DE10318708A1

DE10318708A1 - Filter für die Flüssigkeitsfiltration und Verfahren für die Flüssigkeitsfiltration und für die Reinigung solcher Filter, insbesondere für Wasseraufbereitungsanlagen

Info

Publication number: DE10318708A1
Application number: DE10318708A
Authority: DE
Inventors: Egon Kiehne
Original assignee: AWG INNOVATIVE WASSER und ABWA; AWG INNOVATIVE WASSER- und ABWASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: AWG INNOVATIVE WASSER und ABWA; AWG INNOVATIVE WASSER- und ABWASSERTECHNIK GmbH
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-04-26
Also published as: DE10318708B4

Abstract

Bei einem Filter zur Flüssigkeitsfiltration mit mehreren Filterschüttungen sind im Filterbehälter unter einer Sandschüttung auf einem wasserdurchlässigen Tragboden eine hochdichte Filterschicht aus einem relativ schweren eisenhaltigen Aluminiumsilikat feiner Körnung und darunter eine Stützschicht aus ähnlichem oder gleichem Material grober Körnung vorgesehen, die alle zusammen Schmutzteilchen und Keime bis herab zu 0,1 mum ausfiltern. Dem Behälter ist eine Leitung für die Zuführung von Desinfektionsflüssigkeit zugeordnet, die eine Tränkung der Filterschüttungen mit der Desinfektionsflüssigkeit ermöglichen. Die Desinfektionsflüssigkeit kann den Schüttungen während des Filterbetriebes zugeführt werden. Die Desinfizierung kann aber auch als gesondertes Intervall vor Beginn der Rückspülung eingeführt werden. DOLLAR A Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, dass in den Schwimmbadwasserkreislauf ein Filter mit Filterschüttung zur Flüssigkeitsfiltration des Wassers eingefügt ist, und dass in die Filterschüttung während des normalen Filterbetriebes eine Desinfektionsflüssigkeit gleichmäßig oder in Intervallen verteilt eingebracht wird. Von Zeit zu Zeit wird der normale Filterbetrieb unterbrochen und durch eine Rückspülung ersetzt, die dann die zuvor entkeimten Schmutzteilchen ausspült. Eine vor Beginn der Rückspülung der Filterschüttung im Filter zurückgebliebene Desinfektionsflüssigkeit wird zusammen mit dem für die Rückspülung verwendeten Wasser und den durch die Rückspülung ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für die Flüssigkeitsfiltration und ein Verfahren für die Flüssigkeitsfiltration und für die Reinigung solcher Filter, insbesondere für Wasseraufbereitungsanlagen.

Es ist bei Wasseraufbereitungsanlagen bekannt ( DE 1 536 903 A1 ), für die Filtration des Wassers Filter mit Schüttungen aus losem Körnerhaufwerk als Filtermaterial zu verwenden. Für solche Schüttungen auf durchlässigen Tragböden können Quarzkies und/oder Rohdolomit, Aktivkohle oder dergleichen verwendet werden. Das Filtermaterial ist vorzugsweise gekörnt, wobei die Körnung dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt ist. In solchen Filtern lagern sich im Verlaufe der Betriebszeit Schmutzteilchen in der Schüttung ab. Es ist durch die vorstehend zitierte Schrift auch bekannt, diese Schmutzteilchen von Zeit zu Zeit durch eine Rückspülung aus dem Filtermaterial zu entfernen. Für die Filtration und für die Rückspülung wird das Filtermaterial auf durchlässigen Tragböden wie Düsenböden oder auf mit Filterdüsen bestückten Böden angeordnet, in denen Düsen für eine gleichmäßige Verteilung des Wassers während der Filtration und auch während einer Rückspülung sorgen.

Zur Vermeidung einer Verkeimung des Trinkwassers schreibt die EU Richtlinie für die Trinkwasseraufbereitung u.a. eine mehrfache Keimbarriere vor. Das Schwimm- und Badebeckenwasser soll hinsichtlich seiner Qualität, auch hinsichtlich der Keimfreiheit, dem Trinkwasser entsprechen. Deshalb werden in den Aufbereitungsanlagen für Schwimm- und Badebeckenwasser neben der üblichen Chlorung zusätzliche Keimbarrieren angestrebt. Deshalb werden auch durch eine Anhebung der Rückspülgeschwindigkeit gemäß DIN 19643 neben einer verbesserten Filtrierung im Filtermaterial zurückgehaltene Keime weitgehend ausgespült. Für eine Rückspülung ist es bekannt, bereits gefiltertes Wasser oder – bei Schwimmbecken – nicht abgebadetes Wasser aus einem Zwischenspeicher für Schwallwasser oder sogar Reinwasser mit zusätzlicher Chlorung zu verwenden. Es ist ferner bekannt, für die Rückspülung die Richtung der bei der Filtration üblichen Durchströmung umzukehren. Wenn also bei einem Filter die übliche Durchströmung von oben nach unten gerichtet ist, wird bei einer Rückspülung das Wasser von unten nach oben strömen. Auch das geschieht mit erhöhter Geschwindigkeit, um die angesammelten Schmutzteilchen wirkungsvoll aus dem Filterbereich auszutragen. Auf diese Weise wird die Vermehrung der Keime behindert und das Wachsen der Keime und Keimnester oder die Bildung von Bakterienkolonien in den Filtern erheblich minimiert. Es ist schließlich vorgeschlagen worden ( DE 100 61 012 A1 ), die sich in den Keimbarrieren angesammelten Keime durch speziell in diese Schüttungen eingeführte Impflanzen von außen her zu desinfizieren.

Bekannte Filter und Filtersysteme reichten auch mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen bisher nicht aus, eine dauerhafte Keimfreiheit zu erzielen. Die amtlichen Überwachungsorgane wie Gesundheitsämter und Hygieneinstitute haben bei entnommenen Wasserproben unmittelbar hinter den Filtern trotz Anlagenoptimierung Filterverkeimungen feststellen müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filter mit verbesserter Keimbarriere zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Ein Verfahren zur Erzielung weitgehend keimfreier Filter ist im Anspruch definiert.

Dadurch werden verbesserte Filtration und verbesserte Keimfreiheit erreicht, ohne nennenswerte zusätzliche Energie einsetzen zu müssen.

Im Prinzip besteht die Erfindung darin, dass in einem Filter mit Schüttungsschichten aus Kies- und/oder Sandschüttung auf einem wasserdurchlässigen Tragboden in Fließrichtung unter der Schüttung auf einem Tragboden oder einer auf dem Tragboden angeordneten Stützschicht eine Filterschicht hochdichten Materials mit einer Filterschärfe von bis herab zu 1 μm und einer Schichtdicke von 150–250 mm, vorzugsweise 200 mm vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, dass aus dem Wasser evtl noch vorhandene feinste Stoffe und damit praktisch alle Keime einschließlich der Legionellen mechanisch ausgefiltert werden. Legionellen sind zwar kleiner als 1 μm, leben aber praktisch als Parasiten auf Protozoen, insbesondere Amöben von etwa 3 μm und werden somit zusammen mit diesen ausgefiltert.

Dem Filter kann eine Aktivkohleschicht zugeordnet werden, entweder integriert über der Sand-Schüttung oder durch Dosierung von Pulveraktivkohle oder mittels eines nachgeschalteten Kornaktivkohlefilters.

Das Gesamtfilter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält somit drei Aufbereitungsstufen, nämlich Kohle, insbesondere Kornaktivkohle für die Adsorption von gebundenem Chlor und Trihalogenmethanen (THM's), Sand und/oder Kies für die Fein bzw. Flockungs-Filtration bis herab zu etwa 5 μm und Mikrofiltration für die kleinsten, feinsten Wasserinhaltsstoffe und Keime bis herab zu 1 μm. Diese Mikrofiltration wirkt als sichere Keimbarriere für Bakterien wie Pseudomonas aeroginosa, Escherichia coli, Staphylococcos sowie für Schimmelpilze und parasitische Protozoen wie Cryptosporidien und Giardien. Auch Legionellen mit einer Größe von ca. 0,75 μm werden größtenteils entfernt. Diese Legionellen benötigen für ihre Vermehrung essentielle Aminosäuren von Amöben. Da diese aber ausgefiltert werden, wird auch das Wachstum der Legionellen im Reinwasser zumindest stark gehemmt.

Als Stützschicht kann auf dem Tragboden eine weitere Schicht hochdichten Materials angeordnet sein. Die Dicke dieser Schicht ist vorzugsweise gleichfalls 200 mm stark.

Beide Schichten bestehen aus oder enthalten das Filtermaterial mit dem Handelsnamen AWAGRAN, das Mikrofilter AWAGRAN-F und die Stützschicht AWAGRAN-S. Beide Schichten sind beispielsweise Schüttungen derselben oder einander ähnlicher Materialien, vorzugsweise körnigen Aluminiumsilikats, das im wesentlichen säureunlöslich ist. Das für AWAGRAN verwendete Aluminiumsilikat mit Eiseneinschlüssen ist völlig inert, gibt also keine Stoffe an das Wasser ab und geht auch keine chemische Reaktion mit dem Wasser ein. Die Korngröße der Stützschicht aus AWAGRAN-S ist mit 1,4–2,5 mm größer als die Korngröße für die Filterschicht aus AWAGRAN-F mit 0,3–0,6 mm. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Stützschicht die Öffnungen in dem Tragboden nicht verstopfen kann und andrerseits, dass sie durch ihr jeweils größeres Korn-Gewicht ihre Lage als unterste Schicht auch bei starker Strömung in beiden Richtungen bewahrt.

In allen Schichten, besonders im Bereich der als Mikrofilter funktionierenden Filterschicht werden zwangsläufig viele Keime aus dem Wasser herausgefiltert. Diese Keime sammeln sich also in der oder den Filterschichten an. Bei der Rückspülung würden auch diese Keime wieder herausgespült und könnten sich über den gesamten Filterraum und in das Filterschlammwasser verteilen. Um schädliche Folgen zu unterbinden, sind Mittel vorgesehen, zusätzlich zur Rückspülung für die Filterschichten, insbesondere für die unteren Filterschichten, einen desinfizierenden Kreislauf für ein intensiv wirkendes geeignetes Entkeimungsmittel vorzusehen, beispielsweise eine Chlordioxidlösung oder eine unterchlorige Säure.

Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Filterschichten und die Innenseite des Behälters desinfiziert, indem vor Beginn der Rückspülung das im Filter befindliche Wasser in einem geschlossenen Kreislauf mit vorbestimmter, einstellbarer Dauer umgewälzt wird und in diesen Kreislauf das Entkeimungsmittel in vorbestimmter, intensiver Konzentration eingeleitet wird. Für den geschlossenen Kreislauf werden die Schwimmbeckenumwälzpumpe, eine Spülwasserpumpe oder eine separate, nur für die Filterdesinfizierung vorgesehene Pumpe genutzt. Außerdem werden Absperr- und Umschaltarmaturen, vornehmlich pneumatisch betätigte Absperrklappen betätigt und dadurch besondere Rohrleitungen wirksam oder unwirksam gemacht. Als Ein- und Ausgang für den geschlossenen Kreislauf können die Ein- und Ausgänge für das zu filtrierende Wasser genutzt werden. Durch die Umwälzung wird das Desinfektionsmittel im gesamten Filter optimal verteilt. Der Desinfektionsvorgang läuft nach Beginn, Dauer und Ende automatisch ab. Die für die Abtötung der Keime benötigte Zeit ist im Ablaufprogramm einstellbar. Die Konzentration de Entkeimungsmittels wird vorzugsweise am Ausgang des geschlossenen Kreises gemessen, um evtl Schwächungen, wie durch den Einfluss der Aktivkohleschüttung, ausgleichen zu können. Bis zum Beginn der Rückspülung der zu filtrierenden Flüssigkeit kann dann Entkeimungsmittel vorbestimmter Dosierung zugesetzt werden, bis eine Konzentrierung erwünschter Stärke gemessen wird. Nach dem Ende der Desinfizierung beginnt die Rückspülung. Mit Beginn der Rückspülung wird die Rückspülflüssigkeit, also Reinwasser oder die bereits filtrierte Flüssigkeit durch das Filter gespült und wird dann zusammen mit dem noch im Filter enthaltenen Entkeimungsmittel in üblicher Weise abgeleitet, beispielsweise in einen Schlammwasserbehälter.

Das Filter kann auch während der Rückspülung entkeimt werden, indem dem Rückspülwasser ein Entkeimungsmittel entsprechender Konzentration eingemischt wird.

Das Verfahren kann auch so ausgestaltet werden, dass dem Filtermaterial Entkeimungsmittel durch Dosierlanzen zugeführt wird, vorzugsweise während des Filtrationsbetriebes. Das für diese Art der Entkeimung verwendete Entkeimungsmittel sollte nicht mit mit den im Filterbett zwangsläufig enthaltenen organischen Stoffen reagieren, damit kein zusätzlich gebundenes Chlor entsteht. Am besten geeignet ist eine Chlordioxidlösung, die keine freien Chloranteile enthält und auch keinen Natriumchloritüberschuss. Ein derart sauberes Chloroxid reagiert nur oxidierend als Desinfektionsmittel ohne Entstehung von Nebenprodukten wie Chlorit, Chlorat, gebundenes Chlor und Trihalogenmethane. Die Herstellung eines derart sauberen Chlordioxids ist in der EP 0822920 B1 beschrieben. Wenn für ein solches Verfahren Entkeimungsmittel Entkeimungsmittel verwendet werden, bei denen die Gefahr einer Reaktion mit organischen Bestandteilen bestehen könnte, sollten die Dosierlanzen tiefer in das Filterbett eingeführt werden bis gerade oberhalb der Mikrofiltrationsschicht. Organische Substanzen werden nämlich meist schon im oberen Bereich der Sandschüttung ausgefiltert.

Die Schüttungen und die Spülwasser- Zu- und Schlammwasser-Abläufe sind so bemessen, dass das Filtermaterial der Schüttungen bei der Rückspülung in einen fluidisierenden Zustand versetzt werden kann und Schmutzpartikel und nun abgetötete Keime optimal ausgespült werden ohne Verlust von Filtermaterial. Bei der Rückspülung ist eine gewisse Durchmischung der Filtermaterialschüttungen nicht zu vermeiden. Um eine weitgehende Entmischung oder Klassierung der schüttungen nach Beendigung der Rückspülung zu erreichen, wird die Spülgeschwindigkeit langsam immer mehr verringert, bis das material sich gesetzt hat. Vermischungen in den Randbereichen der Schüttungen haben für die Funktion des Filters als weniger bedeutsam gezeigt. Eine Vermischung wird einerseits vermieden oder gemindert durch Wahl unterschiedlicher Dichte für die einzelnen Schüttungen, bei der obere Schüttungen leichter sind als die jeweils unteren Schüttungen und andrerseits durch gleichmäßige Verteilung der Strömungen. So behalten die Schüttungen im wesentlichen ihre Form. Nach Beendigung der Rückspülung befinden sich die Schüttungen wieder in der waagerechten Ursprungslage einschließlich der oberen Aktivkohleschicht. Bei Verwendung einer gekörnten Aktivkohleschicht bildet sich nach Rückspülungen an der Oberseite stets eine geschlossene Aktiv-Kohleschicht, die der Strömung über ihre Fläche gleichmäßigen Widerstand bietet.

Ein speziell bemessener Zu- und Ablauf oberhalb der obersten Schicht ermöglicht einen drucklosen, nicht überstauten Ablauf des Schlammwassers ohne nennenswerte Materialverluste. Bei Zulauf während des Filterbetriebes wird die Einströmenergie soweit abgebaut, dass das Filtermaterial nicht durch Turbulenzen angehäuft wird, sondern waagerecht im Filter verbleibt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 die geschnittene schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters gemäß der Erfindung,
2 das Flüssigkeitsfilter gemäß 1 mit eigener Umwälzpumpe im separatem Desinfektionskreislauf,
3 das Flüssigkeitsfilter gemäß 1 mit Nutzung der für den Rückspülweg vorgesehenen Umwälzpumpe auch für den Desinfektionskreislauf,
4 das Flüssigkeitsfilter gemäß 1 mit einer Abwandlung des in 2 dargestellten Desinfektions- und Spülungsbetriebes,
5 das Flüssigkeitsfilter gemäß 4 mit einer Abwandlung der Betriebsweise,
6 ein Filter mit einer Abwandlung des in 1 dargestellten Tragbodens für die Schüttungen.
7 ein Flüssigkeitsfilter mit Dosierlanzen.
1 zeigt die Prinzipdarstellung eines Filterschemas gemäß der Erfindung in Form der geschnittenen Seitenansicht eines Filters 1 zur Flüssigkeitsfiltration. Das Filter 1 weist einen Behälter 2 auf, der beispielsweise mit Standbeinen 3, 4 zur sicheren Lagerung des Behälters auf einer Unterlage 5 versehen ist. Die Konstruktion des Behälters 2, die Zahl der Standbeine 3, 4 und ihre Bemessung richtet sich nach Gewicht und Umfang des Behälters 2 und seines Inhalts. Im Behälter 2 ist ein Tragboden 6 mit ein oder mehreren auf ihm angeordneten Schichten oder Schüttungen 7–10 vorgesehen. Der Behälter 2 ist in seinem oberen Bereich mit einem Einlaßrohr 11 und einem Einlauftrichter 111 versehen, denen das zu filtrierende Wasser so zugeführt wird, dass es gleichmäßig auf der Oberfläche der Schüttung 10 verteilt wird. Diese zu filtrierende Flüssigkeit gelangt zunächst in einen Freibord 12. Der Begriff Freibord definiert die Höhe des Raumes zwischen der Oberfläche der Filterschüttungen 7–10 bis zur Oberkante des Einlauftrichters 111. Unterhalb des Tragbodens 6 ist ein Auffangraum 13 angeordnet. Dort ist der Behälter 2 mit einem Auslassrohr 14 versehen, das mit dem nicht dargestellten Becken für das wiederaufbereitete Wasser, beispielsweise dem oder den Schwimmbecken verbunden ist.
Die Schichten 7–10 sind vorzugsweise Schüttungen und bestehen aus oder enthalten Filtermaterial, das von oben nach unten von dem zu filtrierenden Wasser durchflossen wird. Als Filtermaterial der obersten Schicht 10 wird Kohle verwendet. Für diese Schicht 10 kann Steinkohle, Braunkohle und/oder insbesondere Aktivkohle verwendet werden. Dieses Filtermaterial der Schicht 10 ist vorzugsweise gekörnt, wobei die Körnung und die Schichtdicke dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt ist. Diese Schicht hat beispielsweise eine Dichte von Y = 1,1 g/cm³, ist also vergleichsweise leicht. Die Aktivkohle dient der Adsorption von gebundenem Chlor, den THM's und einer Raumfiltration. Geeignet sind vorzugsweise möglichst abriebfreie Aktivkornkohlen mit guten Adsorptionseigenschaften wie beispielsweise Aktivkohle aus Kokosnuss-Schalen oder aus Steinkohle. Direkt auf dem Tragboden 6 sind zwei übereinander angeordnete Schichten oder Schüttungen 7, 8 aus einem Mineral wie AWAGRAN angeordnet. Die untere Schicht 7 ist eine Stützschicht aus AWAGRAN-S mit einer Dichte von Y = 4,1 g/cm³ oder Schüttdichte von 2150–2250 kg/m². Die Körnung beträgt 1,4–2,5 mm. Der Durchmesser der einzelnen runden bis kantigen Körner ist daher größer als der Durchmesser der Öffnungen im Tragboden 6. Diese Schicht 7 hat eine Dicke von etwa 20 cm. Auf dieser Stützschicht 7 ist eine Mikrofilterschicht 8 aus AWAGRAN-F angeordnet mit einer Dichte von Y = 4,1 g/cm³ und einer Schüttdichte von 2150–2250 kg/m² und einer Dicke von etwa 20 cm. Wegen ihrer hohen Dichte ermöglicht dieses Material eine feinere Körnung, als es mit Sand möglich wäre. Ihre Körnung beträgt 0,3–0,6 mm. In Verbindung mit der relativ großen Schichtdicke bewirkt diese Mikrofilterschicht 8 die mechanische Entfernung von Schmutzteilchen bis herab zu 1 μm aus dem zu filtrierenden Wasser. Da beispielsweise Keime wie Legionellen mit dieser Filterschicht ausgefiltert werden, wirkt diese Filterschicht 8 als Keimsperre. Beide Schichten bestehen aus oder enthalten das Filtermaterial mit dem Handelsnamen AWAGRAN, das Filter AWAGRAN-F und die Stützschicht AWAGRAN-S. Beide Schichten sind beispielsweise Schüttungen derselben oder einander ähnlicher Materialien, vorzugsweise körnigen eisenhaltigen Aluminiumsilikats, das im wesentlichen inert und säureunlöslich ist. Die Korngröße der Stützschicht ist mit 1,4–2,5 mm größer als die Korngröße für die Filterschicht mit 0,3–0,6 mm. Dadurch wird erreicht, dass die Stützschicht die Öffnungen in dem Tragboden nicht verstopfen kann und zugleich durch ihr jeweils größeres Korn-Gewicht seine Lage als unterste Schicht auch bei starker Strömung in beiden Richtungen bewahrt. Beide Schichten 7, 8 werden in der gewünschten Feinheit und mit der gewünschten Dicke vorgefertigt und auf den Tragboden 6 gelegt bzw. geschüttet. Die Schicht 8 bewirkt eine Feinstfiltration bis herab zu 1 μm. Unter der Schicht 10 aus Aktivkohle ist auf der Schicht 8 eine Schicht oder Schüttung 9 aus Sand angeordnet. Diese Schicht bewirkt eine Feinfiltration bis herab zu 5 μm. Dadurch wird erreicht, dass aus dem Wasser evtl. noch vorhandene feinste Stoffe und damit praktisch alle Keime einschließlich der Legionellen mechanisch ausgefiltert werden. Legionellen sind zwar kleiner als 1 μm, leben aber praktisch als Parasiten auf Amöben von etwa 3 μ und werden somit zusammen mit diesen ausgefiltert Der Tragboden 6 ist für das gefilterte Wasser durchlässig. Er ist über seine Fläche perforiert oder mit Düsen versehen. Die Verteilung der Perforationen oder Düsen des Tragbodens 6 ist so gewählt, daß die dem Behälter 2 über Einlaßrohr 11 und Einlauftrichter 111 zugeführte zu filtrierende Flüssigkeit die Schichten 7–10 bis in den Bereich des Tragbodens 6 gleichmäßig durchdringt.
Die im oberen Bereich des Filters 1 angeordnete Zu- und Ablaufvorrichtung 11, 111 ist so ausgebildet, dass sie zwei wesentliche Aufgaben erfüllen kann.
Erstens minimiert sie die Einströmenergie des durch das Einlaufrohr 11 in den Behälter 2 mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,0–1,5 m/sec fließenden, zu filtrierenden Wassers soweit, dass im Freiraum 12 über dem Filtermaterial 10 keine Turbulenzen, Strömungen oder Wasserwalzen vorhanden sind. Die Oberfläche des Filtermaterials der Schüttung 10 muss nämlich für eine optimale Filtration und ausreichende Reaktion des Wassers mit der Aktivkohle völlig waagerecht im Filter liegen. Starke Wasserbewegungen würden aber das Filtermaterial, besonders die leichte Aktivkohle, wegspülen und/oder zu Hügeln anhäufen und Berge und Täler entstehen lassen. Da das Wasser sich immer den Weg des geringsten Widerstands sucht, fließt es dann durch die in der Dicke verminderte Stelle der Filterschicht 10. Der Wirkungsgrad der Aufbereitung geht dadurch zurück. Das Adsorptionsvermögen der Aktivkohle wird nur zum Teil genutzt.
Zweitens lässt die Zu- und Abflusseinrichtung 11, 111 das bei der Rückspülung strömende Schlammwasser auch bei großen Rückspülgeschwindigkeiten ohne Überstau und ohne Filtermaterialverlust abfließen. Insbesondere hohe Rückspülgeschwindigkeiten ermöglichen nämlich ein Fluidisieren des Filtermaterials, das einen Filtermaterialverlust zur Folge haben könnte.
Die Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgaben wird im wesentlichen wie folgt erreicht. Das waagerechte Zulaufrohr 11 endet in der Mitte des Behälters 2 mit einem nach oben endenden Bogen 16, auf den die trichterförmige Erweiterung 111 aufgesetzt ist. Auf der trichterförmigen Erweiterung 111 ist ein zylindrischer geschlossener Körper 17 angeordnet, der allseitig mit runden Öffnungen 18 versehen ist und im unteren Bereich mit einem umlaufenden Schlitz 19, der durch Befestigungsstege 20 unterbrochen ist. Der Querschnitt aller Öffnungen 18 ist so bemessen, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers gleich oder kleiner ist als 0,5 m/sec. Das Wasser tritt aus den Öffnungen 15 und dem Schlitz 19 verteilt rundum und nach oben aus. Die umlaufenden Schlitze 19 sind so groß bemessen, dass das abfließende Schlammwaser, auch Rückspülabwasser genannt, ohne Überstau drucklos abfließen kann. Für die Vermeidung eines Überstaus sind eine ausreichende Luftzufuhr und ein ausreichendes Gefälle sowie ein ausreichender Querschnitt der vom Behälter 2 wegführenden Abflussleitungen Voraussetzung. Der Trichter 111 ist an seiner oberen Kante mit einem Trichterring 21 entgegengesetzter Neigung 22 versehen, über den das Wasser bei der Rückspülung in die Schlitze 19 fließt. Durch diese große schräge Fläche 22 des Trichterrings 21 wird die Fließrichtung des Wassers von der Senkrechten in eine fast waagerechte Fließrichtung verändert und damit auch die Fließgeschwindigkeit vermindert. Dadurch sinkt evtl. mitgerissenes Filtermaterial auf die Oberfläche der Schicht 10 ab.
Im Normalbetrieb wird die zu filtrierende Flüssigkeit durch das Einlassrohr 11, den Einlauftrichter 111, den zylindrischen Körper 17, den Trichterring 21 sowie die Öffnungen 18, 19 in den Freibord 12 gegeben oder gepumpt, gelangt von dort gleichmäßig verteilt auf die Oberfläche der Schicht 10 und durchdringt von dort aus die Schichten 7–10 gleichmäßig und gelangt durch die Perforationen oder Düsen des Tragbodens 6 in den Auffangraum 13 unter dem Tragboden 6. Von dort wird sie durch das Auslassrohr 14 dem nicht dargestellten Becken für das wiederaufbereitete Wasser, beispielsweise dem oder den Schwimmbecken gemäß Pfeil 113 zugeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit der zu filtrierenden Flüssigkeit durch die Schichten während der Filtration ist mit etwa 30 m/h bemessen. Sie wird durch eine in 1 nicht dargestellte Pumpe eingestellt.
Nach längerer Filtration wird der Filterwiderstand immer größer, weil die aus dem zu filtrierenden Wasser herausgefilterten Stoffe einschließlich der Keime die Schichten 7–10 verstopfen. Der Filterwiderstand beträgt bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 1 im verstopften Zustand etwa 0,8 bar, im gereinigten Zustand etwa 0,39 bar. Zur Reinigung des Gesamtfilters 1 werden die Filterschichten 7–10 sowie der Tragboden 6 gespült. Das geschieht mit einer Rückspülung. Für eine solche Rückspülung wird die Strömungsrichtung der Flüssigkeit umgekehrt. Dabei wird Reinwasser oder die bereits filtrierte Flüssigkeit durch das Auslassrohr 14 in den Auffangraum 13 eingeleitet, durch alle Filterschichten 6–10 und den Freibord 12 gedrückt und gelangt über den Trichterring 21, den Trichter 111 und das Einlassrohr 11 gemäß Pfeil 115 in einen Schmutz- oder Schlammwasserbehälter 15. Die Strömungsgeschwindigkeit wird für die Rückspülung beträchtlich erhöht auf beispielsweise 40 m/h. Zu diesem Zweck wird die Pumpe entsprechend umgeschaltet. Dadurch werden die auf dem Tragboden 6 gelagerten Schichten 7–10 gelockert oder angehoben und die evtl. in den Schichten 7–10 eingelagerten Schmutzteilchen und Nester von Keimen gelöst und über den Freibord 12 und den Trichter 111 zusammen mit der Rücklaufflüssigkeit in das Rohr 11 und von dort in den Schmutz- oder Schlammwasserbehälter 15 oder in die Kanalisation geleitet. Zur Umsteuerung der Strömungsrichtung und zur Öffnung oder Sperrung der hierfür angeordneten Strömungswege sind vorzugsweise Absperrarmaturen vorgesehen. Das sind beispielsweise Absperrklappen, Absperrschieber, Kugelhähne oder Absperrventile. Die Umschaltung von Betrieb auf Rückspülung wird vorzugsweise automatisch bewirkt. Für diesen Zweck sind die Absperrarmaturen mit pneumatisch oder elektrisch betätigten Anrieben ausgerüstet.
Beim Betrieb einer soweit beschriebenen Anlage werden bei der Rückspülung zwar mit den durch die Filterschichten geführten Rückspülflüssigkeiten die Verschmutzungen und Keime weitgehend beseitigt und in den Schlammwasserbehälter gespült, doch wird nicht die Ansiedelung von durch die Rückspülung über das System verbreiteten Keimen und damit ihre anschließende Vermehrung in Keimnestern vermieden.
2 zeigt das Flüssigkeitsfilter 1 gemäß 1 mit den für die normale Wasserumwälzung, die Entkeimung und die Rückspülung erforderlichen Leitungen, Pumpen und Absperrarmaturen. Die in der Figur fett dargestellten Pfeile und Leitungen geben den Weg für die Rückspülung an. Für die Rückspülung wie für das zu filtrierende Wasser im Normalbetrieb ist eine Umwälzpumpe 23 vorgesehen. Eine Absperrarmatur 24 öffnet den Weg für die Rückspülung zum Auslassrohr 14 und sperrt diesen Weg während des Normalbetriebes. Eine Absperrarmatur 33 sperrt den Weg zum Einlassrohr 11 und eine Absperrarmatur 32 vom Auslassrohr 14 während der Rückspülung und öffnet sich während des Normalbetriebes. Eine Pumpe 26 sorgt für eine Umwälzung der mittels einer Dosiereinrichtung 27 eingeführten Desinfektionsflüssigkeit vor Beginn einer Rückspülung. Bei gesperrten Absperrarmaturen 24 und 33, also abgesperrtem Wasser, wird die Desinfektionsflüssigleit über Leitungen 28, 29 und Absperrarmaturen 30, 31 sowie Einlassrohr 11 und Auslassrohr 14 durch den Behälter 2 und die Schichten 6–10 umgewälzt, bis nach vorbestimmter Zeit eine Abtötung aller Keime im Behälter und den Leitungen anzunehmen ist. Eine Absperrarmatur 25 sperrt in dieser Zeit den Weg zum Schlammwasserbehälter 15. Dann wird für die Dauer einer Rückspülung die Absperrarmatur 24 zum Auslassrohr 14 und die Absperrarmatur 25 zum Schlammwasserbehälter 15 geöffnet und die Absperrarmaturen des Entkeimungskreislaufs gesperrt. Durch die Gestaltung der Anlage und einen entsprechenden Verfahrensschritt werden also in 2 vor Beginn der Rückspülung alle im Verlaufe des Normalprogramms gemäß 1 ausgefilterten und in den Filterschichten 6–10 abgelagerten Keime abgetötet. Die Konzentration des Desinfektionsmittels oder seiner Bestandteile kann mittels der Dosiereinrichtung 27 von Hand oder automatisch verändert werden. Eine Zeitablaufsteuerung ist nicht dargestellt.
Die über die Anschlüsse 11 oder 14 in die Schüttungen 7–10 eingeführte und über 14 oder 11 abgeleitete Desinfektionsflüssigkeit dient der Entkeimung der Schichten 7–10 und des ganzen Filterraumes. Für eine solche Flüssigkeit haben sich Chlordioxid und Unterchlorigsäure in Versuchen bewährt.
3 zeigt eine Abwandlung der 2, bei der die Desinfizierung des Filters 1 während der Rückspülung bewirkt wird. Zu diesem Zweck wird das Desinfektionsmittel dem Rückspülwasser in entsprechender Konzentration mittels der Dosiereinrichtung 27 vor dem Eintritt in das Einlassrohr 11 des Filters 1 zugesetzt. Die Rückspülung erfolgt durch die Umwälzpumpe 23. Mit der Umwälzpumpe 23 kann auch ene Kreislaufdesinfektion vor dem Rückspülvorgang bewirkt werden. Dazu sind die Absperrarmaturen 31 und 33 geöffnet und die Absperrarmaturen 41, 25, 32 und 24 geschlossen.
Zur Optimierung des Rückspülvorganges und zur Einsparung von Spülwasser kann der Spülung mit Wasser eine an sich bekannte Spülung mit Luft vorgeschaltet werden. Diese wird vorzugsweise vor der Desinfektion des Filtermaterials durchgeführt. Die Luftspülung kann aber auch zwischen der Desinfektions- und Spülphase erfolgen. Die Spülluft wird mit einem Gebläse erzeugt. Für die Luftspülung werden etwa 60–80 m³ pro m² Filterfläche vorgesehen. Zur Vermeidung einer Vermischung der Filterschichten ist der Wasserspiegel vor Beginn der Luftspülung bis zur Oberkante des Filtermaterials abzusenken. In diesem Fall vermischen sich die Filterschichten nicht und es wird auch kein Filtermaterial ausgespült. Bei der Luftspülung werden die Körner des Filtermaterials intensiv bewegt, reiben sich aneinander und lösen dabei den anhaftenden Schmutz. Dieser kann dann leicht mit dem Spülwasser ausgespült werden.
4 zeigt eine weitere Abwandlung der 2, bei der für die Rückspülung einerseits und für den Normalbetrieb sowie Desinfektionskreislauf andrerseits getrennte Umwälzpumpen 23, 39 vorgesehen sind. Der Weg der zu filtrierenden Flüssigkeit im Normalbetrieb wird über die Absperrarmatur 34 dem Auslassrohr 14 zugeführt, Durch die Dosiereinrichtung 27 kann zu jeder vorbestimmten Zeit der Flüssigkeit im Normalbetrieb das Desinfektionsmittel zugesetzt werden. Die Konzentration ist so bemessen, daß sie in der Mischung mit dem Wasser zugleich die für den Schwimmbadbetrieb vorgeschriebenen Bedingungen erfüllt. Da die die Desinfektionsflüssigkeit enthaltende Flüssigkeit in diesem Fall zwangsläufig auch über die Kohleschicht 10 geführt wird, wird die Kohleschicht 10 die gerade eingeführte frische Desinfektionsflüssigkeit wieder ganz oder teilweise adsorbieren. Dem Ausgangsrohr 14 ist daher vorzugsweise ein Messgerät 40 zugeordnet, mit dem ständig die Konzentration des Desinfektionsmittels im filtrierten Wasser gemessen und ggf. eine Nachdosierung bewirkt wird. Wenn in 4 das Desinfektionsmittel also bereits der zu filtrierenden Flüssigkeit zugesetzt wird, wäre keine weitere Änderung des Leitungssystems erforderlich. Die Desinfektionsflüssigkeit ist dann so eingestellt, daß sie nicht nur die von ihr im Normalbetrieb getränkten Filterschüttungen 7–10 und das Innere des Behälters 2 wirkungsvoll desinfiziert, also die evtl. Keime abtötet, sondern in Mischung mit dem filtrierten Wasser auch den Bedingungen für die Desinfizierung des Schwimmbadwassers genügt. Die dadurch bewirkte Desinfizierung des Schwimmbadwassers kann diese aber nicht ersetzen. In allen Bereichen des Badebeckens muss immer ein Depot-Entkeimungsmittel vorgesehen sein.
Mit einer Rückspülung, also einer in umgekehrter Richtung vom Auslassrohr 14 zum Einlassrohr 11 fließenden Strömung des Schwimmbadwassers oder einer dem Ausgang 14 gesondert zugeführten Flüssigkeit können die bereits keimfrei gemachten Filterschüttungen gereinigt und abgelagerte Schmutzteilchen aus den bereits entkeimten Schichten ausgetragen und in den Schmutzwasserbehälter 15 gebracht werden. Wegen der Strömungsumkehr werden in den Schüttungen die bereits entkeimten Schmutzteilchen ausgetragen. Da auch das Rückspülwasser bereits filtriert und entkeimt ist, muss keine gesonderte Rückspülquelle verwendet werden. Bei der Entkeimung im Filter können zwar auch unerwünschte Verbindungen entstehen, doch werden diese mit den Schmutzteilchen ja nicht dem Schwimmbad, sondern der Kanalisation oder gesonderten Schmutzwasserbehältern zugeführt. Durch diese besondere Desinfizierung im Normalberieb und im Rückspülbetrieb direkt im Filterbehälter kann auch der Filterbetrieb selbst schonender gestaltet werden. Beispielsweise wird der Trichter 111 so ausgebildet, daß die zu filtrierende Flüssigkeit möglichst wirbelfrei auf den Schüttungen verteilt wird, ohne diese ganz oder teilweise aufzuwirbeln. Die obere Kohleschicht 10 wird daher nicht aufgewirbelt und behält ihre Form und Wirkung. Weiterhin könnte die Rückspülgeschwindigkeit verringert werden, da die Wirkung der Desinfektion ja bereits für eine Abtötung der Keime gesorgt hat und somit auch ein Austrag der evtl. Keimnester nicht mehr nötig ist. Die Desinfektionsflüssigkeit kann gleichmäßig oder im Intervallbetrieb zugeführt werden.
5 zeigt eine Filteranordnung gemäß 4 mit einem Betrieb der Rückspülpumpe 39 für einen Desinfektionsmittelkreislauf, der zeitlich zwischen das Ende des Normalbetriebs und den Beginn der Rückspülung wirksam gemacht wird. Zu diesem Zweck ist zwischen die Pumpe 39 und das Eingangsrohr 11 eine Absperrarmatur 30 eingefügt, die zusammen mit einer Absperrarmatur 31 durchlässig gesteuert wird. Die Absperrarmaturen 33, 34, 32 und 25 werden für diesen Zeitraum gesperrt, so dass das bei Beendigung des Normalbetriebes noch im Behälter befindliche Flüssigkeit zusammen mit der vorbestimmten Menge an Desinfektionsflüssigleit die Filterschichten, die Innenwandung und die Leitungen desinfizierend umläuft. Die Flüssigkeitszufuhr ist während dieser Phase durch eine Absperrarmatur 35 gesperrt. Nach vorbestimmter Desinfektionszeit werden die Absperrarmaturen 30, 31 gesperrt, die Absperrarmaturen 25, 34, 35 geöffnet, die Pumpe 39 eingeschaltet und die Rückspülung gestartet mit Ableitung des Spülwassers über die Leitung 11 und die Absperrarmatur 25 in die Kanalisation oder den Schlammwasserbehälter 15 (in 2 dargestellt).
6 zeigt einen Behälter 2 gemäß 1 mit einem Tragboden 6, der eine Vielzahl von Öffnungen für den Durchlass der Flüssigkeiten aufweist. Die Öffnungen sind hier einsetzbare Bauteile.
7 zeigt einen Behälter mit Dosierlanzen 36, die durch die Schüttungen 9 und 10 bis knapp oberhalb der Schüttung 8 mit der feinkörnigen Mikrofiltrationsmaterial reichen. Auf diese Weise gelangt das Entkeimungsmittel in seiner Konzentration praktisch nur in den verkeimten Bereich, wohingegen die Schmutzteilchen ausfilternde Sandschicht nicht in hoher Konzentration entkeimt wird und somit keine unerwünschten Reaktionen bewirken kann. Erst bei der Ausspülung aller Schichten kommen auch diese Schüttungen in Kontakt mit dem nun aber verwässerten Entkeimungsmittel

1: Filter
2: Behälter
3: Standbein
4: Standbein
5: Unterlage
6: Tragboden
7: Schüttung, AWAGRAN-S
8: Schüttung, AWAGRAN-F
9: Schüttung, Sand
10: Schüttung Kohle
11: Einlassrohr
111: Trichter an 11, 16
112 und 113: Pfeil (Weg des zu filtrierenden Wassers)
114 und 115: Pfeil (Weg der Rückspülung)
12: Freibord
13: Auffangraum
14: Auslassrohr
15: Schmutzwasserbehälter
16: Bogen an 11
17: zylindrischer Körper auf 16, 111
18: Öffnungen in 17 Topf
19: Schlitz zwischen 16 und 17
20: Befestigungsstege zwischen 16 und 17
21: Trichterring
22: geneigte Fläche auf 21
23: Umwälzpumpe für Betrieb und Rückspülung
24: Absperrarmatur im Filtrierweg vor Einlassrohr 14
25: Absperrarmatur im Rückspülweg im Schlammwasserweg
26: separate Pumpe im Desinfektionskreislauf
27: Dosiereinrichtung für Desinfektionsmittel
28: Leitung im Desinfektionskreislauf
29: Leitung im Desinfektionskreislauf
30: Absperrarmatur für Entkeimungskreislauf (5)
31: Absperrarmatur Ventil für Entkeimungskreislauf (5)
32: Absperrarmatur für filtriertes Wasser
33: Messgerät
34: Absperrarmatur für Spülwasserzufuhr
35: Absperrarmatur für Spülwasserzufuhr
36: Dosierlanzen
37: automatische Be- und Entlüftung
38: manuelle Be- und Entlüftung
39: separate Spülwasserpumpe
40: Chlormessgerät
41: Absperrarmatur in Pumpensaugleitung

Claims

Filter für die Flüssigkeitsfiltration mit Filterschüttungen (7–10) auf durchlässigem Tragboden (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schüttungsschicht (9) aus Kies- und/oder Sand vorgesehen ist, unter der in Fließrichtung auf einem Tragboden (6) oder einer auf dem Tragboden (6) angeordneten Stützschicht (7) eine Filterschicht (8) hochdichten Materials mit einer Filterschärfe von bis herab zu 1 μm und einer Schichtdicke von 150–250 mm, vorzugsweise 200 mm vorgesehen ist.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hochdichte Material ein Aluminiumsilikat ist.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (7) ein Aluminiumsilikat ist
Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumsilikat ein Material der Formel Fe₃Al₂(SiO₄) ist, mit im wesentlichen 37% SiO₂, 21% Al₂O₃ und 29% FeO.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (7) und die Filterschicht (8) ein eisenhaltiges Aluminiumsilikat enthalten.
Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (7) und die Filterschicht (8) ein gekörntes eisenhaltiges Aluminiumsilikat enthalten, das für die Filterschicht (8) eine Korngröße von 3 bis 0,6 mm aufweist.
Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (7) und die Filterschicht (8) ein gekörntes eisenhaltiges Aluminiumsilikat enthalten, das für die Stützschicht (7) eine Korngröße von 1,4 bis 2,5 mm aufweist.
Filter nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gekörnte eisenhaltige Aluminiumsilikat ein Dichte von 4,1 g/cm³ hat.
Filter nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in Fließrichtung mehrere Schichten (7–10) vorgesehen sind mit einer vorderen oder oberen Kohleschicht (10), einer oder mehreren Sand- und/oder Kiesschichten, einer unter der Sandschüttung (9) liegenden Schüttung (8) hochdichten Materials und einer darunter auf dem Tragboden (6) angeordneten Stützschicht des hochdichten Materials (7).
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter ein Leitungsweg für eine Desinfektionslösung zugeordnet ist, der wahlweise vor Beginn einer Rückspülung in den Filterweg einschaltbar ist.
Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung dem Filterbehälter (2) während des normalen Filterbetriebes zuführbar ist.
Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung dem Filterbehälter (2) während des Rückspülbetriebes zuführbar ist.
Filter nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung eine Unterchlorigsäure ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass Dosierllanzen (36) vorgesehen sind, deren Auslässe an der oberen Begrenzung der Mikrofiltrationsschicht (8) angeordnet sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) aus einem säurebeständigen Material gefertigt ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassrohr (11) des Behälters (2) einen nach oben offenen Trichter (111) aufweist, der nach oben durch einen Trichterring (21) mit geneigter Oberfläche (22) und einen zylindrischen Topf (17) und verteilten Öffnungen (18) abgeschlossen ist.
Filter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Trichterring (21) und Topf (17) ein oder mehrere Schlitze (19) vorgesehen sind.
Verfahren zur Flüssigkeitsfiltration mittels ein oder mehreren Filterschüttungen im Durchfluß der zu filtrierenden Flüssigkeit, die von Zeit zu Zeit durch Rückspülung gesäubert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schüttungen eine Filterschüttung aus hochdichtem, Keime ausfilterndem Material eingefügt wird (8), und dass diese Schicht von Zeit zu Zeit durch Zuführung einer Desinfektionsflüssigleit entkeimt wird.
Verfahren zur Desinfizierung der Filterschüttungen eines Filters nach einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass den Filterschüttungen (7–10) von oben oder unten eine Desinfektionslösung in verteilter Anordnung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung eine Unterchlorigsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung eine Chlordioxidlösung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionsflüssigkeit vor Beginn der Rückspülung der oder den Filterschüttungen in einem gesonderten Kreislauf zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionsflüssigkeit während der Rückspülung zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionsflüssigkeit während des normalen Filtrationsbetriebes zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionsflüssigkeit während eines Intervalls zwischen Filtrationsbetrieb und Rückspülung während einer vorbestimmten, einstellbaren Zeit im Filter umgewälzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Zeitabläufe für Filtrierung, Desinfektion und/oder Desinfizierung vorgesehen ist, daß die Flüssigkeitswege entsprechend der Steuerung durch Absperrarmaturen verschlossen und/oder geöffnet werden und dass die Absperrarmaturen manuell, pneumatisch und/oder elektrisch steuerbar sind.