Enteisenung und Entmanganung - Filtrationsprozess

Grenzwerte nach TrinkwV:

Fe:      0,2 mg/l
Mn:     0,05 mg/l
 

Nach dem Stand der Technik sollten im Filtrat 0,01 mg/l Eisen bzw. Mangan erreicht oder unterschritten werden!

Grundlagen:

Es gibt grundlegend drei Formen der Enteisenung:

Fe(III)-Filtration - Oxidation des Fe(II) zu Fe(III) in einem Reaktionsbehälter nach Belüftung und anschließende Filtration.

Direkte Oxydation mit Luftsauerstoff (Fe(II)-Filtration) - hierauf beziehen sich die weiteren Aussagen!!

Fällung zum Fe²⁺-Hydroxid durch Zugabe von OH-Ionen und anschließende Oxydation.

Beides sind Fällungsreaktionen!

Filtrationsprozeß:

Filtermaterial: Quarzsand mit d_w = 0,8 ... 2 mm

d_w= (d₁₀ –d₉₀)/2

Ungleichförmigkeitsfaktor U=d₆₀/d₁₀ < 1,5

Idealzustand: alles gleich große Körner - dies ist aber praktisch nicht lieferbar

Theoretischer Sauerstoffbedarf: 0,15 mg pro mg Fe²⁺

Bei hohem Eisengehalt auch 8 mg Sauerstoff  je Liter erforderlich

Belüftung offen oder als Druckbelüftung

Sauerstoffgehalte 4 – 11 mg/l üblich

Erforderliche Redoxspannung 500 mV für Enteisenung und 700 mV für Entmanganung

Bei Druckbelüftung keine Entsäuerung gegeben,  deshalb wird eine Nachbelüftung empfohlen.

Bei Anwesenheit von komplex gebundenem Eisen: (huminsauer gebundenes Eisen) kann Zugabe von Oxidationsmitteln erforderlich werden

Für sichere Oxidation und das Erreichen von Redoxspannungen von > 500 mV sollten vorher möglichst alle reduzierenden Substanzen aus dem Wasser entfernt werden. (Ammonium, Sulfide, organische Substanzen)

Filter müssen eingearbeitet sein, dies gilt insbesondere für Entmanganung (mit MnO₂ belegtes Filterkorn)

Auf Grund des benötigten höheren Redoxpotentials findet die Entmanganung nach der Enteisenung statt – entweder im unteren Bereich des Filters oder bei zweistufigen Filtern in der unteren Stufe.

Filtergeschwindigkeiten:

praktischer max. Wert = 12 m³/(m² * h) = m/h = Durchsatz / Filterfläche : fiktiver Wert, stellt keine Fließgeschwindigkeit dar

In offenen Anlagen ist die Filtergeschwindigkeit geringer.

Filterrückspülung:

Üblich sind drei Phasen:

1. Luft
2. Luft / Wasser
3. Wasser

Der Differenzdruck zwischen Filterzu- und ablauf sollte nicht größer als 0,5 bar betragen. Danach steigt delta p steil an.

 Heutiger Stand der Technik:

• Fluidisierungsgeschwindigkeit = 25 % Ausdehnung der Filterbettes
• Abhängig von dw, bei dw = 1 mm = 80 m/h
• Bei Nachrüstungen ist die Forderung schwer zu realisieren

3-Phasen-Spülung wie oben:

1. Luft: 50 – 60 ... 70 m/h; bis 3. min
2. Wasser Luft: Luft wie Phase 1, Wasser 12 – 13 m/h; 3. – 20. min
3. Wasser/ Klarspülung: 32 m/h (30 – 40 m/h); 20. – 25. min

Typische Takte einer Filterspülung

Taktdauer in min bis Minute Förderstrom Luft (m³/h) Förderstrom Wasser m³/h) 1. Luft 2 2 230 2. Luft und Wasser 7 9 140 90 3. Wasser 3 12 230 4. Erstfiltrat 5 17

Praktische Probleme:

• gleichmäßige hydraulische Belastung der Filter (bei geschlossenen Filtern) ist zu gewährleisten
• schnell wechselnde Durchflussmengen bei Anlagen, die direkt in das Netz fördern oder von Bedarfsschwankungen beeinflusst werden
• eine gleichmäßig hohe Belastung der Filter ist besser als eine wechselnde Belastung bei geringen Durchflussmengen.
• Entlüftung der Filterkessel muss gut funktionieren, damit es nicht zum Aufpumpen oder zur schlagartigen Entlüftung kommt, wobei Wasser in den Filter zurückströmt
• Schlammentsorgung

Biologische Filtration

Organismen:

• Gallionella ferruginea
• Thiobacillus ferrooxidans
• Pseudomonas Manganoxidans
• Leptothrix ochracea
• Crenothrix polyspora (auch "Crenothrix Cohn" nach dem Entdecker genannt (1870)), (Brunnenfaden, auch "Brunnenpest" genannt), sieht sehr unästhetisch aus! Die Bakteriengruppe wurde bereits in Meyers Konservationslexikon von 1888 beschrieben und erstmals in Brunnen in Breslau beobachtet!
   
• Spülung nicht zu aggressiv, da Biofilm beschädigt werden kann.
• Keine Spülung mit gechlortem Wasser!
• Hohe Filtergeschwindigkeiten sind möglich
• Keine Dosierung von Flockungschemikalien nötig
• Abbau verkeimungsfördernder DOC-Anteile im biologischen Filtrationsprozeß
• Niedriger Wassergehalt der Fällungsprodukte

Der Anteil der biologischen Prozesse ist von großer Bedeutung und überwiegt gegenüber den chemischen. Durch Versuche, bei denen die Filter desinfiziert wurden, war nach Beendigung der Desinfektion eine Wiedereinarbeitung des Versuchsfilters von ca. 20 Tagen erforderlich. Auch die Abtötung von manganoxidationsfördernder Mikrobiologie durch UV-Bestrahlung im Rohwasser führt zu einer deutlichen Einschränkung der biologischen Manganoxidation im Filter.

Die biochemischen Stoffwechselprozesse sind noch weitestgehend unbekannt. Eisenoxidierende Bakterien, Eisenoxidierer, "echte" Eisenbakterien, die Eisen (II) zu Eisen(III) oxidieren und dabei ihre Stoffwechselenergie aus einer verkürzten Atmungskette gewinnen. In der Regel wird noch eine Kohlenstoffquelle benötigt! Davon dürfte in der Praxis die Wachstumsgeschwindigkeit abhängen.

Abb: Eisenbakterien