Beträchtliche Energieeinsparungen sind in Flockungsfiltrationsanlagen möglich. Ohne Einbussen bei der Ablaufqualität lassen sich bei einer im Abstromverfahren betriebenen Anlage durch intelligent gesteuerten durchflussproportionalen Betrieb Einsparungen erzielen.
Die Größe von Flockungsfiltrationsanlagen richtet sich im Allgemeinen nach der Filtrationsgeschwindigkeit und der zulaufenden Trockensubstanzfracht. Dabei werden der maximale Zufluss zur Filteranlage und eine maximale Filtrationsgeschwindigkeit für die Berechnung der Filterfläche herangezogen. Die Filteranlage muss so ausgelegt werden, dass die Ablaufwerte im Filtrat bei diesen Bedingungen eingehalten werden. Das Filterbett muss auch groß genug sein, um die Trockensubstanzbelastung von den Nachklärbecken in dieser hydraulischen Situation aufnehmen zu können. Die Flockungsfiltration ist in aller Regel in 24 bis 30 einzelne Filterzellen aufgeteilt. Meist sind unabhängig von der Zulaufmenge alle Filterzellen in Betrieb.
Bild: Filterzellen einer Flockungsfiltration
Die meiste Energie in der Flockungsfiltration wird von den Filterzulaufpumpen verbraucht, da das Abwasser meist zuerst zur Filtration angehoben werden muss. Zusätzlich erfordert die Rückspülung beträchtlichen Energieaufwand. Die Filterzellen werden entweder nach einer maximalen Beladung mit Trockensubstanz oder nach einem Zeitintervall rückgespült. Die Spülung der Filter nach dem Beladungszustand wird abhängig vom Öffnungsgrad der Regelklappe eingeleitet. Meist wird jedoch die Spülung nach einem festen Zeitintervall vorgenommen. Das Zeitintervall zwischen zwei Spülungen wird auf maximal 36 Stunden eingestellt. Längere Intervalle werden selten gewählt, da es aufgrund der langen Aufenthaltzeiten des Schlammes im Filterbett sonst zu Verbackungen kommen kann.
Beim durchflussproportionalen Betrieb werden nur die benötigten Filterzellen in Betrieb gesetzt. Die Anzahl der Filterzellen richtet sich nach der Zulaufmenge zur Filteranlage. Die geringere Anzahl von Filterzellen die in Betrieb sind, führt auch zu einer geringeren Anzahl von Filterspülungen. Die Filtrationsgeschwindigkeit für den durchflussabhängigen Betrieb sollte frei einstellbar sein, um eine optimale Einstellung zu finden. Sobald der errechnete Wert der Filtrationsgeschwindigkeit über dem eingestellten Wert liegt, schalten Filterzellen zu bis der Sollwert wieder unterschritten wird. Sinkt die Zulaufmenge wieder, geht auch die Filtrationsgeschwindigkeit zurück. Wird in dieser Phase ein Filter gespült, so wird er nach der Spülung nicht wieder in Betrieb genommen, sondern reiht sich in die Warteschleife der betriebsbereiten Filterzellen ein. Durch das Einrichten eines solchen Umlaufspeichers der betriebsbereiten Filterzellen im Programmablauf, geht bei üblichen Einstellungen spätestens nach ca. 4 Tagen jede Filterzelle in Betrieb.
Als günstige Filtrationsgeschwindigkeit für den durchflussabhängigen Betrieb hat sich ein Wert von ca. 2/3 der maximalen Filtrationsgeschwindigkeit herausgestellt. Es ist jedoch darauf zu achten, dass eine Mindestanzahl von Filterzellen immer in Betrieb ist. Ebenso sollte eine Niveaumessung im Zulaufbereich der Filterzellen dafür sorgen, dass bei Ausfall der Zulaufmessung oder starker Beladung der Filterzellen, automatisch weitere Filterzellen zugeschaltet werden. Filterzellen die einmal zugeschaltet wurden bleiben in Betrieb bis sie nach einer Spülung in den Stand-by Betrieb gehen.
Grafik: Beispiel des Betriebs von Filterzellen nach der Zulaufmenge
In der Grafik ist zu sehen, dass bei Erreichen der eingestellten Filtergeschwindigkeit von 10 m/h zusätzliche Filter zuschalten. Die durch das Regenereignis zugeschalteten Filterzellen am 10.03.07 bleiben in Betrieb bis sie nach 36 Stunden am 11.03.07 nach dem Rückspülen in den Stand-by Betrieb gehen. Danach sind nur noch ca. 30% der Filterzellen in Betrieb. Zusätzlich zum durchflussabhängigen Betrieb sollte jederzeit ein Umschalten auf die Betriebsart mit allen Filterzellen möglich sein. Dies kann erforderlich werden wenn die Filteranlage besonders belastet wird oder eine hohe Aufenthaltszeit der Biomasse im Filterbett für eine Restnitrifikation bzw. eine Denitrifikation erwünscht ist.
Je nach Anlagenbauart und abhängig von der Zulaufmenge ist bei einem durchflussabhängigen Betrieb der Filterzellen mit einer Reduzierung der Filterspülungen von 50% zu rechnen. Dies bedeutet auch gleichzeitig eine Reduzierung des anfallenden Schlammwassers um die Hälfte. Meist wird dieses Schlammwasser vor der biologischen Reinigung eingeleitet und muss in der Filtrationsanlage erneut hoch gepumpt werden. Durch die Reduzierung des Schlammwassers sinkt die hydraulische Rückbelastung durch die Filteranlage um 50%. Das Einsparpotential an elektrischem Strom liegt bei ca. 10% des gesamten Strombedarfs der Filteranlage. Zusätzlich wird der Verschleiß an den Filtermaterialien durch die verringerte Anzahl an Filterspülungen deutlich gemindert. Durch den durchflussproportionaler Betrieb der Filteranlage lässt sich ohne viel Aufwand sehr viel Energie einsparen und der Verschleiß an Maschinen und Einrichtungen deutlich mindern.
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