DE202006019492U1

DE202006019492U1 - Filter- und Sterilisiervorrichtung

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Publication number: DE202006019492U1
Application number: DE202006019492U
Authority: DE
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Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: EP2102112B1; WO2008077565A1; ATE520629T1; EP2102112A1; JP4907722B2; JP2010514551A; US20100018913A1; US8298410B2

Abstract

Filter- und Sterilisiervorrichtung, die eine Schwerkraftfiltervorrichtung mit einem Flüssigkeitszulauf (L1), einem Abwärtsfilter (F) und einem Reinflüssigkeitsablauf (L3) sowie eine hydraulisch mit dem Abwärtsfilter verbundene Sterilisiervorrichtung (U) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Reinflüssigkeitsablauf (L3) des Abwärtsfilters (F) verbundene Sterilisiervorrichtung (U) höhenverstellbar ist und die Form eines Zulaufkanals zu einem Überlaufwehr (Y) hat, wobei das Flüssigkeitsniveau in dem Zulaufkanal (K) vor Filtrationsbeginn annähernd höhengleich mit dem Wasserspiegel im Abwärtsfilter (F) oberhalb des Filtermediums (M) einstellbar ist.

Description

Bekanntlich setzt sich eine Abwärtsfiltervorrichtung aus drei wesentlichen Bestandteilen, dem Filtertank mit dem Ablaufsammler, dem Zulaufverteiler und dem im Filtertank befindlichen Filtermedium zusammen. Soll das Filtrat noch sterilisiert werden, so ist es üblich dem Filter noch eine Sterilisiervorrichtung nachzuschalten.
Ein Problem bei Abwärtsfiltervorrichtungen besteht darin, dass der Filter bei Betriebsunterbrechungen oder stossweisem Betrieb trocken laufen kann, d.h. dass der Flüssigkeitspegel unter das Niveau der Oberseite des Filters fällt. Weitere Probleme können entstehen, wenn die Sterilisiervorrichtung leer läuft. Infolgedessen ist es notwendig, den der Sterilisiervorrichtung vorgeschalteten Filterkreis mit zusätzlichen Halte- und Durchflussregelventilen auszustatten, wodurch bekanntlich auf Grund des absatzweisen Filter/Waschzyklus der Filtriereinrichtung eines der schwierigsten Regelprobleme zu lösen ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine im Aufbau vereinfachte, kompakte Filter- und Sterilisiervorrichtung bereit zu stellen, bei der dennoch die Funktion des Filters auch bei schwankendem Zufluss oder Filterstillstand gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Filter- und Sterilisiervorrichtung, die eine Schwerkraftfiltervorrichtung mit einem Flüssigkeitszulauf, einem Abwärtsfilter und einem Reinflüssigkeitsablauf sowie eine hydraulisch mit dem Abwärtsfilter verbundene Sterilisiervorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Reinflüssigkeitsablauf des Abwärtsfilters Sterilisiervorrichtung höhenverstellbar ist und die Form eines Zulaufkanals zu einem Überlaufwehr hat, wobei das Flüssigkeitsniveau in dem Zulaufkanal vor Filtrationsbeginn annähernd höhengleich mit dem Wasserspiegel im Abwärtsfilter oberhalb des Filtermediums einstellbar ist.
Die vorliegend beschriebene kompakte Filter- und Sterilisiervorrichtung bietet eine überraschende Anzahl von wichtigen technischen Vorteilen. Bei der erfindungsgemäßen Filter- und Sterilisiervorrichtung sind keine stetigen Regelventilen im Filter- und Rückspülkreislauf der Filtervorrichtung erforderlich. Daher wird durch den Fortfall der schwierig und teuer herzustellenden Durchflussregeleinrichtung im Filtratkreislauf eine sehr wesentliche Vereinfachung für den Bau der Filter- und Sterilisiervorrichtung erzielt.
Weiterhin erreicht man auf dem erfindungsgemäßen Wege eine überaus zuverlässige und störungsfreie Sterilisierung des Reinwasserstroms. Aufgrund des einfachen, kompakten Aufbaues, ist der Betriebs- und Wartungsaufwand sehr gering und hat nur minimalen hydraulischen Energieverbrauch durch den Fortfall der stetigen Regelventile. Weiterhin gelangt man auf dem erfindungsgemäßen Wege zu einem geringem Flächenbedarf der gesamten Filter- und Sterilisiervorrichtung, da sehr viel Raum zwischen den Apparateteilen eingespart wird.
Eine weitere Sicherung für außergewöhnliche Betriebsstörungen besteht darin, den Zufluss abzuschalten, wodurch die Filter-Sterilisiervorrichtung selbsttätig in Wartezustand zwischen zwei Filtrationszyklen übergeht. Besonders überraschend und wichtig ist die Feststellung, dass bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Sterilisiervorrichtung mit Überlaufwehr auch die Gefahr der Untersterilisierung des Reinwassers selbst dann weitestgehend ausgeschaltet ist, wenn der Fall des stossweisen Filtratzuflusses eintritt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass Sterilisiervorrichtung eine Ultraviolettschleuse ist. Ultraviolettzellen sind bei diesem Anwendungsfall bevorzugt, und für eine Abwärtsfiltervorrichtung bestehen sie üblicherweise aus einem geschlossenen Rohr, das mit je einem Zu- und einem Ablaufstutzen versehen ist und das eine oder mehrere Ultraviolettlampen von 1,2 bis etwa 1,5 Meter Länge enthält. Zur einwandfreien Funktion der vorgenannten Art von Ultraviolettzellen ist es erforderlich, dass der Zellenkörper stets vollständig mit Wasser gefüllt ist und dass kein Lufteintrag infolge von Zuflussschwankungen oder infolge von Filterunterbrechung erfolgt. Dies ist ein weiterer Grund dafür, dass bisher aufwendige Regelvorrichtungen für das Flüssigkeitsniveau erforderlich waren. Demgegenüber wurde durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Filter- und Sterilisiervorrichtung auch der Einsatz von Ultraviolettzellen vereinfacht und deren Betrieb verbessert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, hydraulisch-parallel geschaltete, nebeneinander liegende, höhenverstellbare Ultraviolettvorrichtungen vorgesehen sind, was insbesondere bei einem großen Flüssigkeitsdurchsatz durch den Filter vorteilhaft ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren, hydraulisch-parallel geschalteten, nebeneinander liegenden Ultraviolettvorrichtungen separat höhenverstellbar sind, wodurch die von der Sterilisiervorrichtung abgegebenen Flüssigkeitsmenge in vorteilhafter Weise flexibel einstellbar ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abwärtsfilter (F) und der Sterilisiervorrichtung (U) ein Auf-Zu-Ventil (A) vorgesehen ist. Als Auf-Zu-Ventil können in vorteilhafter Weise einfache Ventile, wie Klappenventile, Kugelventile oder Schlauchventile, verwendet werden. Ferner ergibt sich eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur automatischen Ablaufsteuerung der Auf-Zu-Ventile mittels Druckluft oder Kraftstrom.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Auf-Zu-Ventil zwischen dem Abwärtsfilter und der Sterilisiervorrichtung ein langsam schließendes und öffnendes Auf-Zu-Ventil ist, wobei die betriebsmäßige Filtersteuerung sich besonders weich und stossfrei gestaltet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Filter- und Sterilisiervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Überlaufwehr einen V-förmigen Überlauf aufweist, was in vorteilhafter Weise eine genaue Bemessung der Überlaufmenge ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
1 schematisch das perspektivische Fliessschema der erfindungsgemäßen Schwerkraftfiltervorrichtung mit höhenjustierbarer Ultraviolettschleuse zeigt, und
2 eine Ultraviolettschleuse zeigt,
Wie aus 1 zu ersehen ist, fließt der zu reinigende Rohwasserstrom Q durch die Leitung L1 und durch die Leitung L2 in die Verteilerrinne V, weiche sich oben im offenen Filtertank F befindet. Das Rückspülventil D ist dabei geschlossen.
Der Rohwasserstrom Q fließt über den Rand der Verteilerrinne V und fällt bis auf den Flüssigkeitsspiegel N1. Das zu reinigende Wasser fließt abwärts durch das Filtermedium M, wird am Boden des Abwärtsfilters F gesammelt und fließt von dort, gereinigt von suspendierten Stoffen, durch die Leitung L3 zum Verteilerkopf V. Bei geschlossen Ventilen B und C und bei offenem Ventil A fließt das Filtrat durch die Leitung L4 in die mittels einer mechanische Stellvorrichtung höhenjustierbare Ultraviolettsterilisiervorrichtung, die Ultraviolettschleuse U.
Ultraviolettschleuse U ist durch eine Stellvorrichtung vertikal höhenjustierbar und hat die Form eines rechteckigen Kanals K, der von einem Überlaufwehr Y begrenzt wird.
Das Sterilwasser R fließt über dieses Überlaufwehr Y, wodurch sich im Kanal ein Flüssigkeitsniveau N2 ausbildet. Das Überlaufwehr Y kann, wie im 1 gezeigt ist, die Form des so genannten Thomson Wehrs mit V-Schlitz aufweisen. Das gereinigte, sterilisierte Wasser R kann auch über eine gerade Kante der gesamten Kanalbreite fallen, dass heißt wie bei einen so genannten Bazin Wehr. Eine oder mehrere Ultraviolettlampen L sind versenkt, d.h. unterhalb des Flüssigkeitsniveaus N2, im Kanal angebracht und sterilisieren den Reinwasserstrom.
Die Ultraviolettschleuse U kann mechanisch so höhenjustiert werden, dass bei abgestelltem Zufluss Q und geöffnetem Ventil A sich ein Flüssigkeitsspiegel N1 in dem Filter F auf wenige Zentimeter oberhalb der Oberfläche O des Filtermediums M einstellt. Damit ist sichergestellt, dass bei Unterbrechung des Filtrationsbetriebes das Filtermedium M nicht trocken fällt.
Da bei Filterstillstand und geöffnetem Ventil A das Flüssigkeitsniveau N1 und das Flüssigkeitsniveau N2 annähernd die gleiche Höhe haben, ist gewährleistet, dass die Ultraviolettlampe(n) L sich auch dann unter Wasser befinden, wenn der Filtrationsprozess zum Stillstand kommt.
Während des Filtrationsvorganges steigt bei konstantem Zufluss der Rohwassermenge Q der Flüssigkeitsspiegel N1 im Filtertank um 1 bis 3 Meter an. Demgegenüber bleibt N2 nahezu konstant einige Zentimeter über der Kante des Wehrablaufes Y. Ändert sich die Zuflussmenge Q beispielsweise um plus minus 15%, so schwankt der Wasserspiegel N2 nur um wenige Millimeter.
Wie man erkennt, ist der Vorteil dieser Schwerkraftfiltervorrichtung mit höhenverstellbarer Ultraviolettschleuse, dass auch bei schwankendem Zufluss Q ohne Einsatz von Halte- oder Regelventilen stets ein steriles und reines Filtrat R den Apparat verlässt.
Wenn beim fortgesetzten Filtrieren der Flüssigkeitsspiegel N1 in etwa die Überlaufkante der Verteilerrinne V erreicht, wird der Zufluss von Q unterbrochen, das Ventil A wird geschlossen und das Ventil B wird geöffnet. Durch die Leitung L5 wird Waschwasser W mit hoher Geschwindigkeit von unten durch die Leitung L3 in das Filterbett gepumpt. Durch diese hohe Geschwindigkeit expandiert das Filterbett M um etwa 15 bis 25 Volumenprozent, und die auf der Filtermasse anhaftenden Verunreinigungen werden abgewaschen und fließen aufwärts mit dem Waschwasserstrom in die Verteilerrinne V und von dort aus durch L2 und das Ventil D in die Spülwasserleitung L und Figuren den Spülwasserstrom S. Während des Waschvorganges befindet sich das Flüssigkeitsniveau im Filtertank oberhalb der Überlaufkante der Verteilerrinne V.
Ist der Waschprozess des Filtermediums beendet, so werden die Ventile B und D geschlossen und das Ventil C geöffnet. Das Ventil A bleibt zunächst geschlossen bis das über L7 aus L6 fließende sogenannte "Erstwasser" klar abläuft und sich der Wasserspiegel N1 annähernd auf das Flüssigkeitsniveau N2 abgesenkt hat. Ist dies der Fall, wird das Ventil C geschlossen und Ventil A geöffnet, und ein neuer Filtrationszyklus mit Zufluss von Q beginnt. Annähernd gleicher Wasserspiegel bzw. gleiches Flüssigkeitsniveau ist dann erreicht, wenn die geometrische Höhendifferenz von N1 minus N2 weniger als etwa zehn Zentimeter beträgt.
Wie man erkennt, wird der Funktionsablauf der gesamten erfindungsgemäßen Schwerkraftfiltervorrichtung mit wenigen Auf-Zu-Ventilen gesteuert. Infolge der Ausbildung der im Ablauf des Filterkreises liegenden erfindungsgemäßen, höhenjustierbaren Ultraviolettschleuse U als Kanalschacht mit Überlaufwehr Y, kann überdies die pro Stunde gewonnene Menge an Sterilwasser während des Filtrationsvorganges durch eine einfache Niveaumessung am Überlaufwehr genau bemessen werden.
Die Einzelheiten der höhenjustierbaren Ultraviolettschleuse U sind 2 zu entnehmen. Danach hat die höhenjustierbaren Ultraviolettschleuse U vorzugsweise die Form eines oben offenen rechteckigen Kanals K bestehend aus der Bodenplatte UB, den beiden langen Seitenwänden US und der dazu relativ kurzen Rückseite UR. Die Rückseite UR enthält Durchführungsöffnungen, welche unterhalb des Wasserspiegels N2 angebracht sind. Eines oder mehrere abgedichtete Quarzrohre L ragen durch diese Öffnungen in den Kanalschacht. In den Quarzrohren befinden sich die eigentlichen UV-Strahler, die eine Länge von etwa 1, 2 bis ca. 1,6 Meter Länge haben.
In der Praxis wird man mindestens zwei UV-Strahler einsetzen, um sicherzustellen, dass bei Ausfall eines Strahlers die Funktionsfähigkeit, den Reinwasserstrom zu sterilisieren, nicht verloren geht. Eine der langen Seitenflächen US enthält, wie 2 zu entnehmen ist, an der Ecke zu UR einen Rohrstutzen, an dem die Zuführungsrohrleitung L4 angeschlossen ist.
Wie man erkennt, ist die höhenjustierbaren Ultraviolettschleuse U am vorderen Ende abgeschlossen durch das Überlaufwehr Y, über welches der Sterilwasserstrom R austritt. Vorzugsweise wird die höhenjustierba ren Ultraviolettschleuse U durch einen Deckel UD nach oben hin verschlossen. Am besten führt man den Deckel UD so aus, dass er leicht abgenommen werden kann. Damit erleichtert man eine Inspektion der Ultraviolettschleuse und kann eine eventuell notwendige Reinigung derselben leicht durchführen, ohne dass die höhenjustierbaren Ultraviolettschleuse ausgebaut werden muss.
In einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die erfindungsgemäße Filter- und Sterilisiervorrichtung mehrere parallel nebeneinander liegende höhenjustierbare Ultraviolettvorrichtungen der oben beschriebenen Bauart. Diese parallel nebeneinander liegenden Ultraviolettvorrichtungen werden beispielsweise von einer gemeinsamen Leitung L4 mit Filtratwasser gespeist, und diese Art der Zusammenschaltung der Filter- und Sterilisiervorrichtung ist dann vorteilhaft, wenn große Wasserströme zu sterilisieren sind.

Claims

Filter- und Sterilisiervorrichtung, die eine Schwerkraftfiltervorrichtung mit einem Flüssigkeitszulauf (L1), einem Abwärtsfilter (F) und einem Reinflüssigkeitsablauf (L3) sowie eine hydraulisch mit dem Abwärtsfilter verbundene Sterilisiervorrichtung (U) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Reinflüssigkeitsablauf (L3) des Abwärtsfilters (F) verbundene Sterilisiervorrichtung (U) höhenverstellbar ist und die Form eines Zulaufkanals zu einem Überlaufwehr (Y) hat, wobei das Flüssigkeitsniveau in dem Zulaufkanal (K) vor Filtrationsbeginn annähernd höhengleich mit dem Wasserspiegel im Abwärtsfilter (F) oberhalb des Filtermediums (M) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilisiervorrichtung (U) eine Ultraviolettschleuse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, hydraulisch-parallel geschaltete, nebeneinander liegende, höhenverstellbare Ultraviolettvorrichtungen (U) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren, hydraulisch-parallel geschalteten, nebeneinander liegenden Ultraviolettvorrichtungen (U) separat höhenverstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abwärtsfilter (F) und der Sterilisiervorrichtung (U) ein Auf-Zu-Ventil (A) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auf-Zu-Ventil (A)zwischen dem Abwärtsfilter (F) und der Sterilisiervorrichtung (U) ein langsam schließendes und öffnendes Auf-Zu-Ventil (A) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlaufwehr (Y) einen V-förmigen Überlauf aufweist.