Allgemeine Merkmale einer Filterpresse

Technische Fragen

1. Wie funktioniert eine Platten- und Rahmenfilterpresse?

Die Betriebsphasen einer solchen Filterpresse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Schließen des Filters. Die Platten und Rahmen werden ausgerichtet und mittels eines Hydrauliksystems geschlossen.
• Schlammzufuhr. Der bereits aufbereitete (ggf. mit chemischen Reagenzien behandelte) Schlamm in Suspension wird in die Kammern gepumpt.
• Filtration. Die Flüssigkeit durchläuft die Filtergewebe und wird als Filtrat abgeleitet, während sich die Feststoffe nach und nach zum Filterkuchen ansammeln.  
• Öffnen der Filterkammern. Nach Abschluss des Filtervorgangs wird der Druck abgelassen und Platten und Rahmen werden voneinander getrennt.
• Entleerung des Filterkuchens. Der entwässerte Schlamm fällt durch die Schwerkraft ab oder wird mechanisch entfernt. 
• Vorbereitung eines neuen Arbeitsgangs. Überprüfung und Reinigung der Gewebe vor Beginn eines neuen Zyklus.   

2. Welche Funktion haben die Filtertücher in einer Filterpresse?

Die Filtertücher sind die wichtigste Filterkomponente in einer Filterpresse, da der gepumpte Schlamm auf ihnen zurückgehalten wird, bis die vorgesehene Trockensubstanzkonzentration erreicht ist. Von diesen Geweben hängen der Filtrationsgrad, die erzielbare Schlammkonzentration, die Verschmutzungs- und Waschbeständigkeit sowie die Abriebfestigkeit und die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien ab. Daher ist ihre richtige Auswahl (Material, Porosität und Gewebe) grundlegend für den reibungslosen Betrieb und die Leistungsfähigkeit der Anlage.

3. Wie lang ist die optimale Zykluszeit für eine Filterpresse?

Die optimale Trocknungszeit einer Filterpresse ist variabel, da sie von der Art und der Filtrierbarkeit des Schlamms, dem Arbeitsdruck, der Art der Filtertücher und den Eigenschaften der entwässerten Schlammkuchen abhängt.

Die ungefähre Zeit für die vollständige Trocknung liegt zwischen 60 und 120 Minuten, aufgeteilt in:

• Filterlaufzeit: 2 – 5 Minuten
• Durchlaufzeit: 60 – 120 Minuten
• Abtropfen lassen: 10 – 15 Minuten
• Öffnen und Entladen der Kuchen: 10 – 20 Minuten

4. Wie wird eine Filterpresse dimensioniert?

Die Auslegung einer Filterpresse ist relativ einfach, hängt jedoch von einigen Ausgangsdaten und den Ergebnissen von Laborversuchen ab:

• Aus dem Durchfluss (Q) und der Schlammkonzentration (C) ergibt sich die Menge an zu filterndem Schlamm in kg/h (CF): Q (^m³/h) * C (kg^TS/m³) = CF (kg/h zu filternder Schlamm)
• Auf der Grundlage eines Zeitzyklus in Stunden (t) und eines erwarteten Trockengehalts (S), die aus Vorversuchen ermittelt wurden, werden die Kilogramm entwässerten Schlamms pro Zyklus berechnet, basierend auf dem Durchfluss und der endgültigen Trockenmasse (MS) (MSf) (K) kg Schlamm pro Zyklus = (CF (kg/h) × t (h)) × (C/MSf)
• Aus der in Laborversuchen ermittelten Schlammdichte (D) ergibt sich das Kuchenvolumen pro Zyklus. V (l) = K/D Liter Kuchen.

Je nach Oberfläche und Volumen der auf dem Markt erhältlichen Kammern und Platten wird das Filterpaket für den Zyklus dimensioniert.

5. Was sind die optimalen Betriebsdrücke einer Filterpresse?

Dies hängt von der Art des Schlamms und seiner Filtrierbarkeit ab, weshalb üblicherweise Labortests durchgeführt werden, um die grundlegenden Auslegungsparameter zu ermitteln. In der Regel ist der optimale Druck derjenige, der es ermöglicht, die Kammern innerhalb der vorgesehenen Zykluszeit zu füllen, um den erforderlichen Trocknungsgrad zu erreichen. Als Richtwert gelten je nach Schlammtyp in der Regel folgende erwartete Filtrationszeiten:

• Biologischer Schlamm: 6–8 bar.
• Physikalisch-chemische Schlammwerte: 7–10 bar.
• Industrieschlämme: 8–10 bar.
• Bergbauschlamm: bis zu 15 bar.

Ab einem bestimmten Punkt verbessert eine Erhöhung des Drucks die Filterleistung nicht mehr, sondern wirkt sich lediglich negativ auf den Energieverbrauch und den Verschleiß der Filtergewebe aus.                                                                        

Wenn der Trocknungsgrad durch den Einsatz von Nachpressmembranen erhöht wird, können Drücke von 16 bar erreicht werden.

Die gängigen Ausführungen von Filterpressen sind für PN10, PN16 und in Sonderfällen für PN25 ausgelegt

6. Wie lässt sich das Ende eines Trocknungszyklus in einer Filterpresse feststellen?

Um das Ende eines Presszyklus zu erkennen, wird in der Regel ein kombiniertes Kriterium herangezogen, das den Einsatz bestimmter Instrumente und Automatismen erfordert.

•  Erreichen des vorgegebenen Auslegungsdrucks bei Versuchen, ab dem der Prozess nicht mehr rentabel ist (Druckmessumformer mit Alarm am Eingang des Filterpakets).
• Reduzierung des Durchflusses der Permeatflüssigkeit auf einen Wert von ≤ 5–10 % des Ausgangswertes (Durchflussmesser mit Mindestalarm am Ausgang der Permeatflüssigkeit).

Von den beiden Regelparametern hat der Druck Vorrang, um Schäden am System zu vermeiden.

7. Welche Zusatzstoffe werden zur Verbesserung der Leistung von Filterpressen verwendet?

Um die Trockenheit des Schlamms zu verbessern und die Filtration in einer Filterpresse zu beschleunigen, werden hauptsächlich Konditionierungsmittel eingesetzt, deren Dosierung durch Laborversuche optimiert wird. Die übliche Dosierung liegt in der Regel bei 2–10 kg/t Trockenmasse (TM).

Die am häufigsten verwendeten sind:

• Flockungsmittel (die gängigsten), mit organischen Polymeren, die kationisch, anionisch oder nichtionisch sein können.
• Flockungsmittel (_FeCl₃,_Al₂(_SO₄)_₃, PAC und_FeSO₄), die die Polarität neutralisieren und die Wirksamkeit der Flockungsmittel verbessern.
• Kalk (CaO oder Ca(OH)_₂). Er erhöht die Konzentration und Filtrierbarkeit des Schlamms, stabilisiert ihn und erhöht den pH-Wert, hat jedoch den Nachteil, dass er die Schlammbildung verstärkt und eine abrasive Wirkung hat.

Spezialmaterialien: Zellulose, Kieselgur, Perlit. Diese Sorten sind speziell für die chemische Industrie bestimmt.

8. Welche Plattengrößen sind üblich und wie viele Platten benötigt eine Filterpresse?

Die gängigsten Größen der auf dem Markt erhältlichen Platten sind:                                               

• 470 x 470 mm (geringe Durchflussmengen)
• 630 x 630 mm (kleine Kläranlagen)
• 800 x 800 mm (mittelgroße Kläranlagen)
• 1000 x 1000 mm (Industrie und Kläranlagen)
• 1200 x 1200 mm (groß)
• 1500 x 1500 mm (Großanlagen)
• 2000 x 2000 mm (Schwerindustrie)

Die gängigsten Stärken der herzustellenden Platten sind: 25, 30, 40 und 50 mm.

Die Anzahl der Platten hängt vom Gesamtvolumen der Zyklen ab und wird so bemessen, dass die Funktionsfähigkeit des Filterpakets gewährleistet ist. Diese Anzahl liegt in der Regel zwischen 10 und 100 Einheiten und steigt mit zunehmender Größe der Platten.

9 Wie werden die Filterkuchen aus einer Filterpresse entladen?

Nach Abschluss des Pressvorgangs erfolgt die Entnahme des entwässerten Schlamms in folgender Reihenfolge:

• Stromausfall.
• Druckentlastung. Das elektrohydraulische oder mechanische Ventil öffnet sich.
• Manuelle Plattenentnahme (kleine Anlagen) oder mittels eines automatischen Verschiebers oben oder seitlich (am häufigsten).
• Die Kuchen fallen durch die Schwerkraft herunter.
• Sammeln des Schlamms in einem Trichter, über ein Förderband, eine Förderschnecke oder direkt in einen Container. 

Um den Entleerungsvorgang zu verbessern, werden Verfahren wie das Schütteln oder Rütteln des geöffneten Filterpakets oder das Ausblasen mit Druckluft angewendet. Bevor die Platten der Filterpresse wieder geschlossen werden, müssen sie überprüft und gegebenenfalls gereinigt werden.

10. Kann der Trocknungsgrad des Schlamms nach dem Pressen erhöht werden?

Die Trockenheit der in einer Filterpresse entwässerten Schlammkuchen lässt sich durch die folgenden internen oder externen Verfahren erhöhen.                      

Interne Systeme (im Filter selbst):

• Im System installierte Membranplatten, die einen Druck von bis zu 16 bar erreichen und den Trockensubstanzgehalt des Schlamms um 3–8 % erhöhen können.
• Luftgetrocknet mit mäßiger Verbesserung der Schlammtrocknung (1 – 3 %).
• Durch Zugabe von Koagulierungsmitteln, Flockungsmitteln oder Kalk lässt sich der Trockensubstanzgehalt um 2–5 % steigern.                                                 

Externe Systeme (außerhalb des Filters):

• Staudamm (selten)
• Bei der thermischen Trocknung in Trommel- oder Scheibentrocknern lassen sich hohe Trocknungsgrade (70–90 %) erzielen, allerdings auf Kosten eines hohen Energieverbrauchs.                                                                                     
• Reifung und Abtropfen in Behältersystemen oder auf Abtropfflächen (ca. 70 %).
• Sonneneinstrahlung, große Fläche, günstige Wetterbedingungen (60–70 %)

Fehlerbehebung

1. Warum produziert meine Filterpresse feuchte Schlammkuchen?

Wenn eine Filterpresse feuchte Schlammkuchen produziert, liegt dies in der Regel an einer unzureichenden physikalisch-chemischen Stabilisierung des Schlamms. Die häufigsten Ursachen sind:       

• La concentración del fango es baja (< 2–3 % MS).
• Fehlerhafte Flockung aufgrund eines Mangels oder Überschusses an Polyelektrolyt.
• Falsch eingestellte Zyklen (Druck, Presszeit).
• Verstopfte oder ungeeignete Filtergewebe.
• Uneinheitliche Verteilung des Schlamms.
• Schlecht verschlossene Kammern.
• Schwer trocknende organische Schlämme.

2. Was verursacht die Verstopfung des Filtergewebes in Filterpressen?

Die Verstopfung der Poren im Gewebe von Filtergeweben entsteht durch das Ablagern von Feinanteilen, Polymeren oder Fetten, die im Schlamm enthalten sind. Dies verringert die Durchlässigkeit und die Leistung des Filters. Die Hauptursachen hierfür sind:

• Unzureichende Flockung oder zu viel Flockungsmittel.
• Sehr verdünnte Schlammgemische.
• Fette, Öle und Proteine, die an den Fasern haften bleiben.
• Mineralablagerungen.
• Falsche Reinigung der Stoffe.
• Falsche Reifendrücke.

3. Warum kommt es zu Undichtigkeiten in einer Filterpresse?

Undichtigkeiten treten auf, wenn der Filterplattenstapel nicht dicht ist. Die Hauptursachen sind in der Regel:

• Schief sitzende oder verformte Platten.
• Falsch angebrachte oder abgenutzte Stoffe.
• Rückstände auf den Verschlussflächen.
• Zu hoher oder zu niedriger Filterdruck.
• Störungen im Hydrauliksystem.

4. Wie lässt sich eine ungleichmäßige Schlammverteilung in einer Filterpresse beheben?

Die ungleichmäßige Verteilung des Schlamms lässt sich durch folgende Maßnahmen beheben:

• Flockung. Dosierung und Einspritzpunkt des Polymers anpassen, um die Flockung zu verbessern.  
• Schrittweise Erhöhung von Druck und Durchfluss. Die Schlammzufuhr schrittweise erhöhen, indem Druck und Durchfluss geregelt werden
• Überprüfung der Siebe. Sicherstellen, dass sie richtig positioniert, sauber und frei von Rückständen auf den Platten sind.
• Reinigung der Zufuhr- und Auffangsysteme. Entfernung von Ablagerungen an den Ein- und Auslässen der Platten.
• Überprüfen Sie, ob die Platten ordnungsgemäß geschlossen sind. Überprüfen Sie den Verschluss, die Auswuchtung der Platten, die Führungen und den Hydraulikdruck.
• Überprüfung der Pumpe. Stellen Sie die Pumpen so ein, dass Pulsationen vermieden werden, und überprüfen Sie, ob die Fördermenge für eine schnelle Erstbefüllung ausreicht.

5. Warum arbeitet eine Filterpresse mit reduzierter Kapazität?

Eine Filterpresse verliert an Leistung, wenn die Durchlässigkeit des Systems abnimmt und der Trocknungszyklus gestört wird. Die häufigsten Ursachen sind:

• Schlamm, der aufgrund eines Mangels oder eines Überschusses an Polymer schlecht ausgeflockt ist.
• Verstopfte oder beschädigte Filtergewebe.
• Falsch eingestellte Prozessparameter (Druck, Zeit).
• Unregelmäßigkeiten beim Befüllen der Kammern.
• Probleme durch falsch ausgerichtete Platten oder Undichtigkeiten aufgrund eines schlechten Verschlusses.

6. Warum verlängert sich der Trocknungszyklus in einer Filterpresse?

Der Zyklus verlängert sich, wenn das Wasser nur schlecht durch den Filterkuchen und die Gewebe abfließt, was hauptsächlich auf folgende Gründe zurückzuführen ist:

• Der Eingangsschlamm ist zu dünnflüssig. Die Bildung des Filterkuchens dauert länger, und in vielen Fällen bildet sich dieser nicht richtig.
• Fehlerhafte Flockung. Die Durchlässigkeit wird durch das Vorhandensein feiner oder gelartiger Flocken verringert.
• Zu viel Polymer. Klebriger Belag, der an den Stoffen haftet und Wasser zurückhält.
• Verstopfte Filtergewebe. Der Durchfluss durch die Gewebe ist verringert.
• Falscher Druck. Unzureichender oder pulsierender Druck.
• Der Druck wird am Ende des Zyklus aufrechterhalten. Es wird unnötig Energie verbraucht, ohne dass sich die Leistung verbessert.

7. Warum springt die Filterpresse nicht an?

Eine Filterpresse kann aus verschiedenen Gründen blockiert sein, die in der Regel mit der Hydraulik, der Prozesssteuerung oder den Sicherheitssystemen zusammenhängen. Die häufigsten Ursachen sind:

• Sicherheitsvorrichtungen: nicht ordnungsgemäß geschlossene Abdeckungen, Endschalter, geöffnete Schutzvorrichtungen oder Sicherheitsabdeckungen, Systemalarme oder Auslösung des Not-Aus-Schalters.
• Probleme im Hydrauliksystem: unzureichender Versorgungsdruck, Defekt der Hydraulikventile, zu niedriger Ölstand im Ölwanne oder Undichtigkeiten im Kreislauf.
• Störungen im Strom- oder Steuerungsbereich: Stromausfall, Störungen an SPS, Durchfluss-, Druck- oder Füllstandssensoren.
• Probleme im Schlammzufuhrkreislauf: Probleme mit der Zufuhrpumpe, geschlossene Ventile, Verstopfungen durch Schlamm, Blockaden im Kreislauf.
• Falsche Startsequenz: Ein vorheriger Zyklus wurde nicht abgeschlossen.

8  Was sind die häufigsten Probleme bei einer Filterpresse?

Die häufigsten Probleme bei einer Filterpresse sind in der Regel:

• Probleme mit der Stromversorgung und der Steuerung im Schaltschrank (Leistungsschalter usw.).
• Fehler in der SPS (Signale oder Programmierung).
• Für die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Schlamms ungeeignete Werkstoffe.
• Undichtigkeiten zwischen den Platten aufgrund von Verschleiß der Filtergewebe oder aufgrund von Brüchen oder einer mangelhaften Abdichtung zwischen den Platten. Das Problem wird durch den Austausch der beschädigten Gewebe und Platten sowie durch eine Überprüfung des Hydrauliksystems behoben, um einen ordnungsgemäßen Verschluss sicherzustellen.
• Verstopfung der Filtergewebe durch Ablagerungen von Feststoffen; dies lässt sich durch eine ordnungsgemäße Reinigung der Gewebe beheben.
• Störungen im Hydrauliksystem aufgrund von Undichtigkeiten oder zu niedrigem Ölstand.
• Sehr feuchte Schlammkuchen aufgrund einer unsachgemäßen Aufbereitung des Schlamms oder falscher Betriebsparameter.

Vergleichende Fragen

1. Welche Verfahren zur mechanischen Schlammtrocknung werden üblicherweise in der Abwasserbehandlung eingesetzt?

Die Wahl der effizientesten Technologie hängt von der Art des zu behandelnden Schlamms (biologisch oder physikalisch-chemisch), vom geforderten Trockengehalt des Schlamms (zwischen 15 und 40 %), vom zu behandelnden Durchfluss und vom für die Installation der Anlage verfügbaren Platz ab. Weitere zu berücksichtigende Aspekte sind die Installations- und Betriebskosten sowie die Auswirkungen auf die Umwelt.  

Die am häufigsten verwendeten Technologien sind die folgenden:

• Bandfilter in mittelgroßen Kläranlagen für gemischte und biologische kommunale Klärschlämme.            
• Der Zentrifugalabscheider wird üblicherweise in mittelgroßen und großen Kläranlagen, in Anlagen mit begrenztem Platzangebot sowie für eingedickten und faulgebehandelten Schlamm eingesetzt.
• Filterpressen für Industrieschlämme, Kläranlagen mit hohen Transport- oder Entsorgungskosten sowie zur Erzielung eines hohen Trockengehalts. Üblich für aerobe und physikalisch-chemische biologische Schlämme.
• Weitere Optionen sind Trommelpressen und Schneckenpressen für kleine und mittlere Kläranlagen mit geringen Anforderungen an die Schlammentwässerung. Sie werden in der Regel als Vorentwässerungssysteme eingesetzt.

2. Was sind die Unterschiede zwischen einer Plattenfilterpresse und einem Bandfilter?

Bei einer Plattenfilterpresse wird der Schlamm durch Pumpen in eine Reihe von abgedichteten Kammern gepresst, während bei einem Bandfilter der Schlamm zwischen zwei Bändern hindurchgeführt wird, die ihn durch Zugkraft komprimieren. Hier sind einige der wichtigsten Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Filterpressen:

• Der Trockengehalt des in einer Filterpresse gewonnenen Schlamms liegt bei 30–40 %, während er bei einem Bandfilter bei 15–25 % liegt.
• Eine Filterpresse arbeitet zyklisch (diskontinuierlich), während ein Bandfilter kontinuierlich arbeitet.
• Die Investitions- und Wartungskosten sowie die betriebliche Komplexität sind bei einer Filterpresse höher als bei einem Bandfilter.
• Der Bandfilter benötigt eine größere Grundfläche, während eine Plattenfilterpresse wesentlich kompakter ist, allerdings etwas Höhe und zusätzlichen Platz zum Öffnen der Platten und zum Entnehmen des Schlamms benötigt.

3. Was sind die Vorteile einer Filterpresse gegenüber einer Zentrifuge?

Eine Plattenfilterpresse bietet gegenüber einem Dekanterzentrifugal eine Reihe von Vorteilen, darunter insbesondere:

• Es sorgt für einen höheren Trockengehalt des Schlamms (30–40 % gegenüber 20–25 %), was zu geringeren Transportkosten und einer Verringerung der anfallenden Schlammmenge führt.
• Die Filterqualität ist besser, sodass das Filtermedium manchmal wiederverwendet werden kann.
• Es verursacht geringere Kosten für Energie und Reagenzien.
• Die Filterpresse ist eine robustere Anlage und erfordert weniger Wartung.
• Es eignet sich besser zum Entwässern von komplexen Schlämmen.

4. Ist eine Filterpresse eine gute Wahl für die Aufbereitung kleiner Schlammmengen?

Eine Plattenfilterpresse eignet sich aus folgenden Gründen für geringe Schlammmengen, insbesondere für industrielle oder physikalisch-chemische Schlämme:

• Der Betrieb im diskontinuierlichen Modus eignet sich für geringe oder zeitweise auftretende Produktionsmengen.
• Ermöglicht einen hohen Trockensubstanzgehalt im entwässerten Schlamm (30 – 40 % TS).
• Geringer Energieverbrauch und einfache Bedienung.
• Robuste und kompakte Geräte mit geringem Platzbedarf.

5. Welche anderen Techniken zur Schlammtrocknung gibt es neben Filterpressen?       

Für die Entwässerung von Schlamm gibt es weitere Alternativen wie:

• Ablauftische. Dabei handelt es sich um Filterflächen, die üblicherweise zur Vorentwässerung eingesetzt werden.
• Gewächshausartige Beete und Trocknungsflächen, die vor allem in Kläranlagen in regenarmen Gebieten zum Einsatz kommen und über eine große Fläche für die natürliche Entwässerung verfügen, auf der der Schlamm auf kies- oder sandartigen Flächen ausgebreitet wird.
• Wärmetrockner. Hierbei handelt es sich um Systeme, bei denen das Wasser durch Kontakt mit heißen Oberflächen oder heißer Luft verdampft. Die am häufigsten verwendeten Typen sind Bandtrockner, Rotationstrockner, Scheiben- und Plattentrockner sowie Wirbelschichttrockner. Die zu erwartende Trocknungsrate liegt bei etwa 80–90 %, allerdings auf Kosten eines hohen Energieverbrauchs.

6. Wie unterscheiden sich die Kosten von Filterpressen im Vergleich zu anderen Entwässerungstechnologien?

Die Filterpresse ist zwar die teuerste Anschaffungstechnologie unter den mechanischen Schlammtrocknungsverfahren, stellt jedoch langfristig oft die wirtschaftlichste Option dar, insbesondere wenn die Kosten für den Transport oder die Entsorgung des Schlamms ausschlaggebend sind.

 Die folgende Vergleichstabelle gibt einen Überblick über die Betriebs- und Investitionskosten der gängigsten Alternativen:

SYSTEM	Investitionsausgaben	OPEX	ZUSAMMENFASSUNG
Filterpresse	Hoch	Mittel – niedrig	Sehr trocken und wenig Platzbedarf
Zentrifuge	Mittel – hoch	Mittel – hoch	Mittlere Trockenheit und hoher Energie- und Polymerverbrauch
Bandpassfilter	Mittel	Mittel – niedrig	Mittlere Trockenheit und hoher Polymerverbrauch
Schraubzwinge	Bass	Mittel – niedrig	Mittlere bis geringe Trockenheit und hoher Polymerverbrauch
Drehtrommel	Mittel – niedrig	Bass	Leichte Trockenheit. Vorstadium einer Dehydrierung