Eine kontinuierliche Sandfiltration wird durch den kontinuierlichen Prozess der Entnahme am Boden des Filters, des vertikalen Medientransports (über den Luftheber) und der Medienwäsche ermöglicht. Infolgedessen bewegen sich die Sandkörner im Filterbett mit einer typischen Geschwindigkeit zwischen 3 und 16 mm pro Minute nach unten. Wir nennen diese Bewegung die Sandumlaufgeschwindigkeit. Darin unterscheidet sich der kontinuierliche Filter von einem chargenweise gewaschenen Sandfilter.

Die Sandumlaufgeschwindigkeit scheint für die Filtrationseffizienz von großer Bedeutung zu sein. In diesem Zusammenhang müssen zwei Phänomene verstanden werden:

1. Eine geringere Sandumlaufgeschwindigkeit bedeutet, dass es länger dauert, bis das Filtermaterial von oben nach unten gelangt. Die Umwälzzeit ist definiert als die Zeit zwischen zwei Durchläufen des Waschsystems. Beträgt die Sandumwälzung z. B. 10 mm pro Minute und die Filterbetthöhe 2 Meter, so beträgt die Umwälzzeit 3 Stunden und 20 Minuten. Je geringer die Sandumwälzung ist, desto höher ist die Umwälzzeit. Dies hat zur Folge, dass die Feststoffe tiefer in das Filterbett einsickern. Die Menge der Feststoffe in den Poren des Filterbetts wird zunehmen. Der Filtrationsmechanismus verbessert sich, da "Schmutz Schmutz fängt".
2. Filterkörner, die sich in einem kontinuierlichen Filter nach unten bewegen, neigen dazu, sich zu drehen, wie durch endoskopische Live-Aufnahmen im Filterbett festgestellt wurde. Durch diese rotierende Bewegungskomponente wird ein Teil der Feststoffe freigesetzt, die bereits im Porenraum gefangen waren. Dieses Phänomen ist bei höheren Sandumlaufgeschwindigkeiten stärker ausgeprägt. Folglich wird die Filtratqualität bei höheren Sandumlaufgeschwindigkeiten negativ beeinflusst.

Zur Bestätigung dieses Mechanismus wurden Feldversuche mit Speisewasser mit sehr geringer Feststoffkonzentration und geringer Trübung durchgeführt. In Abbildung 1 werden kontinuierliche Filterleistungsdaten unter Verwendung von Speisewasser aus einem Oberflächenwasserreservoir mit geringem Feststoffgehalt und geringer Trübung erfasst. Als Filtermedium wird Filtersand mit einem Gefälle von 0,8 - 1,25 mm verwendet. Die Höhe des Filterbetts beträgt 2 m und der Filter wird mit einer Filtrationsgeschwindigkeit von 8 m/h betrieben.

In der Abbildung ist die Sandzirkulationsrate gegen die Filterleistung für zwei Betriebsfälle aufgetragen:

• Die rote Linie zeigt die Ergebnisse der reinen Filtration ohne Zusatz eines Koagulationsmittels;
• Die blaue Linie zeigt die Ergebnisse der Filtration, die durch eine Koagulationsmitteldosierung von 4 mg/l Eisen im Zulauf zum Filter verbessert wurde.

In beiden Fällen ist die Auswirkung deutlich sichtbar, wenngleich sie im Falle einer Gerinnungsmitteldosierung weniger ausgeprägt ist.

Eine letzte wichtige Bemerkung: Die Sandumwälzung sollte niemals niedriger sein als die anwendbare Mindestmenge. Die Sandumwälzung sollte hoch genug sein, um ein Gleichgewicht zwischen den mit dem Speisewasser zugeführten Feststoffen und den mit dem Waschwasser ausgewaschenen Feststoffen herzustellen.

Wird die Sandumwälzung zu niedrig gewählt, wird dieses Gleichgewicht nicht erreicht und der Widerstand des Filterbetts steigt an. Dies führt schließlich zu einem Durchbruch von Feststoffen im Filtrat.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Optimierung der Sandumwälzungsrate zu einer höheren Filterleistung führt, wie in den Feldversuchen gezeigt wurde. Wie dieser Mechanismus in ein praktisches Steuerungsinstrument umgewandelt werden kann, das unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen anwendbar ist, wird in einem der nächsten Blogbeiträge erörtert.