Filtermateriaal in continufilters l Blog 3

Fysieke gegevens

Filterzand is het meest gebruikte filtermedium in diepbedfiltratiesystemen. De reden daarvoor is dat het het perfecte filtermedium is: inert, slijtvast, vrij van verontreinigingen, beschikbaar in een uniforme korrelgrootteverdeling en relatief goedkoop.

Filterzand dat wordt gebruikt in diepbedfilters, zoals continufilters, kan worden gewonnen uit twee bronnen: ofwel uit rivierbeddingen ofwel door mijnbouw. In continu-filters wordt de voorkeur gegeven aan kwartszand uit rivierbeddingen, omdat dit door het langdurige natuurlijke erosieproces perfect is afgerond. Aangezien het zand in een continufilter voortdurend naar beneden beweegt, bevordert het afgeronde zand een homogene beweging. Dit resulteert in betere filterprestaties. Het rivierzand wordt uit het stroomgebied van de rivier gebaggerd en moet worden bewerkt voordat het kan worden gebruikt voor diepbedfiltratie. De verwerking bestaat uit het reinigen, drogen en zeven van de grondstof, om een product te verkrijgen dat aan een aantal kwaliteitscriteria voldoet.

De specifieke dichtheid van filterzand is 2,6 ton/m3, met een poriënruimte of porositeit van 40%. Dit is ongeacht de vorm en de korrelgrootte. Dit betekent dat de schijnbare dichtheid van het filtermedium in een zandfilter gelijk is aan 1,6 ton/m3.

Een belangrijke eigenschap van filterzand is de hardheid ervan. Hoe harder het materiaal, hoe beter het zijn vorm behoudt bij langdurige filtratiewerkzaamheden. De hardheidsschaal van Mohs voor mineralen wordt gebruikt om de hardheid van filtermedia te bepalen. De hardheid wordt uitgedrukt in een kwalitatieve ordinale schaal van 1 tot 10, die de krasweerstand van verschillende mineralen aangeeft door het vermogen van harder materiaal om zachter materiaal te bekrassen.

Nederlands rivierzand bestaat meestal uit 96% SiO2 en 2% Al2O3 de gloeirest zou laag moeten zijn: < 0.5%. Het zand is gekenmerkt door 7 op de hardheidsschaal van Mohs. Om dit in perspectief te plaatsen: gips is 2 Mohs, terwijl diamant 10 Mohs is, het hardste materiaal.

Figuur 1. Een zandkorrel gebruikt voor filtratie

Filterzandgrootte en -verdeling

In een zandfilter wordt de korrelgrootteverdeling bepaald op basis van de toepassing en de vaste-stofbelastingen. In drinkwatertoepassingen wordt meestal een korrelgrootte van 0,6 - 1,3 mm gebruikt, terwijl in afvalwatertoepassingen 1,2 - 2,0 mm gebruikelijk is.

Als zand wordt geleverd in een gegarandeerd korrelgroottebereik, is de boven- en ondergrens van de korrelgrootte niet rotsvast. Als een korrelgroottebereik van 1,2 - 2,0 mm wordt besteld, zijn zowel de onder- als de bovengrens geschikt voor 10 gewicht% kleinere en 10 gewicht% grotere korrels. 

Een andere belangrijke parameter, die het filterzand karakteriseert, is de uniformiteitscoëfficiënt of UC. Deze wordt gedefinieerd als een verhouding en wordt berekend als de grootteopening die net 60% van het zand doorlaat (d60 waarde) gedeeld door de grootteopening die net 10% van het zandmonster doorlaat (d10-waarde). Als de gelijkvormigheidscoëfficiënt lager is dan 1,5, betekent dit dat de zanddeeltjes qua grootte sterk op elkaar lijken.

Voor diepbedfiltratie moet de uniformiteitscoëfficiënt tussen 1,3 en 1,5 liggen om gelaagdheid van het filterbed tijdens het terugspoelen te voorkomen. Een lagere waarde van de coëfficiënt is mogelijk, maar dit leidt tot hogere zeefkosten en levert weinig extra voordeel op. In een continu zandfilter is dit stratificatieprobleem niet relevant omdat de zandwasprocedure heel anders is en het medium niet wordt geëxpandeerd. 

Filterzand in een continu filter

Zodra de filtertank met zand is gevuld (met behulp van big bags of met behulp van een bulkcarrier, waarbij het zand wordt ingeblazen) en het filter operationeel is, ziet het zandbed eruit als aangegeven in de dwarsdoorsnede. In het midden van het filter bevindt zich de verticale luchtlift, bovenaan de wasinstallatie en onderaan de tank de verdelerarmen, die het filter voeden. Vervolgens valt het gewassen zand terug op de top van het zandbed in een hoek van 30 graden, gelijk aan de natuurlijke helling. De effectieve hoogte van het zandbed is de afstand tussen de onderkant van de verdelerarmen voor de toevoer en de bovenkant van het zandbed, gemeten aan de rand van de filtertank. 

Figuur 2 2. Hoogte zandbed