Wasserwissen: Trinkwasser Filterprodukte

Grundsätze zu gekörnten Filtermaterialien

Filtermaterialien müssen grundsätzlich gegenüber mechanischen, mikrobiologischen und chemischen Einwirkungen ausreichend beständig sein. Nach Einfüllung, Spülung und Inbetriebnahme dürfen Filtermaterialien während des Filterbetriebes keine unerwünschten Stoffe an das Wasser abgeben.

Es gibt eine Reihe von gängigen Filtermaterialien, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen.

Gängig sind:

Bezeichnung	Art	Gängige Anwendung
Aktivkohle AQUARBO^®	Reiner Kohlenstoff mit einem Rest Ascheanteil	Adsorbtionsmittel für unpolare - vor allem organische Verbindungen, die in sehr kleinen Konzentrationen das Wasser verunreinigen.
Anthrazit Kohle AQUAZIT^® (Filterkohle N)	Reiner Kohlenstoff aus Anthrazitkohle	Mechanische Filterung von Feststoffen in Mehrschichtfiltern
Braunkohlekoks AQUALIN^® (Filterkohle H	Braunkohle	Mechanische Filterung von Feststoffen in Mehrschichtfiltern mit adsorptiven Eigenschaften
Filtersand - Kies AQUAGRAN^®	Siliziumdioxid	Mechanische Filterung in Ein- und Mehrschichtfiltern teilweise mit Entfernung von Eisen und Mangan

Für den reinen Filterbetrieb weniger gebräuchlich sind:

Bezeichnung	Art	Gängige Anwendung
Blähtone	Aluminiumsilikate	Mechansiche Filterung von Feststoffen
Bims	Poröses Gestein vulkanischen Ursprungs	Mechanische Filterung und große Oberfläche für biologische Prozesse
Calciumkarbonat	Kalkstein	Mechanische Filterung und Entsäuerung
Dolomit	Calcium-Magnesium-Carbonat	Mechanische Filterung Enteisenung, Entmanganung und zur Teilentsäuerung
Granatsand	Eisen-Aluminium-Silikat	Mechanische Filterung und Stützschichteigenschaften
Mangandioxid	Manganerz	Entmanganung

Die hier aufgeführten Stoffe haben eher auf die chemische Zusammensetzung der Wässer einen Einfluss.

Dichten

Ist definiert als Masse je Volumen und wird angegeben z.B. in t/m³, kg/L oder g/cm³.

Feststoffdichte	ρ_F	Dichte des reinen Filtermaterials gemessen an auf gemahlener Probe (keine Lufteinschlüsse)
Kornrohdichte	ρ_K	Dichte des natürlichen Korns (inkl. möglicher Lufteinschlüsse)
Lagerungsdichte	ρ_L	Dichte nach dem Rückspülen
Rütteldichte	ρ_R	Dichte nach dem Rütteln der Schüttung
Schüttdichte	ρS	Dichte die durch lose Schüttung entsteht

Die Dichte nimmt in dieser Reihenfolge ab.

Hydraulische Eigenschaften

Anfangsdruckverlust	Δ_ρ	Druckverlust zu Beginn des Filterlaufes
Filterwiderstand	–	Differenz des durch Verunreinigung erhöhten Druckverlustes zum Anfangsdruckverlust
Fluidisierungsgeschwindigkeit	ν_F	Geschwindigkeit des Wassers bei der sich die Partikel im Schwebezustand befinden

Körnung (am Bsp. 0,71 - 1,25 mm)

Korngröße	-	Nennweite der Prüfsiebweite. Im Beispiel: Unteres Nennkorn = 0,71 mm Oberes Nennkorn = 1,25 mm
Überkorn	-	Partikel die größer sind als das obere Nennkorn.
Unterkorn	-	Partikel die kleiner sind als das untere Nennkorn.
Effektive Korngröße	d₁₀	Die theoretischen Maschenweite eines Siebes in mm bei der 10 % der Probe durchfallen. Entstammt der englischsprachigen Literatur und wird im internationalen Geschäft oft genutzt um die Körnung zu beschreiben. Im Beispiel ca. 0,8 mm.
Ungleichförmigkeitsgrad	d₆₀/d₁₀	Quotient der theoretischen Maschenweite eines Siebes in mm bei 60 % bzw. 10 % durchfallen. Beschreibt gemeinsam mit dem d10 die Sieblinien. Je näher der Wert bei 1 liegt, desto steiler die Steigung der Sieblinie. Übliche Werte liegen bei 1,3.
Wirksame Korngröße	d_w	Lässt sich rechnerisch aus der Sieblinie darstellen. Theoretisch beschreibt dieser Wert, wie groß die Körner einer Schüttung sein würden wenn man voraussetzt, dass alle Körner gleich groß wären und die Schüttung dieselben hydraulischen Eigenschaften wie die Körnung hat. Der dw ist ≠ dem d10, liegt jedoch oft in dessen Nähe.

Kornhabitus

Formfaktor

1 für ideale Kugel

0,98 für Glasperlen

0,85 für abgerundete Körner z.B. AQUAGRAN^®, Quarzkies und –sand

0,70 für gebrochenes Material wie z.B. Splitt

Spezifische Kornoberfläche

Οs

Gesamtoberfläche der Körner bezogen auf das Gesamtvolumen der Schüttung.

Abstimmung der Körnungen aufeinander

Im Mehrschichtfilter sind die einzelnen Körnungen sowohl hinsichtlich der Korngröße als auch mit Augenmerk auf die Dichte sorgfältig aufeinander abzustimmen.

Bei der Korngröße geht es darum, dass die jeweils oben liegende kleinere Körnung (vergl. 2.2 – Abb. 4) durch das darunter liegende Korn „hindurchrieselt“. So sollte ein 0,71 – 1,25 mm nicht direkt auf einen Stützkies mit 3,15 – 5,6 mm eingebaut werden, da das Porenvolumen großer ist als die Kleinstkörnung. In einem solchen Fall muss ein 1,4 – 2,2 mm oder ein 2 – 3,15 mm als Zwischenschicht eingebaut werden.

Bei der Dichte geht es um das unterschiedliche Expansionsverhalten (also wie weit sich das Bett bei gleichem Strömungsdruck ausdehnt). Eine Ausdehnung der leichteren Kohlebestandteile über 50 % ist nicht gewünscht, da sonst das Risiko der Ausspülung extrem hoch ist.

Die im Einzelfall beste Kombination muss je Anlage in Vorversuchen ermittelt werden, wenn keine Erfahrungen mit gleichen Dimensionen vorliegen. Aus Erfahrung gängige Kombinationen sind:

-	Produktkombination	Korngruppenbeispiel

oben	AQUAZIT^® (Filterkohle N)	0,8 – 1,6 mm	1,4 – 2,5 mm
unten	AQUAGRAN^®(Filterquarz)	0,4 - 0,8 mm	0,71 - 1,25 mm

oben	AQUALIN^® (Filterkohle H)	0,6 - 1,6 mm	1, 4 - 2,5 mm
unten	AQUAGRAN^® (Filterquarz)	0,4 - 0,8 mm	0,71 - 1,25 mm

oben	AQUARBO^® (granulierte Aktivkohle)	K814
unten	AQUAGRAN^® (Filterquarz)	0,63 - 1,0 mm