DE4413640C1 - Verfahren zur Membranfiltration von Abwasser - Google Patents

Verfahren zur Membranfiltration von Abwasser

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Description

Zur Gewinnung eines weitgehend bakterien- und algenfreien Fil­ tratstromes aus Abwasser sind Membranfilteranlagen bekannt, die auf dem sogenannten Querstromprinzip beruhen. Dabei wird durch eine Rohrmembran Abwasser mit hoher Geschwindigkeit hindurchge­ pumpt, wobei der entstehende Belag auf der Membran durch den Flüssigkeitsstrom ständig langsam weitertransportiert und dadurch ein schnelles Zusetzten der Membran vermieden wird. Das Filtrat tritt nach außen durch die Rohrmembran hindurch und wird in ei­ nem Mantelrohr aufgefangen.
Nachteilig bei diesen Anlagen ist, daß durch die hohe erforderli­ che Strömungsgeschwindigkeit in den Filterrohren ein erheblicher Druckverlust entsteht, weshalb für eine Filtratleistung von ca. 2 l/h eine Feedstrompumpe mit einer ständigen Leistungsaufnahme von ca. 2 KW benötigt wird.
Es ist außerdem bekannt, daß auch diese Querstromfilter in mehr oder weniger kurzen Zeitintervallen mit einer Reinigungsflüssig­ keit gespült werden müssen; um festsitzenden Belag zu entfernen. Dabei muß das Reinigungsmittel von der gleichen Membranseite her­ angeführt werden wie das Abwasser. Ein Rückspülen, d. h. ein Spü­ len entgegen der Durchtrittsrichtung des Filtrates, ist aufgrund der besonderen Beschaffenheit des Membranmateriales nicht mög­ lich. Eine an sich wünschenswerte Automatisierung des Spülvorgan­ ges ist nur mit großem technischen Aufwand zu realisieren.
Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, den geschilderten ständigen Verbrauch elektrischer Energie zu minimieren und den notwendigen Reinigungsvorgang der Filtermembranen mit vertretbarem Aufwand zu automatisieren.
Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim normalen Betrieb des Filters lediglich eine Saug­ pumpe mit einer Leistungsaufnahme von ca. 20 W benötigt wird. Eine Feedpumpe mit hoher Leistungsaufnahme kann gänzlich entfal­ len. Geräte mit hoher Leistungsaufnahme wie z. B. eine Hochdruck­ pumpe werden nur beim Freispülvorgang, d. h. nur sporadisch und nur für kurze Zeit eingeschaltet. Der Reinigungsvorgang erfolgt aufgrund des Konzeptes des Membranfiltersystems generell vollau­ tomatisch.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 und 2 gezeigt und wird im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Filterelement (1), das beim Filterbetrieb direkt in ein Abwasserbecken oder -gerinne (2) eingebracht wird. Dadurch wird eine zusätzliche Abwasserzuführungspumpe überflüssig. Sobald sich die Filtermembran zusetzt, wird das komplette Filterelement mit Hilfe einer Hebevorrichtung (3), die als Seilzug oder Schwenkarm ausgeführt werden kann, aus dem Wasser gehoben und an einem Flüssigkeitsstrahl (4) vorbeigeführt. Eine entsprechend aus­ gebildete Düse (15) fächert den Strahl auf, so daß er die ganze Breite des Filterelementes überstreichen kann. Dabei wird die auf der Membranoberfläche abgelagerte Partikel-, Fett- oder Kolloid­ schicht durch den Flüssigkeitsstrahl heruntergespült. Dieser Vor­ gang ist nach wenigen Sekunden beendet, das gereinigte Filterele­ ment kann wieder in das Abwasser abgesenkt werden und bringt wie­ der die ursprüngliche Filtratleistung.
Eine Führungsschiene (5) hält den Abstand zwischen Düse und Fil­ termembran konstant und verhindert ein Ausweichen des Filterele­ mentes vor dem Flüssigkeitsstrahl. Dadurch ist die Auftreffener­ gie des Strahles und damit seine Reinigungswirkung immer gleich.
Den Aufbau des Filterelementes zeigt Fig. 2. Die Filtermembran (6) wird mit einer Dichtung (7), die entweder ein Dichtelement oder ein Klebstoff sein kann, über den gesamten Membranrand flüs­ sigkeitsdicht mit einer Trägerplatte (8) verbunden. Zwischen Mem­ bran und Trägerplatte bildet sich so ein geschlossener Hohlraum, in dem ein Vakuum erzeugt werden kann. Ein Haltering (9), der mittels Schrauben mit der Trägerplatte verbunden ist, drückt den Membranrand zusätzlich an die Trägerplatte und sichert so die Abdichtung.
In der Trägerplatte befindet sich eine Bohrung, in der ein Lei­ tungsanschluß (10) angebracht ist, der als Schlauch- oder Rohr­ verschraubung ausgeführt werden dann. Damit wird eine Anschluß­ möglichkeit für eine Pumpe (11) geschaffen, die in dem Hohlraum zwischen Membran und Trägerplatte einen Unterdruck erzeugt, der den Durchtritt von gefiltertem Medium durch die Filtermembran und den Weitertransport des Filtrates bewirkt.
Eine zwischen Filtermembran und Trägerplatte liegende wasser­ durchlässige Distanzschicht (12), bei der es sich z. B. um ein Vlies oder ein Kunststoffgitter handeln kann, verbessert den Fil­ tratfluß in Richtung auf den Leitungsanschluß. Ein Festsaugen der Filtermembran auf der. Trägerplatte und eine damit verbundene Un­ terbrechung des Filtratstromes wird dadurch vermieden.
Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 8 wird der notwendige Frei­ spülvorgang durch einen einfachen und preisgünstigen Zeitinter­ vallgeber ausgelöst. Das Zeitintervall kann vom Bedienungsperso­ nal über einen Drehknopf nach Erfahrungswerten eingestellt werden.
Alternativ dazu wird der erzeugte Filtratstrom durch einen Durch­ flußgeber (13) ständig gemessen. Bei Unterschreitung eines ein­ stellbaren Mindest-Filtratflusses wird der Freispülvorgang aus­ gelöst. Ebenso denkbar ist die Verwendung eines Druckgebers (14), der den Unterdruck im System erfaßt. Der Freispülvorgang wird inganggesetzt, sobald ein einstellbarer Grenzdruck unterschritten wird. Beide Lösungen sind technisch besser, dafür aber auch teu­ rer als die Lösung mit Zeitintervallgeber.
Bei einer einfachen Version wird der für den Spülvorgang notwen­ dige Flüssigkeitsstrahl durch eine an die Düse angeschlossene Frischwasserleitung mit einem Standardwasserdruck von ca. 4 bar (16) erzeugt. Bei Abwasser mit geringem Fett- und Proteingehalt, bei dem sich auf der Filtermembran nur ein Belag mit geringem Haftvermögien bildet, ist diese Ausgestaltung ausreichend.
Zur Verbesserung der Reinigungswirkung des Flüssigkeitsstrahles kann zwischen Frischwasserleitung und Düse eine Hochdruckpumpe (17) geschaltet werden.
Eine weitere Verbesserung der Reinigungswirkung bringt ein vor der Hochdruckpumpe angeordneter Warmwassererzeuger (18). Dies ist insbesondere bei fett- und proteinhaltigem Abwasser sinnvoll.
Zum Anlösen einer stark auf der Membran haftenden Fettschicht kann dem Frischwasser vor der Hochdruckpumpe bei Bedarf ein ge­ eignetes chemisches Reinigungsmittel (19) zugesetzt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Membranfiltration von Abwasser, dadurch gekennzeichnet,
  • - ein aus Filtermembran (7) und Trägerplatte (8) Abwasserbecken oder -gerinne eingebracht wird,
  • - zur Filtratgewinnung zwischen Filtermembran (7) und Trägerplatte (8) mittels einer Pumpe (11) ein Unterdruck erzeugt wird und
  • - die Filtermembran (7) intervallweise durch einen von außen auf die Membranfläche auftretenden Flüssigkeitsstrahl (4) freigespült wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Freispülen das Filterelement (1) mittels einer geeigneten Hebevorrichtung aus dem Wasser gehoben und an dem Flüssigkeitsstrahl (4) vorbeigeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) während des Freispülens durch eine Führungsschiene (5) am Ausweichen vor dem Flüssigkeits­ strahl (4) gehindert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Zeitintervallgeber das Herausheben des Filterelements (1) aus dem Abwasser und den anschließenden Freispülvorgang auslöst.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchflußgeber (13) den jeweils vorliegenden Filtratstrom erfaßt und bei Unterschreiten eines vorgebbaren Mindest-Filtratstromes den Heraushebe- und Freispülvorgang auslöst.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckgeber (14) den Unterdruck im System erfaßt und bei Unterschreiten eines vorgebbaren Grenzdruckes den Heraushebe- und Freispülvorgang auslöst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Freispülen mit einem fächer­ förmigen Flüssigkeitsstrahl erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Freispülen mit Frischwasser aus der Standard-Wasserleitung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das der Druck des Frischwassers aus der Standard-Wasserleitung durch eine zwischengeschaltete Hochdruckpumpe (17) erhöht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Hochdruckpumpe (17) das Frischwasser in einem Pufferbehälter (18) erhitzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Frischwasser vor der Hochdruckpumpe (17) ein Reinigungsmittel zugesetzt wird.
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