DE102016111092A1 - Wabenkörper und deren Verwendung in Anlagen zur Wasserreinigung und Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Wabenkörper als Bauteil bereitgestellt, der eine geringe Bruchanfälligkeit, eine hohe Chemikalienbeständigkeit, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine erhöhte Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen aufweist, wobei hierzu vorgesehen ist, dass der Wabenkörper erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Stirnseiten umfasst, wobei der Wabenkörper eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Kanälen umfasst, die über Kanalwände aneinander angrenzen, und wobei der Wabenkörper aus einem aus Polytetrafluorethylen(PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist. Der Wabenkörper ist insbesondere zur Verwendung in Anlagen zur Wasserreinigung, Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, zur Verwendung als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, zur Bereitstellung von Sedimentationsflächen, in Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung und in Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper, umfassend erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Stirnseiten, wobei der Wabenkörper eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Kanälen umfasst. Die Kanäle grenzen über Kanalwände aneinander an.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung erfindungsgemäßer Wabenkörper in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken.
  • Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, insbesondere in Form eines Reaktionsfilms, und/oder zur Bereitstellung von Sedimentationsflächen, insbesondere in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere in Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung und ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden in einem Trennbecken.
  • Anlagen zur biologischen Wasserreinigung, werden genutzt, um Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Prozesswasser, von darin enthaltenen Inhaltsstoffen zu reinigen. Das Wasser kann nach einer umfassenden, häufig mehrstufigen Reinigung, als Frischwasser erneut verwendet werden.
  • In Anlagen zur biologischen Wasserreinigung werden organische Inhaltsstoffe des Wassers vorzugsweise mittels Bakterien in einer aeroben Reaktion in einem Stoffwechselprozess der Bakterien umgesetzt. Dieses Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe in einem Stoffwechselprozess der zugesetzten Bakterien kann nur stattfinden, sofern eine ausreichende Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, wie z. B. Luft, besteht, das die Bakterien für die Reaktion mit Sauerstoff versorgt.
  • Aus der DE 43 29 239 C2 ist ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, bei dem unter Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr Wasserinhalte von im Belebtschlamm-Abwassergemisch schwebenden Bakterien in einem Belebungsbecken veratmet werden. In dem Belebungsbecken sind Bauteile in Form von schräg ansteigend verlaufenden Lamellenpaketen angeordnet, wobei die Luft gezielt zwischen benachbarten Lamellen eingeleitet wird.
  • Ergänzend oder alternativ kann in der Wasserreinigung ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden eingesetzt werden. Die Fluide sind im Fall der Wasserreinigung, insbesondere der Abwasserreinigung, typischerweise Abwasser und/oder Prozesswasser. In derartigen Verfahren werden sedimentierfähige, feste Inhaltsstoffe durch Sedimentation von dem Fluid, insbesondere Wasser, abgetrennt. Es ist dabei von Bedeutung, für die Sedimentation geeignete Strömungsbedingungen zu gewährleisten.
  • Aus der EP 1 110 915 A2 ist ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung bekannt, das ein Belebungsbecken vorsieht, in dem unter Zufuhr eines Katalysatormittels Abwasserinhaltsstoffe von im Abwasser schwebenden Abbaumitteln abgebaut werden. In dem Belebungsbecken ist wenigstens ein Bauteil in Form eines Lamellenpakets angeordnet, in bzw. an dem die im Abwasser schwebenden Abbaumittel durch Sedimentation abgeschieden werden.
  • Herkömmliche Bauteile, beispielsweise Lamellenpakete oder auch andere Füllkörper aus dem Stand der Technik, deren Oberflächen häufig geneigt zur Schwerkraftrichtung angeordnet sind, sind typischerweise aus Edelstahl, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polyvinylidenchlorid (PVC) gefertigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil vorzuschlagen, das für die oben beschriebenen Verwendungen und Verfahren geeignet ist und wirtschaftlich herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wabenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Kanäle des Wabenkörpers sind typischerweise von der einen zur anderen Stirnseite durchgängig ausgebildet und eignen sich damit als Strömungskanäle.
  • Dadurch, dass der erfindungsgemäße Wabenkörper aus einem aus Polytetrafluorethylen (PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist, weisen die Oberflächen inhärent antiadhäsive Eigenschaften auf, wodurch die erfindungsgemäßen Wabenkörper weniger verschmutzungsanfällig und weniger anfällig für Verstopfung durch Ablagerungen und/oder Anbackungen von Inhaltsstoffen aus dem Wasser und/oder Fluid sind als herkömmliche Bauteile aus Edelstahl oder anderen von PTFE verschiedenen Polymermaterialien. Darüber hinaus lassen sich gegebenenfalls die geringen Verschmutzungen und/oder Ablagerungen im Wesentlichen rückstandsfrei abreinigen. Der Ersatz erfindungsgemäßer Wabenkörper durch neue Wabenkörper wird typischerweise erst nach sehr langer Betriebsdauer notwendig.
  • Außerdem erfüllt der erfindungsgemäße Wabenkörper zum einen hohe Anforderungen bezüglich der Witterungsbeständigkeit, zum anderen ist gleichfalls eine hohe Chemikalienbeständigkeit gegeben. Dies ermöglicht eine Lagerung im Freien.
  • Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Wabenkörper eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. So weisen die erfindungsgemäßen Wabenkörper auch im Falle von korrosiven Inhaltsstoffen im Wasser eine hohe Lebensdauer auf.
  • Der erfindungsgemäße Wabenkörper aus einem auf PTFE-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial kann im Gegensatz zu herkömmlichen Bauteilen ohne Zusatz von Additiven, wie beispielsweise UV-Stabilisatoren, oder Oberflächenschutz, wie Lacke, UV-Strahlung ausgesetzt werden, ohne dass eine Vergilbung oder erhöhte Sprödigkeit und in Folge davon ein Sprödbruch auftritt.
  • Durch die geringe Anfälligkeit für Bruch, insbesondere Sprödbruch, werden die Ausfallzeiten aufgrund des Austausches gebrochener Wabenkörper reduziert.
  • Die erfindungsgemäßen Wabenkörper lassen sich deshalb mit vielfältigen Vorteilen in den eingangs beschriebenen Verfahren bzw. zu eingangs beschriebenen Verwendungszwecken als Bauteile nutzen.
  • Darüber hinaus wird bei Einlagerungsuntersuchungen bei den erfindungsgemäßen Wabenkörpern in Wasser gemäß DIN 53472/8.2 kein Aufquellen der Kanalwände gemessen. Dies ist von Vorteil, da die in Anlagen zur biologischen Wasserreinigung und/oder Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden eingebauten Bauteile typischerweise einem wässrigen Medium dauerhaft ausgesetzt sind.
  • Bei erfindungsgemäßen Wabenkörpern können somit ansonsten durch Aufquellen hervorgerufene verzerrte Geometrien und vermehrte Algenanlagerung an aufgequollenen, aufgerauten Oberflächen vermieden werden.
  • In einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Anwendungen fungieren die Kanäle der erfindungsgemäßen Wabenkörper als Strömungskanäle.
  • Besonders bevorzugte Wabenkörper für die oben genannten Verwendungen und Verfahren werden im Folgenden noch näher erläutert.
  • Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Verwendung eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Wabenkörper in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken.
  • Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Wabenkörper als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, insbesondere in Form eines Reaktionsfilms, und/oder zur Bereitstellung von Sedimentationsflächen, insbesondere in den im voranstehenden Absatz genannten Anlagen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung, welche ein Reaktionsbecken umfasst, wobei in dem Reaktionsbecken ein oder mehrere erfindungsgemäße Wabenkörper bereitgestellt werden.
  • Hierbei ist ein gleichmäßiger Durchfluss des Wassers durch das Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, in dem ein Schritt der biologischen Abwasserreinigung durchgeführt wird, für eine Vielzahl von Ausführungsformen von Bedeutung.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden in einem Trennbecken, wobei das Trennbecken einen Zulauf, einen Ablauf und einen in einem von dem Zulauf zu dem Ablauf verlaufenden Strömungsweg umfasst. In dem Strömungsweg ist mindestens ein erfindungsgemäßer Wabenkörper angeordnet. Die Kanäle des erfindungsgemäßen Wabenkörpers fungieren in dieser Anwendung als Strömungskanäle. Der Strömungsweg verläuft erfindungsgemäß entlang einer Strömungsrichtung durch die Strömungskanäle des Wabenkörpers. Die Sedimentation der sedimentierfähigen Inhaltsstoffe findet in Schwerkraftrichtung und im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung in den Strömungskanälen der erfindungsgemäßen Wabenkörper statt.
  • Im Folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wabenkörper im Einzelnen beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße Wabenkörper weist vorzugsweise Kanäle mit freien Querschnittsflächen auf, wobei die Summe der freien Querschnittsflächen ca. 70% bis ca. 92%, insbesondere ca. 75% bis ca. 85% der Fläche einer Stirnseite des Wabenkörpers beträgt. Dies hat den Vorteil, dass ein gleichmäßiger Durchfluss durch die Kanäle des Wabenkörpers gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann im Falle von biologischer Abwasserreinigung eine optimierte Durchmischung von Bakterien, Wasser und gegebenenfalls des sauerstoffhaltigen Gases, wie z. B. Luft, realisiert werden.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Kanäle der Wabenstruktur parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers gesehen mit einem polygonalen, insbesondere rechteckigen, quadratischen, pentagonalen oder hexagonalen Querschnitt ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass zum einen gegebenenfalls ein gleichmäßiger Durchfluss des Wassers bzw. Fluids durch die Kanäle des Wabenkörpers realisiert werden kann und zum anderen, insbesondere bei der Verwendung in Trennbecken, ausreichend viele Sedimentationsflächen bereitgestellt werden können.
  • In dem polygonalen, insbesondere in dem rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt der Kanäle weisen im Wesentlichen parallel einander gegenüberliegende Kanalwände eines Kanals vorzugsweise einen Abstand von ca. 8 mm bis ca. 20 mm, bevorzugt einen Abstand von ca. 11 mm bis ca. 17 mm, zueinander auf.
  • Insbesondere sind die Kanalwände in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers mit einer Höhe von ca. 15 mm oder weniger, bevorzugt von ca. 5 mm bis ca. 11 mm, weiter bevorzugt mit einer Höhe von ca. 7 mm bis ca. 10 mm ausgebildet.
  • Vorzugsweise weisen die Kanalwände der Kanäle des Wabenkörpers eine Dicke von ca. 0,8 mm bis ca. 2,1 mm auf.
  • Erfindungsgemäße Wabenkörper mit den zuvor beschriebenen Abmessungen sind zusätzlich zu den genannten Vorteilen optimiert im Hinblick auf Gewicht, Stabilität und Handhabbarkeit.
  • In einem Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten ist der erfindungsgemäße Wabenkörper vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig oder rechteckförmig ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass der Wabenkörper problemlos an bereits bestehende Geometrien von Reaktionsbecken und/oder Trennbecken angepasst werden kann, ohne dass ein kompletter Umbau bereits bestehender Becken oder ganzer Anlagen vorgenommen werden muss.
  • Insbesondere ist der Wabenkörper parallelepipedförmig ausgebildet. In dieser bevorzugten, parallelepipedförmigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist die Längsrichtung der sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstreckenden Kanäle in einem Winkel von ca. 30° bis ca. 40° zur ersten Stirnseite ausgerichtet.
  • Korrespondierend dazu ist in dieser bevorzugten Ausführungsform die Längsrichtung der Kanäle in einem Winkel von ca. 150° bis ca. 140° zur zweiten Stirnseite ausgerichtet. Daraus ergibt sich bei einer horizontalen Ausrichtung der Stirnseiten des Wabenkörpers ein Winkel der Längsrichtung der Kanäle von ca. 60° bis ca. 50° zur Schwerkraftrichtung.
  • Diese in einem Winkel ausgerichtete Längsrichtung der Kanäle hat den Vorteil, dass im Falle vom Einbau in Trennbecken ein verbessertes Sedimentationsverhalten von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, insbesondere Wasser, entgegen der Strömungsrichtung erzielt werden kann. Durch einen im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen vergrößerten Winkel der Längsrichtung der Kanäle zur Schwerkraftrichtung wird ein verkürzter Sedimentationsweg in Schwerkraftrichtung bereitgestellt, den die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe zurücklegen, bevor sie auf die Kanalwände des Wabenkörpers treffen. Als Konsequenz der antiadhäsiven Eigenschaften der Oberfläche und der minimierten Gleitreibung kann trotzdem ein im Wesentlichen rückstaufreies Abgleiten der sedimentierfähigen Inhaltsstoffe erreicht werden.
  • Virginales PTFE weist, insbesondere aufgrund des antiadhäsiven Verhaltens der Oberflächen und einer geringen Polarisierbarkeit, eine geringe Oberflächenenergie auf. Beispielsweise weist virginales PTFE bei einer Temperatur von ca. 20°C eine Oberflächenenergie von nur ca. 22,5 mN/m auf. Es konnte beispielsweise zu Wasser ein Kontaktwinkel von ca. 126° gemessen werden.
  • Darüber hinaus weisen die Oberflächen der Kanalwände in etwa gleich hohe statische und dynamische Reibungskoeffizienten auf, was ein optimiertes Gleitverhalten ermöglicht, bei dem ein ungleichförmiges Gleiten der sedimentierfähigen Inhaltsstoffe minimiert ist. Ungleichförmiges Gleiten wird im Folgenden auch als Ruckgleiten bezeichnet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wabenkörper mehrteilig ausgebildet und umfasst zwei oder mehr Segmente, die sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls kreisbogenförmig ausgebildete Seitenwände aufweisen. Im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in einem Eckbereich des Segments aufeinandertreffen, sind diese Seitenwände in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Der Einbau bzw. Austausch einzelner Segmente wird durch die mehrteilige Ausbildung des Wabenkörpers ermöglicht, während bei einem einteiligen Bauteil bei Verschleißerscheinungen oder ähnlichem das gesamte Bauteil ausgetauscht werden muss. Daraus ergibt sich auf Dauer gesehen ein geringerer Materialbedarf, woraus ein wirtschaftlicher Vorteil resultiert.
  • Im Sinne der Erfindung ist eine planare Seitenwand des Segments nicht als geschlossene und glatte Fläche des Wabenkörpers zu verstehen. Planar bedeutet im Sinne der Erfindung nicht, dass die Seitenwand keine Vor- und/oder Rücksprünge umfassen kann. Planar bzw. teilzylindrisch ausgebildete Seitenwände sind im Sinne der Erfindung auch planare bzw. zylinderwandförmige Hüllflächen.
  • Vorzugsweise weisen die Oberflächen der Kanalwände der erfindungsgemäßen Wabenkörper eine Oberflächenrauigkeit Rmax von ca. 250 μm oder weniger auf. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte Ablagerungen von Inhaltsstoffen des Wassers bzw. Fluids reduziert werden. Im Falle der bevorzugten Ausführungsform mit einer in einem Winkel geneigten Ausrichtung der Längsrichtung der Kanäle zu den Stirnseiten kann die Gleitreibung während des Abgleitens vermindert sein. Die Oberflächenrauigkeit wird nach DIN EN ISO 4288 bestimmt.
  • Der erfindungsgemäße Wabenkörper ist vorzugsweise in einem Sinterverfahren, insbesondere in einem Press-/Sinterverfahren, hergestellt. Eine anschließende spanende Bearbeitung kann eine anwendungsspezifische Anpassung der Geometrie des Wabenkörpers, beispielsweise an bestehende Becken und/oder Anlagen ermöglichen und weist somit einen großen Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen auf, die – falls sie überhaupt verarbeitbar sind – bei der Verarbeitung zu Verformungen neigen, da sie eine geringere mechanische Festigkeit als erfindungsgemäße Wabenkörper aufweisen.
  • Darüber hinaus können erfindungsgemäße Wabenkörper als Blöcke mit einer Vielzahl an Kanälen gefertigt werden und müssen nicht wie bei Lammellenpaketen aus vielen einzelnen Elementen, wie Lamellen, zusammengesetzt werden.
  • Die Sprödigkeit kann bei herkömmlichen Bauteilen, beispielsweise aus Polypropylen (PP), insbesondere bei niedrigen Temperaturen von ca. 0°C oder weniger, drastisch zunehmen. Dies führt zu einer verminderten Witterungsbeständigkeit bei niedrigeren Temperaturen, denen Bauteile, die im Winter im Freien gelagert werden, ausgesetzt sein können. Erfindungsgemäße Wabenkörper weisen vorzugsweise auch bei niedrigen Temperaturen eine geringe Sprödigkeit auf, sodass eine Lagerung im Freien auch im Winter problemlos möglich ist.
  • Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W/(m·K) oder mehr auf und/oder weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers eine spezifische Wärmekapazität von ca. 0,9 J/(g·K) oder mehr auf. Dies hat den Vorteil, dass Temperaturunterschiede in verschiedenen Bereichen des Wabenkörpers vermieden werden können. So können unterschiedlichen Materialausdehnungen und daraus resultierende Risse und/oder Sprünge im Wabenkörper vermieden werden.
  • Besonders bevorzugte erste Kunststoffmaterialien weisen eine über Füllstoffe optimierte Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise lassen sich ca. 0,43 W/(m·K) bei einer spezifischen Wärmekapazität von ca. 1,24 J/(g·K) erzielen, gemessen an einer Materialprobe mit einem Füllstoffgehalt von ca. 3 Gew.-% eines graphitbasierenden Füllstoffs Timrex C-TERMTM 002, mit einer Partikelgröße D50 von ca. 38 μm (erhältlich von TIMCAL Ltd., Schweiz). Diese Füllstoffe, über die die Wärmeleitfähigkeit des ersten Kunststoffmaterials optimiert werden kann, werden im Folgenden auch als Wärmeleitpigmente bezeichnet.
  • Vorzugsweise weist das PTFE-Polymermaterial eine Dichte von ca. 2,0 g/cm2 bis ca. 2,2 g/cm2 auf.
  • Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial eine Temperaturbeständigkeit von ca. 200°C oder mehr, insbesondere ca. 250°C oder mehr, auf. So können auch bei Wärmeeintrag Schäden am erfindungsgemäßen Wabenkörper vermieden werden.
  • Das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers weist vorzugsweise eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 10 N/mm2 bis ca. 30 N/mm2 auf. Dies hat den Vorteil, dass Wabenkörper mechanische Beanspruchungen, insbesondere durch einen hohen Schlammeintrag in Form von einer großen Menge organischer Inhaltsstoffe und/oder sedimentierfähiger Inhaltsstoffe, aushalten ohne zu reißen. So kann auch eine verbesserte Handhabbarkeit beim Einbau und/oder Austausch erfindungsgemäßer Wabenkörper in Anlagen zur Wasserreinigung und/oder Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden ermöglicht werden. Darüber hinaus können Transportschäden reduziert werden.
  • Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers gemäß Prüfnorm EN ISO 12086-2 eine Reißdehnung von ca. 160% bis ca. 350% auf. Dies ist, ähnlich wie die verbesserte Reißfestigkeit, für die Handhabbarkeit während des Einbaus, Austauschs und Transports der erfindungsgemäßen Wabenkörper von erheblichem Vorteil.
  • Die verbesserten mechanischen Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials tragen insbesondere dazu bei, dass erfindungsgemäße Wabenkörper in dieser bevorzugten Ausführungsform hohe Lasten tragen können und dabei nur eine geringe Durchbiegung zeigen.
  • Beispielsweise zeigen erfindungsgemäße Wabenkörper bei einer Flächenlast von 1,3 t und einer Temperaturbelastung von 230°C während 8 Stunden nur eine Durchbiegung von ca. 6 mm.
  • In einer bevorzugten Variante enthält das PTFE-Polymermaterial virginales Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% oder mehr und gegebenenfalls ein von dem PTFE verschiedenes Hochleistungspolymer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-% oder weniger.
  • Das virginale PTFE weist bevorzugt einen Co-Monomeranteil von ca. 1 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,1 Gew.-% oder weniger, auf. Typische Co-Monomere sind Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, insbesondere Perfluorpropylvinylether (PPVE), Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen. Das virginale PTFE mit einem Co-Monomeranteil wird im Folgenden auch als virginales modifiziertes PTFE oder einfach als modifiziertes PTFE bezeichnet. Modifiziertes PTFE ist typischerweise ohne Zusatz von Fremdmaterialien schweißbar.
  • Weiter bevorzugt weist das agglomerierte virginale PTFE und gegebenenfalls das von dem PTFE verschiedene Hochleistungspolymer im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 10 bis ca. 600 μm, bevorzugt ca. 250 bis ca. 450 μm, auf. Die mittlere Partikelgröße D50 bezieht sich jeweils auf den mittleren Durchmesser der Partikel.
  • Die zuvor beschriebene bevorzugte Variante des ersten Kunststoffmaterials kann insbesondere ohne Schweißzusatz verschweißt werden. Dies erleichtert die Verarbeitbarkeit.
  • Ein geeignetes virginales, nicht agglomeriertes PTFE ist beispielsweise Inoflon 640 (Hersteller: Gujarat Fluorochemicals Limited) mit einer Primärpartikelgröße D50 von ca. 25 μm.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Kanalwände des Wabenkörpers eine Porosität auf und umfassen insbesondere ein porös verarbeitbares PTFE-Polymermaterial. Dies hat den Vorteil, dass das Gewicht des Wabenkörpers reduziert werden kann und Material gespart werden kann.
  • Die Gasdurchlässigkeit für Wabenkörper mit porösen Kanalwänden ist im Vergleich zu der von Kanalwänden nicht poröser Wabenkörper erhöht.
  • In dieser bevorzugten porösen Ausführungsform weist das erste Kunststoffmaterial auch weitere veränderte Materialeigenschaften auf:
    Das porös verarbeitbares PTFE-Polymermaterial umfassende erste Kunststoffmaterial der Kanalwände weist insbesondere eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 3,5 bis ca. 10 N/mm2 auf und/oder eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißdehnung von ca. 40 bis ca. 110%.
  • Das porös verarbeitbares PTFE-Polymermaterial umfassende erste Kunststoffmaterial weist in dieser bevorzugten Ausführungsform insbesondere eine gemäß EN ISO 12088 gemessene Dichte von ca. 1,1 bis ca. 1,6 g/cm3 auf.
  • Vorzugsweise weist das porös verarbeitbare PTFE-Polymermaterial zur Herstellung des Wabenkörpers im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. ca. 75 bis ca. 110 μm, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 100 μm, auf.
  • Die Kanalwände des Wabenkörpers weisen in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Wabenkörpers mit porösen Kanalwänden eine mittlere Porengröße von ca. 1 μm bis ca. 30 μm auf.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Kanalwände des Wabenkörpers offenporig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine vergrößerte Austauschfläche, beispielsweise für eine erleichterte Ausbildung eines Reaktionsfilms, bereitgestellt ist.
  • Um die Eigenschaften des ersten Kunststoffmaterials an die jeweiligen Anforderungen bezüglich der organischen Inhaltsstoffe des Wassers oder der sedimentierfähigen Inhaltsstoffe des Fluids anzupassen, kann das erste Kunststoffmaterial bevorzugt metallische und/oder nichtmetallische Füllstoffe enthalten. Die nichtmetallischen Füllstoffe sind dabei insbesondere ausgewählt aus Polymeren, insbesondere aromatischem Polyester, Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSO2), Polyimid (PI), sowie Copolymeren und Derivaten davon, Farbpigmenten, Wärmeleitpigmenten, Borsilikat, Glashohlkugeln, Glasfasern und Kohlefasern.
  • Glasfasern und Kohlefasern weisen dabei vorzugsweise einen mittleren Faserdurchmesser von ca. 10 μm bis ca. 18 μm auf.
  • Mittels der Füllstoffe und deren Vorbehandlung lassen sich auch die Oberflächeneigenschaften wie z. B. Oberflächenrauigkeit und Benetzungsverhalten von Wasser an den Kanalwänden des Wabenkörpers an die jeweiligen Anforderungen anpassen.
  • In der bevorzugten Variante, in der das erste Kunststoffmaterial nichtmetallische Füllstoffe enthält, kann insbesondere die Formstabilität sowie die Abrieb- und Verschleißfestigkeit des Wabenkörpers verbessert werden. Hierfür sind die Füllstoffe beispielsweise ausgewählt aus Polymeren, insbesondere aromatischem Polyester, Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSO2), Polyimid (PI), sowie Copolymeren und Derivaten davon, Borsilikat, Glashohlkugeln, Glasfasern und Kohlefasern.
  • Beispielsweise enthält in einer bevorzugten Ausführungsform das erste Kunststoffmaterial eines Wabenkörpers mit porösen Kanalwänden zusätzlich Füllstoffe, die die Formstabilität verbessern. Dazu eignen sich insbesondere PEEK, Borsilikat, Glashohlkugeln, Glasfasern und Kohlefasern.
  • In einer bevorzugten Variante weisen die metallischen und/oder nichtmetallischen Füllstoffe des ersten Kunststoffmaterials eine Partikelgröße D50 von ca. 300 μm oder weniger, bevorzugt ca. 100 μm oder weniger auf. Der nichtmetallische Füllstoff ist dabei insbesondere mit einem Anteil von ca. 40 Gew.-% oder weniger in dem ersten Kunststoffmaterial des Wabenkörpers enthalten.
  • Vorzugsweise lässt sich der Füllstoff im Rahmen einer Compoundierung (Herstellung eines kornförmigen Granulats) der Füllstoffe und des nicht agglomerierten virginalen oder modifizierten PTFE homogen in dem ersten Kunststoffmaterial verteilen. Nicht rieselfähige Compounds werden vorzugsweise anschließend einer Granulierung unterworfen und die resultierenden Granulate bei der Herstellung der Wabenkörper eingesetzt. Die Granulate weisen insbesondere eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 1 mm bis ca. 3 mm auf.
  • Vorzugsweise weisen die Agglomerate eine gemäß DIN EN ISO 60 ermittelte Schüttdichte von ca. 850 g/l oder weniger auf. Aus einer optimierten Kombination von Partikelgröße und Partikelhärte der Granulatherstellung resultiert ein geringeres Gewicht der Wabenkörper, wodurch die Belastung von mit erfindungsgemäßen Wabenkörpern bestückten Anlagen reduziert wird.
  • Auch das porös verarbeitbare PTFE-Polymermaterial ist vorzugsweise compoundierfähig.
  • In Verwendungen, bei denen der Durchfluss auf die Kanäle des erfindungsgemäßen Wabenkörpers beschränkt sein soll, kann der erfindungsgemäße Wabenkörper ein aus einem zweiten Kunststoffmaterial auf Basis von Polytetrafluorethylen(PTFE)-Polymermaterial gefertigtes Dichtelement aufweisen, welches sich parallel zur ersten bzw. zweiten Stirnseite des Wabenkörpers vom Wabenkörper weg erstreckt. Damit lässt sich der Durchfluss zwischen Wabenkörper und Wand des jeweiligen Beckens verringern. Dichtelemente werden darüber hinaus insbesondere eingesetzt, wenn der Durchfluss auf die Kanäle des Wabenkörpers konzentriert sein soll.
  • Ein Dichtelement kann darüber hinaus beim Einbau des Wabenkörpers hilfreich sein, beispielsweise, in dem der Wabenkörper an dem Dichtelement, beispielsweise mittels Schrauben oder Einhängen in eine Haltevorrichtung, beispielsweise in eine Tragleiste, an den Beckenwänden befestigt ist.
  • Es reicht teilweise aus, wenn durch das Dichtelement der Durchfluss zwischen Wabenkörper und Wand des Beckens verringert wird, insbesondere aber ist das Dichtelement zum im Wesentlichen fluiddichten Abdichten ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist das Dichtelement stoffschlüssig mit dem Wabenkörper verbunden. Es ist insbesondere einstückig mit dem Wabenkörper ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine möglichst gute Abdichtung realisiert werden kann.
  • In einer Ausführungsform, in der der Wabenkörper mehrteilig ausgebildet ist, ist auch das Dichtelement bevorzugt mehrteilig ausgebildet.
  • Gegebenenfalls kann das Dichtelement so konzipiert werden, dass es die Segmente des Wabenkörpers in eingebautem Zustand im Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder Umwälzbecken stabilisiert. Dies hat den Vorteil, dass die Segmente des Wabenkörpers zwar zusammengehalten sind, jedoch eine Halterung für die Einbausituation in Becken überflüssig wird.
  • Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der, insbesondere mehrteilige, Wabenkörper mittels eines Dichtelements an einer Halterung befestigt ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft, wie bereits erwähnt, ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung, welche ein Reaktionsbecken umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen von einem oder mehreren erfindungsgemäßen Wabenkörpern, wobei die Wabenkörper zumindest teilweise in das Volumen des Reaktionsbeckens eintauchen;
    • – Bereitstellen eines Volumens eines sauerstoffhaltigen Gases;
    • – Einleiten von organische Inhaltsstoffe enthaltendem Wasser in das Reaktionsbecken;
    • – Zugeben von Bakterien zu dem organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wasser;
    • – Einführen des organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wassers sowie der Bakterien in die Kanäle der Wabenkörper;
    • – Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas in den Kanälen der Wabenkörper;
    • – Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zu Reaktionsprodukten; und
    • – Ableiten des Wassers, der Reaktionsprodukte und der Bakterien.
  • Die oben genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Wabenkörper gelten für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung gleichermaßen.
  • Im Sinne der Erfindung können die Bakterien auch vor dem Einleiten des organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wassers in das Reaktionsbecken dem Wasser zugesetzt werden.
  • Das Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas in den Kanälen der Wabenkörper führt zu einem Kontakt des sauerstoffhaltigen Gases mit den Bakterien, sodass Sauerstoff für das Umsetzten der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zur Verfügung steht.
  • Es ist für manche Ausführungsformen von Reaktionsbecken von Bedeutung, dass darin angeordnete Wabenkörper eine möglichst geringe Gasdurchlässigkeit aufweisen. Gasdurchlässigkeit wird typischerweise anhand einer Permeationsrate der Durchlässigkeit in cm3 gegenüber Testgasen pro Fläche in m2, Versuchsdauer in Tagen d und pro Druck des Gases in bar angegeben. Die Permeationsrate wird bei einer Folie mit definierter Folienstärke gemäß DIN 53380, Teil 2, gemessen.
  • In einer bevorzugten Variante des ersten Kunststoffmaterials ohne Füllstoffe, bei der das PTFE-Polymermaterial ein Hochleistungspolymer, insbesondere in Form von modifiziertem PTFE, umfasst, weist das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers insbesondere eine verminderte Gasdurchlässigkeit oder Permeationsrate auf. Die Permeationsrate, gemessen an einer Folie mit einer Stärke von 1 mm, für diese bevorzugte Variante des ersten Kunststoffmaterials, umfassend ein Hochleistungspolymer, ist für gasförmiges HCl, insbesondere ca. 440 cm3/(m2·d·bar) oder weniger. Falls eine noch geringere Gasdurchlässigkeit erwünscht sein sollte, kann die Permeationsrate mit einer nur um 1 mm dickeren Folie sogar halbiert werden oder sogar mit einer noch dickeren Folie von zum Beispiel 6 mm sogar um einen Faktor 7 oder mehr reduziert werden.
  • Aber auch im Falle, dass das erste Kunststoffmaterial gemäß einer weiteren Variante aus einem PTFE-Polymermaterial ohne Hochleistungspolymer und ohne Füllstoffe ausgewählt wird, kann eine Permeationsrate gegenüber Cl2, HCl oder SO2 von ca. 620 cm3/(m2·d·bar) oder weniger, bei Cl2 oder SO2 insbesondere ca. 300 cm3/(m2·d·bar) oder weniger, erzielt werden.
  • In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist das Reaktionsbecken ein Durchmischungsbecken. In dieser bevorzugten Ausführungsform, in der das Reaktionsbecken ein Durchmischungsbecken ist, fungieren die Kanäle der Wabenkörper als Strömungskanäle. Die Wabenkörper sind dabei entlang eines Strömungswegs derart angeordnet, dass der Strömungsweg sich durch die Strömungskanäle der Wabenkörper erstreckt. Das bereitgestellte sauerstoffhaltige Gas und das Wasser werden, insbesondere homogen verteilt, durch die Strömungskanäle der Wabenkörper entlang des Strömungswegs durchgeleitet. Dies hat den Vorteil, dass das sauerstoffhaltige Gas und das Wasser über alle Strömungskanäle verteilt werden, so dass eine optimierte Durchmischung und somit ein optimiertes Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe in dem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien stattfinden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem Durchmischungsbecken mehrere erfindungsgemäße Wabenkörper angeordnet, wobei alle Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe oder gar identische Form aufweisen. In dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Wabenkörper gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden. Das stoffschlüssige Verbinden erfolgt insbesondere durch Schweißen.
  • Alternativ sind die Wabenkörper bevorzugt lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten. In der vorgegebenen Ausrichtung zueinander sind Strömungskanäle von im Strömungsweg hintereinander angeordneten Wabenkörpern fluchtend zueinander angeordnet und grenzen aneinander an, derart, dass insbesondere ein durchgängiger Strömungsweg durch im Strömungsweg hintereinander angeordnete Wabenkörper verläuft. Die Halterung kann den gleichzeitigen Ausbau mehrerer Wabenkörper, beispielsweise zur Reinigung, ermöglichen und damit erleichtern.
  • In einer alternativen Variante des Verfahrens ist das Reaktionsbecken ein Umwälzbecken. Ein erster Bereich des Wabenkörpers taucht in das Wasser innerhalb des Umwälzbeckens ein und ein zweiter Bereich des Wabenkörpers ist innerhalb und/oder außerhalb des Umwälzbeckens dem bereitgestellten Volumen eines sauerstoffhaltigen Gases exponiert. Die Variante des Verfahrens umfasst die folgenden Schritte:
    • – Ausbilden eines auf den Kanalwänden des Wabenkörpers angeordneten Reaktionsfilms;
    • – Zumindest partielles Entleeren der Kanäle von Wasser zum Bereitstellen des sauerstoffhaltigen Gases in den Kanälen des Wabenkörpers;
    • – Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien in dem Reaktionsfilm zu Reaktionsprodukten; und
    • – Rotation des Wabenkörpers und Überführen des ersten Bereiches des Wabenkörpers in das Volumen an sauerstoffhaltigem Gas und Eintauchen des zweiten Bereiches des Wabenkörpers in das organische Inhaltsstoffe enthaltende Wasser.
  • Das Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe in einem Stoffwechselprozess der Bakterien findet vorzugsweise an Bereichen des Reaktionsfilms statt, die dem Sauerstoffhaltigen Gas exponiert sind. Es ist aber auch denkbar, dass Sauerstoff im Reaktionsfilm eingeschlossen wird und/oder sich an den Reaktionsfilm anlagert, derart dass auch an Bereichen des Reaktionsfilms, die ins Wasser eintauchen, Sauerstoff des sauerstoffhaltigen Gases für eine aerobe Reaktion zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann auch in dem Wasser gelöster Sauerstoff oder in das Wasser eingeleiteter Sauerstoff in einem aeroben Stoffwechselprozess in eingetauchten Bereichen des Reaktionsfilms genutzt werden, damit organische Inhaltsstoffe des Wassers zu Reaktionsprodukten umgesetzt werden können.
  • In dieser alternativen Variante, in der das Reaktionsbecken ein Umwälzbecken ist, umfasst der Reaktionsfilm vorzugsweise Bakterien und organische Inhaltsstoffe des Wassers.
  • Typischerweise wird der Reaktionsfilm in einer Anfahrphase gebildet.
  • Während der Anfahrphase lagern sich nach dem Zugeben der Bakterien zu dem Wasser, zumindest teilweise Bakterien und organische Inhaltsstoffe unter Bildung des Reaktionsfilms an den Kanalwänden des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ab.
  • Dadurch, dass der Reaktionsfilm unter Rotation des Wabenkörpers ausgebildet werden kann, sind während der Betriebsphase zeitlich gemittelt gleiche Bedingungen in Bezug auf Eintauchen und dem sauerstoffhaltigen Gas Exponieren über den gesamten Wabenkörper gegeben.
  • Vorzugsweise wird die Rotation des Wabenkörpers kontinuierlich durchgeführt. Der Wabenkörper wird insbesondere mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,1 Umdrehungen/Minute bis ca. 5 Umdrehungen/Minute, bevorzugt ca. 1 Umdrehung/Minute bis ca. 2 Umdrehungen/Minute, um eine Achse, die im Wesentlichen parallel zu den Kanälen des Wabenkörpers ausgerichtet ist, rotiert.
  • Es ist im Sinne der Erfindung auch vorstellbar, dass zwei alternative Varianten des Verfahrens, wobei bei einer Variante das Reaktionsbecken ein Durchmischungsbecken ist und bei der anderen Variante das Reaktionsbecken ein Umwälzbecken ist, in zwei Schritten hintereinander durchgeführt werden, derart dass eine zweischrittige Wasserreinigung erfolgt. Dabei wird das Wasser typischerweise von einem Becken in das andere geleitet.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden in einem Trennbecken. Das Trennbecken umfasst einen Zulauf, einen Ablauf, einen in einem von dem Zulauf zu dem Ablauf entlang einer Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsweg und mindestens einen in dem Strömungsweg angeordneten erfindungsgemäßen Wabenkörper, wobei die Kanäle des erfindungsgemäßen Wabenkörpers als Strömungskanäle fungieren. Der Strömungsweg verläuft dabei durch die Strömungskanäle des Wabenkörpers. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Einleiten eines Fluids in das Trennbecken durch den Zulauf;
    • – Durchleiten des Fluids durch das Trennbecken und durch die in dem Trennbecken angeordneten Wabenkörper entlang des Strömungswegs;
    • – Sedimentieren von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in den Strömungskanälen des Wabenkörpers; und
    • – Ableiten des Fluids aus dem Trennbecken durch den Ablauf.
  • Die oben genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Wabenkörper gelten für das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden in einem Trennbecken gleichermaßen.
  • Sedimentierfähige Inhaltsstoffe, die von dem Fluid abgetrennt werden sollen, sind zum einen anorganische Feststoffe, wie zum Beispiel Kalk, Sand und/oder Schleifmittel. Zum anderen können auch organische Stoffe durch Sedimentation abgetrennt werden. Beispielsweise können in Verfahren zur biologischen Wasserreinigung Bakterien, häufig unter Zusatz eines Flockungsmittels und/oder Stoffwechselunterstützungsmittels, die den Stoffwechselprozessumsatz erhöhen und/oder die Sedimentation erleichtern, nach dem Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien durch Sedimentation abgetrennt werden. Dies kann, je nach Aufbau der Anlage, in einem dem Umsetzen in einem Stoffwechselprozess nachgelagerten Schritt realisiert werden oder auch in einem einzigen Schritt in einem einzigen Becken durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise ist die Längsrichtung der Strömungskanäle in einem Winkel von ca. 50° bis ca. 60° zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet und die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe treffen während des Sedimentierens auf die Kanalwände und gleiten gegebenenfalls entlang der Kanalwände im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung ab.
  • Korrespondierend dazu ist die Längsrichtung der Strömungskanäle in einem Winkel von ca. 30° bis ca. 40° zur ersten Stirnseite und in einem Winkel von ca. 150° bis ca. 140° zur zweiten Stirnseite ausgerichtet.
  • Vorzugsweise wird das Fluid unter Einhaltung einer Reynoldszahl von ca. 500 bis ca. 2000, bevorzugt ca. 1000 oder weniger, durch die Strömungskanäle der Wabenkörper durchgeleitet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden in dem Trennbecken mehrere erfindungsgemäße Wabenkörper angeordnet, wobei alle Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen. In dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Wabenkörper gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden. Das stoffschlüssige Verbinden erfolgt insbesondere durch Schweißen.
  • Alternativ sind die Wabenkörper bevorzugt lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten. In der vorgegebenen Ausrichtung sind Strömungskanäle von im Strömungsweg hintereinander angeordneten Wabenkörpern fluchtend zueinander angeordnet und grenzen aneinander an, derart, dass insbesondere ein durchgängiger Strömungsweg durch im Strömungsweg hintereinander angeordnete Wabenkörper verläuft. Die Halterung kann den gleichzeitigen Ausbau mehrerer Wabenkörper, beispielsweise zur Reinigung, ermöglichen und damit erleichtern.
  • Bevorzugt ist das Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in Wasser und wird im Anschluss an ein Verfahren zur biologischen Wasserreinigung durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Variante werden dem Wasser und/oder Fluid Hilfsstoffe, insbesondere Flockungsmittel und/oder Stoffwechselunterstützungsmittel, zugesetzt. So kann die Sedimentation beschleunigt werden und/oder ein Umsetzen in einem Stoffwechselprozess mit einem erhöhten Reaktionsumsatz, beispielsweise durch Zusatz eines Katalysatormittels, ermöglicht werden.
  • Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1A bis 1D: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers aus verschiedenen Perspektiven und Schnittansichten;
  • 2: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Halterung;
  • 3: eine schematische Darstellung einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper;
  • 4: eine perspektivische Darstellung einer weiteren Anlage zur biologischen Wasserreinigung mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper;
  • 5: eine Schnittansicht eines Trennbeckens, bestückt mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper;
  • 6: eine Schnittansicht eines weiteren Trennbeckens, bestückt mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper; und
  • 7: eine Schnittansicht einer Anlage zur Wasserreinigung umfassend zwei erfindungsgemäße Wabenkörper in unterschiedlicher Funktion.
  • 1A zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 10, insbesondere zur Verwendung in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken in einer perspektivischen Ansicht.
  • Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Wabenkörper 10 in den genannten Anlagen als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, insbesondere in Form eines Reaktionsfilms, und/oder zur Bereitstellung von Sedimentationsflächen verwendet.
  • Der Wabenkörper 10 umfasst erste und zweite im Wesentlichen parallele Stirnseiten 12, 14. Der Wabenkörper umfasst ferner eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Kanälen 20, die in einer Vielzahl von Ausführungsformen als Strömungskanäle fungieren. Der Einfachheit halber wird im Folgenden auch von Strömungskanälen gesprochen. Im Sinne der Erfindung gelten die genannten Vorteile und Merkmale auch für Kanäle insgesamt. Die Strömungskanäle 20 grenzen über Kanalwände 22 aneinander an.
  • Typischerweise verlaufen die Strömungskanäle 20 von der ersten Stirnseite 12 zur zweiten Stirnseite 14 und weisen dabei eine Längsrichtung L auf, die in der Zeichnung durch einen Pfeil L verdeutlicht ist.
  • Der Wabenkörper 10 ist aus einem auf Polytetrafluorethylen (PTFE) Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt. Im vorliegenden Fall ist der Wabenkörper 10 in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten 12, 14 rechteckförmig ausgebildet, wodurch er problemlos in bestehende Anlagen mit rechteckförmigem Querschnitt eingebaut werden und so herkömmliche Bauteile aus Edelstahl oder Polypropylen (PP) mit rechteckförmigem Querschnitt ganz oder teilweise ersetzen kann.
  • Im vorliegenden Fall ist der Wabenkörper parallelepipedförmig ausgebildet.
  • Das erste Kunststoffmaterial weist eine hohe Chemikalienbeständigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit, eine hohe Bruchfestigkeit und eine geringe Tendenz zum Aufzuquellen auf, so dass der Wabenkörper auch bei dauerhaftem Kontakt mit Wasser oder reaktiven oder korrosiven Inhaltsstoffen des Wassers seine Geometrie beibehält und eine lange Lebensdauer aufweist.
  • So wurde beispielsweise bei Einlagerungsversuchen gemäß DIN 53472/8.2 in Wasser kein Aufquellen des ersten Kunststoffmaterials der Kanalwände gemessen. Für die Versuche wurde eine Folie aus virginalem PTFE ohne Füllstoffe verwendet.
  • Der Wabenkörper 10 ist vorzugsweise in einem Press-/Sinterverfahren hergestellt.
  • 1B zeigt eine Seitenansicht des Wabenkörpers 10 in Richtung des in 1A eingezeichneten Pfeils IB gesehen. Die Längsrichtung L der Strömungskanäle 20 des Wabenkörpers 10 ist in einem Winkel α von ca. 35° zur ersten Stirnseite 12 ausgerichtet. Korrespondierend dazu ist die Längsrichtung L der Strömungskanäle 20 in einem Winkel von ca. 145° zur zweiten Stirnseite 14 ausgerichtet.
  • 1C zeigt eine Draufsicht des in 1A und 1B dargestellten Wabenkörpers 10 in Richtung des mit IC gekennzeichneten Pfeils in 1B, in der die geneigte Ausrichtung der Längsrichtung der Strömungskanäle 20 zu den ersten und zweiten Stirnseiten 12, 14 deutlich wird.
  • In 1D ist ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L der Strömungskanäle 20 des Wabenkörpers 10 gezeigt, längs der Linie ID-ID in 1B. Die Strömungskanäle 20 weisen einen hexagonalen Querschnitt auf, und parallele, gegenüberliegende Kanalwände 22 sind in einem Abstand a von ca. 14 mm ausgebildet, wobei die Kanalwände 22 in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Strömungskanäle 20 mit einer Höhe h von ca. 8 mm ausgebildet sind.
  • Die Strömungskanäle 20 weisen parallel zu den Stirnseiten 12, 14 eine freie Querschnittsfläche auf. Die Kanalwände 22 sind im vorliegenden Fall mit einer Dicke von ca. 1,2 mm gefertigt. Die Summe der freien Querschnittsflächen der Strömungskanäle 20 liegt vorzugsweise in einem Bereich von ca. 70% bis ca. 92%, insbesondere ca. 75% bis ca. 85% der Fläche einer Stirnseite 12, 14 des Wabenkörpers 10. Im vorliegenden Fall beträgt die Summe der freien Querschnittsflächen ca. 83% der Fläche der Stirnseiten 12, 14. So kann ein gleichmäßiger Durchfluss des Wassers und/oder Fluids erreicht werden.
  • Vorzugsweise enthält das PTFE-Polymermaterial des ersten Kunststoffmaterials virginales PTFE mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% und ein von dem PTFE verschiedenes Hochleistungspolymer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-%.
  • Das virginale PTFE umfasst als modifiziertes PTFE vorzugsweise einen Co-Monomeranteil von ca. 1 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,1 Gew.-% oder weniger.
  • Vorzugsweise wird Perfluorpropylvinylether (PPVE) als Co-Monomer eingesetzt.
  • Der Wabenkörper 10 besteht bevorzugt aus virginalem, modifiziertem oder porös verarbeitbarem PTFE, welches gegebenenfalls Füllstoffe umfasst. Der Wabenkörper 10 weist vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von ca. 75 m2/m3 bis ca. 155 m2/m3 und ein spezifisches Gewicht von ca. 280 kg/m3 bis 420 kg/m3 auf. Beispielsweise beträgt die spezifische Oberfläche ca. 150 m2/m3 und der Wabenkörper 10 hat ein spezifisches Gewicht von ca. 360 kg/m3.
  • Die Dichte eines virginalen PTFE-Polymermaterials ohne Füllstoffe liegt vorzugsweise bei ca. 2,16 g/cm3, wodurch eine hohe Permeationsfestigkeit des ersten Kunststoffmaterials gegeben ist.
  • Die Oberflächen der Kanalwände 22 weisen bevorzugt eine Oberflächenrauigkeit Rmax von weniger als 250 μm auf, wodurch die ohnehin schon geringe Verschmutzungsanfälligkeit noch weiter minimiert wird. Im vorliegenden Fall, bei virginalem oder modifizierten PTFE ohne Füllstoffe, beträgt die Oberflächenrauigkeit Rmax ca. 40 μm oder weniger. So können kaum unerwünschte Ablagerungen an den Kanalwänden 22 auftreten, wodurch das Risiko der Verstopfung von Strömungskanälen 20 minimiert wird. Darüber hinaus kann im Falle einer Bereitstellung von Sedimentationsflächen ein optimiertes Gleitverhalten von Sedimenten gegen die Strömungsrichtung in den Kanälen 20 erreicht werden.
  • Beispielsweise wird modifiziertes PTFE zur Herstellung des Wabenkörpers 10 im Rohzustand in agglomerierter Form mit einer mittleren Partikelgröße D50 von 450 μm eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung wird das virginale und das modifizerte PTFE zur Herstellung des Wabenkörpers 10 im Rohzustand vorzugsweise in agglomerierter Form eingesetzt. Insbesondere wird das virginale oder modifizierte PTFE agglomeriert mit einer mittleren Partikelgröße D50 von ca. 10 μm bis ca. 650 μm, weiter bevorzugt von ca. 250 μm bis ca. 450 μm eingesetzt.
  • In einer alternativen Ausführungsform des Wabenkörpers 10 weisen die Kanalwände 22 des Wabenkörpers 10 eine Porosität auf (nicht gezeigt). Sie umfassen in dieser alternativen Ausführungsform insbesondere ein porös verarbeitbares PTFE-Material.
  • Das das porös verarbeitbare PTFE-Material umfassende erste Kunststoffmaterial der Kanalwände 22 in der beschriebenen alternativen Ausführungsform weist vorzugsweise eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 3,5 N/mm2 bis ca. 10 N/mm2 auf. Vorzugsweise weist das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände 22 in der alternativen Ausführungsform eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißdehnung von ca. 40% bis 110% auf. Beispielsweise beträgt die Reißfestigkeit ca. 4 N/mm2 und die Reißdehnung beträgt ca. 45%.
  • Vorzugsweise weist das porös verarbeitbare PTFE Material zur Herstellung des Wabenkörpers 10 im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 75 μm bis ca. 110 μm auf. Ein bevorzugtes Beispiel hierfür ist eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 100 μm.
  • Die Kanalwände 22 des Wabenkörpers 10 weisen in der zuvor beschriebenen alternativen Ausführungsform bevorzugt eine mittlere Porengröße von ca. 1 μm bis ca. 30 μm auf.
  • Kanalwände 22 mit einer Porosität haben den Vorteil, dass zum einen Wabenkörper 10 mit einem geringeren Gewicht im Vergleich zu nicht porösen Bauteilen mit den gleichen Abmessungen hergestellt werden können und zum anderen auch Material gespart wird.
  • In einer bevorzugten Variante der alternativen Ausführungsform sind die Kanalwände 22 des Wabenkörpers 10 offenporig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass für bestimmte Anwendungen, in denen ein Austausch des zu behandelnden Mediums mit der Oberfläche der Kanalwände 22 von Bedeutung ist, eine vergrößerte Oberfläche bereitgestellt wird.
  • Das erste Kunststoffmaterial weist in der nicht porösen Ausführungsform bei einem Prüfkörper aus modifiziertem PTFE mit einer Folienstärke von 1 mm eine Permeationsrate gegenüber HCl von ca. 440 cm3/(m2·d·bar) auf. Gegenüber SO2 und Cl2 liegt die Permeationsrate über 24 Stunden, gemessen bei einer Folienstärke von 1 mm bei ca. 190 cm3/(m2·d·bar) bzw. ca. 180 cm3/(m2·d·bar).
  • Das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers 10 weist in der nicht porösen Ausführungsform vorzugsweise eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 30 N/mm2 oder weniger auf.
  • Das erste Kunststoffmaterial weist in der nicht porösen Ausführungsform des Wabenkörpers 10 vorzugsweise eine Reißdehnung von ca. 350% oder weniger auf, gemessen nach EN ISO 12086-2.
  • Mit derartigen Eigenschaften kann der Wabenkörper 10 auch hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten, und es stellt sich nur ein geringer Verschleiß ein. So sind ein robuster Umgang mit den Wabenkörpern, wie beispielsweise beim Einbau oder Austausch und sogar eine Hochdruckreinigung möglich.
  • Bevorzugt enthält das erste Kunststoffmaterial des Wabenkörpers 10 metallische und/oder nichtmetallische Füllstoffe. Die nichtmetallischen Füllstoffe sind insbesondere ausgewählt aus Polymeren, insbesondere aromatischem Polyester, Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSO2), Polyimid (PI) sowie Copolymeren und Derivaten davon, Farbpigmenten, Wärmeleitpigmenten, Borsilikat, Glashohlkugeln, Glasfasern und Kohlefasern.
  • Beispielsweise kann Moldflon® (erhältlich von der ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH) als Hochleistungspolymer in dem ersten Kunststoffmaterial verwendet werden. Ergänzend oder alternativ kann Moldflon® gegebenenfalls als Hilfsstoff beim Schweißen von mehreren Wabenkörpern oder Wabenkörpersegmenten eingesetzt werden.
  • Im Falle von Füllstoffen in Form von Kohlefasern und/oder Glasfasern, weisen die Kohlefasern und/oder Glasfasern vorzugsweise einen mittleren Faserdurchmesser von ca. 10 μm bis ca. 18 μm auf.
  • Die metallischen und/oder nichtmetallischen Füllstoffe weisen insbesondere eine Partikelgröße D50 von ca. 100 μm oder weniger auf.
  • Vorzugsweise ist der nichtmetallische Füllstoff mit einem Anteil von ca. 40 Gew.-% oder weniger in dem ersten Kunststoffmaterial des Wabenkörpers 10 enthalten. Beispielsweise können Glasfasern als Füllstoff mit einem mittleren Faserdurchmesser von ca. 14 μm und einem Anteil von ca. 10 Gew.-% in dem ersten Kunststoffmaterial verwendet werden.
  • Die Füllstoffe sind vorzugsweise mittels einer Compoundierung in das erste Kunststoffmaterial eingebracht. Anschließend wird das nicht rieselfähige Compound einer Granulierung unterworfen. Die Granulate weisen vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von ca. 1 mm bis ca. 3 mm auf.
  • Die Verwendung von Füllstoffen hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Wabenkörpers 10 an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können.
  • Insbesondere kann auf UV-Stabilisatoren, wie sie zum Beispiel bei Verwendung von Polypropylen nötig sind damit bei Außenanwendungen Bauteile nicht in Folge von Photooxidation geschädigt werden, verzichtet werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da Abbaustoffe der UV-Stabilisatoren mit Inhaltsstoffen des Wassers reagieren können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wabenkörper 10 mehrteilig ausgebildet (nicht gezeigt) und umfasst zwei oder mehr Segmente. Eine mehrteilige Ausbildung ist ebenso vorstellbar, wenn der Wabenkörper in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.
  • In der bevorzugten mehrteiligen Ausführungsform des Wabenkörpers 10 erstrecken sich die Segmente jeweils von der ersten Stirnseite 12 zur zweiten Stirnseite 14 und weisen planar ausgebildete Seitenwände auf. Im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in einem Eckbereich aufeinander treffen, sind diese in einem Eckbereich aufeinandertreffenden Seitenwände in einem rechten Winkel zueinander angeordnet.
  • Im Sinne der Erfindung ist eine planare Seitenwand des Segments nicht als geschlossene und glatte Fläche des Wabenkörpers zu verstehen. Planar bedeutet im Sinne der Erfindung nicht, dass die Seitenwand keine Vor- und/oder Rücksprünge umfassen kann. Planar bzw. teilzylindrisch ausgebildete Seitenwände sind im Sinne der Erfindung auch planare bzw. zylinderwandförmige Hüllflächen.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 50, der lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung 70 gehalten ist. Der Wabenkörper 50 ist dabei wie der in 1A bis 1D dargestellte Wabenkörper 10 in der nicht porösen Ausführungsform ausgebildet.
  • Ein oder mehrere Wabenkörper (vorliegend beispielhaft anhand eines Wabenkörpers 50 gezeigt) können lose in einer Halterung 70 gehalten sein. Dies vereinfacht den Einbau bzw. Austausch eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Wabenkörper in Trennbecken und/oder Durchmischungsbecken.
  • Der Wabenkörper 50 weist vorliegend erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Stirnseiten 52, 54 und ein Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, von der ersten Stirnseite 52 zur zweiten Stirnseite 54 verlaufende Strömungskanäle 60 auf, die eine Längsrichtung L aufweisen. Die Strömungskanäle 60 grenzen über Kanalwände 62 aneinander an. Der Wabenkörper 50 weist darüber hinaus vier Seitenwände 63, 64, 65, 66 auf, die jeweils in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Halterung 70 umfasst zu zwei Rahmen 92, 94 verbundene Stege 72, 74, 76, 78, 80 und 82, 84, 86, 88, 90.
  • Der Rahmen 92 umfasst die Stege 72, 74, 76, 78, 80, und der Rahmen 94 umfasst die Stege 82, 84, 86, 88, 90.
  • Die zwei Rahmen 92, 94 sind parallel zueinander ausgerichtet. Ebenen, die jeweils von den Rahmen 92, 94 definiert werden, verlaufen jeweils parallel zur Längsrichtung L der Strömungskanäle 60 des Wabenkörpers 50.
  • Im vorliegenden Fall ist die Längsrichtung L der Strömungskanäle 60 in einem Winkel von ca. 35° zur ersten Stirnseite 52 ausgerichtet. In demselben Winkel von ca. 35° zur ersten Stirnseite 52 sind auch die Ebenen, die von den Rahmen 92, 94 definiert werden, zur ersten Stirnseite 52 ausgerichtet.
  • In Ausführungsformen des Wabenkörpers, in denen die Längsrichtung L senkrecht zu den Stirnseiten verläuft, sind vorzugsweise auch die Rahmen bzw. die Ebenen, die von den Rahmen definiert werden, senkrecht zu den Stirnseiten ausgerichtet.
  • Gegebenenfalls kann die Halterung 70 mit weiteren Wabenkörpern übereinander bestückt werden (nicht gezeigt).
  • Die beiden Rahmen 92, 94 sind über Streben 96, 98, 100, die sich im Wesentlichen vollständig über die Fläche der ersten bzw. zweiten Stirnseite 52, 54 erstrecken (Streben, auf denen die zweite Stirnseite 54 des Wabenkörpers 50 aufliegt, sind nicht gezeigt), miteinander verbunden und auf Abstand gehalten.
  • Diese korbartige oder käfigartige Struktur der Halterung 70 kann bequem aus Richtung der Seitenwände 63, 65 mit weiteren Wabenkörpern bestückt werden.
  • Mehrere Wabenkörper werden bevorzugt derart angeordnet, dass ihre jeweiligen ersten und zweiten Stirnseiten aneinander grenzen und die Strömungskanäle fluchtend zueinander angeordnet sind. So kann ein Strömungsweg durch die Strömungskanäle mehrerer Wabenkörper definiert sein.
  • Lose bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Wabenkörper oder Segmente des Wabenkörpers nicht stoffschlüssig miteinander und/oder mit der Halterung verbunden sind.
  • Bei Bedarf können die Wabenkörper nach ihrer Platzierung in der Halterung 70 fixiert werden, beispielsweise durch das Einstecken von Bolzen zwischen mehreren Wabenkörpern (nicht gezeigt).
  • Auch mehrteilig ausgebildete Wabenkörper, die Segmente umfassen, können lose in der Halterung gehalten werden (nicht gezeigt).
  • Die Halterung 70 mit den darin lose angeordneten Wabenkörpern 50 kann bequem in Trennbecken und/oder Durchmischungsbecken eingebaut werden. Eine der Möglichkeiten, die Halterung 70 im jeweiligen Becken zu fixieren besteht darin, dass die Halterung beispielsweise mittels Bolzen und/oder Leisten fixiert wird.
  • Alternativ kann die Halterung 70 auch anders in den Becken befestigt werden, beispielsweise indem sie in dafür vorgesehene Vorsprünge im Trennbecken und/oder Durchmischungsbecken eingehängt wird.
  • 3 zeigt eine Anlage zur biologischen Wasserreinigung 150 in einer perspektivischen Darstellung. Die Anlage zur biologischen Wasserreinigung 150 umfasst ein Reaktionsbecken 152, das vorliegend als Durchmischungsbecken ausgebildet ist und im Folgenden auch als Durchmischungsbecken bezeichnet wird.
  • Die Anlage 150 umfasst im vorliegenden Fall ferner einen Zulauf 154, einen Ablauf 156 und eine Luftzufuhr 158.
  • Des Weiteren umfasst die Anlage 150 einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 160. Der erfindungsgemäße Wabenkörper 160 umfasst erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Stirnseiten 162, 164 und eine Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten Stirnseite 162 zur zweiten Stirnseite 164 erstreckende Kanäle, die als Strömungskanäle 170 fungieren und die über Kanalwände 172 aneinander angrenzen.
  • Die Anlage 150 wird vorliegend mit einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen von einem oder mehreren erfindungsgemäßen Wabenkörpern 160, wobei der Wabenkörper 160 zumindest teilweise in das Volumen des Reaktionsbeckens 152 (hier: Durchmischungsbecken) eintaucht;
    • – Bereitstellen eines Volumens eines sauerstoffhaltigen Gases;
    • – Einleiten von organische Inhaltsstoffe enthaltendem Wasser in das Reaktionsbecken 152 (hier: Durchmischungsbecken);
    • – Zugeben von Bakterien zu dem organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wasser;
    • – Einführen des organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wassers sowie der Bakterien in die Kanäle des Wabenkörpers 160;
    • – Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas in den Kanälen 170 (hier: Strömungskanäle) des Wabenkörpers 160;
    • – Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zu Reaktionsprodukten; und
    • – Ableiten des Wassers, der Reaktionsprodukte und der Bakterien.
  • Im vorliegenden Fall wird das organische Inhaltsstoffe enthaltende Wasser durch den Zulauf 154 eingeleitet. Das spätere Ableiten des Wassers, der Reaktionsprodukte und der Bakterien erfolgt über den Ablauf 156.
  • Im Unterschied zu dem in den 1A bis 1D gezeigten Wabenkörper 10 ist der Wabenkörper 160 in einem Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten 162, 164 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, so dass er problemlos in das Durchmischungsbecken 152 mit einem kreisförmigem Querschnitt eingebaut werden kann. Die Strömungskanäle 170 weisen eine Längsrichtung L auf, die im Unterschied zu dem in 1A bis 1D gezeigten Wabenkörper 10 in einem im Wesentlichen rechten Winkel zu den ersten und zweiten Stirnseiten 162, 164 ausgebildet ist. Abgesehen von den beschriebenen Unterschieden, ist der Wabenkörper 160 wie der in Zusammenhang mit 1A bis 1D gezeigte Wabenkörper 10 in der nicht porösen Ausführungsform ausgebildet.
  • Das Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas ist in der vorliegenden Anlage 150 mittels einer Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas (hier: der Luftzufuhr 158) realisert. Die Luftzufuhr 158 ist vorliegend als Rotor ausgebildet, dessen Rotationsarme 181, 182, 183, 184 um eine Achse senkrecht zu den ersten und zweiten Stirnseiten 162, 164 rotieren. Dies hat den Vorteil, dass der zugeführte Sauerstoff, beispielsweise über die zugeführte Luft, sich gleichmäßig in dem Durchmischungsbecken 152 verteilt. Der Sauerstoff wird auch gleichmäßig über die Strömungskanäle 170 verteilt, sodass eine optimierte Durchmischung von Sauerstoff und Bakterien erzielt werden kann. Dadurch kann über im Wesentlichen alle Strömungskanäle 170 des Wabenkörpers 160 ein gleichmäßiges Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in dem aerober Stoffwechselprozess der Bakterien realisiert werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Durchmischungsbecken 152 einen zusätzlichen Rotor 186, der auch eine Durchmischung von Bakterien, Sauerstoff und organischen Inhaltsstoffen des Wassers oberhalb des Wabenkörpers 160 gewährleisten kann.
  • Es sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen die Luftzufuhr 158 stationär ausgebildet ist (nicht gezeigt), und das sauerstoffhaltige Gas (hier: Luft) punktuell dem Wasser zugeführt und so bereitgestellt wird. Günstig ist es hierbei, wenn die stationär zugeführte Luft zusätzlich über einen Verteiler über alle Strömungskanäle des Wabenkörpers verteilt wird.
  • Im vorliegenden Fall ist der Wabenkörper 160 entlang eines Strömungswegs derart angeordnet, dass der Strömungsweg durch die Strömungskanäle 170 des Wabenkörpers 160 verläuft. Das bereitgestellte sauerstoffhaltige Gas (hier: Luft) und das Wasser werden, insbesondere homogen verteilt, durch die Strömungskanäle 170 des Wabenkörpers 160 entlang des Strömungswegs durchgeleitet. Durch die zuvor beschriebenen Vorteile des Wabenkörpers 160 kann ein gleichmäßiger Durchfluss des Wassers realisiert werden.
  • Vorzugsweise sind in dem Durchmischungsbecken 152 mehrere Wabenkörper hintereinander in Strömungsrichtung angeordnet (nicht gezeigt). Die mehreren Wabenkörper weisen insbesondere im Wesentlichen dieselbe Form auf und sind gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden. Alternativ sind die mehreren Wabenkörper lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten (ähnlich wie in Zusammenhang mit 2 beschrieben).
  • Nachdem ein hinreichend großer Anteil der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einer aeroben Reaktion in einem Stoffwechselprozess der Bakterien umgesetzt worden sind, wird das Wasser durch den Ablauf 156 abgeleitet.
  • Die Anlage 150 wird vorzugsweise kontinuierlich betrieben, derart, dass kontinuierlich organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser durch den Zulauf 154 eingeleitet und kontinuierlich Wasser, Reaktionsprodukte und Bakterien durch den Ablauf 156 abgeleitet werden.
  • Es ist im Sinne der Erfindung aber auch denkbar, dass die Anlage 150 diskontinuierlich in Zyklen betrieben wird, wobei organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser eingeleitet wird, das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird und anschließend das gesamte Wasser, Reaktionsprodukte und Bakterien abgeleitet wird, bevor ein weiterer Zyklus beginnt, in welchem erneut organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser in das Durchmischungsbecken 152 eingeleitet wird.
  • 4 zeigt eine Anlage zur biologischen Wasserreinigung 200, die mit einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden kann. Die Anlage 200 umfasst ein Reaktionsbecken 202, welches vorliegend als Umwälzbecken ausgebildet ist und im Folgenden auch als Umwälzbecken 202 bezeichnet wird. Ferner umfasst die Anlage 200 vorliegend einen Zulauf 204 und einen Ablauf 206.
  • Über den Zulauf 204 wird das organische Inhaltsstoffe enthaltende Wasser eingeleitet und nach einem ausreichenden Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe über den Ablauf 206 abgeleitet.
  • Ferner umfasst die Anlage zur biologischen Wasserreinigung 200 einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 210 mit ersten und zweiten im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stirnseiten 212, 214 und einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten Stirnseite 212 zur zweiten Stirnseite 214 ersteckende Kanäle 220. Die Kanäle 220 grenzen über Kanalwände 222 aneinander an.
  • Wie beim Wabenkörper 160 in der 3 gezeigt weisen die Kanäle 220 eine Längsrichtung auf, die senkrecht zu der ersten und zweiten Stirnseite 212, 214 ausgerichtet ist. Ebenso wie der in 3 gezeigte Wabenkörper 160 weist der Wabenkörper 210 einen Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten 212, 214 auf, der im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist. Im Übrigen ist der Wabenkörper 210 wie der in 1A bis 1D gezeigte Wabenkörper 10 und in der in Zusammenhang damit beschriebenen nicht porösen Ausführungsformen ausgebildet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem die Anlage zur biologischen Wasserreinigung 200 betrieben wird, umfasst wie das in 3 beschriebene Verfahren die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 210, beispielsweise in Form eines Rotors, wobei der Wabenkörper 210 zumindest teilweise in das Volumen des Reaktionsbeckens 202 (hier: Umwälzbecken) eintaucht;
    • – Bereitstellen eines Volumens eines sauerstoffhaltigen Gases;
    • – Einleiten von organische Inhaltsstoffe enthaltendem Wasser in das Reaktionsbecken 202 (hier: Umwälzbecken);
    • – Zugeben von Bakterien zu dem organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wasser;
    • – Einführen des organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wassers sowie der Bakterien in die Kanäle 220 des Wabenkörpers 210;
    • – Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas in den Kanälen 220 des Wabenkörpers 210;
    • – Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zu Reaktionsprodukten; und
    • – Ableiten des Wassers, der Reaktionsprodukte und der Bakterien.
  • In 4 ist beispielhaft eine Füllhöhe FH des Wassers eingezeichnet, die das Wasser nach dem Einleiten in das Umwälzbecken 202 vorzugsweise erreicht. Die Füllhöhe kann variieren, liegt aber typischerweise in Schwerkraftrichtung unterhalb derjenigen Höhe, bei der der Wabenkörper 210 vollständig von dem Wasser bedeckt wäre und vollständig in das Wasser eintauchen würde.
  • Vorzugsweise taucht ein erster Bereich 230 des Wabenkörpers 210 in das Wasser innerhalb des Umwälzbeckens 202 ein und ein zweiter Bereich 232 des Wabenkörpers 210 ist innerhalb und/oder außerhalb des Umwälzbeckens 202 dem bereitgestellten Volumen eines sauerstoffhaltigen Gases 208 exponiert.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte, die in einer Betriebsphase auf den zuvor geschilderten Zustand folgen:
    • – Ausbilden eines auf den Kanalwänden 222 des Wabenkörpers 210 angeordneten Reaktionsfilms;
    • – Zumindest partielles Entleeren der Kanäle 220 von Wasser zum Bereitstellen des sauerstoffhaltigen Gases in den Kanälen 220 des Wabenkörpers 210;
    • – Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien in dem Reaktionsfilm zu Reaktionsprodukten; und
    • – Rotation des Wabenkörpers 210 und Überführen des ersten Bereiches 230 des Wabenkörpers 210 in das Volumen an sauerstoffhaltigem Gas und Eintauchen des zweiten Bereiches 232 des Wabenkörpers 210 ins organische Inhaltsstoffe enthaltende Wasser.
  • Die perspektivische Darstellung der 4 zeigt wie zuvor erwähnt einen Zustand vor der mit den Verfahrensschritten beschriebenen Betriebsphase. Während der Rotation wechseln die Kanäle 220 des Wabenkörpers 210 sukzessive entlang eines Rotationswegs vom ersten (eingetauchten) Bereich 230 zum zweiten Bereich 232, in dem das sauerstoffhaltige Gas Zutritt zu den Kanälen 220 hat, und wieder zurück.
  • Vorzugsweise umfasst der Reaktionsfilm auf den Kanalwänden 222 Bakterien und organische Inhaltsstoffe des Wassers.
  • Das Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien in dem Reaktionsfilm wird vorzugsweise an dem jeweiligen Bereich des Wabenkörpers 210 durchgeführt, der sauerstoffhaltigem Gas (hier:Luft) exponiert ist. So ist ein maximierter Kontakt des Reaktionsfilms mit Sauerstoff realisiert, wodurch eine aerobe Reaktion ermöglicht wird.
  • Es ist im Sinne der Erfindung aber auch vorstellbar, dass Sauerstoff in den Reaktionsfilm eingeschlossen wird und/oder sich an dem Reaktionsfilm anlagert und/oder ablagert, so dass auch ein Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien in Bereichen des Reaktionsfilms stattfinden kann, die gerade in das Wasser eintauchen.
  • Vorzugsweise wird die Rotation des Wabenkörpers kontinuierlich, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,1 Umdrehungen/min bis ca. 5 Umdrehungen/min, insbesondere ca. 1 Umdrehung/min bis ca. 2 Umdrehungen/min, um eine Achse, die im Wesentlichen parallel zu den Kanälen 220 des Wabenkörpers 210 ausgerichtet ist, durchgeführt. Im vorliegenden Fall rotiert der Wabenkörper 210 mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 Umdrehung/min.
  • Die Achse verläuft vorliegend im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Kanäle 220. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Achse in einem Winkel geneigt zur Längsrichtung der Kanäle 220 ausgerichtet ist, um das Entleeren der Kanäle 220 von Wasser zu beschleunigen bzw. ein im Wesentlichen vollständiges Entleeren zu ermöglichen (nicht gezeigt).
  • Im vorliegenden Fall rotiert der Wabenkörper 210 um eine Achse, die von einer Welle 234 definiert wird. Zur Aufnahme der Welle umfasst das Umwälzbecken 202 Lager (nicht gezeigt).
  • Werden Kanäle 220 in einem Bereich des Wabenkörpers 210 nach dem Eintauchen in das Wasser entleert, fließt das Wasser aus den Kanälen 220 des entsprechenden Bereichs heraus, so dass eine vergrößerte Oberfläche im Vergleich zu herkömmlichen Lamellenpaketen oder Rotationskörpern, die nur an ihrer Mantelfläche eine durch Strukturen vergrößerte Oberfläche aufweisen, bereitgestellt wird. Durch die einzelnen Kanalwände 222 der Wabenstruktur des Wabenkörpers 210 wird eine im Vergleich zu herkömmlichen Rotationskörpern vergrößerte Oberfläche als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, im vorliegenden Fall in Form eines Reaktionsfilms, bereitgestellt.
  • Vorzugsweise werden dem Wasser Hilfsstoffe, insbesondere Stoffwechselunterstützungsmittel, die einen erhöhten und/oder beschleunigten Stoffwechselprozess-Umsatz ermöglichen, zugesetzt.
  • Die vorliegende Anlage 200 wird vorzugsweise diskontinuierlich in Zyklen betrieben. Über den Zulauf 204 wird vorzugsweise organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser in des Umwälzbecken 202 eingeleitet, die oben beschriebene Variante des Verfahrens wird durchgeführt und das Wasser, die Reaktionsprodukte und die Bakterien werden nach Ablauf der Zykluszeit über den Ablauf 206 abgeleitet, bevor in einem weiteren Zyklus erneut organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser eingeleitet wird.
  • In manchen Fällen kann auch ein kontinuierlicher Betrieb vorteilhaft sein.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht eines Trennbeckens 250, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden betrieben werden kann. Es kann zum einen als Teil einer mehrstufigen Anlage zur Wasserreinigung verwendet werden, die zusätzlich noch andere Reinigungsschritte umfasst, zum anderen kann das dargestellte Trennbecken 250 aber auch separat verwendet werden.
  • Das Trennbecken 250 umfasst einen Zulauf 252, einen Ablauf 254, einen in einem von dem Zulauf 252 zu dem Ablauf 254 entlang einer Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsweg und einen in dem Strömungsweg angeordneten erfindungsgemäßen Wabenkörper 260.
  • Der Wabenkörper 260 ist vorzugsweise in der in 1A bis 1D beschriebenen nicht porösen Ausführungsform des Wabenkörpers 10 ausgebildet.
  • Der Wabenkörper 260 umfasst erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Stirnseiten 262, 264 und eine Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten Stirnseite 262 zur zweiten Stirnseite 264 ersteckende Kanäle, die als Strömungskanäle 270 fungieren, die über Kanalwände 272 aneinander grenzen.
  • Der Strömungsweg verläuft erfindungsgemäß durch die Strömungskanäle 270 des Wabenkörpers 260. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Einleiten eines Fluids in das Trennbecken 250 durch den Zulauf 252;
    • – Durchleiten des Fluids durch das Trennbecken 250 und durch den in dem Trennbecken 250 angeordneten Wabenkörper 260 entlang des Strömungswegs;
    • – Sedimentieren von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in den Strömungskanälen 270 des Wabenkörpers 260; und
    • – Ableiten des Fluids aus dem Trennbecken 250 durch den Ablauf 254.
  • Vorzugsweise ist die Längsrichtung der Strömungskanäle 270 in einem Winkel von ca. 55° zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet, was einem Winkel α von ca. 35° zur ersten Stirnseite 262 entspricht. Die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe treffen vorzugsweise während des Sedimentierens auf die Kanalwände 272 und gleiten gegebenenfalls entlang der Kanalwände 272 im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung ab.
  • Dadurch, dass die Kanalwände 272 des erfindungsgemäßen Wabenkörpers 260 antiadhäsive Oberflächeneigenschaften sowie eine geringe Oberflächenenergie aufweisen, weisen sie ein optimiertes Gleitverhalten auf. Aus diesem Grund können die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe gegebenenfalls kontinuierlich an den Kanalwänden 272 abgleiten und ein Ruckgleiten kann vermieden werden. Das Gleitverhalten ist insbesondere im Vergleich zu anderen Polymermaterialien verbessert, da die Kanalwände 272 des Wabenkörpers 260 einen im Wesentlichen gleich großen statischen und dynamischen Gleitreibungskoeffizienten aufweisen.
  • Dadurch, dass die Längsrichtung der Strömungskanäle 270 in einem im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen vergrößerten Winkel zur Schwerkraftrichtung (verkleinerten Winkel α zur ersten Stirnseite 262) ausgerichtet ist, kann ein verbessertes Sedimentationsverhalten der sedimentierfähigen Inhaltsstoffe erzielt werden.
  • Die Sedimentation erfolgt in Schwerkraftrichtung. Im vorliegenden Fall, bei in einem Winkel zur Schwerkraftrichtung geneigt ausgerichteter Längsrichtung der Strömungskanäle 270, erfolgt die Sedimentation quer zur Strömungsrichtung. Gemäß den Grundsätzen der Strömungslehre ist die Strömung allgemein im Kanalquerschnitt senkrecht zur Längsrichtung gesehen zur Kanalwand hin geringer als im Zentrum eines Kanals. Diese Grundsätze wurden in der vorliegenden Ausführungsform des Wabenkörpers 260 genutzt um optimierte Sedimentationsbedingungen zu realisieren.
  • Durch den Neigungswinkel der Längsrichtung der Strömungskanäle 270 zur Schwerkraftrichtung müssen sedimentierfähige Inhaltsstoffe einen kürzeren Weg zurücklegen, bis sie aus Bereichen mit stärkerer Strömung im Zentrum der Kanäle in Bereiche geringerer Strömung im Bereich der Kanalwände 272 gelangen, als beispielsweise in Ausführungsformen, wie Lamellenpaketen, in denen häufig ein geringerer Neigungswinkel der Kanäle 270 zur Schwerkraftrichtung besteht. Sobald die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe die Kanalwände 272 erreicht haben, können sie unter Ausnutzung der optimierten Gleiteigenschaften des ersten Kunststoffmaterials der Kanalwände 272 gegebenenfalls kontrolliert im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung an den Kanalwänden 272 abgleiten.
  • Vorzugsweise wird das Fluid unter Einhaltung einer Reynoldszahl von ca. 500 bis ca. 2000, insbesondere ca. 1000 oder weniger, durch die Strömungskanäle 270 des Wabenkörpers 260 durchgeleitet. Die Reynoldszahl, beispielsweise ca. 1000, bezieht sich jeweils auf den gesamten Kanalquerschnitt.
  • Im vorliegenden Fall ist das Trennbecken 250, insbesondere durch Einbringen einer Rampe 280, derart ausgestaltet, dass die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe im Wesentlichen selbstständig zu einem Schlammauslass 282 gleiten und durch diesen entsorgt werden können.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass in dem Trennbecken 250 mehrere Wabenkörper angeordnet werden (nicht gezeigt), wobei alle Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen. Die Wabenkörper sind dabei bevorzugt stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere durch Schweißen, oder lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten (wie in 2 gezeigt).
  • In Fällen, in denen es von besonderem Interesse ist, die Strömung auf die Strömungskanäle 270 zu konzentrieren, erstreckt sich insbesondere ein Dichtelement 276 parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten 262, 264, von der ersten Stirnseite 262 weg und zur Beckenwand hin. Dichtelemente können auch die Befestigung des Wabenkörpers 260 erleichtern.
  • Insbesondere erstreckt sich ein weiteres Dichtelement 277 von der zweiten Stirnseite 264 weg und zur Beckenwand hin.
  • Vorzugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in Wasser. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Wasser zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in Wasser im Anschluss an ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung durchgeführt wird. Dies ist detaillierter in 7 gezeigt.
  • Das Trennbecken 250 kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich in Zyklen betrieben werden.
  • Bei Bedarf können dem Wasser und/oder Fluid Hilfsstoffe, insbesondere Flockungsmittel, zugesetzt werden.
  • 6 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Trennbeckens 300, das in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden verwendet werden kann. Das Trennbecken 300 wird im vorliegenden Fall mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden betrieben. Das Fluid, von dem im vorliegenden Fall die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe abgetrennt werden, ist Wasser.
  • Das Trennbecken 300 umfasst einen Zulauf 302, einen Ablauf 304 und einen in einem von dem Zulauf 302 zu dem Ablauf 304 entlang einer Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsweg, dessen Beginn hier mit Pfeilen angedeutet ist. Das Trennbecken 300 umfasst ferner einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 310, mit ersten und zweiten parallel zueinander angeordneten Stirnseiten 312, 314 sowie einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten, sich von der ersten Stirnseite 312 zur zweiten Stirnseite 314 erstreckenden Kanälen, die als Strömungskanäle 320 fungieren. Die Strömungskanäle 320 grenzen über Kanalwände 322 aneinander.
  • Der Wabenkörper 310 ist wie der in 1A bis 1D gezeigte Wabenkörper 10 ausgebildet und weist vorzugsweise die in Zusammenhang mit 1A bis 1D beschriebenen Merkmale der nicht porösen Ausführungsform auf.
  • Das Trennbecken 300 weist im vorliegenden Fall Seitenwände 301, 303 auf, die parallel zueinander und parallel zur Längsrichtung der Strömungskanäle 320 des Wabenkörpers 310 ausgerichtet sind. Dies hat den Vorteil, dass das Volumen des Trennbeckens 300 zwischen den Seitenwänden 301, 303 im Wesentlichen vollständig mit erfindungsgemäßen Wabenkörpern 310 bestückt werden kann und das Totvolumen minimiert ist.
  • Der Strömungsweg verläuft durch die Strömungskanäle 320 des Wabenkörpers 310.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Einleiten eines Fluids (hier: Wasser) in das Trennbecken 300 durch den Zulauf 302;
    • – Durchleiten des Fluids (hier: Wasser) durch das Trennbecken 300 und durch den in dem Trennbecken 300 angeordneten Wabenkörper 310 entlang des Strömungswegs;
    • – Sedimentieren von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in dem Strömungskanälen 320 des Wabenkörpers 310; und
    • – Ableiten des Fluids (hier: Wasser) aus dem Trennbecken 300 durch den Ablauf 304.
  • Im vorliegenden Fall ist die Längsrichtung der Strömungskanäle 320 des Wabenkörpers 310 in einem Winkel von ca. 55° zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet. Die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe treffen während des Sedimentierens auf die Kanalwände 322 und gleiten gegebenenfalls entlang der Kanalwände gegen die Strömungsrichtung 322 ab.
  • Vorzugsweise werden in dem Trennbecken 300 mehrere Wabenkörper hintereinander angeordnet (nicht gezeigt), wobei alle Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen und gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das stoffschlüssige Verbinden kann insbesondere durch Schweißen erfolgen. Alternativ sind die Wabenkörper lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander hintereinander entlang des Strömungswegs in einer Halterung gehalten (wie in 2 gezeigt).
  • Gegebenenfalls ist der einzelne Wabenkörper 310 mehrteilig ausgebildet (nicht gezeigt) und umfasst zwei oder mehr Segmente, die sich jeweils von der ersten zur zweiten Stirnseite 312, 314 des Wabenkörpers 310 erstrecken und planar ausgebildete Seitenwände aufweisen, wobei im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in einem Eckbereich des Segments aufeinander treffen, diese Seitenwände in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Ausbildung in Segmenten ermöglicht den Austausch einzelner Segmente, ohne dass der gesamte Wabenkörper ausgetauscht werden muss.
  • Im vorliegenden Fall ist der Zulauf 302 als Zulaufleitung ausgebildet, wobei ein Zulaufendstück 306, durch das das Wasser in das Trennbecken 300 eingeleitet wird, von dem Wabenkörper 310 abgewandt ausgerichtet ist, und in Richtung eines trichterförmigen Schlammbereichs 330 des Trennbeckens 300 weist. Das Wasser wird nach dem Einleiten durch das Zulaufendstück 306 entlang des Strömungswegs von der zweiten Stirnseite 314 zur ersten Stirnseite 312 des Wabenkörpers 310 durch die Strömungskanäle 320 und zu dem Ablauf 304 hin geleitet.
  • Dadurch, dass das Zulaufendstück 306 von dem Wabenkörper 310 weg weist, wird beim Einleiten des Wassers eine im Wesentlichen gleichförmige Anströmgeschwindigkeit auf einer Anströmseite der Strömungskanäle 320 erzielt. Ein gleichmäßiger Durchfluss durch alle Strömungskanäle 320 des Wabenkörpers 310 kann so realisiert werden.
  • Gut sedimentierfähige Inhaltsstoffe werden dabei direkt dem Bodenbereich oder Schlammbereich 330 des Trennbeckens 300 zugeführt.
  • Das Sedimentieren von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen findet hauptsächlich in den Strömungskanälen 320 des Wabenkörpers 310 statt. Das Wasser wird insbesondere unter Einhaltung einer Reynoldszahl von ca. 500 bis ca. 2000, bevorzugt ca. 1000 oder weniger, durch die Strömungskanäle 320 des Wabenkörpers 310 durchgeleitet. Dadurch, dass in den Strömungskanälen 320 insbesondere laminare Strömung vorliegt, kann ein verlängerter Sedimentationsweg aufgrund von der Strömung verursachten Turbulenzen vermieden werden.
  • Um die Sedimentationsbedingungen weiter zu optimieren, werden dem Wasser Hilfsstoffe, insbesondere Flockungsmittel zugesetzt.
  • Das in 6 gezeigte Verfahren wird vorzugsweise im Anschluss an ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung durchgeführt.
  • Die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe verlassen den Wabenkörper 310 an der zweiten Stirnseite 314 und sedimentieren in Schwerkraftrichtung in den Schlammbereich 330. Aufgrund der Trichterform des Schlammbereichs 330 sammeln sich die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe nach der Sedimentation in den Strömungskanälen 320 des Wabenkörpers 310 am in Schwerkraftrichtung tiefsten Punkt des Schlammbereichs 330 und werden über einen Schlammablauf 332 abgeführt.
  • 7 zeigt eine Schnittansicht einer Anlage zur Wasserreinigung 350, umfassend ein Umwälzbecken 352 und ein Trennbecken 400.
  • Das Umwälzbecken 352 umfasst einen Zulauf 354, einen Ablauf 356 und eine Luftzufuhr 358 in Form eines Luftvolumens sowie einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 360. Der Wabenkörper 360 ist wie der in 4 gezeigte Wabenkörper 210 ausgebildet. Die Anlage wird mit dem in 4 näher beschriebenen Verfahren betrieben.
  • Vorliegend wird die Anlage diskontinuierlich in Zyklen betrieben.
  • Der Ablauf 356 mündet vorliegend in eine Verbindungsleitung 362, die von dem Umwälzbecken 352 zu dem Trennbecken 400 bzw. dessen Zulauf 402 führt.
  • Nach der in 4 beschriebenen Variante des Verfahrens zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Abwasserreinigung in dem Umwälzbecken (wie ausführlich in Zusammenhang mit 4 beschrieben), in dem die organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zu Reaktionsprodukten umgesetzt werden, werden das Wasser, die Reaktionsprodukte und die Bakterien über die Verbindungsleitung 362 in das Trennbecken 400 geleitet.
  • Das Trennbecken 400 umfasst einen Zulauf 402, in den vorliegend die Verbindungsleitung 362 mündet, einen Ablauf 404, einen in einem von dem Zulauf 402 zu dem Ablauf 404 verlaufenden Strömungsweg und einen in dem Strömungsweg angeordneten erfindungsgemäßen Wabenkörper 410, wobei der Strömungsweg durch die Strömungskanäle 420 des Wabenkörpers 410 verläuft. Im vorliegenden Fall wird in dem Trennbecken 400 das Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden (hier: Wasser) wie in 5 beschrieben durchgeführt.
  • Die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe sind im vorliegenden Fall hauptsächlich die Bakterien und Reaktionsprodukte, die durch Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen mit Bakterien in einem aeroben Stoffwechselprozess entstanden sind (biologische Wasserreinigung). Die Bakterien und Reaktionsprodukte sedimentieren, vorzugsweise bei zugesetzten Hilfsstoffen, insbesondere Flockungsmitteln und/oder Stoffwechselunterstützungsmitteln, in den Strömungskanälen 420 des Wabenkörpers 410 und werden in einem Schlammsammler 430, der in Schwerkraftrichtung unterhalb des Wabenkörpers 410 angeordnet ist, aufgefangen. Die aufgefangenen Bakterien können in einem nächsten Zyklus in dem Reaktionsbecken (hier: Umwälzbecken 352) erneut zu dem Wasser zugegeben werden.
  • Im vorliegenden diskontinuierlichen Betrieb in Zyklen kann, sobald das Wasser, die Reaktionsprodukte und die Bakterien aus dem Umwälzbecken 352 abgeleitet und in das Trennbecken 400 eingeleitet wurden, erneut organische Inhaltsstoffe enthaltendes Wasser in das Umwälzbecken 352 eingeleitet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4329239 C2 [0007]
    • EP 1110915 A2 [0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 53472/8.2 [0020]
    • DIN EN ISO 4288 [0044]
    • EN ISO 12086-2 [0052]
    • Prüfnorm EN ISO 12086-2 [0053]
    • EN ISO 12086-2 [0063]
    • EN ISO 12086-2 [0063]
    • EN ISO 12088 [0064]
    • DIN EN ISO 60 [0075]
    • DIN 53380, Teil 2 [0088]
    • DIN 53472/8.2 [0128]
    • EN ISO 12086-2 [0142]
    • EN ISO 12086-2 [0142]
    • EN ISO 12086-2 [0148]
    • EN ISO 12086-2 [0149]

Claims (33)

  1. Wabenkörper, umfassend erste und zweite im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stirnseiten, wobei der Wabenkörper eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Kanälen umfasst, die über Kanalwände aneinander angrenzen, wobei der Wabenkörper aus einem auf Polytetrafluorethylen(PTFE)-Polymermaterial basierenden ersten Kunststoffmaterial gefertigt ist.
  2. Wabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper Kanäle mit freien Querschnittsflächen aufweist, wobei die Summe der freien Querschnittsflächen ca. 70% bis ca. 92% insbesondere ca. 75% bis ca. 85% der Fläche einer Stirnseite des Wabenkörpers beträgt.
  3. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kanäle der Wabenstruktur parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers gesehen mit einem polygonalen, insbesondere rechteckigen, quadratischen, pentagonalen oder hexagonalen Querschnitt ausgebildet sind.
  4. Wabenkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem polygonalen, insbesondere in dem rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt der Kanäle im Wesentlichen parallel einander gegenüberliegende Kanalwände eines Strömungskanals einen Abstand von ca. 8 mm bis ca. 20 mm, bevorzugt einen Abstand von ca. 11 mm bis ca. 17 mm, zueinander aufweisen und/oder dass die Kanalwände in einem Querschnitt parallel zu den Stirnseiten des Wabenkörpers mit einer Höhe von ca. 15 mm oder weniger, bevorzugt von ca. 5 mm bis ca. 11 mm, weiter bevorzugt mit einer Höhe von ca. 7 mm bis ca. 10 mm ausgebildet sind.
  5. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper in einem Querschnitt parallel zu den ersten und zweiten Stirnseiten im Wesentlichen kreisförmig oder rechteckförmig ausgebildet ist.
  6. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstreckenden Kanäle in einem Winkel von ca. 30° bis ca. 40° zur ersten Stirnseite ausgerichtet ist.
  7. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper mehrteilig ausgebildet ist und zwei oder mehr Segmente umfasst, die sich jeweils von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und planar und gegebenenfalls kreisbogenförmig ausgebildete Seitenwände aufweisen, wobei im Falle, dass ein Segment zwei planare Seitenwände aufweist, die in einem Eckbereich des Segments aufeinander treffen, diese Seitenwände in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
  8. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände der Kanäle des Wabenkörpers eine Dicke von ca. 0,8 mm bis ca. 2,1 mm aufweisen.
  9. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper in einem Sinter-Verfahren, insbesondere in einem Press/Sinter-Verfahren hergestellt ist.
  10. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Kanalwände eine Oberflächenrauigkeit Rmax von ca. 250 μm oder weniger aufweisen.
  11. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Polymermaterial virginales Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einem Anteil von ca. 80 Gew.-% oder mehr und gegebenenfalls ein von PTFE verschiedenes Hochleistungspolymer mit einem Anteil von ca. 20 Gew.-% oder weniger enthält, wobei bevorzugt das virginale PTFE einen Co-Monomeranteil von ca. 1 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt ca. 0,1 Gew.-% oder weniger, aufweist.
  12. Wabenkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das virginale PTFE und gegebenenfalls das von dem PTFE verschiedene Hochleistungspolymer zur Herstellung des Wabenkörpers im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 10 μm bis ca. 600 μm, bevorzugt ca. 250 μm bis ca. 450 μm, aufweist.
  13. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 10 N/mm2 bis ca. 30 N/mm2 aufweist und/oder dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißdehnung von ca. 160% bis ca. 350% aufweist.
  14. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände des Wabenkörpers eine Porosität aufweisen und insbesondere ein porös verarbeitbares PTFE-Material umfassen, dass das porös verarbeitbares PTFE-Polymermaterial umfassende erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißfestigkeit von ca. 3,5 N/mm2 bis ca. 10 N/mm2 aufweist und/oder dass das erste Kunststoffmaterial der Kanalwände eine gemäß EN ISO 12086-2 gemessene Reißdehnung von ca. 40% bis ca. 110% aufweist.
  15. Wabenkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände des Wabenkörpers eine mittlere Porengröße von ca. 1 μm bis ca. 30 μm aufweisen und/oder offenporig ausgebildet sind.
  16. Wabenkörper nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das porös verarbeitbare PTFE-Material zur Herstellung des Wabenkörpers im Rohzustand eine mittlere Partikelgröße D50 von ca. 75 μm bis ca. 110 μm, bevorzugt ca. 100 μm, aufweist.
  17. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial metallische und/oder nichtmetallische Füllstoffe enthält, wobei die nichtmetallischen Füllstoffe insbesondere ausgewählt sind aus Polymeren, insbesondere aromatischem Polyester, Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphenylensulfon (PPSO2), Polyimid (PI) sowie Copolymeren und Derivaten davon, Farbpigmenten, Wärmeleitpigmenten, Borsilikat, Glashohlkugeln, Glasfasern und Kohlefasern.
  18. Wabenkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen und/oder nichtmetallischen Füllstoffe eine Partikelgröße D50 von ca. 100 μm oder weniger aufweisen und dass vorzugsweise der nichtmetallische Füllstoff mit einem Anteil von ca. 40 Gew.-% oder weniger, in dem ersten Kunststoffmaterial des Wabenkörpers enthalten ist.
  19. Wabenkörper nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe mittels einer Compoundierung in das erste Kunststoffmaterial eingebracht sind, dass vorzugsweise ein nicht rieselfähiges Compound als Granulat aufbereitet ist und dass insbesondere das Granulat eine mittlere Partikelgröße von ca. 1 mm bis ca. 3 mm aufweist.
  20. Verwendung eines Wabenkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken.
  21. Verwendung eines Wabenkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 19 als Trägerkörper für ein biologisches Reaktionsmedium, insbesondere in Form eines Reaktionsfilms, und/oder zur Bereitstellung von Sedimentationsflächen, insbesondere in Anlagen zur Wasserreinigung, bevorzugt in Reaktionsbecken, insbesondere Durchmischungsbecken und/oder Umwälzbecken, und/oder in Anlagen zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen von Fluiden, bevorzugt in Trennbecken.
  22. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur biologischen Wasserreinigung, welche ein Reaktionsbecken umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen von einem oder mehreren Wabenkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Wabenkörper zumindest teilweise in das Volumen des Reaktionsbeckens eintauchen; – Bereitstellen eines Volumens eines sauerstoffhaltigen Gases; – Einleiten von organische Inhaltsstoffe enthaltendem Wasser in das Reaktionsbecken; – Zugeben von Bakterien zu dem organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wasser; – Einführen des organische Inhaltsstoffe enthaltenden Wassers sowie der Bakterien in die Kanäle der Wabenkörper; – Bereitstellen von sauerstoffhaltigem Gas in den Kanälen der Wabenkörper; – Umsetzen der organischen Inhaltsstoffe des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien zu Reaktionsprodukten; und – Ableiten des Wassers, der Reaktionsprodukte und der Bakterien.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsbecken ein Durchmischungsbecken ist, dass die Kanäle der Wabenkörper als Strömungskanäle fungieren, dass die Wabenkörper entlang eines Strömungswegs derart angeordnet sind, dass sich der Strömungsweg durch die Strömungskanäle der Wabenkörper erstreckt, und dass das bereitgestellte sauerstoffhaltige Gas und das Wasser, insbesondere homogen verteilt, durch die Strömungskanäle der Wabenkörper entlang des Strömungswegs durchgeleitet werden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchmischungsbecken mehrere Wabenkörper angeordnet werden, wobei die Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen, und dass die Wabenkörper gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden sind oder dass die Wabenkörper lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten sind.
  25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsbecken ein Umwälzbecken ist, dass ein erster Bereich des Wabenkörpers in das Wasser innerhalb des Umwälzbeckens eintaucht und ein zweiter Bereich des Wabenkörpers innerhalb und/oder außerhalb des Umwälzbeckens dem bereitgestellten Volumen eines sauerstoffhaltigen Gases exponiert ist, umfassend die folgenden Schritte: – Ausbilden eines auf den Kanalwänden des Wabenkörpers angeordneten Reaktionsfilms; – Zumindest partielles Entleeren der Kanäle von Wasser zum Bereitstellen des sauerstoffhaltigen Gases in den Kanälen des Wabenkörpers; – Umsetzen von organischen Inhaltsstoffen des Wassers in einem aeroben Stoffwechselprozess der Bakterien in dem Reaktionsfilm zu Reaktionsprodukten; und – Rotation des Wabenkörpers und Überführen des ersten Bereiches des Wabenkörpers in das Volumen an sauerstoffhaltigem Gas und Eintauchen des zweiten Bereiches des Wabenkörpers in das organische Inhaltsstoffe enthaltende Wasser.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsfilm Bakterien und organische Inhaltsstoffe des Wassers umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Wabenkörpers kontinuierlich, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,1 Umdrehungen/min bis ca. 5 Umdrehungen/min um eine Achse, die im Wesentlichen parallel zu den Kanälen des Wabenkörpers ausgerichtet ist, durchgeführt wird.
  28. Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen aus Fluiden in einem Trennbecken, wobei das Trennbecken einen Zulauf, einen Ablauf, einen in einem von dem Zulauf zu dem Ablauf entlang einer Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsweg und mindestens einen in dem Strömungsweg angeordneten Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 19 umfasst, wobei die Kanäle des Wabenkörpers als Strömungskanäle fungieren, wobei der Strömungsweg durch die Strömungskanäle des Wabenkörpers verläuft, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Einleiten eines Fluids in das Trennbecken durch den Zulauf; – Durchleiten des Fluids durch das Trennbecken und durch die in dem Trennbecken angeordneten Wabenkörper entlang des Strömungswegs; – Sedimentieren von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in den Strömungskanälen des Wabenkörpers; und – Ableiten des Fluids aus dem Trennbecken durch den Ablauf.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Strömungskanäle in einem Winkel von ca. 50° bis ca. 60° zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet ist und dass die sedimentierfähigen Inhaltsstoffe während des Sedimentierens auf die Kanalwände treffen und gegebenenfalls entlang den Kanalwänden im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung abgleiten.
  30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid unter Einhaltung einer Reynoldszahl von ca. 500 bis ca. 2000 durch die Strömungskanäle der Wabenkörper durchgeleitet wird.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trennbecken mehrere Wabenkörper angeordnet werden, wobei die Wabenkörper im Wesentlichen dieselbe Form aufweisen, und dass die Wabenkörper gegebenenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden sind oder dass die Wabenkörper lose mit einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander in einer Halterung gehalten sind.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Verfahren zum Abtrennen von sedimentierfähigen Inhaltsstoffen in Wasser ist und dass es im Anschluss an ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27 durchgeführt wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser und/oder Fluid Hilfsstoffe, insbesondere Flockungsmittel und/oder Stoffwechselunterstützungsmittel, zugesetzt werden.
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