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FiltrationGrundlagen und Verfahren

Grundlagen und Verfahren

Die Filtration ist auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung in vielfältigster Art und Weise verbreitet. Unter Filtration werden alle Verfahren zusammengefasst, bei denen auf mechanischem Wege - aus einem Gemisch von Flüssigkeit und festen oder gelösten Substanzen - eine Trennung in Flüssigkeit (Filtrat) und aufkonzentrierte Substanzen (Retentat) erfolgt. Die Auswahl der Filtrationsver-fahren oder auch mehrerer serieller Verfahrensschritte wird durch die Qualität des Rohwassers sowie durch die Anforderungen an das Reinwasser (Trink- oder Prozesswasser) bestimmt. Die minimale Größe der zurückgehaltenen Feststoffe wird über die Trenngrenze des Filters definiert.

Problemstoffe im Rohwasser stellen insbesondere dar: • Sand, Feststoffe, Trübstoffe und Partikel, abgelöste Inkrustierungen aus Rohrleitungen • gelöste Stoffe wie Eisen, Mangan und Arsen • aggressive Kohlensäure • Pestizide (PBSM), Chlorkohlenwasserstoffe (CKW) etc. • gelöste Salze (Meerwasser) • Verunreinigungen durch Kreislaufwasserführung (z. B. Kondensat-Dampf-Kreislauf)

Die Übersicht zeigt grob die Zuordnung der Filtrationsverfahren und deren Anwendung in Abhängigkeit von den Trenngrenzen.

Wir dimensionieren, fertigen, liefern und montieren hochwertige und leistungsfähige Anlagen für die Filtration wie • Kerzenfilter,Rückspülfilter • Kiesfilter/Mehrschichtfilter • Filteranlagen für Enteisenung, Entmanganung und Arsenentfernung • Entsäuerungsfilter • Aktivkohlefilter •Membranfiltrationsanlagen(MF,UF,NF,RO)mitPolymer-undKeramik-Membranen

500 µm> 1 mm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm

Sieb- Filtration > 500 µm Körner, Sand, Fasern Siebung, Zyklone, Sedimentation, Klärung

Fein- Filtration 5 - 500 µm Größere Partikel, Algen Gewebefilter,Tuchfilter, Spaltfilter

Partikel-Filtration 1 - 10 µm Kleine Partikel, Keime, Bakterien, Algen Mehrschicht-Schnellfilter,Membran-Filtration (MF)

Mikro- Filtration (MF) 0,1 - 1 µm Kleinstpartikel, Keime, Bakterien, Viren Mehrschicht-Langsamfilter,Membran-Filtration (MF)

Ultra- Filtra tion (UF) 0,01 - 0,1 µm Viren und makro- molekulare Substanzen Membran-Filtration(UF)

Nano- Filtra tion (NF) 0,001 - 0,01 µm nieder-molekulare Substanzen und Huminstoffe Membran-Filtration(NF)

Umkehr- Osmose (RO) < 0,001 µm Ionen Umkehr- Osmose(RO)

Problemstoffe

Trenngrenzen

Trennverfahren

Trenngrenzen

abtrennbare Stoffe

Verfahren in der Wassertechnik

Trenngrenzen

Filteranlagen

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FiltrationGrundlagen und Verfahren

Kerzenfilter

Bei Verwendung von Trinkwasser aus der öffentli-chen Wasserversorgung kann das Rohwasser aus kilometerlangen Rohrnetzen mit Rost, Sand, ausge-brochenen Inkrustierungen und anderen Feststof-fen verunreinigt sein. Diese Feststoffe können mit Kerzenfilternausfiltriertwerden. KerzenfiltersindnichtfürdieAufnahmegroßerSchmutzmengen geeignet. Durch die Anlagerung derFeststoffeanderFilteroberflächekannesbeigroßen Schmutzmengen zu einem raschen Anstieg desDifferenzdruckeskommen.Kerzenfilterkönnendurch Rückspülung gereinigt werden. Bei Erreichen einesdefiniertenmaximalzulässigenDifferenzdruk-kes müssen die Filter gespült werden. Bei zuneh-mender Verkürzung der Rückspülintervalle müssen dieFilterkerzenausgetauschtwerden.KerzenfilterwerdenbeiderNanofiltrationundUmkehrosmoseinderRegelalsSchutzfiltervorge-schaltet.AutomatischarbeitendeRückspülfilteroderScheibenfilterwerdeninderRegelbeiderUltrafiltrationalsSchutzfiltervorgeschaltet.

ImGegensatzzurKerzenfiltrationstelltdieKiesfiltration-insbesonderedieVarianteMehrschichtfiltration(Filtersande+Filterkohlen)-eineTiefenfiltrationdar.BeiderMehr-schichtfiltrationpassiertdasWasserverschiedeneSchichtenvonFiltermaterialmitinFiltrationsrichtung zunehmender Feinheit. Schmutzstoffe lagern sich entsprechend ihrer GrößeinunterschiedlichenSchichtenimFilterab.MehrschichtfilterkönnengroßeMen-gen an Feststoffen aufnehmen und bei richtigem Aufbau und Betrieb hervorragende Filtrationsergebnisse liefern.

Insbesondere bei der Aufbereitung von Flusswasser gelangtdieKiesfiltrationbzw.dieMehrschichtfiltration-in Verbindung mit Flockung - zum Einsatz. Der Filtration muss in diesen Fällen oft eine Sedimentationsstufe oder eine andere geeignete Voraufbereitung als erster Verfah-rensschritt vorgeschaltet werden.

Kies-,Sand-undMehrschichtfiltermüssenregelmäßigdurchRückspülunggereinigtwer-den.JenachEinsatzfallkommenreineWasserspülungoderLuft-/WasserspülungzumEinsatz.

Wasser mit erhöhtem Eisengehalt muss aufbereitet werden. In der Regel handelt es sich bei eisenhal-tigen Wässern um reduzierte bzw. sauerstoffarme Wässer, in denen das Eisen meist gelöst in zweiwer-tiger Form vorliegt. ZurOxidationdesEisenswirdkomprimierteLuftoder Sauerstoff vor dem Filter in das Rohwasser eingebracht und mit diesem vermischt. ZurEnteisenungkönnenEinschicht-oderMehrschichtfiltereingesetzt.werden.

Feinfiltration

Kiesfiltration / Mehrschicht-

filtration

Enteisenung

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FiltrationGrundlagen und Verfahren

DaszweiwertigeEisenoxidiertmitSauerstoffundbildetunlöslichesEisenoxidhydrat,welches im nachgeschalteten Filter zurückgehalten wird. Das zurückgehaltene Eisen führt zum Anstieg des Differenzdruckes im Filter. Die Rückspülung erfolgt im Regelfall in AbhängigkeitvonderDurchsatzmenge.BeiÜbersteigeneinesdefiniertenDifferenzdruk-kes kann automatisch eine Zwangspülung eingeleitet werden. Je nach Automatisierungs-grad der Enteisenungsanlage werden die Spülvorgänge vollauto matisch, halbautomatisch oder manuell durchgeführt. BeiWässernmiterhöhtemHuminstoffanteilreicheneinfacheOxidationsmittelwieLuft-sauerstoffhäufignichtaus.HierkommenstärkereOxidationsmittelwieOzon,Wasser-stoffperoxidoderKaliumpermanganatzumEinsatz.

GelöstesManganliegtinWasseroftgleichzeitigmitEisenvor.DieOxidationdesMan-gansistdannjedochschwieriger,daManganerstnachEisenoxidiertwird.Nebenderchemischen und der biologisch ablaufenden Entmanganung kommen vorzugsweise katalytischwirkendeFiltermaterialienzumEinsatz.DieEntmanganungkann-jenachMangangehalt des Rohwassers - mit einer oder mit zwei Filterstufen erfolgen. UnterVerwendungvonOzonkanndieEntmanganunggrundsätzlichparallelmitderEnteisenungineinerMehrschicht-Filterstufeerfolgen,daOzonsowohlEisenalsauchMangansicherundvollständigoxidiert.

NebenEisenundManganistArseneinweitererSpurenstoff,welcherinsbesondereinreduziertenGrundwässernauftritt.UnterVerwendungvonOzonkanndieArsenentfer-nung parallel mit der Enteisenung und Entmanganung in einer Mehrschicht-Filterstufe erfolgen. AlternativistdieFiltrationübergranuliertesEisenhydroxid(GEH)möglich.Daszufiltrie-rende Wasser muss hierbei aber frei von Feststoffen, Eisen und Mangan sein. Bei diesem Verfahren lagert sich Arsen an das GEH-Material an. Angelagertes Arsen kann nicht mittelsRückspülungausdemFilterentferntwerden.NachderkalkuliertenStandzeit (2 - 3 Jahre) muss das Material deshalb ausgewechselt bzw. erneuert werden.

Bei natürlichen Quell- und Grundwässern tritt manchmal ein Über-schuss an Kohlensäure auf, der durch aufbereitungstechnische Maßnahmen korrigiert werden muss. Durch Filtration über calciumkarbonathaltige Materialien (halbge-brannterDolomit,MarmoroderJurakalk)findeteineNeutralisationder freien aggressiven Kohlensäure bis zum Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht statt. Die freie Kohlensäure löst hierbei Calcium-karbonat aus dem Filtermaterial. Dadurch kommt es zu einer AufhärtungdesWassers.EntsäuerungsfiltermüssengrundsätzlichaufderBasiseineraktuellenundrepräsentativenWasseranalysedimensioniert werden. Dolomitische Filtermaterialien neigen bei UnterlastzurÜberalkalisierung.EntsäuerungsfiltermüssenmitLuftundWassergespültwerden können.

Entmanganung

Arsen-entfernung

Entsäuerung

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HydroGroup®/Hydro-Elektrik GmbH • Angelestraße 48/50 • D-88214 Ravensburg • Tel.: +49 751 60 09 0

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09/2019

FiltrationGrundlagen und Verfahren

Nanofiltrationsanlage zur Enthärtung und Spurenstoffentfernung

DerGehaltannatürlichenorganischenStoffenNOM(NaturalOrganicMatter)istbedeu-tend,wenneinWasserfürdieTrinkwasserversorgunggenutztwerdensoll.DieNOM-KonzentrationwirdanalytischerfasstalsdieSummedesgelöstenorganischenKohlen-stoffesDOC(DissolvedOrganicCarbon).HuminstoffhaltigeWässermiterhöhtenDOC-Gehalten/FärbungsolltenohneWasseraufbereitungnichtzurTrinkwasserversorgungverwendet werden. BeiderOzon-Biofiltrationhandeltessichumeinenetablierten,naturnahenWegzurAufbereitung huminstoffhaltiger Wässer. Das Verfahren nutzt die biologischen Wirkungs-mechanismenimFilterbettzurReduktiondesTOC/DOCimZusammenhangmiteinervorausgehendenOzonisierung.UnterderEinwirkungvonOzonalsstarkemOxidations-mittel werden die organischen Kohlenstoffverbindungen mit hohem Molekulargewicht gespalten, die Färbung massiv reduziert und die Konzentrationen der Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht erhöht. Ein Teil dieser so geschaffenen Verbindungen ist biologisch verfügbar und kann in der nachfolgenden (Bio-)Filtrationsstufe abgebaut werden. BesondersvorteilhaftistdiehoheUmweltfreundlichkeit,da-imGegensatzzuNanofiltra-tionsanlagenbzw.zurUmkehrosmose-sogutwiekeineumweltbelastendenSubstanzeneingesetzt werden müssen und der Energieverbrauch minimiert ist. DieAuslegungeinerOzon-BiofiltrationsanlageerforderteinegroßeErfahrung.Ausdie-sem Grunde können hier keine allgemeingültigen Daten angegeben werden.

UnterMembranfiltrationwerdenfolgendeVerfahrenzusammengefasst: •Mikrofiltration (MF) • Ultrafiltration (UF) • Nanofiltration (NF) • Umkehrosmose (UO/RO) MembranfiltrationstechnikenwerdenfürdieunterschiedlichstenAnwendungenimBe-reich der Wasseraufbereitung - oft in Kombination mit klassischen Verfahren - eingesetzt.

NebenStandard-Rackskon-zipieren wir anwendungs-orientierte Sonderanlagen mit unterschiedlichsten Mem-branen für nahezu alle An-wendungsfälle im Bereich der Wasseraufbereitung. Besonderer Schwerpunkt sind hier die keramischen Membra-nenmitOzon-Regeneration.

KeramischeMembranensindextrembeständigundpunktenmitwesentlichhöherenPermeabilitäten gegenüber PES-Membranen. Der höhere Preis kann durch geringere erforderlicheMembranflächenkompensiertwerden.

Ozon- Biofiltration

Membran-filtration