CH619376A5

CH619376A5 -

Info

Publication number: CH619376A5
Application number: CH154677A
Authority: CH
Inventors: Ivan Dr Ing Sekoulov; Wolf-Ruediger Dipl Ing Mueller
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1980-09-30
Also published as: US4113613A; NL7702240A; SE7702399L; GB1573967A; DE2608899A1; AT351459B; SE7702398L; ATA135777A; US4113612A; GB1573968A; CH619861A5; FR2342767A1; DE2608899B2; DE2608899C3; FR2342767B1; AT351458B; JPS52115556A; FR2342765A1; NL7702241A; JPS52111262A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Betriebes eines aus körnigen Materialien aufgebauten, rückspülbaren Festbettes, das in der Abwasserreinigung oder Wasseraufbereitung eingesetzt wird; zu den genannten Festbetten gehören Sandfilter, aber beispielsweise auch Aktivkohle-Ad-sorber und Ionenaustauscher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wasserreinigung mit rückspülbaren, aus körnigen Materialien aufgebauten Festbetten zu verbessern; insbesondere wird durch diese Verbesserung, z. B. bei der Abwasserfiltration, eine Verlängerung der Filterlaufzeiten erreicht und die sonst meist auftretende und den Filtervorgang im Bett begleitende Anaerobie ganz oder teilweise behoben und dadurch die Bildung von «mud balls» verringert und die Rückspülung wesentlich vereinfacht. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass das Festbett in einem letzten Verfahrensschritt des Rückspülvorganges durch eine, eine bestimmte Zeit dauernde Füllung mit einer Flüssigkeit - z. B. einer H202-Lösung — konditioniert wird, die in möglichst gleichmässiger Verteilung mindestens einen Stoff enthält, der bei einer Zerfallsreaktion eine gasförmige Komponente, z. B. 02, abspaltet und dass anschliessend der neue Filtrationsvorgang beginnt.

Bei der Zerfallsreaktion werden plötzlich, d. h. in relativ kurzer Zeit, relativ grosse Energien freigesetzt, die durch die Bildung, Vergrösserung und Wanderung der Gasblasen zu einer Auflockerung des Festbettes und zu einer Anlagerung von Gasbläschen an das körnige Filtermaterial führen. Dadurch wird das Festbett nach Art eines Trockenfilters «luftiger»; ein Trockenfilter ist bekanntlich ein Filter, bei dem das zu filtrierende Wasser, bei gleichzeitigem Luftdurchsatz durch den Filter im Gleich- oder Gegenstrom, in Tropfen zersprüht auf das Filterbett aufgegeben wird. Der Effekt dieser Auflockerung des Bettes und der Gasanlagerung an die Körner bewirkt, dass bei der nachfolgenden Filtration die zurückzuhaltenden, im Wasser suspendierten Verunreinigungen tief in das Festbett eindringen, um so während des ersten Teils einer Filterumlaufdauer währenddessen z. B. die 02-Bläschen durch mikro-bielle Vorgänge noch nicht verzehrt und/oder durch Lösungsvorgänge noch nicht verschwunden sind, ein Raumfiltereffekt erzielt wird, der zu einer besseren Ausnutzung des Festbettes und damit zu einer Verlängerung der Filterlaufzeiten führt.

Die erfindungsgemässe Wirkung der Auflockerung des Bettes und der Gasanlagerung an die Körner ist daher in erster Linie mechanischer und physikalischer Art.

Die Zerfallsreaktion läuft dabei unter plötzlicher Freisetzung von solchen Energien ab, dass diese beiden Effekte erreicht werden. Wie Beobachtungen des mit der Flüssigkeit gefüllten Festbettes gezeigt haben, setzen sichtbare Wirkungen der Zerfallsreaktion nach der Füllung mit der Flüssigkeit, die vorzugsweise eine echte oder - bei von in Wasser unlösbaren festen oder flüssigen Stoffen — eine kolloidale Lösung sein kann, im Festbett erst verzögert ein, so dass im Durchflussbetrieb die angestrebten Wirkungen nicht oder nur in unbedeutendem Masse auftreten.

Die Zeitdauer, während der der Filter mit Flüssigkeit gefüllt bleiben muss, um die Zerfallsreaktion ablaufen zu lassen, muss von Filter zu Filter verschieden, experimentell bestimmt werden und beträgt beispielsweise 10 min. Sie hängt aber von der Art der im Festbett enthaltenen, körnigen Masse und des eventuell vorhandenen mikrobiellen Bewuchses sowie von der Art des eingespeisten, zerfallenden Stoffes ab, der vorteilhafterweise ein Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid (H202), ein Nitrat, aber auch ein Perborat oder ein Perkarbonat sein kann. Ein ausreichender Ablauf der Zeitdauer lässt sich in einfacher Weise z. B. dadurch prüfen, dass nach dem Verschwinden von sichtbaren Zerfallsreaktionen ein Katalysator für diese in das gefüllte Festbett eingespeist wird. Erfolgt dabei kein sichtbares Wiederaufleben der gasabspaltenden Reaktion, so kann der Filterlauf unverzüglich begonnen werden.

Wählt man für den Zerfall einen Sauerstoff abgebenden Stoff, so kann sich durch 02-Bläschenbildung im Bett ein Sauerstoffvorrat ansammeln, der dazu führt, dass für eine bestimmte Filterlaufzeit der Sauerstoffbedarf des Filters durch diesen gasförmigen, im Porenvolumen des Bettes verbleibenden Sauerstoffvorrat gedeckt wird, wodurch die Tätigkeit an sich erwünschter und angestrebter aerober Mikroorganismen gefördert wird. Die Auslösung der Zerfallsreaktion kann entweder durch im Filter vorhandene, katalytisch wirkende Stoffe — z. B. durch Enzyme, der selbst bei starker Rückspülung im Filter verbleibenden aeroben Mikroorganismen, die in Form feiner Schleime die Sandkörner umhüllen — oder durch Zugabe eines Katalysators von aussen erfolgen, der ebenfalls in einem Enzym oder z. B. in Braunstein (Mn02) oder Eisen bestehen kann, die als körniges Material in das Filterbett eingemischt sind.

Da an den Schritt der Konditionierung unmittelbar der Wiederbeginn der Filtration anschliesst, ist es bei diesem Verfahrensschritt unter Umständen besonders wichtig, dass - vor allem bei der Trinkwasseraufbereitung — keine unzulässige Belastung des Filtrats mit schädlichen, z. B. giftigen Restprodukten aus der Zerfallsreaktion auftritt. Für die Konditionierung hat sich daher vor allem als zerfallender Stoff Wasserstoffperoxid bewährt, das in Wasser und Sauerstoff zerfällt, ohne dass zusätzlich fremde Ionen oder Moleküle in das Festbett eingebracht werden. Sollen im Festbett vorhandene aerobe Mikroorganismen nicht geschädigt oder abgetötet werden, so wird die Wasserstoffperoxid-Konzentration zweckmässigerweise <3 Gew. % gehalten. Gute Ergebnisse wurden mit Konzentrationen herab bis auf 0,05 Gew. % erzielt. Dabei ist die anzuwendende H202-Konzentration u. a. mit dem im Festbett vorhandenen Korndurchmesser abzustimmen.

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Im folgenden wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung für ein abwärts durchströmtes Festbett eines Sandfilters näher erläutert, deren einzige Figur schematisch das Sandbett mit den für die Rückspülung und die Konditionierung notwendigen Anlageteilen zeigt.

Der Filter besteht aus einem Festbett 1 aus Sand, das beispielsweise auf einem Düsenboden 2 bekannter Bauart in einem Gefäss oder Becken 3 gelagert ist. An seinem oberen Rand hat das Becken 3 Überlaufkanten 4, die in Sammelräume 5 für Rückspülwasser führen; von dem Raum 5 geht eine Ablaufleitung 6 für die Rückspülflüssigkeit weg, die beispielsweise selbst einer Aufbereitung oder einer sonstigen Verwendung zugeführt wird.

Die Speisung des Filters mit zu filtrierendem Rohwasser erfolgt mit Hilfe einer Pumpe 7 über eine Zulaufleitung 8 in den über dem Filterbett 1 vorhandenen Wasserraum 9. Unter dem Düsenboden befindet sich der Sammelraum 10 für das durch das Bett 1 abwärts fliessende gereinigte Wasser. Über eine durch ein Absperrorgan 11 absperrbare Reinwasserleitung 12 wird das filtrierte Wasser aus dem Raum 10 weggeleitet.

Ein Bodenauslass 13, der durch ein Organ 14 absperrbar ist, dient zum Ablassen nicht den Anforderungen an das Filtrat entsprechenden, noch verschmutzten Wassers, beispielsweise am Ende einer Filterperiode.

Für die in Zeitabständen notwendige Rückspülung, die beispielsweise konventionell mit Luft, einem Luft/Wasser-Ge-misch und Wasser durchgeführt wird, weist die Anlage eine mit einem verstell- und absperrbaren Drosselorgan 30 versehene Luftleitung 31 auf, durch die von einem Kompressor 32 Luft angesaugt und unter Druck in den Raum 10 gepresst werden kann.

Für das gleichzeitige und/oder vorherige bzw. nachträgliche Einspeisen von Rückspülwasser in den Raum 10 dient die regelbare Pumpe 15, mit deren Hilfe über eine Leitung 16 Rückspülwasser, sowie für die erfindungsgemässe Filterkonditionie-rung Konditionierungsflüssigkeit oder ein in einem Behälter 17 gespeicherter flüssiger Katalysator, beispielsweise Katalase, in den Filter eingespeist werden können. Die Pumpe 15 saugt dabei entweder bei offenem Drossel- oder Absperrorgan 18 und geschlossenen, absperrbaren Drosselorganen 19 und 20 Wasser über eine Leitung 21 oder aus einer Leitung 22 - bei offenem Organ 19 und geschlossenen Ventilen 18 und 20 - die den zerfallenden Stoff enthaltende Flüssigkeit, z. B. eine 0,3 %ige Wasserstoffperoxid-Lösung, an. In der Leitung 22 wird dabei die Flüssigkeit in bereits einer für die Füllung des Filterbettes 1 geeigneten Konzentration zugeführt. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, beide einstellbaren Drosselorgane 18 und 19 mindestens teilweise gleichzeitig zu öffnen und - gegebenenfalls über eine nicht gezeigte Dosiereinrichtung - den in konzentrierter Form in der Leitung 22 zugeführten Stoff in einen Wasserstrom einzudosieren.

Wie bereits erwähnt, enthält der Behälter 17 einen flüssigen Katalysator, z. B. die erwähnte Katalase, sofern als Flüssigkeit eine Wasserstoffperoxid-Lösung verwendet wird. Dieser Katalysator wird mit einer Dosierpumpe 23 bei offenem Ventil 20 und abgesperrten Leitungen 21 und 22 über eine Leitung 24 auf der Saugseite der regelbaren Pumpe 15 gefördert und von dieser dem System nach der Füllung des Festbettes zudosiert. Diese zusätzliche Katalysator-Zugabe erfolgt, falls die Zusammensetzung des Festbettes und/oder die in ihm enthaltenen Mikroorganismen bzw. ihre Enzyme die Zerfallsreaktion nicht auslösen oder nicht in einer für die plötzliche Freisetzung der Gasblasen notwendigen Weise beschleunigen können. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Katalysator auf andere Weise, z. B. von oben oder in der Mitte direkt in das mit der Flüssigkeit gefüllte Festbett einzubringen. Dabei ist unter anderem der enge Zusammenhang zwischen der Konzentration der einzufüllenden Lösung und dem Korndurchmesser zu beachten.

Werden Katalase und/oder zerflallender Stoff in konzentrierter Form zugeführt, so kann zur besseren Durchmischung dieser Stoffe mit dem Wasser ein im Bypass zu einem Absperrorgan 35 der Leitung 16 liegendes statisches Mischelement 36 durch Öffnen von Absperrorganen 37 und 38 — und gleichzeitigem Schliessen von 35 — in den Wasserstrom eingefügt werden.

Die Konditionierung des Festbettes, die in dem nachfolgenden Beispiel im Anschluss an eine konventionell durchgeführte Rückspülung angewendet wird, läuft folgendermassen ab, wobei in dem Beispiel die den zerfallenden Stoff enthaltende Flüssigkeit in einer etwa 0,3 Gew. % Wasserstoffperoxid enthaltenden wässrigen Lösung besteht.

Der vorangehende Rückspülvorgang umfasst beispielsweise die je einige Minuten dauernden Schritte einer Luft-, einer Luft/Wasser- und einer Wasserspülung, die - wie üblich - mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bis zu etwa 100 m/h ablaufen. Nach der als letzter Schritt erfolgenden Ausspülung des Festbettes mit Wasser bei einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/h wird vor dem erneuten Filterbetrieb das Festbett in der beschriebenen Weise konditioniert, wodurch infolge des Trok-kenfiltereffektes eine Verlängerung der Filterlaufzeit und darüber hinaus während eines Teils dieser Laufzeit ein verbessertes aerobes Verhalten in dem Festbett erreicht werden.

Im Anschluss an das Auswaschen der Verunreinigungen wird durch Inbetriebnahme der Pumpe 15 und Öffnen der Organe 18 und 19 eine Füllung des Bettes 1 mit einer, in diesem Fall etwa 0,3 %igen H202-Lösung vorgenommen; die Zeit, während der das Bett gefüllt ist, dauert etwa 10 min, während denen eine Zerfallsreaktion des H202 zu Wasser und Sauerstoff abläuft, ausgelöst durch die aus den mikrobiellen und durch den Rückspülvorgang nicht entfernten Schleimen herrührenden Enzyme, wobei diese Reaktion unter Umständen durch Zugabe von Katalase oder eines anderen geeigneten Katalysators gefördert oder auch ganz ausgelöst werden kann. Durch eine nachträgliche Zugabe von Katalysator kann dann, wie bereits beschrieben, nachgeprüft werden, ob die Reaktion beendet ist.

Wie erwähnt, wird durch die Füllung und die in ihr bewirkte Reaktion das Sandbett 1 aufgelockert und die entstehenden Gasbläschen lagern sich dabei an die Sandkörner an, so dass die als Trockenfiltereffekt beschriebene Wirkung eintritt. Dieser hält ebenso wie das durch an das Korn gebundenen Sauerstoff verbesserte aerobe Verhalten etwa 4 bis 5 Stunden an, ehe der Sauerstoff durch die mannigfachen mikrobiellen Vorgänge im Festbett und durch die zusätzlich im Festbett zurückgehaltenen, sauerstoffzehrenden Schwebstoffe verbraucht ist. Bei Wiederaufnahme des Filterbetriebes ist der Filterwiderstand eines Filters, der gemäss dem Verfahren behandelt wurde, zu Anfang um 50 bis 60% grösser wegen der Gasbläschen. Dies führt, solange die Gasbläschen im Filter vorhanden sind, zu der als Trockenfiltereffekt beschriebenen Raumfiltration.

Die erfindungsgemässe Konditionierung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Beispiel eines Filters beschränkt, sondern auch bei Adsorbern und Ionenaustauschern anwendbar, die mit Vorteil täglich einmal in der beschriebenen Weise konditioniert werden. Weiterhin ist sie nicht auf solche Betten beschränkt, die von oben nach unten während des Filterbetriebes durchströmt werden, sondern kann mit Vorteil auch bei aufwärts durchströmten Filtern angewendet werden. Schliesslich ist das Verfahren auch nicht an die gezeigte Zuführung der Konditionierungsflüssigkeit von unten gebunden; die Art der Einspeisung dieser Flüssigkeit — und des gegebenenfalls zugesetzten Katalysators - hat auf die Durchführung des Verfahrens keinen Einfluss.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Verbesserung des Betriebs eines aus körnigen Materialien aufgebauten, rückspülbaren Festbettes, das in der Abwasserreinigung oder in der Wasseraufbereitung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Festbett (1) in einem letzten Verfahrensschritt des Rückspülvorganges durch eine, eine bestimmte Zeit andauernde Füllung mit einer Flüssigkeit konditioniert wird, die in möglichst gleichmässiger Verteilung mindestens einen Stoff enthält, der bei einer Zerfallsreaktion eine gasförmige Komponente abspaltet, und dass anschliessend der neue Filtrationsvorgang beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Stoff für die Zerfallsreaktion ein Sauerstoff abgebender Stoff gewählt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zerfallender Stoff ein Material gewählt wird, dessen Zerfallsprodukte das Filtrat nicht mit Schadstoffen belasten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerfallsreaktion im gefüllten Festbett durch in ihm vorhandene Mikroorganismen, die in den kornumhüllenden mikrobiellen Schleimen enthalten sind,

und/oder durch Zugabe von Katalysatoren gefördert und/oder ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein Enzym, z. B. Katalase, dem mit der Flüssigkeit gefüllten Festbett zugegeben wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zerfallender Stoff Wasserstoffperoxid (H202) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffperoxid-Konzentration <3 Gew. % der Flüssigkeit ist.