190203. lajstromszámú szabadalom • Berendezés folyadékok szűrésére
1 190 203 2 A találmány berendezés folyadékok szűrésére, főleg szuszpendált, szilárd anyagot tartalmazó víz tisztítására, amely egy vagy több rétegű különböző méretű és sűrűségű szemcsés anyagból összeállított szűrőággyal rendelkezik. Gyakori feladat lebegő szilárd anyagot tartalmazó vizek tisztítása kommunális, vagy ipari célra. A víz szűréséhez kialakított berendezésekben jelenleg természetes anyagokból - a legáltalánosabban használt szűrőhomok, szűrőkavics, horzsakő, antracit, stb. felhasználásával - a szűrőben különböző szemcseméretű halmazokat hoznak létre. A szemcsék mérete határozza meg elsődlegesen a szűrőréteg és azon keresztül a szűrőágy szűrési hatásfokát és a szűrési ellenállást. A legismertebb szűrési eljárás az egyrétegű szűrő, ahol a szűrőágy közel azonos szemcseméretű halmazt képez, az esetleges nagyobb szemcseméretű, alul elhelyezkedő rétegnek csak hordozószerepük van, szűrőhatásuk nincsen. Az ilyen egyrétegű szűrőknél a vízben lévő szennyező anyagok lerakódása miatt a szűrőréteg tetején szüredék réteg keletkezik. A szüredék behatolása a szűrőágyba csak igen kis mértékű, a szűrés átalakul tiszta felületi szűréssé. Az ilyen szűrők hatékonysága a felső rétegek eltömődése miatt alacsony, a szűrő kimerülése hamar bekövetkezik. Minőségi változást jelent az egyrétegű szűréshez képest a többrétegű szűrés, ahol a szűrőágyat a folyadékáramlás irányában egyre csökkenő szemcseméretű anyagokból készített szűrőrétegekből állítják össze, így a szűrőágy szemcséi közötti rések mérete egyre csökken. A vízben oldott szilárd részecskék méretüknek megfelelően akadnak fenn a réseken, tehát az egyre finomabb szemcseméretűek mélyen behatolnak a szűrőágyba és a felületi szűréshez képest a szűrő nagyobb mennyiségű szenynyező anyagot képes visszatartani. így valódi úgynevezett mélységi vagy térfogati szűrésre van lehetőség, amely a szűrési hatásfok növekedésével és az egyrétegű szűrőkhöz képest jóval ritkábban szükséges mosási, tisztítási igénnyel jár. Gyakorlatban a szűrőágyat a szűrési kívánalomnak megfelelően kisebb vagy nagyobb szemcseméretű, különböző sűrűségű anyagok egymásra való rétegezésével állítják össze. A különböző sűrűségű rétegekre azért van szükség, hogy a szűrőágy tisztításakor a mosás után, a mélységi szűrést lehetővé tevő, eredeti rétegződés helyreálljon. Ennek feltétele az, hogy az egyes rétegeket alkotó szemcsék ülepedési sebessége ellenkező irányban nőjön, mint a szemcseméret nagysága. Vagyis az alsó réteget alkotó legkisebb szemcséjű anyag gyorsabban ülepedjen, mint a fölötte lévő rétegek nagyobb szemcséjű anyagai. Ismert az a jelenség, hogy egy adott sűrűségű anyag különböző méretű szemcsékből álló halmazának természetes leülepedésekor alulra a nagy szemcsék, felülre a legfinomabb szemcsék kerülnek, éppen ellentétesen a többrétegű gravitációs szűrés igényével. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy azonos szencsealak esetén, eltérő sűrűségű anyagokat ke l használni, mert csak úgy válik lehetővé, hogy i levegövel-vízzel történő bolygatás és mosás után a legkisebb méret kerüljön legalulra, a legnagyobb méretű szemcsék legfelülre. Gyakorlatban tehát csak különböző sűrűségű anyagok használatával lehet többrétegű szűrőágyat felépíteni. Ilyen többrétegű szűrőágyat írnak le a Barnes- Wilson: Chemistry and Unit Operations in Water Treatment (1983) könyvben 51. oldal: Polisztirol 1040 Í:g/m3 1,8 mm szemcseméret antracit 1400 kg/m3 1,3-1,6 mm szemcseméret kvarchomok 2650 kg/m3 0,5 mm szemcseméret gránáthomok 3820 kg/m3 magnetit 4900 kg/m3 Egy másik könyv szerint S. Faust-O. Aly; Chemistry of Water Treatment (1984) 393. oldal - ivóvíz szűréshez az alábbi összetételt ajánlják : Antracit 45 mm réteg 1-1,5 mm szemcseméret homok 22,5 mm réteg 0,42-0,55 mm szemcseméret nagy sűrűségű 7,5 mm réteg 0,18-0,32 mm homok szemcseméret A különböző anyagoknak más megoldás hiányában való kényszerű használata jelentős hátránnyal jár. Ilyen pl. hogy a tisztításkori lazítás, a fellebegtetés a szűrőágy alsó rétegeinek nagy sűrűsége, súlya miatt nagy energiafelhasználással jár. Az antracit amorf alakú, lemezesen törik és így üzemelés közben változnak a méretei, a szabálytalan alak miatt nem egyértelmű a szitaméret és a szűrőréteg hézag térfogata közötti összefüggés. A kopás miatt az egyre kisebbedő szemcsék ülepedéskor feljebb kerülnek és megforditják a kívánt szemcsemegosztást. Kopása miatt állandó utántöltést igényel. Problémát jelent a különböző fizikai és kémiai tulajdonságú anyagok párosítása, az egyes anyagféleségek minőségének változásai, beszerzési nehézségei. Az ásványi anyagok nagy súlya miatt a berendezések robosztusak, a szállítási költségek nagyok. Részben az előző hátrányok kiküszöbölésére alakították ki a gravitációs erővel ellentétesen működő 175.128 lajstromszámú magyar szabadalom szerinti berendezést és eljárást, amelynél tisztítandó folyadék a gravitációval ellentétesen, alulról felfelé áramlik. A szűrőtöket szemcsemérete az áramlás irányába csökken, amely megfelel a természetes ülepedéssel kialakított szemcsehalmaznak. így mosás után az eredeti alul nagy, felül kicsi szemcseelosztás gravitációs úton helyreáll. Szűrőágyként természetes anyagot, pl. homokot használnak. A berendezés hátránya, hogy teljesítménye korlátozott, mert a szűrőágy nagyobb sebességgel egy bizonyos határon túl nem terhelhető, mivel megemelkedik és meglazul. Ezen túlmenően mosáskor a szüredék felül távozik el a berendezésből, így az egész ágyon át kell hajtani. A feladat az előzőek alapján tehát a különböző tulajdonságú természetes ásványi anyagok kiküszöbölése, olyan anyag alkalmazásával, amely mind szűréstcchnikailag, mind kémiailag megfelel a mélységi szűrök tölteteként való használat követelményeinek a különféle anyagokból eredő hátrányok nélkül. Könnyen beszerezhető és gazdaságos. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
