DE2608899B2 - Verfahren zur Verbesserung des Rückspülvorganges bei Filtern aus körnigen Materialien durch den Einsatz von Wasserstoffperoxid (H2 O2 ) - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung des Rückspülvorganges bei Filtern aus körnigen Materialien durch den Einsatz von Wasserstoffperoxid (H2 O2 )

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Rückspülung bei Filtern aus körnigen Materialien.
Es handelt sich dabei beispielsweise um Sandfilter, Aktivkohleadsorber, Ionenaustauscher, usw. Derartige Filter werden vorzugsweise in der Trinkwasseraufbereitung und Abwasserbehandlung eingesetzt wobei die Rückspülung mit Luft mit Luft und Wasser, oder allein mit Wasser erfolgt wobei ggf. weitere mechanische Einrichtungen zur Auflockerung des eingesetzten Sandes vorgesehen sind [vgl. (1) International Water Supply Association, Brighton Congress 1974, General Report No.2 by W. J. F. Ray, Recent Advances in Methods of Filtration; (2) Manuals of British Practice in Water Pollution Control »Unit Processes, Tertiary Treatment and Advanced Waste Water Treatment«, The Institute of Water Pollution Control, Maidstone (Kent Great Britain), 1974, Abschnitt 2.4.2 »Rapid downward-flow sand filters«, und 2.4.3 »Upward-flow sand filters«; sowie (3) U. S. Environmental Protection Agency, Technology Transfer July 1974, Wastewater Filtration, Design Considerations, S. 23 ff).
Bei der Trinkwassergewinnung aus Oberflächenwässern und in der weitergehenden Reinigung von Abwässern mit Hilfe derartiger Filter kommt es häufig
ts zu einer Art Algen-Suspensa-Verschleimung bzw. Belebtschlamm-Suspensa-Verschleimung. Dabei tritt insbesondere der Effekt der Schmutzballenbildung auf. Dabei ballen sich die Sandkörner zu harten Konglomeraten zusammen, die aus Sand, Suspensa und biologisehen Schleimen bestehen und Durchmesser von mehreren Zentimetern erreichen können. Durch den normalen Rückspülvorgang können diese Schmutzballen meist nicht mehr zerstört werden.
Ein weiterer Nachteil ist die Veränderung der Sandbettstruktur bei der Abwasserfiltration, die darin zu sehen ist daß die Sandkörner als Kondensationskerne für umhüllendes biologisches Wachstum dienen können und dabei z. B. von einem ursprünglichen Durchmesser von 1 mm auf einen Durchmesser bis zu 5mm anwachsen (siehe Lewin, V. H. »Tertiary Treatment of Sewage in Effluents as practised in Great Britain«; Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft, Bd. 54, R. Oidenbourg Verlag, München, 1976).
Die Schmutzballenbildung und/oder ein starkes sandkornumhüllendes biologisches Wachstum führen zu Druckverlusten im Filter und damit zu kürzeren Filterlaufzeiten, ferner zu einer Verschlechterung der Filtratqualität und zu der Gefahr von Suspensadurchbrüchen und Kurzschlußströmungen.
Die Bekämpfung dieser Störungen war bisher nur durch extrem hohe Rückspülgeschwindigkeiten möglich. Bei schon bestehenden Anlagen war dies meist technisch nicht mehr realisierbar, bei neu zu planenden Anlagen macht dies Rückspülwasser-Speicherbecken erforderlich. Eine Wasser-Luft-Rückspülung führt andererseits zu hohen Sandverlusten und bringt nicht mit Sicherheit die gewünschte Reinigung.
Man hat auch seither versucht, diesen Nachteilen dadurch zu begegnen, daß man im Rückspülwasser
so durch hohe Konzentrationen von Chlor und eine ausreichende Verweilzeit eine Abtötung der Mikroorganismen und durch oxidative Wirkung eine Zerstörung der Schlammballenbildung zu erreichen versucht hat Bei Anwendung von Chlor tritt aber die Gefahr der Bildung karzinogener und biologisch schwer abbaubarer organischer Chlorverbindungen auf (P i e c u c h, P. J., »The Chlorination Controversy«, Journ. Water Pollut Control Fed, 46, S.2637 [1974] und Ward, P. S, »Carcionogens Complicate Chlorine Question«, journ.
Water Pollut, Control Fed, 46, S. 2638-2640 (1974)).
Man will jedoch gerade eine auch im Sandfilter erwünschte Mikroorganismen-Population erhalten und nicht zerstören.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Rückspülung bislang bestehenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Zerstörung der Schmutzballen und der störenden Ummantelung von Sandkörnern zu beheben, ohne dabei die für den Filtrationsvorgang vorteilhaften
feinen, streng aeroben Mikroorganismen (ζ. Β. Bakteriengattungen Nitrosomonas und Nitrobacter) zu zerstörer.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem für die Rückspülung verwendeten Wasser Wasserstoffperoxid (H2O2) zugegeben wird,
Vorteilhafterweise wird dazu das Filterbett mit einem H2O2 enthaltenden Wasser gefüllt und wirkt eine gewisse Zeit im Filter.
Die Zugabe des mit H2O2 versehenen Rückspülwassers führt zu einem oxidativen Prozeß, der die Bindung der Schmutzballen und der anaeroben Sandlcornummamellungen angreift und auflockert Der Anteil des H2O2 im Rückspülwasser und die Verweilzeit im Filterbett müssen dabei experimentell bestimmt werden. Um die erwünschte mikrobielle Population nicht abzutöten, darf dabei die Η^Σ-Konzentration im Rückspülwasser 3 Gewichtsprozent nicht überschreiten. Sonst wirkt das Rückspülwasser desinfizierend (WaIlhäußer, K. H, Schmidt, H, »Sterilisation, Desinfektion, Konservierung, Chemotheraphie«, S. 141, Georg Thieme Verlag, Stuttgart [1967]). Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich durch die Zersetzung des im Rückspülwasser enthaltenen Wasserstoffperoxids (H2O2) zu Wasser und Sauerstoff im Filter feine, das gesamte Porengefüge durchsetzende Sauerstoffbläschen bilden, die eine Hilfe für die Bettauflockerung darstellen und somit zu einer leichterem Reinigung des Filterbettes in einem anschließenden Wasserriickspülprozeß führen.
Ferner ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens darin zu sehen, daß, wenn der Filter vor Inbetriebnahme, als letzter Schritt des Rückspülverfahrens, mit dem mit H2O2 versehenen Rückspülwasser gefüllt wird, sich durch die O2-Bläschenbildung, die eine Folge der katalytischen Zersetzung des H2O2 ist, im Bett ein Satuerstoffvorrat erzielen läßt Dies führt nicht nur dazu, daß für eine bestimmte Filterlaufzeit der Sauerstoffbedarf des Filters durch diesen gasförmigen, im Porenvo lumen des Bettes verbleibenden Sauerstoffvorrai gedeckt wird, sondern auch dazu, daß in der Füteranlaufzeit mit einem Trockenfiltereffekt gerechnet werden kann. Dieser Trockenfiltereffekt trägt vor allem in der Abwasserfiltration dazu bei, zurückzuhaltende suspendierte Stoffe tief in das Filterbett eindringen zu lassen und so zu Filterlaufbeginn einen Raumfiltereffekt zu erzielen, der zu einer besseren Ausnutzung des Sandbettes fühirt
Ein weiterer durch die Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß, wenn der von uns vorgeschlagene Verf ahrensschriitt 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 Abwasserreini gung eingesetzt werden, einer Lösung durch den Einsatz von H2O2 beim Rückspülvorgang zugeführt werden.
Durch das im Rückspülwasser enthaltene Wasserstoffperoxid können die Schmutzballen aufgelockert werden. Res geschieht einerseits durch die in die Schmuczballen diffundierende H2O2-Lösung mit ihrer Oxidationswirkung und zum anderen durch die parallel verlaufende katalytische Zersetzung des H2O2 im Schmutzballen und der damit verbundenen O2-Bläschenbildung, die zu einer Auflockerung führt Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß durch die H2OrZugabe dem Wasser keine schädlichen Stoffe zugeführt werden, noch durch chemische Reaktionen gebildet werden.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Verbesserung der Rückspülung bei Filtern aus körnigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß dem für die Rückspülung verwendetem Wasse·: Wasserstoffperoxid (H2O2) hinzugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Filterbett mit einem H2O2 enthaltenden Wasser gefüllt wird und eine gewisse Zeit im Filter wirkt
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 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. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch die im Filter vorhandenen, katalaseproduzierenden Mikroorganismen eine katalytische Disproportionierung des Wasserstoffperoxides stattfindet, die zur Bildung von reinen O2-Gasbläschen führt, die sowohl das Sandbett und die Schmutzballen auflockert
5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 und 4 dadurch gekennzeichnet daß eine oxidative Wirkung des Wasserstoffperoxides zur Zerstörung der Schmutzballen und des die Sandkörner umhüllenden anaeroben biologischen Rasens führt
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet daß durch die im Filterbett sich bildenden feinen O2-Bläschen ein Sauerstoffvorrat gebildet wird, der im nachfolgenden Filtrationsprozeß aerobe biologische Vorgänge ermöglicht
7. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4 und 6 dadurch gekennzeichnet daß durch die O2-Gasfüllung der Filterporen beim Rückspulen im nachfolgenden Filtrationsprozeß ein Trockenfiltereffekt erzielt wird, der zu einer Raumfiltration und damit zu einer besseren Ausnutzung des gesamten Filterbettes führt
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 dadurch gekennzeichnet daß aus dem Filterbett entweichende feine O2-Gasbläschen zu einem Flotationseffekt führen, so daß auch bei niederen Wasserrückspülgeschwindigkeiten die aus dem Sandfilter gespülten gröberen suspendierten Stoffe aus dem Filter ausgetragen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die H2O2-Konzentration im Rückspülwasser nicht größer als 3 Gewichtsprozent ist.
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