
Granulat-Filter (Schüttschichtfilter) finden Anwendung für Abwasserreinigung nach Klärung. Sie können zwei Typen sein:
Diese Filter können aus natürlichen und künstlichen Werkstoffen als Filtermaterialien bestehen. Natürliche Filtermaterialien sind: Sand, Kies, Anthrazitkohle, Porensinter etc. Künstliche Filtermaterialien sind: Polystyrol, Nitron, Lavsan etc. Natürliche Filtermaterialien werden in zerkleinerter Form verwendet, künstliche Filtermaterialien – in zerkleinerter Form oder als Fasern.
Granulat - Druckfilter unterteilen sich in horizontale und vertikale Filter. In der Regel stellen sie einen Behälter dar, welcher für den Betrieb mit 0.6 MPa- Druck vorgesehen ist. Zwecks der Vergrößerung der Filteroberfläche werden Filter horizontal anzuordnen. Filtration erfolgt senkrecht vom oben, Filtrationsgeschwindigkeit beträgt 4 bis 17 m/Std. Filtrationsdauer hängt von der Qualität von Abwässern und variiert von 8 bis 40 Stunden.
Stufen des Arbeitszyklus eines Schüttschichtfilters:
1. Wasserzuführung zur Klärung; 2. Waschwasserableitung; 3. Klärwasserableitung; 4. Filtrataustrag; 5. Druckluftzuführung; 6. Waschwasserzuführung; 7. rundes Einsteigloch; 8. elliptisches Einsteigloch; 9. Oberer Verteiler; 10. Filterschicht; 11. Stutzen für hydraulischen Austrag und Filterbeschickung
Die Filterwirkung erhöht sich durch Zugabe vom Koagulierungsmittel A12(SO4)3 und Flockungsmittel PAA zum Wasser. Die Filter reinigen über das Dränsystem vom unten nach oben. Der Spülwasserverbrauch beträgt 10 bis 12 l /(s·m2) vorausgesetzt Sand-Korngröße von 0.7-0.8 mm.
In der Tabelle unten sind technische Daten der geschlossenen Filter angeführt.
| Beschickungsmaterial | Beschickungs-Korngröße, mm | Ungleichförmigkeitszahl (max.) | Filtriergeschwindigkeit, m/h | Spülwasserverbrauch, l/s·m2 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Wasserspülung | Luftspülung | ||||
| Quarzsand | 0,8-1,8 | 1,8 | 11 | 7 | 16 |
| 1,5-2,5 | 2 | 14 | 7 | 21 | |
| Zerkleinerte Anthrazitkohle | 0,8-1,8 | 1,8 | 11 | 7 | 14 |
| 1,5-2,5 | 2 | 14 | 7 | 18 | |
| Anmerkung: Keine Kies-Stützschichten werden eingerichtet. | |||||
Filtrationsfläche geschlossener Schüttschichten wird nach der Formel ermittelt
F = Q / (m·υp - 3,6·n·W·t1 - n·t2·υp)
Mit: Q – Tagesdurchschnittlicher Durchsatz der Station m3/Tag; m – Arbeitsdauer der Station, h; υp – berechnete Geschwindigkeit des Filtrationsprozesses, m/h; n- Anzahl der Spülungen jedes einzelnen Filters pro Tag beim Normalbetrieb; W – Spülwasserverbrauch l/(s·m2); t1 – Dauer der Spülung, h; t2 – Filter-Stillzeit während der Spülung, h (angenommen als 0.33 h).
Als einfachster Filter gilt das Gitterboden-Gefäß. In einem solchen Filter findet die am Boden absetzte Schlammschicht Anwendung. Der Druck wird gebildet durch den hydrostatischen Druck der Wassersäule bei der Filtration.
Dieses Filter ist ein Mittel zwischen Filter und Schlammfänger, da in ihm qualitative höhere als im Schlammfänger Entwässerung des Schlamms möglich ist. Trotzdem ist es nicht möglich, alle Flüssigkeiten zu entfernen, weil Feststoffpartikel auf der Oberfläche und in den Poren bestimmte Wassermenge einhalten. Darüber hinaus, dank der Wirkung von Kapillarkräften zwischen Festpartikeln, bestimmte Wassermenge zurückgehalten ist.
Die Größe von Kapillarkräften in körnigen Filterscheidewänden kann an Hand der Tabelle unten ermittelt werden.
| Kapillare Wasserhöhe | |
|---|---|
| Körnige Filterscheidewand | Wasserhöhe bei 150 |
| Tonerde | bis 2 m |
| Sand (mittelgroße Körner) | 40 cm |
| Sand (große Körner) | 0 cm |
Oberflächenhaftung ist von der Viskosität abhängig, welche wiederum von der Temperatur abhängt. Mit Temperaturanstieg nimmt die Viskosität der Flüssigkeit ab, wobei es sinnvoll ist, bei erhöhter Temperatur zu filtrieren, um besseres Zusammenfließen der Flüssigkeit zu erzielen.
Für den Fall, dass das Lassen des Filtrats, des zwischen Partikeln gehalten wird, im Schlamm unerwünscht ist, kann dieses durch Schlammspülung mit der Waschflüssigkeit entfernt werden. Die Waschflüssigkeit wird in derselben Richtung wie die zu filtrierende Suspension gefördert, wichtig ist, dass die Spülschicht keine Brüche oder Risse hat, durch welche die Waschflüssigkeit nicht fähig ist, den Schlamm qualitätsrecht und gleichmäßig zu spülen.
Korngröße der Scheidewand hängt von der Größe der zu separierenden Feststoffpartikel. D.h. je härter zu separierende Feststoffpartikel sind, desto keiner Körner des Scheidewand sein müssen. Als körnige Scheidewand können Kohle, Schlacke, Quarzsand, Marmorschrott, Koks, Asbest und Erz wirken.
Bei der Auswahl des körnigen Materials sind die abzuscheidenden Suspensionen zu berücksichtigen. Salzlösungen und fast alle Säuren werden mit Hilfe vom feinen Quarzsand filtriert. Es ist dadurch zu erklären, dass er im Filtergut fast unlösbar ist und mit ihm kaum reagiert. Soll Filtration der Alkalilösung erforderlich sein, wird als Scheidewand i.d.R. Marmorschrott oder reiner Kalkstein genutzt.
Für die Filtration von harzhaltigen Flüssigkeiten ist grobgemahlene Holzkohle am besten. Die Entharzung wird auch durch Adsorption verursacht.
Bei der Arbeit des Filters wird die Schüttschicht verschmutzt. Dadurch nimmt der Durchsatz ab. Um das Schüttschichtfilter zu reinigen, wird Wasser durch das Filter vom unten nach oben gefördert. In einigen Fällen wird das Filter nicht nur gespült, sondern auch durchgelüftet oder mit Hilfe spezieller mechanischen Rührwerke vermischt.
Die bewährtesten Schüttschichtfilter sind Sandfilter, welche grundsätzlich für Wasserbehandlung verwendet werden. Diese Filter stellen Behälter mit mehreren Quarzsand- oder Kiesschichten dar. Sandfilter können geschlossen sein, also unter bestimmten Druck (ca. 1,5-2 kp/cm2) arbeiten, gebildet durch konventionelle Pumpe oder offene unter Hydraulikdruck stehenden 1-1,5m- hohen Flüssigkeitssäulen.
Der geschlossene Sandfilter besteht aus einem vertikalen, mit dem Sand gefüllten Behälter. In diesem Behälter befindet sich ein Sammler, von dem in beide Seiten gelochte Rohre abgehen. Im unteren Teil des Konusbodens ist eine Einrichtung angeordnet, die für Spülung der Sandschicht dient. Dabei wird der sich im unteren Teil der Einrichtung befindliche Sand mit dem Wasserstrom dem Rohr entlang nach oben gefördert und nebenbei gespült. Anschließend wird über die Rohrleitung Waschflüssigkeit entfernt. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird unter bestimmtem Druck gefördert und fließt über Sandschicht durch, wonach sie durch die Rohrleitung im Speicher gesammelt und über die Rohrleitung entfernt wird.
Schüttschichtfilter des Typs sind fähig, bei Übertemperaturen (bis 400 °C) zu funktionieren, und im Falle der Nutzung von Edelstahlsorten auch bei hohen Temperaturen (bis 700 °C). Deshalb finden sie oft Verwendung für Reinigung von Heißgasen.
Entstaubung des Gases erfolgt durch den Durchlauf durch die bis 100 mm hohe Schicht von 2 bis 5 mm- großen Kornpartikeln. Regenerierung der Filterschicht erfolgt durch mechanisches Wenden im Komplex mit Gegenblasen. Beim Gegenblasen geht staubhaltige Luft über den Zyklon und wird mit dem Rohgas gemischt.
Schüttschichtfilter finden breite Verwendung in der Reinigung von Heißgasen, die koaleszierende abrasive und hochohmige Stäube fangen. Sie werden verwendet, wenn Nutzung von Schlauch– und Elektrofiltern unzweckmäßig ist.
Man unterscheidet zwei Haupttypen von Schüttschichtfiltern: 1) Tiefbettfilter; 2) feste Porenfilter.
Schüttschichtfilter verfügen über eine Filterschicht, die aus kugelförmigen Körnern (Sand, Porensinter, Schotter, gebrochene Gesteine, Sägemehl etc.) besteht, je nach den Anforderungen des Verfahrens. Körner von 0,2 bis 2,0 mm müssen alle zusammen eine 10-15mm- hohe Filterschicht bilden.
Schüttschichtfilter haben eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Sie sind einfach und arbeitsfreundlich, sind fähig Heißgase und Luft zu reinigen, die unterschiedliche aggressive Medien und recht große Konzentration vom Staub enthalten können. Darüber hinaus, außer Filtrieren, können Filterkörner aus andere Funktionen erfüllen, z.B., als Sorptionsmittel, Wärmemittel oder Reaktionsbeschleuniger dienen.
Je nach den Arten der abzufangenden Stäube und der Arbeitsweise, sind Schüttschichtfilter fähig, den Reinheitsgrad von 95 bis 99% bei der Filtrationsgeschwindigkeit von 10 bis 40 m/Min. sicherzustellen. Ihr hydraulischer Widerstand beträgt dabei 1300 bis 3000 Pa.
Feste Porenfilter werden in der Regel aus Keramik oder Sinterstoff hergestellt. Obwohl sie einen wesentlichen Vorteil – hohe (bis 1300°) Temperaturbeständigkeit - besitzen, sind die sehr teuer, verhalten sich bei der Regenerierung schlecht und zeigen zudem hohen hydraulischen Widerstand
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