Bäcker, Carsten:

Spülbedingungen für Tiefenfilter und deren Auswirkungen auf die Erstfiltratqualität

(2010), III, 134 Bl.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Gimbel, Rolf (Doktorvater, Betreuerin)
Ripperger, Siegfried (GutachterIn)
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2010
Abstract:
Ein häufig angewendetes Verfahren zur großtechnischen Aufbereitung von Trink-wasser ist die Tiefenfiltration. An die Partikelabscheidung als eine der zentralen Ver-fahrensstufen zur Aufbereitung von Trinkwasser werden besondere Anforderungen gestellt, um eine hygienisch einwandfreie Wasserqualität zu gewährleisten. So ist z. B. bei Rohwässern, die unter dem Einfluss von Oberflächenwasser stehen, vor einer abschließenden Desinfektion eine Trübung von höchstens 0,1 bis 0,2 FNU an-zustreben. Dabei ist von besonderer Relevanz, dass die innerhalb eines Filterlaufs in das Filtrat gelangende Fracht an Trübstoffen zu einem hohen Anteil zu Beginn in der sogenannten Erstfiltratphase anfällt.
Ziel dieser Arbeit war es, Auswirkungen der Spülung von Tiefenfiltern auf die Erst-filtratqualität zu untersuchen und danach den Spülprozess zu optimieren. Dazu war es notwendig, die Partikelbelastung im Filtrat nach der Filterspülung zu quanti-fizieren, um Ursachen für mögliche Qualitätseinbußen beim Erstfiltrat zu erkennen. Bei der anschließenden Optimierung der Spülprozesse sollten sowohl verfahrens-technische als auch konstruktionstechnische Gesichtspunkte berücksichtigt werden.
Halbtechnische Versuche konnten aufzeigen, dass die nach der Filterspülung im Überstau¬raum zurückbleibenden Partikel direkt für die erhöhte Partikelbelastung im Erstfiltrat verantwortlich sind. Um die Erstfiltratqualität zu verbessern ist es daher er-forderlich, die Partikel aus dem Überstauwasser noch vor Filtrationsstart weitest-gehend zu entfernen. Hierzu kann das Überstauwasser nach der Spülung durch Reinwasser ausgetauscht werden. Bei den meisten bestehenden Filteranlagen wäre dafür jedoch ein aufwändiger Umbau der Filteranlage notwendig. Eine Alternative stellt die Ergänzung der klassischen Filterspülung durch eine Nachspülphase mit einer Spülgeschwindigkeit unterhalb der Lockerungsgeschwindigkeit dar. Die Spül-phase mit fluidisiertem Filterbett kann dadurch verkürzt werden.
Ergänzend wurde der Partikelaustrag aus dem Überstauraum während der Nach-spülphase mittels Strömungssimulation betrachtet. Dabei wurden bei den klassischen Filterkonstruktionen Totzonen bei der Durchströmung des Überstau-raums festgestellt. Während der Nachspülphase war der Austausch des Spülwassers mit einer Geschwindigkeit knapp unterhalb der Lockerungsgeschwindigkeit am besten. Beim Vergleich von verschiedenen Konstruktionen der Ablaufsysteme zeigte sich, dass mit einer innenliegenden Ablaufrinne die besten realisierbaren Werte er-reicht wurden. Die Herstellungskosten für z. B. einen Filter mit einem Durchmesser von 5.000 mm sind ca. 6 % höher als bei einer Filtertulpe. Zum Nachweis der Praxistauglichkeit wurde das im Rahmen dieser Arbeit ermittelte Spülprogramm mit einer ergänzenden Nachspülphase an einer großtechnischen Filteranlage umgesetzt. Hierdurch konnte bei ca. 6 % niedrigerem Spülwasserver-brauch der Trübungs-Peak im Erstfiltrat von 2,5 FNU auf 0,3 FNU gesenkt werden. Ein Erstfiltratabschlag war nicht mehr notwendig.
Somit konnte im Rahmen dieser Arbeit u. a. gezeigt werden, dass eine deutliche Steigerung der Erstfiltratqualität auch ohne konstruktive Umbauten an der Filter-anlage erreicht werden kann.

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