DE10331463A1

DE10331463A1 - Filtervorrichtung zum Einsetzen in Suspension

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Publication number: DE10331463A1
Application number: DE10331463A
Authority: DE
Inventors: Erhard Rudolf; Markus Dr.-Ing. Glück
Original assignee: Individual
Current assignee: Ip Ag Feldmeilen Ch
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung (200), die einbringbar ist in Suspension. Die Suspension ist vorzugsweise Abwasser, das sich in einem Becken einer Kläranlage befindet, insbesondere einer Kleinkläranlage. Die Filtervorrichtung (200) ist dort in ein Klärbecken (70) einbringbar. Sie weist zumindest ein, insbesondere mehrere, scheibenförmige Filtermittel (206) auf, die um zumindest ein Zentralrohr (220) herum angeordnet sind, und in welchem die Filtratableitung angeordnet ist. Sie weist weiter eine Saugpumpe (90) auf, die einen Saugstrom erzeugt, mit welcher das Filtrat absaugbar ist. Es ist erfindungsgemäß zumindest ein Mittel (213, 233, 235, 220) vorgesehen, mit dem mithilfe einer Strömungspumpe (80, 80') die Suspension über das zumindest eine Filtermittel führbar ist, so dass die Filtermitteloberfläche von Rückständen freihaltbar ist. Weiter ist zumindest ein Schwimmkörper (250) vorgesehen, an dem die Filtervorrichtung (200) befestigt ist und der mittels Auftrieb die Filtervorrichtung in einem schwimmenden Zustand hält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Einsetzen in Suspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist insbesondere geeignet für Kläranlagen, insbesondere für Kleinkläranlagen.
In der Patent- und Fachliteratur werden in der Regel mit den Oberbegriffen „Filtervorrichtungen" oder „Filteraufbauten" Hilfseinrichtungen bezeichnet, auf oder mit denen in einem Trägermaterial, insbesondere Flüssigkeiten oder Gase, befindliche Stoffe beliebigen Aggregatszustands (meist fest, porös, aber auch flüssig) oder Schweb- und Trübstoffe beliebigster Form vom Trägerstoff bzw. Lösungsmittel durch Filtration getrennt und entfernt werden.
Unter dem Begriff „Filtration" werden Verfahren zusammengefasst, um eine Mischung aus zwei Stoffen voneinander zu trennen. Insbesondere wird ein suspendierte Feststoff, z.B. ein Trübstoff oder Niederschlag, von der ihn umgebenden Flüssigkeit, oder eine Flüssigkeit von einer anderen Flüssigkeit, z.B. Öl von Wasser, getrennt, indem man die Mischung über ein poröses, für Flüssigkeiten bzw. nur für eine der beiden Flüssigkeiten durchlässiges Medium laufen lässt. Die Filtration ist Bestandteil grundlegender Fertigungsverfahren in der chemischen Industrie und wird für verschiedenste Zwecke eingesetzt. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird als „Suspension" bezeichnet, die den Filter durchlaufende gereinigte Flüssigkeit wird als „Filtrat" bezeichnet. Das auf dem Filter verbleibende feste Material heißt „Rückstand" und wird auch als „Filterkuchen" bezeichnet.
Als „Filtermittel" werden geeignete Hilfsvorrichtungen, Werkstücke, Beschichtungen, Werkstoffe oder Techniken (z.B. Zentrifugen) bezeichnet, welche zur Filtration notwendig sind und mit Hilfe derer die Trennung von Filtrat und abzutrennendem Stoff, z.B. Schwebstoffen, überhaupt erst ermöglicht wird.
Die Filtration von Flüssigkeiten, die sich in Behältern, insbesondere in Großbehältern, wie z. B. Containern befindet, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Als Beispiele hierfür seien die Filtration von flüssigen Lebensmitteln, z. B. Bier oder Säfte, oder von Abwässern in Kläranlagen genannte. Weiter findet die Filtration Anwendung bei der Meerwasserentsalzung, bei der das Meerwasser von darin befindlichen Salzen befreit wird und anschließend als Trinkwasser zur Verfügung steht.

Aufgrund verschärfter gesetzlicher Bestimmungen wird das aus Kläranlagen, insbesondere aus Kleinkläranlagen abgeführte, gereinigte Abwasser vielfach noch zusätzlich der Filtration unterzogen. Dadurch sollen neben noch enthaltenen Verschmutzungen vor allem Mikroorganismen, insbesondere Bakterien oder Viren, entfernt werden. Es wird eine Verbesserung des chemischen und/oder biologischen Sauerstoffbedarfs (CSB, BSB) angestrebt. Gerade das Herausfiltern von Mikroorganismen erweist sich zunehmend als überaus wichtig, da verhindert werden soll, dass Fäkalbakterien und andere Mikroorganismen in die Gewässer gelangen. Es sind verschiedene Systeme bekannt. So ist aus der DE 43 36 971 eine Kleinkläranlage bekannt, bei der loses Filtermaterial in der Nachklärkammer als Bewuchszone vorgesehen ist. Das gereinigte Abwasser wird mit Hilfe einer Pumpe abgepumpt, wobei der Saugstrom gereinigtes Abwasser durch das Filtermaterial hindurchzieht. Neben losem Filtermaterial sind auch andere Filtermittel, beispielsweise Trommelfilter oder Scheibenfilter bekannt. Ihnen allen ist der Nachteil zu eigen, dass die Filteroberfläche vergleichsweise schnell zusetzt. Dadurch sinkt die Filtrationsleistung und im schlimmsten Fall steht die ganze Anlage, da kein gereinigtes Abwasser mehr die Kläranlage verlassen kann. Aus der DE 36 28 203 sind deswegen verschiedene Maßnahmen zum Reinigen der Filteroberfläche bekannt. Zum einen wird der eingesetzte Trommelfilter von Zeit zu Zeit abgesaugt, wodurch die Filterfläche freigehalten wird. Weiterhin ist im Inneren des Trommelfilters eine Leiste angeordnet, über die die Filterlage mit Druckluft rückgespült werden kann. Es handelt sich hierbei um eine recht aufwändige Anordnung und besonders nachteilig ist die notwendige Drehdurchführung, da der Trommelfilter für beide Reinigungsmöglichkeiten, sowohl das Absaugen als auch das Rückspülen, gedreht werden muss. Gerade Drehdurchführungen erwiesen sich jedoch immer wieder als Ort möglicher Leckagen.

Aus der DE 101 58 634 ist eine Kleinkläranlage bekannt, die einen Filter aufweist, durch den mit Hilfe einer Pumpe Klarwasser, d. h. gereinigtes Abwasser, hindurchgesaugt wird. Dieser Filter ist im Gehäuse fest angeordnet; es kann sich hierbei um einen Teller-, Platten- oder Kammerfilter handeln. Zum Freihalten der Filteroberfläche ist vorgesehen, dass ein Injektorbelüfter benachbart angeordnet wird, so dass bei Betrieb des Injektorbelüfters durch die entstehenden turbulenten Strömungen an der Filterfläche anhaftende Schwebstoffe und Mikroorganismen entfernt werden. Diese Anordnung ist jedoch ausschließlich für Kleinkläranlagen geeignet, da nur eine sehr geringe Filteroberfläche mit Hilfe des Injektorbelüfters freigehalten werden kann. Ferner verbleiben stets Bereiche auf der Filteroberfläche, die nicht abgereinigt werden können, da der Belüftungsstrahl diese Bereiche, die sog. Schattenbereiche, nicht erreicht. Die gesamte Filteranlage wird dadurch auf Dauer zusetzen. Weiterhin kann diese Filteranlage sehr schlecht in bestehende Kleinkläranlagen, beispielsweise in die sehr häufig eingesetzten Dreikammerkläranlagen eingesetzt werden. Für die Installation muss in der Regel die Kläranlage stillgelegt werden und vollständig entleert werden, um die Montage der Filtervorrichtung zu ermöglichen. Weiterhin arbeitet die Filtervorrichtung nur bei einem bestimmten Wasserstand. Fällt dieser unter eine Mindesthöhe ab, so dass gereinigtes Abwasser den Einzugsbereich der Filtervorrichtung nicht mehr erreicht, so steht die Anlage still und muss in der Regel manuell erneut in Betrieb genommen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Filtervorrichtung bereitzustellen, die zuverlässig arbeitet, deren Filteroberfläche überwiegend von Rückständen freigehalten wird, und die im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen einen einfachen Aufbau aufweist. Sie soll ferner, insbesondere für geeignet sein zum Einsatz in Kläranlagen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filtervorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung ist direkt in die zu filternde Flüssigkeit, die Suspension, einsetzbar. Die Suspension kann sich dabei in einem Behälter, beispielsweise in einem Klärbecken oder einem Container befinden. Es kann sich bei der Suspension ferner auch um sehr große Flüssigkeitsvolumina handeln, wie z. B. Meerwasser. Die Filtervorrichtung weist zumindest ein, insbesondere jedoch mehrere scheibenförmige Filtermittel auf. Die scheibenförmigen Filtermittel sind um zumindest ein Zentralrohr herum angeordnet, wobei in dem Zentralrohr die Filtratableitung angeordnet ist. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass mehrere scheibenförmige Filtermittel hintereinander angeordnet werden, wodurch mit vergleichsweise geringem Bauraum große Filteroberflächen erzielt werden. Weiter weist die erfindungsgemäße Filtervorrichtung eine Saugpumpe auf, die einen Saugstrom erzeugt, mit welcher das Filtrat absaugbar ist. Erfindungsgemäß ist nun zumindest ein Mittel vorgesehen, mit dem mit Hilfe einer Strömungspumpe Suspension über das zumindest eine Filtermittel führbar ist. Dies führt dazu, dass die Filtermitteloberfläche freigespült wird von Rückständen. Anders ausgedrückt wird Suspension, z. B. zu filterndes Abwasser aus dem Klärbecken, mit Hilfe der Strömungspumpe angesaugt und über die Oberfläche des oder der Filtermittel verteilt. Die Suspension überströmt folglich die Filtermitteloberfläche und hält diese von Rückständen frei. Weiter ist erfindungsgemäß zumindest ein Schwimmkörper vorgesehen der mittels Auftrieb die Filtervorrichtung im schwimmenden Zustand hält. Durch den Schwimmkörper, der auch als Auftriebskörper bezeichnet werden kann, wird die Filtervorrichtung in der Suspension an deren Oberfläche gehalten. Bevorzugt ist der Auftrieb des Schwimmkörpers so angepasst, dass sämtliche Filtermittel in die Suspension eingetaucht sind. Somit wird die Filtervorrichtung stets optimal knapp unter der Oberfläche der Suspension gehalten. Auch sich ändernde Pegelstände haben folglich keinen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Betriebsfähigkeit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Diese passt sich stets dem aktuellen Flüssigkeitsspiegel an.

In Meerwasserentsalzungsanlagen bringt die erfindungsgemäße Filtervorrichtung den Vorteil mit sich, dass die Meeresströmung die Filtervorrichtung nicht beeinflusst. Diese schwimmt auf dem Wasser, unabhängig von der Wasserhöhe und der Heftigkeit der Strömung. Weiter ist von großem Vorteil, dass für eine Entsalzungsanlage, die ausschließlich mit den erfindungsgemäßen Filtervorrichtungen bestückt ist, keine gesonderten Behälter und großartigen Anlagen gebaut werden müssen. Die Filtervorrichtungen werden einfach mit den notwendigen Pumpen und Leitungen, die an Land führen, in das Meerwasser gegeben. Um von einer Stromversorgung unabhängig zu sein, kann auf dem Schwimmkörper eine Energieerzeugungsvorrichtung, z. B. Solarzellen, vorgesehen sein. Damit ist jede Filtervorrichtung autark betreibbar. Durch das Überströmen der Filtermittel wird deren Oberfläche von Rückständen freigehalten, wodurch die Filtervorrichtungen eine lange Betriebsdauer aufweisen.

Für Kläranlagen ist sehr vorteilhaft, dass durch den Suspensionsstrom, nicht nur die Filtermitteloberfläche vor dem Zusetzen bewahrt wird, sondern dass damit zugleich eine Belüftung, Durchmischung und Bewegung des Klärbeckens erzielt wird. Diese ist ferner sehr gleichmäßig und gleichbleibend, da die Filtermittel unabhängig vom Wasserstand stets gleichmäßig überströmt werden. Somit ist der Eintrag an Sauerstoff stets gleichbleibend, was für u. U. im Becken vorhandene, Abfallstoffe abbauende Mikroorganismen von Vorteil ist. Bei Einsatz der Filtervorrichtung können weitere Belüftungseinrichtungen entfallen. Der zum Freihalten der Filtermitteloberfläche eingesetzte Suspensionsstrom hat folglich eine Doppelfunktion. Weiterhin bringt dies den Vorteil mit sich, dass der Energieaufwand für eine Kläranlage, die mit einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung bestückt ist, vergleichbar ist mit bereits bekannten Kläranlagen, da der Energieaufwand für einen Belüfter vollständig entfällt und statt dessen eine Strömungspumpe zum Erzeugen einer Strömung über der Filtermitteloberfläche vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass die Filtervorrichtung im Abwasser angeordnet wird. Gesonderte Kammern oder Behälter brauchen hierfür nicht vorgesehen werden. Im Gegenteil, durch die Anordnung in der Suspension wird gerade der Belüftungseffekt erzielt. Die Erfindung ist insbesondere sehr vorteilhaft bei Kleinkläranlagen, die für die Reinigung von Abwässern vorgesehen sind, die aus Haushalten stammen, die lediglich saisonal betrieben werden, beispielsweise Ferienhäuser. Durch den Schwimmkörper ist die Filtervorrichtung stets optimal und gleichbleibend in Wasser eingetaucht. Vorteilhaft ist weiter, dass auch bestehende Kläranlagen leicht und einfach nachgerüstet werden können, da die erfindungsgemäße Filtervorrichtung lediglich in ein bestehendes Klärbecken, insbesondere in das Nachklärbecken, eingesetzt wird. Hierfür braucht dieses Klärbecken nicht entleert zu werden und es müssen auch keine weiteren baulichen Maßnahmen getroffen werden. Somit ist das Nachrüsten bestehender Kläranlagen vergleichsweise kostengünstig, einfach und schnell möglich. Durch das Überströmen der Filtermittel arbeitet diese Filteranlage jedoch höchst effizient und hat, wie oben ausgeführt, zugleich die technische Wirkung der Belüftung des Klärbeckens.

Als Mittel für das Führen der Suspension über die Oberfläche eines Filtermittels sind zum einen Öffnungen bzw. Düsen vorgesehen. Diese Öffnungen können sich beispielsweise am Zentralrohr befinden. Der Strömungserzeuger wird diesen Öffnungen mit Hilfe von Leitungen, die ebenfalls im Zentralrohr angeordnet sind, Suspension zuführen, welche dann über die Öffnungen ausgestoßen wird. Alternativ bzw. kumulativ können auch Öffnungen im Bereich des Umfangs der Filtermittel vorgesehen sein, wofür einzelne Rohrleitungen, aber auch zylindrische, doppelwandige Behälter mit entsprechenden Öffnungen vorgesehen sein können. Auch hier wird Suspension diesem Rohrsystem zugeführt und über entsprechende Öffnungen ausgestoßen und dann über die Filtermittel geführt. Vorzugsweise sind diese Öffnungen tangential angeordnet, so dass die Filtermittel tangential, d.h. schräg, überströmt werden. Der Ausstoß der Suspension erfolgt somit nicht senkrecht, sondern in einem davon abweichendem Winkel. Anders beschrieben wird unter dem Begriff „tangential" eine Anordnung der Öffnungen und eine Einstromrichtung der Suspension verstanden, die mit Hilfe einer Tangente näher beschrieben wird. Unter einer Tangente wird in der Geometrie eine Gerade verstanden, die einen Kreis bzw. Kreisbogen an einem einzigen Punkt berührt, ihn jedoch nicht schneidet. Nimmt man nun eine Tangente, die den Kreis an jedem beliebigen Punkt und in jeder beliebigen Orientierung berühren kann, und verschiebt diese parallel in Richtung zum Mittelpunkt des Kreises, so überquert die Tangente den Kreis. Zu beachten ist, dass die Parallelverschiebung nicht bis exakt zum Mittelpunkt erfolgen darf, sondern nur jeweils bis unmittelbar davor. Betrachtet man den Kreis als Behälterwand bzw. als Wandung des Zentralrohrs, so sind Bohrungen, die an diesen Schnittpunkten dem Verlauf der Tangente folgend gesetzt werden, tangential angeordnet. Durch den tangentialen Einstrom führt die Suspension eine kreisförmige Bewegung über dem Filtermittel aus. Daraus wird vorteilhaft erzielt, dass die Suspension im Vergleich zur rechtwinkligen Zufuhr der Suspension länger über dem Filtermittel geführt wird. Dadurch kann die Anzahl benötigter Öffnungen für das Freihalten der gesamten Filtermitteloberfläche reduziert werden, da größere Bereiche mit Hilfe von einer Öffnung überstrichen werden. Die Öffnungen können ferner als Düse ausgebildet sein, insbesondere als Punktdüse, Flachdüse oder eine Düse mit beweglichem, insbesondere rotierendem Düsenstrahl, oder als Venturi-Düse. Die Venturi-Düse erweist sich insbesondere bei Einsatz der Filtervorrichtung in Kläranlagen als sehr vorteilhaft. Es handelt sich hierbei um Düsen, bei denen durch das Hindurchführen von Suspension Luft angesaugt und mitgerissen wird. Aus der Düse tritt folglich ein Luft-Flüssigkeitsgemisch aus. In Klärbecken wird somit die Belüftung und Belebung allein über die Bewegung des Abwassers durch die Strömung erzielt, sondern es wird bei Einsatz von Venturi-Düsen Luft in das Abwasser eingetragen. Der in üblichen Kläranlagen für die Belüftung vorhandene Kompressor kann folglich entfallen. Die Filtervorrichtung übernimmt sowohl die Filtrationsfunktion als auch die Belüftungsfunktion in einer einzigen Anlage und ohne zusätzlichen Energieaufwand.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht weiter vor, dass ein Leitring um die Filtermittel herum angeordnet ist. Dieser ist auf der Oberseite und auf der Unterseite offen; es handelt sich folglich nicht um einen Behälter. Er weist vorzugsweise die Form einer zylindrischen Wandung auf. Der Leitring kann jedoch auch eine andere Form haben. So kann mit Hilfe einer speziellen Gestaltung des Leitrings die Suspension so geführt werden, dass Strudel und Wirbel erzeugt werden (Zyklon). Weiterhin ist es möglich, verschiedene Phasen der Suspension abzuziehen. Bei trichterförmiger Gestaltung des Leitringes werden sich im Bereich des Trichters leichte Stoffe, z. B. Öle sammeln. Bei taillierter Gestaltung, d. h. oben und unten erweitert und in der Mitte eingeschnürt, werden sich oben leichtere Stoffe sammeln und unterhalb Stoffe mit höherer Dichte. Folglich werden die in der Suspension enthaltenen Fest- und Schwebstoffe nicht nur vom Filtrat abgetrennt, sondern zugleich fraktioniert. Weiter kann der Leitring auch Ausbuchtungen, Ecken, Kanten oder Ähnliches aufweisen, durch die die Strömung und deren Richtung verändert wird. Dadurch kann die Strömung beispielsweise mehrmals zurückgeführt werden auf die Filtermittel, wodurch eine noch effektivere Überströmung erzielt wird. Schließlich kann auch auf der Ober- bzw. Unterseite des Leitringes ein Deckel bzw. Boden vorgesehen sein. Dadurch verlässt die Suspension die Filtervorrichtung auf der Unter- bzw. Oberseite der Filtervorrichtung. Dies ist vorteilhaft in Kläranlagen, wo ein Sauerstoffeintrag gewünscht oder unerwünscht ist. So ist in anaeroben Klärbecken der Eintrag von Sauerstoff unerwünscht. Hier kann ein Ausstrom auf der Unterseite der Filtervorrichtung von Vorteil sein. In diesem Fall könnte ein Leitring vorgesehen sein, der an seiner Oberseite verschlossen ist. Anders in aeroben Klärbecken. Hier soll gerade Sauerstoff zur Belebung eingebracht werden. Dort kann es von Vorteil sein, den Leitring auf der dem Beckenboden zugewandten Seite mit einem Deckel, sprich Boden, zu versehen, so dass die Suspension die Filtervorrichtung auf der Oberseite verlässt. Durch die Verengung des Auslasses wird die Suspension u. U. beschleunigt, so dass diese verwirbelt wird. Durch einen zylindrischen Leitring wird erreicht, dass die Suspension länger über der Oberfläche der Filtermittel gehalten wird, da der Suspensionsstrom an der Wandung abprallt und zurück auf die Filtermittel geführt wird. Im Falle des Einsatzes der Filtervorrichtung in einem Klärbecken wird der Belüftungseffekt jedoch trotzdem erhalten, da auf der Ober- und Unterseite ein gewisser Sog entsteht, bedingt durch die Strömung der Suspension über die Filtermitteloberfläche, die genügt, um das Abwasser im gesamten Klärbecken in Bewegung zu halten.

Anstelle eines Leitrings ist es auch möglich, dass die das Filtermittelpaket in einem separaten Behälter angeordnet ist, insbesondere in einem Druckbehälter. Dies kann in einigen Anwendungsgebieten, z. B. wenn unter Druck gefiltert werden muss, von Vorteil sein. Auch hier ist jedoch der Schwimmkörper vorgesehen und die Suspension wird über die Filtermittel geströmt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass mehrere Zentralrohre mit darüber angeordneten Filtermitteln vorgesehen sind. Diese Filtermittelpakete sind zu einer Filtervorrichtung zusammengeschlossen. Eine solche Filtervorrichtung ist von Vorteil in Anwendungen, die eine große Filterfläche erfordern, aber nur eine geringe Bauhöhe zulassen. Hier werden dann nicht die zum Erreichen der Filterfläche notwendigen Filtermittel hintereinander an einem Zentralrohr angeordnet, sondern auf mehrere Zentralrohre verteilt, die dann parallel zueinander angeordnet werden. Ein Beispiel für den Einsatz einer solchen Filtervorrichtung sind Kleinkläranlagen, insbesondere solche mit stark schwankendem Wasserstand. Da das Austrocknen der Filtermittel für die Funktionstüchtigkeit einer Filtervorrichtung in der Regel von Nachteil ist, wird dieses durch die flache Bauweise auch bei niedrigem Wasserstand verhindert.

Alternativ können als Mittel zum Führen der Suspension über die Filtermitteloberfläche auch Vorrichtungen vorgesehen sein, die im Rahmen der Erfindung als „Einströmer" bezeichnet werden. Es handelt sich hierbei um Vorrichtungen bzw. Elemente, mit denen die Suspension über die Filtermittel geführt werden kann. Als solche Elemente sind z.B. kurze Leitungsstücke oder Fortsätze mit Öffnungen, die auf die Filtermitteloberfläche gerichtet sind geeignet. Diese Leitungen ragen vom Zentralrohr ausgehend in Richtung zum Umfang des Filtermittels, in der An von Strahlen. Sie sind bevorzugt drehbar gelagert, wobei jedoch der Antrieb für die Drehbewegung nicht aus Energie verbrauchenden Vorrichtungen, wie Motoren etc. resultiert, sondern diese Einströmer drehen sich von selbst, bedingt durch den Ausstoß an Suspension. Durch den Ausstoß der Suspension kommt eine langsame Drehbewegung der Einströmer zustande, wodurch die gesamte Filtermitteloberfläche im Laufe der Zeit überstrichen wird und somit überall gleichmäßig von Rückständen freigehalten wird. Alternativ zu den beschriebenen Leitungen oder Fortsätzen können auch anders gestaltete Elemente mit Öffnungen zum Einsatz kommen, wobei die Öffnungen so angeordnet sind, dass die Suspension über die Filtermittel geführt wird. Beispielhaft seien propellerartige Anordnungen, sternförmige oder sägeblattähnliche genannt. Die Einströmer können auch zusätzlich zu den oben erwähnten Öffnungen, über die eingeströmt wird, vorgesehen sein.

Der Schwimmkörper hält durch seinen Auftrieb die Filtervorrichtung im schwebenden Zustand. Er kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es können, anders ausgedrückt, ein Schwimmkörper oder auch mehrere Schwimmkörper vorgesehen sein. Der oder die Schwimmkörper sind bevorzugt ringförmig um die Filtervorrichtung, oder genauer zumindest um das Filtermittelpaket, angeordnet. Ein einzelner Schwimmkörper ist bevorzugt als schwimmender Ring ausgebildet. Der Schwimmkörper ist an der Filtervorrichtung befestigt. Dies kann beispielsweise am Zentralrohr erfolgen, vorzugsweise oberhalb und unterhalb des Filtermittelpaketes, es ist jedoch bevorzugt, dass der Schwimmkörper auf der Außenseite des Leitrings befestigt wird, da hierdurch der Suspensionsstrom nicht gestört wird. Der Schwimmkörper kann aus jedem geeigneten, schwimmfähigen Material gefertigt sein, der der Filtervorrichtung den nötigen Auftrieb verschafft. Selbiges gilt für seine Größe. Beispielhaft sei als Material Polystyrol genannt. Auch ein Kunststoffhohlkörper eignet sich als Schwimmkörper.

Zusätzlich zu den Schwimmkörpern ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Haube über der Filtervorrichtung angeordnet ist, wobei diese bevorzugt am Schwimmkörper befestigt wird. Es handelt sich hierbei um einen Körper, der die Filtervorrichtung überwölbt und der sich demzufolge über der Flüssigkeitsoberfläche befindet. Dieser ist in der An einer Haube geschlossen. Als Material eignet sich beispielsweise Kunststoff, insbesondere durchsichtiger Kunststoff. Der Einsatz einer Haube ist z. B. beim Einsatz der Filtervorrichtung in Kläranlagen von Vorteil. Damit ist die Kläranlage auch bei Frost betreibbar, da die Abwärme der bevorzugt ebenfalls unter der Haube angeordneten Saugpumpe ausreicht, um die Filtervorrichtung frostfrei zu halten. Ein weiterer Vorteil einer Haube ist der Schutz vor gröberen Verschmutzungen, wie z. B. Laub.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Saugpumpe eine Saug-Druck-Pumpe ist, d.h. eine Pumpe deren Strömungsrichtung reversibel ist, insbesondere eine Zahnradpumpe. Hierdurch ist ein Rückspülen der Filtermittel möglich, was sich im Dauerbetrieb bisweilen als vorteilhaft erweist. Dieses Rückspülen kann beispielsweise mit Luft, mit Filtrat oder mit Wasser geschehen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
1 : eine funktionelle Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
2: einen Querschnitt entlang der Linie A-A in 1;
3: einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 1;
4: die Details IV (4A) bzw. V (4B) der 2 bzw. 3
5: eine funktionelle Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
6: einen Schnitt entlang der Linie A-A in 5;
7: noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in funktioneller Darstellung;
8: einen Schnitt entlang der Linie A-A in 7;
9: eine schematische Darstellung eines Klärbeckens mit der eingesetzten Filtervorrichtung der 7; und
10: eine schematische Darstellung eines weiteren Klärbeckens mit der eingesetzten Filtervorrichtung der 7.
Die 1–4 zeigen die erfindungsgemäße Filtervorrichtung 1 bzw. Details davon, wobei jedoch keinerlei Pumpen oder Zu- und Ableitungen dargestellt sind. 1 zeigt eine funktionelle Darstellung, wobei es sich prinzipiell um eine gebrochene Darstellung in Seitenansicht handelt. Die 2–4 zeigen verschiedene Querschnitte durch die Filtervorrichtung 1. Die Filtervorrichtung 1 weist ein Zentralrohr 2 auf, in dem die Filtratsammelableitung 15 und mehrere Suspensionszuleitungen 3 angeordnet sind. Somit erfolgt über das Zentralrohr 2 sowohl der Abtransport von Filtrat, dargestellt durch den Pfeil 50, als auch die Zufuhr von Suspension, dargestellt durch den Pfeil 30. Am Zentralrohr 2 sind eine Reihe an scheibenförmigen Filtermitteln 6 angeordnet. Vorzugsweise werden hierfür Keramikhohlfilterscheiben oder Metall- oder Kunststofffilter eingesetzt. Diese sind standardmäßig in bestimmten Durchmessern erhältlich und weisen ebenfalls als Standard in der Mitte eine Öffnung auf, durch die das Zentralrohr 2 hindurchgeführt werden kann. Im Betrieb wird nun Filtrat abgesaugt mit Hilfe einer Saugpumpe. Der Saugstrom reicht über die Filtratsammelableitung 15 und die Filtratableitung 5 in das Filtermittel 6 hinein. Folglich wird Suspension angesaugt und eine Filtration an der Filtermittelfläche durchgeführt. Das dadurch erhaltene Filtrat wird durch das Filtermittel 6 und die Filtratableitungen 5 der Filtratsammelableitung 15 zugeführt, durch welche das Filtrat die Filtervorrichtung 1 verlässt. Wird die Filtervorrichtung in einer Kläranlage eingesetzt, so wird das gewonnene Filtrat einem Ablauf zugeführt und verlässt die Kläranlage. Erfindungsgemäß wird nun Suspension über die Filtermittel geführt. Hierfür wird mit Hilfe einer Strömungspumpe Suspension, z. B. zu filterndes Abwasser, Meerwasser oder flüssiges Lebensmittel, angesaugt und über die Suspensionszuleitungen 3 den Öffnungen 13 zugeführt. Sie strömt dann durch diese Öffnungen 13 hindurch und über die Filtermittel 6 hinweg. Die Öffnungen 13 sind tangential angeordnet, wie sich insbesondere aus der 2 und der 4A deutlich ergibt. Die Suspension vollführt durch die tangentiale Anordnung der Öffnungen 13 eine spiralförmige Bewegung über der Filtermitteloberfläche, angedeutet durch die Pfeile 33. In 2 sind lediglich zwei Strömungspfeile 33 eingetragen. Es wird sofort ersichtlich, dass von jeder Öffnung 13 die Strömung tangential über das Filtermittel 6 hinweggeführt wird, wodurch ein gleichmäßiges Überstreichen der Filtermitteloberfläche mit Suspension erzielt wird. Daraus resultiert die hervorragende Reinigungswirkung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Um das Filtermittelpaket ist ein Leitring 10 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel der 1-4 handelt es sich hierbei um eine zylindrische Wandung, die in einem gewissen Abstand zu den Filtermitteln 6 angeordnet ist, wie sich aus der Schnittdarstellung der 2 und 3 deutlich ergibt. Dieser Leitring unterstützt die kreisförmige Strömung der Suspension über der Filtermitteloberfläche. Es wird somit innerhalb des großen Volumens an zu filterndem Medium ein kleiner Raum geschaffen, deren Inhalt durch die Strömung der Suspension leicht in Bewegung gehalten werden kann. Dadurch wird die Abreinigungswirkung weiter verbessert. Der Leitring 10 kann jedoch auch entfallen; auch dann ist die Reinigungsleistung der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung 1 ausreichend, um die Oberfläche der Filtermittel 6 von Rückständen freizuhalten.
Anhand der 1–4 soll noch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Es ist vorgesehen, dass im Inneren des Zentralrohrs 2 ein Schwingungserzeuger bzw. -erreger angeordnet wird. Dieser Schwingungserzeuger erzeugt Schwingungen einer bestimmten Frequenz. Die Moleküle der Suspension werden angeregt und dadurch werden auch benachbarte Festkörper, z. B. die Filtervorrichtung 1 oder die Filtermittel 6 in Schwingung versetzt. Durch das Schwingen der Suspension und der Filtermittel wird das Zusetzen weiter verhindert. Sobald Partikel sich darauf absetzen, wird nicht nur die tangentiale Strömung für deren Abtrag sorgen, sondern auch die leichte Schwingung der Filtermittel, insbesondere der Keramikhohlfilterscheiben. Die von dem Schwingungserzeuger erzeugte Schwingung kann unterschiedliche Frequenzen haben, wobei die Frequenz mit der besten Reinigungseigenschaft leicht durch Versuche herausgefunden werden kann. Sie kann insbesondere auch im Ultraschallbereich liegen. In Versuchen stellte sich ferner mit den im Handel erhältlichen Keramikhohlfilterscheiben mit einem Durchmesser von 312 mm eine Frequenz von ca. 50 Hz als besonders günstig heraus.
Die 5 und 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel, die Filtervorrichtung 100. Die Filterorrichtung 100 weist ein Zentralrohr 102 auf, über das die Ableitung des Filtrates erfolgt, dargestellt durch den Pfeil 50. Hierfür sind wiederum Filtratableitungen vorgesehen (in den 5 und 6 nicht dargestellt), entsprechend der Filtratableitung 5 in der 3, und eine Filtratsammelableitung 115. Die Zufuhr an Suspension erfolgt nun zum einen über die Suspensionszuleitungen 103 und der Öffnungen 113, die im Zentralrohr 102 angeordnet sind, entsprechend der Suspensionszuleitung 3 und den Öffnungen 13 im Zentralrohr 2, wie beschrieben für die 1–4. Zusätzlich ist nun um den Umfang der Filtermittel 106 herum eine Suspensionszuleitung 130 vorgesehen, die die Öffnungen 133 aufweist. Wie aus dem Schnitt der 6 deutlich wird, sind auch die Öffnungen 133 tangential angeordnet, so dass die Suspension tangential eingeströmt wird und somit über dem Filtermittel 106 eine spiralförmige Bewegung vollführt, dargestellt durch den Pfeil 35. Die Suspension wird somit sowohl tangential aus den Öffnungen 113 über das Filtermittel 106 geführt, angedeutet durch den Pfeil 33, als auch tangential aus den Öffnungen 133. Dadurch wird eine noch bessere Überstreichung der Filtermitteloberfläche mit Suspension erzielt. Es wird darauf hingewiesen, dass es auch ausreichend ist, dass lediglich die Suspensionzuleitung 130 und deren Öffnungen 133 vorgesehen sind, um dem Filtermittel 106 Suspension zuzuführen. Folglich weist eine derartige Filtervorrichtung zwar ebenfalls ein Zentralrohr 102 auf, in diesem sind jedoch lediglich die Filtratableitung und die Filtratsammelableitung 115 angeordnet. Auch durch das Vorsehen der Suspensionszuleitung 130 alternativ zu den zentralen Suspensionszuleitungen 103 wird eine effektive Reinigung der Filtermitteloberfläche erzielt. Anstelle einer zylindrischen Suspensionszuleitung 130, wie dargestellt in 6, können auch einzelne rohrförmige Leitungen um den Umfang des Filtermittelpaketes herum angeordnet sein. Diese rohrförmigen Leitungen weisen dann ebenfalls Öffnungen auf, durch die die Suspension über die Filtermitteloberfläche geführt wird. Ferner weist die Filtervorrichtung 100 einen Leitring 110 auf, der um den Umfang des Filtermittelpaketes 106 herum angeordnet ist.
Die 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Filtervorrichtung 200 weist ebenfalls ein Zentralrohr 202 auf, über die die Filtratabfuhr erfolgt, wiederum dargestellt durch den Pfeil 50. Die Filtratableitung erfolgt wie in den 1–4 beschrieben, über Filtratableitungen und die Filtratsammelableitung 215. Die Zufuhr der Suspension erfolgt über das Zentralrohr 202, angedeutet durch den Pfeil 30. Hierfür sind in diesem Suspensionszuleitungen 203 mit entsprechenden Öffnungen 213 vorgesehen. Die Suspension verlässt folglich die Suspensionzuleitung 203 wiederum über die Öffnungen 213, wie für die 1–4 beschrieben. Um das Zentralrohr 202 herum, sind nun jedoch zwischen den Filtermitteln 206 Einströmer 220 angeordnet. Diese bestehen aus einem ringförmigen Lager 221, der das Zentralrohr 202 umschließt. Das ringförmige Lager 221 ist jedoch mit dem Zentralrohr 202 nicht fest verbunden, sondern umschließt dieses lediglich lose, d.h. der Einströmer 220 ist drehbar. Er weist ferner Fortsätze 222 auf, in denen die Suspensionszuleitung 230 verläuft. Die Suspensionszuleitung 230 endet in den Öffnungen 233. Ferner können auch am drehbaren Lager 221 Öffnungen 235 vorgesehen sein. Die, die Öffnungen 213 verlassende Suspension wird mit Hilfe des Einströmers 220 weiter geführt. Zum einen tritt die Suspension durch die Öffnungen 235 aus und überströmt so die Filtermittel 206. Dies ist durch den Pfeil 33 dargestellt. Weiter tritt Suspension in die Suspensionzuleitung 230 ein und wird in dieser über einen Teil des Filtermittels 206 hinweggeführt. Die Suspensionszuleitung 230 wird von der Suspension über die Öffnungen 233 verlassen, angedeutet durch die Pfeile 37 und 38. Wie sich aus der 8 deutlich ergibt, wird somit die Suspension direkt in bestimmte Bereiche des Filtermittels 206 verbracht. Durch den Einstrom an Suspension ergibt sich eine Drehbewegung des Einströmers 220, wodurch das Filtermittel 206 gleichmäßig überstrichen wird. Diese Drehbewegung des Einströmers 220 ist durch den Pfeil 20 dargestellt. Auch bei der Filtervorrichtung 200 ist ein Leitring 210 vorgesehen. Ferner kann auch die Filtervorrichtung 200 eine oder mehrere um den Umfang der Filtermittel 206 herum angeordnete Suspensionszuleitungen mit entsprechenden Öffnungen, wie für die 5 und 6 beschrieben, aufweisen.
Die 9 und 10 zeigen schließlich schematisch einen bevorzugten Einsatz der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, nämlich in einem Klärbecken. Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellungen der 9 und 10 lediglich schematisch sind, es handelt sich nicht um maßstabsgerechte Darstellungen. Ferner stellt 10 eine Abwandlung der 9 dar, so dass identische Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet worden sind. In dem Klärbecken 70 befindet sich Abwasser 71. Der Wasserspiegel ist durch die gezackte Linie 72 dargestellt. Ferner ist die Filtervorrichtung 200 in das Klärbecken 70 eingelassen. Für die Darstellung der 9 und 10 wurde exemplarisch die Filtervorrichtung 200 in das Klärbecken 70 eingesetzt. Es können jedoch ebenso die Filtervorrichtungen 1 oder 100 oder Abwandlungen davon eingesetzt werden. Für die detaillierte Beschreibung der Filtervorrichtung 200 wird auf den obigen Absatz verwiesen. Die Filtervorrichtung 200 ist mit dem Leitring 210 an dem Schwimmkörper 250 befestigt. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen ringförmigen Schwimmkörper. Wie sich aus der Darstellung der 9 und 10 ergibt, wird durch den Schwimmkörper 250 die Filtervorrichtung 200 knapp unter dem Wasserspiegel 72 gehalten. Ferner ist eine Strömungspumpe 80 (9) bzw. 80' (10) vorgesehen, die als Tauchpumpe ausgestaltet ist. Diese führt Suspension über die Leitung 81 bzw. 81' der Filtervorrichtung 200 zu, wo diese so geführt wird, dass sie die Filtermittel 206 überströmt. Die Pumpe 80 der 9 ist im Klärbecken 70 angeordnet und über die Leitung 81 mit der Seite des Zentralrohrs 202 verbunden, die sich im Bereich der Wasseroberfläche befindet. Die Pumpe 80' der 10 ist dagegen mit der Seite des Zentralrohres 202 verbunden, die sich im Bereich des Bodens des Klärbeckens 70 befindet. Die Suspension strömt folglich nicht entgegengesetzt zum Filtratstrom (Pfeil 50), wie in 9, dargestellt durch den Pfeil 30, sondern in dieselbe Richtung, dargestellt durch den Pfeil 30'. Ferner ist eine Saug-Druckpumpe 90 vorgesehen, die Filtrat abführt aus der Filtervorrichtung 200, und die die Filtrationsleistung ausübt. Das gefilterte Abwasser verlässt die Filtervorrichtung 200 und das Klärbecken 70 über die Ableitung 91. Über der Saug-Druckpumpe 90 und der Filtervorrichtung 200 ist eine Haube 260 vorgesehen. Diese ist auf dem Schwimmkörper 250 befestigt. Die Leitungen 91 und 81 treten durch die Haube 260 hindurch. Wie dem Fachmann ersichtlich ist, können auch sämtliche Leitungen unterhalb der Haube 260 angeordnet sein, so dass diese nicht durchbrochen wird. Die Haube 260 schützt zum einen vor Verschmutzungen von außen, und sie bewirkt, dass Wärme, die erzeugt wird durch den Filtrationsvorgang und insbesondere durch die Saug-Druckpumpe 90, im Klärbecken 70 und insbesondere im Bereich der Filtervorrichtung 200 zurückgehalten wird, so dass die Filtervorrichtung auch problemlos in Gebieten mit Frost betrieben werden kann.

Claims

Filtervorrichtung, die einbringbar ist in Suspension, aufweisend zumindest ein, insbesondere mehrere scheibenförmige Filtermittel, die um zumindest ein Zentralrohr herum angeordnet sind und in welchem die Filtratableitung angeordnet ist, weiter aufweisend eine Saugpumpe, die einen Saugstrom erzeugt, mit welcher das Filtrat absaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (13, 113, 133, 213, 233, 235, 220) vorgesehen ist, mit dem mit Hilfe einer Strömungspumpe (80, 80') die Suspension über das zumindest eine Filtermittel (6, 106, 206) führbar ist, so dass die Filtermitteloberfläche von Rückständen freihaltbar ist, und dass zumindest ein Schwimmkörper (250) vorgesehen ist, an dem die Filtervorrichtung (1, 100, 200) befestigt ist, und der mittels Auftrieb die Filtervorrichtung in einem schwimmenden Zustand hält.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentralrohr (2, 102, 202) zumindest eine Suspensionszuleitung (3, 103, 130, 230) angeordnet ist, mit der die Suspension über zumindest eine Öffnung (13, 113, 133, 213, 233, 235) über das Filtermittel führbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Umfangs des Filtermittels zumindest eine Suspensionszuleitung (3, 103, 130, 230) angeordnet ist, mit der die Suspension über zumindest eine Öffnung (13, 113, 133, 213, 233, 235) über das Filtermittel führbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Zentralrohr als auch im Bereich des Umfangs des Filtermittels zumindest je eine Suspensionszuleitung (3, 103, 130, 230) angeordnet ist, mit der die Suspension über zumindest eine Öffnung (13, 113, 133, 213, 233, 235) über das Filtermittel führbar ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (13, 113, 133, 213, 233, 235) eine Düse, insbesondere eine Punktdüse, Flachdüse oder eine Düse mit beweglichem, insbesondere rotierendem Düsenstrahl, oder eine Venturi-Düse, ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension über das Filtermittel tangential geführt wird.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (1, 100, 200) so an dem Schwimmkörper (250) befestigt ist, dass die Filtervorrichtung knapp unter dem Flüssigkeitsspiegel der Suspension gehalten wird.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitring (10, 110, 210), insbesondere in der Form einer zylinderförmigen Wandung, um den Umfang des Filtermittelpaketes herum angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermittelpaket in einem gesonderten Behälter, insbesondere einem Druckbehälter angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (250) ringförmig ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugpumpe einer Saug-Druckpumpe, insbesondere eine reversible Zahnradpumpe ist, so dass die Filtermittel rückspülbar sind, insbesondere mit Filtrat, Wasser oder Luft.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um das Zentralrohr (2, 102, 202) zwischen den Filtermitteln (6, 106, 206) zumindest jeweils ein Einströmer (220) angeordnet ist, mit dem die Suspension über die Oberfläche der Filtermittel führbar ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmer ein ringförmiges Lager (221) und Fortsätze (222) aufweist mit einer Suspensionszuleitung (230) und entsprechenden Öffnungen (233, 235), über die die Suspension über die Oberfläche der Filtermittel führbar ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (6, 106, 206) Keramikhohlfilterscheiben, oder Kunststoff- oder Metallfilter sind.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schwimmkörper (150) eine Haube (260), insbesondere aus durchsichtigem Kunststoff, angeordnet ist, die das Filtermittelpaket und die Saugpumpe umhüllt.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (1, 100 200) zwei oder mehr Zentralrohre (2, 102, 202) aufweist, um die jeweils ein, insbesondere mehrere scheibenförmige Filtermittel (6, 106, 206) angeordnet sind, und in welchem die Filtratableitung angeordnet ist, wobei die Zentralrohre parallel zueinander zu der Filtervorrichtung angeordnet sind.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspumpe eine Tauchpumpe ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung in ein Klärbecken (70) einer Kläranlage einbringbar ist, insbesondere einer Kleinkläranlage.
Kläranlage, insbesondere Dreikammerkläranlage, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Kammer, insbesondere in der dritten Kammer, eine Filtervorrichtung (1, 100, 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche angeordnet ist.