DE2812819A1 - PROCESS FOR FILTRATION OF SUSPENSIONS AND USE OF THIS PROCESS FOR DRINKING WATER PURIFICATION, WASTE WATER PURIFICATION AND FILTRATION OF NON-Aqueous SUSPENSIONS - Google Patents
PROCESS FOR FILTRATION OF SUSPENSIONS AND USE OF THIS PROCESS FOR DRINKING WATER PURIFICATION, WASTE WATER PURIFICATION AND FILTRATION OF NON-Aqueous SUSPENSIONSInfo
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Description
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Verfahren zur Filtration von Suspensionen und Verwendung dieses Verfahrens zur Trinkwasseraufbereitung, zur Abwasserreinigung und zur Filtration nichtwässriger SuspensionenMethod of filtration of suspensions and use this process for drinking water treatment, for wastewater purification and for the filtration of non-aqueous suspensions
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.The present invention relates to a method for the filtration of suspensions using space filters, which are subjected to a backwash process at certain time intervals. The invention also relates to the use such processes in drinking water treatment, wastewater purification and the filtration of non-aqueous suspensions, such as those used in petrochemicals, for example attack.
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.The filtration of suspensions with the help of room filters that are temporarily exposed to a backwash process, is for example from the article by J.L. Cleasby et al .: Backwashing of Granular Filters (Journal AWWA p. 115-126 (Febr. 1977)) known. In this known filtration technique, the suspension particles are in the interstices deposited and retained in a layer of granular material. Will a certain pressure drop over the When the filter is reached, the trapped suspension material is removed from the filter with the help of the backwashing process. As a rule, such backwashes are used today automatically controlled. This involves several cleaning phases with water and / or with air, whereby the Filter grains are swirled through so that the solid particles adhering to the filter grain are washed away.
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-In the practical use of these methods, for example in wastewater treatment, it has been shown that, for example due to the different sizes of the suspension particles a partial clogging of the surface
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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.lateral pores of the filter can occur, which causes a layer to form relatively quickly on the entire surface deposited by suspension particles. Such a filter then no longer acts as a spatial filter but as a surface filter. the The filter capacity is significantly reduced so that the backwashing process has to be started early. Through this a high consumption of flushing water is required, and not only because the filter has to be flushed relatively often, but mainly because the destruction of the mostly cake-shaped suspension particle layer is high flow velocities requires.
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.It is the object of the present invention to provide a method of the type mentioned at the outset in which the method is known Process a greater capacity is achieved in the room filters and a lower flushing water consumption is required.
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.According to the invention, this object is achieved in that A backwash process is always initiated when a layer of suspension is on the surface of the room filter ike3n begins to form.
Die Bildung dieser Schicht kann entweder durch eine kontinuierliche Druckabfallmessung über diesefSchicht oder durch Messung des Druckprofils der Filterschicht in diskreten Zeitabständen bestimmt werden.The formation of this layer can either be continuous Pressure drop measurement across this layer or by measuring the pressure profile of the filter layer in discrete Time intervals are determined.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden, anhand von Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen. Further advantages of the invention result from the following, Exemplary embodiments explained with reference to drawings.
Dabei zeigt:It shows:
Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Abwasserreinigung,Fig. 1 schematically shows a system for wastewater treatment,
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bei welcher das erfindungsgemässe Verfahren verwendet wird jin which the method according to the invention is used will 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. 2 schematically shows the time course of the actual Pressure drop across the room filter (curve I) and the pressure drop over time of an ideal spatial filter without surface coverage (curve II).
Fig. 3 schematisch die Anordnung von Druckmessfühlern bei Messungen des Druckprofils der Filterschicht in diskreten Zeitabständen, und3 schematically shows the arrangement of pressure measuring sensors for measurements of the pressure profile of the filter layer at discrete time intervals, and
Fig. 4 die Druckprofile einer Filterschicht nach Fig. 3 bei'Filtrationsbeginn (Kurve I), Normalbelegung (Kurve II) und Schwebestoffschub (Kurve III).4 shows the pressure profiles of a filter layer according to FIG. 3 at the beginning of filtration (curve I), normal occupancy (Curve II) and suspended matter thrust (curve 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.The aim of the plant for wastewater purification shown schematically in FIG. 1 is the removal of phosphorus and suspended matter from the runoff of a sewage treatment plant. Here the The flocculation filtration stage shown in Fig. 1 is used. The flocculation is generated by adding iron (III) chloride, at the same time dissolved phosphate precipitates. The flocculant is added proportionally the amount of phosphorus.
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 vonWith Z. in Fig. 1, the wastewater inlet of the flocculation filtration stage is designated. With the help of the two measuring sensors 1 and 2, the phosphorus concentration J_pJ and the water throughput m are continuously measured and the mass flow is calculated with the help of the process computer 3. A signal corresponding to the value of this mass flow then controls, with the aid of a flocculant metering pump 4, the flocculant added to the sewage water via inlet Z 131. The mixing section is denoted by 5, in which a mixing of
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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-Flocculant and sewage water takes place. The suspension generated by precipitation then flows through one or more filters 6 connected in parallel and then reaches the outlet line A. Each of the filters 6 is provided with a differential pressure sensor 7. The signals from these measuring sensors (actual value) can be queried by the process computer 3 and compared with a setpoint value (see also FIG. 2). Exceeds the actual value, ie the actual pressure drop Δρ +. (Curve I in Fig. 2) the setpoint A 1 P- (curve II) by one
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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.NEN specified tolerance amount (curve III), then a Control signal triggered, which a "valve 8 (Fig. 1) closes and thus stops the filtration process. Lies the target / actual deviation within the tolerance limit, see above the filtration process is continued. The termination criterion is then the achievement of a specified maximum Pressure drop and / or a predetermined filtration time.
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, 8f, 8" durchgeführt. Mit ZT ist in Fig. 1 der Zulauf fürFrom the measured values for 4p,, /? J and m, the "loading state of the filter can be calculated at any point in time. The loading at the time the filtration is interrupted then defines the corresponding rinsing program. The rinsing parameters are assigned to the basic program stored in process computer 3 for the control sequence of Backwashing is transmitted and the rinsing phase is carried out by activating corresponding valves 8, 8 f , 8 ″. With Z T in Fig. 1 is the inflow for
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die Luftspülung, mit Zc der Zulauf für das Spülwasser bezeichnet. the air flushing, with Z c denotes the inlet for the flushing water.
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 werdenIf several filters are connected in parallel, the computer 3 can be programmed in such a way that each individual filter is controlled separately. Due to the calculable target value curve (Ap- (t)) the time of the backwashing can be predicted for each filter
Müssen gleichzeitig zwei oder mehrere Filter rückgespültNeed to backwash two or more filters at the same time
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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.the computer decides on the times and order of the filters to be flushed on the basis of the occupancy states determined. Since only one filter is backwashed 3 the necessary Spülwasserreservoir can be considerably reduced.
Die Ermittlung des Sollwerfeverlaufs für den Druckabfall Ap^ (t) (Kurve II in Fig. 2) erfolgt mit Hilfe der folgenden experimentell bestätigten Gleichung:The setpoint course for the pressure drop Ap ^ (t) (curve II in Fig. 2) is determined with the aid of the following experimentally confirmed equation:
= Δρ(0) (1 -= Δρ (0) (1 -
K t)K t)
(D(D
wobei: Ap(O)where: Ap (O)
K tK t
Druckabfall über dem unbelegtenPressure drop across the blank
Filter (cm HpO)Filter (cm HpO)
molares Konzentrationsverhalten vonmolar concentration behavior of
fr»]/BJfr »] / BJ
Beladungskonstante (Zeit ZeitLoading constant (time time
-1.-1.
} mit} with
Kc = Konstante des Konzentrationstherms (mg/1) Grenzwert für den Einfluss der Schwebestoffe te 6 (mg/1)Kc = constant of the concentration thermometer (mg / 1) limit value for the influence of suspended solids te 6 (mg / 1)
l_Fer^J 3 JJ1J = Eisen- bzw. Phosphorkonzentration (mg/1) j_psj - Schwebestoffkonzentration l_Fer ^ J 3 JJ 1 J = iron or phosphorus concentration (mg / 1) j_psj - suspended matter concentration
bedeuten.mean.
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.Equation (1) could be used with good success for phosphorus concentrations ^ 10 mg / 1 and suspended matter concentrations ^ "20 mg / 1 3 ie up to these values there was no suspension particle layer on the filter surface. The constant K depends on the filter medium and the Surface load as well as the type of iron dosage depends on The confidence interval for this model is -10 % of the relative pressure drop Δ ρ / Ap (O) for 95 % significance.
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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.The advantages of the new process emerge clearly from those described in more detail below and carried out in practice Test procedures: The in Fig. 1 shown flocculation filtration stage connected.
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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). The filtration speed was 10 m / m. h, the throughput 1.5 vci / h. The suspended matter content at the filter inlet (after addition of flocculant) was 30 mg / l. 95 % of this was eliminated by the filter. During 20 to 30 % of the operating time, concentrations of up to 100 mg / 1 were to be expected (suspended matter spikes).
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 einerDuring the first experimental phase of 8 months was operated the plant after conventional type, ie · backwashing was carried out when a predetermined pressure drop across the filter (in this case beiAp = 1.8 m Η? 0). The backwashing was carried out according to a fixed program, consisting of one
a) Luft/Wasserphasea) air / water phase
b) Luftphaseb) aerial phase
c) Zwischenleerungc) intermediate emptying
d) Luft/Wasserphased) air / water phase
e) Wasserphasee) water phase
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.During operation, the suspended matter batches led to a cake or Lump formation on the surface of the filter. Some of the tubers could no longer be destroyed. During 4 weeks, the loading capacity of the filter fell to 60% of the initial value (100 bed volumes per filtration phase). The rinsing water requirement was 3.5 to 4 % of the amount of water passed through.
In einer zweiten Versuchsphase wurde der Filter nach dem erfindungsgemässen Verfahren betrieben. Während der gesamten Versuchsphase blieb die Beladungskapazität des Filters un-In a second test phase, the filter according to the invention Procedure operated. During the entire test phase, the loading capacity of the filter remained un-
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verändert bei ca. 100 Bettvolumina pro Filtrationsphase. Der Spülwasserbedarf betrug I35 bis 2 % der durchgesetzten Wassermenge.changed at approx. 100 bed volumes per filtration phase. The rinsing water requirement was I 3 5 to 2 % of the amount of water passed through.
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.In a further exemplary embodiment, the suspension particle layer was measured with the aid of pressure profile measurements. The apparatus was substantially that of FIG. 1. As shown in FIG. 3, have now but in the filters S 3 6 '(Fig. 1) through the respective filter layer 9 (Fig. 3) is not a single pressure sensor used 3 but individual pressure sensors P, to Pg were arranged at various points on the filter layer. The distribution of these pressure sensors can be seen schematically in FIG. 3. The respective pressure profile was measured at intervals of 30 minutes.
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.FIG. 4 shows the pressure profiles measured on such a filter layer 9 (FIG. 3) at the start of filtration (curve I) 3 with normal occupancy (curve II) and with a thrust of suspended matter (curve III). The respective filter layer height L is plotted as a function of the pressure drop Δ ρ.
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.The invention is of course not restricted to the exemplary embodiment described. Other possible uses are in particular: filtration in fresh water treatment j in municipal and industrial wastewater treatment as well as the filtration of non-aqueous Sus pensions, e.g. in the chemical industry in particular of petrochemicals.
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