DE112010000428B4 - Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls - Google Patents

Abstract

Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls, bestehend aus einer Wassereintrittsscheibe, einer Wasseraustrittsscheibe und einer Drehscheibe, bei dem – die Wasseraustrittsscheibe auf einer Drehwelle der Drehscheibe aufgesetzt und gemeinsam mit dieser in einem Innenraum der Wassereintrittsscheibe angebracht ist, – an der Wassereintrittsscheibe L Wassereinlassstutzen angebracht sind, wobei die am nächsten benachbarten Wassereinlassstutzen einen Mittelpunktswinkel von – (L-1)360°L(m+1) und die übrigen benachbarten Wassereinlassstutzen jeweils einen Mittelpunktswinkel von – (L-1)360°L(m+1) ]}/(L – 1) einschließen, – sich in der Drehscheibe L bogenförmige Filterkanäle befinden, zwischen denen jeweils eine Unterbrechungswand angeordnet ist, so dass insgesamt L Unterbrechungswände vorhanden sind, – der bogenförmige Filterkanal eine Bogenlänge aufweist, die das m-fache der Länge der Unterbrechungswand beträgt, – an der Wasseraustrittsscheibe ein Wasserauslassstutzen angebracht ist, der mit einem ringförmigen Hohlraum der Wasseraustrittsscheibe verbunden ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuertechnik bei der Abwasserbehandlung mit Membranbioreaktoren, insbesondere auf ein Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls.
• Technischer Hintergrund
• Membranbioreaktoren wurden Ende des 20. Jahrhunderts entwickelt und stellen eines der leistungsfähigsten Abwasserregenerationsverfahren dar. Bei Membranbioreaktoren handelt es sich um eine Wasseraufbereitungsanlage, welche die Membrantrennungstechnik mit einem biologischen Reaktionsprozess kombiniert. Sie zeichnet sich durch geringen Raumbedarf, hohe Fest-Flüssig-Trennungsrate, hohe Belebtschlammkonzentration, große Abbauleistung, hohe Wassergüte, geringen Schlammanfall und unaufwändigen Betrieb aus.
• Membranbioreaktions-Bauelemente sind für intermittierenden Betrieb ausgelegt und werden in der Regel jeweils durch ein Elektro- oder Magnetventil gesteuert. Ein Membranbioreaktor besteht aus mehreren Membranbioreaktionsmodulen, die wiederum jeweils aus mehreren Membranbioreaktions-Bauelementen bestehen. So verfügt ein Membranbioreaktor über eine Vielzahl an Elektro- oder Magnetventilen. Fällt dabei eines dieser Elektro- oder Magnetventile aus, wird das Membranbioreaktormodul außer Betrieb gesetzt. Wegen der großen Anzahl der Elektro- oder Magnetventile ist eine hohe Ausfallrate zu erwarten.
• DE 44 43 091 C1 betrifft ein Trommelsieb mit einem im Verhältnis zur Breite der Mantelfläche größeren Durchmesser der Siebtrommel, wobei an den Stirnseiten der Siebtrommel Laufrollen angeordnet sind, deren Drehachsen parallel zur Drehachse der Siebtrommel verlaufen, und die sich in einer stationären ringförmigen Seitenführung bewegen.
• EP 1 568 662 B1 offenbart einen Membranbioreaktor zur Reinigung von insbesondere kommunalem Abwasser mit einem Belebungsbecken, in dem Schmutzstoffe durch aerobe Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen abbaubar sind, und wenigstens einer in einem Zulauf des Belebungsbeckens angeordneten Filtereinrichtung, wobei in dem Belebungsbecken wenigstens eine Membran zum Rückhalten der Mikroorganismen in dem Belebungsbecken angeordnet ist, wobei die Filtereinrichtung eine Mikrotrommelsiebmaschine als Feinsieb mit einer Maschenweite von 150 μm bis 350 μm aufweist, wobei die Mikrotrommelsiebmaschine eine antreibbare, mit mehreren Filterkörben versehene Trommel, in die ein Abwasserzulauf mündet, und ein mit dem Belebungsbecken verbundenes Ablaufbecken aufweist, und wobei der Mikrotrommelsiebmaschine eine Einrichtung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Reinigung der Mikrotrommelsiebmaschine mit Druckluft und/oder gesiebtem Abwasser als Spritzwasser zugeordnet ist.
• WO 03/002468 A1 betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Konzentration von Haaren, Schmutzstoffen oder faserförmigem Material in einem Abwasserbehandlungssystem, das einen Membranfilter aufweist, wobei das Verfahren umfasst: a) Leiten von Wasser, das behandelt werden soll, zu dem Abwasserbehandlungssystem, b) Entfernen eines Teils eines Mischfluids von dem Abwasserbehandlungssystem und Leiten des Mischfluids durch ein Sieb zum Entfernen von Haaren, Schmutzstoffen oder faserförmigen Materialien aus dem Mischfluid und c) Leiten des gesiebten Mischfluids zu dem Abwasserbehandlungssystem, wobei die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Mischfluids durch das Sieb nicht mehr als etwa 1,0 der durchschnittlichen vorgesehenen Strömungsgeschwindigkeit des Abwasserbehandlungssystems beträgt.
• Offenbarung der Erfindung
• Zum Überwinden der Nachteile im Stand der Technik schlägt die vorliegende Erfindung ein Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls vor, das aus einer Wassereintrittsscheibe, einer Wasseraustrittsscheibe und einer Drehscheibe besteht. An der Wassereintrittsscheibe sind mehrere Wassereinlassstutzen angebracht, die jeweils mit einem Membranbioreaktionsmodul verbunden sind. An der Wasseraustrittsscheibe befindet sich ein Wasserauslassstutzen, der über einen ringförmigen Hohlraum des Wasserauslassstutzen und einen Filterkanal der Drehscheibe in dynamischer Verbindung mit einigen Wassereinlassstutzen der Wassereintrittsscheibe steht. Außerdem ist der Wasserauslassstutzen mit einem Absaugsystem des Membranbioreaktors verbunden. In der Drehscheibe sind Filterkanäle und Unterbrechungswände angeordnet. Die Drehscheibe wird durch einen Elektromotor drehangetrieben, wobei stets einer der Kanäle keinen Wassereinlauf erlaubt und die übrigen Kanäle durchlässig bleiben. Dies findet alternierend statt, so dass ein intermittierender Betrieb des Membranbioreaktionsmoduls erzielt wird.
• Bei einem Membranbioreaktor mit L Membranbioreaktionsmodulen (Wassereinlasskanälen), die jeweils mit einem Zeitdauerverhältnis m (= Ganzzahl) von Absaugbetrieb zu Stillstand und einer Stillstanddauer von d Minuten betrieben werden, ist erfindungsgemäß ein Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls vorgesehen, das aus einer Wassereintrittsscheibe, einer Wasseraustrittsscheibe und einer Drehscheibe besteht. Dabei ist die Wasseraustrittsscheibe auf einer Drehwelle der Drehscheibe aufgesetzt und gemeinsam mit dieser in einem Innenraum der Wassereintrittsscheibe angebracht. An der Wassereintrittsscheibe sind L Wassereinlassstutzen angebracht, wobei die am nächsten benachbarten Wassereinlassstutzen einen Mittelpunktswinkel von α = 360° / L – (L-1)360° / L(m+1) und die übrigen benachbarten Wassereinlassstutzen jeweils einen Mittelpunktswinkel von β = {360° – [ 360° / L – (L-1)360° / L(m+1)]}/(L – 1) einschließen. In der Drehscheibe befinden sich L bogenförmige Filterkanäle, zwischen denen jeweils eine Unterbrechungswand angeordnet ist. Somit sind insgesamt L Unterbrechungswände vorhanden. Dabei weist der bogenförmige Filterkanal eine Bogenlänge auf, die das m-fache der Länge der Unterbrechungswand beträgt. An der Wasseraustrittsscheibe ist ein Wasserauslassstutzen angebracht, der mit einem ringförmigen Hohlraum der Wasseraustrittsscheibe verbunden ist. Zur Abdichtung ist zwischen Drehscheibe und Wassereintrittsscheibe bzw. Wasseraustrittsscheibe jeweils ein Dichtring vorgesehen.
• Die Drehscheibe wird durch einen Elektromotor drehangetrieben, wobei eine Umdrehung L(m + 1)d Minuten dauert. Bei L, m und d handelt es sich um positive Ganzzahlen. Um physikalisch sinnvoll zu sein, muss der Mittelpunktswinkel einen Wert größer als 0 aufweisen.
• Während des Betriebs ist alternierend jeweils nur einer der Kanäle gesperrt und die übrigen Kanäle bleiben durchlässig. Die Einlassdurchflussrate eines einzelnen Kanals beträgt Q und daher die gesamte Auslassdurchflussrate Q(L – 1).
• Der Querschnitt der Wassereinlass- und Wasserauslassstutzen sowie die Breite der bogenförmigen Filterkanäle der Drehscheibe sind nach dem betriebsmäßigen Durchfluss zu wählen. Die Wassereinlassstutzen weisen jeweils einen Durchströmquerschnitt von ≥ Q(m³/s) ÷ 0,6 m/s auf, während der Wasserauslassstutzen einen Durchströmquerschnitt von ≥ [Q(m³/s) ÷ 0,6 m/s] × (L – 1) aufweist. Die bogenförmigen Filterkanäle der Drehscheibe weisen jeweils eine Breite auf, die dem Durchströmdurchmesser der Wassereinlassstutzen entspricht.
• Die vorliegende Erfindung ist vorteilhafterweise einfach aufgebaut und ersetzt die aus dem Stand der Technik bekannten mehreren Elektro- oder Magnetventile durch ein einziges elektromechanisches Gerät. Dadurch kann ein Membranbioreaktor mit geringerer Ausfallrate und besserer Zuverlässigkeit betrieben werden.
• Darstellung der Abbildungen
• Dabei zeigen
• 1 eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung,
• 2 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 1,
• 3 eine Draufsicht einer Drehscheibe,
• 4 eine Draufsicht einer Wasseraustrittsscheibe und
• 5 eine Unteransicht der Wasseraustrittsscheibe.
• In der Zeichnung ist ein Programmsteuergerät zur Steuerung von vier Membranbioreaktionsmodulen jeweils mit einem Wasserdurchsatz von 2 m³/h dargestellt. Dieses Programmsteuergerät besteht aus einer Wassereintrittsscheibe 1, einer Wasseraustrittsscheibe 3 und einer Drehscheibe 2, wobei die Wasseraustrittsscheibe 3 auf einer Drehwelle 9 der Drehscheibe 2 aufgesetzt und gemeinsam mit dieser in einem Innenraum der Wassereintrittsscheibe 1 angebracht ist. An der Wassereintrittsscheibe 1 sind vier Wassereinlassstutzen 4 angebracht, während sich in der Drehscheibe vier bogenförmige Filterkanäle 7 befinden, zwischen denen jeweils eine Unterbrechungswand 8 angeordnet ist. Somit sind insgesamt vier Unterbrechungswände vorhanden. Dabei weit der bogenförmige Filterkanal eine Bogenlänge auf, die das 4-fache der Länge der Unterbrechungswand beträgt. An der Wasseraustrittsscheibe 3 ist ein Wasserauslassstutzen 5 angebracht, der mit einem ringförmigen Hohlraum 6 der Wasseraustrittsscheibe 3 verbunden ist. Zur Abdichtung ist zwischen Drehscheibe 1 und Wassereintrittsscheibe 2 bzw. Wasseraustrittsscheibe 3 jeweils ein Dichtring 10 vorgesehen.
• Jeweils nach einem 8 Minuten dauernden Absaugbetrieb kommt das Membranbioreaktormodul zum Stillstand, der 2 Minuten dauert. So gilt m = 8/2 = 4. Die Drehscheibe 2 wird von einem Elektromotor über die Drehwelle 9 drehangetrieben, wobei eine Umdrehung L(m + 1)d = 4 × (4 + 1) × 2 = 40 Minuten mit L = 4 und m = 4 dauert. Die am nächsten benachbarten Wassereinlassstutzen 4 schließen einen Mittelpunktswinkel von α = 360° / 4 – (4-1)360° / 4(4+1) = 36° ein, während die übrigen benachbarten Wassereinlassstutzen 4 jeweils einen Mittelpunktswinkel von β = {360° – [ 360° / 4 – (4-1)360° / 4(4+1)]}/(4 – 1) = 108° einschließen. Der Wasserauslassstutzen 5 ist mit dem Absaugsystem des Membranbioreaktors verbunden. Beim Betrieb des Membranbioreaktors wird die Drehscheibe 2 durch einen Elektromotor mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit drehangetrieben, wobei das gefilterte Wasser über die Wassereinlassstutzen 4, die bogenförmigen Filterkanäle 7 und die ringförmigen Hohlräume 6 der Wasseraustrittsscheibe 3 durch den Wasserauslassstutzen 5 ausströmt. Zu jeder Zeit ist einer der Kanäle gesperrt und die übrigen drei Kanäle bleiben mit einer Auslassdurchflussrate von 3 × 2 m³/h = 6 m³/h durchlässig.
• Die Wassereinlassstutzen 4 weisen jeweils einen Durchströmquerschnitt von ≥ 2 m³/s ÷ 3600 s/h ÷ 0,6 m/s ≥ 0,0009 m² und einen Durchströmdurchmesser von 35 mm auf, während der Wasserauslassstutzen 5 einen Durchströmquerschnitt von ≥ (2 m³/s ÷ 3600 s/h ÷ 0,6 m/s) × (4 – 1) ≥ 0,0027 m² und einen Durchströmdurchmesser von 60 mm aufweist. Die bogenförmigen Filterkanäle 7 weisen jeweils eine Breite auf, die dem Durchströmdurchmesser der Wassereinlassstutzen von 35 mm entspricht.
• Bezugszeichenliste

1

Wassereintrittsscheibe

2

Drehscheibe

3

Wasseraustrittsscheibe

4

Wassereinlassstutzen

5

Wasserauslassstutzen

6

Ringförmiger Hohlraum

7

Bogenförmiger Filterkanal

8

Unterbrechungswand

9

Drehwelle

10

Dichtring

Claims (2)

1. Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls, bestehend aus einer Wassereintrittsscheibe, einer Wasseraustrittsscheibe und einer Drehscheibe, bei dem – die Wasseraustrittsscheibe auf einer Drehwelle der Drehscheibe aufgesetzt und gemeinsam mit dieser in einem Innenraum der Wassereintrittsscheibe angebracht ist, – an der Wassereintrittsscheibe L Wassereinlassstutzen angebracht sind, wobei die am nächsten benachbarten Wassereinlassstutzen einen Mittelpunktswinkel von α = 360° / L – (L-1)360° / L(m+1) und die übrigen benachbarten Wassereinlassstutzen jeweils einen Mittelpunktswinkel von β = {360° – [ 360° / L – (L-1)360° / L(m+1)]}/(L – 1) einschließen, – sich in der Drehscheibe L bogenförmige Filterkanäle befinden, zwischen denen jeweils eine Unterbrechungswand angeordnet ist, so dass insgesamt L Unterbrechungswände vorhanden sind, – der bogenförmige Filterkanal eine Bogenlänge aufweist, die das m-fache der Länge der Unterbrechungswand beträgt, – an der Wasseraustrittsscheibe ein Wasserauslassstutzen angebracht ist, der mit einem ringförmigen Hohlraum der Wasseraustrittsscheibe verbunden ist.
2. Programmsteuergerät für den intermittierenden Filtrierbetrieb eines Membranbioreaktormoduls gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dichtring jeweils zwischen Drehscheibe und Wassereintrittsscheibe bzw. Wasseraustrittsscheibe.

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