Sandkorngröße – welcher Durchmesser filtert am besten?

Einleitung

Die Sandkorngröße ist ein wichtiger Faktor bei der Leistung von Sandfiltern. Sie beeinflusst direkt die Filtrationsleistung, Verstopfungsgefahr, Strömungsgeschwindigkeit und das Rückspülverhalten. In diesem Artikel wird der Einfluss der Sandkorngröße auf die Filterleistung genauer betrachtet.

Größe von Filtersandkörnern

Bei der Größe von Filtersandkörnern gibt es bestimmte typische Korngrößen, die in Sandfilteranlagen verwendet werden. Üblicherweise liegt die Korngröße von Filtersand zwischen 0,4 und 1,6 mm. Häufig eingesetzte Korngrößen sind:

• 0,4 – 0,8 mm
• 0,5 – 1,0 mm
• 0,71 – 1,25 mm
• 1,0 – 1,6 mm

Diese Angaben beziehen sich auf die Sieblinie des Sandes, also den Bereich der Korndurchmesser, in dem der Sand liegt. In der Praxis enthält der Filtersand dabei Sandkörner mit unterschiedlichen Durchmessern innerhalb dieses Bereichs. Die mittlere Korngröße liegt in der Regel bei 0,5-1 mm [1].

Einfluss der Sandkorngröße

Die Größe der Sandkörner im Filter hat einen entscheidenden Einfluss auf die Filtrationsleistung. Grundsätzlich gilt: Je gröber die Körnung, desto größer die Zwischenräume zwischen den einzelnen Körnern. Kleine Schmutzpartikel können so leichter durch den Filter hindurchgespült werden, ohne hängen zu bleiben.

Große Körner (bis 2 mm) bieten folgende Vorteile:

• Höhere Durchflussrate des Wassers
• Geringere Verstopfungsgefahr
• Weniger häufiges Rückspülen erforderlich

Nachteile von groben Körnungen sind:

• Schlechtere Filterleistung bei kleinen Schmutzpartikeln
• Kürzere Standzeit des Filtersandes

Feinere Körnungen (0,4 bis 1 mm) haben folgende Eigenschaften:

• Bessere Filtration kleiner Schwebstoffe
• Längere Standzeit des Filtermediums
• Höherer Verschmutzungsgrad und Verstopfungsgefahr

Die optimale Körnung ist ein Kompromiss zwischen Filtrationsleistung und Durchfluss. Gängige Werte sind 0,4 bis 1 mm. Letztendlich hängt die richtige Kornabmessung aber von den spezifischen Gegebenheiten des Pools ab.

Filtrationsleistung

Die Filtrationsleistung eines Sandfilters ist stark abhängig von der Kornfraktion des Filtermaterials. Bei grobkörnigen Sanden ist die Oberfläche geringer, wodurch weniger Partikel und Schmutzstoffe adsorbiert werden können. Die Filtrationsgeschwindigkeit ist dafür höher, da das Wasser leichter durch die größeren Zwischenräume zwischen den Sandkörnern strömen kann.

Feinkörnige Sande bieten aufgrund ihrer großen Oberfläche eine hohe Filtrationsleistung, da mehr Schmutzpartikel zurückgehalten werden. Allerdings sinkt die Durchflussgeschwindigkeit, da die Poren zwischen den Sandkörnern enger werden. Laut einer Studie der Universität Saarland führt eine Reduktion der mittleren Korngröße von 1,0 mm auf 0,55 mm zu einer Erhöhung des Filtrationswiderstandes um den Faktor 4 bis 6 [1].

Die ideale Sandfraktion für einen Kompromiss aus hoher Filtrationsleistung und ausreichender Durchflussgeschwindigkeit liegt deshalb im mittleren Bereich. Gängige Werte sind 0,4 bis 0,8 mm. Mit diesem Korngrößenbereich lassen sich gute Filtrationsergebnisse bei akzeptabler Strömungsgeschwindigkeit erzielen.

Verstopfungsgefahr

Ein wesentlicher Faktor bei der Auswahl der Sandkorngröße ist das Risiko der Verstopfung des Filters. Feinere Sandkörner erhöhen das Risiko, dass der Filter verstopft. Dies liegt daran, dass bei feinerem Sand die Zwischenräume zwischen den einzelnen Körnern kleiner sind. Dadurch können sich leichter Verunreinigungen und Schmutzpartikel in den Zwischenräumen ablagern und den Durchfluss behindern. Je gröber die Sandkörner, desto größer sind auch die Zwischenräume und desto geringer ist die Gefahr einer Verstopfung. Allerdings filtern gröbere Körner auch weniger gut als feinere.

Eine Studie der Universität Stuttgart (Quelle) hat gezeigt, dass feinkörniger Quarzsand mit einer Korngröße von 0,35 mm die Filterleistung deutlich verschlechterte, da es nach kurzer Zeit zu einer Verstopfung kam. Demgegenüber blieb ein Filter mit einer Korngröße von 1,0 mm auch nach längerer Betriebsdauer durchlässig. Es kommt also auf die optimale Korngröße an, um Verstopfungen zu vermeiden und gleichzeitig eine gute Filterleistung zu erzielen.

Strömungsgeschwindigkeit

Die Korngröße der Filtersande hat einen großen Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit in Sandfiltern. Je größer die Sandkörner sind, desto höher kann die Strömungsgeschwindigkeit im Filter sein, ohne dass es zu einer Verstopfung kommt. Dies lässt sich mit dem Hjulström-Diagramm erklären, das den Zusammenhang zwischen Korngröße, Strömungsgeschwindigkeit und Sedimentationsverhalten aufzeigt.

Bei feinen Sandkörnern ist die kritische Strömungsgeschwindigkeit, bei der es zu einer Verstopfung kommt, sehr niedrig. Mit zunehmender Korngröße steigt die kritische Geschwindigkeit an. Grober Sand kann daher mit deutlich höheren Strömungsgeschwindigkeiten im Filter betrieben werden, ohne dass es zu Ablagerungen und Verstopfungen kommt. Allerdings nimmt mit gröberen Körnern auch die effektive Filterfläche ab, was die Filtrationsleistung wiederum verringert.

Die Wahl der optimalen Sandkorngröße ist daher ein Kompromiss zwischen der Vermeidung von Verstopfungen durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten und einer guten Filtrationsleistung. In der Praxis hat sich eine Korngröße von 0,4 bis 0,8 mm für die meisten Anwendungen als ideal erwiesen.

Rückspülverhalten

Die Korngröße des Filtersandes hat einen deutlichen Einfluss auf das Rückspülverhalten. Bei gröberen Sandkörnern mit einem Durchmesser von beispielsweise 1,0-2,0 mm lässt sich der Filter einfacher und schneller rückspülen als bei feinerem Sand mit 0,4-0,8 mm. Der Grund dafür ist, dass sich grobe Sandkörner leichter voneinander lösen lassen.

Feiner Sand neigt eher dazu, zu verkleben und bildet schwieriger zu entfernende Ablagerungen. Daher muss der Filter bei feinem Sand länger und intensiver rückgespült werden, was den Wasserverbrauch erhöht. Mit grobem Sand lässt sich der Filter sandfrei spülen, ohne die Körner stark gegeneinander zu schlagen, wodurch der Sand geschont wird. Zusammengefasst empfiehlt sich für ein leichtes Rückspülen eher grober Filtersand mit einem Korndurchmesser von 0,8-2,0 mm.

Kosten

Die Preise für Filtersand hängen vor allem von der Kornfraktion ab. Je feiner der Sand ist, desto teurer ist er in der Regel.

Grobkörniger Filtersand mit einer Kornfraktion von 0,7-1,2 mm ist am günstigsten erhältlich. Er kostet etwa 10-15 Euro pro 25 kg Sack. Feinkörniger Sand mit einer Kornfraktion von 0,4-0,8 mm ist mit 15-20 Euro pro Sack schon deutlich teurer. Noch feinerer Sand mit 0,25-0,5 mm Körnung kann 25 Euro und mehr pro Sack kosten.

Der Preisunterschied liegt darin begründet, dass die Herstellung von sehr feinem Sand aufwendiger ist und mehr Energie benötigt. Zudem fällt bei kleinen Körnungen mehr Ausschuss an, da der Sand möglichst einheitlich sein soll.

Manche Experten empfehlen, im privaten Schwimmbadbereich auf sehr feinen Sand zu verzichten, da er keine signifikant bessere Filterwirkung bringt, dafür aber deutlich teurer ist. Für private Pools wird eher ein Filtersand mit 0,7-1,0 mm Körnung empfohlen, der ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet.

Fazit

Beim Filtersand für eine Sandfilteranlage ist die optimale Korngröße entscheidend für eine gute Filterleistung. Experten empfehlen eine Korngröße von 0,4 bis 0,8 mm. Dieser Sand ist fein genug, um Schmutzpartikel effektiv zurückzuhalten und grob genug, um Verstopfungen zu vermeiden [1]. Eine zu feine Körnung führt zu Verstopfungen, eine zu grobe zu schlechter Filterleistung. Die empfohlene Korngröße sorgt für eine ideale Strömungsgeschwindigkeit durch den Filter und ein gutes Rückspülergebnis. Mit der richtigen Sandkorngröße lassen sich die Kosten für Wartung und Reinigung reduzieren. Insgesamt ist 0,4 bis 0,8 mm Sand die optimale Wahl für Effizienz und Langlebigkeit der Filteranlage.

Quellen:

LUFA. (2022, September 28). Partikelgröße beeinflusst Partikelabscheidung. LUFA Nord-West. Abgerufen am 13. Januar 2023 von https://www.lufa-nord-west.de/fachinformationen/parameter/partikelgroesse-beeinflusst-partikelabscheidung.html

Manchmal, D. (2016, July 22). Sandfilter Partikelgröße. Aquaristik im Detail. Abgerufen am 13. Januar 2023 von https://www.aquaristik-im-detail.de/wasseraufbereitung/teilfiltration/sandfilter/partikelgroesse/