DE1658062C3

DE1658062C3 - Konzentrierung biologischer Lebendstoffe

Info

Publication number: DE1658062C3
Application number: DE1658062A
Authority: DE
Inventors: William Edward Ridgefield Budd; Robert White Westport Okey
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1966-09-09
Filing date: 1967-09-01
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE1658062B2; NL160229B; BE703659A; DE1650062A1; NL6712307A; DE1658062A1

Description

Erfindungsgegenstand ist das im Patentanspruch 1 angebene Verfahren. Der Patentanspruch 2 nennt eine Ausgestaltung dieses Verfahrens.

Die erfindungsgemäß erhaltenen biologischen Lebendstoffe werden beispielsweise bei der Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer verwendet.

In bekannten Abwasserbehandlungsverfahren können die Anlagen Beschickungen mit einer maximalen Feststoffkonzentration 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 erhöhen. Die Begrenzung hinsichtlich der Belastung bzw. Feststoffkonzentration des zu klärenden Abwassers führt zu verschiedenen Nachteilen, nämlich zu niedrigeren Klärzeiten, relativ verdünntem Überschußschlamm, erhöhter Menge an Überschußschlamm und minderer Qualität des geklärten Abwassers. Außerdem können die bekannten Verfahren gelöste Feststoffe, die nicht metabolisiert oder von den biologischen Lebendstoffen absorbiert werden, nicht abtrennen.

Aus der US-PS 3186 017 ist ein Dialyseverfahren bekannt, bei dem sich vor und hinter einer Membran je ein Kreislauf für Nährstofflösung und biologische Lebendstoffe 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 US-PS 31 88 288 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Mikroben- und Feststoffkonzentration in

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65 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 Abwasser« von F. Sierp, 2. Auflage ist die Anwendung der Membranfiltration bei der Abwasserreinigung bekannt, und die US-PS 30 85 687 beschreibt ein Verfahren zur Ultrafiltration durch Feststoff-Flüssigkeitstrennung, jedoch ohne biologischen Reaktionsbehälter.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe bestand nun darin, in einem Reaktionssystem mit einem biologischen Reaktionsbehälter und einer Membran-Trennvorrichtung eine Konzentrierung der biologischen Lebendstoffe in ausgeglichener kontinuierlicher Betriebsweise zu bekommen und demzufolge in dem biologischen Reaktionsbehälter mit höheren Feststoffkonzentrationen als üblich zu arbeiten.

Das erfindungsgemäße 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-Trenr.vorrichtung mit einer selektiv permeablen Membran, die Trägerflüssigkeit durchläßt, während sie die biologischen Lebendstoffe zurückhält, und mit Einrichtungen tar Kreislaufführung der die biologischen Lebendstoffe enthaltenden Flüssigkeit von dem Reaktionsbehälter zu der Membran-Trennvorrichtung und zurück zu dem Reaktionsbehälter ist dadurch gekenn' zeichnet, 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 Lebendstoffe aus dem Reaktionssystem in konzentrierter Form abzieht, und löst die 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 Trägerflüssigkeit passiert die Membran und verläßt dann die Membran-Trennvor-

richtung. Die biologischen Lebendstoffe und der größere Teil der Trägerflüssigkeit werden auf der Beschickungsseite der Membran zurückgehalten und verlassen die Membran-Trennvorrichturg als Konzentratstrom. Dieser Konzentratstrom wird im Kreislauf zu der Membran zurückgeführt, um eine weitere Trennwirkung an der Membran zu gestatten, üiese Kreislaufführung erfolgt durch direkte Rückführung und gegebenenfalls Kreislaufführung durch den biologischen Reaktionsbehälter.

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 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 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 Reaktionsbehälter bei im wesentlichen dem gleichen Druck, wie er auf der Beschickungsseite der Membran gehalten wird.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens teilt man den konzentrierten, biologische Lebendstoffe enthaltenden, auf der Beschickungsseite 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 periodisch einen Teil des Kreislaufstromes mit erhöhter Feststoffkonzentration abzieht und so periodisch biologische Feststoffe aus dem Reaktiopssystem 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 wird ein solcher Anteil des I· 'entrierten, biologische Lebenstoffe enthaltenden Mromes von dem Reaktionsbehälter abgezogen, daß eine Konzentration an biologischen Lebendstoffen in dem Reaktionsbehälter im Bereich von 1 bis 12% aufrechterhalten wird.

Je nach der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann es zweckmäßig sein, auf der Beschikkungsseite mit der Membran biologisch langsam zersetzbare Nährstoffe zuiückzuhalten und sie zur metabolischen Umwandlung 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 zurückgehaJ-ten.

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 Durchlaßgröße der Membran der zweiten Trennstufe liegt.

Unabhängig von der speziellen Ausführungsform ist es zweckmäßig, eine Membran-Trennvorrichtung zu verwenden, deren selektiv permeable Membran eine Trenngröße 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 geklärten Abwassers ist auf das Zurückhalten der langsam biologisch zersetzbaren Moleküle sowie der Bakterien und Viren 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, daß 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 Eindickungsstufe, die gewöhnlich bei bekannten Sys'emen mit Belebtschlamm benutzt wurde, erforderlieh ist.

Schließlich braucht man kein primäres Klärbecken, und das Rohabwasser kann direkt dem biologischen Reaktionsbehälter zugeführt 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

F i g. 1 ein schematisches Fließbild einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung mit einer Membran-Trennvorrichtung für Ultrafiltration und umgekehrte 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 π Ausführungsforrn des Verfahrens nach der Erfindung, worin eine zweistufige Membran-Trennvorrichtung benutzt wird.

Fig. 1 zeigt einen unter Druck stehenden Reaktionsbehälter 10, der die biologischen Lebendstoffe enthaltende Flüssigkeit 12 enthält. Die biologischen Lebendsloffe 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 Zerkleinerungsvorrich- 2^r> tung 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 der 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-Trennvorrichtung 40 geführt. Diese besitzt ein Gehäuse 42, 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 5Z

Das Material, das auf der Beschickungsseite der t>0 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 Pumpe 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 die Beschickungsleitung 32 wird durch Ventile 58 und 60 in den betreffenden Leitungen reguliert.

Da das fortgesetzte Wachstum der biologischen Lebendsloffe das System zeitweilig mit biologischen Lebendstoffen überlasten kann, ist eine Entnahmeleitung 62 mit einem Steuerventil 64 in die Kreislaufleilung der Mcrnbran-Trcnnvorrichtung eingebaut.

Die in Fig. 2 erläuterte Ausführungsform ist ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, weswegen für identische Bestandteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Hauptunterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen der F i g. 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 verläßt, wird mit Hilfe einer Rückführleitung 88 durch den Reaktionsbehälter 10 im Kreislauf geführt, und ein 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 gesteuert, die jeweils in der Rückführfeitung 88 und der Kreislaufleitung 87 eingeschaltet sind.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist ähnlich der gemäß F i g. 2, weswegen für identische Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Hauptunterschied zwischen diesen Ausführungsformen 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 104 mit Nährstoffen versorgt. Ein Teil des Inhalts des Reaktionsbehälters 100 wird durch eine Leitung 106 abgezogen und in die unter Druck stehende Seite des Systems mit Hilfe einer Pumpe 108 eingeführt

Die in F i g. 4 erläuterte Ausführungsform ist ähnlich derjenigen von Fig. 2, weswegen die gleichen Bezugszeichen für identische Teile verwendet werden. Jedoch ist in F i g. 4 eine Membrari-Trennyorrichtung 40 die erste von zwei Trennstufen. Die Trennvorrichtung 40 bpsitzt 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 abbauba*-en 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 Ausflußstrom 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 Einlaßseite 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.

Beispiel

Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird für die Abwasserbehandlung in Verbindung mit dem Fließbild von F i g. 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 0,3 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 Reaktionsbehälter 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 Strom, kann eine Erschöpfung der biologischen Organismen durch eine solche Steigerung der Kreislaufführung durch den Reaktionsbehälter, daß der Überschuß der Abzugsgeschwindigkeit um 1 Q 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 (?und die Rückführmenge zu dem Reaktionsbehälter durch Leitung 56 bei 20 Q.

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

so Beschickungsgeschwindigkeit zu der Trennvorrichtung groß gegenüber der Ausflußgeschwindigkeit sein, wie beispielsweise im Bereich des iOO-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 MeHge 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 Extremen 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 10Q<? 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 Strömungsminimuni beibehalten wird, wenn man 80 Q durch die Umgehungsleitung 87 im Kreislauf führt und 20 Q durch die Leitung 88 zurückführt

Wenn es weiterhin erwünscht ist, die Konzentration der biologischen Lebendstoffe in der Membran-Trennvorrichtungsschleife 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-Trennvorrichtungsschleife, 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-Trcnnvorrichtungsschleife ohne entsprechende Verminderung der Kanzentration an biologischen Lebendstoffen in dem Reaktionsbehälter erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Trägerflüssigkeit durchläßt, während sie die biologischen Lebendstoffe zurückhält, und mit Einrichtungen zur Kreislaufführung 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 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.