DE2812819A1

DE2812819A1 - Verfahren zur filtration von suspensionen und verwendung dieses verfahrens zur trinkwasseraufbereitung, zur abwasserreinigung und zur filtration nichtwaessriger suspensionen

Info

Publication number: DE2812819A1
Application number: DE19782812819
Authority: DE
Inventors: Luciano Dipl Chem Ing Pelloni
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1979-10-04
Also published as: FR2422428B1; CH632935A5; GB2015891A; FR2422428A1; GB2015891B

Description

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Verfahren zur Filtration von Suspensionen und Verwendung dieses Verfahrens zur Trinkwasseraufbereitung, zur Abwasserreinigung und zur Filtration nichtwässriger Suspensionen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filtration von Suspensionen unter Verwendung von Raumfiltern, die in bestimmten Zeitabständen einem Rückspülprozess unterzogen werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Ver-Wendung derartiger Verfahren bei der Trinkwasseraufbereitung, der Abwasserreinigung und der Filtration von nichtwässrigen Suspensionen, wie sie beispielsweise in der Petrochemie anfallen.

Die Filtration von Suspensionen mit Hilfe von Raumfiltern, die zeitweise einem Rückspülungsprozess ausgesetzt werden, ist beispielsweise aus dem Aufsatz von J.L. Cleasby u.a.: Backwashing of Granular Filters (Journal AWWA S. 115-126 (Febr. 1977)) bekannt. Bei dieser bekannten Filtrationstechnik werden die Suspensionspartikel in den Zwischenräumen einer Schicht aus körnigem Material angelagert und zurückgehalten. Wird ein bestimmter Druckabfall über dem Filter erreicht, so wird mit Hilfe des Rückspülprozesses das eingefangene Suspensionsmaterial aus dem Filter entfernt. In der Regel werden heute solche Rückspül vor fcänce automatisch gesteuert. Es handelt sich hierbei um mehrere Reinigungsphasen mit Wasser und/oder mit Luft, wobei die Filterkörner durchwirbelt werden, so dass die am Filterkorn haftenden Feststoffpartikel abgeschwemmt werden.

Bei der praktischen Verwendung dieser Verfahren, etwa bei der Abwasserreinigung, hat sich gezeigt, dass sich beispielsweise aufgrund der unterschiedlichen Grosse der Suspensionspartikel eine teilweise Verstopfung der oberflächen-

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seitigen Poren des Filters eintreten kann, die bewirkt, dass sich auf der gesamten Oberfläche relativ schnell eine Schicht von Suspensionspartikel ablagert. Ein derartiges Filter wirkt dann nicht mehr als Raum- sondern als Oberflächenfilter. Die Filterkapazität wird dabei erheblich vermindert, so dass frühzeitig mit dem Rückspülprozess begonnen werden muss. Dadurch wird ein hoher Spülwasserverbrauch erforderlich, und zwar nicht nur weil der Filter relativ häufig gespült werden muss, sondern vor allem deshalb,'weil die Zerstörung der meist kuchenförmigen Suspensionspartikel-Schicht hohe Strömungsgeschwindigkeiten erfordert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem gegenüber bekannten Verfahren eine grössere Kapazität bei den Raumfiltern erreicht und ein geringerer Spülwasserverbrauch benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass immer dann ein Rückspülprozess eingeleitet wird, wenn sich auf der Oberfläche des Raumfilters eine Schicht von Suspensionspart ike3nzu bilden beginnt.

Die Bildung dieser Schicht kann entweder durch eine kontinuierliche Druckabfallmessung über diesefSchicht oder durch Messung des Druckprofils der Filterschicht in diskreten Zeitabständen bestimmt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden, anhand von Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen.

Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Abwasserreinigung,

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bei welcher das erfindungsgemässe Verfahren verwendet wird j

Fig. 2 schematisch den zeitlichen Verlauf des tatsächlichen Druckverlustes über dem Raumfilter (Kurve I) sowie den zeitlichen Verlauf des Druckverlustes eines idealen Raumfilters ohne Oberflächenbelegung (Kurve II).

Fig. 3 schematisch die Anordnung von Druckmessfühlern bei Messungen des Druckprofils der Filterschicht in diskreten Zeitabständen, und

Fig. 4 die Druckprofile einer Filterschicht nach Fig. 3 bei'Filtrationsbeginn (Kurve I), Normalbelegung (Kurve II) und Schwebestoffschub (Kurve III).

Ziel der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage zur Abwasserreinigung ist die Beseitigung von Phosphor und Schwebstoffen aus dem Abfluss einer Kläranlage. Hierbei wird die in Fig. 1 dargestellte Flockungsfiltrationsstufe verwendet. Die Flockung wird durch Zugabe von Eisen-(III)-Chlorid erzeugt, wobei gleichzeitig gelöst vorhandenes Phosphat ausfällt. Die Zugabe des Flockungsmittels erfolgt proportional zur Phosphormenge.

Mit Z. ist in Fig. 1 der Abwasserzulauf der Flockungsfiltrationsstufe bezeichnet. Mit Hilfe der beiden Messfühler 1 und 2 werden die Phosphorkonzentration J_pJ und der Wasserdurchsatz m kontinuierlich gemessen und mit Hilfe des Prozessrechners 3 der Mengenstrom berechnet. Ein dem Wert dieses Mengenstromes entsprechendes Signal steuert dann mit Hilfe einer Flockungsmitteldosierpumpe 4 das über den Zulauf Z₁₃₁ dem Klärwasser zugesetzte Flockungsmittel. Mit 5 ist dabei die Mischstrecke bezeichnet, in der eine Vermischung von

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Flockungsmittel und Klärwasser erfolgt. Die durch Fällung erzeugte Suspension strömt anschliessend durch ein oder mehrere parallelgeschaltete Filter 6 und gelangt dann in die Auslaufleitung A. Jedes der Filter 6 ist mit einem Differenzdruck-Messfühler 7 versehen. Die Signale dieser Messfühler (Istwert) können vom Prozessrechner 3 abgefragt und mit einem Sollwert verglichen werden (vgl. auch Fig. 2). Uebersteigt der Istwert, d.h. der tatsächliche Druckabfall Δρ+. (Kurve I in Fig. 2) den Sollwert A¹P- (Kurve II) um ei-

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nen vorgegebenen Toleranzbetrag (Kurve III), so wird ein Steuersignal ausgelöst, welches ein "Ventil 8 (Fig. 1) schliesst und damit den Filtrationsvorgang stoppt. Liegt die Soll-ZIst-Abweichung innerhalb der Toleranzgrenze, so wird der Filtrationsvorgang fortgesetzt. Als Abbruchkriterium gilt dann das Erreichen eines vorgegebenen maximalen Druckabfalls und/oder einer vorgegebenen Filtrationszeit.

Aus den Messgrössen für 4p, , /?J und m lassen sich zu jedem Zeitpunkt der "Beladungs zustand des Filters errechnen. Die Beladung zum Zeitpunkt des Filtrationsabbruchs definiert dann das entsprechende Spülprogramm. Die Spülparameter werden dem im Prozessrechner 3 abgespeicherten Grundprogramm für den Steuerablauf der Rückspülung übermittelt und die Spülphase wird durch Ansteuerung entsprechender Ventile 8, 8^f, 8" durchgeführt. Mit Z_T ist in Fig. 1 der Zulauf für

L·

die Luftspülung, mit Z_c der Zulauf für das Spülwasser bezeichnet.

Sind mehrere Filter parallelgeschaltet, so kann der Rechner 3 derart programmiert werden, dass jedes einzelne Filter separat kontrolliert wird. Aufgrund des berechenbaren SoIlwertverlaufs (Ap-(t)) kann für jedes Filter der Zeitpunkt der Rückspülung prognostiziert werden

Müssen gleichzeitig zwei oder mehrere Filter rückgespült

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werden, so entscheidet der Rechner aufgrund der ermittelten Belegungszustände über die Zeitpunkte und Reihenfolge der zu spülenden Filter. Da jeweils nur 1 Filter rückgespült wird₃ kann das notwendige Spülwasserreservoir erheblich verkleinert werden.

Die Ermittlung des Sollwerfeverlaufs für den Druckabfall Ap^ (t) (Kurve II in Fig. 2) erfolgt mit Hilfe der folgenden experimentell bestätigten Gleichung:

= Δρ(0) (1 -

K t)

(D

wobei: Ap(O)

K t

Druckabfall über dem unbelegten

Filter (cm HpO)

molares Konzentrationsverhalten von

fr»]/BJ

Beladungskonstante (Zeit Zeit

-1.

^{} mit}

Kc = Konstante des Konzentrationstherms (mg/1) Grenzwert für den Einfluss der Schwebestoffe te 6 (mg/1)

l_Fer^J ₃ JJ¹J = Eisen- bzw. Phosphorkonzentration (mg/1) j_psj - Schwebestoffkonzentration

bedeuten.

Die Gleichung (1) konnte mit gutem Erfolg für Phosphorkonzentrationen^lO mg/1 und Schwebestoffkonzentrationen^"20 mg/1 verwendet werden₃ d.h. bis zu diesen Werten trat keine Suspensionspartikel-Schicht auf der Filteroberfläche auf. Die Konstante K ist vom Filtermedium und der Oberflächenbelastung sowie von der Art der Eisendosierung abhängig. Der Vertrauensbereich für dieses Modell liegt bei - 10 % des relativen Druckabfalls Δ ρ/ Ap(O) für 95 % Signifikanz.

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Die Vorteile des neuen Verfahrens ergeben sich deutlich aus den im folgenden näher beschriebenen und praktisch durchgeführten Versuchsabläufen: An einen Auslauf einer mechanisch/ chemisch/biologischen Abwasserreinigungsanlage wurde die in Fig. 1 dargestellte Flockungsfiltrationsstufe angeschlossen.

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Die Filtrationsgeschwindigkeit betrug 10 m /m . h, der Durchsatz 1,5 vci /h. Der Schwebestoffgehalt am Filterzulauf (nach Flockungsmittelzugabe) betrug 30 mg/1. Davon wurden 95 % vom Filter eliminiert. Während 20 bis 30 % der Betriebszeit war mit Konzentrationen bis zu 100 mg/1 zu rechnen (SchwebestoffSchübe).

Während einer 1. Versuchsphase von 8 Monaten wurde die Anlage nach konventioneller Art betrieben, d.h.· die Rückspülung erfolgte bei Erreichen eines vorgegebenen Druckabfalls über dem Filter (im vorliegenden Fall beiAp = 1,8 m Η_?0). Die Rückspülung wurde nach einem festen Programm durchgeführt, bestehend aus einer

a) Luft/Wasserphase

b) Luftphase

c) Zwischenleerung

d) Luft/Wasserphase

e) Wasserphase

Beim Betrieb führten die Schwebestoffschübe zu einer Kuchenbzw. Knollenbildung auf der Oberfläche des Filters. Ein Teil der Knollen konnte nicht mehr zerstört werden. Während 4 Wochen sank die Beladungskapazität des Filters auf 60 % des Anfangswertes (100 Bettvolumina pro Filtrationsphase). Der Spülwasserbedarf betrug 3,5 bis 4 % der durchgesetzten Wassermenge.

In einer zweiten Versuchsphase wurde der Filter nach dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben. Während der gesamten Versuchsphase blieb die Beladungskapazität des Filters un-

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verändert bei ca. 100 Bettvolumina pro Filtrationsphase. Der Spülwasserbedarf betrug I₃5 bis 2 % der durchgesetzten Wassermenge.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgte die Messung der Suspensionspartikel-Schicht mit Hilfe von Druckprofilmessungen. Die Vorrichtung entsprach im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1. Wie Fig. 3 zeigt, wurden jetzt aber in den Filtern S₃ 6' (Fig. 1) über der jeweiligen Filterschicht 9 (Fig. 3) nicht ein einziger Druckmessfühler verwendet ₃ sondern es wurden an verschiedenen Stellen der Filterschicht einzelne Druckmessfühler P, bis Pg angeordnet. Die Verteilung dieser Druckmessfühler ist schematisch aus Fig. 3 ersichtlich. Die Messung des jeweiligen Druckprofils erfolgte in Abständen von 30 Minuten.

Fig. 4 zeigt die gemessenen Druckprofile an einer derartigen Filterschicht 9 (Fig. 3) bei Filtrationsbeginn (Kurve I)₃ bei Normalbelegung (Kurve II) und bei Schwebestoffschub (Kurve III). Dabei ist die jeweilige Filterschichthöhe L als Funktion des Druckabfalls Δ ρ aufgetragen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind insbesondere: die Filtration bei der Frischwasseraufbereitung j bei der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung sowie die Filtration von nichtwässrigen Sus-Pensionen, z.B. in der chemischen Industrie insbesondere der Petrochemie.

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Claims

BBC Aktiengesellschaft 27/78 Brown, Boveri & Cie. Baden (Schweiz) . P/Ca 2312819 Pat ent ans p. rüche

1. !Verfahren zur Filtration' von Suspensionen unter Verwen- \^/ dung von Raumfiltern, die in bestimmten Zeitabständen einem Rückspülprozess unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass immer dann ein Rückspülprozess eingeleitet wird, wenn sich auf der Oberfläche des Raumfilters eine Schicht von Suspensionspartikeln zu bilden beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Suspensionspartikel-Schicht durch den Druckabfall bestimmt wird, den diese Schicht erzeugt.

3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabfallbestimmung derart vorgenommen wird, dass der tatsächliche Druckabfall, Ap. , über dem gesamten Filter kontinuierlich gemessen wird und dass dieser Wert verglichen wird mit dem idealen Druckabfall, AP;> der sich ohne die an der Oberfläche des Raumfilters gebildete Suspensionspartikel-Schicht einstellen würde.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Suspensionspartikel-Schicht durch Messung des Druckprofils der Filterschicht in diskreten Zeitabständen bestimmt wird.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 bei der Flockungsfiltration von Trinkwasser und Abwässern sowie bei Filtration von nichtwässrigen Suspensionen, wie sie vor allem in der chemischen Industrie, insbesondere der Petrochemie anfallen.

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