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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern mittels aerobi- scher, anaerobischer oder anoxischer Prozesse, bei dem das zu reinigende Abwasser in einem
Reaktorbehälter biologisch behandelt, aus diesem einer zum Reaktorbehälter extern angeordneten
Membranstufe zur Rückhaltung von ausgeschwemmter Biomasse und deren Aufkonzentnerung zugeführt und das Konzentrat in den Reaktorbehälter rückgeführt wird, wobei das Abwasser unter Anwendung eines in die Membranstufe eingeleiteten Treibgases diese in vertikaler Richtung durch- strömt und anfallendes Konzentrat durch das Treibgas in den Reaktorbehälter zurückgeführt wird.
Ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern mittels aerobischer, anaerobischer oder anoxischer Prozesse, bei dem das zu reinigende Abwasser in einem Reaktorbehälter biolo- gisch behandelt, aus diesem einer zum Reaktorbehälter extern angeordneten Membranstufe zur
Rückhaltung von ausgeschwemmter Biomasse und deren Aufkonzentrierung zugeführt und das Konzentrat in den Reaktorbehälter rückgeführt wird, wird bereits von der Anmelderin zur Abwasser- aufbereitung benutzt (vgl Prospekt - Bioclean) Bei diesem Verfahren wird das Abwasser mittels einer Druckpumpe aus dem Reaktorbehälter abgezogen und in die Membranstufe gedrückt. Um hierbei zu vermeiden, dass sich während des Filtrationsprozesses Filterkuchen bilden können, wird mittels einer Umwälzpumpe das belastete Abwasser aus der Membranstufe wieder ab- und dem Reaktorbehälter zugeführt.
Die Notwendigkeit, zwei Pumpen zu betreiben, erfordert sowohl eine hohen Energiebedarf als auch einen entsprechenden technischen baulichen Aufwand
Ein gattungsgemässes Verfahren beschreibt EP 0 659 694 A1, die eine Filtervorrichtung offen- bart, in der übereinander ein Bioreaktor, ein Membranfilter und ein Feststoffkollektor angeordnet sind. Der Druck, der für die Filterwirkung an einer Stelle der Membran verantwortlich ist, entspricht im wesentlichen dem lokalen hydrostatischen Druck Dieser Druck soll für die Filtratproduktion ausreichen, ohne dass eine zusatzliche Pumpe eingesetzt wird
Hierbei ist nachteilig, dass der hydrostatische Druck nicht einstellbar ist.
In einer bestehenden Anlage kann der Druck somit nicht für Flüssigkeiten mit verschiedenen Zusammensetzungen ein- gestellt werden Darüber hinaus ist die Rückspülung mittels Treibgas bei dieser Anordnung der Filterelemente schwierig, da der hydrostatische Druck uberwunden werden muss Hierzu ist bei dieser Vorrichtung eine aufwendige zusätzliche bewegliche Trennvorrichtung im Reaktorbehälter notwendig.
US- 4,867,885 A betrifft einen Membranfilter, bei dem der zur Filtration notwendige Druck durch Saugmittel auf der Filtratseite der Membran, z B eine Saugpumpe, im Filtratstrom erzeugt wird. Zur Beseitigung der Feststoffrückstände beschreibt die Druckschrift die Bildung bzw. die Beschleunigung eines Retentatstroms durch die Anordnung von Saugmitteln auf der Retentat- stromseite und stromabwärts der Membran, z B durch eine Saugpumpe im Retentatstrom
Bei grösseren Anlagen werden somit zwei Pumpen benötigt, nur bei relativ kleinen Labor- geräten kann mittels einer gemeinsamen stärkeren Saugpumpe über einen T-Anschluss sowohl die Filtratserte als auch die Retentatseite der Membran an das Vakuum angeschlossen werden. Aller- dings können dann Filtratstrom und Retentatstrom nicht getrennt eingestellt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Betnebskosten zu senken und bei gleicher Qualität des gereinigten Abwassers das Verfahren zu vereinfachen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Filtrat in einer Ebene unterhalb des Abwassemiveaus im Reaktorbehälter mittels Unterdruck aus der Membranstufe abgezogen wird
Bei diesem Verfahren werden Membranen der Membranstufe in der Art einer sogenannten Mammutpumpe mit Treibgas zur Anregung einer Strömung entlang derselben beaufschlagt, wobei ein Zusammenbacken der Filtermasse wirksam vermieden wird Zugleich bildet das Treibgas ein Fördermedium für das der Membran zuzuführende Abwasser, so dass auf die spezielle Anordnung einer Druckpumpe verzichtet werden kann.
Zugleich kann auch auf den Einsatz einer Umwälz- pumpe, die für die Umwälzung der Suspension ein hoher Betnebsfaktor ist, verzichtet werden
Um die Membranfläche rückstandsfrei zu halten, wird in vorteilhafter Ausgestaltung des Ver- fahrens vorgeschlagen, den Unterdruck intermittierend anzulegen Bei Aufhebung des Unterdrucks ermöglicht die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen den Feststoffaustrag Zur Rückspülung der Membran von der Filtratseite her kann ein Überdruck zugeführt werden.
Bei der Durchführung anaerobischer Prozesse ist das Treibgas im geschlossenen Kreislauf zu
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fuhren Die Zuführung des Treibgases hat je nach seiner Wahl den Vorteil, dass die Biomasse im Reaktorbehälter aktiviert wird
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der erfindungsgemäss die Membranstufe ein Gehäuse mit vertikal angeordneten Membranen auf- weist, bei der der an der Aussenseite des Reaktorbehälters angeordneten Membranstufe eingangs- seitig eine sowohl im Bodenbereich des Reaktorbehälters als auch an eine Treibgasquelle ange- schlossene Mischstufe vorgeschaltet ist Dies ist günstig, um eine intensive Durchmischung des Abwassers mit dem Treibgas zu erzielen
Durch eine der Membranstufe ausgangsseitig angeschlossene,
mit Überdruck arbeitende Rückspüleinrichtung ist eine wirksame Beseitigung von Anlagerungen der Feststoffe gewährleistet
Vorteilhaft weist die Membranstufe rohrförmige Membranen in vertikaler Anordnung auf, wobei deren Durchmesser zwischen 1 mm bis 14 mm betragen kann
Hierbei ist es zweckmässig, jeweils mehrere, rohrförmige Membranen zu Membranmodulen zusammenzufassen, mit deren Hilfe sich im Baukastensystem Membranstufen gewünschter Filtra- tionsleistung erstellen lassen.
Die Membranstufe kann vom Reaktorbehälter getrennt installiert sein. Zu bevorzugen ist ein ausserhalb des Reaktorbehälters angeordnetes Membransystem, wobei sich der Vorteil bietet, dass die sich an der Membranstufe zu erledigende Reinigungs- und Reparaturarbeiten leicht durch- fuhren lassen. Dieses Membransystem bildet vorzugsweise mit dem Reaktorbehälter eine Bau- einheit.
In der Zeichnung ist in stark schematisierter Darstellung ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitender Bioreaktor dargestellt.
Mit 10 ist ein kesselartiger Reaktorbehälter bezeichnet, an dessen oberer Behälterwandung ein Zuflussrohr 12 sowie eine mittels eines Ventils 14 schliessbare Abgasleitung 16 angeschlossen sind, die zu einem nicht dargestellten Biofilter führt. Im Bereich des Behälterbodens ist ein absperrbares Abflussrohr 18 angeschlossen.
Mit 20 ist als Ganzes eine Membranstufe bezeichnet, die, was nicht im einzelnen dargestellt ist, an die Reaktorbehälteraussenseite angebaut ist Diese enthält innerhalb eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Gehäuses 22 beispielsweise eine Vielzahl von röhrenförmigen, zu Modulen zusammengefassten Membranen.
Von der Membranstufe 20 führt eine Anschlussleitung 24 in den Bodenbereich des Reaktorbehälters 10, wobei in der Anschlussleitung eine Dispergier- vorrichtung 26 zwischengeschaltet ist, die zum einen an eine Druckgasquelle 28 und zum anderen an die Unterseite des Gehäuses 22 der Membranstufe 20 angeschlossen ist Die Dispergiervor- richtung 26 sichert eine intensive Durchmischung des aus dem Reaktorbehälter 10 der Membran- stufe 20 zuzuführenden Abwassers mit Treibgas Die Membranstufe 20 befindet sich vollständig unterhalb einer Ebene des mit 30 bezeichneten Wasserniveaus im Reaktorbehalter 10 und ist über eine Steigleitung 32 am oberen Behälterbereich angeschlossen.
Der Filtrationsprozess in der Membranstufe 20 vollzieht sich mittels Unterdruck Zu diesem Zweck ist an diese eine Unterdruckpumpe 34 angeschlossen, wobei in die entsprechende Anschlussleitung 36 der Unterdruckpumpe 34 eine Ruckspüleinrichtung vorzugsweise in Form eines Rückspülbehälters 38 vorgesehen ist, um bei stillgelegter Unterdruckpumpe durch Umkehr der Fliessrichtung eine Membranreinigung einzuleiten
Mit dem in der Membranstufe 20 vertikal aufsteigenden Treibgas wird zugleich das in dieser anfallende Konzentrat über die Steigleitung wieder in den Reaktorbehälter zurückgeführt, während das Filtrat über die Leitung 36 abgeführt wird. Das aufsteigende Treibgas dient zugleich zur Reakti- vierung der biologischen Masse im Reaktorbehalter 10.
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The invention relates to a method for the biological purification of waste water by means of aerobic, anaerobic or anoxic processes, in which the waste water to be purified is in one
Biologically treated reactor vessel, from this one externally arranged to the reactor vessel
Membrane stage for the retention of washed-out biomass and its concentration is fed in and the concentrate is returned to the reactor vessel, the waste water being flown through using a propellant gas introduced into the membrane stage and the concentrate being returned to the reactor vessel by the propellant gas.
A process for the biological purification of waste water by means of aerobic, anaerobic or anoxic processes, in which the waste water to be treated is treated biologically in a reactor vessel, from which a membrane stage externally arranged to the reactor vessel is used
Retention of the washed-out biomass and its concentration and the concentrate is returned to the reactor tank is already used by the applicant for wastewater treatment (see brochure - Bioclean). In this process, the wastewater is drawn off from the reactor tank by means of a pressure pump and into the membrane stage pressed. In order to prevent filter cakes from forming during the filtration process, the contaminated wastewater is removed from the membrane stage and fed back to the reactor tank by means of a circulating pump.
The need to operate two pumps requires both a high energy requirement and a corresponding technical construction effort
A generic method is described in EP 0 659 694 A1, which discloses a filter device in which a bioreactor, a membrane filter and a solids collector are arranged one above the other. The pressure that is responsible for the filter effect at one point on the membrane corresponds essentially to the local hydrostatic pressure. This pressure should be sufficient for the filtrate production without the use of an additional pump
The disadvantage here is that the hydrostatic pressure cannot be adjusted.
In an existing system, the pressure cannot therefore be set for liquids with different compositions. In addition, backwashing with propellant gas is difficult with this arrangement of the filter elements, since the hydrostatic pressure has to be overcome. For this device, an expensive additional movable separating device is required in this device Reactor vessel necessary.
No. 4,867,885 A relates to a membrane filter in which the pressure required for filtration is generated in the filtrate stream by suction means on the filtrate side of the membrane, for example a suction pump. To remove the solid residues, the publication describes the formation or acceleration of a retentate stream by the arrangement of suction means on the retentate stream side and downstream of the membrane, for example by a suction pump in the retentate stream
For larger systems, two pumps are required. Only with relatively small laboratory devices can both the filtrate residues and the retentate side of the membrane be connected to the vacuum using a common, stronger suction pump via a T connection. However, the filtrate stream and retentate stream cannot be set separately.
It is therefore an object of the invention to reduce the operating costs and to simplify the process with the same quality of the purified wastewater
This object is achieved according to the invention in that the filtrate is drawn off from the membrane stage by means of negative pressure in a level below the waste water level in the reactor vessel
In this method, diaphragms of the diaphragm stage are acted upon with propellant gas in the manner of a so-called mammoth pump to stimulate a flow along the same, caking of the filter mass is effectively avoided at the same time a pressure pump can be dispensed with.
At the same time, the use of a circulation pump, which is a high factor for the circulation of the suspension, can also be dispensed with
In order to keep the membrane surface free of residues, it is proposed in an advantageous embodiment of the method to apply the negative pressure intermittently. When the negative pressure is released, the rate of rise of the gas bubbles enables the solids to be discharged. An excess pressure can be supplied for backwashing the membrane from the filtrate side.
When performing anaerobic processes, the propellant gas is closed in a closed circuit
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Depending on the choice, the supply of the propellant has the advantage that the biomass in the reactor vessel is activated
Another object of the invention is a device for carrying out the method, in which, according to the invention, the membrane stage has a housing with vertically arranged membranes, in which the membrane stage arranged on the outside of the reactor vessel has one on the input side both in the bottom region of the reactor vessel and on one Propellant gas source connected upstream mixing stage is beneficial to achieve an intensive mixing of the waste water with the propellant gas
Through one of the membrane stages connected on the output side,
backwashing device working with overpressure ensures an effective removal of deposits of the solids
The membrane stage advantageously has tubular membranes in a vertical arrangement, the diameter of which can be between 1 mm and 14 mm
In this case, it is expedient to combine several tubular membranes into membrane modules, with the aid of which membrane stages of the desired filtration performance can be created in the modular system.
The membrane stage can be installed separately from the reactor vessel. A membrane system arranged outside the reactor vessel is preferred, with the advantage that the cleaning and repair work to be carried out on the membrane stage can be carried out easily. This membrane system preferably forms a structural unit with the reactor vessel.
In the drawing, a bioreactor operating according to the inventive method is shown in a highly schematic representation.
10 designates a vessel-like reactor vessel, to the upper vessel wall of which an inflow pipe 12 and an exhaust line 16 which can be closed by means of a valve 14 are connected, which leads to a biofilter (not shown). A lockable drain pipe 18 is connected in the area of the tank bottom.
20 designates a membrane stage as a whole, which, which is not shown in detail, is attached to the outside of the reactor vessel. This contains, for example, a plurality of tubular membranes combined into modules within an elongate housing 22 which extends in the vertical direction.
A connecting line 24 leads from the membrane stage 20 into the bottom area of the reactor vessel 10, with a dispersing device 26 being interposed in the connecting line, which is connected on the one hand to a compressed gas source 28 and on the other hand to the underside of the housing 22 of the membrane stage 20 - Direction 26 ensures intensive mixing of the wastewater to be fed from the reactor vessel 10 to the membrane stage 20 with propellant gas. The membrane stage 20 is located completely below a level of the water level designated by 30 in the reactor vessel 10 and is connected via a riser 32 to the upper region of the vessel.
The filtration process in the membrane stage 20 is carried out by means of negative pressure.To this end, a negative pressure pump 34 is connected, a backwashing device, preferably in the form of a backwashing tank 38, being provided in the corresponding connecting line 36 of the negative pressure pump 34, so that when the negative pressure pump is shut down, one by reversing the flow direction Initiate membrane cleaning
With the propellant gas rising vertically in the membrane stage 20, the concentrate which is produced in the membrane stage 20 is at the same time returned to the reactor vessel via the riser, while the filtrate is discharged via the line 36. The rising propellant gas also serves to reactivate the biological mass in the reactor vessel 10.
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