Partikelentfernung

Verfahren zur Trübstoff- und Partikelentfernung

Bei Nutzung Partikel belasteter Grund- und Quellwässer (z.B. aus Kluft- und Karstgrundwasserleitern) sind häufig mikrobielle Belastungen vorhanden. Insbesondere nach starken Regenfällen trüben sie zudem deutlich ein und können auch sehr hohe Gehalte an Indikatorbakterien aufweisen. Bei Nutzung derartiger Wässer zur Trinkwasseraufbereitung ist vor der Desinfektion eine Trübstoff- und Partikelentfernung zwingend erforderlich. Dabei sind Trübungswerte von < 0,1 bis 0,2 FNU im Ablauf der partikelabtrennenden Stufe einzuhalten.

Außerdem können chemische Substanzen und Schadstoffe partikulär vorliegen. Weiterhin können Partikel potenzielle Nährstofflieferanten für Mikroorganismen darstellen und Aufkeimungen verursachen. Darüber hinaus vermindern Partikel die Desinfektionswirkung von UV-Strahlen sowie die von chemischen Desinfektionsmitteln.

Aus diesen Gründen muss ein Ziel der Wasseraufbereitung die Herstellung eines möglichst partikelfreien Trinkwassers sein.

Zur Sicherung dieser Vorgaben stehen folgende Aufbereitungsstufen zur Verfügung:

                   Verfahren Partikelentfernung            Bild: Verfahren zur Partikel und Trübstoffentfernung

Die Wirksamkeit der Partikelabscheidung eines Filtrationsverfahrens kann mit den Parametern Trübung und Partikelkonzentration überprüft werden. Die Festlegung von Zielwerten sollte für jedes Aufbereitungsverfahren individuell so erfolgen, dass die Anforderungen der Trinkwasserverordnung am Ausgang des Wasserwerks stets mit ausreichender Sicherheit eingehalten werden. Trübungsmessung oder Partikelzählung ersetzen nicht die nach Trinkwasserverordnung erforderlichen mikrobiologischen Untersuchungen. Bei der Aufbereitung von Oberflächenwässern zu Trinkwasser ohne Untergrundpassage ist vor der Desinfektion immer eine Trübstoff- oder Partikeleliminierung erforderlich. Dabei sind Trübungswerte im Ablauf der partikelabtrennenden Stufe im Bereich von 0,1 FNU bis 0,2 FNU anzustreben, wenn möglich zu unterschreiten. Ein Überwachungskonzept für entsprechende Aufbereitungsanlagen wird in der Empfehlung des Umweltbundesamtes zur Vermeidung der Kontamination mit Parasiten vorgeschlagen. Nach dieser Empfehlung dürfen im Wasser vor der Desinfektion E. coli und coliforme Bakterien nur ausnahmsweise und dann auch nur in geringen Konzentrationen vorhanden sein.

 

Filtrationsverfahren

Unter Filtration versteht man die Verminderung der Partikelkonzentration beim Durchströmen eines Filtermediums.

Man unterscheidet folgende Filterarten:

 

Langsamfilter

Offene Schnellfilter

Geschlossene Schnellfilter

mittl. Filtergeschwin- digkeit in m/h

0,05 - 0,3

4 - 7

10 - 20

Filterform

Erd- und Betonbecken

Betonbecken, b bis 6,0 m

Stahlzylinder, D 2,5 -  5,0 m

Filtersand in mm

<0,5

0,63 - 1,0
0,71 - 1,25

0,63 - 1,0
0,71 - 1,25

Filterlaufzeit in d

20 - 100

0,5 - 10

0,5 - 10

Spülwassergeschwin- digkeit in m/h

nicht spülbar

8 - 80

8 - 80

Spülluftgeschwin- digkeit in m/h

nicht spülbar

bis 60

bis 60


Schnellfilter

Schnellfilter werden als offene oder geschlossene Einschicht- oder Mehrschichtfilter gebaut. Die Filtergeschwindigkeiten betragen bis zu 30 m/h. Für Filtergeschwindigkeiten von mehr als 15 m/h sind normalerweise Druckfilter erforderlich. Eine ausreichende Entfernung von Partikeln im hygienisch interessierenden Größenbereich gelingt mit Schnellfiltern in der Regel nur in Verbindung mit einer Flockung bei Filtergeschwindigkeiten < 15 m/h. Als Filtermedium werden gekörnte Materialien  verwendet, wobei in Mehrschichtfiltern mehrere Materialien unterschiedlicher Dichte und Körnung Anwendung finden. Die erforderliche Schichthöhe des Filtermediums beträgt im Allgemeinen 1 m bis 3 m und nimmt mit der Korngröße zu. Schnellfilter werden durch Spülen mit Wasser und Luft – gemeinsam oder getrennt – gereinigt.

Die Filterspülung läuft in 3 Stufen ab:

  1. Luftspülung:                       Auflockern des Filterbettes
  2. Luft- und Wasserspülung:  Austrag des Schlamms aus dem Filterbett
  3. Wasserspülung:                 Klarspülen des Filters bis zum vollständigen Austrag des Schlamms

Die Wirksamkeit der Partikelabtrennung wird bestimmt von:

• den Eigenschaften der Partikel,
• der Filtergeschwindigkeit und deren Änderungen,
• den Eigenschaften des Filtermaterials,
• der Filterschichthöhe,
• dem Aufbau des Filtermediums,
• der Filterlaufzeit,
• den Spülbedingungen.

Die optimalen Filtrationsbedingungen sind im Einzelfall zu ermitteln.

Schnellfilter, Offene

offene Schnellfilter

Schnellfilter, geschlossene

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Langsamfilter

Langsamfilter

Langsamfilter werden meist als offene Betonbecken ausgeführt, die mit Sand gefüllt werden. Die Filterfläche pro Einheit variiert zwischen wenigen m2 bis 10.000 m2.

Der Aufbau eines Langsamfilters ist der Abb. 1 zu entnehmen. In der Sohle des Langsamfilters befindet sich eine Dränageschicht h1 mit dem Ableitungssystem zum Sammeln und Ableiten des Filtrats. Um das Eindringen von Feinsand in das Dränagesystem zu verhindern, ist eine Stützschicht h2 aus sorgfältig abgestuften Kiesfraktionen erforderlich. Darüber liegt das eigentliche Filtermedium h3 sowie ein Überstauraum h4 mit Überlauf und das Freibord h5.

Langsamfilter können in Ausdehnung nach Länge und Breite an das vorhandene Gelände angepasst werden. Zum Schutz gegen Einspülen von Schmutz ist eine Überhöhung der Aussenumrandung vorzusehen.

Flockung und Fällung

Unter Flockung versteht man die künstliche Erzeugung von Flocken. Mit ihrer Hilfe sollen im Wasser gelöste partikuläre  - feinsuspendierte oder kolloidal vorliegende - Substanzen, wie z.B. Tonerde und manche Metalloxidhydrate, entfernt werden. Diese kleinsten Teilchen tragen häufig negative elektrische Ladungen und müssen deshalb vor ihrer Abtrennung durch Zugabe eines Flockungsmittels entstabilisiert  und damit in einen aggregationsbereiten Zustand versetzt werden. Dies gilt auch für kleine organische Materialien wie Algenzellen und Detritus sowie für manche organische Stoffe, wie z.B. Huminsäuren

Unter Fällung versteht man dagegen Maßnahmen, die echt oder kolloidal gelöste Bestandteile des Wassers in ein unlösliche absetzbare oder abfiltrierbare Form überführen.

Flockungs- und Fällungsvorgänge werden bei der Wasseraufbereitung durch die gleichen Zusätze häufig nebeneinander ausgelöst. Oft ist eine strenge Unterscheidung nicht möglich.

Die Flockung ist das Ergebnis mehrerer Einzelvorgänge, die aber mehr oder weniger gleitend ineinander übergehen. Im wesentlichen wird zwischen zwei Schritten unterschieden: Der Entstabilisierungs- und der Teilchenwachstumsphase.

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