DE4302319A1 - Verfahren und Anordnung zur Aufbereitung von Abwassern, insbesondere in Flugzeugen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Aufbereitung von Abwassern, insbesondere in FlugzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Aufbereitung von Ab
wassern, vorzugsweise in Flugzeugen, in der das Abwasser üblicherweise bekannte
Reinigungsstufen und zumindest die folgenden Einheiten wenigstens einmal durchläuft:
eine Pumpe, eine mechanische Filterstufe, eine Umkehrosmosestufe, eine Aktivkohlefil
terstufe und eine Desinfektionsstufe.
Im Flugzeug ist es im Zuge der ständigen Suche nach Verbesserung des Komforts der
Fluggäste einerseits und der begrenzten Ladekapazität von Flugzeugen andererseits ein
Erfordernis, mit einer begrenzten Menge an Trink- und Brauchwasser während des
Fluges auszukommen. So sind bei immer steigenden Komfortbedürfnissen, beispielsweise
Duschen und Waschen während des Fluges bei Langstreckenflügen, die vorhandenen
Wassermengen optimal zu nutzen. Bei Kurzstreckenflügen zur Nutzung des Flugzeuges
als Massentransportmittel erfordert ein mögliches Maximum an Beladung (Fluggäste oder
Fracht) eine Reduzierung der mitgeführten Wassermengen bis zu einem Minimum.
Mit dem bekannten Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die zumindest teilweise
benutztes Wasser zur Wiederverwendung aufbereiten. In der US-Zeitschrift "Transactions
of the ASME", Journal of Engineering for Industry, Volume 97, No. 1, Februar 1975,
Seiten 224-227; A.L. Ingelfinger et al.: "Integratet water and waste managenemt system
for future spacecraft" wird eine Lösung für die Raumfahrt vorgeschlagen, die das Pro
blem der Abwasseraufbereitung mittels einem Verfahren, welches im wesentlichen auf
der Verdampfung und katalytischen Oxidation der Wasserbestandteile mit Hilfe von Hitze
löst, die durch die Verwendung von Radioisotopen gewonnen wird.
Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß sie aus Sicherheitsgründen aufgrund der
auftretenden Strahlung in einem Passagierflugzeug nicht vertretbar ist und der benötigte
hohe Energiebedarf dieser Einrichtung zur Abwasseraufbereitung mit einer anderen
Energieform als mit der vorgeschlagenen Atomenergie nicht erreicht wird.
Eine weitere bekannte Lösung, die DE-PS 37 15 759, sieht in einer Anordnung zur Was
serversorgung an Bord eines Flugzeuges eine Einrichtung zur Aufbereitung von Abwas
sern vor, mit der zur Reinigung des Abwassers bis zum Erreichen von Trinkwasser
qualität folgende Einheiten durchlaufen werden: ein mechanischer Filter, eine Pumpe, ein
Kohlefilter bekannter Art mit eingelagerter Aktivkohle, eine Ozon-Stufe, eine Umkehros
mosestufe und eine Desinfektionsstufe. Dieser Einrichtung haftet der Nachteil an, daß für
eine hohe Reinigungswirkung in der Ozon-Stufe sehr lange Kontaktzeiten des zu behan
delnden Abwassers mit dem Ozon eingehalten werden müssen und ein großer Raumbe
darf infolge eines großen Behandlungsvolumens des Abwassers bei Einhaltung der
geforderten Durchsatzleistungen notwendig ist.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren
derart durchzuführen, daß eine Wasseraufbereitung sicherheitstechnisch unbedenklich,
gewichts- und raumsparend und mit minimierter Energiezufuhr erfolgt und die Qualität
des aufbereiteten Wassers den entsprechenden Vorschriften von Trink- bzw. Brauch
wasser entspricht.
Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Ab
wasser als wesentliche Hauptreinigung zumindest eine Gefrierkonzentrationsstufe durch
läuft.
Insbesondere vorteilhaft ist, daß die Gefrierkonzentrationsstufe als eine universelle Reini
gungsstufe die Möglichkeit bietet, beliebig zusammengesetztes Abwasser in einer Ver
fahrensanordnung mit weiteren, üblicherweise bekannten Reinigungsstufen bis zur Trink
wasserqualität aufzubereiten, wobei partikuläre und gelöste Stoffe aus der Schmutzfracht
abgetrennt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Gefrierkonzentrationsstufe sicherheitstechnisch völlig
unbedenklich arbeitet.
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprü
chen 2-14.
Aus Anspruch 5 ergibt sich der Vorteil, daß für die nach der Gefrierkonzentrationsstufe
folgende Membrantrennstufe ein starkes Absinken der Reinigungsleistung vermieden
wird. Membranschädigende Substanzen, wie Säuren, freies Chlor und Sauerstoff, gelan
gen nicht bis zur Membrantrennstufe, die Standzeiten werden verlängert und die Funk
tionstüchtigkeit bleibt erhalten.
Aus Anspruch 7 ergibt sich der Vorteil, daß ein Rieselfilmreaktor mit einem geringen
technischen Aufwand und geringem Raumbedarf bei guten Reinigungsleistungen und
ausreichenden Durchsatzleistungen eingesetzt werden kann.
Aus Anspruch 10 ergibt sich der Vorteil, daß mit einer Kristallisationswalze gute Reini
gungsleistungen und ein kontinuierlicher Betrieb realisierbar ist.
Aus Anspruch 11 ergibt sich der Vorteil, daß infolge kleiner Kristallwachstumsgeschwin
digkeiten im Kristallsuspensionsreaktor eine sehr hohe Kristallreinheit und damit hohe
Reinigungsleistungen erreichbar sind.
Aus Anspruch 12 ist insbesondere vorteilhaft, daß für die Gefrierkonzentrationsstufe in
der Verfahrensdurchführung für das Auffrieren der Kristallschicht unter Ausnutzung der
natürlich vorhandenen Kälte in Flughöhe nur ein sehr geringer Energiebedarf notwendig
ist.
Aus Anspruch 9 oder 13 ist insbesondere vorteilhaft, daß für die Gefrierkonzentrations
stufe in der Verfahrensdurchführung für das Abschmelzen der Eisschicht im Flugzeug
schon vorhandene Wärme genutzt wird und somit der Energiebedarf wesentlich reduziert
wird.
Die Erfindung wird nachstehend beschrieben und anhand der Fig. 1 - 9 näher erläu
tert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausgestaltungsform einer Abwasseraufbereitungsanordnung,
Fig. 2 eine Tabelle der erzielten Parameter der ersten Ausgestaltungsform,
Fig. 3 eine zweite Ausgestaltungsform einer Abwasseraufbereitungsanordnung,
Fig. 4 eine Tabelle der erzielten Parameter der zweiten Ausgestaltungsform,
Fig. 5 eine dritte Ausgestaltungsform einer Abwasseraufbereitungsanordnung,
Fig. 6 eine Tabelle der erzielten Parameter der dritten Ausgestaltungsform,
Fig. 7 eine vierte Ausgestaltungsform einer Abwasseraufbereitungsanordnung,
Fig. 8 eine Tabelle der erzielten Parameter der vierten Ausgestaltungsform und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Gefrierkonzentrationsstufe in Form eines
Rieselfilmreaktors.
In den Fig. 1 bis 8 sind Reinigungsstufen zur Aufbereitung von Abwasser in verschie
denen Kombinationen und die damit erzielten Parameter gezeigt, wobei eine Gefrierkon
zentrationsstufe als Hauptreinigungsstufe die zentrale Rolle spielt. Das Verfahren der
Gefrierkonzentration ist ein in der Grundstoff- und Lebensmittelindustrie an sich bekann
tes Verfahren und wird zur Aufkonzentration von Lösungen, beispielsweise zur Gewin
nung von Geschmacksstoffen, angewendet. Als ein universelles Reinigungsverfahren
bietet das Gefrierkonzentrationsverfahren die Möglichkeit, beliebig zusammengesetztes
Abwasser in einer Verfahrensanordnung mit weiteren, üblicherweise bekannten Reini
gungsstufen bis zur Trinkwasserqualität aufzubereiten, wobei partikuläre und gelöste
Stoffe aus der Schmutzfracht abgetrennt werden. Es wird ein thermisches Trennverfahren
realisiert, welches auf einer Phasenumwandlung flüssig/fest beruht. Durch Abkühlung
wird das Abwasser, im folgenden Lösung genannt, in einen übersättigten Zustand ver
setzt. Das führt zu einer Phasenumwandlung, bei der Eiskristalle ausfrieren. In den
Eiskristallen können nahezu keine Verunreinigungen verbleiben, da die Fremdmoleküle
aufgrund ihrer Größe und ihrer Form nicht zur Mischkristallbildung im Eiskristall
geeignet sind. So werden praktisch unspezifisch alle im Wasser gelösten und partikularen
Stoffe mit der fortschreitenden Eisfront ausgeschieden. Allenfalls in sehr niedrigen
Konzentrationen, als Punktdefekte im Kristallgitter, können beispielsweise Ammoniak
(NH3), Ammoniumfluorid (NH4) oder Fluorwasserstoff (HF) eingeschlossen sein.
Im folgenden werden vier Ausführungsformen einer Wasseraufbereitungsanordnung in
einer schematischen Darstellung gezeigt. Die Anzahl und Kombination der Reinigungs
stufen, wie eine mechanische Filterstufe, eine Gefrierkonzentrationsstufe, eine Mikrofil
trations- und Ultrafiltrationsstufe, eine Umkehrosmosestufe, eine Aktivkohlefilterstufe
und eine UV-Bestrahlungsstufe, bestimmen die erreichbare Qualität des aufbereiteten
Wassers. Zum Bewegen des Wassers in den Filtrationsstufen und der Umkehrosmosestu
fe sind vorzugsweise Pumpen eingesetzt, die aber in den Fig. nicht dargestellt sind. Zur
Feststellung der Wirksamkeit der jeweiligen Reinigungsstufen sind Leistungsdaten, wie
die Salzkonzentration durch die ionische Leitfähigkeit (Leitf. in µS/cm), die Anreiche
rung von organischen Inhaltsstoffen durch die Summenparameter TOC (total organic
carbon - der gesamte Kohlenstoffgehalt in mgC/l) und CSB (chemischer Sauerstoffbedarf
in mg/l), sowie der Ammoniumgehalt NH4-N, bestimmt und dargestellt. Angegeben sind
weiterhin der notwendige Raumbedarf (Raum in m3) und das Gewicht (Gew. in kg) der
einzelnen Reinigungsstufen. Diese Leistungsdaten sind in Tabellenform im Zusammen
hang mit der jeweiligen Ausführungsform in die Fig. 1-8 aufgenommen.
Zur Erläuterung des Tabellenkopfes bedeuten folgende Abkürzungen:
Abw. - Abwasser
Filt. - mechanische Filterstufe
GK 1 - erste Gefrierkonzentrationsstufe
GK2 - zweite Gefrierkonzentrationsstufe
M/UF - Mikrofiltrationsstufe bzw. Ultrafiltrationsstufe
RO1 - erste Umkehrosmosestufe
RO2 - zweite Umkehrosmosestufe
AK - Aktivkohlefilterstufe
UV - UV-Bestrahlungsstufe.
Filt. - mechanische Filterstufe
GK 1 - erste Gefrierkonzentrationsstufe
GK2 - zweite Gefrierkonzentrationsstufe
M/UF - Mikrofiltrationsstufe bzw. Ultrafiltrationsstufe
RO1 - erste Umkehrosmosestufe
RO2 - zweite Umkehrosmosestufe
AK - Aktivkohlefilterstufe
UV - UV-Bestrahlungsstufe.
Die Wirkungen der einzelnen Reinigungsstufen sind in der Wasseraufbereitung an sich
bekannt, sollen hier jedoch kurz erläutert werden.
Die mechanische Filterstufe dient im wesentlichen zur Abtrennung partikularer Stoffe
aus der Lösung. Siebfilter dienen zur Abtrennung grober Artikel und mit einem Spaltfil
ter können Partikel in einer Größenordnung von 15 bis 20 µm herausgefiltert werden. Sie
ist Bestandteil aller Ausgestaltungsformen der Wasseraufbereitungsanordnung.
In der Gefrierkonzentrationsstufe werden partikulare und gelöste Stoffe ausgeschieden.
Die mögliche Reinigungsleistung hängt im wesentlichen von der Kristallwachstumsge
schwindigkeit der Eiskristalle ab. Eine mögliche technische Ausgestaltungsform dieser
Gefrierkonzentrationsstufe ist in der Fig. 9 gezeigt und wird in der Erläuterung dieser
Figur beschrieben.
Die Mikrofiltrationsstufe kann partikuläre Stoffe bis zu einem Mikrometer ausfiltern, ist
aber ungeeignet für den Rückhalt gelöster Stoffe.
Die Ultrafiltrationsstufe kann Keime und gelöste Stoffe zurückhalten. Sie entspricht in
ihrem Trennprinzip dem der Mikrofiltration, besitzt aber eine niedrigere Trenngrenze.
Die Mikro- und Ultrafiltrationsstufen sind unverzichtbare Verfahrensstufen, um partikulä
re Reststoffe von der Umkehrosmosestufe und der Aktivkohlefilterstufe zurückzuhalten.
In der Umkehrosmosestufe kommt ein sehr reines Wasser lieferndes Membrantrennver
fahren zur Anwendung, in der die Lösung mit einer halbdurchlässigen Membran in
Kontakt gebracht wird und sie mit Druck, der größer als der osmotische Druck ist, durch
die Membran gedrückt wird. Die Membran ist undurchlässig für Bakterien und ver
schiedene organische Stoffe und kann einen hohen Reinigungsgrad erzielen, der aber von
der Konzentration der Schadstoffe und vom Lösungsmittel sehr empfindlich abhängt.
Hohe Schadstoffkonzentrationen bedeuten einen hohen osmotischen Druck und es besteht
die Gefahr einer Konzentrationspolarisation vor der Membran. Weitere, die Membran
schädigende Stoffe, wie Säuren, freies Chlor und Sauerstoff, organische Lösungsmittel,
Bakterien und allgemeine Ablagerungen dürfen nur in geringen Konzentrationen auf die
Membran treffen. Diese niedrige Verunreinigungskonzentration ist in den vor der Um
kehrosmosestufe zu durchlaufenden Reinigungsstufen zu realisieren, wenn ein ausreichen
des Rückhaltevermögen für die in den entsprechenden Verordnungen genannten chemi
schen Stoffe erreicht werden soll.
In der Aktivkohlefilterstufe werden gelöste organische Stoffe auf Aktivkohle adsorbiert.
Als Nachreinigung des Ablaufs aus der Gefrierkonzentrationsstufe bzw. Umkehrosmose
stufe mit nur noch einer geringen Schadstoffbelastung für die nachfolgende Stufe wird
eine hohe Reinigungsleistung erreicht.
In der UV-Bestrahlungsstufe wird die aufbereitete Lösung desinfiziert und in einfacher
Weise durch UV-Licht in hygienisch befriedigender Qualität gereinigt. Die meist vor
kommenden Mikroorganismen werden bei einer kurzen Kontaktzeit mit UV-Licht abgetö
tet.
Die technisch einfach gestaltete Aktivkohlefilterstufe und die UV-Bestrahlungsstufe als
Sicherheitsstufe sind Bestandteil aller Ausgestaltungsformen der Wasseraufbereitungs
anordnung.
In Fig. 1 ist eine erste Ausgestaltungsform der Wasseraufbereitungsanordnung und in
Fig. 2 die damit erreichten Leistungsdaten dargestellt. Aus einem Abwassertank 1 wird
die aufzubereitende Lösung entnommen und durchläuft dabei nacheinander folgende
Einheiten: die mechanische Filterstufe mit einem Siebfilter 2 und einem Spaltfilter 3,
eine erste Gefrierkonzentrationsstufe 4 und eine zweite Gefrierkonzentrationsstufe 4′, eine
Mikro- und Ultrafiltrationsstufe 6, eine Umkehrosmosestufe 7, eine Aktivkohlefilter
stufe 8 und eine UV-Bestrahlungsstufe 9. Nach den Gefrierkonzentrationsstufen 4 und 4′
erfolgt ein Ansäuern 5 der Lösung, um den pH-Wert in einen neutralen Bereich zu
verschieben. Die aufbereitete und im Wassertank 10 gesammelte Lösung ist mineralstoff
frei und wird über eine Mineralienzugabe 11 mit für Trinkwasser vorgeschriebenen
Mineralien angereichert. Zum Bewegen der Lösung in den Filtrationsstufen und der
Umkehrosmosestufe sind vorzugsweise Pumpen notwendig, die aber nicht in der Fig. 1
dargestellt sind. Außerdem erfolgt eine Störfallerkennung 12 in Form einer Messung der
Leitfähigkeit der aufbereiteten Lösung, um den Zustand der gereinigten Lösung zu
kontrollieren.
Entscheidend in dieser Anordnung ist die zentrale Rolle der Gefrierkonzentrationsstufen 4
und 4′. Für den Zulauf zur Gefrierkonzentrationsstufe 4 ist eine mechanische Filtration
mit dem Siebfilter 2 und mit dem Spaltfilter 3 ausreichend. Kleinere Partikel mit einer
Größe von 15-20 µm werden zurückgehalten. Der zweistufigen Gefrierkonzentrations
stufe 4 und 4′ als Hauptreinigungsstufen sind Mikro- und Ultrafiltrationsstufe 6 nach
geschaltet. Damit werden feste und kolloidale Restbestandteile von den nachfolgenden
Reinigungsstufen ferngehalten. Die Umkehrosmosestufe 7 ist als Sicherheitsstufe der
Hauptreinigungsstufe nachgeschaltet. Aufgrund der Behandlung der Lösung in der
Hauptreinigungsstufe 4 und 4′ und der Mikro- und Ultrafiltrationsstufe 6 wird ein we
sentliches Absinken der Reinigungsleistung der Umkehrosmosestufe 7 vermieden.
Wie aus den Leistungsdaten der Tabelle in Fig. 2 zu entnehmen ist, wird mit der Kom
bination von zweistufigen Gefrierkonzentrationsstufe 4 und 4′ und der einstufigen Um
kehrosmosestufe 7 nach der UV-Bestrahlungsstufe 9 eine weitestgehende Trinkwasser
qualität des aufbereiteten Wassers erreicht.
In Fig. 3 ist eine zweite Ausgestaltungsform einer Wasseraufbereitungsanordnung mit
einer anderen Kombination der Reinigungsstufen ersichtlich.
Aus dem Abwassertank 1 wird die Lösung entnommen, beispielsweise mittels hier nicht
dargestellter Pumpen transportiert und durchläuft dabei nacheinander folgende Einheiten:
die mechanische Filterstufe mit dem Siebfilter 2 und dem Spaltfilter 3, die erste Gefrier
konzentrationsstufe 4 und die zweite Gefrierkonzentrationsstufe 4′, die Mikro- und Ul
trafiltrationsstufe 6, die Aktivkohlefilterstufe 8 und die UV-Bestrahlungsstufe 9. Nach
den Gefrierkonzentrationsstufen 4 und 4′ erfolgt ein Ansäuern 5 der Lösung. Die aufbe
reitete und im Wassertank 10 gesammelte Lösung ist mineralstofffrei und wird über eine
Mineralienzugabe 11 mit Mineralien angereichert. Außerdem erfolgt eine Störfallerken
nung 12 in Form der Leitfähigkeitsmessung des aufbereiteten Wassers.
In dieser Anordnung fehlt die Umkehrosmosestufe 7 als Sicherheitsstufe, die der Gefrier
konzentrationsstufe 4 bzw. 4′ nachgeschaltet wäre. Aus Fig. 4 sind Parameter zu entneh
men, die zeigen, daß trotz Fehlen der Umkehrosmosestufe 7 nach der UV-Bestrahlungs
stufe 9 nahezu Trinkwasserqualität der aufbereiteten Lösung und somit gutes Brauch
wasser erreicht wird.
In Fig. 5 ist eine dritte Ausgestaltungsform einer Wasseraufbereitungsanordnung mit
einer weiteren Kombination der Reinigungsstufen ersichtlich.
Aus dem Abwassertank 1 wird die Lösung entnommen, beispielsweise mittels hier nicht
dargestellter Pumpen bewegt und durchläuft dabei nacheinander folgende Einheiten: die
mechanische Filterstufe mit dem Siebfilter 2 und dem Spaltfilter 3, die Gefrierkonzentra
tionsstufe 4, die Mikro- und Ultrafiltrationsstufe 6, eine erste Umkehrosmosestufe 7 und
eine zweite Umkehrosmosestufe 7′, die Aktivkohlefilterstufe 8 und die UV-Bestrah
lungsstufe 9. Nach der Gefrierkonzentrationsstufe 4 erfolgt ein Ansäuern 5 der Lösung.
Die aufbereitete und im Wassertank 10 gesammelte Lösung ist mineralstofffrei und wird
über eine Mineralienzugabe 11 mit Mineralien angereichert. Außerdem erfolgt eine
Störfallerkennung 12 in Form einer Leitfähigkeitsmessung der aufbereiteten Lösung.
In dieser dritten Ausgestaltungsform ist als Kombination eine einstufige Gefrierkonzen
trationsstufe und eine zweistufige Umkehrosmosestufe realisiert.
Aus der Tabelle in Fig. 6 ist zu entnehmen, daß im wesentlichen gutes Brauchwasser mit
nahezu Trinkwasserqualität erhalten wurde, welches vorzugsweise für Spül- und Wasch
zwecke einsetzbar ist, wie aus den Leistungsdaten nach der UV-Bestrahlungsstufe 9
hervorgeht. Weiterhin ist am Parameter Gewicht zu erkennen, daß mit einer Gefrier
konzentrationsstufe und zweier Umkehrosmosestufen das Gesamtgewicht und das Raum
volumen dieser Ausgestaltungsform einer Wasseraufbereitungsanordnung minimiert ist.
In Fig. 7 ist eine vierte Ausgestaltungsform einer Wasseraufbereitungsanordnung darge
stellt.
Aus dem Abwassertank 1 wird die Lösung entnommen, beispielsweise mittels hier nicht
dargestellter Pumpen transportiert und durchläuft dabei nacheinander folgende Einheiten:
die mechanische Filterstufe mit dem Siebfilter 2 und dem Spaltfilter 3, die Gefrierkon
zentrationsstufe 4, die Mikro- und Ultrafiltrationsstufe 6, die Umkehrosmosestufe 7, die
Aktivkohlefilterstufe 8 und die UV-Bestrahlungsstufe 9. Nach der Gefrierkonzentrations
stufe 4 erfolgt ein Ansäuern 5 der Lösung. Die aufbereitete und im Wassertank 10
gesammelte Lösung ist mineralstofffrei und wird über eine Mineralienzugabe 11 mit
Mineralien angereichert. Außerdem erfolgt eine Störfallerkennung 12 in Form einer
Leitfähigkeitsmessung der aufbereiteten Lösung.
In dieser vierten Ausgestaltungsform ist als Kombination eine einstufige Gefrierkonzen
trationsstufe und eine einstufige Umkehrosmosestufe realisiert. Aus den Leistungsdaten
nach der UV-Bestrahlungsstufe 9, ersichtlich in der Tabelle in Fig. 8, ist zu entnehmen,
daß im wesentlichen gutes Brauchwasser als aufbereitetes Wasser entstanden ist, welches
beispielsweise für die Nutzung in Toilettenspülungen einsetzbar ist.
Eine schematische Darstellung einer technischen Realisierungsmöglichkeit der Gefrier
konzentrationsstufe in Form eines Rieselfilmreaktors ist in Fig. 9 dargestellt. Der Riesel
filmreaktor ist ein Kristallschichtreaktor, bei dem zusammenhängende Kristallschichten
erzeugt werden. Er ist einfach konstruiert, ohne bewegliche Teile und kommt ohne
aufwendige Trennsäulen aus.
In einen Wasserbehälter 13 wird aus einem Zulauf mit der mechanischen Filterstufe 20,
bestehend aus Siebfilter 2 und Spaltfilter 3, vorgereinigte Lösung geleitet. In einem
senkrecht stehenden Doppelwandbehälter 15 wird mittels einer Pumpe 14 über einen
entsprechend gestalteten Überlauf am oberen Ende die vorgereinigte Lösung gebracht. An
der mit Kühlaggregaten 18, 19 gekühlten Wand 17 wächst eine Kristallschicht 16 unter
dem herabfallenden Rieselfilm. Das Auffrieren der Kristallschicht 16 erfolgt unter Aus
nutzung der in Reiseflughöhe vorhandenen Kälte mittels der als Außenhaut-Wärmetau
scher ausgebildeten Kühlaggregaten 18, 19. Das gereinigte Wasser liegt in Form der
aufgefrorenen Kristallschicht 16 vor, in dem Wasserbehälter 13 werden die überschüssige
Lösung und ausgeschiedene Verunreinigungen gesammelt und mehrmals in den Umlauf
gebracht. Dabei tritt eine Aufkonzentration der Lösung ein, die gleichzeitig ein Absinken
der Reinigungsleistung verursacht. Die Wasseraufbereitung mit einem Rieselfilmreaktor
ist in einem diskontinuierlichen Betrieb realisierbar, d. h. nach einem genügendem Auf
wachsen der Kristallschicht 16 wird eine Abschmelzphase eingeleitet. Die dafür benötigte
Abschmelzenergie kann mit an sich bekannten Heizaggregaten und Methoden zur Wär
meerzeugung in Flugzeugen, beispielsweise die Nutzung von Zapfluft von den Triebwer
ken oder Nutzung von elektrischer Energie, bereit gestellt werden. In einer bevorzugten
Lösung nutzt man durch einen Mehrkammeraufbau des Doppelmantelbehälters 15 die
beim Aufwachsen der Kristallschicht 16 entstehende Kristallisationswärme an einer
anderen Wand zum Abschmelzen einer weiteren Eiskristallschicht und die benötigte Ab
schmelzenergie kann erheblich reduziert werden.
Das von der Kristallschicht abgeschmolzene Wasser wird in einem Ablaufbehälter aufge
fangen. Dieser Ablaufbehälter kann der Wasserbehälter 13 selbst sein, wenn nach Ablas
sen des aufkonzentrierten Abwassers und einer Reinigung der Wasserbehälter 13 keine
Verunreinigungen mehr enthält. Eine andere Ausgestaltungsform ist, daß dieser Ablauf
behälter in der Abschmelzphase an Stelle des Wasserbehälters 13 angeordnet ist. Der
Wasserbehälter 13 kann auch als ein Behälter für das aufzubereitende Abwasser und ein
Behälter für das gereinigte, abgeschmolzene Wasser ausgebildet sein.
Reinigungsleistungen bei partikularen Stoffen um 95% und entsprechend der Konzen
tration der Lösung bei der Leitfähigkeit, NH4-N, TOC und CSB von <91% sind mit
dem Rieselfilmreaktor erreichbar.
Eine weitere technische Realisierungsform eines Kristallschichtreaktors im diskontinuier
lichen Betrieb ist ein Rührwerkskristallisator. In einem Doppelmantelbehälter wird mit
einem Rührer eine intensive Bewegung der Lösung erreicht und an den gekühlten Wän
den des Innenzylinders gefriert Eis aus der Lösung auf.
Eine kontinuierliche Kristallschichtbildung mit einer weiteren Realisierungsform eines
Kristallschichtreaktors ist mit einer Kristallisationswalze erreichbar. Eine kontinuierlich
rotierende, gekühlte Walze taucht in die in einem Wasserbehälter aufgefangene Lösung
ein. Die sich dabei auf der Walze bildende Eisschicht wird laufend abgeschabt und in
einem weiteren Wasserbehälter aufgefangen als gereinigte Lösung.
Bei einer weiteren technischen Realisierungsform, die eine sehr hohe Reinigungsleistung
erreicht, werden mit einem Kristallsuspensionsreaktor Kristallkörner in einer Lösung
erzeugt. Kristallsuspensionsreaktoren stellen große Kristalloberflächen zur Verfügung, so
daß die Kristallwachstumsgeschwindigkeiten sehr klein gehalten werden können und
somit Verunreinigungen nicht mit in die Kristalle eingebaut werden. Die gebildeten
Kristallkörner werden in einem zweiten Verfahrensschritt mit Trennsäulen abgetrennt.
Ein kontinuierlicher Betrieb ist mit dieser technischen Anlage möglich.
Claims (14)
1. Verfahren zur Aufbereitung von Abwassern, insbesondere in Flugzeugen, in der das
Abwasser üblicherweise bekannte Reinigungsstufen und zumindest die folgenden
Einheiten wenigstens einmal durchläuft: eine Pumpe, eine mechanische Filterstufe,
eine Membrantrennstufe, eine Aktivkohlefilterstufe und eine Desinfektionsstufe,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Abwasser als wesentliche Hauptreinigung zumindest eine Gefrierkonzentrations
stufe (4, 4′) durchläuft.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Aufbereitung von Abwassern,
wobei diese zumindest aufgebaut ist aus üblicherweise bekannten Einheiten, wie einer
Pumpe, einer mechanischen Filterstufe, einer Membrantrennstufe, einer Aktivkohle
filterstufe und einer Desinfektionsstufe, nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Hauptreinigungsstufe innerhalb einer Wasseraufbereitungsanordnung zumindest
eine Gefrierkonzentrationsstufe (4, 4′) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gefrierkonzentrationsstufe (4, 4′) innerhalb der Wasseraufbereitungsanordnung
nach der mechanischen Filterstufe (20) angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die mechanische Filterstufe (20) im wesentlichen gebildet ist aus zumindest einem
Siebfilter (2) und/oder zumindest einem Spaltfilter (3).
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gefrierkonzentrationsstufe (4, 4′) innerhalb der Wasseraufbereitungsanordnung
vor der Membrantrennstufe angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Membrantrennstufe im wesentlichen gebildet ist aus mindestens einem Ultrafil
ter (6) und/oder mindestens einer Umkehrosmosestufe (7, 7′).
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gefrierkonzentrationsstufe (4, 4′) im wesentlichen besteht aus einem Kristall
schichtreaktor, beispielsweise einem Rieselfilmreaktor, der aus einem Wasserbehäl
ter (13) über eine Pumpe (14) mit Abwasser gespeist wird und an Kühl- und Heiz
aggregaten angeschlossen ist und das abgeschmolzene Wasser im gleichen Wasser
behälter (13) oder einem weiteren Wasserbehälter aufgefangen wird.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rieselfilmreaktor als Doppelwandbehälter (15) ausgebildet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rieselfilmreaktor als Doppelwandbehälter (15) und gleichzeitig als Mehrkammer
behälter ausgebildet ist, wobei die beim Aufwachsen der Kristallschicht an der
gekühlten Wand (17) entstehende Kristallisationswärme an einer weiteren Wand zum
Abschmelzen einer weiteren Kristallschicht genutzt wird.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kristallschichtreaktor als Kristallisationswalze ausgebildet ist, deren mittels
Kühlaggregaten gekühlte Walze in einen das Abwasser auffangenden Wasserbehälter
eintaucht und die sich kontinuierlich bildende Eiskristallschicht mittels Schabeinrich
tungen abgeschabt wird und das abgeschabte Eis, welches mit Hilfe von Heizaggre
gaten aufgetaut wird, in einem weiteren Wasserbehälter aufgefangen wird.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gefrierkonzentrationsstufe (4, 4′) im wesentlichen besteht aus mindestens einem
Kristallsuspensionsreaktor, der aus einem Wasserbehälter mittels einer Pumpe mit
Abwasser gespeist wird und an Kühlaggregaten angeschlossen ist, Trennsäulen zur
Gewinnung des aufbereiteten Abwassers und einem weiteren Wasserbehälter zur
Aufnahme des aufbereiteten Abwassers.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlaggregate vorzugsweise als Außenhaut-Wärmetauscher (18, 19), die die
Umgebungskälte in Flughöhe des Flugzeuges nutzen, ausgebildet sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizaggregate zur Erzeugung der Abschmelzenergie vorzugsweise als Wärmetau
scher, die die Zapfluft der Triebwerke nutzen, ausgebildet sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizaggregate zur Erzeugung der Abschmelzenergie mit elektrischer Energie
gespeist werden.
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Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AIRBUS GMBH, 21129 HAMBURG, |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AIRBUS GMBH, 21129 HAMBU |
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Owner name: EADS AIRBUS GMBH, 21129 HAMBURG, DE |
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R071 | Expiry of right |