gwf Wasser/Abwasser Stahlharte Argumente (Vorschau)

FACHBERICHTE Wasserversorgung
2.2 Beurteilung der Wirksamkeit
von Filterschüttungen, Auslegungskriterien
Um die für eine Aufgabenstellung optimale Schüttung
zu finden, müssen die Druckverhältnisse innerhalb des
Filterbetts gemessen werden. Darüber hinaus sollte die
örtliche Partikelverteilung im durchströmenden Wasser
erfasst werden [1]. Die Raumfiltrationswirkung einer
Schüttung kann dann durch Auswertung der gemessenen
Partikelkonzentrationsänderung entlang der
Schütttiefe z [m] nach dem kinetischen Ansatz von
Iwasaki (zit. in [5])
Bild 2. Kleintechnische Versuchsanlage zur Schnellfiltration.
ca. 500
Quarzsand
Hydroanthrazit
Stützschicht
Quarzsand
Hydroanthrazit
Stützschicht
ca. 230
ca. 110
ca. 210
ca. 50
40
110
120
100
100
ca. 35
Meßpunkt vom Wasserspiegel (Einlauf) aus
in cm
Meßpunkt vom Wasserspiegel (Einlauf) aus
in cm
0
Vergleichsmessung
50
Micheau-Diagramm
(Laufzeit 48 h)
vom 12.8.98;
MSF 1
100 Donautemp.: ca. 20 °C
(Großanlage WWL)
150
200
250
300
350
400
450
500
Vergleichsmessung
(Laufzeit 45 h)
550
vom 11.2.99;
600
Donautemp.: ca. 3 °C
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Druck im Sandfilter (ohne Atmosphärendruck) in cm WS
0
50
Micheau-Diagramm
Filter 2
100
(MSF-Versuchsanlage)
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Druck im Sandfilter (ohne Atmosphärendruck) in cm WS
Messung vom Okt. 2004
Donautemp.:
< 10 … 11 °C
hydrostatische
Drucklinie
0,6 h
24 h
48 h
v F = ca. 12 - 13 m/h;
ß Fe = ca. 0,8 g/m³;
O 3: ca. 0,8 - 1 g/g DOC
hydrostatische
Drucklinie
0,6 h
24 h
48 h
120 h
v F = ca. 12 m/h;
ß Fe = ca. 0,8 g/m³;
O 3: ca. 0,8 - 1 g/g DOC
Bild 3. Typische Druckverlustentwicklung im Filterbett bei
Standardschüttung – oben: Großanlage Wasserwerk Langenau,
unten: Versuchsanlage (mit augenscheinlich noch stärker
ausgeprägter Schichtentrennung).
⎛ N ⎞
ln⎜
⎟ =−λ ⎝ N 0
[ −]
(1)
z= 0 ⎠
mit N als örtliche Partikelanzahl pro mL und λ 0 [m –1 ] als
anfänglicher material- bzw. anwendungstypischer Filterkoeffizient
beurteilt werden. Für den Bereich, in dem
die grafische Darstellung dieser Gleichung eine Gerade
ergibt, ist die Raumfiltrationswirkung als gut einzustufen.
Durch Beobachtung der Partikelanzahl im Filtrat bis
hin zum Erreichen einer kri tischen Konzentration zum
Zeitpunkt t N,krit („Durchbruch“), formal gemäß der aufgelösten
Massenbilanz
N
N
z=
0
Nz=
0
exp( λ0
⋅vF
⋅ ⋅t)
σS
=
Nz=
exp( λ
0
⋅ z) + exp( λ0
⋅vF
⋅ ⋅t)
−
σ
0
1
S
mit v F [m/h] als Filtergeschwindigkeit und t [h] als Filterlaufzeit
beschreibbar [6], ist ergänzend die Bestimmung
der Sättigungsbeladung σ S [mL –1 ] einer Schüttung
möglich.
Das Druckverlustverhalten kann in Form eines so
genannten Micheau-Diagramms veranschaulicht werden
[8, 10, 11]. In dieser Darstellung wird der in unterschiedlichen
Messtiefen der Schüttung abgelesene,
strömungsbedingte Druckverlust als Differenz zur
hydrostatischen Drucklinie eingetragen (siehe z. B.
Abschnitt 3.2, Bild 3). Weisen die sich ausbildenden
„Druckverlustbäuche“ starke Auswölbungen insbesondere
im oberen Bettbereich auf, ist die Schüttung
ungünstig.
Zur Auslegung/Optimierung einer Schnellfilterschüttung
sind die Zielkriterien zusammenfassend wie
folgt zu benennen [11]:
möglichst hohe Filterkoeffizienten über eine große
Tiefe bei allen Filterschichten,
möglichst hohe Sättigungsbeladung,
so hohe Filterschichthöhe, dass das hydraulische
Schluckvermögen gleichzeitig mit der Reinigungskapazität
des Filters erschöpft ist (aus Sicherheitsgründen
sollte der kritische Druckverlust etwas vor
dem Durchbruch erreicht werden).
Als Richtschnur für die erreichbare Filtrationsleistung
sollten bisher erzielte Höchstleistungen von ähnlichen
(2)
Januar 2011
86 gwf-Wasser Abwasser