Trinkwassergewinnung mittels Wanderbettfiltration

Kleine bis mittelgroße Anlagen zur Behandlung von Oberflächenwasser

Einführung

Kleine bis mittelgroße Trinkwasseraufbereitungsanlagen im südostasiatischen Raum befinden sich in der Regel in ländlichen Gebieten, um Trinkwasser für kleine Gemeinden zu produzieren. Auch wenn sie richtig konzipiert sind, fehlt es einigen dieser Anlagen an der Aufmerksamkeit des Betreibers, so dass sie nicht ausreichend leistungsfähig sind. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, eine Anlage zu entwerfen, die wirtschaftlich und gleichzeitig geeignet ist, mit geringer Aufmerksamkeit des Betreibers und geringem Wartungsaufwand zu arbeiten. Dieser Beitrag befasst sich mit den Eigenschaften der Wanderbettfiltration, die sowohl für Grund- als auch für Oberflächenwasserquellen als Kernkomponente in Trinkwassergewinnungsanlagen erfolgreich eingesetzt wird. Anhand von installierten Referenzanlagen wird der Betriebsbereich erörtert und die Gesamtprozessschemata, einschließlich der Zulaufeinrichtungen, vorgestellt.

MBF-Merkmale

Die Wanderbettfiltration ist ein Behandlungsverfahren, das als Alternative zu herkömmlichen Schnellsandfiltern (RSF) entwickelt wurde. Aufgrund seiner besonderen Merkmale kann das MBF-Verfahren als Alternative für ein breiteres Spektrum von Verfahren eingesetzt werden: Flockung - Absetzen - RSF. Daher ist es wichtig, die besonderen Merkmale des MBF-Verfahrens zu verstehen.
 
Im MBF fließt das zu behandelnde Wasser von unten nach oben durch das Sandbett (typische Filtrationsgeschwindigkeit: 5 - 12 m/h). Während des Aufwärtsfiltrationsprozesses werden Verunreinigungen in den Poren des Filterbettes zurückgehalten. Das von Feststoffen befreite Filtrat wird im oberen Teil des Filters über ein festes Überlaufwehr abgeleitet.
 
Gleichzeitig bewegt sich das Filterbett ständig nach unten (typischerweise mit Geschwindigkeiten von 0,3 - 0,8 m/h), da es in den Luftheber am mittleren Boden des Filters gesaugt wird. Die Absaugung von Sand und zurückgehaltenen Feststoffen erfolgt nach dem Airlift-Prinzip: Durch Einspeisung einer geringen Menge Druckluft in das Airlift-Rohr wird der Absaugvorgang in Gang gesetzt und ein Gemisch aus verschmutztem Sand und Wasser durch eine zentrale Rohrleitung nach oben gepresst.
Durch die intensiven Spülbewegungen werden die Verunreinigungen von den Sandpartikeln getrennt. Am oberen Ende der Rohrleitung werden die Sandkörner in der Waschsektion freigegeben und beginnen, sich in einer hydraulischen Waschanlage abzusetzen. Die Körner werden schließlich von einer kleinen Menge sauberen Filtrats gewaschen, das im Gegenstrom durch den Wäscher fließt. Diese besondere Strömung wird durch einen konstanten Unterschied in den Abflusshöhen des Filtrats und der Waschwasserüberlaufwehre erzeugt.

Hohe Tragfähigkeit

Es liegt in der Natur des kontinuierlichen Filtrations- und Waschprozesses, dass ein konstantes Gleichgewicht zwischen den in den Filter eintretenden Feststoffen und den mit dem Waschwasserauslass aus dem Filter ausgetragenen Feststoffen erreicht wird. Anders als bei RSF-Prozessen kommt es zu keiner Ansammlung von Feststoffen im Filter und der Druckverlust über den Filter ist bei festen Betriebsbedingungen konstant. In einem RSF führt eine hohe Feststoffbeladung zu kurzen Filterlaufzeiten. Dies ist der Fall, wenn das Speisewasser voluminöse Flocken (z.B. nach der Dosierung eines Flockungsmittels) und/oder einen hohen Gehalt an suspendierten Feststoffen enthält. Aufgrund der kontinuierlichen Betriebsweise kann ein MBF eine hohe Belastung ohne den Nachteil kurzer Filterlaufzeiten bewältigen. Dies macht das Verfahren vorteilhaft, wenn stark trübes Wasser behandelt werden soll.

Wascheffizienz

Im MBF wird jedes Sandkorn schließlich in den Luftheber gesaugt und ordentlich gewaschen. Tote Zonen mit schlechter Waschleistung gibt es aufgrund der Struktur des Filters nicht. Daher trägt die gesamte Filterfläche zum Filtrationsprozess bei und es wird eine maximale Effizienz erreicht. Bei RSF hingegen ist der Düsenboden, der für die Rückspülung verwendet wird, anfällig für Verstopfungen, was zu einer schlechteren Rückspülleistung in einem Teil der Filterfläche führt. Nach einer gewissen Zeit verringert sich dadurch die Gesamtlaufzeit und die Filterleistung des RSF.
 
Der MBF wird kontinuierlich und ohne menschliches Zutun gespült. Dadurch wird verhindert, dass die Bediener die Filterlaufzeiten verlängern, was zu Filterverstopfung und Schlammkugelbildung führt.
Schließlich erfordert das Prinzip des kontinuierlichen Waschens und des Waschens des Sandes mit einer geringen Menge an Filtrat keine zusätzlichen Einrichtungen für Rein- und Schmutzwasserspeicher und Rückspülwasserpumpen.

Futtermittel-Screening

Ein wesentliches Merkmal des MBF ist die gleichmäßige Sandumwälzung über die gesamte Filterfläche. Dazu ist es notwendig, dass der Sand gleichmäßig aus allen Richtungen in den Luftheber gesaugt wird. Die Filtereinbauten sind deshalb genau in der Mitte des Filtertanks eingebaut. Außerdem ist es wichtig, dass keine Partikel > 6 mm in den Filter eingespeist werden, da diese Probleme verursachen könnten, um Störungen im Sandansaugprozess zu vermeiden. Ein geeignetes Einlaufsieb ist daher unter allen Umständen zu empfehlen. Ein Beispiel für ein solches Einlaufsieb ist in der Abbildung dargestellt.

Filter Kontrolle

Durch die kontinuierliche Sandumwälzung ist der Filtrationsprozess zeitunabhängig geworden. Bei konstanter Speisewasserqualität ist auch die Filtratqualität zeitlich konstant.
 
Die Umwälzrate des Sandes wirkt sich auf die Filtrationsleistung aus. Je niedriger die Umwälzrate, desto besser ist die Effizienz. Eine niedrigere Umwälzrate bedeutet, dass die Verweilzeit jedes Sandkorns im Filterbett höher ist, was ein tieferes Eindringen von Verunreinigungen in das Bett bewirkt. Infolgedessen ist der Füllungsgrad der Poren höher, was die Filterleistung erhöht.
 
Es wird deutlich, dass die angewandte Umwälzrate nicht geringer sein darf als die Bewegung der Verstopfungsfront: Wenn die Aufwärtsbewegung der Verstopfungsfront größer ist als die Abwärtsbewegung des Sandes, kommt es zu einem Durchbruch. Wenn die angewandte Umwälzrate zu niedrig ist und kein Gleichgewicht zwischen der Zufuhr und dem Abfluss von Verunreinigungen erreicht wird, wird der Widerstand des Filterbetts nicht stabil und beginnt zu steigen.
 
Beim MBF ist die Sandumwälzrate ein zusätzlicher Steuerungsparameter, der zur Optimierung der Filtrationseffizienz verwendet werden kann: Die tatsächliche Filterbelastung wird mit der aktuellen Sandumwälzrate verknüpft, um unter allen Betriebsbedingungen optimale Filtereffizienzen zu erzielen. Durch Variation der Luftzufuhr zum Luftheber wird sichergestellt, dass der MBF im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben wird.

Behandlung von Oberflächenwasser

Bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser hängt die Feststoffbeladung des Filters von der variablen Qualität des Speisewassers ab, da die Qualität des Flusswassers in Bezug auf Trübung, Farbe und Schwebstoffe stark schwanken kann. Der MBF ist in der Lage, höhere Feststoffbelastungen zu bewältigen und kann daher in einem einzigen Verfahrensschritt eingesetzt werden, so dass eine Vorbehandlung durch Absetzen nicht erforderlich ist. Um kolloidale Stoffe effizient zu entfernen, wird normalerweise eine Inline-Dosierung von Flockungsmitteln vorgesehen. Abbildung 3 zeigt ein indikatives Diagramm zur Prozessauswahl in Abhängigkeit von der Trübung des Zulaufs und dem organischen Material im Zulauf (ausgedrückt in Chlorophyll-a). Abbildung 4 ist ein Foto einer der Referenzanlagen in Brasilien, Abbildung 5 ein typisches Prozessablaufdiagramm für die Anlage. Das Endfiltrat kann mit UV oder Chlor desinfiziert werden.
Tabelle 1 zeigt typische Ergebnisse einer Oberflächenwasserbehandlung auf der Grundlage einer direkten Filtration. Die Abflusskriterien werden vom MBF-Filtrat durchweg erfüllt.
 
Die Anlage ist für eine Kapazität von 160 m3/h ausgelegt; das Flockungsmittel wird inline mit Alaun dosiert. Typische Dosierungen liegen im Bereich von 2-6 mg/l Al. Die Alaun-Dosierung wird in Abhängigkeit von der Trübung des Zulaufs gesteuert.

Schlussfolgerung

Der Einsatz der MBF-Technologie hat sich sowohl bei der Grundwasseraufbereitung als auch bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser für die Trinkwassergewinnung als zuverlässig und wirksam erwiesen. Die Einfachheit des Verfahrens ermöglicht eine ununterbrochene Produktionskapazität und einen sehr geringen Personaleinsatz.
 
Aufgrund der Beschaffenheit des Prozesses mit einem kontinuierlichen Gleichgewicht zwischen den Feststoffen des Speisewassers und den Feststoffen des Waschwassers kann der Prozess in einem breiten Bereich von Speisewasserqualitäten betrieben werden. Durch die Einführung der verbesserten Filtersteuerung kann ein konstant hochwertiges Filtrat erzeugt werden.
 
Daher wird das MBF-Verfahren bei der Trinkwassergewinnung für kleine und mittelgroße Gemeinden effektiv eingesetzt.

PAPIER

Trinkwassergewinnung mittels Wanderbettfiltration

Bei der Planung einer Trink- oder Brauchwasseraufbereitungsanlage ist es von großer Bedeutung, eine wirtschaftliche Anlage zu konzipieren, die gleichzeitig einfach zu bedienen ist.
In diesem Beitrag werden die Merkmale der kontinuierlichen Filtration beschrieben, die erfolgreich für die Aufbereitung von Grund- und Oberflächenwasser für Trink- und Brauchwasserproduktionsanlagen eingesetzt wird.

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Wie sich der Einsatz der kontinuierlichen Filtrationstechnologie sowohl bei der Grundwasseraufbereitung als auch bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser für die Trinkwassergewinnung als zuverlässig und wirksam erwiesen hat.

Was sind die besonderen Merkmale des kontinuierlichen Filtrationsprozesses?

In welchem Anwendungsbereich die Technologie eingesetzt werden soll und welche Voraussetzungen wichtig sind.

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