Machbarkeit der Änderung des Waschwasserschwellenrücklaufs an der Leistung von Dyna-Sand-Filtern

Saubereres Wasser mit weniger Verlust

Während Städte wachsen und Flüsse sowie Kanäle stärker verschmutzen, müssen Wasserwerke jede saubere Wassereinheit aus dem Zulauf herauspressen. Diese Studie untersucht eine clevere Anpassung an einer vorhandenen Filtertechnologie, dem Dyna-Sand-Filter, um zu prüfen, ob eine kleine physische Veränderung sowohl Wasser sparen als auch die Wasserqualität verbessern kann. Durch das einfache Anheben einer kleinen Überlaufkante, der sogenannten Waschwasserschwelle, zeigen die Forschenden, dass Aufbereitungsanlagen beim Reinigen weniger Wasser verlieren können, ohne die Partikelentfernung zu beeinträchtigen.

Warum dieser Filter anders ist

Die meisten herkömmlichen Filter müssen regelmäßig gestoppt und durchgespült werden, um festgehaltene Verunreinigungen zu entfernen — das kostet Zeit, Wasser und Energie. Der Dyna-Sand-Filter funktioniert anders: Wasser strömt kontinuierlich nach oben durch ein Bett aus Sand, gemischt mit Aktivkohle, die feste Partikel und manche gelösten Schadstoffe zurückhält. Gleichzeitig werden die Sandkörner selbst langsam zirkuliert, gewaschen und zurückgeführt, sodass das System ohne Abschaltung betrieben werden kann. In dieser Studie gingen die Forschenden einen Schritt weiter und verwendeten eine Doppelmedien-Schicht — Sand plus Aktivkohle — um die Entfernung von trüben Partikeln und feinen Feststoffen zu verbessern und Bedingungen zu simulieren, wie sie in anspruchsvollen Wasser- und Abwasseranlagen vorkommen.

Eine kleine Änderung an einem wichtigen Bauteil

Innerhalb dieses Filters wird das schmutzige Wasser, das Partikel von den Sandkörnern abspült, gesammelt und über eine kleine Barriere, die Waschwasserschwelle, abgeleitet. Deren Höhe steuert, wie viel Wasser für das Waschen verwendet wird gegenüber dem Anteil, der als sauberes Produktwasser gewonnen wird. Das Team baute eine Laborversion des Dyna-Sand-Systems und ergänzte die Schwelle um eine verschiebbare Kante, sodass sich ihre Höhe präzise einstellen ließ. Unter gleichen Betriebsbedingungen — gleiche Eingangsschlammkonzentration, gleicher Durchfluss und gleiche Filtermedien — führten sie zwei Versuchsdurchläufe durch. Im ersten Lauf arbeitete der Filter mit der ursprünglichen Schwellenhöhe; im zweiten wurde die Schwelle um 4 Zentimeter erhöht.

Was geschah, als die Schwelle angehoben wurde

Die Erhöhung der Schwelle veränderte das Fließgleichgewicht im System. Bei höherer Schwelle sank die Menge des als schmutziger Waschwasser abfließenden Wassers deutlich — von etwa 0,79 Litern pro Minute auf etwa 0,49 Liter pro Minute, eine Reduktion von ungefähr 38 %. Das bedeutete, dass mehr des zufließenden Wassers als gereinigtes Filterwasser herauskam; die Gesamtproduktion stieg um etwa 2,2 % und der Anteil des für das Waschen verlorenen Wassers fiel auf rund 2,5 % des Zulaufs. Gleichzeitig wurde das Waschwasser selbst deutlich stärker mit Feststoffen angereichert, was zeigt, dass der Filter weiterhin effektiv Schmutz entfernte, dies nun aber mit weniger Wasser tat.

Saubereres Ausgangswasser und stabiler Betrieb

Wichtig ist, dass die Wasserqualität am Auslass nicht litt, als das Waschwasser reduziert wurde — im Gegenteil, sie verbesserte sich leicht. Das Zulaufwasser hatte einen Feststoffgehalt (TSS) von etwa 250 Milligramm pro Liter und eine moderate Trübung. Im unveränderten Fall reduzierte der Filter den TSS auf etwa 10,4 Milligramm pro Liter und entfernte damit fast 96 % der Partikel. Nach Anhebung der Schwelle sank der Auslass-TSS weiter auf etwa 8,8 Milligramm pro Liter, und die Entfernungseffizienz stieg leicht auf etwa 96,5 %. Die Trübung, ein Maß dafür, wie trüb das Wasser wirkt, blieb in beiden Fällen sehr niedrig. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Filterbett mindestens ebenso gut, möglicherweise besser, gereinigt wurde, was einen stabilen Tagesbetrieb unterstützt.

Was das für Anlagen in der Praxis bedeutet

Für Laien ist die Kernbotschaft einfach: Eine moderate mechanische Anpassung an einem kontinuierlichen Sandfilter kann mehr sauberes Wasser und weniger Abfall liefern, ohne die Anlage zu verkomplizieren. Durch das Anheben der Waschwasserschwelle im Dyna-Sand-Filter zeigte die Studie, dass sich der für die Selbstreinigung verwendete Wasserbedarf um fast zwei Fünftel reduzieren lässt, während sich die Partikelentfernung leicht verbessert. Obwohl die Tests an einer Laboreinheit durchgeführt wurden, sind die zugrundeliegenden Prozesse die gleichen wie in Anlagen im Vollmaßstab. Wird dies in größeren Systemen bestätigt, könnte diese einfache Änderung Wasserbetrieben helfen, knappe Ressourcen weiter zu strecken, das Volumen des zu behandelnden schmutzigen Waschwassers zu verringern und die Behandlung bei starker Verschmutzung und hoher Nachfrage widerstandsfähiger zu machen.

Zitation: El Taher, E.E.M., El Nadi, M.H., Meshref, M.N.A. et al. Feasibility of modifying the washout water weir on dyna sand filters performance. Sci Rep 16, 9923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41574-4

Schlüsselwörter: Wasseraufbereitung, Sandfiltration, Dyna-Sand-Filter, Waschwasserschwelle, Wassereinsparung