DE3013033A1 - Verfahren zum betrieb eines filters - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betrieb eines Filters
• r Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Filters mit einem ein- oder mehrschichtigen Filterbett, insbesondere für Wasseraufbereitungsanlagen, wobei in zeitlichen Abständen die Filtration zur Durchführung von Spülungen unterbrochen wird, bei denen Wasser, gegebenenfalls auch Luft, in Gegenrichtung zu der bei der Filtration bestehenden Strömungsrichtung durch das Filterbett gedrückt wird.
• Die Filtration ist in der Wasseraufbereitungstechnik ein wichtiger Schritt zur Entfernung unerwünschter Wasserinhaltsstoffe. Hierbei handelt es sich meist um feine Partikel, welche sich entweder in die Porenräume des festen Filtermaterials einlagern oder an der Oberfläche des Filtermaterials haften.
• Man unterscheidet prinzipiell zwei Arten von Filtration, nämlich Volumenfiltration und Flächenfiltration. Bei der Volumenfiltration dringen die Partikel tief in das Porenvolumen des Filterbettes ein und verschmutzen dieses im Zuge eines Filterlaufes soweit, bis der anwachsende Druckverlust des Filters eine Spülung notwendig macht. Die Oberflächenfiltration ist dagegen gekennzeichnet durch das Anlagern der Feststoffe innerhalb eines sehr geringen Tiefenbereiches des Filterbettes, meistens an seiner Oberfläche oder an der Trennfläche von zwei verschiedenen Filtermaterialien, sofern diese unterscheidliche Körnungen aufweisen.
• Bei der Volumenfiltration ist das Schmutzaufnahmevermögen des Filterbettes relativ groß, und dementsprechend steigt der Druckverlust nur langsam an. Bei der Flächenfiltration ist das Schmutzaufnahmevermögen im Verhältnis zur Volumenfiltration relativ beschränkt, und der Druckverlust steigt wesentlich schneller an.
• Bei der Filtration eines mit Schwebestoffen verschmutzten Wassers können in der Praxis aber auch Mischformen beider Filtrationsarten auftreten, nämlich immer dann, wenn die Feststoffe in verschiedenen Teilchengrößen vorliegen. Feine Teilchen neigen zur Volumenfiltration, größere Teilchen zur Flächenfiltration.
• Der begrenzende Faktor für die Laufzeit eines solchen gemischt wirkenden Filters zwischen zwei Spülungen ist daher durch die Verschmutzung an der Oberfläche gegeben. So ist es in der Praxis die Regel, daß ein Filter aus diesem grunde rückgespült werden muß, obwohl das Porenvolumen in größeren Tiefen des Filterbettes für die Volumenfiltration noch aufnahmefähig wäre.
• Die Filterlaufzeit wird noch durch einen zusätzlichen Effekt verkleinert. In der Vielzahl der Filtrationsfälle enthält das zu reinigende Wasser gelöste Gase in Form von Stickstoff, Kohlensäure oder Sauerstoff. Da das Wasser beim Durchtritt durch das Filtermaterial einen Druckabfall erfährt, werden diese gelösten Gase entsprechend dem verringerten Lösungsdruck frei und lagern sich in das Porenvolumen des Filters ein. Hierdurch wird eine Verschmutzung vorgetäuscht, welche Jedoch nicht durch eingelagerte Schmutzpartikel entstanden ist.
• Für die Spülung schreiben die Hersteller der Filter und die Lieferanten der Filtermaterialien bestimmte Programme vor. So sehr sich diese Spülprogramme auch im einzelnen voneinander unterscheiden, so stimmen sie doch darin überein, daß in Jedem Falle eine Unterbrechung der Filtration von mindestens 10 Minuten erforderlich ist, zumeist sogar erheblich länger.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Spülungen bedingten Unterbrechungen der Filtration ohne Beeinträchtigung der Reinwasserqualität im Mittel zu verkürzen.
• Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Erfindungsgemäß wird also zumindest bei der Hälfte, in der Regel sogar bei der Mehrzahl der Spülvorgänge das normale Spüipogramm durch ein Kurzspülprogramm ersetzt, das nur etwa 10 %, höchstens Jedoch 20 % der Dauer eines normalen Spülprogramms in Anspruch nimmt.
• In Anspruch 2 ist eine bevorzugte Möglichkeit zur Auslösung der beiden verschiedenen Spülprogramme angegeben.
• Bei einem Filter mit einem einschichtigen Filterbett aus Quarzkies kann beispielsweise das normale Spülprogramm folgende Schritte umfassen: 1.) 3 - 5 Minuten Luftspülung zur Lockerung des Filterbettes und zum Ablösen des Schlammes.
• 2.) 5 - 10 Minuten kombinierte Luft-Wasser-Spülung zum Abtransport des Schlammes.
• 3.) 3 - 5 Minuten Wasserspülung zum Klarspülen des Überstaus und zum Entlüften des Filterbettes.
• Zusätzliche Programmschritte können den Spülprozeß vervollständigen, z.B. Abspülen der an den Wänden des Überstauraumes anhaftenden Verunreinigungen bei offenen Filtern, Entlüftung des Überstauraumes bei geschlossenen Filtern, Filterbodenentlüftung oder zweites Luftprogramm.
• Nach dieser Spülung ist das Filterbett in seiner ganzen Schichthöhe schmutzfrei. Es beginnt nun eine neue Filterlaufzeit. Nach einer Zeitspanne, die von der Körnung des Filtermaterials, der Qualität des Rohwassers, den Anforderungen an das Reinwasser und eventuell anderen Faktoren abhängt, z.B. nach 10 Stunden, hat sich auf der Oberfläche des Filterbettes eine Schmutzschicht gebildet, die im Bereich der Oberfläche einen unzulässig hohen Druckabfall erzeugt. Das Porenvolumen im Innern des Filterbettes ist aber noch intakt. Der Druckabfall über der gesamten Höhe des Filterbettes ist daher noch im zulässigen Bereich. Durch ein Meßgerät, das die Überschreitung des Druckgrenzwertes im Oberflächenbereich feststellt, wird ein Signal an einen Rechner gegeben. Der Rechner löst daraufhin ein Kurzspülprogramm aus.
• Hierbei wird nur mit Wasser gespült, und zwar in Form eines kurzen Stoßes von etwa 1 Minute, max. 2 Minuten. Dies reicht aus, um die an der Oberfläche angelagerten Partikel auszutragen. Es spielt aber dabei keine Rolle, ob die noch relativ geringe Schmutzmenge, die schon durch Volumenfiltration in den Poren eingelagert ist, hierbei vollständig ausgetragen wird. Der kurze Spülstoß hat aber den nützlichen Nebeneffekt, daß das inzwischen in den Poren eingelagerte Gas ausgetragen wird, so daß auch die Aufnahmefähigkeit des Filterbettes für die Volumenfiltration erhöht wird.
• Nach der Kurzspülung wird wieder auf Filtration geschaltet. Die Filtration kann, eventuell mit Unterbrechungen durch weiter Kurzspülungen, fortgesetzt werden, bis der durch Volumenfiltration erzeugte, über der ganzen Filterbetthöhe gemessene Druckverlust eine intensive Rückspülung erforderlich macht. Wenn dieser Fall eintritt, löst der Rechner ein normales Rückspülprogramm aus, das für die vollständige Rückspülung des Filters bemessen ist.
• Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Natürlich ist es möglich, neben dem Druckverlust oder anstelle des Druckverlustes andere Faktoren zur Auslösung der Spülprogramme heranzuziehen. Beispielsweise kann die Trübung des Reinwassers ein Indikator dafür sein, daß das Filter gespült werden muß. Die Spülungen können auch in einem vorgegebenen Zeittakt durchgeführt werden. Wenn die Auslösung der Programme allein durch den Druckverlust zu unerwünscht langen Zeitintervallen zwischen zwei aufeinanderfolgenden normalen Spülprogrammen führt, kann auch durch ein Zeitschaltwerk erreicht werden, daß ein vorgegebener Zeitabstand nicht überschritten wird. Es ist auch leicht möglich, die Normalspülprogramme geringfügig vor- oder nachzuverlegen, wenn dies z.B. aus betrieblichen oder wirtschaftlichen Gründen wünschenswert ist.
• Durch eine zusätzliche Zeitschaltung kann z.B. erreicht werden, daß die normale Spülung stets in einer Tageszeit stattfindet, wo sie am wenigsten stört, insbesondere außerhalb der Spitzenlastzeiten des Wasser- und des Elektrizitätsnetzes.
• Die Vorteile der Erfindung sind nicht nur in der erheblich reduzierten Unterbrechungszeit des Filterbetriebes zu sehen. Es werden auch Einsparungen an Wasser, Luft und Energie erzielt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb eines Filters mit einem ein- oder mehrschichtigen Filterbett, insbesondere bei der Wasserauabereitung, bei dem in zeitlichen Abständen die Filtration zur Durchführung von Spülungen unterbrochen wird, wobei Wasser, gegebenenfalls auch Luft, in Gegenrichtung zu der bei der Filtration bestehenden Strömungsrichtung durch das Filterbett gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Je zwei aufeinanderfolgenden normalen Spülprogrammen, die für die vollständige Spülung des Filters bemessen sind, mindestens ein Kurzspülprogramm zwischengeschaltet ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über der gesamten Höhe des Filterbettes gemessene Druckverlust bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes das normale Spülprogramm auslöst und daß der über einer dünnen Schicht, die die Oberfläche oder (bei Mehrschichtfiltern) eine Grenzfläche enthält, gemessene Druckverlust bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes das Kurzspülprogramm auslöst.