CH456477A - Process for concentrating biological solids in a reaction system and biological reaction system for carrying out the process - Google Patents

Process for concentrating biological solids in a reaction system and biological reaction system for carrying out the process

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CH456477A
CH456477A CH1243967A CH1243967A CH456477A CH 456477 A CH456477 A CH 456477A CH 1243967 A CH1243967 A CH 1243967A CH 1243967 A CH1243967 A CH 1243967A CH 456477 A CH456477 A CH 456477A
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CH1243967A
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Edward Budd William
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Dorr Oliver Inc
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Description

  

  Verfahren zur     Konzentration    biologischer Feststoffe     in    einem     Reaktionssystem    sowie biologisches  Reaktionssystem zur Ausführung des Verfahrens    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzen  tration biologischer Feststoffe in einem Reaktionssy  stem mit einem     biologischen    Reaktor, welcher Nähr  stoffe für das flüssige, Lebewesen     enthaltende    Medium  des Systems enthält     und.    in welchem Bedingungen für  die metabolische     Umwandlung    der Nährstoffe aufrecht  erhalten werden.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge  kennzeichnet, dass eine Strömung des Mediums mit  den Lebewesen entlang einer Seite einer teildurchlässi  gen Membran geführt wird, welche zum Zurückhalten  der Lebewesen an der betreffenden Seite der Membran  geeignet ist, jedoch den Durchgang der Trägerflüssig  keit gestattet, wodurch die Strömung des Mediums  konzentriert wird, worauf mindestens ein Teil des kon  zentrierten Mediums in den Reaktor rückgeführt wird,  derart, dass dauernd die Strömung des Mediums der  konzentrierenden Wirkung der Membran unterzogen       wird.     



  Das erfindungsgemässe biologische Reaktionssy  stem zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeich  net durch einen Reaktor mit einem flüssigen, Lebewe  sen enthaltenden Medium zur metabolischen Umwand  lung von Nährstoffen, in Kombination     mit    einem  Trennorgan mit einer teildurchlässigen Membran, die  für die Trägerflüssigkeit des Mediums durchlässig,  jedoch für die Lebewesen     undurchlässig    ist, sowie mit  einem     Umwälzorgan    zur     Umwälzung    des Mediums aus  dem Reaktor zum Trennorgan und zurück.  



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neu  artiges Verfahren sowie ein neuartiges System zur Aus  führung biologischer Reaktionen in flüssigen Medien  unter Verwendung von teildurchlässigen Membranen  zur Trennung der     biologischen    Lebewesen von der  Trägerflüssigkeit. Die     Erfindung    findet insbesondere  Anwendung bei     Verfahren    und Systemen, die zur Be  handlung von Abwässern und industriellen Abfallflüs  sigkeiten dienen.  



  Biologische Reaktionssysteme wurden bisher zur  Behandlung von Abwässern verwendet, z. B. aktivierte    Schlammsysteme, bei welchen     aerobe    Lebewesen als  Mittel zur Durchführung der metabolischen Umwand  lung dienen.     Derartige    Systeme sind jedoch durch  wenig wirksame oder nachteilige Arbeitsbedingungen  beschränkt,     welche    durch ein Trennorgan zur Tren  nung der Phasen gegeben sind,     normalerweise    ein  Klärbecken. In diesem werden die Feststoffe, d. h. die  biologischen Lebewesen mit den absorbierten Nähr  stoffen aus dem Abwasser vom ausströmenden Wasser  getrennt.  



  Klärbecken der für die Behandlung von Abwässern       geeigneten    Grössen können einen Zufluss mit einer  maximalen Konzentration von Feststoffen     im    Bereich  von 0,5 bis 1 % verarbeiten, und die meisten der     soge-          nannten    sekundären Klärbecken in     Anlagen    mit akti  viertem     Schlamm    arbeiten bei einer Zufuhr mit     einem     Gehalt von 0,3 bis 0,5 % an Feststoffen.

   Um diese  starke Verdünnung des eingespeisten Mediums zu er  reichen, werden     Vorklärbecken    verwendet, welche den  Zutritt von leicht absetzbaren Feststoffen aus dem  Rohschlamm in das biologische Reaktionssystem ver  hindern, und auf diese Weise das sekundäre     Klärbek-          ken    entlasten. Als zusätzliche Massnahme wird das  Reaktionssystem mit dem aktivierten Schlamm, wel  chem das Medium aus dem     Vorklärbecken    zugeführt  wird, so betrieben, dass eine Anhäufung von biologi  schen Feststoffen über den     erwähnten    maximalen Wert  verhindert wird.

   Diese     Beschränkung    der Konzentra  tion in den bekannten Systemen mit aktiviertem  Schlamm hat eine Reihe von Nachteilen zur Folge. So  erfordert der biologische Teil der Anlage grössere     Ein-          richtungen    und/oder kürzere     Verweilzeiten.    Der aus  dem System austretende Schlamm ist stärker verdünnt  und hat daher ein     grosses    Volumen. Es ist ein     Vorklär-          becken    erforderlich, wobei die     Anlage    grössere  Schlammengen liefert, da der primäre Schlamm nicht       metabolisiert    ist.

   Schliesslich besteht eine Tendenz zur  Bildung von     Ausgangsstoffen    schlechterer Qualität, da  die Zufuhr von sekundären Klärbecken auf maximalen  Werten     gehalten    wird, um die     erwähnten    Nachteile      auszugleichen. Dabei sind die Klärbecken nicht fähig,  Feststoffe auszuscheiden,     welche    von den Lebewesen  nicht     metabolisiert    oder absorbiert wurden.  



  Die Erfindung hat     die    Beseitigung der erwähnten  Nachteile der bekannten Reaktionsverfahren und  Reaktionssysteme zum Ziel.  



  Zur Erreichung dieses Zieles sind beim biologi  schen     Reaktionssystem    zwei grundlegende     Teile    vorge  sehen. Der erste Teil ist ein biologischer Reaktor mit  einem flüssigen, Lebewesen     enthaltenden    Medium.  Dem Reaktor wird ein Strom von Nährstoffen, z. B.  rohes Abwasser zugeführt. Im Falle der     Verwendung     von     aeroben    Lebewesen wird ausserdem Sauerstoff  zugeführt, um die metabolische     Umwandlung    der       Nährstoffe    durch die Lebewesen zu ermöglichen.

   Dem  biologischen Reaktor     wird    eine Strömung des Inhaltes  entnommen und dem zweiten     grundlegenden    Teil des  Systems, einem     Trennorgan    mit     einer    Membran zuge  führt. Das Trennorgan enthält eine     teildurchlässige     Membran mit einer so gewählten Eigenschaft, dass ein  Durchgang der Trägerflüssigkeit durch die Membran  möglich ist, wobei die Lebewesen des Mediums an  einem Durchgang gehindert werden.  



  Bei der Behandlung von Abwässern ist die Mem  bran vorzugsweise so     gewählt,    dass sie nicht nur die  Lebewesen zurückhält, sondern auch schwer biologisch  abbaubare organische Nährstoffe mit grossen Molekü  len, wodurch genügend Gelegenheit und Zeit für die  metabolische Umwandlung dieser Nährstoffe geboten  wird. Bei gewissen Behandlungen von Abwässern     kann     es erwünscht sein, eine Membran zu verwenden, bei  welcher die gelösten,     nicht    biologisch abbaubaren an  organischen Stoffe durchgelassen werden. Bei anderen  Anwendungsfällen der Erfindung können die Lebewe  sen ein wertvolles Produkt bilden, in welchem Falle es  erwünscht sein kann, dieses Produkt zur folgenden  Trennung durch die Membran durchdringen zu lassen.  



  Da die Trennvorgänge an der Membran beim     er-          findungsgemässen    Verfahren     umgekehrte    Osmose und       Ultrafiltrierung    sind, kann eine Speisung des Trennor  ganes unter Druck verwendet werden, wodurch der er  forderliche Druckabfall     über    der Membran gebildet  wird. Die Trägerflüssigkeit gelangt durch die Membran  und tritt aus dem Trennorgan in der Form einer Aus  gangsströmung aus. Die Lebewesen und ein grösserer  Teil der     Trägerflüssigkeit    werden auf der primären  Seite der Membran zurückgehalten und treten aus dem  Trennorgan als sogenanntes     Konzentrat    aus.

   Dieses       Konzentrat    wird     umgewälzt,    um eine weitere     Abschei-          dung    zu ermöglichen. Die     Umwälzung        erfolgt    entweder  direkt oder durch den biologischen Reaktor. Dabei  wird auch eine Ausscheidung der biologischen Fest  stoffe aus dem System vorgesehen, um die     Einhaltung     der Konzentration an     Feststoffen        und/oder    eine Aus  scheidung eines wertvollen Produktes der Lebewesen  zu ermöglichen.  



  Durch die besonderen Eigenschaften von teildurch  lässigen Membranen wird die Qualität der Ausgangs  strömung nicht durch die Konzentration des dem  Trennorgan zugeführten Mediums nachteilig     beein-          flusst.    Es kann daher das biologische     Reaktionssystem     mit bedeutend höheren Konzentrationen     an        Feststoffen     betrieben werden als dies bisher möglich war. Es kann  z. B. dem biologischen Reaktor direkt Rohschlamm  zugeführt werden, ohne dass     primäre    Klärvorrichtun  gen notwendig wären.

   Auf diese Weise wird eine meta  bolische Umwandlung der gesamten Strömung des    Abwassers ermöglicht, und     die    gesamte Menge des er  haltenen Schlammes vermindert. Ausserdem sind die  dem biologischen Reaktionssystem entnommenen. Fest  stoffe höher konzentriert und haben daher ein geringe  res Volumen. Zusätzlich sind die Teile des Reaktions  systems kleiner, da höhere Konzentrationen an Fest  stoffen zulässig sind. Schliesslich enthält die Ausgangs  strömung der Anlage keine biologischen Feststoffe,  trotz den hohen Konzentrationen an Feststoffen, wobei  sie eine besonders hohe Qualität hat, da sie keime Bak  terien     und    keine bekannten Viren enthält. Es ist daher  auch keine     Chlorierung    der Ausgangsströmung vor  deren Einführung in ein Gewässer notwendig.  



  Die Erfindung wird     anhand    einiger in der Zeich  nung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele  erläutert. Es zeigen:       Fig.    1 ein Schema des erfindungsgemässen Systems       mit        einem    biologischen Reaktor und einem     Trennorgan     mit einer Membran, die nach dem Prinzip der     Ultra-          Filtrierung    sowie der umgekehrten Osmose     arbeitet,          Fig.2    ein Schema einer abgeänderten Schaltung  des Systems,       Fig.3    ein Schema     einer    weiteren Ausführung der  Erfindung,

   wobei     ein    Reaktor verwendet wird, der dem  Atmosphärendruck ausgesetzt ist und       Fig.4    eine Ausführung, bei welcher ein zweistufi  ges Trennorgan zur     Trennung    der Ausgangsströmung  der ersten Stufe des     Trennorganes    in Fraktionen ver  wendet wird.  



  In der     Fig.    1 ist ein     mit        überdruck    arbeitender bio  logischer Reaktor 10 dargestellt, welcher einen Inhalt  12 an flüssigem, Lebewesen enthaltendem Medium  aufweist. Die Lebewesen werden durch Nährstoffe ge  nährt, welche durch eine Pumpe 14 und eine Leitung  16     zugeführt    werden. Vorzugsweise ist in der Leitung  16 ein     Zerkleinerungsorgan    18 angeordnet,     welches    der       Verminderung    der Grösse der im rohen Abwasser ent  haltenen Teilchen dient, um einerseits die metabolische  Umwandung zu erleichtern und andererseits eine Ver  stopfung des Systems, insbesondere im     Trennorgan    zu  verhindern.  



  In Fällen, wo die im Reaktor enthaltenen Lebewe  sen des     aeroben    Typs sind, ist ein     Dispersionsorgan    20  im Reaktor angeordnet, welches an eine geeignete  Quelle 22 von Druckluft oder unter Druck stehendem  Sauerstoff angeschlossen ist, um den zur metabolischen  Umwandlung der Nährstoffe erforderlichen Sauerstoff  zu liefern. Der Reaktor ist auch mit     einer    Entlüftungs  leitung 24 versehen, in welcher ein     geeignetes    Steuer  organ, wie z. B.     ein        Ventil    26 vorgesehen ist, um die       Abströmung    von Gasen zu ermöglichen.  



  Dem Reaktor wird ein Teil seines     Inhaltes    durch  eine Leitung 28 entzogen und durch eine Pumpe 30  und eine     Speiseleitung    32 einem     Membran-Trennorgan     40 zugeführt. Das Trennorgan enthält ein geeignetes  Gehäuse 42, welches durch eine oder mehrere teil  durchlässige Membranen in einen     Einströmteil    46 und  einen     Ausströmteil    48     getrennt    ist.

   Die     Eigenschaften     der Membran 44 sind so gewählt, dass sie eine umge  kehrte Osmose sowie eine Trennung durch     Ultra-Fil-          trierung    ausführt, wobei die biologischen Lebewesen an  der     Einströmseite    der Membran zurückgehalten wer  den. Da zur Ausführung der umgekehrten Osmose     und     der     Ultra-Filtrierung    eine Druckdifferenz über der  Membran 44 aufrechterhalten werden muss, so ist an  der     Ausströmseite    der Membran eine perforierte     Stütze     45 vorgesehen.

   Das Gehäuse 42 ist mit einer Aus-           strömleitung    50 versehen, welche an den     Ausströmteil     48 angeschlossen ist. Die Trägerflüssigkeit, welche  durch die teildurchlässige Membran 44 strömt, wird im       Ausströmteil    48 gesammelt und tritt aus dem Trennor  gan in der Form einer Ausgangsströmung 52 heraus.  



  Das Medium, welches auf der     Einströmseite    der  Membran 44 zurückgehalten wird und den grösseren  Teil der Trägerflüssigkeit wie auch die Lebewesen ent  hält, strömt aus dem     Einströmteil    46 in etwas konzen  trierter Form in eine     Konzentrat-Leitung    54. Die Lei  tung 54 führt zurück zur Eingangsseite der     Umwälz-          pumpe    30, so dass mindestens ein Teil des Konzentra  tes direkt wieder durch die Speiseleitung 32 umgewälzt  wird und von neuem zur Membran des     Trennorganes     gelangt.  



  Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Konzen  tration an Lebewesen im Reaktor 10 wird ein Teil der  gemeinsamen Strömung des Konzentrates und des  Mediums aus dem Reaktor nach dem Austritt aus der       Umwälzpumpe    30 durch eine Rückleitung 56 in den  Reaktor eingeführt. Die Aufteilung der durch die  Rückleitung 56     und    durch die Speiseleitung 32 strö  menden Mengen wird durch Ventile 58 und 60 in den  betreffenden Leitungen gesteuert.  



  Da das dauernde Wachstum der Lebewesen im  System das System mit der Zeit mit Feststoffen überla  sten könnte, ist eine     Entnahmeleitung    62 mit     einem     Steuerventil 64 vorgesehen,     die    an den Kreislauf des  Trennorganes angeschlossen ist.  



  Das in der     Fig.    2 dargestellte System entspricht im  wesentlichen dem System nach der     Fig.    1, und es sind  die gleichen Teile in beiden Figuren mit gleichen     Ber          zugszeichen    bezeichnet. Die Unterschiede der Systeme  nach der     Fig.    1 und 2 liegen in der Anordnung der  Leitungen. So wird bei der Ausführung nach der     Fig.    2  dem Reaktor 10 eine Strömung seines Inhaltes durch  eine Leitung 80 entzogen und mittels einer Pumpe 82  durch eine Speiseleitung 84 dem Trennorgan zugeführt.

    Ein Teil des Konzentrates, welches den     Einströmteil     46 durch eine     Konzentratleitung    86 verlässt, wird  durch den Reaktor 10 über eine Rückleitung 88 umge  wälzt, und zwar mittels einer     Umwälzleitung    87.     Das     Verhältnis der Anteile der Rückleitung und der     Um-          wälzleitung    der     Konzentratströmung    wird durch Ven  tile 90 und 92 gesteuert, die in der Rückleitung 88 und  in der     Umwälzleitung    87 angeordnet sind.  



  Das System nach der     Fig.    3 entspricht im wesent  lichen dem System nach der     Fig.2,    wobei     ebenfalls     gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet  sind. Der grundlegende Unterschied zwischen den bei  den Anordnungen besteht darin, dass der biologische  Reaktor 100 in der     Fig.    3 dem atmosphärischen Umge  bungsdruck ausgesetzt ist. Der Reaktor 100 enthält  einen     Inhalt    102 eines flüssigen, Lebewesen enthalten  den Mediums. Dem Reaktor werden die Nährstoffe  durch eine Speiseleitung 104 zugeführt. Dem Reaktor  100 wird durch eine Leitung 106 eine Strömung seines  Inhaltes entnommen und der Druckseite des Systems  durch eine Pumpe 108 zugeführt.  



  Das in der     Fig.4    dargestellte System entspricht  ebenfalls im wesentlichen dem System nach der     Fig.    2,  wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen be  zeichnet sind. In der     Fig.4    ist das Trennorgan 40  jedoch nur die erste Stufe von zwei Trennstufen. Das  Trennorgan 40 enthält eine     verhältnismässig    durchläs  sige Membran 120, welche so     gewählt    ist, dass sie an  der     Einströmseite    die biologischen Lebewesen zurück-    hält. Die Membran 120 gestattet den Durchgang nicht  nur der Trägerflüssigkeit, sondern auch bestimmter  Moleküle, welche kleiner sind als die Lebewesen. So  können z.

   B. bei der     Behandlung    von Abwässern diese  Moleküle anorganische Nährstoffe oder biologisch  nicht abbaubare Stoffe sein, die in der Strömung ent  halten sind, welche dem Reaktor zugeführt wird. Diese  Moleküle können jedoch auch ein wertvolles Produkt       sein,    welches durch die metabolische Umwandlung  gewonnen wird. In beiden Fällen wird eine Ausgangs  strömung 122, welche diese Stoffe enthält, dem Trenn  organ 40     entnommen    und einem Trennorgan 124 der  zweiten Stufe durch eine Pumpe 126 über eine Speise  leitung 128 zugeführt. Das Trennorgan 124 enthält  eine oder mehrere Membranen 130, eine Stütze 132,  eine Ausgangsleitung 134 und eine     Konzentratleitung     136.

   Die     Konzentratleitung    136 führt zurück zur Ein  gangsseite einer     Umwälzpumpe    126     zur    wiederholten  Leitung des Konzentrates an der Membran vorbei. Die  Membran 130 ist eine     verhältnismässig    undurchlässige  Membran, welche Moleküle der anorganischen Stoffe  oder der metabolischen Produkte zurückhält und den  Durchgang der Trägerflüssigkeit gestattet. Auf diese  Weise wird durch eine wiederholte Umwälzung des  dem Trennorgan der zweiten Stufe zugeführten     Me &      ums eine     Konzentration    der Ausgangsströmung aus der  ersten Stufe erzielt.

   Periodisch oder kontinuierlich wird  ein Teil dieser konzentrierten Strömung durch eine mit  einem Ventil 137 versehene Ausgangsleitung abgelas  sen und einer Behandlungsvorrichtung 138 zugeführt,  welche aus dem austretenden Konzentrat die Feststoffe  ausscheidet und von der Trägerflüssigkeit trennt. So  kann z. B. die Vorrichtung 138 auf dem Prinzip der  direkten     Präzipntation,    der     Absorptions-Präzipitation,     des     Ionenaustausches,    der Extraktion durch Lösungs  mittel oder der     Destilation    arbeiten. Die getrennten  Fraktionen werden der Vorrichtung 138 durch Leitun  gen 140 und 142     entfernt.     



  Als Beispiel wird eine besondere Ausführung des  Reaktionssystems nach der     Fig.1    beschrieben. Das  System ist zur Aufnahme von typischen Abwässern  einer Gemeinde bestimmt, die im System direkt behan  delt werden. Ein derartiges Abwasser ist eine stark  verdünnte wässerige Zusammensetzung mit wenig gelö  sten Feststoffen und einem grossen Anteil der Fest  stoffe als Suspension im Wasser. Dieses rohe Abwasser  wird im Zerkleinerungsorgan 18 behandelt, um zu  gewährleisten, dass die Grösse der Teilchen den Wert  von 0,8 mm nicht übersteigt und wird darauf in den  biologischen Reaktor gepumpt, in welchem im wesent  lichen der Druck aufrechterhalten     wird,    welcher auf  der     Einströmseite    der Membran erforderlich ist und im  Bereich von 1,4 bis 7 atü liegt.  



  Der Reaktor enthält typische, im Wasser     befind-          liebe        aerobe    Lebewesen, wie sie in Kläranlagen mit  aktiviertem Schlamm verwendet werden. Der Inhalt  des Reaktors wird mit einer ausreichenden Menge von  Sauerstoff belüftet, um die metabolische Umwandlung  der Nährstoffe im Abwasser aufrechtzuerhalten. Die  durch die     matabolische    Umwandlung gebildeten Gase,  in erster Reihe     C02,    entweichen zusammen mit ande  ren Abgasen aus dem unter Druck stehenden Reaktor  durch die geregelte Entlüftungsleitung 24. Der Reaktor  hat eine so gewählte Grösse, und die Entnahme und  die Rückströmung sind so gewählt, dass eine Verweil  dauer im Reaktor im Bereich von 10 bis 30 Minuten  entsteht.

   Die Entnahme der biologischen Feststoffe      durch die Entnahmeleitung 62 wird     so    gesteuert, dass  im System eine hohe Konzentration der Feststoffe,       z.        B.    3     %        besteht,        wobei        sich        das        Belastungsverhältnis     von biologischem Sauerstoffbedarf zu den biologischen  Feststoffen im Bereich von 0,03 bis 0,3 bewegt.  



  Die Membran     im    Trennorgan wurde bei     dieser          Ausführung    so     gewält,        dass    die Grenze der trennenden  Grösse im Bereich der     Molekulargewichte    von 200 bis  400 lag. Eine derartige Membran hält wirksam     die     Lebewesen sowie alle     unabsorbierte    oder     unmetabo-          lisierte    organische Moleküle oder     suspendierte    Teilchen  des rohen Abwassers zurück, während sie den Durch  gang von Wasser und gelösten anorganischen Stoffen  wie z. B. von Salzen gestattet.

   Die     Trenngrösse    der  Membran wird vorzugsweise so     gewält,    dass sie ausrei  chend unterhalb der Grösse des zurückgehaltenen  Materiales liegt, sowie ausreichend hoch über der  Grösse des durch die Membran durchzulassenden  Materiales. Auf diese Weise wird eine Verschlechte  rung der Strömung durch die Membran durch Verstop  fungserscheinungen     vermieden.     



  Was die Strömungsmengen im System betrifft, so  kann die dem Reaktor zugeführte Menge an Abwasser  mit dem Wert Q bezeichnet werden. Die Strömung in  der Rückleitung erfolgt auf Grund der Notwendigkeit,  einen Entzug der biologischen Population aus dem  Reaktor zu verhindern. Da unter stationären     Arbeitbe-          dingungen    der Entzug aus dem Reaktorsystem     die     rückgeführte Menge um den Wert 1Q übersteigt und  da die in den Reaktor rückgeführte Menge etwas mehr  konzentriert ist als die entzogene Menge, so kann eine       Verminderung    der Population dadurch vermieden wer  den, dass die Umwälzung durch den Reaktor derart  erhöht wird, dass sie die entzogene Menge von 1Q  übersteigt.

   Bei dieser als Beispiel dienenden Ausfüh  rung der     Erfindung    hat es sich gezeigt, dass zur Errei  chung dieses Zieles eine     rückgeführte    Menge von 20Q  ausreichte. Es beträgt somit die durch     die    Leitung 28  entzogene Menge 21Q und die Rückströmung in den  Reaktor durch     die    Leitung 56 20Q.  



  Die Faktoren, welche die erforderlichen Strömungs  mengen beeinflussen, ergeben sich aus den Eigen  schaften der Membran. Um die ungünstigen Ein  flüsse von Ablagerungen zu vermeiden, zu deren Ent  stehung an der Oberfläche der Membran bei der Vor  beiströmung des Mediums eine Neigung besteht, wird  eine turbulente Strömung entlang der Membran bevor  zugt. Durch diese wird die Entstehung von Ablagerun  gen klein gehalten. Durch hohe Strömungsgeschwindig  keiten und die damit zusammenhängenden Turbulen  zen entlang der Membran entsteht eine reinigende Wir  kung, durch welche die Ablagerung von Feststoffen  oder die Entstehung eines Kuchens an der     Oberfläche     der Membran verhindert wird.

   Es muss daher zur Er  zielung einer günstigen Funktion der Membran     die     dem Trennorgan zugeführte Strömungsmenge gegen  über der ausströmenden Menge bedeutend grösser sein,  z. B.     hundertmal    so gross bei einem bestimmten Typ  und einer bestimmten     Anordnung    der     Membranflächen,     im Trennorgan. Da die aus dem Trennorgan ausströ  mende Menge unter stationären Verhältnissen im  wesentlichen 1Q beträgt, so ist in diesem Falle die  Strömungsmenge in der Leitung 32 101Q und die Strö  mung des Konzentrates in der Leitung 54100Q.  



  Die obere Grenze der Strömungsmenge durch das  Trennorgan ist durch die Tatsache gegeben, dass die  Membranen bei äusserst hohen Geschwindigkeiten durch    Erosion beschädigt werden können und/oder dass die  Membranen 44 von den Stützen 45 abgeschält werden  können. Ausserdem ergibt sich aus dem Gesichtspunkt  der     erforderlichen    Antriebsenergie der Pumpe, dass die  Umwälzung durch den Reaktor wie auch die direkte  Umwälzung des Konzentrates so klein wie möglich  gehalten werden sollen, unter Berücksichtigung der       erwähnten    Anforderungen an die Strömung.

   Wie am  besten anhand des Schemas in der     Fig.    2 ersichtlich ist,  kann das Verhältnis der Rückströmung durch die Lei  tung 88 und der direkten     Umwälzung    durch die Lei  tung 87 zwischen den extremen     Werten    von 100 0/0       Rückführung        und        100        %        direkte        Umwälzung        durch     eine entsprechende Betätigung der Ventile 90 und 92       eingestellt    werden.

   Wenn angenommen wird, dass die  erwähnten Anforderungen an die Strömung bestimmen,  dass die Strömungsmenge durch das     Trennorgan    min  destens 100Q betragen soll und die Rückströmung in  dem Reaktor mindestens 20Q, so ergibt sich daraus,  dass diese minimalen     Werte    dadurch erhalten werden,  dass die gesamte Menge an Konzentrat von 100Q aus  dem Trennorgan in den Reaktor zugeführt wird, ohne  eine direkte Umwälzung durch die Leitung 87.

   Es kann  jedoch eine     Verminderung    der erforderlichen     Pumplei-          stung    erzielt werden, bei Einhaltung der     gewünschen          minimalen    Strömungsmengen, wenn     die    Menge von  80Q durch die Leitung 87 direkt     umgewälzt    wird und  nur die Menge von 20Q durch die Leitung 88 in den  Reaktor zurückgeführt wird.  



  Wenn es erwünscht ist, die Konzentration an biolo  gischen Feststoffen in der     Umwälzleitung    des     Trennor-          ganes    zu erhöhen, z. B. als Vorbereitung für die Ent  nahme von Feststoffen, so kann das     Rückführventil    90  geschlossen werden. Das entspricht einem     Schliessen     des     Ventilei    58     in    der     Fig.    1, wodurch die gleichen  Verhältnisse erzielt werden.

   Dadurch     wird    eine Ent  nahme von biologischen Feststoffen aus dem Reaktor  erzielt und deren Überführung in die     Umwälzleitung     des Trennorganes, wodurch die Konzentration an Fest  stoffen in dieser Leitung erhöht wird. Bei Anlagen, bei  welchen das Volumen der     Umwälzleitung    des     Trennor-          ganes    klein ist gegenüber dem Volumen des Reaktors,       kann    eine derartige     Konzentration    in der     Umwälzlei-          tung    erreicht werden, ohne dass eine entsprechende  Verminderung der     Konzentration    an Lebewesen im  Reaktor eintritt.  



  Bei der als Beispiel angeführten     Anlage    zur Be  handlung von Abwasser ist die Ausgangsströmung aus  der Trennvorrichtung von sehr guter Qualität. So ist  der biologische Sauerstoffbedarf der entnommenen  Flüssigkeit im Grössenbereich von 3 Milligramm pro  Liter, der chemische Sauerstoffbedarf im Bereich von  20 Milligramm pro Liter, wobei keine Bakterien     und     keine bekannten Viren vorhanden sind.

   Eine derart  gute Qualität der entnommenen Flüssigkeit ist auf die  Zurückhaltung der langsam biologisch abbaubaren  Moleküle wie auch der Bakterien und Viren durch die  Membran     zurückzuführen.    Die ausströmende     Flüssig-          keit    dieser Qualität ist zur direkten     übergabe    in Ge  wässer ohne eine weitere     Behandlung        geeignet,    so dass  sich ein Chlorieren des Wassers von seiner Ableitung  erübrigt.  



  Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Trenn  organ für eine Arbeit     mit    sehr hohe Konzentrationen  an biologischen Feststoffen geeignet ist. Obwohl im       Beispiel        eine        Konzentration        von    3     %        an        biologischen     Feststoffen verwendet wurde,     kann:

      das Trennorgan mit           Konzentrationen        von    7     bis        12        %        arbeiten.        Die        Fakto-          ren,    welche die     maximalen    Konzentrationen begrenzen,  sind eine hohe Viskosität, welche höhere     Pumpleistun-          gen    erfordert und Strömungsprobleme im Trennorgan  hervorruft, sowie ein unerwünschtes Zurückhalten des  zur Verfügung stehenden Wassers durch den Schlamm.

    Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Membran  über den maximalen Grenzen der Konzentration dem       zugeführten    Schlamm nicht mehr wirksam Wasser ent  ziehen, trotz dem bestehenden Druckabfall über der  Membran.  



  Die Fähigkeit des Trennorganes mit Membranen  zur wirksamen Behandlung der dicken Schlämme mit  einer hohen Konzentration an biologischen Feststoffen  ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber den frühe  ren Kläranlagen, in welchen der biologische Reaktor  wegen der durch das sekundäre Klärbecken auferlegten  Beschränkungen mit einer Konzentration von ungefähr       0,3        bis        0,5        %        an        Feststoffen        betrieben        wird.        Diese     höheren zulässigen Konzentrationen an biologischen  Feststoffen haben zur Folge, dass die Grösse des Reak  tors vermindert werden kann,

   wobei trotzdem die voll  ständige Absorption der Nährstoffe im Abwasser durch  die Lebewesen im Reaktor erzielt werden kann.  



  Ein weiterer Vorteil, welcher sich aus der Arbeits  weise des Systems bei höheren Konzentrationen an  Feststoffen ergibt, besteht darin, dass die periodische  Entnahme von überschüssigen biologischen Feststoffen  bei höheren Konzentrationen erfolgt. Es hat daher der  so erhaltene Schlamm ein bedeutend kleineres Volu  men, bezogen auf das Gewicht der Feststoffe, wodurch  sich ein     Verdickungsvorgang    erübrigt, welcher norma  lerweise bei den bisherigen Kläranlagen erforderlich  ist.  



  Da schliesslich das Trennorgan bei sehr hohen  Konzentrationen an Feststoffen arbeiten kann., entfällt  die Notwendigkeit von besonderen     Vorkläreinrichtun-          gen,    die bisher erforderlich waren. Das rohe Abwasser  kann dem biologischen Reaktor direkt     zugeführt    wer  den. Das hat nicht nur eine Kapitalersparnis zur Folge,  sondern bedeutet auch, dass der gesamte Gehalt an  Nährstoffen im rohen Abwasser einer metabolischen  Umwandlung unterzogen wird, so dass die gesamte  Menge der zu beseitigenden Feststoffe vermindert  wird.



  Method for concentrating biological solids in a reaction system and biological reaction system for carrying out the method The invention relates to a method for concentrating biological solids in a reaction system with a biological reactor which contains nutrients for the liquid medium of the system and contains living beings. in which conditions are maintained for the metabolic conversion of the nutrients.



  The inventive method is characterized in that a flow of the medium with the living beings is guided along one side of a partially permeable membrane, which is suitable for retaining the living beings on the relevant side of the membrane, but allows the passage of the carrier liquid, whereby the Flow of the medium is concentrated, whereupon at least a part of the concentrated medium is returned to the reactor, such that the flow of the medium is continuously subjected to the concentrating effect of the membrane.



  The inventive biological reaction system for carrying out the method is characterized by a reactor with a liquid medium containing living beings for the metabolic conversion of nutrients, in combination with a separator with a partially permeable membrane that is permeable to the carrier liquid of the medium, but for the living being is impermeable, as well as having a circulating device to circulate the medium from the reactor to the separating device and back.



  The present invention relates to a novel method and a novel system for performing biological reactions in liquid media using partially permeable membranes to separate the biological organisms from the carrier liquid. The invention finds particular application in methods and systems that serve to treat waste water and industrial waste fluids.



  Biological reaction systems have heretofore been used to treat wastewater, e.g. B. activated sludge systems in which aerobic organisms are used as a means of carrying out the metabolic conversion. However, such systems are limited by ineffective or disadvantageous working conditions, which are given by a separator for separating the phases, usually a clarifier. In this the solids, d. H. the biological organisms with the absorbed nutrients from the wastewater are separated from the outflowing water.



  Clarifiers of the sizes suitable for the treatment of wastewater can process an inflow with a maximum concentration of solids in the range of 0.5 to 1%, and most of the so-called secondary clarifiers in plants with activated sludge work with a feed with one Content from 0.3 to 0.5% solids.

   In order to achieve this strong dilution of the medium fed in, primary clarifiers are used, which prevent the entry of easily settable solids from the raw sludge into the biological reaction system, and in this way relieve the secondary clarification tank. As an additional measure, the reaction system with the activated sludge, wel chem the medium is fed from the primary clarifier, is operated in such a way that an accumulation of biological solids above the mentioned maximum value is prevented.

   This limitation of the concentration in the known systems with activated sludge has a number of disadvantages. The biological part of the plant requires larger facilities and / or shorter residence times. The sludge emerging from the system is more dilute and therefore has a large volume. A primary clarification tank is required, and the system supplies larger amounts of sludge, as the primary sludge is not metabolized.

   Finally, there is a tendency towards the formation of starting materials of poorer quality, since the supply from secondary clarifiers is kept at maximum values in order to compensate for the disadvantages mentioned. The clarifiers are not able to separate solids that have not been metabolized or absorbed by living beings.



  The invention aims to eliminate the aforementioned disadvantages of the known reaction processes and reaction systems.



  To achieve this goal, two basic parts are provided for the biological reaction system. The first part is a biological reactor with a liquid medium containing living beings. A stream of nutrients, e.g. B. fed raw wastewater. If aerobic organisms are used, oxygen is also supplied to enable the metabolic conversion of the nutrients by the organisms.

   A flow of the contents is taken from the biological reactor and fed to the second fundamental part of the system, a separating element with a membrane. The separating member contains a partially permeable membrane with a property selected so that the carrier liquid can pass through the membrane, the living beings of the medium being prevented from passing through.



  When treating wastewater, the membrane is preferably chosen so that it not only retains living beings, but also organic nutrients with large molecules that are difficult to biodegrade, which offers sufficient opportunity and time for the metabolic conversion of these nutrients. In the case of certain treatments of waste water, it may be desirable to use a membrane in which the dissolved, non-biodegradable organic substances are allowed to pass through. In other applications of the invention, the living beings may form a valuable product, in which case it may be desirable to have this product permeate through the membrane for subsequent separation.



  Since the separation processes on the membrane in the method according to the invention are reverse osmosis and ultrafiltration, the separation element can be fed under pressure, whereby the required pressure drop is formed across the membrane. The carrier liquid passes through the membrane and exits the separating element in the form of an initial flow. The living beings and a larger part of the carrier liquid are retained on the primary side of the membrane and emerge from the separating organ as a so-called concentrate.

   This concentrate is circulated to allow further separation. The circulation takes place either directly or through the biological reactor. It is also provided that the biological solids are eliminated from the system in order to maintain the concentration of solids and / or to allow a valuable product of living beings to be eliminated.



  Due to the special properties of partially permeable membranes, the quality of the output flow is not adversely affected by the concentration of the medium supplied to the separating element. The biological reaction system can therefore be operated with significantly higher concentrations of solids than was previously possible. It can e.g. B. raw sludge can be fed directly to the biological reactor without primary Klärvorrichtun conditions being necessary.

   In this way, a metabolic conversion of the entire flow of the wastewater is made possible, and the total amount of sludge he received is reduced. In addition, they are taken from the biological reaction system. Solids are more concentrated and therefore have a lower volume. In addition, the parts of the reaction system are smaller, as higher concentrations of solids are permitted. After all, the output flow of the system does not contain any biological solids, despite the high concentrations of solids, and it is of particularly high quality because it contains germs and no known viruses. It is therefore also not necessary to chlorinate the outlet stream before it is introduced into a body of water.



  The invention is explained with reference to some embodiments shown schematically in the drawing tion. 1 shows a diagram of the system according to the invention with a biological reactor and a separating element with a membrane which works on the principle of ultrafiltration and reverse osmosis, FIG. 2 shows a diagram of a modified circuit of the system, FIG a scheme of a further embodiment of the invention,

   a reactor is used which is exposed to atmospheric pressure and FIG. 4 shows an embodiment in which a two-stage separating element is used to separate the output flow of the first stage of the separating element into fractions.



  In Fig. 1, a biological reactor 10 working with positive pressure is shown, which has a content 12 of liquid medium containing living beings. The living beings are nourished by nutrients which are supplied by a pump 14 and a line 16. Preferably, a comminuting element 18 is arranged in line 16, which serves to reduce the size of the particles contained in the raw wastewater, on the one hand to facilitate metabolic conversion and on the other hand to prevent clogging of the system, especially in the separating element.



  In cases where the living beings contained in the reactor are of the aerobic type, a dispersing device 20 is arranged in the reactor which is connected to a suitable source 22 of compressed air or pressurized oxygen to provide the oxygen necessary for the metabolic conversion of the nutrients . The reactor is also provided with a vent line 24, in which a suitable control organ such. B. a valve 26 is provided to allow the outflow of gases.



  A part of its contents is withdrawn from the reactor through a line 28 and fed to a membrane separating element 40 by a pump 30 and a feed line 32. The separating element contains a suitable housing 42 which is separated into an inflow part 46 and an outflow part 48 by one or more partially permeable membranes.

   The properties of the membrane 44 are chosen so that it performs reverse osmosis and separation by ultra-filtration, with the biological organisms being retained on the inflow side of the membrane. Since a pressure difference must be maintained across the membrane 44 in order to carry out the reverse osmosis and the ultra-filtration, a perforated support 45 is provided on the outflow side of the membrane.

   The housing 42 is provided with an outflow line 50 which is connected to the outflow part 48. The carrier liquid, which flows through the partially permeable membrane 44, is collected in the outflow part 48 and emerges from the separator in the form of an outlet flow 52.



  The medium, which is retained on the inflow side of the membrane 44 and contains the greater part of the carrier liquid as well as the living beings, flows out of the inflow part 46 in a somewhat concentrated form into a concentrate line 54. The line 54 leads back to the inlet side of the circulating pump 30, so that at least part of the concentrate is circulated again directly through the feed line 32 and again reaches the membrane of the separating element.



  To maintain the desired concentration of living beings in the reactor 10, part of the common flow of the concentrate and the medium from the reactor is introduced through a return line 56 into the reactor after exiting the circulating pump 30. The distribution of the flow through the return line 56 and through the feed line 32 flows is controlled by valves 58 and 60 in the relevant lines.



  Since the constant growth of living beings in the system could overload the system with solids over time, a withdrawal line 62 with a control valve 64 is provided which is connected to the circuit of the separating element.



  The system shown in FIG. 2 corresponds essentially to the system according to FIG. 1, and the same parts are denoted by the same reference numbers in both figures. The differences between the systems according to FIGS. 1 and 2 lie in the arrangement of the lines. Thus, in the embodiment according to FIG. 2, a flow of its contents is withdrawn from the reactor 10 through a line 80 and fed to the separating element by means of a pump 82 through a feed line 84.

    A portion of the concentrate, which leaves the inflow part 46 through a concentrate line 86, is circulated through the reactor 10 via a return line 88, namely by means of a circulation line 87. The ratio of the proportions of the return line and the circulation line of the concentrate flow is determined by Ven Tile 90 and 92 controlled, which are arranged in the return line 88 and in the circulation line 87.



  The system of FIG. 3 corresponds in the union wesent the system of FIG. 2, wherein the same parts are also denoted by the same reference numerals. The fundamental difference between the two arrangements is that the biological reactor 100 in FIG. 3 is exposed to the ambient atmospheric pressure. The reactor 100 contains a content 102 of a liquid medium that contains living beings. The nutrients are fed to the reactor through a feed line 104. A flow of its contents is withdrawn from the reactor 100 through a line 106 and fed to the pressure side of the system by a pump 108.



  The system shown in FIG. 4 also corresponds essentially to the system according to FIG. 2, the same parts being denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, however, the separating element 40 is only the first stage of two separating stages. The separating element 40 contains a relatively permeable membrane 120, which is selected so that it retains the biological organisms on the inflow side. The membrane 120 allows the passage not only of the carrier liquid, but also of certain molecules which are smaller than living beings. So z.

   B. in the treatment of wastewater these molecules be inorganic nutrients or non-biodegradable substances that are kept ent in the flow that is fed to the reactor. However, these molecules can also be a valuable product obtained through metabolic conversion. In both cases, an output flow 122, which contains these substances, is removed from the separating organ 40 and fed to a separating element 124 of the second stage by a pump 126 via a feed line 128. The separator 124 contains one or more membranes 130, a support 132, an outlet line 134 and a concentrate line 136.

   The concentrate line 136 leads back to the input side of a circulation pump 126 for repeated conduction of the concentrate past the membrane. The membrane 130 is a relatively impermeable membrane which retains molecules of the inorganic substances or the metabolic products and allows the passage of the carrier liquid. In this way, a concentration of the output flow from the first stage is achieved by repeated circulation of the substance fed to the separating element of the second stage.

   Periodically or continuously, part of this concentrated flow is drained through an output line provided with a valve 137 and fed to a treatment device 138 which separates the solids from the emerging concentrate and separates them from the carrier liquid. So z. B. the device 138 work on the principle of direct precipitation, absorption precipitation, ion exchange, extraction by solvent or distillation. The separated fractions are removed from device 138 through lines 140 and 142.



  A special embodiment of the reaction system according to FIG. 1 is described as an example. The system is designed to absorb typical waste water in a community, which is treated directly in the system. Such wastewater is a very dilute aqueous composition with few solids and a large proportion of the solids as a suspension in the water. This raw wastewater is treated in the comminution member 18 to ensure that the size of the particles does not exceed 0.8 mm and is then pumped into the biological reactor, in which the pressure is maintained in wesent union, which is on the inflow side of the membrane is required and is in the range of 1.4 to 7 atmospheres.



  The reactor contains typical aerobic organisms in the water, such as those used in sewage treatment plants with activated sludge. The contents of the reactor are aerated with sufficient oxygen to maintain the metabolic conversion of the nutrients in the wastewater. The gases formed by the metabolic conversion, primarily C02, escape together with other exhaust gases from the pressurized reactor through the regulated vent line 24. The size of the reactor has been chosen, and the withdrawal and the return flow are chosen so that a residence time in the reactor in the range of 10 to 30 minutes is created.

   The removal of the biological solids through the removal line 62 is controlled so that a high concentration of the solids, e.g. B. 3%, the load ratio of biological oxygen demand to the biological solids in the range of 0.03 to 0.3.



  In this embodiment, the membrane in the separating element was chosen so that the limit of the separating size was in the range of molecular weights from 200 to 400. Such a membrane effectively holds back the living beings and all unabsorbed or unmetabolized organic molecules or suspended particles of the raw wastewater, while preventing the passage of water and dissolved inorganic substances such as B. permitted by salts.

   The separation size of the membrane is preferably chosen so that it is sufficiently below the size of the retained material and sufficiently high above the size of the material to be let through the membrane. In this way, deterioration in the flow through the membrane due to clogging phenomena is avoided.



  As for the flow rates in the system, the amount of wastewater supplied to the reactor can be denoted by the value Q. The flow in the return line is due to the need to prevent withdrawal of the biological population from the reactor. Since, under steady-state working conditions, the withdrawal from the reactor system exceeds the amount returned by the value 1Q and since the amount returned to the reactor is somewhat more concentrated than the amount withdrawn, a reduction in the population can be avoided by causing the circulation is increased by the reactor so that it exceeds the withdrawn amount of 1Q.

   In this exemplary embodiment of the invention, it has been shown that a recirculated amount of 20Q was sufficient to achieve this goal. The amount withdrawn through line 28 is thus 21Q and the backflow into the reactor through line 56 is 20Q.



  The factors that influence the required flow rates result from the properties of the membrane. In order to avoid the unfavorable effects of deposits, which tend to develop on the surface of the membrane when the medium flows in front of it, a turbulent flow along the membrane is given before. This keeps the formation of deposits small. The high flow velocities and the associated turbulence along the membrane create a cleaning effect, which prevents the build-up of solids or the formation of a cake on the surface of the membrane.

   In order to achieve a favorable function of the membrane, the flow rate supplied to the separating element must therefore be significantly greater than the amount flowing out, e.g. B. 100 times as large with a certain type and a certain arrangement of the membrane surfaces, in the separator. Since the amount flowing out of the separating element is essentially 1Q under steady-state conditions, the flow rate in line 32 is 101Q and the flow rate of the concentrate in line 54100Q in this case.



  The upper limit of the flow rate through the separating element is given by the fact that the membranes can be damaged by erosion at extremely high speeds and / or that the membranes 44 can be peeled off from the supports 45. In addition, from the point of view of the required drive energy of the pump, the circulation through the reactor as well as the direct circulation of the concentrate should be kept as small as possible, taking into account the aforementioned requirements on the flow.

   As can best be seen from the diagram in FIG. 2, the ratio of the return flow through the Lei device 88 and the direct circulation through the Lei device 87 between the extreme values of 100 0/0 recirculation and 100% direct circulation through a corresponding actuation of the valves 90 and 92 can be set.

   If it is assumed that the aforementioned requirements for the flow determine that the flow rate through the separating element should be at least 100Ω and the return flow in the reactor at least 20Ω, it follows that these minimum values are obtained by taking the entire amount of concentrate from 100Q is fed from the separator into the reactor without direct circulation through line 87.

   However, a reduction in the required pumping capacity can be achieved while maintaining the desired minimum flow rates, if the amount of 80Q is circulated directly through the line 87 and only the amount of 20Q is returned through the line 88 into the reactor.



  If it is desired to increase the concentration of biological solids in the circulation line of the separating organ, z. B. in preparation for the Ent acquisition of solids, the return valve 90 can be closed. This corresponds to closing the valve 58 in FIG. 1, whereby the same conditions are achieved.

   As a result, an Ent acquisition of biological solids is achieved from the reactor and their transfer into the circulation line of the separating element, whereby the concentration of solids in this line is increased. In systems in which the volume of the circulation line of the separating element is small compared to the volume of the reactor, such a concentration can be achieved in the circulation line without a corresponding reduction in the concentration of living beings in the reactor occurring.



  In the example of the plant for treating wastewater, the output flow from the separator is of very good quality. The biological oxygen demand of the removed liquid is in the range of 3 milligrams per liter, the chemical oxygen demand in the range of 20 milligrams per liter, whereby no bacteria and no known viruses are present.

   Such a good quality of the removed liquid is due to the retention of the slowly biodegradable molecules as well as the bacteria and viruses by the membrane. The outflowing liquid of this quality is suitable for direct transfer into water without further treatment, so that there is no need to chlorinate the water from its discharge.



  Another advantage is that the separator is suitable for working with very high concentrations of biological solids. Although a 3% biological solids concentration was used in the example, you can:

      the separator work with concentrations of 7 to 12%. The factors that limit the maximum concentrations are a high viscosity, which requires higher pumping capacities and causes flow problems in the separating element, as well as undesirable retention of the available water by the sludge.

    In other words, the membrane can no longer effectively draw water from the supplied sludge above the maximum concentration limits, despite the existing pressure drop across the membrane.



  The ability of the membrane separator to effectively treat the thick sludge with a high concentration of biological solids is a significant difference from previous sewage treatment plants in which the biological reactor was at a concentration of about 0.3 due to the restrictions imposed by the secondary clarifier is operated up to 0.5% solids. These higher permissible concentrations of biological solids mean that the size of the reactor can be reduced,

   although the complete absorption of the nutrients in the waste water by the living beings in the reactor can be achieved.



  Another advantage that results from the way the system works at higher concentrations of solids is that the periodic removal of excess biological solids takes place at higher concentrations. The sludge obtained in this way therefore has a significantly smaller volume, based on the weight of the solids, which eliminates the need for a thickening process, which is normally required in previous sewage treatment plants.



  Since the separating element can work with very high concentrations of solids, there is no need for special primary clarification devices that were previously required. The raw wastewater can be fed directly to the biological reactor. Not only does this save capital, it also means that all of the nutrients in the raw wastewater are metabolically converted to reduce the total amount of solids to be removed.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Konzentration biologischer Fest stoffe in einem Reaktionssystem mit einem biologi schen Reaktor, welcher Nährstoffe für das flüssige, Lebewesen enthaltende Medium des Systems enthält und in welchem Bedingungen für die metabolische Umwandlung der Nährstoffe aufrechterhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömung des Medi ums mit den Lebewesen entlang einer Seite einer teil durchlässigen Membran geführt wird, welche zum Zu rückhalten der Lebewesen an der betreffenden Seite der Membran geeignet ist, jedoch den Durchgang der Trägerflüssigkeit gestattet, wodurch die Strömung des Mediums konzentriert wird, worauf mindestens ein Teil des konzentrierten Mediums in den Reaktor rückge führt wird, derart, PATENT CLAIMS I. A method for concentrating biological solids in a reaction system with a biological reactor which contains nutrients for the liquid medium of the system containing living beings and in which conditions for the metabolic conversion of the nutrients are maintained, characterized in that a flow of the Medi ums with the living beings is guided along one side of a partially permeable membrane, which is suitable for retaining the living beings on the relevant side of the membrane, but allows the passage of the carrier liquid, whereby the flow of the medium is concentrated, whereupon at least part of the concentrated medium is returned to the reactor in such a way that dass dauernd die Strömung des Mediums der konzentrierenden Wirkung der Membran unterzogen wird. II. Biologisches Reaktionssystem zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Reaktor (10) mit einem flüssigen, Lebewe- sen enthaltenden Medium (12) zur metabolischen Umwandlung von Nährstoffen in Kombination mit einem Trennorgan (40) mit einer teildurchlässigen Membran (44), die für die Trägerflüssigkeit des Medi ums durchlässig, jedoch für die Lebewesen undurchläs sig ist, sowie mit einem Umwälzorgan (30) zur Umwäl zung des Mediums aus dem Reaktor (10) zum Trenn organ (40) und zurück. UNTERANSPRÜCHE 1. that the flow of the medium is constantly subjected to the concentrating effect of the membrane. II. Biological reaction system for carrying out the method according to claim I, characterized by a reactor (10) with a liquid medium (12) containing living beings for the metabolic conversion of nutrients in combination with a separating element (40) with a partially permeable membrane (44 ), which is permeable to the carrier liquid of the medium, but impermeable to living things, and with a circulating element (30) for circulating the medium from the reactor (10) to the separating element (40) and back. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass über der Membran ein Druckabfall von ihrer einen Seite zu ihrer Austrittsseite aufrechter halten wird, wodurch die Trägerflüssigkeit durch die Membran durchgedrückt wird und eine Konzentration der Strömung des Mediums erfolgt. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der biologische Reaktor mit im wesentlichen dem gleichen Druck betrieben wird, wie er auf der einen Seite der Membran aufrechterhalten wird, so dass die Rückführung des Konzentrates ohne wesentliche Druckverluste erfolgt. 3. A method according to claim 1, characterized in that a pressure drop is maintained across the membrane from one side to its exit side, whereby the carrier liquid is pressed through the membrane and the flow of the medium is concentrated. 2. The method according to claim I, characterized in that the biological reactor is operated with essentially the same pressure as it is maintained on one side of the membrane, so that the concentrate is returned without significant pressure losses. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Teil der zu wiederholten Malen konzentierten Strömung des Mediums aus dem System entfernt wird, wodurch dem System biologische Fest stoffe in konzentrierten Form entzogen werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Strömung des konzentrierten Me diums, die entlang der einen Seite der Membran geführt wird, in Teilströmungen unterteilt wird, wobei die eine Teilströmung einer direkten Umwälzung unterzogen wird und der andere Teil dem biologischen Reaktor zugeführt wird, um seine biologische Population auf rechtzuerhalten. 5. Method according to claim 1, characterized in that part of the repeatedly concentrated flow of the medium is removed from the system, as a result of which biological solids are removed from the system in concentrated form. 4. The method according to claim I, characterized in that the flow of the concentrated Me medium, which is guided along one side of the membrane, is divided into partial flows, one partial flow is subjected to direct circulation and the other part of the biological reactor is supplied to maintain its biological population. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verhältnis der Aufteilung der Strömungen des konzentrierten Mediums periodisch verändert wird, wobei der direkt umgewälzte Anteil erhöht und der in den Reaktor rückgeführte Anteil vermindert wird, wodurch die Konzentration an Fest stoffen im Reaktor vermindert und in der Strömung des direkt umgewälzten Mediums erhöht wird, und dass ein Teil der Strömung mit erhöhter Konzentration an Feststoffen entzogen wird, so dass biologische Fest stoffe aus dem Reaktionssystem in konzentrierter Form entnommen werden. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass dem biologischen Reaktor zur Spei sung der aeroben biologischen Lebewesen im Reaktor rohes Abwasser zugeführt wird. 7. The method according to dependent claim 4, characterized in that the ratio of the division of the flows of the concentrated medium is changed periodically, the directly circulated portion being increased and the portion returned to the reactor being reduced, whereby the concentration of solids in the reactor is reduced and in the flow of the directly circulating medium is increased, and that part of the flow with an increased concentration of solids is withdrawn, so that biological solids are removed from the reaction system in a concentrated form. 6. The method according to claim I, characterized in that the biological reactor for Spei solution of the aerobic biological organisms in the reactor is fed raw wastewater. 7th Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entzug einer Strömung aus dem Reaktor und die Rückführung eines Teiles des konzentrierten Medi ums in den Reaktor derart erfolgt, dass sich eine Ver weildauer im Reaktor im Bereich von 10 bis 30 Minu ten ergibt. B. Method according to claim 1 or one of the dependent claims 1 to 6, characterized in that the withdrawal of a flow from the reactor and the return of part of the concentrated medium to the reactor takes place in such a way that a residence time in the reactor in the range of 10 to 30 minutes results. B. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine derartige Menge des konzen trierten Mediums entzogen wird, dass sich im Reaktor eine Konzentration an biologischen Feststoffen im Be- reich von 1 bis 12 % ergibt. 9. Method according to dependent claim 6, characterized in that such an amount of the concentrated medium is withdrawn that a concentration of biological solids in the range from 1 to 12% results in the reactor. 9. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass langsam biologisch abbaubare Nährstoffe an der einen Seite der Membran zurückge halten werden, wodurch die Nährstoffe zur metabo- Tischen Umwandlung in den Reaktor rückgeführt wer den. 10. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im System enthaltene biologisch nicht abbaubare Feststoffe durch die Membran durch geleitet werden. 11. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im Abwasser anwesende Bakterien und Viren auf der einen Seite der Membran zurückge halten werden, wodurch der Übergang der Viren und Bakterien in die Ausgangsströmung des Systems ver hindert wird. 12. Method according to dependent claim 6, characterized in that slowly biodegradable nutrients are held back on one side of the membrane, whereby the nutrients for metabolic conversion are returned to the reactor. 10. The method according to dependent claim 6, characterized in that non-biodegradable solids contained in the system are passed through the membrane. 11. The method according to dependent claim 6, characterized in that bacteria and viruses present in the sewage are held on one side of the membrane, whereby the transition of the viruses and bacteria into the output flow of the system is prevented. 12. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Medium durch zwei Trennstu fen durchgeführdt wird, von denen jede eine teildurch lässige Membran enthält, wobei die einzelnen Membra nen verschiedene Durchgangscharakteristiken aufwei sen, und eine wahlweise Trennung der biologischen Lebewesen und der Trägerflüssigkeit ermöglicht wird. 13. Verfahren nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Konzentrates der zweiten Stufe entlang der Membran der zweiten Stufe umgewälzt wird, wodurch eine Konzentration dieser Strömung erzielt wird. 14. Method according to patent claim I, characterized in that the medium is carried out through two separating stages, each of which contains a partially permeable membrane, the individual membranes having different passage characteristics, and enabling the biological organisms and the carrier fluid to be separated becomes. 13. The method according to dependent claim 12, characterized in that the flow of the concentrate of the second stage is circulated along the membrane of the second stage, whereby a concentration of this flow is achieved. 14th Verfahren nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der umgewälzten konzen trierten Strömung aus dem Reaktionssystem entzogen wird, wodurch dem System Moleküle entzogen werden, deren Grösse zwischen die Durchgangsgrösse der er sten und der zweiten Membran fällt. 15. System nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine Zufuhrleitung (16, 104) von rohem Abwas ser in den biologischen Reaktor (10, 100), durch wel che die gesamten Nährstoffe des Abwassers dem biolo gischen Abbauvorgang zugeführt werden. 16. Method according to dependent claim 13, characterized in that part of the circulated concentrated flow is withdrawn from the reaction system, whereby molecules are withdrawn from the system, the size of which falls between the passage size of the first and second membrane. 15. System according to claim II, characterized by a supply line (16, 104) of raw wastewater in the biological reactor (10, 100) through wel che all the nutrients in the wastewater are fed to the biological degradation process. 16. System nach Unteranspruch 15, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zufuhrleitung (16, 104) für die Nährstoffe ein Zerkleinerungsorgan (18) zur Vermin derung der Grösse der Feststoffteile im rohen Abwas ser enthält, wodurch eine Blockierung des Systems durch übergrosse Teilchen verhindert wird und eine beschleunigte metabolische Umwandlung der Teilchen erzielbar ist. 17. System according to dependent claim 15, characterized in that the feed line (16, 104) for the nutrients contains a comminuting element (18) for reducing the size of the solid parts in the raw waste water, thereby preventing the system from being blocked by oversized particles and an accelerated metabolic conversion of the particles can be achieved. 17th System nach Patentanspruch II, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Trennorgan (40) eine selektiv durchlässige Membran. (44) enthält, deren Trenngrösse im Bereich der molekularen Gewichte von 200 bis 400 liegt, derart, dass biologische Lebewesen und nicht abgebaute organische Nährstoffe zurückgehalten wer den, hingegen ein Durchgang von Wasser und gelösten anorganischen Stoffen zugelassen wird. System according to claim II, characterized in that the separating element (40) is a selectively permeable membrane. (44), whose separation size is in the range of molecular weights from 200 to 400, in such a way that biological organisms and undegraded organic nutrients are retained, while the passage of water and dissolved inorganic substances is permitted.
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