DE10119119B4

DE10119119B4 - Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser

Info

Publication number: DE10119119B4
Application number: DE2001119119
Authority: DE
Inventors: Eberhard Runge
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: DE10119119A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser, insbesondere von gebrauchtem Waschwasser aus industriellen Anwendungen sowie von Fahrzeugwäschen, mittels Filtration, Entkeimung und Sauerstoffeintrag durch eine Kombination folgender Schritte:
– mechanische Filterung mittels eines Tiefenfilters (1), das aus einer Kombination eines Tiefenfeinfilters mit einem Hydrozyklon gebildet ist,
– Entkeimung in einer elektrostatischen Entkeimungsvorrichtung (2), sowie
– Sauerstoffeinbringung in Form von Mikro-Luftblasen mittels einer Mikro-Flotationsmembran.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser, insbesondere von gebrauchtem Waschwasser aus industriellen Anwendungen sowie von Fahrzeugwäschen, mittels Filtration und Entkeimung. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Waschwasser-Reinigungsverfahren unterteilen sich prinzipiell in physikalische, chemische, biologische und thermische Verfahren. Während die drei letztgenannten Verfahren häufig Sekundärkontaminationen in Form einer zusätzlichen Befrachtung des Abwassers mit Chemikalien, verstärkter Schlammproduktion oder einer Übertragung des Abwasser- auf ein Abluftproblem nach sich ziehen, stellen physikalische Verfahren eine umweltfreundliche Alternative dar. Das zu reinigende Waschwasser kann in diesem Fall sowohl aus Waschvorgängen in der Industrie als auch von Fahrzeugwäschen der verschiedensten Art stammen. Schärfere Umweltauflagen stellen dabei national ebenso wie international immer höhere Anforderungen an die Trennqualität und die eingesetzten Verfahren. So schreibt die Umweltgesetzgebung in gewissen Bereichen beispielsweise vor, dass 80 Prozent des verwendeten Waschwassers für die Wiederverwendung aufbereitet werden müssen. An das wiederaufbereitete Wasser werden zudem eine Reihe qualitativer Anforderungen gestellt, die entweder vom Betreiber oder aber vom Gesetzgeber definiert werden.
Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden häufig Anlagen und Verfahren eingesetzt, die mehrere Reinigungsschritte miteinander kombinieren, um auf diese Weise die geforderte Wasserqualität zu erreichen. Als Filterstufe werden bei den bekannten Anlagen in der Regel entweder Sandfilter, Bandfilter, Siebfilter oder Kerzenfilter eingesetzt, die allesamt den Nachteil aufweisen, dass sie keine nominale und genormte Filterfeinheit zu erbringen vermögen. Um die hygienischen Anforderungen zu erfüllen, werden ferner biologische Verfahren verwendet, bei denen Mikroorganismen die vorhandenen Schadstoffe aufzehren. Diese Verfahren bedürfen einer fachmännischen Betreuung, und die Mikrobiologie muss durch eine kontrollierte Zugabe von Nährstoffen lebensfähig erhalten werden. Zudem wird ein mikrobiologischer Schlamm erzeugt, der zwar prinzipiell entsorgt werden muss, häufig aber lediglich in die Abwasserkanalisation eingeleitet wird.
Weiterhin werden bei den bekannten Verfahren vielfach Oxidationsmittel, wie Ozon oder Wasserstoffperoxid, eingesetzt. Derartige Substanzen sind vergleichsweise kostenintensiv, wenig umweltfreundlich und führen zum Teil zu nur unzureichender Qualität der solchermaßen behandelten Wässer. Von großem Nachteil ist außerdem das hohe Gefährdungspotential der eingesetzten Substanzen für Mensch und Umwelt.
Aus der DE 44 36 134 A1 ist ein Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung in einer transportablen Wasseraufbereitungsanlage bekannt, bei dem das aufzubereitende Wasser mechanisch und biologisch gereinigt und zusätzlich in einer Desinfektionseinheit mittels UV-Strahlung entkeimt wird.
Weitere Verfahren zur Wasseraufbereitung sind beispielsweise aus der DE 43 35 699 A1 , aus der DE 195 30 086 A1 , aus der DE 198 45 808 C1 und aus der DE 197 41 117 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass es einfach in der Durchführung ist und dennoch allen technischen Anforderungen und der geltenden Gesetzgebung gerecht wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
Die Erfindung löst die erste Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Hierbei werden mehrere Verfahrensschritte so kombiniert, dass das Wasser sehr fein filtriert wird, wie es insbesondere von den potentiellen Anwendern, d. h. der Industrie, den Automobilwerken und den Waschanlagenherstellern, gefordert wird.
Durch die bei dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehene elektrostatische Entkeimung werden die hygienischen Eigenschaften der aufbereiteten Wässer zudem allen europäischen Gesetzen gerecht, die Recyclingrate des Waschwassers beträgt mehr als 80 Prozent. Die Wässer sind umweltgerecht und können dem Wirtschaftskreislauf erneut zugeführt werden.
Die zur Lösung der weiteren Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehene Vorrichtung sieht insbesondere eine Kombination aus einer Druckerhöhungspumpe und einem nachgeschalteten Hydrozyklon-Tiefenfeinfilter mit automatischer Schlammabsteuerung vor, das von der Druckerhöhungspumpe beschickt wird. Die Filterfeinheit dieses Tiefenfeinfilters entspricht dabei allen technischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 und 2 jeweils Detaildarstellungen einer Brauchwasseraufbereitungseinheit in Vorder- und Seitenansicht,
3 ein Fließschema einer ersten Portalwaschanlage für PKW unter Verwendung der Anordnung gemäß den 1 und 2,
4 ein Fließschema einer zweiten Portalwaschanlage für PKW, ebenfalls unter Verwendung der Anordnung gemäß den 1 und 2, und
5 eine Prinzipdarstellung eines Tiefenfeinfilters.
Die in den 1 und 2 dargestellte Brauchwasseraufbereitungseinheit 20 besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
Einem Hochleistungs-Tiefenfilter 1, einer elektrostatischen Entkeimungsvorrichtung 2, einer elektronischen Steuerungseinheit 3, einer Systemtrennvorrichtung 4, drei Magnetventilen 5 bis 7, einem Druckausgleichsbehälter 8, einer Sauerstoffeinbringungseinheit 9, einem Kugelhahn 10, einem Probenentnahmehahn 11, einem automatischen Entlüfter 12, einem Druckmessgerät 13, einem Ablasssystemtrennelement 15, einem Rückschlagventil 16 sowie einem Filter-Ablassventil 17. Ferner ist dem Hochleistungs-Tiefenfilter 1 eine Druckerhöhungspumpe 18 vorgeschaltet. Die Druckerhöhungspumpe 18 kann extern in einem Vorlagebecken als Tauchpumpe oder an der Anlage installiert sein.
Das im Detail in 5 gezeigte Tiefenfeinfilter 1 weist eine hohe Schmutzaufnahmekapazität auf. Die in diesem Filter anfallende Schmutzbelastung wird dadurch beherrscht, dass das Filtergehäuse wie ein Hydrozyklon aufgebaut ist und sich dessen Wirkungsweise zunutze macht. Die Figur zeigt ein Filtergehäuse 101, das zur Aufnahme eines oder mehrerer Tiefenfeinfilterelemente 105 ausgerüstet ist, die die Aufgabe einer Feinfiltration übernehmen. Das Filtergehäuse 101 weist einen gegenüber herkömmlichen Tiefenfeinfiltern vergrößerten Durchmesser auf und ist in seinem unteren Bereich mit einem tangential angeordneten Eintrittsrohr 102 für das zu reinigende Medium versehen. Das Eintrittsrohr 102 ist dabei, wie in der Figur angedeutet, unter einem von 90 Grad verschiedenen Winkel α gegenüber der Längsachse des Filtergehäuses 101 leicht nach oben geneigt angebracht. Ferner besitzt das Filtergehäuse 101 in seinem Bodenbereich ein Schlammablassventil 103 zur periodischen, diskontinuierlichen Ausschleusung von Feststoffen sowie eine Auslassöffnung 104 für das filtrierte Medium.
Durch die tangentiale Anordnung des Eintrittsrohrs 102 am Filtergehäuse 101 kommt es zu einer winkligen Anströmung der Innenwand des Filtergehäuses 101, so dass die dabei auftretenden Tangentialkräfte nach dem Prinzip eines Hydrozyklons genutzt werden können. Aufgrund der Wirkung dieser Tangentialkräfte werden in analoger Weise wie bei einem Hydrozyklon bereits bei der Einströmung des zu reinigenden Mediums alle Schmutzpartikel mit einer Größe von etwa mehr als 100 Mikrometern im Durchmesser an die Innenfläche des Filtergehäuses 101 gepresst. Die feineren Verunreinigungen werden anschließend im Tiefenfeinfilter-Element 105 gebunden, während das saubere Medium aus der Auslass öffnung 104 am inneren Teil des Tiefenfeinfilter-Elementes 105 aus dem Filtergehäuse 101 austritt.
Da die Tangentialkräfte zum Festhalten der Schmutzfracht nur begrenzter Natur sind, muss in regelmäßigen Abständen ein Strömungsstillstand eingeleitet werden, während dessen die Schmutzfracht an der Innenwand des Filtergehäuses entlang zum Boden des Filtergehäuses 101 gleiten kann. Über das Schlammablassventil 103 wird dann bei leichtem Überdruck der Schlamm zusammen mit einer geringen Menge an flüssigem Medium ausgeschleust. Das Schlammablassventil 103 schließt sich danach wieder, und ein neuer Filtrationsvorgang kann beginnen.
Dieser Vorgang eines periodischen Ausschleusens des anfallenden Schmutzes über das Schlammablassventil 103 wird von der elektronischen Steuerungseinheit 3 kontrolliert. Die sehr große Oberfläche des Tiefenfeinfilter-Elements begünstigt zudem die Bildung eines natürlichen Biorasens.
Wie aus den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, kann eine derartige Brauchwasseraufbereitungseinheit 20 vorteilhaft beispielsweise zur Aufbereitung des in einer Autowaschanlage 30, 40 anfallenden Abwassers eingesetzt werden. Neben der Brauchwasseraufbereitungseinheit 20 und der Waschanlage 30 weist die in 3 dargestellte Anordnung als weitere Komponenten einen Schlammfang 31, einen Benzin/Koaleszenzabscheider 32 sowie einen Brauchwasserspeicher 33 auf, wobei diese Komponenten untereinander durch ein System von Zuleitungen miteinander verbunden sind.
Im Brauchwasserspeicher 33 sind eine Tauchpumpe 34, ein System zur Füllstandsmessung 35 sowie ein druckluftbeaufschlagter Luftinjektor 36 angeordnet. Die Tauchpumpe 34 dient dabei als Zubringerpumpe für die dem Hydrozyklon-Tiefenfeinfilter 1 vorgeschaltete Druckerhöhungspumpe 18.
Die Tauchpumpe 34 wird bei dieser Anordnung zudem zyklisch für zwei separate Wasserkreisläufe genutzt: Ein Wasserkreislauf führt das Waschwasser durch einen Entkeimungsreaktor 2, der völlig ohne chemische Zusätze oder Ozon arbeitet. Der zweite Wasserkreislauf umspült das Hydrozyklon-Tiefenfeinfilter 1. Der dabei abgespülte Schmutz wird über ein taktgesteuertes Ventil Y aus diesem ausgeschleust.
Um den gesamten Wasserkreislauf aerob zu halten und um damit etwaigen Gerüchen vorzubeugen, wird über eine im Luftinjektor 36 enthaltene Mikro-Flotationsmembran Luft in das im Brauchwasserspeicher 33 befindliche Brauchwasser eingeblasen. Die dabei erzeugten Mikro-Luftblasen gehen sofort ins Wasser über. Dieser aerobe Zustand des Brauchwassers unterstützt ferner zugleich die Bildung und Existenz eines natürlichen Bio-Rasens auf der sehr großen Filterfläche des Hydrozyklon-Tiefenfeinfilters 1.
Das Zusammenspiel der verschiedenen Wasserkreisläufe, in den 3 und 4 durch Pfeile angedeutet, wird durch die als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildete elektronische Steuerungseinheit 3 kontrolliert. Diese Steuerungseinheit 3 ermöglicht es auch, wie in 4 dargestellt, die Nutzung von Regenwasser in das Gesamtsystem mit einzubeziehen.
Dieses Regenwasser wird bei der in 4 dargestellten Anordnung in einem separaten Speicher 47 gesammelt, der zusätzlich zu den auch hier vorgesehenen Komponenten Schlammfang 41, Benzin/Koaleszenzabscheider 42 und Brauchwasserspeicher 43 vorhanden ist, wobei diese Komponenten auch in diesem Fall wieder untereinander und mit der Waschanlage 40 durch ein System von Wasserleitungen verbunden sind. Außerdem weist die in dieser Figur dargestellte Anordnung zusätzlich zu einer als Zubringerpumpe für die dem Hydrozyklon-Tiefenfeinfilter 1 vorgeschaltete Druckerhöhungspumpe 18 fungierenden Tauchpumpe 44 zwei weitere Tauchpumpen 45, 46 auf. Von diesen ist die Tauchpumpe 45 ebenfalls im Brauchwasserspeicher 43 angeordnet und dem Entkeimungsreaktor 2 vorgeschaltet, während die Tauchpumpe 46, im Regenwasserspeicher 47 angeordnet, als Förderpumpe für das Regenwasser dient.
Beiden vorangehend beschriebenen Anordnungen gemeinsam ist, dass bei einem Ausfall der Zubringer- oder der Druckerhöhungspumpe die elektronische Steuerungseinheit 3 die Anlage automatisch auf eine Zufuhr von Frischwasser von außen umstellt, um die Waschvorgänge nicht zu unterbrechen. Das Frischwasser wird dabei über die Systemtrennvorrichtung 4 dem Brauchwasserkreislauf zugeführt, um auf diese Weise den hygienischen Anforderungen gerecht zu werden. Zugleich werden sämtliche Störungen in der zentralen Steuereinheit 3 registriert und signalisiert.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser, insbesondere von gebrauchtem Waschwasser aus industriellen Anwendungen sowie von Fahrzeugwäschen, mittels Filtration, Entkeimung und Sauerstoffeintrag durch eine Kombination folgender Schritte: – mechanische Filterung mittels eines Tiefenfilters (1), das aus einer Kombination eines Tiefenfeinfilters mit einem Hydrozyklon gebildet ist, – Entkeimung in einer elektrostatischen Entkeimungsvorrichtung (2), sowie – Sauerstoffeinbringung in Form von Mikro-Luftblasen mittels einer Mikro-Flotationsmembran.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Störfall eine automatische Versorgung mit Frischwasser erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensablauf mittels einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit (3) geregelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer mechanischen Filtereinheit, einer Entkeimungseinheit sowie einer Oxidationsstufe, wobei eine Brauchwasseraufbereitungseinheit (20) vorgesehen ist, die wenigstens folgende Komponenten umfasst: – eine Druckerhöhungspumpe (18), – ein Tiefenfilter (1), das aus einer Kombination eines Tiefenfeinfilters mit einem Hydrozyklon gebildet ist, – eine elektrostatische Entkeimungsvorrichtung (2), – eine Sauerstoffeinbringungseinheit (9) mit einer Mikro-Flotationsmembran zur Sauerstoffeinbringung in Form von Mikro-Luftblasen sowie – eine elektronische Steuerungseinheit (3).
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein zylindrisches Filtergehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Filterelements mit wenigstens je einer Eintrittsöffnung für das zu filtrierende Medium, einer Auslassöffnung für das filtrierte Medium und einen Schlammablass aufweist, wobei die Eintrittsöffnung für das zu filtrierende Medium als tangentiales Eintrittsrohr ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Sauerstoffeinbringung zusätzlich ein in einem Brauchwasserspeicher (33) angeordneter Luftinjektor (36) mit einer Mikro-Flotationsmembran vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung mit einem Frischwassernetz über eine Systemtrennvorrichtung (4) vorgesehen ist.