.

Weiterhin ist bevorzugt, daß die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit eine Zuführöffnung für unbehandelte Flüssigkeit aufweist und diese Zuführöffnung doppelte Funktion hat, indem sie auch die Überlauf-Austragöffnung für die Verunreinigungs-Austrageinrichtung ist.

Bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung ist der Innenrand des Schnekkenflügels von der Außenfläche der Schneckenwelle mit einem Zwischenabstand d1 beabstandet, und die Außenkante des Schneckenflügels ist von der Innenoberfläche des Rührtanks mit einem Zwischenabstand d2 beabstandet.

Wenn der Zwischenabstand d1 zwischen dem Innenrand des Schraubengangs oder -flügels und der Außenoberfläche der Schneckenwelle zu klein ist, kann der Filtriersand nicht ausreichend nach dem Verunreinigungs-Austreibmodus in den Rührtank geladen werden. Ist hingegen der Zwischenraum d1 zu groß, so kann der Filtriersand nicht ausreichend stark innerhalb des Rührtanks nach oben transportiert werden. Folglich sollte der Abstand d1 im Bereich von nicht weniger als etwa 1 % der Fläche der Schraube liegen, aber auch nicht größer als 98% als diese sein, vorzugsweise sollte der Abstand im Bereich von nicht weniger als 30% der Fläche der Schraube und von nicht mehr als 60% dieser Fläche liegen.

Wenn außerdem der Zwischenabstand d2 zwischen dem Außenrand des Schneckenflügels und der Innenoberfläche des Rührtanks zu klein ist, werden möglicherweise Filtriersandkörner zwischen dem Schraubenflügel und der Innenfläche des Rührtanks gefangen und gemahlen sowie gebrochen, was außerdem Verschleiß für den Flügel bedeutet. Wenn hingegen dieser Zwischenabstand d2 zu groß ist, fällt ein beträchtlicher Teil des Filtriersands nach unten durch den Zwischenraum d2 während seines Aufwärtstransports, ohne daß der Filtriersand durch die obere Öffnung des Rührtanks aus diesem ausgetragen wird, so daß nur ein Teil des Filtriersands gereinigt wird, wenn nicht eine äußere Kraft wie zum Beispiel Wasserstrahldüsen eingesetzt werden. Dementsprechend reicht der Zwischenabstand d2 vorzugsweise von der doppelten Korngröße des Filtriersands bis zu 30 mm.

Der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus und der Umschaltmechanismus lassen sich in existierenden Filtriervorrichtungen installieren, um diese zu einer Filtriervorrichtung gemäß der Erfindung umzurüsten, was die Installationskosten senkt.

Bei der erfindungsgemäßen Filtriervorrichtung entfällt das Erfordernis des Austausches des Filtriermediums durch ein neues Filtriermedium, so daß die Kosten in Verbindung mit dem Einfüllen eines neuen Filtriermediums vermieden werden. Außerdem erübrigt sich die Entsorgung des verbrauchten Filtriermediums, so daß man die Umweltschutznormen (so zum Beispiel ISO 14000) durch Einschränkung des Industrieabfalls einhalten kann und darüber hinaus die Kosten in Verbindung mit der Entsorgung von Industrieabfall mindern kann.

Da die Intervalle für das Reinigen des Filtriermediums verlängert werden können gegenüber den konventionellen Anlagen, lassen sich längere Standzeiten für die Filtrierung erreichen, während die Gesamt-Stillstandszeit für die Reinigungsarbeiten verringert werden.

Selbst wenn mehrere Reinigungsvorgänge erfolgen, sammeln sich keine Verunreinigungen im Filtriertank an. Der Austausch des Filtriermediums und das Reinigen des Filtriertanks erübrigen sich, was wiederum Kosten und Arbeitsaufwand für Wartungsarbeiten senkt.

Wenn der Rührtank mit einer Seitentür ausgestattet ist und diese Seitentür während des Filtriermodus geöffnet bleibt, verbessern sich das Filtrieren der unbehandelten Flüssigkeit im Rührtank ebenso wie im Filtriertank ebenso wie die Filtrierarbeit der Filtriervorrichtung.

Wenn die Seitentür während der Zeit geschlossen wird, in der sich der Schneckenförderer dreht, ist das Rühren des Filtriermediums effizienter.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Filtriervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

2 ist eine Vertikalschnittansicht der wesentlichen Elemente der in 1 gezeigten Filtriervorrichtung,

3A bis 3C sind Detailansichten eines Filterbetts und des Filters,

3D ist eine stirnseitige Ansicht der Schneckenwelle des Schneckenförderers, des schraubenförmigen Flügels des Schneckenförderers und des Rührtanks,

4A bis 4C sind Detailansichten eines Paares von Beispielen für die Öffnungs-/Schließeinrichtung,

5 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen des Reinigungsvorgangs,

6 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen des Verunreinigungsaustreibvorgangs,

7 ist eine Vertikalschnittansicht ähnlich der 2, zeigt jedoch eine Filtriervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

8 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht der Seitentür der Filtriervorrichtung nach 7,

9 ist eine teilweise vergrößerte Frontansicht der Filtriervorrichtung nach 7,

10 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in 9 des Rührtanks der Filtriervorrichtung, und

11 ist eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Elemente der in der Filtriervorrichtung nach 7 verwendeten Antriebsvorrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß den 1 und 2 enthält eine Filtriervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen Hauptbehälter 12, in welchem ein Filtriertank 11 gebildet wird, in welchem sich wiederum ein Filtriermedium-Reinigungsmechanismus sowie ein Umschaltmechanismus zum Umschalten des Betriebsmodus der Filtriervorrichtung zwischen den Betriebsarten „Filtriermodus", „Filtriermedium-Reinigungsmodus" und „Verunreinigungs-Austreibmodus" befinden. In dem Filtriertank 11 ist auf einem Filterbett 13 ein Filtriermedium (Filtriersand bei dieser Ausführungsform) 51 aufgenommen, und in den Filtriertank 11 eingeleitetes unbehandeltes Wasser 52 wird durch den Filtriersand 51 geleitet, so daß gewonnenes behandeltes oder gereinigtes Wasser 52', gefiltert von dem Filtriersand 51, durch das Filterbett 53 nach außen ausgetragen wird, wie im folgenden im einzelnen erläutert werden wird.

Wie in 3A gezeigt ist, sind auf dem Filterbett 13 mehrere kurze säulenförmige Filter 14 aus poröser Keramik verstreut angeordnet. Diese Filter 14, die in 3B im Querschnitt und in 3C in Draufsicht dargestellt sind, besitzen einen kreuzförmigen hohlen Bereich, und während sie Festigkeit gegenüber dem sich ansammelnden Filtriersand 51 und dem unbehandelten Wasser 52 zeigt, ermöglichen sie gleichzeitig, daß lediglich das gereinigte Wasser 52' in eine Druckkammer 15 unterhalb des Filterbetts 13 gelangt.

Ein Wassersammelrohr 16 ist fest an der Druckkammer 15 angebracht, um das gereinigte Wasser 52', welches die Druckkammer durchsetzt hat, auf die Außenseite des Behälters 12 auszutreiben. Das Wassersammelrohr 16 ist mit einem zweiten Elektromagnetventil 17 ausgestattet, welches das Wassersammelrohr 16 öffnet und schließt, außerdem mit einer Reinwasser-Sammelpumpe 18 zum Abziehen des gereinigten Wassers 52' aus der Druckkammer 15, sowie einer Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' zum Zurückleiten von gereinigtem Wasser 52' in die Druckkammer 15.

Die Speiseleitung 19 für unbehandeltes Wasser, welche das unbehandelte, durch die Filtrierung zu reinigende Wasser 52 dem Filtriertank 11 zuleitet, ist fest an der Oberseite des Behälters 12 angebracht. Die Speiseleitung 19 ist mit einem ersten Elektromagnetventil 20 ausgestattet, welches die Speiseleitung 19 öffnet und schließt, ferner mit einer Speisepumpe für unbehandeltes Wasser, 21, um das unbehandelte Wasser 52 dem Filtriertank 11 über die Speiseleitung 19 zuzuleiten, und einer Überlauf-Austragpumpe für verunreinigtes Wasser, 21', die verunreinigtes Wasser 52 mit darin schwimmenden Verunreinigungen 53 (siehe 6) aus dem Filtriertank 11 abzieht, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus enthält einen Rührtank 22, bei dem es sich um einen zylindrischen Hohlkörper handelt, ausgestattet mit einer Mehrzahl unterer Öffnungen 22a in einem unteren Bereich seiner Seitenwand, und einem oberen Ende 22b (dieses wird im folgenden als „die obere Öffnung" bezeichnet). Dabei steht der Rührtank aufrecht im Inneren des Filtriertanks 11, und durch den Rührtank 22 erstreckt sich ein Schneckenförderer 23, ein Verunreinigungs-Austreibmechanismus, der aus dem Behälter 12 die von dem Filtriermedium 51 durch die Rührwirkung in dem Rührtank 22 gelösten Verunreinigungen 53 aus dem Behälter 12 austreibt, und eine Rückhalteeinrichtung, die bis zu einem gewissen Grad das dem Behälter 12 zugeführte Wasser 52 zurückhält. Der Schneckenförderer 23 transportiert den Filtriersand 51 sowie das Wasser 52, die aus dem Filtriertank 11 nach oben strömen, und zwar transportiert er das Material von den unteren Öffnungen 22a zu der oberen Öffnung 2,2b des Tanks, während der Filtriersand 51 und das Wasser 52 gerührt werden.

Der Schneckenförderer 23 enthält eine Schneckenwelle 23c, die sich durch die obere und die untere Wand des Behälters 12 erstreckt, einen schraubenförmigen Schneckenflügel 23d, der sich schraubenförmig entlang der Schneckenwelle 23c erstreckt und an der Schneckenwelle 23c durch mehrere radiale Streben 53e fixiert ist, welche an dem Flügel 23d in vorbestimmten Winkelabständen angeformt sind, wie deutlich in 3D zu erkennen ist. Die Innenkante des Schneckenflügels 23d ist von der Außenfläche der Schneckenwelle 23c mit einem lichten Abstand d1 beabstandet, während die Außenkante des Schneckenflügels 23d von der Innenfläche des Rührtanks 22 mit einem lichten Abstand d2 beabstandet ist. Der Schneckenflügel 23d erstreckt sich im wesentlichen vom Boden des Rührtanks 22 bis zu dessen offenem Ende 22b. Das obere Ende der Schneckenwelle 23c steht nach oben über das obere Ende des Rührtanks 22 vor, wobei die Schneckenwelle 23c des Schneckenförderers 23 an ihrem oberen Ende mit einem sich oberhalb des Behälters 12 befindenden Motor 23a gekoppelt ist, während das untere Ende der Schneckenwelle 23c unter das untere Ende des Rührtanks 22 vorsteht und die Schneckenwelle 23c an ihrem unteren Ende durch ein sich unterhalb des Behälters 12 befindliches Lager 23b abgestützt wird.

Wie in 4A zu sehen ist, enthält der Umschaltmechanismus eine zylindrische Tür 24, beweglich entlang der äußeren Umfangswand des Rührtanks 22, und eine Öffnungs-/Schließeinrichtung zum Betätigen der Tür 24, außerdem das oben angesprochene zweite Elektromagnetventil 17, welches als Rückhalteeinrichtung fungiert, um bis zu einem gewissen Maß das Wasser des Behälters 12 in dem Filtriertank 11 zurückzuhalten. Die Tür 24 besitzt mehrere Öffnungen 24a, welche selektiv mit den unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 fluchten, um die unteren Öffnungen 22a zu öffnen. Normalerweise wird die Tür 24 in einer Schließstellung gehalten, in der die Öffnungen 24a nicht mit den unteren Öffnungen 22a fluchten, sie also verschließen, wobei die Tür von der Öffnungs-/Schließeinrichtung in eine Öffnungsstellung gebracht wird, in welcher die Öffnungen 24a mit den unteren Öffnungen 24a fluchten, damit diese geöffnet sind.

Bei dieser speziellen Ausführungsform besitzt die Öffnungs-/Schließeinrichtung ein Schneckenrad 25, welches fest an der Außenumfangsfläche der Tür 24 angebracht ist, eine Schnecke 26, die mit dem Schneckenrad 25 kämmt, eine Drehwelle 27, an der die Schnecke 26 fixiert ist, und einen Motor 28, der die Drehwelle 27 dreht, wie deutlich in 4B zu erkennen ist.

Die Öffnungs-/Schließeinrichtung kann einen Haken 29 mit einer Durchgangsöffnung 29a aufweisen, befestigt an der Außenfläche der Tür 24, weiterhin eine Hubwelle 31, die sich durch die Öffnung 29a erstreckt, ein Paar auf einander abgewandten Seiten des Hakens 29 angebrachte Druck-Zug-Glieder (auf die Welle 21 aufgesetzte Hülsen), und einen Luftzylinder 32, der der Hubwelle 31 eine Hubbewegung verleiht, wie dies durch die strichpunktierte Linie in 4A zu sehen ist, und wie in vergrößertem Maßstab in 4C dargestellt ist. Der Luftzylinder 32 kann in der Nähe der Tür 24 im Inneren des Filtriertanks 11 untergebracht sein.

Die Verunreinigungs-Austreibeinrichtung umfaßt die Rückspülwasser-Zuführpumpe 18', die behandeltes Wasser 52 aus der Druckkammer 15 durch das Filterbett 13 in den Filtriertank 11 treibt, während die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 von der Öffnungs-/Schließeinrichtung geschlossen sind, und eine Überlauf-Austrageinrichtung, gebildet durch das Speiserohr 19 und die Überlauf-Austragpumpe für verunreinigtes Wasser, 21', um die Verunreinigungen 53 auszutreiben, die durch den Austrag des gereinigten Wassers 52' durch den Rückspülmechanismus in dem Wasser 52 innerhalb des Filtriertanks 11 schwimmen. Das zweite Elektromagnetventil 17 arbeitet dann als Rückhalteeinrichtung.

Außerdem ist eine Schrägplatte 12a entlang dem Innenumfang des Behälters 12 angeordnet, die dazu beiträgt, den Filtriersand 51 und das Wasser 52, die sich am Boden des Filtriertanks 11 angesammelt haben, durch die unteren Öffnungen 22a in den Rührtank 22 fließen. Anstelle der schrägen Platte 12a kann zum Beispiel eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der ein Strom ausgestoßen wird, um den angesammelten Filtriersand 51 und Wasser 52 in Richtung der unteren Öffnungen 22a zu treiben. Darüber hinaus kann ohne diese speziellen Hilfsmechanismen die Ansammlung des Filtriermediums 51 auf dem Boden des Filtriertanks 11 dadurch verhindert werden, daß man gereinigtes Wasser 52' aus dem Filterbett 13 ausströmen läßt, so daß in dem Filtriersand ein Konvektionsstrom entsteht.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Filtriervorrichtung 10 nach der ersten Ausführungsform erläutert.

Als erstes wird ein normaler Filtrierbetrieb (der Filtriermodus) in Verbindung mit 2 erläutert. Der normale Filtrierbetrieb wird in dem in 2 dargestellten Zustand durchgeführt. In dem Zustand nach 2 sind die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 innerhalb des Behälters 12 von der Tür 24 verschlossen, und der in dem Filtriertank 11 angesammelte Filtriersand 51 sowie unbehandeltes Wasser 52, das durch das Speiserohr 19 zugeleitet wird, werden an einem Einströmen in den Rührtank 22 gehindert.

Das erste Elektromagnetventil 20 des Speiserohrs 19 ist offen, und das unbehandelte Wasser 52, welches von der Speisepumpe für unbehandeltes Wasser, 21, unter Druck gesetzt wird, strömt in das Rohr 19 und gelangt durch das erste Elektromagnetventil 20 in den Filtriertank 11. Das dem Filtriertank 11 zugeleitete unbehandelte Wasser 52 wird durch die Filterwirkung des dort angesammelten Filtriersands 51 gereinigt und durchströmt die Filter 14 auf dem Filterbett 13, um in die Druckkammer 15 einzutreten. Das zweite Elektromagnetventil 17 in dem Wassersammelrohr 16, das mit der Druckkammer 15 strömungsverbunden ist, ist geöffnet, und die Reinwasser-Sammelpumpe 18 trägt das gereinigte Wasser 52' aus der Druckkammer 15 durch das Wassersammelrohr 16 aus der Filtriervorrichtung 10 aus, wie es für verschiedene Zwecke genutzt werden kann.

Als nächstes werden in Verbindung mit den 2 bis 5 der Betriebsmodus der Vorrichtung nach Umschaltung auf den „Filtriermedium-Reinigungsmodus" und den Filtriermedium-Reinigungsbetrieb sowie der Verunreinigungs-Austreibvorgang erläutert.

Der Betrieb der Speisepumpe für unbehandeltes Wasser, 21, wird angehalten, so daß das unbehandelte Wasser 52 nicht mehr zugeführt wird. Das erste Elektromagnetventil 20 wird geschlossen, um zu verhindern, daß versprühtes unbehandeltes Wasser 52 während des Reinigungsmodus in die Speiseleitung 19 eintritt. Jetzt, da die Zufuhr von unbehandeltem Wasser 52 gestoppt ist, ist der Wasserspiegel innerhalb des Filtriertanks 11 nicht höher als die obere Öffnung 22b des Rührtanks 22. Man beachte, daß die Menge an Filtriersand 51 so eingestellt ist, daß dessen Oberfläche sich auf einem Niveau unterhalb der oberen Öffnung 22b des Rührtanks 22 befindet, außerdem unterhalb der Speiseleitung 19, die als Überlauf-Austragöffnung fungiert. Häufig ist es so, daß, wenn das Gewichtsverhältnis des Filtriersands 51 zum Wasser 52 einen großen Wert hat, ein höherer Reinigungseffekt erzielt wird.

Dann wird der Betrieb der Reinwasser-Sammelpumpe 18 beendet und das zweite Elektromagnetventil 17 geschlossen. Hierdurch hört das unbehandelte Wasser 52 auf, durch die Filter 14 in die Druckkammer 15 zu strömen, und das von der Speiseleitung 19 zugeführte unbehandelte Wasser 52 wird in dem Filtriertank 11 gehalten.

Außerdem wird der Betrieb des Motors 23a des Schneckenförderers 23 eingeleitet, und der Schneckenförderer 23 dreht sich in Pfeilrichtung gemäß 5. Außerdem wird die Tür 24 von der Öffnungs-/Schließeinrichtung dazu gebracht, sich entlang der Außenumfangswand des Rührtanks 22 zu bewegen, um die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 zu öffnen. Die Reihenfolge des Öffnens der Tür 24 und des Einleitens der Drehung des Schneckenförderers 23 kann umgekehrt werden.

Durch Öffnen der Tür 24 werden der Filtriersand 51 und das unbehandelte Wasser 52 im Bodenbereich des Filtriertanks 11 zwangsweise durch die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 in dessen Bodenbereich gedrängt, bedingt durch das Gewicht des Filtriersands 51 und des darauf angesammelten Wassers 52. Anschließend werden der Filtriersand 51 und das Wasser 52, die in den Bodenbereich des Rührtanks 22 strömen, nach und nach durch den schraubenförmigen Flügel 23d des Schneckenförderers 23, der sich in dem Rührtank 22 dreht, nach oben befördert. Während dieser Zeit wird aufgrund der nach oben gerichteten Kraft des Schneckenförderers 23 der Filtriersand 51 zum Schwimmen gebracht und fluidisiert. Im Bodenbereich des Rührtanks 22 werden die vorauseilenden Körner des Filtriersands 51 nach oben gestoßen durch die nachfolgenden Körner des Filtriersands 51, eingegrenzt zwischen dem schraubenförmigen Flügel 23d des Schneckenförderers 23 und der Innenwandfläche des Rührtanks 22, und dementsprechend wird eine Relativbewegung zwischen den Körnern des Filtriersands 51 unterdrückt. Da allerdings diese Einschränkung von einem Bereich oberhalb des oberen Randes der unteren Öffnungen 22a entlang dem Schneckenförderer 23 abnimmt, werden das Wasser 52 und das Filtriermedium 51 nach oben transportiert, während sie kräftig gerührt werden. Dieses Rühren bewirkt, daß die Körner des Filtriersands 51 gegeneinander über die Verunreinigungen reiben, und dieser Vorgang trennt Filtriersand 51 und Verunreinigungen, die an dem Filtriersand haften oder diesen überziehen, durch das Filtrieren des Wassers 52 vollständig unter Beseitigung der Verunreinigungen, wodurch das Filtriermedium 51 gereinigt wird, ohne daß es zerkleinert wird.

Der Reinigungseffekt der Körner des Filtriersands 51, der von dem Schneckenförderer 23 transportiert wird, wird verbessert durch die gesteigerten Möglichkeiten, daß sich die Körner aneinander reiben. Oberhalb des Wasserspiegels nehmen die Berührungsgelegenheiten unter den Partikeln noch zu und der Reinigungseffekt wird noch mehr gesteigert. Im oberen Bereich des Schnekkenförderers 23 fällt ein Teil des Filtriersands 51 durch den Raum zwischen dem äußeren Umfangsrand des schraubenförmigen Flügels 23d und der Innenwandfläche des Rührtanks 22 herab und wird dann erneut durch den unteren Bereich des Flügels 23d nach oben transportiert, wodurch der Scheuervorgang beträchtlich ausgedehnt und der Reinigungseffekt zusätzlich gesteigert wird.

Man muß die Drehzahl des Schneckenförderers 23 so einstellen, daß sowohl der Filtriersand 51 als auch das Wasser 52 zu dem oberen Rand des schraubenförmigen Flügels 23d des Schneckenförderers 23 transportiert werden können. Außerdem sollte das Wasser 52 in ausreichender Menge eingeleitet werden, um das Filtriermedium 52 an der oberen Öffnung 22b ausreichend zu fluidisieren. Wenn allerdings eine zu große Menge Wasser in den Filtriertank 11 eingeleitet wird, nimmt die Dichte der Filtriersandkörner auf dem Schneckenförderer 23 ab, und demzufolge sinkt auch die Anzahl der Möglichkeiten, die die Körner haben, sich aneinander zu scheuern, wodurch der Wirkungsgrad der Reinigung abnimmt. Wenn innerhalb des Filtriertanks 11 die Höhendifferenz zwischen der oberen Öffnung 22b und dem Pegel des Wassers 52 oder dem Pegel des Filtriersands 51 gering ist, nimmt der Reinigungseffekt für den Filtriersand 51 ab. Wenn andererseits die Höhendifferenz zu groß ist, nimmt die absolute Menge an zu reinigendem Filtriersand 51 ab, so daß die Reinigungswirkung schlechter wird. Folglich müssen all diese Faktoren berücksichtigt werden, wenn die Parameter eingestellt werden, so zum Beispiel die Menge des eingeleiteten Wassers 52 und die Höhe des Rührtanks 22.

Der Aufprall des Filtriersands 51 auf dem Wasser 52 beim Herabfallen des Filtriersands 51 von der Seite der oberen Öffnung 22b nach dem Ausstoßen durch den Schneckenförderer 23 erleichtert das Trennen der Verunreinigungen von dem Sand. Der Filtriersand 51 unterliegt der Wirkung, daß seine Körner sich gegenseitig scheuern, wenn sie von dem schraubenförmigen Flügel 23d des Schneckenförderers 23 nach oben transportiert werden. Aufgrund der praktisch kaum vorhandenen Kraftwirkung bei der Kollision der Körner mit Strukturkomponenten wie zum Beispiel dem schraubenförmigen Flügel 23d wirken auf die Körner keine übergroßen Kräfte ein, und folglich steht nicht zu befürchten, daß die Körner zerkleinert werden. Da außerdem stets Wasser 52 sich zwischen den Körnern befindet, vermischen sich die losgelösten Verunreinigungen 53 leicht in dem Wasser 52, was ein erneutes Haftenbleiben der Verunreinigungen an den Körnern aufgrund der zwischen diesen stattfindenden Scheuerwirkung ausschließt. Da in dem mittleren und oberen Bereich des Schneckenförderers 23 der Filtriersand 51 nur mit der Oberseite des schraubenförmigen Flügels 23d in Berührung tritt, erleidet der Schneckenförderer 23 nur geringen Verschleiß.

Der fluidisierte Filtriersand 51 wird zusammen mit dem Wasser 52, welches die darin vermischten Verunreinigungen 53 trägt, zu der oberen Öffnung 22b des Rührtanks 22 transportiert und nach und nach in den Filtriertank 11 ausgetragen. Der gereinigte Filtriersand 51 sammelt sich nach und nach auf dem in dem Filtriertank 11 befindlichen Filtriersand 51 an. Während der an dem Boden des Filtriertanks 11 angesammelte Filtriersand 51 nach und nach in den Rührtank 22 gedrängt wird, tritt das gereinigte Filtriermedium 51 wiederholt über die unteren Öffnungen 22a in den Rührtank 22 ein und wird dort im Verlauf der Reinigungszeit gereinigt. Aus diesem Grund wird der in dem Filtriertank 11 befindliche Filtriersand 51 gleichmäßig gereinigt.

Man beachte, daß der Filtriersand 51, der sich im äußeren Umfangsbereich des Filtriertanks 11 ansammelt, in Richtung der Mitte des Filterbetts 13 gedrängt wird, das heißt in Richtung der unteren Enden 22a des Rührtanks 22, bedingt durch eine Gewichtskomponente des Filtriersands 51, die in Richtung entlang der geneigten Platte 12a wirksam ist. Deshalb kann es nicht geschehen, daß der sich im äußeren Umfangsbereich befindliche Filtriersand 51 nicht umgewälzt und von dem Reinigungsvorgang ausgeschlossen wird; sämtliche Filtriersandkörner werden gleichmäßig gereinigt.

Nachdem der Filtriersand 51 in dem Filtriertank 11 gleichmäßig gereinigt worden ist, wird die Öffnungs-/Schließeinrichtung zum Schließen der Tür 24 betätigt, wodurch die unteren Öffnungen 22a geschlossen und verhindert wird, daß weiterer Filtriersand 51 sowie Wasser 52 in den Rührtank 22 gelangen. Dann wird die Drehung des Schneckenförderers 23 für eine vorbestimmte Zeit lang aufrecht erhalten, um noch in dem Rührtank 22 verbliebenen Filtriersand 51 und Verunreinigungen 53 mitführendes Wasser 52 in den Filtriertank 11 auszutreiben.

Durch den oben beschriebenen Vorgang wird die Reinigung des Filtriersands 51 selbst abgeschlossen, und bis dahin sind die Verunreinigung 53 von dem Filtriersand abgetrennt und losgelöst worden. Da allerdings die von dem Filtriersand 51 getrennten und abgelösten Verunreinigungsstoffe sich noch in dem Filtriertank 11 zusammen mit dem gereinigten Filtriersand 51 befinden, wäre es unpassend, in diesem Zustand eine weitere Filtrierung des Wassers 52 vorzunehmen.

Deshalb wird zum Durchführen eines Rückspülvorgangs, der als Verunreinigungs-Austreibmodus zum Austreiben der in dem Filtriertank 11 verbliebenen Verunreinigungen 53 aus dem Behälter 12 das in dem Wassersammelrohr 16 befindliche zweite Elektromagnetventil 17 geöffnet. Jetzt wird gereinigtes oder behandeltes Wasser 52', welches von außerhalb des Behälters 12 kommt, durch die Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' (vergleiche 6) unter Druck in die Druckkammer 15 befördert. Außerdem wird das in der Speiseleitung 19 befindliche Elektromagnetventil 20 ebenfalls geöffnet. Das unter Druck in die Druckkammer 15 eingeleitete, gereinigte Wasser 52' wird durch die Filter 14 des Filterbetts 13 aufgrund des in der Druckkammer 15 erzeugten Drucks in den Filitriertank 11 gedrängt. Durch die Aufwärtskraft des Wassers 52' werden der Filtriersand 51 und die dazwischen angesammelten Verunreinigungen 53 in dem Wasser kräftig durchgespült. Dabei werden die Verunreinigungsstoffe 53, die leichter als der Filtriersand 51 sind, eher nach oben getrieben als das Filtriermedium 51, so daß sie im Bereich der Oberfläche des Wassers 52 oder 52' schwimmen. Im Ergebnis werden die Verunreinigungsstoffe 53 in einen Bereich gedrängt, der höher ist als das Niveau, bis zu dem der Filtriersand 51 getrieben wird.

Wenn auf diese Weise die Rückspül-Austragung aus der Druckkammer 15 fortgesetzt wird, nimmt die Menge Wasser im Filtriertank 11 zu. Dementsprechend steigt die Oberfläche des Wassers (der Wasserspiegel) allmählich an. Dementsprechend steigen auch die suspendierten Verunreinigungsstoffe 53 innerhalb des Filtriertanks 11 nach oben. Wenn die Oberfläche des Wassers die Höhe der Speiseleitung 19 erreicht, strömt das Wasser 52 mit den darin befindlichen Verunreinigungsstoffen 53 in die Leitung. Es wird die Überlauf-Austragpumpe für verunreinigtes Wasser, 21', betätigt, um das Wasser mit den darin eingemischten Verunreinigungsstoffen 53 aus der Speiseleitung 19 abzuziehen und es aus dem Behälter 12 zu entfernen. Durch Fortsetzung des oben beschriebenen Rückspülvorgangs über eine vorbestimmte Zeitspanne werden sämtliche in dem Filtriertank 11 befindliche Verunreinigungsstoffe 53 beseitigt.

Ist der Rückspülvorgang abgeschlossen, wird der Betrieb der Überlauf-Austragpumpe für verunreinigtes Wasser, 21', und der Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' beendet. Nachdem der gereinigte Filtriersand 51, der nach oben getrieben wurde, abgesunken und sich in dem Filtriertank 11 abgesetzt hat, führt die Speisepumpe für unbehandeltes Wasser, 21, neues unbehandeltes Wasser 52 in den Filtriertank 11 ein. Gleichzeitig treibt die Reinwasser-Sammelpumpe 18 das gereinigte Wasser 52, welches sich in der Druckkammer 15 angesammelt hat, aus dem Behälter 12 aus, und der Filtrierprozeß kann erneut durchgeführt werden.

Wenn der lichte Raum d1 zwischen dem Innenrand des Schneckenflügels 23d und der Außenfläche der Schneckenwelle 23c zu klein ist, kann nach dem Rückspülvorgang der Filtriersand 51 nicht in ausreichendem Maß in den Rührtank 22 eingebracht werden. Wenn der lichte Raum d1 zu groß ist, kann der Filtriersand 51 nicht in ausreichendem Maß innerhalb des Rührtanks 22 nach oben befördert werden. Dementsprechend sollte der Abstand d1 in einem Bereich liegen, der nicht kleiner als etwa 1 % der Fläche der Schnecke ist, und nicht größer sein als etwa 98% dieser Fläche, vorzugsweise sollte der Abstand in einem Bereich liegen, der nicht kleiner ist als 30% der Fläche der Schnecke, und sollte nicht größer sein als 60% dieser Fläche.

Wenn weiterhin der lichte Abstand d2 zwischen dem Außenrand des Schnekkenflügels 23d und der Innenfläche des Rührtanks 22 zu klein ist, können Filtriersandkörner zwischen dem Schneckenflügel 23d und der Innenfläche des Rührtanks 22 festgehalten werden, so daß sie gemahlen und zerkleinert werden, was außerdem einen Verschleiß des Flügels 23d mit sich bringt. Wenn hingegen der lichte Raum d2 zu groß ist, fällt ein beträchtlicher Teil des Filtriersands 51 durch den offenen Raum d während des Aufwärtstransports des Filtriersands nach unten, ohne durch die obere Öffnung 22b aus dem Rührtank 22 ausgetragen zu werden, und als Ergebnis wird nur ein Teil des Filtriersands 51 gereinigt, wenn man nicht eine äußere Kraft, beispielsweise in Form von Wasserstrahlen einsetzt. Dementsprechend beträgt der Abstand d1 vorzugsweise zwischen etwa dem doppelten Wert der Korngröße des Filtriersands 51 bis zu 30 mm. Außerdem ist bevorzugt, daß der Schneckenförderer 23 und/oder der Rührtank 22 austauschbar sind, so daß man den Abstand d2 abhängig von der Korngröße des Filtriersands 51 ändern kann.

Im Hinblick auf Arbeitseinsparung ist es bevorzugt, wenn die oben beschriebene Folge von Arbeitsvorgängen automatisch durch eine Ablaufsteuerung gesteuert wird, wobei von einer vorbestimmten Steuervorrichtung Gebrauch gemacht wird, so daß Schwierigkeiten für eine Bedienungsperson ausgeschlossen werden.

Bei der Filtriervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, wie sie oben im einzelnen erläutert wurde, sind die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 derart strukturiert, daß sie sich öffnen und schließen lassen. Wird im Filtriermodus gearbeitet, ist die Tür 24 geschlossen und verhindert so den Eintritt von Wasser und Filtriersand in den Rührtank 22, wodurch das Ansammeln von unbehandeltem Wasser in dem Rührtank ebenso ausgeschlossen wird wie eine Verschlechterung der Wasserqualität durch Filtriersand, der nicht zum Filtern genutzt wird. Aufgrund des Filtriermedium-Reinigungsmechanismus und des Umschaltmechanismus im Inneren des Filtriertanks ist es nicht notwendig, eine Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung getrennt von der Filtriervorrichtung vorzusehen und anzuordnen. Das heißt, die Installation einer Anlage zum Beseitigen von Filtriersand 51, der durch den Betrieb im „Filtriermodus" verschmutzt wurde, aus dem Behälter 12 heraus, das Reinigen des Filtriersands und dessen Rückführung in den Filtriertank 11 (also eine Sandfördereinrichtung, eine getrennte Reinigungsvorrichtung und dergleichen) ist überflüssig, und die damit einhergehende beträchtliche Arbeit läßt sich ebenfalls verringern. Im Ergebnis spart man Installationsraum ebenso ein wie Kosten und Arbeit in Verbindung mit der Installation/Demontage einer separaten Filtriermedium-Reinigungsvorrichtung. Wenn außerdem von dem Umschaltmechanismus auf den „Filtriermodus" umgeschaltet ist, während dem der Reinigungsmechanismus nicht arbeitet, läßt sich ein üblicher Filtriervorgang aufrechterhalten. Da außerdem die Rückhalteeinrichtung die Möglichkeit bietet, das Filtriermedium 51 genau mit dem Wasser zu reinigen, welches in dem Filtriertank 11 enthalten ist, läßt sich die erforderliche Wassermenge minimal halten. Durch Austreiben der Verunreinigungsstoffe 53, die von dem Filtriersand 51 getrennt und gelöst wurden, jedoch immer noch in dem Filtriertank verblieben sind, durch Rückspülen aus dem Behälter 12 heraus, wird im Vergleich zu dem herkömmlichen Rückspülen oder Oberflächen-Waschen der Filtriersand 51 wirksamer gereinigt, und zwar mit einem höheren Reinigungswirkungsgrad.

Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand der 7 bis 11 beschrieben. 7 ist eine Schnittansicht ähnlich derjenigen nach 2, zeigt jedoch die Hauptbestandteile einer Filtriervorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung. 8 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht der Seitentür der in 7 gezeigten Filtriervorrichtung. 9 ist eine teilweise vergrößerte Frontansicht der Seitenöffnung der Filtriervorrichtung nach 7. 10 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in 9 des Rührtanks der Filtriervorrichtung. 11 ist eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Elemente der Antriebsvorrichtung, die in der in 7 gezeigten Filtriervorrichtung eingesetzt wird. In den 7 bis 11 sind analoge Elemente wie in den 1 bis 6 mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden hier nicht noch einmal beschrieben.

Wie in 7 gezeigt ist, ist die Filtriervorrichtung 110 der zweiten Ausführungsform im wesentlichen die gleiche wie die erste Ausführungsform, nur daß der Rührtank 122 normalerweise mit dem Filtriersand 51 gefüllt ist und die Filtrierung innerhalb des Rührtanks 122 genauso ausgeführt wird wie in dem Filtriertank 111. Ein anderer Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß bei der zweiten Ausführungsform mehrere Seitenöffnungen 172, die von mehreren Seitentüren 160, angetrieben von einer Antriebseinrichtung 182, geöffnet und geschlossen werden, in der Seitenwand des Rührtanks 122 ausgebildet sind. Jede der Seitentüren 160 ist mit einer Betätigungsstange 162 gekoppelt, die sich auf die Außenseite des Behälters 112 hin erstreckt. Ein Verbindungsgestänge 164, das an der Stange 162 angelenkt ist, und ein das Gestänge 164 antreibender Luftzylinder 166 sind an der Außenseite des Behälters 112 gehaltert. Diese Stange 162, das Verbindungsgestänge 164 und der Luftzylinder 166 sowie dazugehörige Elemente bilden die Antriebseinrichtung 182. De Luftzylinder 166 ist auf der Außenseite des Behälters 112 für jede Seitentür 160 angeordnet. Man beachte, daß in 7 aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung nur eine Seitentür 160 und die diese Seitentür 160 öffnende und schließende Antriebseinrichtung 182 dargestellt sind.

Anhand der 8 bis 12 wird die Seitentür 160 im einzelnen beschrieben. Wie am besten in 9 zu sehen ist, ist die Seitenöffnung 172 eine dünne rechteckige Öffnung, die sich von einer Stelle in der Nähe des Filterbetts 13 bis hin zu dem oberen Rand 170 des Rührtanks 122 in der Seite 168 des zylindrischen Rührtanks 122 erstreckt. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist die Seitenöffnung 172 an vier Stellen entlang dem Umfang des Rührtanks 122 in Abständen von 90° jeweils ausgebildet. Die Seitentür 160 ist eine dünne rechteckige Tür, die in der Form an die Seitenöffnung 172 angepaßt ist und an einem Scharnierteil 174 (siehe 8) schwenkbar angebracht, um verschwenkbar zu sein zwischen einer Offenstellung, in der sie die seitliche Öffnung 172 freigibt, und einer Schließstellung, in der sie die Öffnung verschließt.

Die Seitentür 160 besitzt im wesentlichen die gleiche Krümmung wie die Seite des zylindrischen Rührtanks 122, und während sie am unteren Rand geradlinig gestreckt ist, ist dort der Scharnierteil 174 ausgebildet. Der untere Rand der Seitenöffnung 172 ist in ähnlicher Weise gerade gestreckt ausgebildet und bildet einen Teil des Scharnierteils 174. Darüber hinaus ist entlang dem unteren Rand des Rührtanks 122 in dem Raum zwischen benachbarten Seitenöffnungen 172 ein rechteckiger Ausschnitt (eine untere Öffnung) 178 ausgeformt. Dieser Ausschnitt 178 ist an vier Stellen entlang dem Umfang des Rührtanks 122 in regelmäßigen Intervallen ausgebildet. Obschon die Ausschnitte 178 etwa die gleiche Funktion haben wie die unteren Öffnungen 22a des Rührtanks 22 der ersten Ausführungsform, werden die Ausschnitte 178 nicht geöffnet und geschlossen, sondern sie sind jederzeit offen.

Während eines Filtriervorgangs werden die Seitentüren 160 geöffnet, so daß das unbehandelte Wasser 52 gleichmäßig auf sämtliche Körner des Filtriersands 51 verteilt wird. Das in den Rührtank 122 strömende Wasser 52 durchsetzt den dort befindlichen Filtriersand 51 und wird von diesem gefiltert, um dann aus dem Rührtank über die Ausschnitte 178 auszuströmen. Es erfolgt also eine Filtrierung des Wassers 52 innerhalb des Rührtanks 122 genauso wie in dem Filtriertank 111, was die Filtrierkapazität der Filtriervorrichtung 110 steigert.

Als nächstes wird anhand der 11 die Antriebseinrichtung 182 beschrieben, die die Seitentür 160 öffnet und schließt. An der oberen Außenfläche der Seitentür 160 ist durch Schrauben oder Schweißen eine Lasche 184 angebracht. Durch Schrauben oder dergleichen ist an dem freien Ende der Stange 162, welche sich im Inneren des Behälters 112 befindet, eine gabelförmige Klaue 186 angebracht. Die Lasche 164 und die Klaue 186 sind über einen Zapfen 188 zueinander schwenkbar gekoppelt und bilden einen Schwenkverbindungsteil 190. Der Verbindungsteil 190 ist abgedeckt mit Hilfe eines Metallbalgs 192, der zum Beispiel aus rostfreiem Stahl besteht und zusammengedrückt und expandiert werden kann, wodurch der Verbindungsteil 190 vor dem Wasser 52 und dem Filtriersand 51 geschützt ist. In 11 ist die Seitentür 160 durch ausgezogene Linien im offenen Zustand dargestellt, durch gestrichelte Linien im geschlossenen Zustand. Die Stange 162 und die dazugehörigen Teile sind ebenfalls durch ausgezogene bzw. gestrichelte Linien in dem Zustand dargestellt, der dem offenen bzw. dem geschlossenen Zustand entspricht. Im Hinblick auf 11 sei angemerkt, daß das in den Behälter 112 ragende Ende der Stange 162 weggelassen ist, ausgenommen den Verbindungsteil 190.

Ein Halteelement 186, welches die Stange 162 haltert, ist in einer Halterungsöffnung 194 in einer Seite des Behälters 112 gelagert. Das Halteelement 196 umfaßt ein Lager 200, einen Haltekörper 198, der in der Öffnung 194 zum Haltern des Lagers 200 angebracht ist, ein Halteglied 202, das an einer Seite des Haltekörpers 198 angebracht ist und das Lager 200 von außerhalb des Behälters 112 her festhält, und ein Balg-Lagerglied 206, welches an dem Haltekörper 198 im Inneren des Behälters 112 befestigt ist und einen Balg 204 festhält, der weiter unten noch beschrieben wird.

Der Haltekörper 198 ist eine ringförmige Metallscheibe mit einer mittigen kreisförmigen Öffnung 214, angeschweißt an dem Behälter 112. An dem Innenrand der Öffnung 214, das heißt an der sich innen in dem Behälter 112 befindenden Seite, ist eine Ringflansch 212 ausgebildet. Das Lager 200 besitzt eine gekrümmte Innenfläche und ist so strukturiert, daß es drehbar eine Kugelverbindung 208 mit ähnlicher Krümmung hält. Das Lager 200 ist in der Öffnung 214 des Haltekörpers 198 positioniert. Das Halteglied 202 ist an der Außenseite des Haltekörpers 198 durch Schrauben befestigt. Das Halteglied 202 ist ein scheibenförmiges Metallteil mit einer kreisförmigen Öffnung 218, am Innenrand der Öffnung 218 ist eine ringförmige Rippe 220 ausgeformt. Das Lager wird von dieser Rippe 220 und dem vorerwähnten Flansch 212 des Haltekörpers 198 gehalten. Die Kugelverbindung 208 ist ein kugelförmiges Metallteil mit einer Durchgangsöffnung 210 in seiner Mitte, durch die hindurch die Stange 162 eingeführt ist. Die Kugelverbindung 208 wird drehbar von dem Lager 200 gehaltert. Die Stange 162 wird in der Durchgangsöffnung 210 der Kugelverbindung 208 verschieblich gegenüber letzterer gehaltert, wodurch die Stange 162 für eine Gleit- und Drehbewegung gegenüber dem Behälter 112 gelagert ist.

Der Balg 204 besteht aus Metall und ist dem bereits erwähnten Balg 192 ähnlich. Der Balg 204 ist auf die Stange 162 in der Nähe des Halteelements 196 aufgepaßt. Dieser Balg 204 ist ähnlich wie der Balg 192 in der Lage, zusammengedrückt und ausgedehnt zu werden in axialer Richtung der Stange 162. Das vordere Ende des Balgs 204 ist an ein zylindrisches Teil 219 angeschweißt, welches auf der Stange 162 sitzt, das hintere Ende ist an das Balglagerteil 206 angeschweißt. Das zylindrische Element 219 ist an der Stange 162 mit einer mit ihr in Eingriff stehenden Mutter 221 befestigt. Außerdem befindet sich im Inneren des zylindrischen Elements 219 eine Packung 223 in flüssigkeitsdichter Berührung mit dem Umfang der Stange 162. Dieser Aufbau schützt das Lager 200 vor Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, und auch vor dem Filtriersand 51.

An dem hinteren Endteil 222 der Stange 162 ist ein Vorsprung 224 ausgebildet, der in Eingriff mit einem Langloch 325 steht, welches in einem Endbereich eines L-förmigen Verbindungsglieds 164 steht. Das Verbindungsglied 164 ist schwenkbar auf einer Welle 228 gelagert, und das andere Ende des Verbindungsglieds 164 ist an die Betätigungswelle 230 eines Luftzylinders 166 angelenkt. Die Welle 228 des Verbindungsglieds 164 ist an einem Träger 232 gelagert, der an der Außenfläche des Behälters 112 angebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht es dem Verbindungsglied 164, die Einfahr-/Ausfahr-Bewegung der Kolbenstange 230 umzuwandeln in eine Horizontalbewegung (nach rechts und nach links) der Stange 162 gemäß 11, um dadurch die Seitentür 160 zu öffnen und zu schließen.

Als nächstes soll das Verfahren (der Prozeß) zum Reinigen des Filtriersands 51 der zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Als erstes wird wie bei der ersten Ausführungsform der Betrieb der Speisepumpe für unbehandeltes Wasser, 21, beendet, um dadurch die Wasserzufuhr von Wasser 52 anzuhalten. Gleichzeitig wird das erste Elektromagnetventil 20 geschlossen, um zu verhindern, daß Sprühwasser 52 während des Reinigungsvorgangs in die Speiseleitung 19 gelangt. Zu dieser Zeit ist die Zufuhr von Wasser 52 unterbunden, so daß der Wasserspiegel im Filtriertank 111 nicht höher liegt als die obere Öffnung 122b des Rührtanks 122. Wie bei der ersten Ausführungsform ist die Menge des Filtriersands 51 so gewählt, daß dessen obere Fläche sich auf einem Niveau unterhalb der oberen Öffnung 122b des Rührtanks 122 befindet und die Speiseleitung 19 als Überlauf-Austragöffnung fungiert.

Auch bei dieser Ausführungsform ist der innere Rand des Schneckenflügels 23d von der Außenfläche der Schneckenwelle 23c mit einem Abstand d1 beabstandet, und der Außenrand des Schneckenflügels 23d ist von der Innenfläche des Rührtanks 122 mit einem Zwischenabstand d2 beabstandet. Der Abstand d1 sollte in einem Bereich liegen, der nicht kleiner ist als etwa 1% der Fläche der Schnecke, und nicht größer ist als etwa 98% dieser Fläche, vorzugsweise sollte der Bereich nicht kleiner als 30% der Fläche der Schnecke und nicht größer als 60% dieser Fläche sein, während der Abstand d2 vorzugsweise von etwa dem Doppelten der Korngröße des Filtriersands bis zu 30 mm reicht.

Danach wird der Betrieb der Reinwasser-Sammelpumpe 18 angehalten, und das zweite Elektromagnetventil 17 wird geschlossen. Hierdurch hört das behandelte Wasser 52' auf, durch die Filter 14 in die Druckkammer 15 zu strömen, und das von der Speiseleitung 19 zugeführte unbehandelte Wasser 52 wird in dem Filtriertank 111 gehalten.

Dann wird das zweite Elektromagnetventil 17 geöffnet, und Spülwasser, welches frei von Verunreinigungsstoffen 53 ist und von außerhalb des Behälters 112 zugespeist wird, wird unter Druck von der Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' in die Druckkammer 15 eingeleitet. Das Spülwasser füllt den Filtriertank 111 über das Filterbett 13 und bewirkt, daß der Filtriersand 51 einen suspendierten Zustand einnimmt. Zu dieser Zeit werden die Luftzylinder 166 angetrieben, um die Seitentüren 160 zu schließen, und der Motor 23a des Schneckenförderers 23 wird in Gang gesetzt. Vorzugsweise werden die Seitentüren 160 geschlossen und der Schneckenförderer 23 gestartet, nachdem der Filtriersand 51 in einen suspendierten Zustand gelangt ist. Dies deshalb, weil in diesem Zustand die Last des Filtriersands 51 auf dem Luftzylinder 166 und dem Schneckenförderer 23 minimiert werden kann. Nachdem die Seitentüren 160 verschlossen sind, wird der Betrieb der Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' beendet.

Während sich der Schneckenförderer 23 dreht, wird der Filtriersand 51 im Inneren des Rührtanks 122 nach oben gedrückt, während die Körner des Sands aneinander scheuern. Währenddessen wird wie bei der ersten Ausführungsform der Filtriersand 51 durch die Ausschnitte 174, die jederzeit offen sind, in den Bodenbereich des Rührtanks 122 gedrängt. Der Filtriersand 51 und das Spülwasser, die in den unteren Bereich des Rührtanks 122 strömen, werden nach und nach von dem schraubenförmigen Flügel 23d des Schneckenförderers 23 zu der oberen Öffnung 122b hin transportiert. Die Betriebsart, in der Verunreinigungsstoffe 53, die an den Körnern des Filtriersands 51 haften und diese bedecken, abgetrennt und losgelöst werden, ist so wie bei der ersten Ausführungsform.

Die Drehzahl des Schneckenförderers 23 wird wie bei der ersten Ausführungsform eingestellt. Der fluidisierte Filtriersand 51 und das Spülwasser mit den darin befindlichen Verunreinigungsstoffen 53 werden zu der oberen Öffnung 122b des Rührtanks 122 transportiert und nach und nach in den Filtriertank 111 ausgetragen. Der gereinigte Filtriersand 51 sammelt sich nach und nach oben auf der Schicht des in dem Filtriertank 111 befindlichen Filtriersands 51 an, und der Filtriersand 51 tritt erneut über die Ausschnitte 178 in den Rührtank 122 ein und wird währenddessen gereinigt. Dieser Prozeß ist ähnlich der ersten Ausführungsform, bei der das Filtriermedium wiederholt über die unteren Öffnungen 22a in den Rührtank 22 gelangt und dort gereinigt wird.

Nachdem sämtliche Körner des Filtriersands 51 innerhalb des Filtriertanks 111 gleichmäßig gereinigt sind, werden die Seitentüren 160 von den jeweiligen Antriebseinrichtungen 182 geöffnet. Bevor die Seitentüren 160 geöffnet werden, wird vorzugsweise veranlaßt, daß der Filtriersand 51 sich wieder in einem suspendierten Zustand befindet. Erreicht werden kann dies dadurch, daß man das zweite Elektromagnetventil 17 öffnet und das Spülwasser mit Hilfe der Rückspülwasser-Zuführpumpe 18' in die Druckkammer 15 mit Druck einleitet.

Wie früher bereits gesagt, dient dies zum Verringern der Belastung des Luftzylinders 166 durch den Filtriersand 51. Der Filtriersand 51 verbleibt dann in dem Rührtank 122.

Als nächstes erfolgt ein Spülprozeß, indem Spülwasser unter Druck in die Druckkammer 15 eingeleitet wird. Zu dieser Zeit ist der Schneckenförderer 23 angehalten, kann aber für eine vorbestimmte Zeitspanne weiter in Betrieb sein, um die Verunreinigungsstoffe 53 wirksam aus dem Rührtank 122 zu entfernen. Dann wird das erste Elektromagnetventil 20 geöffnet, und das Spülwasser mit den darin befindlichen Verunreinigungsstoffen 53 wird von dem dann als Überlauf-Austreiböffnung fungierenden Speiseleitung 19 ausgetrieben.

Die Filtriervorrichtung 110 der zweiten Ausführungsform hat die gleichen betrieblichen Wirkungsweisen wie die erste Ausführungsform. Zusätzlich zu den vorteilhaften Wirkungen der ersten Ausführungsform verbessert die zweite Ausführungsform die Filtrierwirkung zusätzlich dadurch, daß sie auch in dem Rührtank 122 eine Filtrierung stattfinden läßt, um dadurch den gesamten Filtriertank für die Filtrierung zu nutzen. Da außerdem zu jeder Zeit Wasser durch den Rührtank 122 strömt, läßt sich das Aussickern von Schmutzwasser aus dem Rührtank 122 unterbinden. Das Filtrieren von Wasser 52 und das Reinigen des Filtriersands 51 erfolgen in effizienter Weise mit Hilfe der Seitentüren 160. Das heißt: während des Filtriervorgangs sind die Seitentüren 160 geöffnet, damit das unbehandelte Wasser 52 in den Rührtank 122 strömen und dort filtriert werden kann, während beim Reinigungsvorgang die Seitentüren 160 verschlossen sind, um dort wirksam das Reinigen des Filtriersands vornehmen zu können.

Es ist außerdem möglich, das Filtrieren in dem Filtriertank 111 vorzunehmen, während der Filtriertank 111 unter Druck steht, indem der Filtriertank 111 mit dem unbehandelten Wasser gefüllt wird. In diesem Fall findet das Filtrieren unter Druck statt, es erfolgt eine gleichmäßige Durchspülung des Wassers 52, was zusammen mit dem Umstand, daß die Filtrierung auch innerhalb des Rührtanks 122 stattfindet, und nicht nur in dem Filtriertank 111, die Wirkung der Filtration verbessert und die Verarbeitungskapazität steigert. Falls der Filtriervorgang unter Druck stattfindet, können die Seitentüren 160 jederzeit geschlossen bleiben. Selbst bei Durchführung der Filtrierung unter Druck wird vor einem Reinigungsvorgang der Druck beseitigt und der Wasserspiegel gesenkt. Wenn die Vorrichtung unter Druck arbeiten soll, werden vorzugsweise Streben (Verbindungselemente) zum Verbinden des Rührtanks 122 mit dem Behälter 112 vorgesehen, um eine Verformung des Rührtanks 122 sowie ein Aufblähen des Behälters 122 zu verhindern.

Obschon bei der zweiten Ausführungsform für jede Seitentür 160 ein Luftzylinder 166 vorhanden ist, können die Seitentüren 160 über Verbindungsglieder untereinander verbunden sein, so daß man sämtliche Seitentüren 160 von einem einzelnen Luftzylinder aus öffnen und schließen kann. Überflüssig zu sagen, daß die Anzahl von Seitenöffnungen 172 sowie von Seitentüren 160 nicht entsprechend den dargestellten Ausführungsbeispielen beschränkt werden muß, die Anzahl kann in passender Weise eingestellt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde im einzelnen erläutert, jedoch ist der Grundgedanke der Erfindung nicht durch die obigen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann der Durchmesser des Rührtanks größer oder kleiner gemacht werden, je nach Grad der Verschmutzung der Flüssigkeit. Alternativ kann der Rührtank sowie der Schneckenförderer größer sein, um die Reinigungszeit zu verkürzen.


Anspruch[de]
  1. Filtriervorrichtung, umfassend:

    einen Filtriertank mit einem an dessen Boden befindlichen Filterbett, einer auf dem Filterbett ausgestreuten Filtriermedium-Schicht, einer Flüssigkeitsspeiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit, die dem Filtriertank unbehandelte Flüssigkeit zuleitet, und eine Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit, die durch Durchleiten der unbehandelten Flüssigkeit durch die Filtriermedium-Schicht gewonnene behandelte Flüssigkeit aus dem Filtriertank ausleitet,

    einen Filtriermedium-Reinigungsmechanismus im Inneren des Filtriertanks,

    eine Verunreinigungs-Austreibeinrichtung, und

    einen Umschaltmechanismus, der den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung umschaltet zwischen einem Filtriermodus, in welchem die in den Filtriertank eingeleitete unbehandelte Flüssigkeit durch das auf dem Filterbett befindliche Filtriermedium geleitet wird, einem Filtriermedium-Reinigungsmodus, in welchem an dem Filtriermedium beim Durchgang der unbehandelten Flüssigkeit durch das Filtriermedium haften gebliebene Verunreinigungsstoffe von dem Filtriermedium getrennt werden können, und einem Verunreinigungs-Austreibmodus, in welchem die von dem Filtriermedium getrennten Verunreinigungsstoffe aus dem Filtriertank ausgetrieben werden können,

    wobei der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus einen hohlen Rührtank aufweist, ausgestattet mit oberen und unteren Öffnungen, die sich oberhalb bzw. unterhalb der Oberfläche der Schicht des Filtriermediums befinden, und einen Schneckenförderer aufweist, der vertikal in dem Rührtank angeordnet ist und unter Steuerung des Umschaltmechanismus gedreht wird, um das Filtriermedium und die Flüssigkeit, die aus dem Filtriertank durch die untere Öffnung in den Rührtank strömen, nach oben zu transportieren, während das Filtriermedium und die Flüssigkeit gerührt werden, und um das Filtriermedium und die Flüssigkeit über die obere Öffnung in den Filtriertank auszutragen,

    wobei die Verunreinigungs-Austreibeinrichtung aufweist: einen Spülflüssigkeits-Zuführmechanismus, der eine von den Verunreinigungsstoffen freie Spülflüssigkeit in den Filtriertank leitet, und eine Überlauf-Austragöffnung, durch die die Spülflüssigkeit mit den Verunreinigungsstoffen, die während des Reinigungsvorgangs von dem Filtriermedium getrennt wurden und in der Flüssigkeit innerhalb des Filtriertanks aufgeschwemmt wurden, überlaufen kann, um aus dem Filtriertank zu gelangen, und

    wobei der Umschaltmechanismus derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit und die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit im angehaltenen Zustand des Schneckenförderers betrieben werden können, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Filtriermodus schaltet, daß die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit die Zufuhr der unbehandelten Flüssigkeit zu dem Filtriertank sperren kann, die Austrageinrichtung für behandelte Flüssigkeit den Austrag der behandelten Flüssigkeit beenden kann, und der Schneckenförderer gedreht werden kann, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Reinigungsmodus schaltet, und daß der Schneckenförderer angehalten werden kann, der Spülflüssigkeits-Zuführmechanismus arbeiten und die Überlauf-Austragöffnung geöffnet werden kann, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Verunreinigungs-Austreibmodus schaltet,

    wobei die Verbesserung beinhaltet, daß

    der Schneckenförderer eine sich vertikal durch den Filtriermedium-Rührtank erstreckende Schneckenwelle aufweist, sich entlang der Schneckenwelle ein schraubenförmiger Schneckenflügel schraubenförmig erstreckt und an der Schneckenwelle über mehrere radiale Streben fixiert ist, die an dem Schnekkenflügel in vorbestimmten Winkelintervallen ausgebildet sind, und der innere Rand des Schneckenflügels von der Außenfläche der Schneckenwelle durch einen lichten Abstand beabstandet ist, der nicht kleiner ist als etwa 1 % der Schneckenfläche, und nicht größer ist als 98% dieser Fläche.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Filtriermedium Filtriersand ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der lichte Abstand zwischen dem inneren Rand des Schneckenflügels und der Außenfläche der Schneckenwelle nicht kleiner als 30% der Fläche der Schnecke ist, und nicht größer als 60% der Fläche ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Außenrand des Schneckenflügels von der Innenfläche des Filtriermedium-Rührtanks durch einen lichten Abstand beabstandet ist, der von etwa dem doppelten Wert der Korngröße des Filtriersands bis zu 30 mm reicht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Spülflüssigkeit-Zuführmechanismus die Spülflüssigkeit dem Filtriertank durch das Filterbett zuleitet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Spülflüssigkeit behandelte Flüssigkeit ist, gewonnen durch Durchleiten unbehandelter Flüssigkeit durch den Filtriersand.
  7. Filtriervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Filtriermedium-Reinigungsmechanismus außerdem eine Rückhalteeinrichtung besitzt, die, wenn der Umschaltmechanismus den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Reinigungsmodus schaltet, einen gewissen Teil der unbehandelten Flüssigkeit zurückhält, die dem Filtriertank von der Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit zugeleitet wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Speiseeinrichtung für unbehandelte Flüssigkeit eine Speiseöffnung für unbehandelte Flüssigkeit aufweist, die in eine Seitenwand des Filtriertanks oberhalb der Oberfläche der Filtriermedium-Schicht und unterhalb der oberen Öffnung des Rührtanks mündet, und eine Speisepumpe für unbehandelte Flüssigkeit aufweist, die an die Speiseöffnung für unbehandelte Flüssigkeit angeschlossen ist und letztere unter Druck durch die Speiseöffnung für unbehandelte Flüssigkeit dem Filtriertank zuleitet, wobei die Speiseöffnung für unbehandelte Flüssigkeit eine doppelte Funktion hat, indem sie auch als Überlauf-Austragöffnung der Verunreinigungs-Austreibeinrichtung arbeitet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Verunreinigungs-Austreibeinrichtung außerdem aufweist: eine Überlauf-Austragpumpe für verunreinigte Flüssigkeit, die an den Speiseteil für unbehandelte Flüssigkeit angeschlossen ist und die verunreinigte Flüssigkeit im Filtriertank über die Speiseöffnung für unbehandelte Flüssigkeit abzieht
  10. Filtriervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Reinflüssigkeit-Austrageinrichtung eine Austragöffnung für behandelte Flüssigkeit aufweist, angeschlossen an den Boden des Filtriertanks durch das Filterbett, weiterhin eine Reinflüssigkeits-Sammelpumpe, die die behandelte Flüssigkeit durch die Austragöffnung für behandelte Flüssigkeit abzieht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Spülflüssigkeit-Speiseeinrichtung aufweist: eine Spülflüssigkeitszuführpumpe, welche die Spülflüssigkeit dem Filtriertank über die Austragöffnung für behandelte Flüssigkeit zuleitet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Rührtank außerdem mit einer Öffnungs-/Schließeinrichtung für die untere Öffnung ausgestattet ist, welche die untere Öffnung des Rührtanks verschließt und öffnet, und der Umschaltmechanismus der Öffnungs-/Schließeinrichtung für die untere Öffnung ermöglicht, die untere Öffnung des Rührtanks dann zu öffnen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Filtriermodus schaltet, ermöglicht, die untere Öffnung zu öffnen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Reinigungsmodus schaltet, und ermöglicht, die untere Öffnung zu schließen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Verunreinigungs-Austreibmodus schaltet.
  13. Filtriervorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Rührtank eine zylindrische Seitenwand besitzt, die untere Öffnung eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist, die in einem unteren Bereich der Seitenwand des Rührtanks ausgebildet sind, angeordnet in einer Umfangsrichtung der Seitenwand des Rührtanks, und die Öffnungs-/Schließeinrichtung für die untere Öffnung ein zylindrisches Element besitzt, welches an den unteren Teil des Rührtanks angepaßt ist, ausgestattet mit mehreren Schlitzen, die in Umfangsrichtung der Seitenwand des zylindrischen Elements angeordnet sind und verschieblich entlang dem unteren Teil des Rührtanks ist zwischen dessen Schließstellung, wenn die Schlitze des zylindrischen Elements nicht mit jenen der Seitenwand des Rührtanks fluchten, wodurch die untere Öffnung des Rührtanks verschlossen ist, und seiner Öffnungsstellung, in der die Schlitze des zylindrischen Elements mit jenen der Seitenwand des Rührtanks fluchten, wodurch die untere Öffnung des Rührtanks geöffnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Rührtank außerdem ausgestattet ist mit einer Seitenöffnung in der Seitenwand des Rührtanks, und der Seitenöffnungs-Öffnungs/Schließ-Tür, welche die Seitenöffnung unter der Steuerung des Umschaltmechanismus öffnet und schließt, wobei der Umschaltmechanismus so ausgestaltet ist, daß er der Seitenöffnungs-Öffnungs/Schließ-Tür erlaubt, die Seitenöffnung zu öffnen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Filtriermodus schaltet, und ihr ermöglicht, die Seitenöffnung zu verschließen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Reinigungsmodus schaltet, und es ihr ermöglicht, die Seitenöffnung zu öffnen, wenn er den Betriebsmodus der Filtriervorrichtung auf den Verunreinigungs-Austreibmodus schaltet.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend eine Belastungseinrichtung, die das Filtriermedium, das sich auf dem Filterbett angesammelt hat, zwangsweise in den Rührtank einströmen läßt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Belastungseinrichtung eine geneigte Platte aufweist, die entlang dem unteren inneren Umfang des Filtriertanks angeordnet ist, um den Filtriersand, der sich am Boden des Filtriertanks angesammelt hat, dabei zu unterstützen, durch die untere Öffnung in den Rührtank zu strömen.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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