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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus Wasser oder anderen Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung einen Reaktionsraum und mindestens einen Anschluss zum Zuführen und/oder Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus dem Reaktionsraum aufweist, sodass die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff im Reaktionsraum reagierbar und/oder aus der Flüssigkeit entfernbar sind.
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Die Entfernung von Mikroschadstoffen, wie beispielsweise Medikamentenrückstände und/oder schwer abbaubare organische Stoffe, stellen ein erhebliches Problem bei der Regenerierung oder Reinigung von Flüssigkeiten im Allgemeinen, besonders aber in der Trinkwasser-, Abwasser- und industriellen Wasseraufbereitung sowie bei der Wasserwiederverwendung dar. Um bestehende und zukünftige Grenz- und Richtwerte einzuhalten, sind verschiedene Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen und insbesondere Mikroschadstoffen bekannt. Hierzu wird beispielsweise die Membranfiltration mit reaktiven Prozessen, beispielsweise an partikulären oder immobilisierten Feststoffflächen, kombiniert. Dabei können reaktive Feststoffe, wie beispielsweise Absorber, Ionenaustauscher, Katalysatoren und ähnliche, in eine Membranfilterschicht selbst oder den Permeatraum des Membransystems eingebaut und/oder immobilisiert sein.
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Nachteilig ist, dass diese immobilisierten reaktiven Feststoffe im Laufe der Betriebszeit verbraucht werden und/oder sich erschöpfen, sodass die Entfernung von Mikroschadstoffen mit zunehmender Betriebszeit abnimmt. Zudem ist eine Regeneration der Eigenschaften der reaktiven Feststoffe in situ im immobilisierten Zustand nur in begrenztem Umfang oder überhaupt nicht wirtschaftlich möglich.
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Allgemein lässt sich eine Regeneration eines Reaktivstoffs in einem Membransystem nur mit sehr hohem Aufwand und hohen Kosten durchführen. Bei einigen Verfahren, wie beispielsweise dem Membranbelebungsverfahren, bei dem der Reaktivstoff direkt in die biologische Belebungsstufe eingebracht wird, ist eine Regeneration des Reaktivstoffes nur sehr schwer in situ möglich, da dieser von Bakterien bewachsen ist.
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Falls eine in situ-Regeneration eines Reaktivstoffes innerhalb eines Membransystems überhaupt möglich ist, so können die Regenerationsvorgänge nicht beliebig oft wiederholt werden, da es durch die Regenerationsvorgänge zur Schädigung der Langzeitstabilität des Membransystems kommen kann. So muss die Regeneration bei einigen Reaktivstoffen bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt werden, welche die im Membransystem verwendete Membran nicht aushält und dadurch geschädigt wird.
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Prinzipiell kann einem Membransystem als erste Behandlungsstufe auch eine Entfernung von Mikroschadstoffen als nachgeschaltete Behandlungsstufe nachgestellt werden. Hierzu kann beispielsweise der Membranfiltration eine Aktivkohleadsorberkolonne nachgeschaltet werden, über welche das Permeat der Membranfiltration geleitet wird. Nachteilig hierbei ist jedoch das aufwändige mehrstufige Verfahren, die größere Baugröße aufgrund getrennter Behandlungsstufen und die verfahrenstechnische Abstimmung der einzelnen Behandlungsstufen zueinander.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus Wasser mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.
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Somit ist mittels der Vorrichtung eine Entfernung von Mikroschadstoffen durch einen, insbesondere fluiden, Reaktivstoffe aus verunreinigten Flüssigkeiten, respektive verschmutztem Wasser in einem Reaktionsraum ermöglicht, wobei der Reaktionsraum zwischen einer ersten Membran und einer zweiten Membran ausgebildet ist. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um eine anorganische und/oder organische Flüssigkeit, um Fruchtsaft und/oder Wasser handeln. Es ist besonders vorteilhaft, dass die erste Membran als Einlauf der Rohflüssigkeit mit den enthaltenen Mikroschadstoffen in den Reaktionsraum ausgebildet ist, wodurch die Rohflüssigkeit vorfiltriert wird und anschließend die Mikroschadstoffe mit dem im Reaktionsraum vorliegenden Reaktivstoff oder -stoffen reagieren und/oder aus der vorfiltrierten Rohflüssigkeit entfernt werden.
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Bevorzugt wird hierbei der separate Reaktionsraum zwischen den beiden Membranen, (wahlweise Mikro-, Ultra- oder Nanofiltrationsmembranen mit angepasster Porengröße/Selektivität), mit dem Reaktivstoff oder den Reaktivstoffen durchströmt, sodass der Reaktivstoff oder die Reaktivstoffe kontinuierlich ersetzt und/oder zusammen mit den gebildeten Reaktionsprodukten kontinuierlich entnommen werden kann oder können. Dadurch wird gleichzeitig eine in situ-Regeneration ermöglicht.
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Folglich wird eine einstufige Vorrichtung als Kombination eines Membransystems mit einem Behandlungsschritt mittels eines Reaktivstoffes bereitgestellt, welche eine ständige Erneuerung des Reaktivstoffes und/oder eine Ableitung der zwischen den Mikroschadstoffen und des Reaktivstoffes gebildeten Reaktionsproduktes erlaubt. Dazu weist der separate, abgegrenzte Reaktionsraum mindestens einen separaten hydraulischen Anschluss nach außen auf, um die Reaktivstoffe und/oder die Reaktionsprodukte separat von Feed und Permeat der Membranen zu- und/oder abzuführen. Bevorzugt weist der separate Reaktionsraum zwei Anschlüsse auf, sodass eine kontinuierliche Durchströmung des Reaktionsraums sowie eine Be- und/oder Entladung des Reaktionsraumes mit frischen und/oder verbrauchten Reaktivstoff ermöglicht ist.
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Somit wird ein einstufiges, modulares Membranfiltrationssystem mit integrierter Behandlung von Mikroschadstoffen mittels Reaktivstoff bereitgestellt.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass die Vorrichtung als kompakte zweistufige Membranfiltration mit integriertem, zwischengeschaltetem physikalischen und/oder chemischen Reaktionsraum ausgebildet ist und eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Be- und/oder Entladung des Reaktionsraums ermöglicht ist. Dadurch, dass die beiden Filtermembranen direkt den Zulauf und den Ablauf des Reaktionsraumes ausbilden, stellt die Vorrichtung eine kompakte, alleinige Behandlungsstufe dar.
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Die Art der ersten Membran und der zweiten Membran und damit die jeweiligen Eigenschaften, wie Porengröße, Trennschnitt und/oder Material, beispielsweise Keramikmembran oder polymere Membran, werden je nach Eigenschaften der zu entfernenden Mikroschadstoffe und eingesetzten Reaktivstoffe sowie der Rohflüssigkeitsqualität gewählt. Bevorzugt weist die erste Membran eine größere Porengröße als die zweite Membran auf und garantiert dadurch einen Kontakt der Reaktivstoffe mit im Wesentlichen partikelfreier Rohflüssigkeit, sodass die Reaktion der Reaktivstoffe im Reaktionsraum spezifisch mit den Mikroschadstoffen erfolgt. Es sind aber auch umgekehrte Fälle möglich, bei denen die Feinfiltration zuerst erfolgen muss, während die zur Reaktion bereitgestellten Reaktionsmittel gröber strukturiert sind und demzufolge nur eine grobporigere zweite Membran erfordern.
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Bevorzugt ist die Porengröße der ersten Membran derart gewählt, dass die Rohflüssigkeit mit einem Druck von circa 2-8 Bar in den Reaktionsraum einströmt. Dagegen weist die zweite Membran eine geringere Porengröße als die erste Membran auf, beispielsweise bei Ausgestaltung als Ultrafiltration eine Porengröße von kleiner dem Durchmesser der Reaktivstoffe entsprechend einer Molekülmasse von etwa 10-30 kDa auf. Dadurch wird ein Austritt der Reaktivstoffe durch die zweite Membran ins Permeat und somit ein Verlust der Reaktivstoffe verhindert und aufgrund des Rückhalts der Reaktivstoffe im Reaktionsraum eine Kreislaufführung und gezielte Regeneration ermöglicht.
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Unter dieser Bedingung der Porengrößenabstufung können prinzipiell die Membrantypen Mikro-, Ultra- und Nanofiltrationsmembran als einsetzbar angesehen werden.
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Bevorzugt sind die erste Membran und die zweite Membran gegenüberliegend an je zwei gegenüberliegenden Seiten des Reaktionsraums angeordnet. Bevorzugt nehmen die erste Membran und/oder die zweite Membran flächig teilweise oder vollständig eine Seite und/oder Wand des Reaktionsraums ein. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die erste Membran und die zweite Membran direkt Wände, insbesondere gegenüberliegende Wände, des Reaktionsraumes ausbilden, sodass ein einfacher Aufbau und eine kompakte Baugröße realisierbar sind.
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Hierbei können die erste Membran und/oder die zweite Membran durch entsprechende Trägermaterialien für einen kompakten Doppelmembran-Aufbau und zur Ausbildung des dazwischen angeordneten Reaktionsraumes gehalten sein. Bevorzugt kann der Reaktionsraum mehrlagig beispielsweise unter Verwendung von Textilmaterial oder andere offenporige, leicht durchströmbare Materialien ausgebildet sein.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Strömungsrichtung der Reaktivstoffe im Wesentlichen quer zu einer Einström- und/oder Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die erste und/oder zweite Membran ist. Somit kann das Einströmen der Rohflüssigkeit durch die erste Membran und das Ausströmen der behandelten Flüssigkeit durch die zweite Membran auf der gegenüberliegenden Seite zur ersten Membran in derselben Richtung erfolgen. Beispielweise erfolgt bei einer rechteckigen Ausführung des Reaktionsraums dann das Einströmen und Ausströmen der Reaktivstoffe quer zur Einström- und Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die Membranen auf den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Reaktionsraumes. Durch eine geeignete Strömungsführung und Betriebseinstellung, kann dadurch verhindert werden, dass ein Ausströmen der Reaktivstoffe entgegen der Einströmrichtung in die Rohflüssigkeit erfolgt. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Diffusionsstrom der Reaktivstoffe kleiner als der Konvektionsstrom der zu behandelnden Flüssigkeit ist. Zudem kann auch durch eine Optimierung der Größe und/oder Partikelgröße der Reaktivstoffe sowie der gebildeten Reaktionsprodukte ein Auftreten von Fehlströmen verhindert oder ausgeschlossen werden.
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Prinzipiell können die erste Membran und die zweite Membran in jeglicher Form ausgestaltet sein, beispielsweise als Platten-, Kissen-, Rohr-, Kapillar- und/oder Wickelmembran. Somit ist neben einer planaren Anordnung der ersten und der zweiten Membran, beispielsweise in Parallelplatten-Ausführung, auch eine gewickelte Ausführung realisierbar. Aufgrund der Druckverhältnisse kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die erste Membran und die zweite Membran ausgebildet als doppelte Membrantaschen gewickelt in einem Druckrohr und/oder -modul anzuordnen. Ebenso können jeweils mehrere Wickel aus jeweils der ersten Membran und der zweiten Membran in einer Rohr- oder Kapillar-Modulausführung in einem Druckmodul und/oder Druckreaktor angeordnet sein.
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Zudem kann der Reaktionsraum als Batch-Reaktor ausgeführt sein, wobei nach einmaliger Beladung des Reaktionsraums mit Reaktivstoff über den Anschluss anschließend der Reaktivstoff und die sich bildenden Reaktionsprodukte im Kreislauf zur annähernden vollständigen Durchmischung durch den Reaktionsraum gefördert werden oder der Reaktionsraum beispielsweise mittels eines Rührers vollständig durchmischt wird, sodass sich die Konzentration der Mikroschadstoffe sowie der gebildeten Reaktionsprodukte über die Zeit innerhalb des Reaktionsraumes ändern. Ebenso kann der Reaktionsraum als kontinuierlich durchströmter Reaktor ausgebildet sein, mit einem kontinuierlichen Zustrom an Reaktivstoff und Abstrom an Reaktivstoff und/oder gebildetem Reaktionsprodukten, sodass annähernd konstante Konzentrationen über die Zeit vorliegen. Hierzu weist der Reaktionsraum insbesondere zwei Anschlüsse zum Zuführen und Abführen der Reaktivstoffe und somit kontinuierlichen Durchströmen des Reaktionsraumes auf. Folglich können bei kontinuierlicher Durchströmung entsprechend kontinuierlich die verbrauchten Reaktivstoffe ersetzt und ebenso die entstandenen Reaktionsprodukte kontinuierlich entnommen und einer Regeneration und/oder weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
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Im Falle einer Kreislaufführung als Batch-Reaktor und/oder als kontinuierlich durchströmter Reaktor kann eine in situ-Regenerierung der Reaktivstoffe mittels einer Regeneriereinrichtung realisiert werden. Folglich kann in einfacher Weise und mit geringem Aufwand eine Regeneration der sich in dem separaten Reaktionsraum befindenden Reaktivstoffe realisiert werden. Beispielsweise kann bei einer geschlossenen Kreislaufführung der Flüssigkeit und speziell von Wasser im Reaktionsraum eine Regeneration der Reaktivstoffe mittels UV-Bestrahlung erfolgen.
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Prinzipiell kann der Reaktivstoff oder können die Reaktivstoffe jeglichen Aggregatzustand, wie fest, flüssig und/oder gasförmig, aufweisen. Bei einem gasförmigen Reaktivstoff kann beispielsweise durch eine Oxidationsreaktion mit den Mikroschadstoffen eine Flockung und somit eine Zusammenlagerung der Mikroschadstoffe bewirkt werden. Bevorzugt handeln es sich bei den Reaktivstoffen um einen gelösten und/oder festen Stoff. Die Art des Reaktivstoffes, wie beispielsweise Oxidationsmittel, Adsorptionsmittel und/oder Ionenaustauscher, gibt die Art der Reaktion des Reaktivstoffes mit den Mikroschadstoffen und somit der Entfernung vor. Somit kann es sich bei der Reaktion der Reaktivstoffe mit den Mikroschadstoffen beispielsweise um eine Oxidations-, Adsorptions-, Fällungs-, , Koagulations-, Flockungs-, Ionenaustauscher- und/oder um eine katalytische Reaktion handeln. Ebenso kann es sich bei dem Reaktivstoff um einen biogenen Stoff handeln, beispielsweise um mittels Pilz- und/oder Bakterienkultur hergestellte Enzyme oder ein biotechnologisches Produkt.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine stark schematische Darstellung eines Grundprinzips einer Membranreaktivvorrichtung,
- 2 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes einer Ausführungsform der Membranreaktivvorrichtung,
- 3 eine stark schematische dreidimensionale Darstellung eines Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors,
- 4 einen Querschnitt durch ein Rohrelement des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors aus 3,
- 5 einen vertikalen Schnitt durch ein Membranreaktiv-Parallelplattenmodul als Ausschnitt,
- 6 einen Schnitt durch das Membranreaktiv-Parallelplattenmodul in Draufsicht,
- 7 einen stark schematischen Querschnitt durch ein Membranreaktiv-Wickelmodul im ungewickelten Zustand,
- 8 eine stark schematische vertikale Schnittdarstellung des Membranreaktiv-Wickelmoduls im ungewickelten Zustand,
- 9 einen stark schematischen Querschnitt durch eine Alternative eines Membranreaktiv-Wickelmoduls im ungewickelten Zustand, und
- 10 eine stark schematische vertikale Schnittdarstellung der Alternative des Membranreaktiv-Wickelmoduls im ungewickelten Zustand.
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Eine Membranreaktivvorrichtung 101 weist eine grobporige UF-Membran 105 und eine feinporige UF-Membran 107 auf. Zwischen der grobporigen UF-Membran 105 und der feinporigen UF-Membran 107 ist ein Reaktionsraum 103 ausgebildet. Ein Rohflüssigkeitsstrom 109 enthaltend Mikroschadstoffe 119 tritt durch die grobporige UF-Membran 105 unter einer Druckdifferenz von ca. 1 Bar Transmembrandruck in den Reaktionsraum 103 ein, wobei nicht gezeigte partikuläre Stoffe von der grobporigen UF-Membran 105 zurückgehalten werden, sodass eine vorfiltrierte Rohflüssigkeit 111 im Reaktionsraum 103 vorliegt. Eine Porengröße der grobporigen UF-Membran 105 ist derart gewählt, dass die Mikroschadstoffe 119, bei denen es sich u.a. um Arzneimittelrückstände handelt, die grobporige UF-Membran 105 passieren und in den Reaktionsraum 103 eintreten (siehe 1).
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Quer zum Rohflüssigkeitsstrom 109 ist eine Strömungsrichtung 117 von Reaktivstoffen 115 ausgerichtet, welche über einen in 1 nicht gezeigten Anschluss in den Reaktionsraum 103 eingebracht wurden und über eine nicht gezeigte Pumpe im Kreislauf durch den Reaktionsraum 103 in Strömungsrichtung 117 gefördert werden. Bei den Reaktivstoffen 115 handelt es sich um feinste Pulveraktivkohlepartikel, an welcher die Mikroschadstoffe 119 adsorbieren. Aufgrund des kontinuierlichen Rohflüssigkeitsstroms 109 wird die im Reaktionsraum 103 behandelte Flüssigkeit unter einem Druck von ca. 6 Bar Transmembrandruck über der feinporigeren UF-Membran 107 kontinuierlich durch diese feinporige UF-Membran 107 gedrückt und somit weiter feinfiltriert, sodass ein Filtratstrom 113 aus der feinporigen UF-Membran 107 austritt. Hierbei sind der Rohflüssigkeitsstrom 109 und der Filtratstrom 113 aufgrund der gegenüberliegend angeordneten grobporigen UF-Membran 105 und der feinporigen UF-Membran 107 des Reaktionsraums 103 in eine gleiche Richtung ausgerichtet, während die Strömungsrichtung 117 der Reaktivstoffe 115 quer zum Rohwasserstrom 109 und Filtratstrom 113 ausgerichtet ist.
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In einer von mehreren möglichen Ausführungsformen ist eine Membranreaktivvorrichtung 201 als Doppelmembranaufbau ausgeführt. Hierbei ist eine feinporige UF-Membran 207 in Rohrform, aus welcher beidseitig ein Permeatstrom 213 aus einer zweiten Drainage 227 (Permeatraum) austritt, von einer grobporigen flächigen UF-Membran 205 umgeben. Zwischen der grobporigen UF-Membran 205 und der feinporigen UF-Membran 207 ist der Reaktionsraum als erste Drainage 203 ausgeführt. Die jeweils mittels der grobporigen UF-Membran 205 vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 wird entsprechend einer Strömungsrichtung 217 der Reaktivstoffe im Kreislauf durch die beidseitige erste Drainage 203 (Reaktionsraum) geführt. Die 2 zeigt lediglich einen Ausschnitt der Membranreaktivvorrichtung 201, sodass die Kreislaufverbindung zur Durchströmung der beidseitigen ersten Drainage 203 in der 2 nicht gezeigt ist.
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Auf einer Rohflüssigkeitsseite der grobporigen UF-Membran 205 ist jeweils ein Feedraum 221 mit einem ersten Rührer 223 und einem zweiten Rührer 225 angeordnet. Mittels des ersten Rührers 223 und des zweiten Rührer 225 strömt ein Rohwasser im Feedraum 221 optimal die grobporige UF-Membran 205 von außen an und von der grobporigen UF-Membran 205 im Feedraum 221 zurückgehaltene Partikel können sich nicht vor der grobporigen UF-Membran 205 anreichern und zu einer unerwünschten Kuchenbildung der Partikel führen. Die durch die grobporige UF-Membran 205 vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 tritt in die erste Drainage 203 (Reaktionsraum) ein und dort mit den nicht gezeigten Reaktivstoffen in Kontakt, wobei die feinsten Pulveraktivkohlpartikel als Reaktivstoffe mit den in der vorfiltrierten Rohflüssigkeit enthaltenen Mikroschadstoffen reagieren. Die mit den Mikroschadstoffen beladenen Reaktivstoffe werden entsprechend der Strömungsrichtung 217 der Reaktivstoffe im Kreislauf durch die erste Drainage 203 geführt. Die vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 tritt aufgrund eines Transmembran-Druckes von ca. 6 Bar über der feinporigen UF-Membran 207 in der ersten Drainage 203 durch diese feinporige UF-Membran 207 in die zweite Drainage 227 (Permeatraum) und verlässt beidseitig als Permeatstrom 213 die zweite Drainage 227. Hierbei weist die feinporige UF-Membran 207 eine Porengröße entsprechend 15 kDa auf, sodass die feinsten Pulveraktivkohlepartikel als Reaktivstoffe nicht durch die feinporige UF-Membran 207 hindurchtreten können, sondern in der ersten Drainage 203 und somit im Kreislauf verbleiben.
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Somit wird mittels der Membranreaktivvorrichtung 201 ein Doppelmembransystem mit unterschiedlicher Porengröße und zweifacher Filtration bereitgestellt, in welchem ein zwischengeschalteter Reaktionsraum zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels Reaktivstoffen integriert ist. Folglich ist in einer einzigen Behandlungsstufe sowohl eine zweistufige Filtration als auch eine weitergehende Aufreinigung zur Entfernung von Mikroschadstoffen realisiert.
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In einer Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 ausgestaltet. Der Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 weist innenliegend eine Vielzahl von Rohrmembranen 306 auf (in 3 sind nur schematisch drei Rohrmembranen 306 gezeigt). Jede Rohrmembran 306 weist innen ein Rohr 302 mit einer umgebende UF-Membran 305 auf. Die UF-Membran 305 ist von einer UF-Drainage 303, welche den Reaktionsraum ausbildet, umgeben. Die UF-Drainage 303 ist wiederum von der NF-Membran 307 umgeben, welche außenliegend von der NF-Drainage 327 abgeschlossen wird. Somit wird jede Rohrmembran 306 mit Rohwasser von innen nach außen durchströmt.
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Im oberen Teil des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors 301 sind die Rohre 302 in einer Vergussebene 335 der UF eingegossen. Ebenso umgibt eine zweite untere Vergussebene 335 die Rohre 302 im unteren Teil des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors 301. Dadurch kann ein Rohflüssigkeitsstrom über eine umliegende Feedzufuhr 309 oben am Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 nur durch das Innere des jeweiligen Rohrs 302 fließen, da eine umgebende Wand des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors 301 innenliegend zusammen mit der Vergussebene 335 der UF einen Feedraum 321 ausbilden. Die Rohrflüssigkeit tritt von innen aus den Rohren 302 durch die umgebenden UF-Membran 305 und kommt somit als vorfiltrierte Rohflüssigkeit 311 in einen Raum, welcher durch die Unterseite der Vergussebene 335 der UF und der Oberseite einer oberen Vergussebene 337 der NF ausgebildet wird, und in der UF-Drainage 303 mit den Reaktivstoffen in Kontakt, welche über den Zufluss 331 in den Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 reingepumpt werden. Aufgrund der oberen Vergussebene 337 der NF kann das Gemisch aus vorfiltrierter Rohflüssigkeit 311 und den Reaktivstoffen nur in einer Strömungsrichtung 317 entlang einer Längsrichtung der UF-Drainage 303 fließen und dabei miteinander reagieren. Die Reaktivstoffe werden von der NF-Membran 307 zurückgehalten und verlassen einen Raum, welcher zwischen einer Unterseite der unteren Vergussebene 335 der UF und einer Oberseite einer unteren Vergussebene 337 der NF ausgebildet ist, über einen Abfluss 333 der Reaktivstoffe den Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301.
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Die Rohflüssigkeit tritt unterseitig nach der unteren Vergussebene 335 der UF aus dem Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 über einen Feedabfluss 310 aus. Die vorfiltrierte Rohflüssigkeit 311 wird mittels der NF-Membran 307 weiter filtriert und ein gebildetes Permeat tritt durch die NF-Drainage 327 in den Permeatraum 329 zwischen der oberen und der unteren Vergussebene 337 der NF ein und wird über einen Permeatfluss 313 abgeführt.
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In einer weiteren Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv-Parallelplattenmodul 401 ausgestaltet (5 zeigt zwei übereinanderliegende Parallelplattenmodule). Hierbei ist innenliegend eine NF-Drainage 427 von einer NF-Membran 407 und die NF-Membran 407 wiederum von einer UF-Drainage 403 als Reaktionsraum und außen von der UF-Membran 405 umgeben, sodass ein Plattenmodul ausgebildet ist, welches mit Rohflüssigkeit von außen nach innen durchströmt wird. Die NF-Membran 407 ist jeweils endständig in einer Vergussebene 437 der NF vergossen und die jeweilige NF-Drainage 427 mit einem Permeatabfluss 413 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite ist jeweils die UF-Drainage 403 mit einem Zufluss 431 der Reaktivstoffe verbunden und die UF-Membran 405 ist endständig in einer Vergussebene 435 der UF vergossen. Die einzelnen Plattenmodule sind durch Abstandshalter 441 voneinander getrennt, wobei zwischen den Abstandshaltern 441 Strömungskanäle für den Feed-Zufluss und Abfluss ausgebildet sind.
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Das Membranreaktiv-Parallelplattenmodul 401 weist umlaufend einen Vergussring 439 auf (siehe 6), in welchen eine Feedzufuhr 409 und ein Feedabfluss 410 eingebettet sind. Der Zufluss 431 der Reaktivstoffe erfolgt endständig durch Rohre in die UF-Drainage 405 und der Abfluss 433 der Reaktivstoffe ebenfalls endständig im Bereich der Vergussebene 435 aufgrund einer entsprechenden Strömungsführung entlang der jeweiligen Plattenmembran. Gegenüberliegend sind endständig im Bereich der Vergussebene 437 der NF mehrere Rohre für den Permeatabfluss 413 angeordnet. Die Membranfiltration mittels der UF-Membran 405, die Reaktion mit den Reaktivstoffen in der UF-Drainage 403 und die weitere Feinfiltration mittels der NF-Membran 407 erfolgt analog wie oben beschrieben.
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In einer weiteren Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv-Druckrohr (Wickelmodul) 501 ausgebildet. Das Membranreaktiv-Druckrohr 501 weist mittig ein perforiertes Zentralrohr 545 auf. Die NF-Membran 507 ist jeweils als Membrantasche getragen durch einen innenliegenden Permeatspacer 543 ausgebildet, wobei jeder Permeatspacer 543 mit dem perforierten Zentralrohr 545 fluidtechnisch verbunden ist. Jede UF-Membran 505 ist ebenfalls als Membrantasche mit einem innenliegend Feedspacer 541 ausgebildet und gleichmäßig ohne Kontakt um das Zentralrohr 545 angeordnet. Jede UF-Membran 505 wird von innen nach außen durchströmt. Um jede UF-Membran 505 ist beidseitig jeweils ein Reaktionsraum-Spacer 547 angeordnet (siehe 7). Die Taschen der UF-Membranen 505 sind beidseitig in einer oberen Vergussebene 535 und einer unteren Vergussebene 537 eingegossen und durchstoßen die obere Vergussebene 535 nach oben zur Feedzufuhr 509 hin und nach unten zum Feedabfluss 510 hin, wobei die Taschen der UF-Membranen 505 auf diesen beiden durchstoßenden Seiten offen sind. Die Taschen der NF-Membranen 507 sind rundherum verschlossen und enden zur Fixierung in der oberen Vergussebene 535 und der unteren Vergussebene 537 (siehe 8).
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Das Rohwasser tritt durch eine Feedzufuhr 509 in das Membranreaktiv-Druckrohr 501 ein, fließt durch die jeweiligen Feedspacer 541 und wird durch UF-Membranen 505 vorfiltriert. Das vorfiltrierte Rohwasser 511 gelangt in einem Raum zwischen der oberen Vergussebene 535 und der unteren Vergussebene 537 in Kontakt mit den Reaktivstoffen, welche über den Zufluss 531 dem Membranreaktiv-Druckrohr 501 zugeführt werden und diesen über den Abfluss 533 wieder verlassen. Die Reaktivstoffe werden wie oben beschrieben durch die NF-Membranen 507 zurückgehalten, während das Permeat durch die NF-Membranen 507 durchtritt und durch die Permeatspacer 543 in das perforierte Zentralrohr 545 gelangen, aus welchem das Permeat über den Permeatfluss 513 beidseitig des Zentralrohrs 545 das Membranreaktiv-Druckrohr 501 verlässt. Die zweistufige Filtration und die Reaktion mit den Reaktivstoffen erfolgen analog wie oben beschrieben.
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In einer weiteren Alternative des als Wickelmodul ausgebildeten Membranreaktiv-Druckrohres 601 ist eine NF-Membran 607 jeweils ausgebildet als Membrantasche mit innenliegenden Permeatspacern 643 ebenfalls direkt an einem perforierten Zentralrohr 645 angeordnet. Die Membrantasche der NF-Membran 607 wird hier jedoch komplett von einer UF-Membran 605 mit dazwischenliegenden Reaktionsraum-Spacern 647 umhüllt (9). Die Membrantaschen der außen angeordneten UF-Membranen 605 sind durch dazwischen angeordnete Feedspacer 641 jeweils voneinander getrennt.
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Die UF-Membran 605 durchstößt mit den Reaktionsraum-Spacern 647 sowohl eine obere Vergussebene 635 als auch eine untere Vergussebene 537 (10). Dementsprechend ist die UF-Membran 605 jeweils an diesen Seiten oberhalb der oberen Vergusseben 635 und unterhalb der unteren Vergussebene 637 offen, sodass über den Zufluss 631 Reaktivstoffe in den Innenraum zwischen UF-Membran 605 und NF-Membran 607 getragen durch die Reaktionsraum-Spacer 647 hineinfließen und über einen Abfluss 633 für die Reaktivstoffe aus dem Membranreaktiv-Druckrohr 601 hinausfließen. Die Membrantaschen der jeweiligen NF-Membran 607 sind rundum geschlossen in der oberen Vergussebene 635 und der unteren Vergussebene 637 vergossen und somit fixiert.
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Das Rohwasser mit Mikroschadstoffen tritt in dieser Ausführungsform seitlich über eine Feedzufuhr 609 in das Membranreaktiv-Druckrohr 601 ein und trifft auf die Außenseite der UF-Membran 605. Somit wird die jeweilige UF-Membran 605 von außen nach innen durchströmt und das vorfiltrierte Rohwasser liegt im Raum zwischen der UF-Membran 605 und der NF-Membran 607 getragen durch die Reaktionsraum-Spacer 647 vor, zu welchem wie oben beschrieben die Reaktivstoffe zugeführt werden. Aus diesem Raum zwischen der UF-Membran 605 und der NF-Membran 607 tritt das Permeat durch die innenliegende NF-Membran 607 und wird über die Permeatspacer 634 zum perforierten Zentralrohr 645 und durch dieses beidseitig zum Permeatfluss 613 abgeführt, während die mit Mikroschadstoffen beladenen Reaktivstoffe das Membranreaktiv-Druckrohr 601 über den Abfluss 633 verlassen. Hierbei erfolgt die zweistufige Filtration und die Reaktion mit den Reaktivstoffen analog wie oben beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Membranreaktivvorrichtung
- 103
- Reaktionsraum
- 105
- grobporige UF-Membran
- 107
- feinporige UF-Membran
- 109
- Rohflüssigkeitsstrom
- 111
- vorfiltriertes Rohwasser
- 113
- Filtratstrom
- 115
- Reaktivstoffe
- 117
- Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
- 119
- Mikroschadstoffe
- 201
- Membranreaktivvorrichtung
- 203
- erste Drainage (Reaktionsraum)
- 205
- grobporige UF-Membran
- 207
- feinporige UF-Membran
- 211
- vorfiltrierte Rohflüssigkeit
- 213
- Permeatstrom
- 217
- Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
- 221
- Feedraum
- 223
- erster Rührer
- 225
- zweiter Rührer
- 227
- zweite Drainage (Permeatraum)
- 301
- Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor
- 302
- Rohr
- 303
- UF-Drainage (Reaktionsraum)
- 305
- UF-Membran
- 307
- NF-Membran
- 306
- Rohrmembran
- 309
- Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
- 310
- Feedabfluss
- 311
- vorfiltrierte Rohflüsigkeit
- 313
- Permeatabfluss
- 317
- Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
- 321
- Feedraum
- 327
- NF-Drainage
- 329
- Permeatraum
- 331
- Zufluss Reaktivstoffe
- 333
- Abfluss Reaktivstoffe
- 335
- Vergussebene UF
- 337
- Vergussebene NF
- 401
- Membranreaktiv-Parallelplattenmodul
- 403
- UF-Drainage (Reaktionsraum)
- 405
- UF-Membran
- 407
- NF-Membran
- 409
- Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
- 410
- Feedabfluss
- 413
- Permeatabfluss
- 427
- NF-Drainage
- 431
- Zufluss Reaktivstoffe
- 433
- Abfluss Reaktivstoffe
- 435
- Vergussebene UF
- 437
- Vergussebene NF
- 439
- Vergussring
- 441
- Abstandshalter
- 501
- Membranreaktiv-Druckrohr
- 505
- UF-Membran
- 507
- NF-Membran
- 509
- Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
- 510
- Feedabfluss
- 511
- vorfiltrierte Rohwasser
- 513
- Permeatabfluss
- 531
- Zufluss Reaktivstoffe
- 533
- Abfluss Reaktivstoffe
- 535
- Vergussebene
- 537
- Vergussebene
- 541
- Feedspacer
- 543
- Permeatspacer
- 545
- Zentralrohr
- 547
- Reaktionsraum-Spacer
- 601
- Membranreaktiv-Druckrohr
- 605
- UF-Membran
- 607
- NF-Membran
- 609
- Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
- 610
- Feedabfluss
- 613
- Permeatabfluss
- 631
- Zufluss Reaktivstoffe
- 633
- Abfluss Reaktivstoffe
- 635
- Vergussebene
- 637
- Vergussebene
- 641
- Feedspacer
- 643
- Permeatspacer
- 645
- Zentralrohr
- 647
- Reaktionsraum-Spacer
