Eine Verschmutzung des Filtergehäuses in einer Kläranlage macht sich in der Regel durch einen steigenden Differenzdruck, einen sinkenden Durchfluss oder durch Filterpatronen bemerkbar, die bereits nach der Hälfte der geplanten Zeit ausgetauscht werden müssen. Der Austausch der Filterpatrone stellt den Durchfluss zwar vorübergehend wieder her, erklärt jedoch nicht, warum sich der Filter so schnell verstopft hat. In den meisten Fällen liegt die Ursache stromaufwärts, in der Hydraulik des Gehäuses oder in einer Fehlanpassung zwischen dem Filterelement und dem Verschmutzungsstoff.
Dieser Leitfaden befasst sich mit Kartuschen- und Beutelfiltergehäusen, die in der Abwassernachbehandlung, bei der Wasserwiederverwendung, in der Membranvorbehandlung sowie in Chemikalien- oder Dichtungswasserleitungen zum Einsatz kommen. Er erläutert, wie man die wichtigsten Verschmutzungsmechanismen erkennt, wie man die Ursache klärt, bevor man Geld ausgibt, welche Abhilfemaßnahmen funktionieren und wann ein starres, gesintertes, poröses Kunststoffelement eine sinnvolle Alternative zu einer Einwegkartusche darstellt.
Unter Fouling versteht man die Ablagerung von Schwebstoffen, Ölen, biologischem Bewuchs oder mineralischen Ablagerungen auf dem Filterelement oder im Inneren des Gehäuses, wodurch sich der Strömungswiderstand erhöht. Die ersten Anzeichen sind in der Regel folgende:
Dieser letzte Punkt spielt bei Wiederverwendungs- und Umkehrosmoseanlagen eine Rolle. A WaterTech Online: Überblick über die wichtigsten Leistungsindikatoren der Umkehrosmose (RO) nennt den Schlammdichteindex (SDI) und den Differenzdruck als tägliche Parameter, die Betreiber überwachen sollten, und besagt, dass der SDI über alle Vorbehandlungsstufen hinweg gemessen werden sollte, einschließlich nach den Patronenfiltern. Außerdem wird ein SDI-Wert unter 3,0 vor den Membranen als Zielwert für die Vorbehandlung genannt. Diese Werte gelten für den Membranzulauf, nicht für jeden Abwasserfilter, doch das Prinzip lässt sich übertragen: Messen Sie sowohl vor als auch hinter dem Gehäuse, anstatt sich auf ein einziges Messgerät zu verlassen.
Ein Hinweis zu ΔP: Ein sinkender Messwert ist nicht immer ein gutes Zeichen. Wenn die Pumpe einen geringeren Durchfluss liefert, sinkt ΔP, obwohl das Element genauso stark belastet ist. Vergleichen Sie ΔP bei vergleichbaren Durchflussraten oder erfassen Sie den Durchfluss parallel dazu.
Biologische Feststoffe, Mitnahme aus dem Klärbecken sowie Flocken aus Koagulierungsmitteln oder Polymeren sind die häufigsten Belastungen für Nachbehandlungsfilter. Ein plötzlicher Anstieg der Belastung deutet in der Regel auf eine Störung im vorgelagerten Prozess hin, wie beispielsweise ein Anstieg der Schlammschicht, einen Kurzschluss im Klärbecken oder eine Überdosierung von Koagulierungsmitteln. Ein stetiger, langsamer Anstieg deutet auf ein Problem mit der Nennleistung oder der Dimensionierung des Filters hin.
Fette, Öle und Schmierstoffe (FOG) verteilen sich über die Porenöffnungen, anstatt sich in ihnen anzusammeln, sodass der Druckunterschied (ΔP) schnell ansteigt und sich der Filter nach einer einfachen Spülung nicht wieder erholt. Überschüssiges kationisches Polymer aus Entwässerungs- oder Flockungsschritten kann sich ähnlich verhalten und eine gelartige Schicht bilden. Beides sieht auf einer aufgeschnittenen Kartusche oft glänzend oder klebrig aus, und in beiden Fällen ist in der Regel ein Reinigungsschritt mit Tensiden oder alkalischen Mitteln statt mit reinem Wasser erforderlich.
Warmes, nährstoffreiches Wasser in einem Gehäuse, das zwischen den Betriebszyklen ungenutzt bleibt, ist ein idealer Nährboden für Biofilm. Typische Anzeichen sind Schleim auf dem Heizelement und an den Gehäusewänden, Geruch sowie ein ΔP, das selbst bei geringer Trübung ansteigt. Gehäuse im Standby-Modus und Totstrecken in Rohrleitungen sind häufige Ausgangspunkte.
Kalziumkarbonat, Ablagerungen auf Phosphatbasis wie Struvit sowie Eisen- oder Manganoxide können sich absetzen, wenn sich der pH-Wert, die Temperatur oder der Gehalt an Oxidationsmitteln ändert. Wenn eine Ablagerung bei Zugabe eines Tropfens verdünnter Säure sprudelt, ist Karbonat wahrscheinlich ein Bestandteil. Rostfarbene oder schwarze Ablagerungen, die nach Belüftung oder Chlorung auftreten, deuten auf eine Oxidation von Eisen oder Mangan hin. Lassen Sie dies durch eine Laboranalyse bestätigen, bevor Sie sich für ein Reinigungsmittel entscheiden.
Zu wenige Filterpatronen für den Durchfluss führen zu einem hohen Durchfluss pro Element und einer schnellen Verschmutzung. Verstopfte Entlüftungsöffnungen, ein mit abgelagerten Feststoffen gefüllter Auffangbehälter, beschädigte O-Ringe oder eine schlecht sitzende Filterpatrone können den Widerstand erhöhen oder dazu führen, dass ungefiltertes Wasser das Element umgeht. Diese mechanischen Ursachen lassen sich kostengünstig beheben und werden leicht übersehen.
| Symptom | Mögliche Ursache | So bestätigen Sie | Typische Korrekturmaßnahmen |
|---|---|---|---|
| ΔP steigt schnell an und stabilisiert sich dann nach einer Spülung | Lose Schwebstoffe oder Flocken | Verbrauchtes Element überprüfen; TSS oder Trübung stromaufwärts prüfen | Klarstellung im vorgelagerten Bereich korrigieren; eine Vorfilterstufe mit gröberer Filterung hinzufügen |
| ΔP steigt schnell an, Spülen hilft nicht | FOG oder Polymerfolie | Glänzende oder klebrige Ablagerungen; Ölschleier im Spülwasser | FOG-Quelle kontrollieren; kompatibles Tensid oder alkalische Reinigungsmittel verwenden |
| Schlamm und Geruch, steigender Druckunterschied (ΔP) bei geringer Trübung | Biofilm | Sichtbarer Schleim; bei Bedarf mikrobiologische Untersuchung | Gehäuse und Rohrleitungen desinfizieren; stehendes Wasser in Standby-Gehäusen vermeiden |
| Harte, krustige oder sprudelnde Ablagerungen | Karbonat- oder Phosphatablagerungen | Tropfentest mit verdünnter Säure; Laboranalyse | pH-Wert oder Dosierung des Antiskalanten anpassen; säurebeständige Reinigung verwenden |
| rostbraune oder schwarze Ablagerung | Eisen- oder Manganoxide | Farbe; Laboranalyse der Ablagerung | Oxidationsstellen im vorgelagerten Bereich überprüfen; Metalle vor dem Filter entfernen |
| Normales ΔP, aber schlechte Qualität im nachgelagerten Bereich | Umgehung um das Element herum oder Dichtung | O-Ringe, Sitzflächen und Elementenden prüfen | Dichtungen austauschen; Passgenauigkeit des Elements und der Verbindung zur Endkappe überprüfen |
| Häufige Wechsel im Design-Flow | Gehäuse oder Bauteil zu klein | Durchfluss pro Kartusche anhand des Datenblatts berechnen | Elemente oder ein größeres Gehäuse hinzufügen; den Fluss reduzieren |
| Der ΔP-Messwert scheint niedrig zu sein, aber der Durchfluss ist gesunken | Messwert bei reduziertem Durchfluss | Vergleich des ΔP bei angepasstem Durchfluss | Protokollverlauf mit ΔP; trendnormalisierte Werte |
Stellen Sie zunächst fest, was das Element tatsächlich verstopft. Eine praktische Vorgehensweise:
Reinigungshinweise von DuPont für FilmTec-Elemente zeigt einen 5–10-Mikrometer-Polypropylen-Patronenfilter in einem Gehäuse aus PVC, GFK oder Edelstahl als Teil seines Reinigungsmoduls und empfiehlt, die Umkehrosmose-Elemente zu reinigen, wenn der Druckabfall um 15 % ansteigt. Dieser Wert von 15 % gilt für Membranelemente, nicht für Einwegkartuschen. Der Nutzen für die Fehlerbehebung bei Gehäusen liegt in der Methode: Normalisieren Sie die Daten als Trend und reagieren Sie auf die Abweichung vom Ausgangswert, anstatt auf einen einzelnen absoluten Messwert.
In der Regel nicht. Wenn ein Filter schnell durchlässt, ist der erste Impuls meist, entweder die Durchflussrate zu erhöhen, damit er länger hält, oder sie zu verringern, um ein saubereres Abwasser zu erhalten. Beides kann nach hinten losgehen.
Eine feinere Siebung bei unverändertem Durchfluss fängt einen größeren Teil der Partikel an der Oberfläche auf, sodass ΔP schneller ansteigt. Eine gröbere Siebung hält zwar möglicherweise länger, lässt jedoch Partikel durch, die eine Membran verschmutzen oder einen Ausstoßgrenzwert überschreiten. Keine der beiden Methoden bekämpft FOG, Biofilm oder Kalkablagerungen, da diese überhaupt nicht von der Porengröße abhängen.
Betrachten wir ein anschauliches Beispiel: Eine Anlage ersetzt 10-Mikron-Patronen durch 5-Mikron-Elemente, um eine nachgeschaltete Membran zu schützen, wodurch sich die Austauschintervalle von monatlich auf wöchentlich verkürzen. Wenn das Zulaufwasser Flocken aus einem Klärbecken enthält, das nahe an seiner Kapazitätsgrenze arbeitet, könnte eine gröbere Filterstufe oder eine vorgelagerte Korrekturmaßnahme die bessere Investition sein, wobei das feinere Element an zweiter Stelle eingesetzt wird. Die feinere Kartusche war an sich nicht falsch, aber sie musste die Arbeit von zwei Stufen leisten.
Auch die Einstufung ist kein einheitlicher Standard. “Nominale” und “absolute” Einstufungen beschreiben unterschiedliche Rückhalteverhalten; fragen Sie daher den Lieferanten, wie die Einstufung ermittelt wurde und bei welchem Durchfluss. Ebenso unterscheidet sich der Enddruck (ΔP) je nach Elementausführung; verwenden Sie daher den vom Elementhersteller angegebenen Austauschwert und nicht einen allgemeinen Wert, der von einem anderen Kartuschentyp übernommen wurde.
Passen Sie die Reinigungsmethode an die Verschmutzung an:
Die chemische Verträglichkeit entscheidet darüber, was sicher ist. Polyethylen verträgt im Allgemeinen viele Säuren und Laugen, kann jedoch bei längerer Einwirkung starker Oxidationsmittel, insbesondere in Verbindung mit Wärme, zersetzt werden. Polyamid ist gegenüber starken Säuren und Oxidationsmitteln im Allgemeinen weniger beständig. PTFE weist eine sehr breite chemische Beständigkeit auf. Klären Sie vor der Reinigung die genauen Grenzwerte für die jeweilige Sorte mit dem Hersteller ab, da Konzentration, Temperatur und Einwirkzeit das Ergebnis beeinflussen.
Die Wartung der Anlage ist ebenso wichtig. Entleeren und reinigen Sie den Sumpf, überprüfen und ersetzen Sie die O-Ringe termingerecht, stellen Sie sicher, dass Entlüftungsöffnungen und Abflüsse frei sind, und vergewissern Sie sich, dass die Filterpatronen richtig eingesetzt sind. Notieren Sie ΔP, Durchfluss und Austauschdaten, damit die nächste Verschmutzungsphase mit den historischen Daten verglichen werden kann.
Starre, gesinterte, poröse Kunststoffelemente sind dann sinnvoll, wenn dasselbe Gehäuse wiederholt durch Feststoffe oder organische Stoffe verschmutzt wird, die durch einen geeigneten Reinigungsschritt entfernt werden können, und wenn die Kosten und der Abfall durch häufigen Austausch von Einwegelementen erheblich sind. Sie sind kein Allheilmittel für jedes Verschmutzungsproblem und ersetzen keine vorgelagerten Kontrollmaßnahmen.
In einem Sinterelement werden Kunststoffpartikel zu einem selbsttragenden, porösen Körper verschmolzen. Im Gegensatz zu einer gewickelten oder schmelzgeblasenen Kartusche bleibt die Struktur starr, was eine Rückspülung oder chemische Reinigung ermöglicht, sofern die vom Hersteller angegebenen Druck- und Kompatibilitätsgrenzen eingehalten werden. Die Nachteile sind typischerweise höhere Stückkosten als bei einer Einwegkartusche aus Polypropylen, die Notwendigkeit eines festgelegten Reinigungsverfahrens sowie das Risiko, dass sich feine Partikel in der Porenstruktur festsetzen und sich nicht entfernen lassen.
| Material | Typische Anwendung im Abwasserbereich | Wichtige Überprüfungen |
|---|---|---|
| UHMW-PE | Allgemeine Partikelfiltration von Wasser und Prozessflüssigkeiten | Einwirkung von Oxidationsmitteln, Reinigungschemikalien, Benetzungsverhalten |
| HDPE | Fest-Flüssig-Trennung in industriellen Wasserströmen | Temperatur- und Druckgrenzwerte |
| PTFE | Aggressive Chemikalien oder höhere Temperaturen | Benetzung für den Einsatz in wässrigen Medien, Endbearbeitung und Kosten |
| PA (Nylon) | Feinpartikelfiltration in einem engen Nennbereich | Verträglichkeit mit Säuren und Oxidationsmitteln |
Die vom Anbieter veröffentlichten Werte bieten einen Anhaltspunkt. Lvyuans Poröse Filterpatronenrohre aus gesintertem UHMW-PE sind mit Korngrößen von 0,2 bis 140 μm und Durchmessern von 10 bis 120 mm aufgeführt. Die gesintertes poröses HDPE-Filterrohr wird für die Fest-Flüssig-Trennung beschrieben, mit einem Bereich von 1–100 μm, einem Betrieb unter 80 °C und einer Druckbeständigkeit unter 0,5 MPa. Bei aggressiven Chemikalien oder höheren Temperaturen ist das poröse Filterpatrone aus gesintertem PTFE umfasst Korngrößen von 0,1 bis 100 μm, einen Temperaturbereich von -190 °C bis 260 °C sowie verschiedene Anschlussoptionen, darunter M20, M30, 222 und 226. Für die Feinfiltration bietet der PA-Filterpatrone aus gesintertem porösem Kunststoff ist mit 0,5–10 μm bei Durchmessern von 38 mm oder 48 mm angegeben. Dies sind die vom Lieferanten angegebenen Bereiche; überprüfen Sie diese vor der Bestellung anhand Ihrer eigenen Durchflussmenge, des Druckverlusts (ΔP), der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung.
Nicht an jeder Filterstelle kommt ein Schlauch zum Einsatz. Bei manchen Geräten wird ein flaches oder geformtes Filterelement verwendet. Poröse Filterplatten aus gesintertem PE kann für Filteranwendungen und die Flüssigkeitsverteilung auf Maß zugeschnitten werden, runde Filterplatten aus gesintertem PE Baugruppen, für die eine flache Scheibe benötigt wird, und gesinterte poröse PE-Ringfilter Es handelt sich um geformte ringförmige Elemente für Anlagen, die auf diese Geometrie ausgelegt sind. In jedem Einzelfall sollte der Käufer die Dicke, die Poreneigenschaften und die Dichtungsmethode unter Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebsmediums festlegen, da es keine universell gültige Spezifikation gibt.
Poröses Polyethylen und PTFE sind in der Regel hydrophob, sofern sie nicht behandelt wurden. Bei Einsatz mit wässrigem Abwasser sollten Sie sich erkundigen, ob das Element oberflächenbehandelt ist oder vorgewässert werden muss, da ein trockenes, hydrophobes Element einen hohen anfänglichen Druckunterschied (ΔP) oder einen schlechten Durchfluss aufweisen kann, was wie eine Verschmutzung aussieht, aber keine ist.
Die Leistung des Gehäuses hängt auch von den umgebenden Anlagen ab. Wenn Ihre Anlage Trockenchemikalien über eine Vakuumförderstrecke dosiert, kann sich der Filter, der die Vakuumquelle schützt, mit Feinanteilen zusetzen und so die Dosiervorrichtung unterversorgen. UHMW-PE-Filterpatronen für Vakuumzuführungen sind ein Format, das speziell für diese Art von Anlagen entwickelt wurde. Automatische Rückspül- und Absperrventile leiten Druckluft häufig über kleine Schalldämpfer ab, und ein verstopfter Abluftkanal kann die Reaktionszeit des Ventils verlangsamen; poröse Kunststoff-Druckluftschalldämpfer werden zur Filterung der Abluft und zur Lärmreduzierung eingesetzt. Dabei handelt es sich um sekundäre Kontrollmaßnahmen, doch ein langsames Ventil kann die Rückspülzyklen stören und fälschlicherweise als Filterproblem interpretiert werden.
Ein präzises Angebot hängt von den Faktoren ab, die tatsächlich zur Verschmutzung führen. Bereiten Sie Folgendes vor:
Bitten Sie die Lieferanten um Muster, die Sie in Ihren eigenen Gehäusen testen können, bevor Sie sich zu einer Großbestellung verpflichten, und legen Sie im Voraus fest, welche ΔP-Rückgewinnung und welche Laufdauer als Erfolg gelten sollen. Alle Leistungsangaben der Lieferanten sollten anhand Ihrer eigenen Daten überprüft werden.
Die Hauptursachen sind Schwebstoffe und Flockenablagerungen, Fette, Öle und Schmierstoffe, Polymerrückstände, Biofilm, Mineralablagerungen sowie Eisen- oder Manganoxide. Zu kleine Gehäuse, falsche Nennleistungen, Bypässe und verstopfte Entlüftungsöffnungen können die Verschmutzung verstärken oder simulieren.
Überprüfen Sie die Reinigungsfähigkeit des Elements sowie den Druckunterschied (ΔP) an den Anschlüssen. Wenn sich der Druckunterschied (ΔP) nach der Reinigung bei gleichem Durchfluss wieder auf einen Wert nahe dem Ausgangswert im sauberen Zustand einpendelt, funktioniert die Reinigung. Wenn sich der Druckunterschied mit jedem Zyklus weiter verringert, tauschen Sie das Element aus.
Es gibt keinen allgemeingültigen Wert. Der Enddruck ΔP hängt von der Konstruktion des Elements, dem Gehäuse und dem Prozess ab. Halten Sie sich daher an die vom Hersteller angegebenen Grenzwerte und Ihre eigenen Referenzwerte. Vergleichen Sie die Messwerte bei gleichem Durchfluss, da ein geringerer Durchfluss den Eindruck erwecken kann, dass sich ΔP verbessert.
Im Allgemeinen nicht. Ein Filter mit feinerer Filterstufe für denselben Durchfluss lädt sich in der Regel schneller auf und verhindert weder FOG noch Biofilm oder Kalkablagerungen. Eine mehrstufige Anordnung mit einem ersten, gröberen Filterelement schneidet oft besser ab als ein einzelnes Feinfilterelement.
Sie eignen sich für bestimmte Anwendungen, bei denen Feststoffe oder organische Stoffe durch Reinigung entfernt werden können und das Polymer mit der Wasserchemie, der Temperatur und dem Druck kompatibel ist. Klären Sie zunächst mit dem Hersteller die chemische Beständigkeit, das Benetzungsverhalten und die Reinigungsgrenzen ab.
Biofouling führt in der Regel bei geringer Trübung zu Schleimbildung, Geruchsbildung und einem Anstieg des ΔP. Die Ablagerungen sind hart oder krustig und können in verdünnter Säure sprudeln, wenn es sich um Karbonat handelt. Eine Laboranalyse der Ablagerungen liefert den zuverlässigen Nachweis.
Das hängt von der Qualität, der Konzentration, der Temperatur und der Einwirkzeit ab. Polyethylen ist im Allgemeinen gegenüber vielen Säuren und Laugen beständig, reagiert jedoch auf Dauer empfindlich auf starke Oxidationsmittel, während Polyamid gegenüber starken Säuren und Oxidationsmitteln weniger beständig ist. Lassen Sie sich vom Lieferanten schriftliche Grenzwerte geben.
