Filtermaterial in kontinuierlichen Filtern l Blog 3

Physikalische Daten

Filtersand ist das am häufigsten eingesetzte Filtermedium in Tiefbettfiltrationssystemen. Der Grund dafür ist, dass er das perfekte Filtermedium ist: inert, abriebfest, frei von Verunreinigungen, in gleichmäßiger Korngrößenverteilung und relativ günstig.

Filtersand, der in Tiefbettfiltern, wie z. B. Durchlauffiltern, verwendet wird, kann aus zwei Quellen gewonnen werden: entweder aus Flussbetten oder durch Abbau. In Durchlauffiltern wird der Quarzsand aus dem Flussbett bevorzugt, da er aufgrund des langfristigen natürlichen Erosionsprozesses perfekt abgerundet ist. Da sich der Sand in einem kontinuierlichen Filter ständig nach unten bewegt, fördert der abgerundete Sand eine gleichmäßige Bewegung. Dies führt zu einer besseren Filterleistung. Der Flusssand wird aus dem Flusseinzugsgebiet gebaggert und muss aufbereitet werden, bevor er für die Tiefbettfiltration verwendet werden kann. Die Aufbereitung besteht aus der Reinigung, Trocknung und Siebung des Rohmaterials, um ein Produkt herzustellen, das einer Reihe von Qualitätskriterien entspricht.

Die spezifische Dichte von Filtersand beträgt 2,6 t/m3mit einem Porenraum oder einer Porosität von 40%. Dies gilt unabhängig von der Form und der Korngröße. Das bedeutet, dass die scheinbare Dichte des Filtermediums in einem Sandfilter gleich 1,6 t/m3.

Eine wichtige Eigenschaft von Filtersand ist seine Härte. Je härter das Material ist, desto besser behält es seine Form bei langfristigen Filtrationsvorgängen. Zur Bestimmung der Härte von Filtermedien wird die Mohs-Skala der Mineralhärte verwendet. Sie wird in einer qualitativen Ordinalskala von 1 bis 10 ausgedrückt und charakterisiert die Kratzfestigkeit verschiedener Mineralien durch die Fähigkeit des härteren Materials, weicheres Material zu zerkratzen.

Niederländischer Flusssand besteht typischerweise aus 96% SiO2 und 2% Al2O3 und der Entzündungsverlust sollte gering sein: < 0,5%. Der Sand ist auf der Mohs-Härteskala mit 7 bewertet. Zum Vergleich: Gips hat einen Härtegrad von 2 Mohs, während Diamant mit 10 Mohs das härteste Material ist.

Abbildung 1. Ein abgerundetes Flusssandkorn für die Filtration

Filtersandgröße und -verteilung

In einem Sandfilter wird die Korngrößenverteilung auf der Grundlage der Anwendung und der Feststoffbeladung bestimmt. In Trinkwasseranwendungen werden typischerweise Körnungen von 0,6 - 1,3 mm verwendet, während in Abwasseranwendungen 1,2 - 2,0 mm üblich sind.

Wenn Sand in einem garantierten Korngrößenbereich geliefert wird, ist die obere und untere Korngrößengrenze nicht felsenfest. Bestellt man einen Korngrößenbereich von 1,2 - 2,0 mm, so sind sowohl die untere als auch die obere Grenze für 10 weight% kleinere und 10 weight% größere Körner zulässig. 

Ein weiterer wichtiger Parameter, der den Filtersand charakterisiert, ist der Uniformitätskoeffizient oder UC. Dieser ist als Verhältnis definiert und wird berechnet als die Größenöffnung, die gerade 60% des Sandes (d60
-Wert) durchlässt, geteilt durch die Größenöffnung, die gerade 10% der Sandprobe (d10-Wert) durchlässt. Liegt der Homogenitätskoeffizient unter 1,5, bedeutet dies, dass die Sandpartikel in ihrer Größe sehr ähnlich sind.

Bei der Tiefenfiltration sollte der Wert des Gleichmäßigkeitskoeffizienten zwischen 1,3 und 1,5 liegen, um eine Schichtung des Filterbetts bei der Rückspülung zu vermeiden. Ein niedrigerer Wert des Koeffizienten ist möglich, führt aber zu höheren Siebkosten und bietet kaum zusätzliche Vorteile. Bei einem kontinuierlichen Sandfilter ist dieses Schichtungsproblem nicht relevant, da das Sandwaschverfahren ganz anders abläuft und das Medium nicht expandiert wird. 

Filtersand in einem Durchlauffilter

Sobald der Filtertank mit Sand gefüllt ist (entweder mit Big Bags oder mit einem Schüttgutförderer, der den Sand einbläst) und der Filter in Betrieb ist, sieht das Sandbett wie der angegebene Querschnitt aus. In der Mitte des Filters befindet sich der vertikale Luftheber, oben die Waschanlage und an der Unterseite des Tanks die Verteilerarme, die den Filter beschicken. Der gewaschene Sand fällt dann in einem Winkel von 30 Grad, der dem natürlichen Gefälle entspricht, auf die Oberseite des Sandbetts zurück. Die effektive Sandbetthöhe ist der Abstand zwischen der Unterseite der Beschickungsverteilerarme und der Oberseite des Sandbettes, gemessen am Rand des Filtertanks. 

Abbildung 2. Höhe des Sandbetts