DE2608899A1 - Verfahren zur verbesserung des rueckspuelvorganges bei filtern aus koernigen materialien durch den einsatz von wasserstoffperoxid (h tief 2 o tief 2 ) - Google Patents

Verfahren zur verbesserung des rueckspuelvorganges bei filtern aus koernigen materialien durch den einsatz von wasserstoffperoxid (h tief 2 o tief 2 )

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Description

Verfahren zur Verbesserung des Rückspülvorganges bei Filtern aus körnigen Materialien durch den Einsatz von Wasserstoffperoxid (Ii0O ).
* Δ Δ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Rückspülvorganges durch die gezielte Zugabe von Wasserstoffperoxid (IT O)
Δ Δ
bei der Wasserrückspülung von Filtern an körnigen Materialien, insbesondere von Sandfiltern, die in der Abwasserreinigung oder Wasseraufbereitung eingesetzt werden.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren soll eine wesentliche technische Verbesserung in die bislang bekannten Filterrückspülsysteme eingeführt werden.
Das in das Rückspülwasser zudosierte Wasserstoffperoxid (II O) er-
Δ Δ
möglicht durch seine Oxidationswirkung einerseits und die durch die katalytische Zersetzung des II O und der damit verbundenen O -
Δ Δ Δ
Blasenbildung im Filter andererseits, da^ Bett auch bei kleinen Wasserrückspülgesclnvindigkeiten sauber zu spülen. Die Rückspülung der Schnellfilter, die in der Trinkwasseraufbereitung und Abwasserbehandlung eingesetzt werden, erfolgt mit Luft, Luft-Wasser, oder allein mit Wasser. In manchen Filterkonstruktionen sind zur Auflockerung des Sandes mechanische Einrichtungen vorgesehen.
(International Water Supply Association - Brighton Congress 1974, General Report No. 2 by W. J.F. Ray, Abstr. 5: Improved Methods for Cleaning;
Manuals of British Practice in Water Pollution Control "Unit Processes, Tertiary Treatment and Advanced Waste Water Treatment";
709836/0335
The Institute of Water Pollution Control, Ledson House, 53 London Road, Maidstone, Kent., Great Britain, 1974, 2.4.2 Rapid downward-flow sand filters; 2. 4. 3 upward-flow sand filters. U.S. Environmental Protection Agency, Technology Transfer July 1974, Wastewater Filtration, Design Considerations p. 23 ff).
Bei der Trinkwassergewinnung aus Oberflächenwässern und in der weitergehenden Reinigung von Abwässern kommt es häufig zu einer Art Algen-Suspensa-Verschleimung bzw. Belebtschlamm-Suspensa-Verschleimung. Dabei tritt insbesondere der Effekt der Schmutzballenbildung (eng. Fachausdruck: Mud Ball) auf. Die Sandkörner ballen sich zu harten Konglomeraten zusammen, bestehend aus Sand, Suspensa und biologischen Schleimen, die Durchmesser von mehreren Zentimetern erreichen können und durch den normalen Rückspülvorgang meist nicht mehr zerstört werden können (U.S. Environmental Protection Agency, Technology Transfer July 1974, Wastewater Filtration, Design Considerations ρ 24). Hinsichtlich der Veränderung der Sandbettstruktur ist bei der Abwasserfiltration ein weiterer Effekt zu beobachten. Sandkörner können als Kondensationskerne für umhüllendes biologisches Wachstum dienen und z. B. von einem ursprünglichen Durchmesser von 1 mm auf einen Durchmesser bis zu 5 mm anwachsen. (Lewin, V. H., "Tertiary Treatment of Sewage in Effluents as practised in Great Britain", Vortrag beim 49. Siedlungswasserwirtschaftlichen Kolloquium der Universität Stuttgart am 11. 4.1975. Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 54,-Koramissionsverlag R. Oldenbourg, München 1976). Dieser Vorgang ist insbesondere bei Sandfiltern anzutreffen, die auf Kläranlagen mit Tropfkörpern eingesetzt werden.
Die Nachteile dieser Schmutzballenbildung und/oder des starken sandkornumhüllenden biologischen Wachstums sind darin zu sehen, daß sie zu höheren Druckverlusten im Filter und damit zu kürzeren
'7 09836/0335
Filterlaufzeiten führen. Weiter ist mit einer Verschlechterung der Filtratqualität bei starker Schmutzballenbildung und der Gefahr der Suspensadurchbrüche durch Kurzschluß strömungen zu rechnen. Eine bislang mögliche Art der Bekämpfung dieser die Sandfiltration störenden Effekte ist nur durch extrem hohe Wasserrückspülgeschwindigkeiten (90 bis 160 m/h) und evtl. Wasser-Luftrückspülung möglich. ■ Die Nachteile dieser beiden Spülverfahren sind darin zu sehen, daß eine Erhöhung der Rückspülgeschwindigkeiten bei schon bestehenden Anlagen meist technisch nicht mehr möglich ist. Bei neu zu planenden Anlagen führt eine Wasserrückspülgeschwindigkeit V > 60 m/h zu prozeßtechnischen Problemen, die den Bau von Rückspülwasser-Speicherbecken erforderlich machen, was zu hohen zusätzlichen Investitions- und Betriebskosten führt. Die Wasser-Luft-Rückspülung führt, wie die Erfahrung zeigt, zu hohen Sandverlusten und bringt nicht mit Sicherheit den gewünschten Reinigungseffekt. (U. S. Environmental Protection Agency, Technology Transfer July 1974 Wastewater Filtration, Design Consinderations p. 24). Außerdem ist in bestehenden Anlagen der Einbau der für diese Rückspülweise erforderlichen Einrichtungen und der Anlagenumbau nur unter großem finanziellem Aufwand möglich.
Eine weitere Art der Bekämpfung liegt darin, mit hohen Chlorkonzentrationen im Rückspülwasser und einer ausreichenden Verweilzeit im Sandfilter eine Abtötung der Mikroorganismen und durch oxidative Wirkung eine Zerstörung der Schlammballenbildung zu erreichen. Dabei tritt aber die Gefahr auf, daß bei der Anwendung von Chlor die Gefahr der Bildung karzinogener und biologisch schwer abbaubarer organischer Chlorverbindungen entsteht. (Piecuch, P. J. "The Chlorination Controversy", Journ. Water Pollut. Control Fed., 46, p. 2637 (1974);
Ward, P.S. "Carcionogens Complicate Chlorine Question", Journ. Water Pollut, Control Fed., 46, pp. 2638 - 2640 (1974) ).
709836/03 3 5
Da die Rückspülwässer sowohl aus Filtern in der Wasseraufbereitung als auch ganz besonders aus Filtern der Abwasserreinigung behandelt werden müssen, führt dies zu schwerwiegenden Problemen. Zusätzlich wird durch den Einsatz von Chlor auch die im Sandfilter erwünschte Mikroorganismen-Population (Patentanmeldung P 25 30 722. 6, AT 10. 07. 75, Bez.: Verfahren zur Nitrifikation, Entmanganung und Enteisenung in Festbetten und biologischen Festbettreaktoren) zerstört. Das Problem der einwandfreien Rückspülung von Filtern aus körnigem Material, insbesondere von Sandfiltern, die in der Wasseraufbereitungs technik und Abwasserreinigung eingesetzt sind, aber auch bei Aktivkohleadsorbern und Ionenaustauschern in der Wasseraufbereitungstechnik und Abwasserreinigung, d. h. die Zerstörung der Schmutz ballen (mud balls), die Entfernung störender Ummantelung von Sandkörnern bei gleichzeitiger Bewahrung der feinen, nützlichen, mikrobiellen Schleime, muß technisch als noch nicht gelöst angesehen werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bei der Rückspülung bislang bestehenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Zerstörung der Schmutzballen (mud balls) und der störenden Ummantelung von Sandkörnern zu beheben, ohne dabei die für den Filtrationsvorgang vorteilhaften feinen, streng aeroben Mikroorganismen (z. B. Bakteriengattungen Nitrosomonas und Nitrobacter) zu zerstören.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rückspülverfahren derart gestaltet wird, daß einerseits während der Wasserrückspülung dem Rückspülwasser kontinuierlich Wasserstoffperoxid (H O) zugegeben wird oder ein neuer Verfahrensschritt eingeführt wird, der darin besteht, das Bett mit dem mit Wasserstoffperoxid (H0O ) versehenen Rückspülwasser aufzufüllen und während einer bestimmten Zeit dieses so speziell vorbereitete Rückspülwasser im Bett wirken zu lassen. Sowohl der H0O -Anteil
Ct Ct
in dem Rückspülwasser wie auch die Verweilzeit im Bett müssen
709836/0335
-.ν
in Abhängigkeit der von Filter zu Filter verschiedenen speziellen Probleme experimentell bestimmt werden. Die Zugabe des mit H0O0
Δ Δ
versehenen Rückspülwassers führt zu einem oxidativen Prozeß, der die Bindung der Schmutzballen und der anaeroben Sandkornummantelungen angreift und auflockert.
Will man eine evtl. erwünschte mikrobielle Population nicht abtöten, so darf die H0O -Konzentration im Rückspülwasser 3 Gewichtsprozent
ύ Δ
nicht überschreiten, da sonst das Rückspülwasser desinfizierend wirkt. (Wallhäußer, K. H., Schmidt, H., "Sterilisation, Desinfektion, Konservierung, Chemotherapie", S. 141, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1967).
Eine weiter vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß sich durch die Zersetzung des im Rückspülwasser enthaltenen Wasserstoffperoxides (H O) zu Wasser und Sauerstoff im Filter feine, das gesamte Porengefüge durchsetzende Sauerstoffbläschen bilden, die eine Hilfe für die Bettauflockerung darstellen und somit zu einer leichteren Reinigung des Filterbettes in einem anschließenden Wasserrückspülprozeß führen.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des Verfahrens ist darin zu sehen, daß, wenn der Filter vor Inbetriebnahme, als letzter Schritt des Rückspülverfahrens, mit dem mit H0O versehenen Rückspülwasser ge-
/ Δ
füllt wird, sich durch die O -Bläschenbildung, die eine Folge der
katalytischen Zersetzung des H0O0 ist, im Bett ein Sauerstoffvorrat
Δ' Δ
erzielen läßt. Dies führt nicht nur dazu, daß für eine bestimmte Filterlaufzeit der Sauerstoffbedarf des Filters durch diesen gasförmigen im Porenvolumen des Bettes verbleibenden Sauerstoffvorrat gedeckt wird, sondern auch dazu, daß in der Filteranlaufzeit mit einem Trockenfiltereffekt gerechnet werden kann. Dieser Trockenfilter effekt trägt vor allem in der Abwasserfiltration dazu bei die zurückzuhaltenden suspendierten Stoffe tief in das Filterbett eindringen zu lassen und so zu Filterlaufbeginn einen Raumfiltereffekt zu erzielen, der zu einer besseren Ausnutzung des Sandbettes führt.
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Ein weiterer durch die Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß, wenn der von uns vorgeschlagene Verfahrensschritt vor einer Wasserrückspülung erfolgt, auch bei niederen Rückspülgeschwindigkeiten ein hinreichender Austrag der suspendierten Stoffe aus dem Bett erfolgt, da die Bläschen sich zum Teil an die Suspensateilchen anlagern und so zu einem Flotationseffekt führen.
Wie Versuche gezeigt haben, bestehen die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile darin, daß die mit der Rückspülung von Filtern am körnigen Material zusammenhängenden und zuvor beschriebenen technischen Probleme, insbesondere Probleme von Sandfiltern, Aktivkohleadsorbern und Ionenaustauschern, die in der Wasseraufbereitungstechnik und Abwasserreinigung eingesetzt werden, einer Lösung durch den Einsatz von H0O0 beim Rückspülvorgang zugeführt werden.
Ci Ll
Durch das im Rückspülwasser enthaltene Wasserstoffperoxid können die Schmutzballen aufgelockert werden. Dies geschieht einerseits durch die in die Schmutzballen diffundierende H O -Lösung mit ihrer
U Lt
Oxidationswirkung und zum anderen durch die parallel verlaufende katalytische Zersetzung des HO im Schmutzballen und der damit verbundenen O -Bläschenbildung, die zu einer Auflockerung führt.
Lt
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß durch die H0O -Zugabe dem Wasser keine schädlichen Stoffe zugeführt werden
noch durch chemische Reaktionen gebildet werden.
7 09 6-3 6 τΜ) 3-3-6--
ORIQiNAL INSPECTED

Claims (8)

  1. 260B899
    Patentansprüche "
    j 1. ■ Verfahren zur Verbesserung der Rückspülung bei Filtern aus — körnigen Materialien (Sandfilter, Aktivkohleadsorber, Ionenaustauscher)
    dadurch gekennzeichnet, daß dem für die Rückspülung verwendetem Wasser Wasserstoffperoxid (H0O ) hinzugegeben wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbett mit einem HO enthaltenden Wasser gefüllt wird und eine gewisse Zeit im Filter wirkt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß durch dieses Rückspülverfahren eine selektive Desinfektionswirkung auf nicht katalaseproduzierende Mikroorganismen, vorwiegend obligat und fakultative Anaerobier, erreicht wird, die an der Schmutzballenbildung mitbeteiligt sind.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und dadurch gekennzeichnet, daß durch die im Filter vorhandenen, katalaseproduzierenden Mikroorganismen eine katalytische Disproportionierung des Wasserstoffperoxides stattfindet, die zur Bildung von reinen O -Gasbläschen führt, die sowohl das Sandbett und die Schmutz-
    ballen auflockert.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und dadurch gekennzeichnet, daß eine oxidative Wirkung des Wasserstoffperoxides zur Zerstörung der Schmutzballen und des die Sandkörner umhüllenden
    709836/0335 ORIGINAL INSPECTED
    anaeroben biologischen Rasens führt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet,
    daß durch die im Filterbett sich bildenden feinen O -Bläschen ein Sauerstoffvorrat gebildet wird, der im nachfolgenden Filtrationsprozeß aerobe biologische Vorgänge ermöglicht.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 6 dadurch gekennzeichnet,
    daß durch die O -Gasfüllung der Filterporen beim Rückspülen
    ti
    im nachfolgenden Filtrationsprozeß ein Trockenfilter effekt erzielt wird, der zu einer Raumfiltration und damit zu einer besseren Ausnutzung des gesamten Filterbettes führt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4
    dadurch gekennzeichnet,
    daß aus dem Filterbett entweichende feine O -Gasbläschen zu einem Flotationseffekt führen, so daß auch bei niederen Wasserrückspülgeschwindigkeiten die aus dem Sandfilter gespülten gröberen suspendierten Stoffe aus dem Filter ausgetragen werden.
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