DE1658062B2 - Konzentrierung biologischer Lebendstoffe - Google Patents
Konzentrierung biologischer LebendstoffeInfo
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Description
Erfindungsgegenstand ist das im , atentanspruch 1 !5
angebene Verfahren. Der Patentanspruch 2 nennt eine Ausgestaltung dieses Verfahrens.
Die erfindungsgemäß erhaltenen biologischen Lebendstoffe werden beispielsweise bei der Behandlung
kommunaler und industrieller Abwasser verwendet. ■"'
In bekannten Abwasscrbehandlungsverfahren können
die Anlagen Beschickungen mit einer maximalen Feststol'fkonzentration im Bereich von 0,5 bis 1,0%
verkraften, und die üblichen Feststoffkonzentrationen in der Abwasserbeschickung liegen bei 0,3 bis 0,5%. Dabei
werden primäre Klärbecken verwendet, um die leicht sich ablagernden Nährfeststoffe in dem Rohabwasser
daran zu hindern, in das Belebungsbecken zu gelangen und die Belastung des sekundären Klärbeckens zu
erhöhem. Die Begrenzung hinsichtlich der Belastung r>"
bzw. Feststoffkonzentration des zu klärenden Abwassers führt zu verschiedenen Nachteilen, nämlich zu
niedrigeren Kiärzeiten, relativ verdünntem Überschußschlamm, erhöhter Menge an ÜberschuBschlamm und
minderer Qualität des geklärten Abwassers. Außerdem Y>
können die bekannten Verfahren gelöste Feststoffe, die nicht metabolisiert oder von den biologischen Lebend-Moffen
absorbiert werden, nicht abtrennen.
Aus der US-PS 3186 917 ist ein Dialyseverfahren
bekannt, bei dem sich vor und hinter einer Membran je b0
ein Kreislauf für Nährstofflösung und biologische l.ebendstoffe befindet. Bei diesem bekannten Verfahren
ist eine geregelte Feststoffkonzentration unabhängig
von dem Reaktionsbehälter unmöglich, und es muß der gesamte Inhalt des Reaktionsbehälters an der Membran ^
vorbeigeführt werden.
Die IjS-PS 31 88 288 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Mikroben· und Fcststoffkon/entration in
einer Abwasserbehandlungsanlage unter Verwendung einer mechanischen Siebvorrichtung oder Siebtrommel
und ohne einen Kreislaufstrom zwischen dem biologischen Reaktionsbehälter und dieser Siebvorrichtung.
Aus Seite 591 des Handbuches »Die gewerblichen und industriellen Abwässer« von F. Sierp, % Auflage ist die
Anwendung der Membranfiltration bei der Abwasserreinigung bekannt, und die US-PS 30 85 687 beschreibt
ein Verfahren zur Ultrafiltration durch Feststofi-FIüssigkeitstrennung,
jedoch ohne biologischen Reaktionsbehälter.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe bestand nun darin, in einem Reaktionssystem mit einem
biologischen Reaktionsbehälter und einer Membran-Tr.rnnvorrichtung
eine Konzentrierung der biologischen Lebendstoffe in ausgeglichener kontinuierlicher
Betriebsweise zu bekommen und demzufolge in dem biologischen Reaktionsbehälter mit höheren Feitstoffkonzentrationen
als üblich zu arbeiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konzentrierung biologischer Lebendsioffe in einem Reaktionssystem
mit einem Reaktionsbehälter, der von einer Flüssigkeit getragene, Nährstoffe umwandelnde biologische
Lebendstoffe enthält, und mit einer Membran-Trennvorrichtung mit einer selektiv permeablen Membran,
die Trägerflüssigkeit durchläßt, während sie die biologischen Lebendsioffe zurückhält, und mit Einrichtungen
zur Kreislaufführung der die biologischen Lebendstoffe enthaltenden Flüssigkeit von dem Reaktionsbehälter
zu der Membran-Trennvorrichtung und zurück zu dem Reaktionsbehälter ist dadurch gekennzeichnet,
daß man wenigstens einen Teil des konzentrierten, die biologischen Lebendstoffe enthaltenden
Stromes im Kreislauf erneut an der einen Seite der Membran vorbeiführt und wiederholt der konzentrierten
Wirkung der Membran aussetzt und man einen Teil des wiederholt konzentrierten Stromes zur Entfernung
biologischer l.ebendstoffe aus dem Reaktionssystem in konzentrierter Form abzieht, und löst Ji^ der Erfindung
zu Grunde liegende Aufgabe.
Zur Erfindungshöhe ist zu sagen, daß es durch den Stand der Technik nicht nahegelegen hat, einen solchen
die Nährstoffe und biologischen Lebendstoffe enthaltenen Kreislaufstrom vorzusehen, in den der Reaktionsbehälter
nicht mit einbezogen ist.
Bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung für die Abwasserbehandlung hält die
Membran zweckmäßig nicht nur die biologischen Lebendstoffe, sondern auch die großmoleküligen,
sperrigen oder langsam biologisch zersetzbaren organischen Nährstoffe zurück, so daß genügend Gelegenheit
und Zeit für die metabolische Umwandlung dieser Nährstoffe bleibt. Bei bestimmten Abwasserbehandlungen
kann es erwünscht sein, eine Membran zu benutzen, die gelöste, nicht biologisch zersetzbare anorganische
Stoffe in den Ausfluß durchläßt. Bei anderen Anwendungen der Erfindung können die biologischen Lebendstoffe
ein wertvolles Produkt liefern, und in diesem Fall kann es erwünscht sein, daß dieses Produkt zur
nachfolgenden Gewinnung durch die Membran hindurchgeht.
Da die bei dem Verfahren nach der Erfindung ablaufenden Trennvorgänge umgekehrte Osmose und
Ultrafiltration sind, wird eine unter Druck stehende Beschickung für die Membran-Trennvorrichtung benutzt,
um den erforderlichen Druckabfall quer zur Membran zu erhalten. Die Trägerflussigkeit passiert die
Membran und verläßt dann die Membran-Trennvor-
richtung. Die biologischen Lebendstoffe und der größere Teil der Trägerflüssigkeit werden auf der
Beschiickungsseite der Membran zurückgehalten und
verlassen die Membran-Trennvorrichtung als Konzentratstrom. Dieser Konzentratstrom wird im Kreislauf zu
der Mlembran zurückgeführt, um eine weitere Trennwirkung
an der Membran zu gestatten. Diese Kreislaufführung erfolgt durch direkte Rückführung und gegebenenfalls
Kreislauffüh'ung durch den biologischen Reaktionsbehälter,
ίο
Wegen der spezifischen Molekülgrößentrennung semipermeabler Membranen wird die Ausflußqualität
durch die Konzentration der Beschickung zu der Membran-Trennvorrichtung nicht nachteilig beeinflußt
Daher können die biologischen Reaktionssysteme bei i'
Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung bei viel höheren Feststoffkonzentrationen arbeiten, als dies
bisher möglich war. Folglich können bei der Anwendung für Abwasserbehandlungssysteme die biologischen
Reaktionsbehälter direkt ohne Vorschaltung eines primären Klärbeckens Rohabwasser aufnehmen.
Dies führt zu einer metabolischen Umwandlung der gesamten Nährstoffe des Abwasserstromes und vermindert
so die Gesamtmenge an auszutragenden Schlammfeststoffen. Außerdem sind die von dem biologischen
Reaktionssystem abgezogenen Abwasserfeststoffe konzentrierter und daher weniger voluminös. Die erforderlichen
Apparaturen sind kleiner als üblich. Der Ausfluß der Anlage enthält trotz der hohen Feststoffkonzentrationen
keine biologischen Feststoffe mehr, ist von Jo außerordentlich hoher Qualität und enthält keine
Bakterien und keine bekannten Viren, so daß er nicht gechlort werden muß, bevor er an einen Vorfluter
abgeben wird.
Zweckmäßig arbeitet der biologische Reaktionsbe- J">
halter bei im wesentlichen dem gleichen Druck, wie er auf der Beschickungsseite der Membran gehalten wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens teilt man den konzentrierter., biologische
Lebendstoffe enthaltenden, auf der Beschickungsseite <n der Membran im Kreislauf vorbeigeführten Strom in
mehrere Teile auf, wobei einer dieser Teile im Kreislauf geführt und ein anderer zu dem biologischen Reaktionsbehälter
zugeführt wird. Dabei verändert man zweckmäßig das Aufteilungsverhältnis der Konzentratstromanteile
periodisch, 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 erhöht wird, wobei man ><i periodisch einen Teil des Kreislaufstromes mit erhöhter
Feststoffkontentration abzieht und so periodisch biologische Feststoffe aus dem Reaktionssystem in
konzentrierter Form entfernt.
Weiterhin erwies es sich als zweckmäßig, das ">>
Abziehen eines Stromes aus dem Reaktionsbehälter und die Kreislaufführung eines Teils des konzentrierten
Stromes zurück zu dem Reaktionsbehälter so durchzuführen, daß die Verweilzeit in dem Reaktionsbehälter im
Bereich von 10 bis 30 Minuten liegt. Günstigerweise w)
wird ein solcher Anteil des konzentrierten, biologische Lebenstoffe enthaltenden Stromes von
<lern Reaktionsbehälter abgezogen, daß eine Konzentration an
biologischen Lebendstoffen in dem Reaktionsbehälter im Bereich von 1 bis 12% aufrechterhalten wird. i>r>
|e nach der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann es zweckr liißig sein, auf der Bescbikki
mit der Membran biologisch langsam zersetzbare Nährstoffe zurückzuhalten und sie zur
metabolischen Umwand'ung in dem Reaktionsbehälter zurückzuführen oder in einem Abwasserstrom enthaltene,
nicht biologisch zersetzbare Stoffe durch die Membran in den Ausflußstrom zu überführen. Bakterien
und Viren werden zweckmäßigerweise auf jeden Fall auf der Beschickungsseite der Membran zurückgehalten-
Nach einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform verwendet man zwei hintereinandergeschaltete Trennstufen,
von denen jede eine semipermeable Membran, jedoch mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich
der durchtretenden Teilchengrößen verwendet. Dabei wird der Konzentratstrom der zweiten Trennstufe im
Kreisstrom wiederholt an der Membran der zweiten Trennstufe vorbeigeführt und so konzentriert Beim
Abziehen eines Teils des wiederholt konzentrierten Stromes werden somit Stoffe mit einer Molekülgröße
entfernt, die zwischen der Durchlaßgröße der Membran der ersten Trennstufe und der Dur :hlaßgröße der
Membran der zweiten Trennstufe liegt.
Unabhängig von der speziellen Ausführungsform ist es zweckmäßig, eine Membran-Trennvorrichtung zu
verwenden, deren selektiv permeable Membran eme TrenngröRe entsprechend Molekulargewichten von 200
bis; 400 besitzt und die die biologischen Lebendstoffe und die nicht umgewandelten organischen Nährstoffe
zurückhält und Wasser und gelöste anorganische Stoffe durchläßt.
Zum technischen Fortschritt ist zu sagen, daß bei der
Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung für die Abwasserbehandlung der Ausfluß aus der Membran-Trennvorrichtung
von sehr hoher Qualität ist. Beispielsweise liegt der biologische Sauerstoffbedarf des
Ausflusses in der Größenordnung von 3 mg/1, der chemische Sauerstoffbedarf in der Größenordnung von
20 mg/1, ohne daß der Ausfluß Bakterien oder bekannte Viren enthält. Diese hohe Qualität des gekirrten
Abwassers ist auf das Zurückhalten der langsam biologisch zersetzbaren Moleküle sowie der Bakterien
und V::en durch die Membran zurückzuführen. Geklärtes
Abwasser dieser Qualität kann ohne weitere Behandlung in Vorfluter abgelassen werden, ohne
vorher gechlort zu werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daii das erfindungsgemäße
Verfahren wirksam bei sehr hohen Konzentrationen an biologischen Lebendstoffen, wie
beispielsweise von 7 bis 12%, arbeiten kann.
Die Möglichkeit, mit solch dicken Schlämmen mit hoher Konzentration an biologischen Lebendstoffen zu
arbeiten, ist ein bedeutender Unterschied gegenüber bekannten Anlagen zur metabolischen Abwasserbehandlung,
bei denen der Reaktionsbehälter üblicherweise bei Feststoffkonzentrationen von etwa 0,3 bis 0,5%
arbeitet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann
somit die Größe des Reaktionsbehälters vermindert werden.
Ein weiterer Vorteil ist der, daß die periodische Abnahme eines Überschusses von biologischen Lebendstoffen
mit höheren Konzentrationen erfolgt. Daher besitzt der Abwasserschlamm ein viel niedrigeres
Volumen je Gewichtseinheit an Feststoffen, so daß
keine Eindickungsstufc. die gewöhnlich bei bekannten Systemen mit Belebtschlamm benutzt wurde, erforderlich
ist.
Schließlich braucht man kein primäres Klärbecken, und das Rohabwasser kann direkt dein biologischen
Reaktionsbehälter /.imeführt werden. Dies erzielt nicht
nur eine Kosteneinsparung, sondern bedeutet auch, daß
die gesamte Nährstoffzufuhr in dem Rohabwasser einer metabolischen Umwandlung unterzogen wird. In der
Zeichnung bedeutet
Fig. I ein schematisches Fließbild einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung mit einer
Membran-Trennvorrichtung für Ultrafiltration und urngekehrte Osmose,
Fig.2 ein schematisches Fließbild einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,
F i g. 3 ein schematisches Fließbild nach einer anderen
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung mit einem bei Umgebungsdruck arbeitenden Reaktionsbehälter
und
Fig. 4 ein schematisches Fließbild einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung,
worin eine zweistufige Membran-Trennvorrichtung benutzt wird.
»-■ > £T 1 "ϊίΐΐϊτί /linnn iinlnr Γιρι ιοί/ ris*V*s\r*fAnw\ D «-t*» I' *ift«f
behälter 10, der die biologischen Lebendstoffe enthaltende
Flüssigkeit 12 enthält. Die biologischen Lebendstoffe werden durch Nährstoffe unterhalten, die durch
die Pumpe 14 und die Leitung 16 zugeführt werden. Bei der Anwendung des Verfahrens für die Abwasserbehandlung
ist zweckmäßig eine Zerkleinerungsvorrichtung 18 in die Leitung 16 für die Nährstoffe eingebaut,
um so die Teilchengröße des Rohabwassers zu vermindern, um die metabolische Umwandlung der
Nährstoffe zu ermöglichen und um zu verhindern, daß übergroße Teilchen den Fluß in dem System, speziell in
der Membran-Trennvorrichtung, blockieren.
Für jene Anwendungen, bei denen die biologischen Lebendstoffe in dem Reaktionsbehälter aerob sind, ist
ein Verteiler 20 für Preßluft oder Sauerstoff 22 in dem Reaktionsbehälter eingebaut, um den erforderlichen
Sauerstoff für die metabolische Umwandlung eier Nährstoffe zu liefern. Der Reaktionsbehälter besitzt
auch eine Entlüftung 24 mit einer geeigneten Reguliereinrichtung, wie einem Ventil 26.
Ein Teil des Reaktionsbehälterinhaltes wird durch die Leitung 28 abgezogen und mit Hilfe einer Pumpe 30
durch eine Beschickungsleitung 32 zu einer Membran-Trenr vorrichtung 40 geführt. Diese besitzt ein Gehäuse
Ί2. das durch eine (oder selbstverständlich mehrere)
selektiv permeable Membran 44 in einen Beschickungsdurchlaufraum 46 und einen Ausflußraum 48 getrennt
ist. Die Membranen 44 bewirken eine umgekehrte Osmose und Ultrafiltrationstrennung, wobei die biologischen
Lebendstoffe auf der Beschickungsseite der Membran zurückgehalten werden. Da eine Druckdifferenz
quer zur Membran 44 erforderlich ist. um die umgekehrte Osmose und Ultrafiltration zu bewirken, ist
eine perforierte Membranstützplatte 45 auf der Ausflußseite der Membran vorgesehen. Das Gehäuse 42
ist mit einem Auslaß 50 versehen, der mit dem Ausflußraum 48 verbunden ist. Die Flüssigkeit, die durch
die semipermeable Membran 44 hindurchgeht, wird in dem Ausflußraum 48 gesammelt und verläßt die
Membran-Trennvorrichtung als Ausflußstrom 52.
Das Material, das auf der Beschickungsseite der Membran 44 zurückgehalten wird und aus der
Hauptmenge der Trägerflüssigkeit und den biologischen Lebendstoffen besteht, fließt aus dem Beschickungsdurchlaufraum
46 durch Leitung 54 etwas konzentriert aus. Die Leitung 54 führt zurück zu der Einlaßseite der
Kreislaufpumpe, so daß wenigstens ein Teil des Konzentratstromes über die Beschickungsleitung 32 im
Kreislauf zurückgeführt wird und erneut an der Membran vorbeiströmt. Um die gewünschte Konzentration
der biologischen Lebendstoffe in dem Reaktionsbehälter 10 aufrechtzuerhalten, wird ein Teil des
Stromes, der sich aus Konzentrat und dem von der r, Pumpt· .30 abgegebenen, aus dem Reaktionsbehälter
abgezogenen Strom zusammensetzt, durch den Reaktionsbehälter mit Hilfe einer Rückführleitung 56 im
Kreislauf geführt. Die Aufteilung des von der Pumpe abgegebenen Stromes auf die Rückführleitung 56 und
in die Beschickungsleitung 32 wird durch Ventile 58 und 60
in den betreffenden Leitungen reguliert.
Da das fortgesetzte Wachstum der biologischen Lebendstoffe das System zeitweilig mit biologischen
Lebendstoffen überlasten kann, ist eine Entnahmelei·
ι s tung 62 mit einem Steuerventil 64 in die Kreislaufleitung der Membran-Trennvorrichtung eingebaut.
Die in F i g. 2 erläuterte Ausführungsform ist ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, weswegen für identische
Bestandteile die gleichen Bczugszcichcn verwendet
werden. Die Hauptunterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 liegen in der
Kreislaufanordnung. So wird in Fig. 2 ein Teil des Inhalts des Reaktionsbehälters 10 durch eine Leitung 80
abgezogen und mit Hilfe einer Pumpe 82 über eine
_>> Beschickungsleitung 84 in der Membran-Trennvorrichtung
im Kreislauf geführt. Ein Teil des Konzentrates, das den Beschickungsdurchlaufraum 46 über die Leitung 86
verlaß'.'vird mit Hilfe einer Rückführleitung 88 durch
den Reaktionsbehälter 10 im Kreislauf geführt, und ein
so anderer Teil wird direkt durch eine Rückführ- oder Nebenleitung 87 zu der Membran-Trennvorrichtung
geleitet. Die Aufteilung zwischen dem zurückgeführten Anteil und dem direkt im Kreislauf geführten Anteil des
Konzentratstromes wird durch Ventile 90 und 92
j") gesteuert, die jeweils in der Rückführleitung 88 und der
Kreislaufleitung 87 eingeschaltet sind.
Die Ausführungsform gemäß Fig.3 ist ähnlich der
gemäß Fig. 2, weswegen für identische Teile gleiche Bezugszeichen verwende! werden Der Hauptunterschied
zwischen diesen Alisführungsformen besteht darin, daß in Fig. 3 ein bei Umgebungsdruck arbeitender
Reaktionsbehälter 100 benutzt wird. Dieser enthält eine Flüssigkeit 102. in der die biologischen Lebendstoffe
enthalten sind, und wird über die Leitung !04 rriit
Nährstoffen versorgt. Ein Teil des Inhalts des Reaktionsbehälters 100 wird durch eine Leitung 106
abgezogen und ir. die unter Druck stehende Seite des Systems mit Hilfe einer Pumpe 108 eingeführt.
Die in Fig. 4 erläuterte Ausführungsform ist ähnlich
5υ derjenigen von Fig. 2, weswegen die gleichen Bezugszeichen für identische Teile verwendet werden. , .doch
ist in Fig.4 eine Membran-Trennvorrichtung 40 die erste von zwei Trennstufen. Die Trennvorrichtung 40
besitzt eine relativ durchlässige Membran 120, die so ausgewählt ist, daß sie die biologischen Lebendstoffe auf
ihrer Beschickungsseite zurückhält, aber nicht nur die Trägerflüssigkeit, sondern auch bestimmte Moleküle
hindurchläßt, die kleiner als die der biologischen Lebendstoffe sind. Bei der Anwendung auf die
Abwasserbehandlung können diese Moleküle beispielsweise die anorganischen Nährstoffe oder nicht biologisch
abbaubaren Stoffe des Abwassers sein. Stattdessen können diese Moleküle auch ein wertvolles Produkt
sein, das aus der metabolischen Umwandlung stammt. In jedem Fall wird ein diese Substanzen enthaltender
AusfluBstrom 122 aus der ersten Stufe der Membran-Trennvorrichtung
40 ausgetragen und zu der zweiten Stufe der Membran-Trennvorrichtung 124 mit Hilfe
einer Pumpe 126 durch eine Leitung 128 geführt.
Die Membran-Trennvorrichtung 124 besitzt eine oder mehrere Membranen 130, einen Membranstützkörper
132 und entsprechende Auslaßöffnungen, die mit der Ausflußleitung 134 und einer Konzentratatleitung 136
verbunden sind. Die Konzentratleitung führt zu der EinlaßHte der Kreislaufpumpe 126 zur direkten
Kreislaufführung des Konzentrats an der Membran 130 vorbei zurück. Die Membran 130 ist eine weniger
durchlässige Membran, die Moleküle der anorganischen Nährstoffe oder der metabolischen Produkte zurückhält,
während sie einen Durchgang der Trägerflüssigkeit gestattet. Auf diese Weise ergibt die wiederholte
Kreislaufführung der Beschickung zu der zweiten Stufe der Membran-Trennvorrichtung eine Konzentrierung
des Ausflusses aus der ersten Stufe der Membran-Trennvorrichtung. Periodisch oder kontinuierlich wird
ein Teil dieses konzentrierten Stromes durch die mit einem Vorteil versehene Leitung 137 zu einer
Gewinnungs- oder Extraktionsanlage 138 abgenommen, die von diesem abgenommenen Teil die darin
enthaltenen Feststoffe abtrennt. Beispielsweise kann die Gewinnungs- oder Extraktionsanlage 138 mit einem
Adsorbens, einem Ionenaustauscher, unter Lösungsmittelextraktion oder Destillation arbeiten. Die getrennten
Fraktionen werden aus der Anlage 138 durch entsprechende Leitungen 140 und 142 ausgetragen.
Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird tür die Abwasserbehandlung in Verbindung mit
dem Fließbild von Fig. 1 beschrieben. Typisches häusliches Rohabwasser aus einem Stadtbezirk wird
direkt zur Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Solches Rohabwasser besitzt
einen geringen gelösten Feststoffgehalt und eine größeren Anteil suspendierter Feststoffe. Dieses Rohabwasser
wird in der Mahlvorrichtung 18 zerkleinert, um eine maximale Teilchengröße von etwa 0,8 mm zu
erhalten, und wird dann in den biologischen Reaktionsbehälter gepumpt, der unter dem auf der Beschickungsseite der Membran erforderlichen Druck im Bereich von
1,4 bis 7,0 kg/cm2 gehalten wird.
Der Reaktionsbehälter enthält typische, im Wasser suspendierte, aerobe biologische Lebendstoffe, wie sie
gewöhnlich in Abwassersystemen mit Belebtschlamm verwendet werden. Der Reaktionsbehälterinhalt wird
mit ausreichend Luft belüftet, um die metabolische Umwandlung der Nährstoffe in dem Rohabwasser zu
gewährleisten, und die bei der metabolischen Umwandlung entstehenden Gase, hauptsächlich CO2, und andere
Abgase läßt man aus dem unter Druck stehenden Reaktionsbehälter durch das Regelventil 24 austreten.
Der Reaktionsbehälter ist genügend groß, und die Abzugs- und Rückführströme sind so gewählt, daß man
eine Verweilzeit in dem Reaktionsbehälter im Bereich von 10 bis 30 Minuten erhält Der Abfluß biologischer
Lebendstoffe durch die Abnahmeleitung 62 ist so eingestellt, daß das System auf einer hohen Konzentration
biologischer Lebendstoffe gehalten wird, wie beispielsweise 3%, wobei das Belastungsverhältnis von
biologischem Sauerstoffbedarf zu biologischen Lebendstoffen in der Größenordnung von 03 bis 03 liegt
Die Membran in der Trennvorrichtung 40 wurde bei diesem Beispiel so ausgewählt, daß man eine Trennung
entsprechend Molekulargewichten in der Größenordnung von 200 bis 400 erhielt Solch eine Membran hält
die biologischen Lebendstoffe und im wesentlichen alle unadsorbierten oder unmetabolisierten organischen
Moleküle oder suspendierten Teilchen aus dem Rohabwasser zurück, während sie den Transport von
Wasser und gelösten organischen Stoffen, wie Salzen, gestattet. Die Trenneigenschaft der Membran wird
zweckmäßig so gewählt, daß die Trennung gut unterhalb der Größe des zurückzuhaltenden Materials
und gut oberhalb der Größe des Materials liegt, das durch die Membran hindurchgehen soll, wodurch eine
Verminderung der Geschwindigkeit des Durchflusses durch die Membran infolge Verstopfens vermieden
wird.
Für die Betrachtung der Faktoren, die die erwünschten volumetrischen Fließgeschwindigkeiten beeinflussen,
erhält die Abwassereinspeisung zu dem Reaktionsbehälter den volumetrischen Strömungseinheitswert Q.
Der Fluß in der Rückführschleife des Systems muß eine Erschöpfung der biologischen Organismen in dem
Keaktionsbe',U;:cr vermeiden. Da unter stets feststehenden
Betriebsbedingungen die Geschwindigkeit des Abziehens aus dem Reaktionsbehälter die Rückführgeschwindigkeit
zu dem Reaktionsbehälter um 1 Q überschreitet und da der Rückfluß zu dem Reaktionsbehälter
etwas konzentrierter ist als der abgezogene
2) Strom, kann eine Erschöpfung der biologischen
Organismen durch eine solche Steigerung der Kreislaufführung durch den Reaktionsbehälter, daß der Überschuß
der Abzugsgeschwindigkeit um 1 O ausgeglichen wird, vermieden werden. Bei diesem Beispiel fand man,
)« daß ein Rückführungswert von 20 Q ausreichend war,
um den oben angegebenen Bedingungen zu gehorchen. Daher liegt die Abzugsmenge in Leitung 28 bei 21 Qund
die Rückführmenge zu dem Reaktionsbehälter durch Leitung 56 bei Zd Q.
i> Die bestimmten Faktoren, die die erwünschten Strömungsgeschwindigkeiten in der Membran-Trennvorrichtung
beeinflussen, rühren von der Membran selbst her. Um die nachteiligen Wirkungen der
Konzentrationssteigerungen zu verringern, die sich
■><>
quer zu der Oberfläche der Membran aufbauen, wenn die Beschickung entlang dieser Oberfläche vorrückt,
wird eine turbulente Strömung über den Membranen bevorzugt, da eine solche Strömung Konzentrationssteigerungen auf ein Minimum herabsetzt. Außerdem
unterstützen höhere Fließgeschwindigkeiten und die entsprechende Turbulenz entlang den Membranen eine
Art Auswaschwirkung, die die Ablagerung von Feststoffen auf den Oberflächen der Membranen verbindet.
Daher sollte für einen wirksamen Membranbetrieb die Beschickungsgeschwindigkeit zu der Trennvorrichtung
gro'i gegenüber der Ausflußgeschwindigkeit sein, wie
beispielsweise im Bereich des 100-fachen. Wenn der Ausflußstrom von der Membran-Trennvorrichtung
unter gleichbleibenden Bedingungen im wesentlichen 1 Q ist kann die Beschickungsgeschwindigkeit in der
Leitung 32 bei 101 Q und der Konzentratfluß in der Leitung54 bei 100 (fliegen.
Die obere Begrenzung der durch die Membran-Trennvorrichtung fließenden Menge wird durch die
Tatsache bestimmt, daß die Membran bei übermäßig hohen Geschwindigkeiten zerstört werden kann und/
oder von der Stützplatte physikalisch abgeschält werden kann. Außerdem wird vom Standpunkt der
Pumpenstärke die Rückführung durch den Reaktionsbehalter sowie die direkte Kreislaufführung des Konzentrates
erwünschtermaßen so klein wie möglich gehalten. Wie am besten unter Bezugnahme auf Fig.2 zu
verstehen ist kann die Aufspaltung zwischen der
Rückflußströmung in Leitung 88 und der direkten Kreislaufströmung in Leitung 87 irgendwie zwischen
den Eixtremen von 100% Rückführung und 100%
direkter Kreislaufführung durch geeignete Einstellung der Ventile 90 und 92 variiert werden. Angenommen, die
oben beschriebenen Strömungserfordernisse zeigen an, daß der Fluß durch die Membran-Trennvorrichtung
zwischen 100 (J und die Rückströmung zu dem Reaktionsbehälter wenigstens 20 Q betragen sollte, so
ist klar, daß diese Mindestmengen durch Rückführung der gesamten 100 Q Konzentratfluß von der Membran-Trennvorrichtung
zu dem Reaktionsbehälter ohne direkte Kreislaufführung oder Umleitung durch Leitung
87 erreicht werden. Jedoch kann man eine Verminderung der Pumpenstärke erreichen, während das
gewünschte Strömungsminimum beibehalten wird, wenn man 80 Q durch die Umgehungsleitung 87 im
Kreislauf führt und 20 O durch die Leitung 88 zurückführt.
Wenn es weiteihin erwünscht ist, die Konzentration
der biologischen Lebendstoffe in der Membran-Trennvorrichtungsschieite
des Kreislaufsystems zu erhöhen, beispielsweise wenn Lebendstoffe abgenommen werden
sollen, kann das Rückführventil 90 geschlossen werden. Dies entspricht einem Schließen des Ventils 58
in Fig. 1, unter welchen Bedingungen die in beiden Fließbildern identisch sind. Dies führt zu einer
Verarmung an biologischen Lebendstoffen in dem Reaktionsbehälter und überführt diese in den Kreislauf
in der Membran-Trennvorrichtungsschleifc. so daß die
Lebendstoffkonzentration darin erhöht wird. Bei Anlagen, bei denen das Volumen der Membran-Trennvorrichtungsschleife
klein gegenüber dem des Reaktionsbehälters ist, kann die Konzentrierung in der Membran-Trennvorrichtungsschleife
ohne entsprechende Verminderung der Konzentration an biologischen Lebendstoffpn in Hpm Rpalf tinnshphällpr prfnlppn
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:J. Verfahren zur Konzentrierung biologischer Lebendstoffe in einem Reaktionssystem mit einem Reaktionsbehälter, der von einer Flüssigkeit getragene, Nährstoffe umwandelnde biologische Lebendstoffe enthält, und mit einer Membran-Trennvorrichtung mit einer selektiv permeablen Membran, die Trägerflussigkeit durchläßt, während sie die biologischen Lebendstoffe zurückhält, und mit Einrichtungen zur Kxeislaufführung der die biologischen Lebendstoffe enthaltenden Flüssigkeit von dem Reaktionsbehälter zu der Membran-Trennvorrichtung und zurück zu dem Reaktionsbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil des konzentrischen, die biologischen Lebendstoffe enthaltenden Stromes im Kreislauf erneut an der einen Seite der Membran vorbeiführt und wiederholt der konzentrierenden Wirkung der Membran aussetzt und man einen Teil des -° wiederholt konzentrierten Stromes zur Entfernung biologischer Lebendstoffe aus dem Reaktionssystem in konzentrierter Form abzieht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den konzentrierten, biologische -5 Lebendstoffe enthaltenden, auf der Beschickungsseite der Membran im Kreislauf vorbeigeführten Strom in mehrere Teile aufteilt, wobei einer dieser Teile im Kreislauf geführt und ein anderer zu dem biologischen Reaktionsbehälter zurückgeführt wird.
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