veröffentlicht in: Das Schwimmbad und sein Personal, Heft 05/2020
… der andere Vergleich der Druck-Anschwemm-Filter.
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Präambel Der erste Artikel mit Bezug auf die Anschwemmfilter in der Ausgabe 10/2019 war provokant und hat einige Diskussionen ausgelöst. Auch mein Freund Dipl.-Ing. Achim Rietz aus Zeuthen bei Berlin hat das Gespräch gesucht. Er hat als Gutachter bereits den Einsatz mehrerer Druck-Anschwemmfilter geplant, begleitet und -wie es seine Aufgabe ist- auch hinterher bewertet. Dabei sieht er Filter aus einem anderen Blickwinkel, durch eine andere (Schwimm-) Brille. Diese Sichtweise möchte ich euch nicht vorenthalten. Deshalb stellt er hier für uns seine Erfahrungen in einem nüchternen Vergleich dar. Viel Spaß dabei ! |
Standortbestimmung der „Druck- Anschwemm-Filter-Technik“
Ausgangssituation In der Praxis gibt es immer wieder Unklarheiten oder Berührungsängste mit der Technik der Druck-Anschwemm-Filtration. Dazu gibt es keinen Grund, denn die Technik ist beherrschbar. Diese Technik ist im Bereich der Schwimmbad-Wasseraufbereitung seit über 50 Jahren in Deutschland im Einsatz und seitdem in der DIN 19643 als eins der Aufbereitungsverfahren aufgeführt.
Ein wesentlicher Vorreiter auf diesem Gebiet war die Firma Hoelscher Schwimmbadtechnik GmbH & Co. KG aus Mühltal, die mittlerweile ihre Erfahrungen an die übernächste Generation weitergegeben hat. Seit etwa 10 Jahren ist auch das Fabrikat Defender® des amerikanischen Unternehmens Neptune-Benson auf dem deutschen Markt. Speziell im Raum Berlin wurden zwischenzeitlich mehr als 15 Anlagen zur Beckenwasser-Aufbereitung mit dieser Technik ausgestattet. Dennoch ist diese Technik in Deutschland kaum verbreitet. Das liegt aus Sicht des Verfassers unter anderem daran, dass die meisten der großen Anlagenbaufirmen eigene Ein- und Mehrschichtfilter entwickelt haben und diese in der Vergangenheit in den Markt gebracht haben.
Gerade in Zeiten der Diskussion über Umweltbelastung und Ressourceneinsparung kann die Technik der Druck-Anschwemmfilter einen wertvollen Beitrag leisten. Hier spielen neben der Wasser- und Abwasser-Ersparnis auch die eingesparte Energie für die Aufheizung des Beckenwassers und die Platzersparnis für umbauten Raum eine wichtige Rolle.
In den nachfolgenden Abschnitten werden der Bedarf an aktiver Filterfläche und entsprechenden Größenordnungen des Platzbedarfes der Filterbehälter für die mit Vordruck zu betreibenden Druck-Einschichtfilter und Druck-Anschwemmfilter gegenübergestellt. Dabei wird jeweils einmal ohne und einmal mit Adsorptionsstufe, also unter der Wirkung von Aktivkohle, verglichen.
Der Begriff Druck-Mehrschichtfilter steht dabei für den Einsatz einer Schicht Aktivkohle im Schichtaufbau.
Vergleichsgrundlagen
Nachfolgend werden nur die Druckfilter für die Ein- und Mehrschichtfiltration sowie für die Anschwemmfiltration betrachtet.
Die Druck-Anschwemm-Filtration stellt zurzeit eine rein mechanische Filtrationsstufe dar – sie kann mit der Wirk- und Arbeitsweise einer Druck-Einschicht-Filtration verglichen werden.
Die Druck-Anschwemm-Filtration besitzt – genau wie die Membran-Ultrafiltration – keine Stufe zur Adsorption des gebundenen Chlors.
Sofern Maßnahmen zur Minimierung der DesinfektionsNebenprodukte erforderlich werden, kann der Einschichtfilter durch eine zusätzliche Aktivkohleauflage ergänzt werden. Dies ist beim Anschwemmfilter nur durch eine zusätzliche Adsorptionsstufe möglich. Oft geschieht das durch den Einsatz eines Aktivkohlefilters im Bypass der Filtrat-Leitung. Als sinnvolle Größenordnung für eine solche adsorptive Stufe im Bypass hat sich die Größenordnung von etwa 20% des Umwälz-Volumenstromes erwiesen.
Daher werden im Folgenden die Druck-Einschicht-Filter mit den Druck-Anschwemmfiltern verglichen. Im zweiten Schritt werden anschließend die Druck-Mehrschicht-Filter mit den Druck-Anschwemm-Filtern mit Aktivkohlefilter im Bypass verglichen.
Für die nachfolgenden Vergleiche wurden die Volumenströme in Schritten von 20 m3/h angenommen.
Für die Druckbehälter der Druck-Einschicht-Filter und der Druck-Mehrschicht-Filter wurden die Durchmesser in Schritten von jeweils 200 mm angesetzt. Es wurden also Filterbehälter des Durchmessers 1.000 mm, 1.200 mm, 1.400 mm und größer angenommen.
Vergleich der erforderlichen Filterflächen
Viele Altanlagen kommen in die Jahre. Werden diese nun saniert, geht unter Umständen der Bestandsschutz verloren und die gültigen Normen und Richtlinien müssen bei der Sanierung angewendet werden. Viele dieser alten Anlagen laufen noch immer mit Druck-Ein- oder DruckMehr-Schichtfilter einer Filtergeschwindigkeit von 50 m/h.
Für diese Filter wird in der DIN 19643 eine Filtergeschwindigkeit von 30 m/h empfohlen. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur auf die Filtergeschwindigkeit von 30 m/h beim Einsatz von Druck-Einschicht-Filtern und Druck-Mehrschicht-Filtern Bezug genommen.
Die Filtrationsgeschwindigkeit der Druck-AnschwemmFilter soll nach DIN 19643 im Bereich von 5 bis 8 m/h liegen. Die Erfahrungen des Verfassers haben, in Abhängigkeit vom Fabrikat, ein optimales Verhältnis von Geschwindigkeit
und Druckverlust bei 4,0m/h des Filtermaterials ergeben.
Ein Vergleich der erforderlichen Filterflächen bezogen auf die jeweiligen Umwälzleistungen ist im Diagramm 1 dargestellt. Der Unterschied der beiden Kurven ist durch die unterschiedlich große Filtrationsgeschwindigkeit bedingt.
Diagramm 1: erforderliche Filterflächen bei 30m/h und 4m/h
Für beide Bauarten, Druck-Anschwemmfilter und Druck-Einschicht-Filter, gibt es herstellerbedingte Abstufungen zwischen den Dimensionen.
Beim Druck-Einschicht-Filter handelt es sich um den inneren Querschnitt des Filterbehälters. Einschränkungen durch innere Einbauten, wie den Querschnitt der Rohwasser-Leitung, werden in der Praxis und hier nicht berücksichtigt.
Beim Druck-Anschwemmfilter befindet sich die Filterfläche auf der Oberfläche des Filterhilfs-Materials, also den Filter-Elementen mit dem angeschwemmten Material.
Foto 1: Gewebe unterm Mikroskop, Quelle aqua&pools
Während der Anschwemmung lagert sich das FilterhilfsMaterial Schritt für Schritt am Gewebe an. Die sichtbaren Poren im Gewebe werden von einer Schicht FilterhilfsMaterial überdeckt. Deshalb ist es wichtig, dass die gesamte Oberfläche des Gewebes von der Strömung und den Partikeln erreicht wird.
Hier nicht betrachtete Vakuum-Anschwemmfilter saugen das Wasser durch das Gewebe.
Bei Druck-Anschwemmfiltern benötigt das Gewebe in der Regel eine zylindrische Unterkonstruktion, auf die das Gewebe aufgespannt wird.
Viele dieser Filter-Elemente sind im Behälter auf relativ dichtem Abstand angeordnet. Die Anordnung und die Abstände sind herstellerabhängig.
Foto 2: Filter-Elemente durch einen Flansch, Quelle: aqua&pools
Somit kann wesentlich mehr Filter-Fläche im Querschnitt des Behälters angeordnet werden. Der Vergleich der Aufstellfläche ändert sich dramatisch, es können mit dem Druck-Anschwemmfilter mehr als 50m² Filterfläche auf 1m² Filter-Stand-Fläche untergebracht werden.
Vergleich des Platzbedarfes der Filteranlagen
Ein Vergleich des absoluten Platzbedarfes von Filteranlagen der Druck-Einschicht-Filter und der Druck-Anschwemmfilter ist im Diagramm 2 dargestellt. Bei den Druck-Anschwemmfiltern wurden die Durchmesser des Fabrikates „Defender“ für den jeweiligen Volumenstrom angesetzt.
Diagramm 2: Erforderliche Standflächen Druck-Einschicht-Filter und Druck-Anschwemmfilter
Stellt man nun das prozentuale Verhältnis des Platzbedarfes eines Druck-Anschwemmfilters mit dem Platzbedarf
eines Druck-Einschicht-Filters dar, ergibt sich die Darstellung im Diagramm 3.
Dabei kann festgestellt werden, dass der erforderliche Platzbedarf für die Druck-Einschicht-Filter bei etwa 80% und der Platzbedarf der Druck-Anschwemmfilter bei nur etwa 20% liegt.
Diagramm 3: Verhältnis der Platzersparnis
Druck-Einschicht-Filter – Druck-Anschwemmfilter
Diese Platzersparnis setzt sich natürlich auch im Bereich der Verrohrung, der Armaturen und der Umwälzpumpen fort. Hier sind eine enorme Platzersparnisse und somit auch Ersparnis an umbautem Raum erreichbar.
Grafik 1: Verhältnis der Durchmesser 1 zu 2,9 für 200m³/h, Quelle: aqua&pools
Ein Vergleich des Platzbedarfes von Filteranlagen der Druck-Mehrschicht-Filter und der Druck-Anschwemmfilter mit Aktivkohlefilter ist im Diagramm 4 dargestellt. Bei den Druck-Anschwemmfiltern wurden wie vorab die Durchmesser des Fabrikates „Defender®“ für den jeweiligen Volumenstrom angesetzt. Bei der zusätzlichen Stufe mit einem Aktivkohlefilter im Bypass der Filtratwasserleitung wurde ein Teilvolumenstrom von 20% angesetzt.
Diagramm 4: Erforderliche Standflächen Druck-Mehrschicht- Filter und Druck-Anschwemmfilter mit Aktivkohlefilter
Diagramm 5: Verhältnis des Platzbedarfes Druck-Mehrschicht- Filter – Druck-Anschwemmfilter mit Aktivkohlefilter
Hierbei kann festgestellt werden, dass der erforderliche Platzbedarf für die Druck-Mehrschicht-Filter bei etwa 75% und der Platzbedarf der Druck-Anschwemmfilter mit Aktivkohlefilter bei nur etwa 25 % liegt.
Vergleich der Spülwassermengen
Die Filterspülung beim Druck-Anschwemmfilter besteht darin, dass der Filterinhalt samt Filterhilfs-Material und angelagertem Schmutz abgelassen wird. Dabei fällt als Abwasservolumen nur der Inhalt des Druck-AnschwemmFilters an. Die Bedingungen für die Entsorgung des mit den Filterhilfsstoffen beladenen Abwassers aus der Filterspülung sind natürlich vorab mit dem Entsorger zu klären. Eine einfache Lösung dafür besteht in der Installation eines Spülabwasser-Auffangbehälters, welcher als Abklingbecken genutzt wird. Das Abwasser wird dann mit einer zeitlichen Verzögerung der Kanalisation zugeleitet, so dass Feststoffe sich absetzen können und separat, je nach Bedarf, abgesaugt und entsorgt werden können. Nach dieser Spülung wird beim Fabrikat Defender® der neue Filterhilfsstoff mittels eines Unterdruck-Systems in den Filterbehälter eingesaugt. Anschließend wird die Automatik gestartet und das Procedere der Anlagerung des Filterhilfsstoffes beginnt wieder automatisch. Dabei wird das mit dem Filterhilfsstoff versetzte Rohwasser für einige Minuten im Kreislauf nur durch den Filter gefördert. Dies geschieht solange, bis sich auf dem Trägermaterial für den Filterhilfsstoff der funktionsfähige Filterkuchen gebildet hat und schließlich nur noch klares Wasser zirkuliert. Erst dann wird der Weg zum Becken freigegeben und somit der gesamte Kreislauf wieder neu gestartet.
Für größere Anlagen mit mehreren Kreisläufen gibt es bereits eine automatische Ansaug- und Befüllstation.
Nun könnte man damit argumentieren, dass mit dieser Filterspülung über 90 % der Spülwassermenge eines Druck-Einschichtfilters eingespart wird.
Der Fakt an und für sich stimmt – bezogen auf die Filterspülung. Jedoch ist der erforderliche Verdünnungseffekt gegen gelöste Substanzen damit vollständig vernachlässigt.
Beim Vergleich mit einem Druck-Mehrschicht-Filter mit Aktivkohleauflage kann natürlich nur ein Druck-Anschwemmfilter mit zusätzlicher Adsorptionsstufe, hier ein Aktivkohlefilter im Bypass, betrachtet werden. Da der Aktivkohlefilter separat gespült werden kann, kann mit der Anzahl der Filterspülungen dieses Aktivkohlefilters die Größenordnungen für die dafür notwendige Zufuhr an Füllwasser und damit der Verdünnungseffekt gesteuert werden.
Aus den bisher gemachten Erfahrungen des Verfassers kann für die Druck-Anschwemm-Filtration mit Aktivkohlefiltration im Bypass der Filtratleitung mit einer Wasserersparnis von mehr als 50 % gegenüber der Spülung von Druck-Mehrschichtfiltern mit Aktivkohleauflage gerechnet werden.
Grafik 2: Druck-Anschwemmfilter für 200m³/h,
Durchmesser 1000mm, Quelle: aqua&pools
Diese Zahlen haben sich in der Praxis bestätigt. Teilweise liegt die Wasserersparnis erheblich höher – nur bei einem theoretischen Vergleich kann man dies nicht ansetzen.
Nachfolgend sind die Spülwassermengen von Druck-Anschwemmfiltern, Aktivkohlefilter im Bypass und DruckMehrschichtfiltern gegenübergestellt.
Die DIN 19643 empfiehlt für Druck-Einschichtfilter und Druck-Mehrschichtfilter die zweimalige Filterspülung pro Woche. Bei der Spülung wird nachfolgend von 2 Spülungen pro Woche bei 50 Betriebswochen im Jahr ausgegangen.
Weiterhin wird für die Spülwassermenge von 4 m3 pro m2 Filterfläche ausgegangen. Bei einer Betriebsdauer des Bades von 350 Tagen im Jahr wird nach Empfehlung des Herstellers der DruckAnschwemm-Filter des Fabrikats „Defender®“ alle 25 Tage gespült. Der dazu gehörige Aktivkohlefilter wird jeden zweiten Tag gespült.
Wer die Spülwassermengen für die Druck-Anschwemmfilter sucht, muss auf die kleinen grünen Punkte nach der NullLinie achten. Das Diagramm ist nur dafür gestreckt.
Es ergeben sich also folgende Zusammenhänge:
Diagramm 6: Spülwassermengen Druck-Anschwemmfilter mit Aktivkohlefilter, Druck-Mehrschicht-Filter
Fazit
Die Druck-Anschwemm-Filter benötigen nur ca. 20 % der Aufstellfläche gegenüber einem Druck-Einschicht-Filter.
Besonders große Vorteile bietet der Druck-AnschwemmFilter in Objekten, die vorher gute Wasserwerte ohne Aktivkohle-Stufe erreicht haben.
Dies hat insbesondere Bedeutung bei der Sanierung im Bereich der Freibäder. Dies insbesondere unter dem Aspekt, dass bei einer Sanierung der Bestandsschutz entfällt und damit die früher geforderte Filtergeschwindigkeit von 50 m/h seit 1997 durch die Filtergeschwindigkeit von 30 m/h zu ersetzen ist. Damit wird beim Ersatz der Druck-Einschicht-Filter im Rahmen einer Sanierung sowieso eine größere Stellfläche benötigt.
Auch bei Objekten mit vorhandener Aktivkohlestufe kommen die Vorteile der Druck-Anschwemm-Filter zum Tragen. Die Platzersparnis liegt hier auch mit einem Aktivkohlefilter im Bypass bei weit über 50 % gegenüber der Mehrschichtfiltration.
Bei Spülwasserbedarf ist durch den Einsatz von DruckAnschwemm-Filtern ein erhebliches Einsparpotential vorhanden. Die Größenordnung der Einsparung ist natürlich abhängig von der Qualität des Füllwassers, dem Nutzungsverhalten der Badegäste und vielen anderen Faktoren mehr. Es sollte jedoch immer der Grundsatz der Badewasseraufbereitung gelten:
„Hänschen kann sich 100 Mal die Hände waschen – irgendwann muss das Wasser gewechselt werden.“ Damit ist der gewollte und erforderliche Verdünnungseffekt durch die Zufuhr von Füllwasser gemeint. Nach DIN 19643 sollte diese bei 30 Liter pro Tag pro Badegast liegen. Die Erfahrungen zeigen, dass gerade in Freibädern erhebliche Mengen an Spülwasser bei gleichbleibender
und normgerechter Beckenwasserqualität eingespart werden können.
Vergleichbare und belastbare Angaben über Platzbedarf, Größe des umbauten Raumes, des Spülwasserbedarfes und der damit einhergehenden Einsparung von Energie für die Wassererwärmung können vom jedem qualifizierten Fachplaner anhand seiner Erfahrungen und anhand der Daten des konkreten Anwendungsfalles ermittelt werden.
Angesichts des enormen Einsparpotentials lohnt es sich, einen qualifizierten und erfahrenen Fachplaner mit einem solchen Vergleich zu beauftragen.
Dipl.-Ing. Achim Rietz,
Achim.Rietz@gutachten-schwimmbad.de
Tel: +49 33762 49135 · Mobil: +49 151 128 698 32
Ein Nachsatz:Achim Rietz hat hier nach meiner Meinung sehr gut dargestellt, dass sich der Vergleich lohnt. Er bezieht sich in der Hauptsache auf räumliche Vorteile für den Druck-Anschwemmfilter. Man kann sich über das geringere Gewicht, nasser Sand ist schwerer als Wasser, auf einer Geschoß-Decke oder über den Einbau durch ein Loch in der Wand, genannt Tür, unterhalten. Darüber können aber sofort Vorteile im Betriebs- und sogar Transport-Gewicht dargestellt werden, die für die Umwelt eine große Rolle spielen. Für mich besteht der größte Vorteil im räumlich getrennten Einsatz von Aktivkohle. In immer mehr Anlagen gestaltet sich eine Auflage auf dem Mehrschichtfilter als eine Verkeimungs-Ursache, die im Druck-Mehrschichtfilter kaum zu beherrschen ist. Achim, vielen Dank für diesen Beitrag! aqua&pools |
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