WO2000056667A1 - Verfahren zur wasseraufbereitung und abwasserreinigung unter verwendung eines schwebefilterbettes - Google Patents

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WO2000056667A1
WO2000056667A1 PCT/DE2000/000795 DE0000795W WO0056667A1 WO 2000056667 A1 WO2000056667 A1 WO 2000056667A1 DE 0000795 W DE0000795 W DE 0000795W WO 0056667 A1 WO0056667 A1 WO 0056667A1
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filter bed
floating
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PCT/DE2000/000795
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Volker Harbs
Haiyan Wu
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Dr. Lindner Gmbh
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • C02F3/085—Fluidized beds
    • C02F3/087—Floating beds with contact bodies having a lower density than water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806—Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a method for water treatment and wastewater treatment using filter material with a certain material density for a floating filter bed.
  • the invention further relates to an apparatus for carrying out this method, for the floating filter bed and this filter material, and a method for operating the floating bed filter and a method of washing the filter bed.
  • filter systems with sandy filter materials, expanded clay and activated carbon are used for the filtration of water, for example in wastewater purification or water treatment, which can also be multi-layered.
  • a certain loss of the filter material due to flushing is unavoidable in such a flushing process with water and compressed air.
  • filter nozzles are provided with fine slots, the gap width of which is smaller than the grain size of the filter material.
  • coarser material arranged above the filter nozzles, it is often found that the filter nozzles clog with filter material or that the filter material penetrates through the nozzles into the pipe system.
  • blockages in the filter nozzle slots are also a frequent malfunction, which results in the chemical or manual cleaning of the filter nozzles. In some cases it is even necessary to replace the filter nozzles.
  • US Pat. No. 4,115,266 discloses a floating filter material made of polypropylene or polyethylene / polypropylene copolymer for the separation / removal of foreign substances from liquids.
  • Patents US 4547286 and US 4608181 disclose an upward flowing rapid prefilter prior to conventional filtration.
  • Polypropylene 0-beads as in the above-mentioned patent were used as filter materials.
  • catch designs of various types are used at the top to retain the filter material during operation and during backwashing.
  • the filter material is backwashed continuously with 5 simultaneous air and water inputs.
  • the purge air is blown in all over below the filter bed. A very large amount of air and water, and therefore a large amount of energy, is associated with filter rinsing.
  • this filter can only be used as a quick flow through a prefilter with coarse filter material, otherwise the fine mesh filter structure will become clogged with mud flakes, especially during backwashing.
  • the object of the invention is to provide a method for water treatment and wastewater treatment which avoids the aforementioned disadvantages of the prior art and enables simple, energy-saving and therefore economical removal of contaminants from water and wastewater. 0
  • the invention is also based on the object of providing a simply constructed and yet efficient device with which the above-mentioned method can be carried out, which can be easily adapted to different scales of size and also allows easy cleaning of the filter material.
  • This object is achieved in that for a floating filter bed for water treatment and wastewater treatment, filter material with a density pFiitern--t.er -.__- by:
  • the invention relates to a device for water treatment
  • the invention further relates to a method for water treatment and wastewater purification, for example for removing solid and dissolved contaminants from water, which is characterized in that the aforementioned device is used.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention " which is flowed downwards in filter operation.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention in which
  • Figure 3 shows a device according to the invention, in the washing phase during the phase separation of the filter material from the sludge water mixture.
  • FIG. 4 shows a device according to the invention, in which Washing phase, during the removal of the sludge water.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention, with a recirculation from the outlet to the inlet 7 of the filter.
  • FIG. 6 shows a device according to the invention, with a multi-layer floating bed filter.
  • FIG. 7 shows a device according to the invention which is flowed through upwards in filter operation.
  • FIG. 8 shows a device according to the invention which is flowed upwards during filter operation and has additional limiting devices for the floating filter bed. 5
  • the floating filter bed is also referred to below as a filter bed.
  • “Floating filter bed” in the sense of the present invention denotes the particulate filter material. Due to the selected density of the filter material, the filter bed is in the water on the water surface. A small part of the filter bed can protrude above the water surface. The water to be treated or cleaned flows between the particles. Laterally, the floating filter bed is generally delimited by the walls of the device in which it is used. During the cleaning of the filter bed, the particles are set in motion.
  • the density pFii-er- ⁇ t.er-.ai of the filter material used for the floating filter bed refers to the grain wet density of the material.
  • the density of the filter material is 0.85 pwaaser ⁇ pFiicermaeri- ⁇ pwasser / in particular 0.9 p W ater ⁇ pFilter material ⁇ pWater, FORWARD SWeiS e 0, 92 pWater ⁇ pFilter material ⁇
  • water or wastewater means water of various qualities, such as drinking water, industrial water, swimming pool water, municipal wastewater, industrial wastewater, rainwater and other polluted waters, such as polluted water or polluted groundwater.
  • the floating bed filter material generally consists of regularly or irregularly shaped particles (hereinafter also "filter bed grains").
  • filter bed grains In particular, spherical or granular particles are used.
  • the particles can be solid or hollow.
  • the particles can have smooth or rough surfaces. Particles with a rough surface (rough surface material) have the advantage that a biological cleaning effect in the floating filter bed is promoted.
  • spherical or open tube-like particles can be used.
  • the size of the particles is generally chosen depending on the pollution of the water and the requirements of the respective application. For example, particles with diameters of 0.5 to 10 mm, preferably 0.5 to 8 mm, in particular 1 to 6 mm, can be used. Particles of different sizes can also be combined in a filter bed.
  • homopolymers and copolymers of olefins are suitable as substances for the material of the floating filter bed.
  • olefins in particular of ethene, propene and / or butene
  • polyethylenes, polypropylenes and polybutenes are suitable.
  • Several different materials 2.1 and 2.2 (FIG. 6) can also be used in combination in a floating filter bed for example to enable multilayer filters ⁇ FIG. 6).
  • the device according to the invention contains the floating filter bed comprising the aforementioned materials.
  • the floating filter bed in the device according to the invention is on the water surface due to the density of the floating filter bed material in the water.
  • the floating filter bed can, for example, have a height of 0.1 to 4.0 m, in particular 0.1 to 3.0 m or 0.5 to 2.5 m. In general, however, the dimension of the floating filter bed can easily be adapted to the size of the device. The size of the device itself in turn depends on the particular application for which the device is used.
  • the device according to the invention can be designed, for example, as a large system with a floating filter bed mass of 100 m 3 or as a small system with a floating filter bed mass of up to 0.1 m 3 .
  • the device according to the invention for the treatment of water can be designed in such a way that it can be operated flowing downwards (FIG. 1) or flowing upwards (FIG. 7).
  • the method according to the invention for water treatment and wastewater purification is carried out using a device with a floating filter bed as described above.
  • the water to be treated or cleaned is conveyed from above onto or into the filter bed 2 in container 1 via a suitable distributor system 3 (raw water supply and distribution).
  • a suitable distributor system 3 raw water supply and distribution
  • a rotary sprinkler, gutter system or pipe system, etc. can be used for this.
  • the water flows through the filter bed, whereby the solids are retained.
  • the filtered water is collected with a drain device 4 (drain) and drawn off. Since the filter bed floats on the water surface due to its density, is neither a trap structure arranged above, a filter bottom construction with a support and distribution layer lying below the filter bed is required.
  • compressed air is introduced below or in the filter bed during operation. With ventilation 7 in the filter bed, a very large amount of air can be supplied since the space water between the filter grains is displaced by the amount of air blown in and the total weight of the filter bed becomes lighter, the filter bed remains stable in its position despite the ventilation.
  • carbon carriers such as, for example, methanol or acetic acid can be added to the filter with a metering device 8. With simultaneous nitrite / denitrification in a filter (not shown), the carbon carriers are dosed below the ventilation in the filter bed.
  • a chemical metering 9 in the inlet of the filter for phosphate precipitation and flocculation is possible with the floating bed filtration.
  • filter bed cleaning must be carried out, as with conventional filters.
  • Air is blown into the floating bed filter, for example, by ventilation elements 5. This swirls the filter bed over the entire cross section of the filter into container 1.
  • the filter bed grains rub against each other due to the turbulent movement ⁇ Figure 2), the retained solids separate from the filter material.
  • the filter bed is washed with it.
  • the separation phase can be extended so that the sludge settles and can be removed in a concentrated manner. The remaining water can then be used again for the next wash.
  • it can be advantageous from an operational point of view to arrange a funnel bottom with at least 1 funnel per basin.
  • Fume cupboard construction for example through slotted or perforated pipes. It is also possible to use limiting devices which hold the floating filter bed at a certain distance from the liquid surface.
  • the filtered water then floods the floating filter bed and is drawn off through a drainage device, for example a gutter or pipe system. This is shown in FIG. 8 for an upward flow device.
  • the filtered water is drawn off through a filtrate outlet 4.2 above the catch construction 4.1.
  • the filter bed is cleaned in the same way as for the downward flow device, however, the water level is lowered to below the trap structure before the wash begins in order not to obstruct the turbulence of the filter material and to keep the sludge water away from the trap structure.
  • the present invention thus has the following advantages in particular.
  • the floating filter bed can advantageously be used in the floating filter bed even through very low energy consumption, for example through air entry, water radiation and / or mechanical action such as Stirring sufficient turbulence for filter bed cleaning can be generated as described above.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Filtermaterial mit einer Dichte von 0.8 > rho Wasser< < > rho Filtermaterial< < > rho Wasser< für ein Schwebebett-Filterverfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die ein Schwebefilterbett umfasst und dieses Filtermaterial enthält sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schwebebettfilters und ein Verfahren zur Waschung des Filterbettes.

Description

Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung unter Verwendung eines Schwebefilterbettes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung unter Verwendung von Filtermaterial mit einer bestimmten Materialdichte für ein Schwebefilterbett- Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, für das Schwebefilterbett und die dieses Filtermaterial umfaßt, sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schwebebett filter und ein Verfahren zur Waschung des Filterbettes.
Im Stand der Technik werden für die Filtrierung von Wasser, beispielsweise bei der Abwasserreinigung oder der Wasseraufbereitung, Filteranlagen mit sandigen Filtermaterialien, Blähton und Aktivkohle eingesetzt, welche auch mehrschichtig sein können. Solche Filtermaterialien, deren Kornnaßdichte (gemäß Arbeitsblatt ATV-A203 Abwasserfiltration (ATV = Abwassertechnischer Verband) ) größer als die Dichte des Wassers ist, erfordern eine Filterbodenkonstruktion und darüber angeordnet eine Stütz- und Verteilerschicht aus grobkörnigen Material. Feste Schmutzstoffe werden in den erwähnten Anlagen im Filterbett zurückgehalten, d.h. lagern sich dort ein. Nach einer bestiiπmten Betriebszeit setzt sich somit das Filterbett zu, so daß eine Rückspülung des Filterbettes vorgenommen werden muß. Die Rückspülung des Filtermaterials muß mit einem energieaufwändigen Spülprogramm mit Druckluft und Spülwasser durchgeführt werden. Dafür wird zur Auflockerung des Filterbettes zunächst Druckluft unter das Filterbett gepreßt. Anschließend erfolgt die Aufwirbelung und Ausschwemmung der eingelagerten, festen Schmutzstoffe mit Druckluft und Klarwasser. Es sind dabei große Mengen an Luft und Wasser zum Rückspulen erforderlich, da das Filterbett erst um 20-30% ausgedehnt werden muß, um die Schmutzpartikel freizuspülen. Zum Abschluß des Spülprogrammes wird das Filterbett nochmals mit Klarwasser nachgespült.
Ein gewisser Verlust des Filtermaterials durch Abschwemmung ist bei einem solchen Spülvorgang mit Wasser und Druckluft unvermeidbar.
Für die obengenannten Filtermaterialien sind ferner massive Filterböden aus Stahlbeton oder Stahl mit flächig eingesetzten Filterdüsen notwendig, um das große Gewicht des Filterbettes zu tragen bzw. den großen Einpreßdruck beim SpülVorgang aufnehmen zu können. Die Filterdüsen sind mit feinen Schlitzen versehen, deren Spaltweite kleiner als die Korngröße des Filtermaterials ist. Trotz dieser über den Filterdüsen angeordneten Stütz- und Verteilerschichten aus gröberem Material wird oft festgestellt, daß sich die Filterdüsen mit Filtermaterial zusetzen oder das Filtermaterial durch die Düsen ins Rohrsystem durchschlägt. Desweiteren sind Verockerungen der Filterdüsenschlitze ebenfalls ein häufiger Störfall, der die chemische oder manuelle Reinigung der Filterdüsen zur Folge hat. In einigen Fällen ist dann sogar der Austausch der Filterdüsen notwendig. Solche Betriebsstörungen sind nur mit sehr großem Aufwand und mit längeren Betriebsunterbrechungen zu beheben. Im Patent US 4115266 wird ein schwimmendes Filtermaterial aus Polypropylen oder Polyethylen / Polypropylen-Copolyrπer zur Trennung / Entfernung von Fremdsubstanzen aus Flüssigkeiten offenbart.
5.Eine Rückspülung des Filter-/ Reaktormaterials ist nicht vorgesehen
In den Patenten US 4547286 und US 4608181 ist ein aufwärts durchströmter Schnell - Vorfilter vor einer konventionellen Filtration offenbart. Als Filtermaterialien wurden Polypropylen 0- JCügelchen, wie im vor angeführten Patent, eingesetzt. Bei diesem Verfahren sind oben angeordnete Fangekonstruktionen verschiedener Bauart eingesetzt, um das Filtermaterial im Betrieb und beim Rückspülen zurückzuhalten. Das Rückspülen des Filtermaterials erfolgt kontinuierlich mit 5 gleichzeitiger Luft- und Wassereintragung. Die Spülluft wird dabei vollflächig unterhalb des Filterbettes eingeblasen. Für die Filterspülung ist eine sehr große Luft- und Wassermenge und damit ein großer Energieaufwand verbunden.
0 Dieser Filter kann verfahrenstechnisch bedingt nur als schnell durch flossener Vorfilter mit groben Filtermaterial eingesetzt werden, da sich sonst insbesondere beim Rückspülen die obere feinmaschige Fangekonstruktion durch Schlammflocken zusetzt.
5Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine einfache, energiesparende und somit wirtschaftliche Entfernung von Verunreinigungen aus Wasser und Abwasser ermöglicht. 0
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine einfach konstruierte und dennoch effiziente Vorrichtung zu schaffen, mit der das obengenannte Verfahren durchgeführt werden kann, die auf einfache Weise an verschiedene Größenmaßstäbe angepaßt werden 5 kann und zudem eine leichte Reinigung des Filtermaterials gestattet. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für ein Schwebefilterbett zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung Filtermaterial mit einer Dichte pFiitern--t.er-.__- von:
5 0 , 8 pwasser < pFilten-ateria-. < pWaaser
verwendet wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wasseraufbereitung
10und Abwasserreinigung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Vorrichtung ein Schwebefilterbett mit einem Material mit einer
Dichte VOn 0 , 8 pwaaaer < pFiltermaterial < pWaaser Umfaßt .
Weiter ist ein Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasser- I5reinigung, beispielsweise zur Entfernung von festen und gelösten Schmutzstoffen aus Wasser, Gegenstand der Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zuvor genannte Vorrichtung verwendet wird.
20Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, "die im 25 Filterbetrieb abwärts durchströmt wird.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der
Waschphase, während der Ausdehnung und Verwirbelung des Filterbettes 30
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der Waschphase während der Phasentrennung des Filtermaterials vom Schlammwassergemisch .
35Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der Waschphase, während des Abzuges des Schlammwassers .
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung , mit einer Rezirkulation vom Ablauf zum Zulauf7 des Filters. 5 Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem mehrschichtigen Schwebebettfilter.
Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die im 0 Filterbetrieb aufwärts durchströmt wird.
Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die im Filterbetrieb aufwärts durchströmt wird und zusätzliche Begrenzungseinrichtungen für das Schwebefilterbett aufweist . 5 Das Schwebefilterbett wird im folgenden der Einfachheit halber auch als Filterbett bezeichnet.
"Schwebefilterbett" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeich- θ et das teilchenförmige Filtermaterial. Bedingt durch die gewählte Dichte des Filtermaterials befindet sich das Filterbett im Wasser an der Wasseroberfläche. Dabei kann ein geringer Teil des Filterbettes über die Wasseroberfläche hinausragen. Zwischen den Teilchen fließt das aufzubereitende bzw. zu reinigende 5Wasser. Seitlich ist das Schwebefilterbett im allgemeinen durch die Wände der Vorrichtung begrenzt, in der es verwendet wird. Während der Reinigung des Filterbettes werden die Teilchen stark in Bewegung gesetzt.
0 Die Dichte pFii-er-Λt.er-.ai des Filtermaterials, das für das Schwebefilterbett verwendet wird, bezieht sich auf die Kornnaßdichte des Materials .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dichte des 5 Filtermaterials 0,85 pwaaser < pFiicermaeri- < pwasser/ insbesondere 0,9 pWasser < pFiltermaterial < pwasser, VOrZ SWeiS e 0 , 92 pwasser < pFiltβrmaterial <
0,98.pwasser- Beispielsweise kann die Dichte des Filteπαaterials 0,95 passe oder 0,85 pwasse betragen. In einem Schwebefilterbett kann Filtermaterial mit verschiedenen Dichten kombiniert werden.
Mit Wasser bzw. Abwasser sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Wässer mit verschiedenen Qualitäten wie Trink-, Brauch-, Schwimmbadwasser, kommunale Abwässer, industrielle Abwässer, Regenwasser und andere verschmutzte Wässer, wie verschmutzte Gewässer oder verschmutztes Grundwasser gemeint.
Das Schwebebettfiltermaterial besteht im allgemeinen aus regelmäßig oder unregelmäßig geformten Teilchen (im folgenden auch "Filterbettkörner") . Insbesondere werden kugelförmige oder granulatförmige Teilchen verwendet. Die Teilchen können massiv oder hohl sein. Die Teilchen können glatte oder rauhe Oberflächen haben. Teilchen mit rauher Oberfläche (oberflächenrauhes Material) weisen den Vorteil auf, daß eine biologische Reinigungswirkung im Schwebefilterbett begünstigt wird. Beispielsweise können kugelförmige oder offene rohrstück- artige Teilchen verwendet werden.
Die Größe der Teilchen wird im allgemeinen in Abhängigkeit von der Verschmutzung des Wassers und den Anforderungen der jeweili- gen Anwendung gewählt. Beispielsweise können Teilchen mit Durchmessern von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 8 mm, insbesondere 1 bis 6 mm verwendet werden. Es können auch Teilchen verschiedener Größen in einem Filterbett kombiniert werden.
Als Stoffe für das Material des Schwebefilterbettes sind im allgemeinen Homo- und Copolymere von Olefinen, insbesondere von Ethen, Propen und/oder Buten geeignet. Zum Beispiel sind Polyethylene, Polypropylene und Polybutene geeignet. Es können auch mehrere verschiedene Materialien 2.1 und 2.2 (Figur 6) in einem Schwebefilterbett in Kombination verwendet werden, um beispielsweise Mehrschichtenfilter {Figur 6) zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält das die zuvor genannten Materialien umfassende Schwebefilterbett. Wie schon weiter oben beschrieben befindet sich das Schwebefilterbett in der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der Dichte des Schwebefilter- bettmaterials im Wasser an der Wasseroberfläche. Das Schwebefilterbett kann beispielsweise eine Höhe von 0,1 bis 4,0 m, insbesondere 0,1 bis 3,0 m oder 0,5 bis 2,5 m aufweisen. Im allgemeinen kann jedoch die Dimension des Schwebefilterbettes problemlos der Größe der Vorrichtung angepaßt werden. Die Größe der Vorrichtung selbst hängt wiederum von der jeweiligen Anwendung ab, für die Vorrichtung eingesetzt wird.
So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als Großanlage mit einer Schwebefilterbettmasse von 100 m3 oder als Kleinanlage mit einer Schwebefilterbettmasse bis 0,1 m3 ausgelegt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Wasser kann so gestaltet sein, daß sie abwärts strömend (Figur 1) oder aufwärts strömend (Figur 7) betrieben werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung erfolgt unter Verwendung einer Vorrichtung mit einen Schwebefilterbett wie oben beschrieben.
Bei dem abwärts strömenden Betrieb (Figur 1) wird das aufzubereitende bzw. zu reinigende Wasser über ein geeignetes Verteilersystem 3 (Rohwasserzulauf und -Verteilung) von oben auf oder in das Filterbett 2 in Behälter 1 gefördert. Hierfür kann beispielsweise ein Drehsprenger, Rinnensystem oder Rohrsystem usw. verwendet werden. Das Wasser durchfließt das Filterbett, wobei die Feststoffe zurückgehalten werden. Unterhalb des Filterbettes wird das filtrierte Wasser mit einer Ablaßeinrich- tung 4 ( Ablauf ) gesammelt und abgezogen. Da das Filterbett auf Grund seiner Dichte an der Wasseroberfläche schwebt, ist weder eine oberhalb angeordnete Fangekonstruktion, noch eine unterhalb des Filterbettes liegende Filterbodenkonstruktion mit Stütz- und Verteilerschicht erforderlich. Zur biologischen Intensivierung des Filters wird Druckluft während des Betriebes unterhalb oder im Filterbett eingeleitet. Bei Belüftung 7 im Filterbett kann eine sehr große Luftmenge zugeführt werden, da durch die eingeblasene Luftmenge das Zwischenraumwasser zwischen den Filterkörnern verdrängt wird und das Gesamtgewicht des Filterbettes damit leichter wird, das Filterbett trotz der Belüftung in seiner Lage stabil bleibt.
Zur Denitrifikation von nitrathaltigem Wasser im Filter, können Kohlenstoffträger wie zum Beispiel Methanol oder Essigsäure im Zulauf des Filters mit einer Dosiereinrichtung 8 zugegeben werden. Bei gleichzeitiger Nitri-/ Denitrifikation in einem Filter ( nicht dargestellt ) , werden die Kohlenstoff träger unterhalb der Belüftung im Filterbett zu dosiert.
Eine Chemikaliendosierung 9 im Zulauf des- Filters für die Phosphatfällung und Flockung ist bei der Schwebebettfiltration möglich.
Wenn mit zunehmender Zurückhaltung der Feststoffe der Filterwiderstand steigt, muß wie auch beim herkömmlichen Filtern eine Filterbettreinigung vorgenommen werden. Bei. dem Schwebebettfilter wird beispielsweise durch Belüftungselemente 5 Luft eingeblasen. Diese verwirbelt das Filterbett über den gesamten Querschnitt des Filters in Behälter l. Die Filterbettkörner reiben sich durch die turbulente Bewegung {Figur 2) aneinander, dabei trennen sich die zurückgehaltenen Feststoffe von dem Filtermaterial. Das Filterbett wird damit gewaschen.
Durch die Dichte VOn 0 , 8 pwasser < pFilteπ-aterial < pWasser dβS
Filtermaterials kann mit sehr geringem Energieeinsatz eine ausreichende Turbulenz für die Filterbettreinigung durch Lufteintragung 5 erzeugt werden. Zur Erzeugung der Turbulenzen können außerdem Wasserstrahlung und/oder mechanische Einwirkungen benutzt werden. Nach Ausschalten der Belüftung schwebt das Filtermaterial aufgrund seiner Dichte nach oben und trennt sich vom Schlammwasser {Figur3) . Das Schlammwasser wird dann durch den Schla mwasserablauf 6 unterhalb des Filterbettes abgezogen (Figur 4) . Je nach Reinigungsziel kann diese Reini- gungsphase gegebenenfalls wiederholt werden. Es wird vorteilhafterweise sehr wenig Rohwasser für die Waschung des Filterbettes benötigt. Die Nachspülung erfolgt wie bei den konventionellen Filtern mit Klarwasser oder durch eine Rezirkulation (Figur 5) mit einer Pumpe 10 vom Ablauf 6 zum Zulauf 3 des Filters. Dabei stabilisiert sich das Filterbett wieder in seiner Lage an der Wasseroberfläche für den weiteren Betrieb..
Zur weiteren Reduzierung von Waschwasser, kann die Trennungsphase zeitlich verlängert werden, damit der Schlamm sich absetzt und konzentriert abgezogen werden kann. Das Restwasser kann dann wieder für die nächste Waschung verwendet werden. Als weitere' Maßnahme zur besseren Schlammabsetzung und - abzug kann es betriebstechnisch vorteilhaft sein einen Trichterboden mit mindestens 1 Trichter pro Becken anzuordnen.
Ein aufwärts strömender Betrieb des Schwebebettfilters, nicht nur als Vorfilter, sondern auch als Hauptfilter ist ohne Probleme möglich, wenn das erfindungsgemäße Rückspülprogramm eingesetzt wird. Hierbei ist der Schlammwasser abzug nicht oberhalb, sondern unterhalb des Filterbettes vorgesehen. Eine Verstopfung der oberen Fangekonstruktion durch Schlammwasser wird damit vermieden.
Beim aufwärts strömenden Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Figur 7) wird das aufzubereitende bzw. zu reinigende Wasser unterhalb des Filterbettes 2 eingeleitet
(Rohwasserzulauf 3) und durchströmt das Schwebefilterbett 2 von unten nach oben. Oberhalb des Schwebefilterbettes wird das gereinigte Wasser dann durch eine entsprechende
Abzugskonstruktion ' abgeleitet, beispielsweise durch Schlitz- oder Lochrohre. Es ist auch möglich, Begrenzungsvorrichtungen zu verwenden, die das Schwebefilterbett in einem gewissen Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche zurückhalten. Das filtrierte Wasser überstaut dann das Schwebefilterbett und wird durch eine Ablaßeinrichtung, beispielsweise ein Rinnen- oder Rohrsystem abgezogen. Dies ist in Figur 8 für eine aufwärts durchströmte Vorrichtung dargestellt. Über der Fangekonstruktion 4.1 wird das filtrierte Wasser über einen Filtratablaß 4.2 abgezogen.
Die Filterbettreinigung erfolgt in der gleichen Arbeitsweise wie bei der abwärts durchströmten Vorrichtung, jedoch wird der Wasserspiegel vor Beginn der Waschung bis unterhalb der Fangekonstruktion abgesenkt, um die Verwirbelung des Filtermaterials nicht zu behindern und das Schlammwasser von der Fangekons trukti on fernzuhal t en .
Die vorliegende Erfindung weist also insbesondere die folgenden Vorteile auf.
Durch das erfindungsgemäße Schwebebettfilter-Verfahren ist eine aufwendige Filterbodenkonstruktion nicht erforderlich. Beim abwärts durchströmten Schwebebettfilter wird auf eine obere
Begrenzungsvorrichtungen (Fangekonstruktionen) für das Filtermaterial verzichtet.
Dadurch, daß die Dichte des Schwebefilterbettmaterials um einen bestimmten Betrag (0,8 pwasser < pFiitemateriai < pwasse ) kleiner als die von Wasser ist, kann in dem Schwebefilterbett vorteilhafterweise schon durch sehr geringen Energieeinsatz, beispielsweise durch Lufteintrag, Wasserstrahlung und/oder mechanische Einwirkung wie Rühren eine ausreichende Turbulenz für die Filterbettreinigung erzeugt werden, wie oben beschrieben wurde.
Die vorteilhaft einfache Konstruktion und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erleichtert die Anpassung der
Größe und des Aufbaus der Vorrichtung an Verfahren, die in PCT/DEOO/00795
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deutlich unterschiedlichen Größenmaßstäben betrieben werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf Figur 1 bis 4 erläutert.
5 In einem Becken 1 mit den Ausmaßen 5 x 5 m und einer Tiefe von 5 m zur Reinigung von Abwasser befindet sich an der Wasseroberfläche ein 2 m hohes Schwebefilterbett aus Polyethylen- teilchen mit einer Dichte von 0,94 g/cm3 und einem Korndurch- lO esser von 2-3 mm. Bei abwärts strömenden Betrieb (Figur 1) wird das Abwasser über ein Rohrsystem 3 gleichmäßig auf das Schwebefilterbett 2 beschickt. Im Abwasser befindliche Feststoffe werden beim Durchströmen des Schwebefilterbettes 2 zurückgehalten. Unterhalb des Schwebefilterbettes 2 wird das
15 gereinigte Wasser über den Filtratablauf 4 aus dem Becken 1 abgezogen. Mit zunehmender Zurückhaltung der Feststoffe steigt der Filterwiderstand, so daß eine Filterbettreinigung durchgeführt werden muß. Dazu wird über die Leitung 5 Luft in das Becken 1 eingetragen, was zu Turbulenzen in dem Wasser, Figur 2,
20 in dem Becken l führt. Die Körner des Filterbettes 2 bewegen sich dementsprechend und durch die Reibung der Filterbettkörner untereinander wird der zurückgehaltene Schmutz freigegeben. Nach etwa 1 Minute wird die Druckluftzufuhr beendet. Das Filterbettmaterial schwebt wieder nach oben und trennt sich damit vom
25 Schlammwasser Figur 3. Das Schlammwasser wird dann durch den Schlammwasserablaß 6 in der Nähe des Bodens des Beckens 1 aus diesem abgezogen, Figur 4. Je nach Reinigungsziel kann diese Reinigungsphase nach Auffüllung des Filterbeckens mit Rohwasser wiederholt werden. Anschließend erfolgt das Nachspülen mit
30Klarwasser. Nach Beendigung des NachspülVorganges wird der Filterbetrieb wieder aufgenommen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Filtrierung von Wasser und Abwasser mit einem schwebenden Filterbett aus einem Filtermaterial mit einer
Dichte VOn 0, 8 pwasser < pFUteimaterial < pWasser, Wird abwärts durchströmt und enthält keine obere Fangekonstruktionen und keinen unteren Filterdüsenboden zur Rückhaltung des Filtermaterials, der Zulauf des Rohwassers befindet sich oberhalb des Filterbettes, der Ablauf des Reinwassers und der Abzug des Schlammwassers unterhalb des Filterbettes, für die Filterwaschung sind unterhalb des Filterbettes, oberhalb des Behälterbodens Lufteintrags Systeme für eine punktuelle, lineare und/ oder flächige Belüftung angeordnet.
2. Vorrichtung zur Filtrierung von Wasser und Abwasser mit einem schwebenden Filterbett aus einem Filtermaterial mit der
Dichte VOn 0, 8 pwasser < pFUte∑material < pWasser Wi d aufwärts durchströmt und enthält keinen unteren Filterdüsenboden für die Rückhaltung des Filtermaterials, der Zulauf des Rohwassers und der Abzug des Schlammwassers befinden sich unterhalb des Filterbettes, der Ablauf des Reinwassers mit ' einer Fangekonstruktion für das Filtermaterial oberhalb oder im oberen Bereich des Filterbettes, für die Filterwaschung sind unterhalb des Filterbettes, oberhalb des Behälterbodens
Lufteintragssysteme für eine punktuelle, lineare und/oder flächige Belüftung angeordnet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrschichtiges Filterbett aus Filtermaterialien mit verschiedenen Materialdichten und/oder Korngrößen eingesetzt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lufteintrags system für eine flächige Lufteintragung während des Filterbetriebes im oder unterhalb des schwebenden Filterbettes für eine biologisch intensivierte Filtration angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dosiersystem für Kohlenstoffträger in den Rohwasser Zulauf für eine Denitrifikation im schwebenden Filterbett angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Chemikaliendosierung im Rohwasserzulauf des Schwebebettfilters für die Phosphatfällung und Flockung angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der der Boden der Vorrichtung als Trichterboden ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden einen oder mehrere Trichter für den Schlammabzug umfaßt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rezirkulationseinheit aus Rohrleitung und Pumpe vom Ablauf zum Zulauf für das Klarspülen des schwebenden Filterbettes vorhanden ist .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilvorrichtung für die Waschung des Schwebefilterbettes eine Belüftung, Wasserstrahlung und/oder mechanische Einwirkung, insbesondere Belüftung vorhanden ist .
10. Verwendung von Filtermaterialien mit Dichte 0, 8 pwasser < pFiitermateriai < pw s er in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung.
12. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial regelmäßig oder unregelmäßig geformte Teilchen, insbesondere kugelförmige oder granulatf örmige Teilchen aus Kunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen und/oder Polybuten umfassen.
12. Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser abwärts durch das in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 befindliche Schwebebettfiltermaterial der Ansprüche 10 oder 11 fließt, wobei die im Rohwasser enthaltenen Feststoffe zurückgehalten werden, welche nach gewissen Filterbetriebszeiten durch ein chargenweises Filterwaschprogramm wieder freigesetzt und abgezogen werden, was durch Ausdehnung und Verwirbelung des Filterbettes durch punktuelle, lineare und/oder flächige Belüftung unterhalb des Filterbettes, durch eine anschließende Phasentrennung des Filtermaterials vom Schlammwassergemisch mit gleichzeitiger Sedimentation des Schlammes nach Ausschalten der Belüftung und durch anschließenden Abzug des Schlammwassers geschieht, wobei nach Auffüllung des Behälters mit Rohwasser der Waschvorgang wiederholt werden kann, bis das Reinigungziel erreicht ist, worauf das Klarspülen mit gereinigtem Wasser erfolgt.
13. Verfahren zur Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser aufwärts durch das in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9 befindliche Schwebebettfiltermaterial der Ansprüche 10 oder 11 fließt, wobei die im Rohwasser enthaltenen Feststoffe zurückgehalten werden, welche nach gewissen Filterbetriebszeiten durch ein chargenweises Filterwaschprogramm wieder freigesetzt und abgezogen werden, was durch Ausdehnung und Verwirbelung des Filterbettes durch punktuelle, lineare und/oder flächige Belüftung unterhalb des Filterbettes, durch eine anschließende Phasentrennung des Filtermaterials vom Schlammwassergeπu seh mit gleichzeitiger Sedimentation des Schlammes nach Ausschalten der Belüftung und durch anschließenden Abzug des Schlammwassers geschieht , wobei nach Auffüllung des Behälters mit Rohwasser der Waschvorgang wiederholt werden kann, bis das Reinigungziel erreicht ist, worauf das Klarspülen mit gereinigtem Wasser erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrschichtiger Schwebebettfilter durchflössen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz einer Belüftung während des Filterbetriebes gemäß Anspruch- 4 eine biologische Intensivierung des Filters zur Stickstoffoxidation und Kohlenstoffelimination erweitert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz einer zusätzlichen Dosiervorrichtung für Kohlenstoff träger, gemäß Anspruch 5, eine Denitrifikation von nitrathaltigem Wasser erzielt wird.
17. Ver-fahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz einer Chemikalien- Dosiervorrichtung, gemäß Anspruch 6, eine Fällungs- und Flockungsfiltration zur Verbesserung der Elimination von Phosphat und Trockensubstanzen erzielt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen der Ansprüche 1 bis 10, in mehreren Vorrichtungen nacheinander in Serie betrieben werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine interne Rezirkulation des Wassers vom Ablauf zum Zulauf, gemäß Anspruch 8, in der Waschphase eine Verstärkung der Ausdehnung und Verwirbelung des Filterbettes, in der Klarwasserspülphase eine Einsparung des Klarwassers und/oder beim mehrschichtigen Schwebebett filter eine Klassierung der Filtermaterialien erzielt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trichterboden-Vorrichtung, gemäß Anspruch 7, eingesetzt wird, um den Schlammabzug zu erleichtern und zu verbessern, sowie Waschwasser einzusparen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß Teilvorrichtungen wie Belüftung,
Wasserstrahlung und/oder mechanische Einwirkung für die Waschung des Schwebefilterbettes verwendet werden, insbesondere durch eine punktuelle, lineare und/oder flächige Belüftung unterhalb des Filterbettes
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