DE1658062A1 - Verfahren zur Konzentrierung biologischer Feststoffe in biologischen Reaktionsbehaeltern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Systeme und Verfahren zur Durchführung biologischer Iiebendreaktionen in flüssigen Umgebungen unter Benutzung selektiv-permeabler Membrane, im die biologischen Stoffe iron der Erügarfliiasigkelt abzutrennen. Die Erfindung findet spezielle Anwendung bei solchen Systemen und Verfahren, die bei der Behandlung von Wasser und industriellen Schmutzwässern angewendet werden·

Systeme mit biologischen Vorgängen wurden früher bei der Behandlung von Abwasser bereits benutzt, beispielsweise akti-

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vierte Schlammsysteine, in deöflaerobe biologische Lebendstoffe

das metabolische Umwandlungsmittel sind. Jedoch sind diese Systeme auf relativ unwirksame oder nachteilige Betriebsbedingungen beschränkt, die durch die Phasentrennvorrichtung bestimmt werden, welche gewöhnlich ein Klärbecken ist und die Peststoffe, äae heißt die biologisoiien Leb end stoffe ait den adsorbierten Abwaasexnährstoffen, -ms dom ab- fließenden Wasser abtrennt.

Klärbecken praktischer Größe für Atwasser-Behandluagsanlagen

können eine Beschickung mit einer maximalen J?eststoffkonzentration im Bereich ve ι 0,5 - 1,0$ verkraften, und die meisten

dieser sogenannten sekundären Klärbecken in Anlagen für akti-

vierten Schlamm arbeiten mit siner Beschickung mit 0,3 - 0,5$ Feststoffen. Um diese verdännten lie Schickungen zu erhalten, v/erden prißiäre iO-ärbeofeen beautst, iük die leicht sieh ablagernden Iährfv^3t3toff3 in dsm Rohalivvasser daran att hindern, in das System mit den biologischen Vorgängen zu gelangen una so die Belastung des sekundären Klär'cockens ?u erhöhen. Als weitere Maönabme wird das Heak-fciozigsystem mit akii¥iei*tam Schlamm, das den Ausfluß das erster. Klärbeckens aufnimmt, so betrieben, da.8 ein Anoteuen von biologischen Feststoffen über das oben angegebene Maximum hinaus Terhindert wird. Diese Begrenzung hinsichtlich der Konzentration bei herkömmlichen Systemen mit aktivierte» Schlamm führt zu verschiedenen nachteiligen Krgelmissens (1) gx-öße'.*e Korapoafmten in der *oiolo-

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giseben Stufe der Anlage und/oder niedrigere Klärzeiten, (2) verdUnnterer und daher -voluminöserer Abwasserschlamm

aus dem System oit aktiviertem Schlamm, (3) das Erfordernis eines primären Klärbeckens, (4) größerer Festatoffmengen in dem Schlammaus ;rag der GeeamtaniLage, da der Primärechlamm nicht metabolr.siert lot« und (5) eine Neigung, Sekundärausflüese von fraglicher Qualität zu liefern, w4nn die Werte dor Beschickungskonzentration für das sekundäre Klärbecken zum Maximum verschoben werden bei dem Versuch, die durch diese Hachteile verursachten Probleme zu vermindern. Außerdem sind Klärbecken nicht in der Lage, gelöste Feststoffe, die nicht netabolisiert wurden oder nicht durch die« biologischen Lebendetoffe abeorbiert wurden, abzutrennen.

Demnach ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, BehandlungsBynteme und Verfahren mit biologischen Vorgängen zu

liefern, die die Nachteile dee Standes der Technik beseitigen.

TTm dieses Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung Bwei größere Komponenten Tor, deren ere te ein biologischer Reaktionsbehälter ist. welcher biologische Lebendstoffe in eine» flüssigen Träger enthält. Der Reaktionsbehälter let ao ausgebildet, daß ev einen Nährstoffstrom, beispielsweise Rohabwaseer, und la "£V»lle aerouer Viologischer, Lebendstoffe eine Sauerstoffzufuhr aufnimmt, un eine metabolische ünv^'and-

lung der HUhrritoffe durch die blo?.· i;cl· ■ LeuT.ndstoffe zu

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bekommen. Ein Strom des Inhalte dee biologischen Reaktions-

zu
behälters wird abgezogen und so der zweiten größeren Syetem-

komponente, einer Membr ^trennvorrichtung, geleitet. Diese Trennvorrichtung besitzt eine selektiv permeable Membran oder

mehrere solche Membrane, um einen !Transport der Trägerflttseiglceit durch die Membra ι zu gestatten, während ein Fluß der biologischen Lebendstoffe durch die Membran verhindert wird.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung für die Abwasserbehandlung hält die Mambran vorzugsweise nicht nur die biologischen Stoffe sondern auch die groß-moleküligen, sperrigen oder lange*« biologisch »ersetzbaren organischen Hähretoff· zurück, so daß genfijpaA Gelegenheit und Zeit für die *et*boliiuah· TfcRvanAlim* dieser Mähretoff« bleibt. Bei bestimmten T«rv«ndvnf«n ftbr dl· Abwasserbehandlung kann ·■ «rwtfauöht β·1η.

•In* MiOibran «u benut*«a, dl« g«l»ett, nicht biolofi»oh s«r-•vtater« ftnori^aiech· Stoff· In den Aueflufl durchlKft. B·!

«aA*r«o Anw«ndung«n dor Erfindung können die biologiechen I*b«ndstoife «in wertvoll·« Produkt liefern, und In diesem fall kann es erwünscht sein, daß dieses Produkt zur nachfolgenden Gewinnung durcä die Membran hindurchgeht.

Da die bei der vorliegenden Erfindung ablaufenden Trennvorginge bei der Membran umgekehrte Oemose und ultrafiltration sind, wird eine unter Druck stehende Beschickung für die

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Membrantrennvorrichtung benutzt, uu den erforderlichen Druckabfall auer sur Membran zu erhalten. Die Trägerflttssigkeit passiert die Membran und verläßt die Membrantrennvorrichtung

als ein Ausflußstrom. Die biologischen Lebendstoffe und der größere Teil der Trägerflüssigkeit werden auf der Bescbickungsseite der Membran zurückgehalten und verlassen die Membrantrenn-

vorrichtung ale sogenannter Konzentratstrom. Dieser Konzentratstrom wird ia Kreislauf zu der Membran zurückgeführt, um eine weitere Trennwirkung an der Membran au gestatten. Diese Kreislaufführung wird durch direkte Rückführung und/oder Rückkreislaufführung durch den biologischen Reaktionsbehälter ausgeführt. AuSerden wird Vorsorge getroffen, daß biologische feststoffe von den System abgenommen werden, um eine Kontrolle der Peststcffkonzentration und/oder der Gewinnung eines wertvollen biologischen Produktes zu ermöglichen.

Wegen der spezifischen Größentrennung semi-permeabler Membrane wird die Auafluöqualität durch die Konzentration der Beschickung au der Trennvorrichtung nicht nachteilig beeinflußt. Daher können die biologischen Reaktionssysteme nach der vorliegenden Erfindung bei. viel höheren Feststoffkonzentrationen

arbeiten, als dies bisher möglich war. Folglich gestattet die vorliegende Erfindung bei der Anv/endung für Abwasser-. Behandlungssysterne, daß der biologische Reaktionsbehälter direkt Rohabwasser aufnimmt, wodurch das Erfordernis eines primären Klärbeokenn entfällt. Dies führt zu einer metaboli-

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sehen Omosndlung dee gesamten Abwasaornäeretoffatroaes und vermindert so dio geaee am aussutragenden 8chlemmfeetstoffen. Auferdem sind dia von dem blologleohen Reaktionssystem abgezogenen Abwmsserfeatstoffe konsentrierter und daher weniger voluminös. Weiterhin sind bei der vorliegenden Erfindung die Binselbeatandteile dao Reaktlonssysteas wegen dar höheren zulässigen Peetetoffkonzentrationen kleiner. SchlleS-

lieh enthält dar Ausflut dar Anlage keine biologischen featstoff e trotz dor hohen reststoffkonsentratloaen, und or lot

von auBerordentlioh hoher Qualität aad enthält keine Bakterien rad keine bekannten Viren. Demgemäl braucht man daa Auefluf dar Anlage Bloat ta ohloren· bevor or an eiaen Vorfluter ab* gegoboB wird·

Demnanh lief art dia Brfiadnag ein Verfahren zur Konzentrierung biologischer Feststoffe la Reaktionssystemen mit einem biologischen Reaktionsbehälter, welcher lähretoffe für dia von einer Flüssigkeit getragenen biologischen Lebendstoffe la dom System enthält OBd worin Bedingungen fur dlo aetabolische Umwandlung dar lährstoffe gehalten werden. Dieses Verfahren lot dadurch gekennzeichnet, dai man den dia biologischen Lebendstoffe enthaltenden Strom aa eiaar Seite einer semi-permeablen membran vorbeileitet, die so ausgewählt ist, dal sie die biologischen

tebeadatoffe auf dieser eiaen Seite der Membran zurückhält, während sie die Trägerflüasigkelt durch sich hindurchgehen

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11At₉ woiwoli dtr die biologischen Lebendetoffe enthaltende •trac konzentriert wird, und wenigsten· einen feil dta konta tritt ton, die biologischen Lebendetoffe enthaltenden Stromee, io* an diooer «inen Seite dor Membran voroolflioft, la Iroisloaf aarttekftthrt und erneut an dor Membran vorbeifliegen IaJt, «i don die biologischen lebendetoffe enthaltenden Strom wiederaolt on dor su koaientrieren.

Zn apparativer Hinsicht liefert die Erfindung ein biologisches ■sal tlonssjetesi, das iadureh gekenncelchnet ist, dal es einen isatHottsbehälter beeItEt, welcher von einer Flüssigkeit ge»

trogone biologischo Iabendetoffβ enthält, die in der Lage sind,

Mhrstoffe unsneetsen, daß dieser Keaktionsbehälttr Bit einer ■onbrantrennvorriohtuag mit einer selektiv permeablen Meruör*« koablnlert ist, welche in der Lage ist, Trägerflüssigkeit durch dia Membran su transportleren, während nie die biologischen lobendstoffe an den Dirchtrltt hindert, und dafl Einrichtungen fttr die Kreislaufftlhrang der die biologischen Lebendetoffe flüssigkeit von dem Reaktionsbehälter zu der Membran-

trennvorrichtung und zurück zu. dem Reaktionsbehälter vorgeaoben sind.

klareren Verständiis vmd zur leichteren Erläuterung des Effektes wird nun die Erfindung beispielehalber unter Besuglahme auf die Zeicnnuig beschrieben. In dieser bedeutet!

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Figur 1 «in echemetiscbee FLießbild, das das neue System der vorliegenden Erfindung zeigt, welches einen biologischen Eeaktionebehälter und eine Membrantrennvorrichtung für Ultrafiltration und umgekehrte Osmose aufweist,

Figur 2 ein sohematisches Pliefibild einer abgewandelten Kreislauf anordnung für die apparativen Bestandteile nach der vorliegenden Erfindung _r

figur 3 ein schematischee Flieflbild, dao eine abgewandelte Anordnung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, worin ein unter Umgebungsdruck arbeitender biologischer Reaktionsbehälter benutet wird, und

ein echematlsohee FlleBbild, das eine weitere Aueführungeform der vorliegenden Erfindung zeigt, worin eine zweistufige Membran benutzt wird, um den Ausfluß der ersten Stufe in Traktionen aufzutrennen.

Figur 1 zeigt einen unter Druck stehenden biologischen Reaktionsbehälter 10, der einen Flüssigkeitskörper 12 enthält, der

die biologischen Lebendstoffe in sich trägt. Die biologischen

Lebendstoffe erhält nan durch lährstoffe, die durch Pumpe 14 und Leitung 16 zugeführt werden. Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung für die AbwaoSerbehandlung ist vorzugsweise eine Zerkleinerungs- oder Mahlvorrichtung 18 in die Zufuhrleitung für die Fährstcffe eingebaut, dio Teilchengröße des Hob-

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abwasser· su vermindern und bo deren metallische Umwandlung su «raufHohen and sa verhindern, daß übergroße leuchen den YIoS in des Syaten, speziell in der Membrantrennvorriohtung, blockieren.

?ür jene Anwendungen, wo die biologischen Lebendstoffe in dem Reaktionsbehälter aerob sind, ist ein Verteiler 20 in dem Reaktionsbehälter eingebaut und mit einer geeigneten Quelle für FreSluft .oder Sauerstoff 22 verbunden, um den erforderlichen Sauerstoff für die netabolieohe umwandlung des fährstoffstromes zu liefern. Der Reaktionsbehälter besitzt auch eine Entlüftung 24 mit einer geeigneten Reguliereinrichtung, wie einem Ventil 26, üb den Auetritt von Gasen su gestatten*.

Sin Strom des Inhalts des Reaktionsbehälter^» \iixa dureli eine Austragleitung 28 abgezogen und mit Hilfe oiner Pumpe 30 durch eine Einspeisleitung 32 zu einer Membrantreiaworrichtung 40 geführt. Die Trennvorrichtung besitzt ein geeignetes Gehäuse 42,

das durch eine selektiv permeable Msnibran oder mehrere Membrane 44 in einen Beschieliungsdurchlaufrauin 46 und einen Ausflußraum

43 getrennt ist. Die Eigenschaften der Membrane 44 oind so ausgewählt, daS sie eine umgekehrte Osmose und Ultra-Filtrationstrennung liefern, wobei dia biologischen Lebeisästoffe auf der fleaohiokungsaeite ier Membran zurückgehalten werden. Da eine Druckdifferenz quer zur Membran 44 gehalten wurden auB, ua die umgekehrte Oemose \ηά Ultra-Filtration zu bewirken, ist eine

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perforiert« Keabransttltsplatte 45 auf der kvmtluBneite dtr Membran Yorgesehen. Daa Genaue e 42 1st alt »In·« AuefluBone-1a8 90 versehen, der alt den Aueflußraum 48 rerbunden 1st. Di* frägerflileeigköit, die durch die Bomi-permeable Membrane

44 hindurchgeht, wird in de» AuafluSraum 48 g·Baumelt und rer-IaJt die Tenpvorriohtuag aIb Auaflußotroa 52.

Das Material» de& auf der Besohlokungaaeite dor Seabrane 44 snrfiok^ehaltea wii-a und die Hasse der ir&gorfliiauigJceit die biolosleolien Lebeudetoffe einsohlieit« fliett aoe dm Be- *ehloJnmg«raiuA 46 durch Leitung 54 aiii tlü *Uiaa I ,iiiian-tri*rter Strom aus. Pi« ϊοιια^γ/· ret leitung 54 fUhi't surttok bu der KinlaßBeita der KreielesLfpumpe, bo ά&$ wenigst en ο ein Soli des Komsentrat ströme β durch Beaohiolcun^Bleitung 32 im Kreislauf lurückgdfühit wird, um erneut an der Membran vorbei tue trüaen.

Tfia die gewünschte Xonsentration der biologischen Lebendatoff β In dem Reaktionsbehälter 10 zu halten, wird ein ieil des kombinierten Stromes aus Konzentrat und von Pumpe 30 abgegebene», aus dem Reaktionsbehälter abgezogenen Strom durch den Reaktionsbehälter mit Hilfe einer Riickführleitung 56 im Kreialauf geführt.. Die Aufteilung des von der Pumpe abgegebenen Stromes

auf RückfUhrleituog 56 und Beschiokungaleitung 32 wird durch Tentile 58 und 60 in den betreffenden Leitungen reguliert.

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Da das .Cortgesetzte Wachstum der biologischen Lebendstoffe in dem System dieses System zeitweilig mit biologischen Lebendfeststoffen überlasten kann, ist eine Entnahmeleitung 62 mit einem Kontrollventil 64 in die Kreislaufleitung der Trennvorrichtung eingebaut.

Das in Figur 2 erläuterte System ist im allgemeinen ähnlich dem von Figur 1, und die gleichen Bezugszeichen werden hier

für identisch· Bestandteile verwendet. Die Hauptunterschied· mischen den Systemen der Figuren 1 und 2 liegen in der Kreislauf anordnung. So wird in Figur 2 ein Strom des Inhaltes des Reaktionsbehälter 10 durch eine Abzugsleitung 80 abgezogen und mit Hilfe einer Pumpe 82 durch eine Beachlc^ogsleltung 84 in der Membrantrennvorrichtung im Kreislauf geiis&£:-%<, £ib *«!! des Konzentrats, das den Meinbran-Beschickungsraus 46 durch >-^fl Konzentratleitung 86 verläßt, wird mit Hilfe einer RUcKführleitung 88 durch den Reaktionsbehälter 10 im Kreislauf zurückgeführt, und ein anderer Teil wird direkt durch eine Rückführoder Hebenleitung 87 zu der Trennvorrichtung geleitet. Sie t - - - j

Aufspaltung zwischen dem zurückgeführten Anteil und dem direkt im Kreislauf geführten Anteil des Konzentrat stromes wird durch Ventile 90 und 92 reguliert, die jeweils in der Rückführleitung

88 und der KreislaufIeItung 8? eingeschaltet sind.

las System von Figur 3 ist im allgemeinen ähnlich dem von J¹IgUr 2, und demgemäß «erden gleiche Bssr^seichfm für iden-

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tieolie Bleeente verwendet. Der Heaptuntersohied «wischen diesen Figuren liegt darin, dafl In figur 3 ein bei tJmgebungsdruok arbeitender biologischer Reaktionsbehälter 100 besntst wird. Der Reaktionsbehälter 100 enthält einen yiussigkeitekörper 102, in de« die biologischen Lebendetoffβ enthalten

aind, und wird über eine Hähr et off leitung 104 «it iährstoff en Tersorgt. SIn Strom des Inhalts des Reaktiona behält ers 100

P wird durch eine Leitung 106 abgezogen und in die unter Druok stehende Seite dee Systems mit Hilfe einer Pumpe 108 eingeführt.

Das in Vigor 4 erläuterte Sjstea ist allgemein Bhnlioa de» von figur 2, und die gleichen Besugseeichen werden für identische Elemente verwendet. Jedoch ist in figur 4 die Veabran-

trennvorrichtung 40 die erste von zwei !Prennstufen· Die trennvorrichtung 40 besitjst eine relativ "lockere" Membran 120, die so ausgewählt ist, daß sie die biologischen Lebenstoffe auf

ihrer Beschickungsseite zurückhält und nicht nur die SrBgerflüseigkeit, sondern auch bestimmte Moleküle nindurchläflt, die kleiner als die der biologischen Lebendstoffe sind. Bei der Anwendung auf die Abwasserbehandlung können diese Moleküle beispielsweise c'.ie anorganischen Nährntoffe oder nicht biologisch

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seraetsteran 3toff· Min, die In des su das ieaktionabehalter abgeführten Abwasserstrom enthalten sind· leoheelweiee kOunes

dien· Moltkül· auch ein wertvolleβ Produkt sein, das au» der metaboliechen Umwandlung resultiert. Xn jaden lall wird ein dieae Subetanzen anthaitender AuefluBetrom 122 aus der Trennvorrichtung 40 auegetragen und su der «feiten Stufe 124 dar Trennvorrichtung «it Hilfe einer Puape 126 durch eine Besohickungsleitung 126 fefttttrt.

Die Trennvorrichtung 124 besitzt eine Membran oder Membrane 130, einen MeabranetUtakörper 132 und entepreohende Auelaß-

uffnungon, die alt einer Auefluflleitung 134 und einer Konsantratleltung 136 rerbunden sind. Die lonaentratleitung ftthrt «u dar Einlaßeeite dar Kreielaufpuapa 126 sur direkten Kreielaufföhrung dea Concentrate an dar Membran rorbei aurück. Sie Meabran 130 iat eine relatir "dichte· Membran, die MolekOle dar anorganisofeen fährctoffe oder der metaboliechen Produkte eurUckhält, wäbrand sie einen Durchgang der TrHgerflüseigkeit gestattet. Auf diese Weise liefert die wiederholte Kreislaufführung dar Beschickung su der Membran der «weiten Stufe eine

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Konzentrierung &s Ausflusses aus der ersten Stufe. Periodisch oder kontinuierlich wird ein feil dieses konsentrierten Stromes durch die mit einea Ventil versehene Lei tone 137 au einer Oe-

winnungs- oder Extraktionsanlage 138 abgenommen, die τοη dieaem abgenommenen feil die darin enthaltenen feststoffe τοη der

frllgerflüsaigkeit abtrennt. Beispielsweise kann die Anlage unter direkter Aue füllung, Adeorptlonsausfttllung, lonen-Auatauach» Lösungsmittelextraktion oder Destillation arbeiten. Die getrennten Traktionen «erden aue dar Anlage 138 durch entsprechende Leitungen HO und 142 ausgetragen.

Beispiel

OlB ein spezielles Beispiel für die Verwendung der oben belohriebenen Systeme und Verfahren «u gaben, wird nunmehr die Anwendung der Erfindung auf dl« Abwasserbehandlung im einseinen in Verbindung mit den Flleflbild von figur 1 beschrieben. Typisches häusliches Rohabwasser aus einem Stadtbezirk wird

direkt zur Behandlung durch das vorliegende System verwendet. Solches Rohabwasser ist eins eehr verdünnte wasserhaltige

Hasse mit einem geringen festatoffgehalt in LBeung und einem

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größeren Anteil der feststoffbestandteile in de« Wasser pendlert. Dieses Rohabwasser wird in der Mahlvorrichtung 18 serkle Inert, üb eine maximale Teilchengröße von etwa 0,8 mi (1/32 Zoll) in erhalten ι und wird dann in den biologischen Reaktionsbehälter gepumpt, der ie wesentlichen unter dea auf der Besohickungsseit· der Membran erforderlichen Druck gehalten wird (im Bereich τοη 1,4 - 7_f0 kg/om -20 - 100 psi)·

Der Eeaktionebehälter enthält typische, in Wasser getragene aerobe biologische Lebendstoffe, wie sie gewöhnlich in Atmas-

sersystemen mit aktivierten Schlaam verwendet werden. Ber Reaktionsbehälterinhalt wird mit ausreichend Luft belüftet,

um die metabolische Umwandlung des Nährstoffmaterials in dem Rohabwasser zu gewährleisten, und die bei der metaboliGehen Umwandlung entstehenden Gase, hauptsächlich CO₂, und andere Abgase läßt man aus dem unter Druck stehenden Reaktionsbehälter durch das Regelventil 24 austreten. Der Reaktionsbehälter 1st genügend groß, und die Abzugs- und RUckführstrtfme sind so gewählt, daß man eine Verweilzeit .In dem Reaktionsbehälter im Bereich von 10-30 Minuten erhält. Der Abgang biologischer

Peststoffe durch die Abnahmeleitui: _M 62 iöt so eingestellt,

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das System auf einer hohen Konzentration biologischer Lebendfeststoffe gehalten vrlrd, «le beispielsweise %_% wobei das Belastungeverhältnie τοη biologischem Sauerstoffbedarf BU biologleohen !feststoffen inaer Größenordnung τοη 0,03 0,3 liegt.

BIe Membran in der Trennvorrichtung 40 wurde bei diesem Bei· spiel so ausgewählt, daS man eine Trenngröße ent sprechend Molekulargewichten in der Cx o* Benordnung τοη 200 - 400 erhielt· Solch eine Membran hält die biologischen Lebendetoffe und la wesentlichen alle unadeorblerten oder unmetabollalerten organischen Moleküle oder suspendierten Seilchen aus dem Rohabwaeeer zurück, wahrend sie äen Transport τοη Wasser und gelösten anorganischen Stoffer, _t wie Salzen, geetattet* Sie

Trenngröße der Membran ist vorzugsweise so gewählt« daß sie

gut unterhalb de:? Orufie des zurückgehaltenen Materials und gut oberhalb der SrUSe des Materials liegt, das durch die Membran hindurchgehen soll, wodurch eine Verminderung der Geschwindigkeit 'lea Durchflusses durch die Membran infolge Yerstopfens veraäeden wird.

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Al· faktoim au betrachten» die 41· «nrttaaefct·» triechen Plieigewchwindigkeiten bei diese* lelaytol naoh Or Erfindung beeinflussen, wird der Abttassereineiwleuiif «Μ 4·* Reaktionsbehälter der voluaetrlsohe Strttpungselnfaeitswert Q sugeordnet. B«r »lul 1» der RCofcfflhreohXelf· A·· WytMMi

wird durch Al· *otweadi$keit beetiJMit» vim» Sr«ol^}pftmt tor biologieohen Orgaaiaee» in dem

Ba unter etete f eeteteheaden Betrlebubedlngaaeeti die 9e*efarlmdigkelt dee Absiehene au« dem Reaktionel)«Wlter 41· Wtokflhr* geschwindigkeit zu Ami leek* ionafctfhalter m 1Q flbe3«ohrelt«t und da der Htickf liiß «ι dt* Rüa)rtionabeb£lt#^v #ts»t trier ter iat als der abgesogune S tr or, kann ftlne der biologischen OrganieKein iüixrcn eine derartig· der Kreislaufführung durch den Eeaktionebehälter Termiedea werden, daB der Überechu0 de:r Abaugageachwindigkelt m 1Q aoegeglichen wird. Bei dieaea liieispiel der Brfladung fand oan» daß ein Bttckkrelefunrungswerli von 2OQ ausreichend war, ob den

oben angegebenen Bedingung«» zu geh&rohen« Baut? betragt Ai·

AbsugestrSffiung in Leltuafi 2C :^Q. und äi^ ^"AaT^^etJröaeng «α den Haktionebehülter durch Leiitung 56

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Die bestimmenden Pak tor en, die die erv/ün-achten Strömungsgeschwindigkeiten in der Trennvorrichtung beeinflussen, rühren von der Membran selbst her. Ub die nachteiligen Wirkungen der Eonzentrati ons steigiangen zu verringern, die dazu neigen, sich quer zu der Oberfläche der Membran aufzubauen * wenn die φ Beschickung entlang dieser Oberfläche vorrüctet, wird eine turbulente Strömung über den Membranen bevorzugt, um diese KonzentrationsSteigerungen auf ein Minimum herabzusetzen« Außerdem unterstützen höhere Fließgeschvdndigleeiten und die entsprechende Turbulenz entlang den Membranen ein*' "Ausv/aschwirkung"» itm den Aufbau oder die Ablagerung von Feststoffen ader einem Kuchen auf des Oberflächen der Membrane zu hemmen, Daher sollte für einen wirksamen Membranbetrieb die Beachikkungsgeschv/indigksit zu der trennvorrichtung groß gegenüber der AusfluHgescbv/indigkeit setin, wie beispielsweise im Bereich vom 100 fachen für einen speziellen Typ und eine spezielle Anordnung dei* Membranoberflächen der Trennvorrichtung betragen. Ba der Ausflußstrom '*\m der Trennvorrichtung im wesentlichen 1Q unter stetig gleichbleibender Bedingungen liegt, kann die Be-

schickungsgeschwiadigkeit in der Leitung 32 101Q und der Konzentratfluß in de? Leitung 54 100Q betragen.

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BrwttaBohte obere Begrenzungen des Flusse« durch die frennvorrichtung «erden von der (Tateache beetinnt, daß die Membrane durch Brosion bei übermäßig hohes Geschwindigkeiten serstttrt «erden können und/oder daß die Membrane 44 von den Stützetrukturen 45 physikalisch abgeschält «erden können. Außerdem iat es ersichtlich, daß tob Standpunkt der Pumpenetärke die Büokführung durch den Reaktionsbehälter sowie die direkte Kreislauf führung dee Konzentratee ervitinechteraaeen auf den Minimmw gehalten «erden, das im Hinblick auf die oben erf?ihir%$n erforderniaee möglich ist.

Wie an besten unter Besugnat.me auf das Pließbild von figur 2 BU reretehen ist, kann, die i.ofspaltung zwischen der RückflufletrUMong in LeitMng 88 und der direkten Kreielaufströmung in Leitung 87 irgendwie «wischen den Extremen von 10O£ Rückführung und 10O^ direkter Sreiedaufführung durch geeignete Einteilung der Ventile 90 und 32 variiert werden. Angenommen,

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die oben beschriebenen Strumungserfordernisse «eigen an» dsJ der Fluß durch die MeabrantrennYorrlohtung wenigsten 100Q und die RÜokstruBung bu dea Reaktionsbehälter wenigstens 2OQ betragen sollte, so 1st klar, daS diese Minima durch Rückführung _ der gesaaten 100Q Konsentratfluß von der Trennvorrichtung mu de« Reaktionsbehälter ohne direkte Kreislaufführung oder Umleitung durch Leitung 87 erreicht werden· Jedoch kann «an eine Verhinderung der Pumpenstärke erreichen» wehrend das erwünschte Strömungβminimum beibehalten wird, wenn «an 8OQ durch die t&Bgebunge leitung 87 ie Kreislauf führt und 2OQ durch die Leitung 88 surttokftihrt.

Wenn es weiterhin erwünscht 1st, die Konzentration der biologischen Feststoffe in der Trennvorrlchtungssohlelfe des Ereislattfssysteas zu erhöhen, beispielsweise bei der Herstellung ν m Feststoffen, die abgenommen werden sollen, kann das RuckfOhrrentil 90 geschlossen werden. (Dies entspricht einem Schließen

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dee Hüokführventils 58 in Vigor 1, unter welchen Bedingungen die beiden Fließbilder identisch sind.) Dies führt zu einer Verarmung an biologischen Feststoffen in dem Reaktionsbehälter

und überführt dieee i&den Kreislauffluß in der Trennvorrlchtungsecblelfe, so daß die Feststoffkonsentratlon darin erhöht wird. Bei Anlagen, bei denen das Volumen der Trennvorrichtungsschleife klein gegenüber de» des Reaktionsbehälters ist, kann diese Konzentration in der Trennvorrichtungeschleife ohne entsprechende Verminderung der Konzentration an biologischen Lebendstoffen in dem Reaktionsbehälter erfolgen*

Bei der beispielshalber dargestellten Benutzung der vorliegen* den Erfindung für die Abwasserbehandlung ist der Ausfluß aus der Membranvorrichtung von sehr hoher Qualität. Speziell liegt der biologische Sauerstoffbedarf des Ausflusses in der

Größenordnung von 7 mg je liter, der chemische Sauerstoffbedarf in der Größenordnung von 20 mg je Liter, ohne daß Bakterien oder bekannte Viren vorliegen. Diese hohe Qualität der Ausflüsse 1st auf das Zurückhalten der langsam biologisch aersetzbaren Moleküle sowie der Bakterien und Viren durch die Membran zurückzuführen. Ausfluß dieser Qualität ist geeignet, ohne r/eitere Behandlung in Vorfluter abgelassen zu werden, und daher beseitigt die vorliegende Erfindung das Erfordernis, den Ausfluß vor der Abgabe an die Vorfluter zu chloren.

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Se let ein weiterer Torteil, dal die vorliegende Me»brantremivorriohtung wirke«« bei sehr hoben Konsentrationen an biologiechen feststoffen arbeiten kann. Obwohl in des Beispiel eine 3ItLgO Koneentratlon an biologischen feetetoffen benutet wurde, kann die Trennvorrichtung auoh bei KonBentratlonen eo hoch wie 7 - 120 wirkeaa arbeiten. Die faktoren, die dleee «axinalen Konsentrationen begrensen, sind (1) übermaSige Tiekoeltftt, die höhere Puspenetärke erfordert und Probleme der Ströeamgeverteilung in der Meabrantrerlohtung rerureacht, und (2) die unerwünschte Konkurrens «wischen solch «Sicken Sohl W—en und den Meabranen fur das sur Verfugung stehende Vaeeer. Mit anderen Worten heißt dies« oberhalb der MiτΙmalgrensen für dl· Konsentration kann die Meabran nicht wirkea« Wasser ans da«

BeschickungeechlaaB absiehen, obwohl der Druckabfall Quer sä der XeBbran besteht.

Die Fähigkeit der aeabrantrennTorrichtung, bei diesen dicken 8ehia»en alt hoher Konsentration an biologiechen Feststoffen su arbeiten, ist ein bedeutender Unterschied gegenüber bekannten Anlagen sur metaboliechen Abwasser behandlung, worin der biologische Beaktlonebehalter üblicherweise bei Pestetoffkonsentrationen von etwa 0,3 - 0,5jC wegen der ßrensen des sekundären Klärbeckens arbeitet*. Folglich kann bei diesen holleren suläeeigen Konsentrationeh an biologischen Lebendnaterlal die ffröfle des Reaktionsbehälter vermindert werden» obwohl sie eijye vollständige Adsorption der Abwaesernährstoffe von den biologischen Lebendstoffen in de« Eeaktionsbehälter gestattet.

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Ua weiterer Torteil, der sich aus des Arbeiten des Syetes» bsi hoher Fwststoffkonsentratlon ergibt» ist der, dsJ die periodische Abnahme eines Überschusses too biologischem Lebendmaterial bei diesen höheren Konsentrationsn erfolgt. Häher b*~ sltst der Abwasserschlamm ein fiel niedrigeres Volumen je Gewichtseinheit sn Feststoffen, und dies beseitigt die Votwendigkalt einer Bindlckungsetufe, die gewöhnlich bei bekennten oysteaen Bit sJctlTitrtea Sohlsasi benutst wurde.

Sobliellidii wird wegen der Fähigkeit dieser Ibaaentrennrorriohtung nach der rorllegenden Erfindung« bei sehr hoher Feststoffkonsentration sq arbeiten, die lotmi&s&igkelt eines herkOsmlichen bekannten primären Klärbeckens beseitigt, und bei der Torliegenden Erfindung kann Rohabwaae@r «.. &k» ü&a biologischen Eeektionebehälter sugefUhrt werden. Dies bewirkt nicht

nur eine Kosteneinspurang sondern bedeutet auch, daß die gesamte Hfihrstoffzufulir in dem Rohabwasser einer metaboliachen Umwandlung unterrogan τ/Lrd, wodurch daa Gesamtgewicht an Peststoffen für die Aufbereitung vermindert wird.

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Claims (18)

Patentansprüche

1. Verfahren sur Konzentrierung biologischer "Feststoffe in Reaktionssystemen nit einem biologischen Reaktionsbehälter, der I&hretoffe für die in einer flüssigkeit enthaltenen biologischen Lebendstoffe in den Systemen enthalten und worin Bedingungen aufrecht erhalten werden, die die metabolisohe umwandlung der Hähretoffe gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, daß man den die biologischen Lebendstoffe enthaltenden Strom an einer Seite einer aealpermeablen Membran im Kreislauf vorbeiführt, die so ausgewählt ist,, daß sie die biologischen Lebendstoffe auf ihrer einen Seite zurückhält, während -tie ein Durchtreten der Trägerflüssigkeit und damit eine Konzentrierung des die biologischen Lebendstoffο enthaltenden Stromes gestattet, und daß man wenigstens einen Teil des konzentrierten, die biologischen Lebenet off e enthaltenden Stromes im Kreislauf erneut an der einen Seit» der Membran rorbeiführt und so wiederholt der konzentrierenden Wirkung der Membran aussetzt .

2· Verfahren nach Anspruch 1, daß man ein Druckgefälle quer su der Membran von der einen Seite zu der gegenüberliegen« den Auaflußaeite derselben aufrecht erhält, das für den Iransport der frägerflüseigkeit durch die Membran und für die Konsentrierung dee da β biologischen Lebenstoffe enthaltenden Stromes ausreicht.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenne ei ohne t, daß der blologiaohe Reaktionsbehälter bei in wesentlichen dem gleichen Druck arbeitet, wie er auf der Besohiokungeaeite der Membran gehalten wird.

4· Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß man einen Seil dea wiederholt konzentrierten Stromes eur Entfernung biologischer feststoffe aue dem Reaktionesystem " in' konzentrierter Form abzieht.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß man den konzentrierten» biologoiche Lebendstoffe enthaltenden, auf der BeschickungsBeite der Membran im Kreislauf

vorbeigeführten Strom in mehrere Seile aufteilt» wobei einer dieser Teile im Kreislauf geführt und ein anderer *u dem biologischen Reaktionsbehälter zurückgeführt wird.

6, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet· daß das Aufteilungsverhälteis der Konzentratstromanteile periodisch verändert, indem man den im Kreislauf geführten Anteil erhöht und den rückgeführten Anteil vermindert« wodurch die Feststoffkonzentration in dem Reaktionsbehälter vermindert und die Feststoffkonzentration in dem Kreislaufstrom erhöhb wird, und periodisch einen Teil des Kreislaufstromes mit erhöhter Feststoffkonzentration zur Entfernung biologischer Feststoffe aus dem Reaktionssystem in konzentrlepteriom

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7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß oan einen Rohabwaseerstrom als löhretoffzufuhr für die aeroben biologischen Lebendetoffe in dm Reaktionsbehälter diesen zuführt.

8« Torf afar en nach Anspruch 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß man das Abziehen eines Stromes aus dem Reaktionsbehälter und die Kreislaufftthrung eines Teile des konzentrierten Stromes zurück zu dem Reaktionsbehälter so durchführt, daß man eine Verweilzeit in dem Reaktionsbehälter im Bereich von 10 -30 Minuten erhält*

9· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß man einen ausreichenden Anteil des konzentrierten, biologische lebendstoffe enthaltenden Stromes abzieht, um eine Konzentration an biologischen Lebenästoffen im Bereich von 1 - 12# in dam Reaktionsbehälter aufrecht zu erhalten·

10. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß man auf der deechickungsseita der Membran langsam biologisch zersetebare Nährstoffe zurückhält und sie zur metabolischen Umwandlung zu dem Reaktionsbehälter zurückführt·

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Abv/asfjeratrom enthaltene nicht biologisch versetzbare Stoffe durch die Membran in den Ausflußstrom überführe

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12. Terfehren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da* Man in dem Abwaeeerstrom enthaltene Bakterien und Viren auf der Beschiokungsaeite der Membran aurÜokhJULt.

13· Verfahren nach Anspruch 1-12, dadurdh gekennzeichnet, dafi man zwei hintereinander geschaltete fremiatufen rerfrendet, τοη denen jede eine eesL-pexaeaDle Meabran jedoch ■it unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich der durchtretenden feilohengrSfien verwendet·

14· Verfahren naoh Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daJ ■an den EonsentratatroB der streiten trennatufe is Kreia-

strom wiederholt an des Membran der «weiten Trennatufe vorbeifuhrt und 00 koneentriert.

15. Verfahren nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, dafi man einen Teil des wiederholt konzentrierten Stromes zur Entfernung von Stoffen mit einer Molekülgrufie, die zwischen der Durchlaßgröße der Membran der ersten Trennstufe und der Durchlaßgröße der Membran der zweiten Trennstufe liegt, abzieht.

16· Biologisches Reaktionssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 15» gekennzeichnet durch einen Reaktionsbehälter, der. von einer Flüssigkeit getragene Nährstoffe umwandelnde biologische Lebendstoffe enthält,

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•teer MltictlT pwrtaMitn Mialirm, 41* mit ftvettULtt» «ttra* el· 41· iloloelMfeen Sateaditoffe «erOottuat· «0 Biiirlobtaasen μτ frtieUBffOma^ «tr 41· Mologlachen Lebendetoff a enthaltenden HBMtgteit von iw

stt der Ifentam irtniivoxrlolitaiK mid suiVok

■a des Raürtionebehfilter.

17· Blologiechee Beaktioneeyet«« nach inspruob 16» dur<di eine Blnepeioeinrichttmg ma» SinfQunme τοη Boh»

in den biologischen Reaktionsbehälter» dl· «U· Wthrntotf β in des Abwaeeer der biologelchen Vtaaadlmg ftlhrt·

18. Biologieoh«· Healrtioneeyste« nach Anapmoh 17, dadorob kermeeiohnet, daß dl· lähretoff-Binepeieeinriehtanf 2erkleinerung8Torriohtimg für dl· Herabeetsuag dar £fröie der Hohab«ae8«rteilohen enthält.

19· Biologisches Eeaktlonssystes nach Anaprooli 16* d«dQMB kennseichnet, d«B dl· KeahrantrennTorrlehtane «la· pexmeable Keabran alt einer Trenngreee la Bereloh entsprechend Molekulargewichten von 200 - 400 enthalt» dl· die biologiechen lebenstoffe und nicht umgewandelten organiaohen »ährstoffe surttckhttlt und Wasser und gelüste en* organische Stoffe durchlast·

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