DE69019690T2

DE69019690T2 - Verfahren zur Filtrierung und Reinigung von Wasser.

Info

Publication number: DE69019690T2
Application number: DE69019690T
Authority: DE
Inventors: Michel Faivre; Annie Tazy-Pain
Original assignee: ANJOU RECH
Current assignee: ANJOU RECH
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2010-12-08
Also published as: JP2570496B2; US5271830A; EP0433200B1; DK0433200T3; JPH04108518A; EP0433200A1; CA2031997A1; DE69019690D1; CA2031997C; FR2655642A1; ES2074149T3; FR2655642B1

Description

Die Erfindung betrifft Anlagen zum Filtern und Reinigen von Wasser, von der Art, die eine Schleife für die Zirkulation des zu behandelnden Wassers mit mindestens einer tangentiellen Filtermembrane umfaßt.
Die Anlage gemäß der Erfindung wird bevorzugt zur Reinigung von Oberflächenwasser angewandt, aber der Fachmann kann das Prinzip zum Reinigen von Abwasser oder von verschmutztem Wasser an anderen Stufen der Reinigungskette nutzen.
Die Wasserbehandlung für die Verteilung von Brauchwasser verfolgt, angesichts der heute gültigen Normen, die folgenden Ziele:
- Eliminierung von Suspensionsteilchen,
- Eliminierung organischer Stoffe,
- Eliminierung störender Ionen,
- Sterilisierung.
Die klassische Behandlungskette umfaßt meistens eine Folge physikalischchemischer Schritte von der Art Gerinnung-Flokulierung-Dekantierung-Filterung.
Der Filterungsschritt, für den die vorliegende Erfindung eine neue Anlage vorstellt, erlaubt das Verfeinern der Behandlung und das Zurückhalten der meisten Reagenzienrügkstände.
Bekannterweise nennt man jede Filterung tangentiell, bei der das zu filternde Fluid unter Druck parallel zur Filterfläche fließt, im Gegensatz zur frontalen Filterung, bei der das Fluid senkrecht zu dieser Fläche fließt.
Die tangentielle Filterung mit Mineralmembrane hat viele Vorteile gegenüber der klassischen Filterung, insbesondere:
- die chemische, thermische und bakteriologische Trägheit der Mineralmembranen,
- die Einschränkung allzu schneller Verstopfungen dank der Selbstreinigung der Filteroberfläche durch Mitnehmen der nicht gefilterten Teilchen aufgrund der tangentiellen Zirkulationsgescwhindigkeit des verschmutzten Wassers.
Tangentielle Ultra- und Mikrofilterung über Mineralmembranen werden als ausgezeichnete Methoden zur Behandlung und zum Trinkbarmachen von Wasser für kleine Anlagen angesehen. Allgemein werden diese Filter in einer Zirkulationsschleife der zu behandelnden Flüssigkeit eingebaut, wobei ein Teil der Flüssigkeit (das Permeat) die Membrane durchquert, während das Filtrat in der Schleife bleibt.
Die Ultrafilterung ist eine Technik zur Trennung unter Druck von gelösten oder in Suspension befindlichen Makromolekülen, von Bakterien (Durchmesser zwischen 0,5 und 10 um), von Viren (Minimaldurchmesser: 20 nm) und von anderen Mikroorganismen, durch eine asymmetrische Membrane deren Porendurchmesser zwischen 1 nm und 0,1 um variiert.
Für die Mikrofilterung variiert der Porendurchmesser zwischen 0,1 und 10 um.
Eines der Hauptprobleme bei der Anwendung von Tangentialmembranen ist die Verstopfung, die in verschiedenen Formen auftreten kann:
- Oberflächenverstopfung: wenn die Filterung stattfindet, ist eine unbewegliche Grenzschicht unmittelbar an der Membrane vorhanden, aus der das Wasser kontinuierlich extrahiert wird, und wo die zurückgehaltenen gelösten Produkte auf ungewöhnlich hohe Konzentrationen akkumuliert werden. Dieses Phänomen wird Konzentrationspolarisation genannt und führt zur Bildung einer sogenannten Polarisationsschicht. Die Flußgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die tangentiell zur Membrane fließt, muß hoch genug sein, um eine Selbstreinigung der Membrane zu bewirken und die Bildung der Polarisationsschicht und somit auch die fortschreitende Verstopfung der Membrane durch Niederschlag der Produkte auf ihrer Oberfläche zu begrenzen;
- die innere Verstopfung: unter den Teilchen, die eine Mikrofiltermembrane durchqueren können, gibt es einige, insbesondere Kolloide, die nur geringfügig kleiner sind als die Porendurchmesser der Membrane in die sie eindringen und ausflocken, wodurch sie eine irreversible Verstopfung verursachen;
- die chemische Verstopfung: sie wird hauptsächlich durch hydrophobe Stoffe von der Art des Proteins und der Ölteilchen verursacht.
Es ist bekannt, daß das Wasser nach der Filterung von Krankheitserregern mit Hilfe oxidierender Mittel (Ozon Chlor, ...), von Bestrahlung (UV) oder durch eine Feinreinigung durch körnige oder pulverförmige Aktivkohle (Eliminierung von Mikroverunreinigungen, von Schwermetallspuren sowie von Geruchs- und Geschmacksstoffen) befreit werden muß.
Die Anwendung von Ozon ist bekanntlich nicht nur wirksam wegen der Bakterien und Virus tötenden Eigenschaften, sondern auch in den Schritten der kombinierten Ozonisierung-Gerinnung, Ozonisierung-Flotation, bzw. Ozonisierung-Adsorption über ein filterndes Medium (mit der Möglichkeit von biologischer Aktivität auf dem Filter), ohne die mehr klassischen Anwendungen zu vergessen, wie die Entfernung von Eisen und Mangan oder die Eliminierung von Geruchs- und Geschmacksstoffen. Es ist zuletzt bekannt, das Ozon eine oxydierende Wirkung auf eine Reihe von Mikroverschmutzungen hat (Phenole, einige Spülmittel, ...) (s. Langlais, "Nouveau développement de l'ozonation en eau potable et technologie appropriée", in "L'eau, l'industrie, les nuisances", Nr. 109, April 1987, S. 28 - 30)("Neuentwicklung der Ozonisierung im Trinkwasser und geeignete Technologie" in "Wasser, Industrie und Störungen" Nr. 1 09, April 1987, S. 28 - 30).
Der Behandlung mit Ozon sind dennoch zwei wichtige Grenzen gesetzt:
- wenn man ein Oxidierungsmittel anwendet, wird üblicherweise Chlor zum Desinfizieren benutzt (anstatt von Ozon, von EV-Strahlung, ...), wegen seiner andauernden Wirkung, die eventuelle Neukontaminierungen beim Lagern des behandelten Wassers oder seines Transfers in ein Verteilungsnetz verhindert;
- andererseits wird von der Anwendung eines Gases in Filterschleifen mit Tangentialmembranen stark abgeraten. Die Gaseinspeisung erfolgt in der Form von Blasen, um den größtmöglichen Gas/Flüssigkeitstransfer zu erreichen. Man weiß jedoch, daß das Entspannen der Blasen in der Membrane diese verstopfen kann. Wie von F. Duclert und M. Rumeau in "Microfiltration d'eau sur membranes minérales. Influences des sels et de gaz" (Mifkrofilterung von Wasser mittels Mineralmembranen, Einfluß von Salzen und Gasen)(Liquides Magazines Nr. 9, Jan- Feb 1989) im Zusammenhang mit in Wasser gelöster Luft beschrieben, wird beim Durchgang durch die Membrane die unter Druck stehende Lösung bei Luftdruck freigesetzt und die gelöste Luft "schlägt sich nieder" weil das Wasser aufsprudelt, wodurch sich in den Poren Luftmikrobläschen bilden. Durch zusammenhaften können diese Bläschen dann zu einer Verstopfung der Poren der Membrane führen.
Zweck der Erfindung ist es, eine tangentielle Membranfilterung mit Ozoneinspeisung bereitzustellen, trotz der beim Stand der Technik bekannten Einschränkungen und Nachteile.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zur Reinigung einer Flüssigkeit, das die oberflächliche, die innere und die chemische Verstopfung der Membrane einschränkt.
Ein ergänzender Erfindungszweck besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das mehrere Realisierungskonfigurationen umfaßt, insbesondere für die Ozoneinspeisung, in Abhängigkeit von der zu behandelnden Flüssigkeit.
Diese Ziele sowie andere, die im Nachhinein ersichtlich werden, erreicht man mit Hilfe des Verfahrens gemäß Anspruch Nr. 1.
Gemäß der Erfindung erscheint es, daß im Gegensatz zu den sich aus dem Stand der Technik ergebenden Lehren, die Mikrobläschenzüge eine entstopfende Wirkung haben, aufgrund der Verringerung der Grenzschicht durch die von den Bewegungen der Bläschen verursachten Turbulenzen. Dieser positive Effekt, kombiniert mit dem chemischen Effekt der Gasoxidierung (insbesondere, wenn es sich beim oxidierenden Gas um Ozon handelt) überwiegt unerwartetermaßen gegenüber der Gefahr einer Verstopfung durch Entspannung des Gases in der Membrane.
Bevorzugterweise haben die Mikrobläschen 10 um bis 2 mm Durchmesser, wobei die Menge und die Konzentration des Gases, das der zu behandelnden Flüssigkeit zugegeben wird, mit der Qualität dieser Flüssigkeit variieren und es sich beim oxydierenden Gas um ozonhaltige Luft handelt.
Vorteilhafterweise wird die zu behandelnde Flüssigkeit einer vorherigen Konditionierung oberhalb der Filterschleife unterworfen.
Die Filterschleife umfaßt bevorzugterweise einen Ausgasungstopf, der zum Schutz der Rezirkulierungspumpe gegen die Mikrobläschen geeignet ist.
Bei einer besonderen Ausführung, insbesondere für die Behandlung von Wasser, das mit organischen Stoffen belastet ist, umfaßt diese Filterschleife Einspeisemittel für festgelegte Dosen chemischer Reagenzien und/oder von Absorptionsmitteln oberhalb der Einspeisemittel für oxydierende Gase wie ozonhaltige Luft.
Vorteilhafterweise handelt es sich beim Absorptionsmittel um Aktivkohle.
Die Erfindung ermöglicht somit die gleichzeitige Realisierung eines Ozonisierungsverfahrens und einer chemischen Behandlung mit Aktivkohle unter Anwendung einer tangentiellen Filtermembrane, wobei eine positive Synergie entsteht, die zu einer besonders hohen Effizienz des Filterungsverfahrens beiträgt.
Bei einer weiteren besonderen Ausführung umfaßt die Zirkulationsschleife zweite Mittel zum Einspeisen eines oxydierenden Gases in die Filterschleife.
Diese Mittel zum Einspeisen eines oxydierenden Gases gehören zur Gruppe, die Emulgationsgeräte, welche vor dem Ausgasungstopf angebracht sind, umfaßt, ferner im Ausgasungstopf untergebrachte poröse Materialien sowie Vorrichtungen zur Ozon-Flotation und Ozonisierungströge.
Im Falle einer Ozon-Flotations-Vorrichtung wird die Ozonisierung durch poröse Materialien gewährleistet, deren Überfließen durch die Rezirkulierungsleitung sichergestellt wird.
Nach einer anderen Ausführung wird das Ozon über ein Emulgationsgerät eingeführt.
Bei gewissen Arten der Behandlung, insbesondere bei der Behandlung stark ammoniakbelasteten Wassers, besteht der Ausgasungstopf vorteilhafterweise aus einem belüfteten biologischen Filter. Bevorzugterweise umfaßt es biologische schwimmende Materialien, welche als Träger von Biomasse dienen, vor denen sich die Einspeisung der zu behandelnden Flüssigkeit befindet.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsvarianten der Erfindung ersichtlich, die zur Veranschaulichung und ohne einschränkenden Charakter vorgestellt werden sowie der beigefügten Zeichnungen, bei denen:
- Fig. 1 eine erste vereinfachte Ausführung einer Filterschleife darstellt, welche über Mittel zur Einspeisung von Ozonmikrobläschen oberhalb einer tangentiellen Filterungsmembrane verfügen;
- Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante einer Filterschleife darstellt, welche über Mittel zur Einspeisung von chemischen Reagenzien und/oder von Absorptionsmitteln verfügt sowie über einen statischen Mischer, der sich zwischen der Ozoneinspeisung und der tangentiellen Filtermembrane befindet;
- Fig. 3 innerhalb einer Zeichnung zwei Ausführungsvarianten zweiter Mittel für die Ozoneinspeisung in die Schleife durch Emulgationsgeräte oder durch poröse Körper, die sich im Ausgasungstopf der Filterschleife befinden, darstellt;
- Figur 4 eine fünfte Ausführungsvariante der Filterschleife mit chemischer Konditionierung oberhalb der Zirkulationsschleife darstellt;
- Fig. 5 eine sechste Ausführungsvariante der Schleife darstellt, die über eine zweite Ozoneinspeisevorrichtung durch poröse Körper gemäß eines Ozon-Flotations- Verfahrens unter Druck verfügt;
- Fig. 6 eine siebte Ausführungsvariante einer Filterschleife gemäß der Erfindung darstellt, mit einer zweiten Ozoneinspeisevorrichtung durch ein Emulgatorgerät, unter Anwendung eines Ozon-Flotations-Verfahrens unter Druck;
- Fig. 7 eine achte Ausführungsvariante der Schleife darstellt, die eine zweite Ozoneinspeisevorrichtung durch Ozonisierungströge, unter Anwendung eines Ozon- Flotations-Verfahrens unter Druck umfaßt;
- Fig. 8 eine neunte Ausführungsvariante einer Filterschleife darstellt, die ein biologisches Filter umfaßt;
- Fig. 9 ein Diagramm darstellt, das die positiven Ergebnisse veranschaulicht, die dank der Einspeisung von Ozonmikrobläschen in eine Behandlungsschleife für ausgeflocktes Seinewasser gemäß der Erfindung erzielt wurden.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, umfaßt eine Filterschleife einer Anlage in der vereinfachten Ausführung eine tangentielle Membrane 1, eine Vorrichtung 2 zur Einspeisung von Ozonmikrobläschen, einen Ausgasungstopf 3 und eine Rezirkulierungspumpe 4. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird über eine Leitung 7, die eine Zuleitungspumpe 5 enthält, in die Schleife geleitet. Die Einleitung der zu behandelnden Flüssigkeit in die Schleife erfolgt an einem Punkt 6, der sich zwischen dem Ausgasungstopf 3 und der Rezirkulierungspumpe 4 befindet.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Ozoneinspeisung in der Form von Mikrobläschen vorteilhafterweise das Erzeugen von verstärkten Turbulenzen, welche die Grenzschichten der Flüssigkeit erniedrigen, die tangentiell zur Filterungsmembrane 1 fließt. Diese Turbulenzen tragen dazu bei, die Verstopfung der Membrane zu begrenzen, durch das kombinierte Mitreißen der Filterpartikel mit der Erhöhung des Ozontransfers und der Oxidationsreaktionen. Anders ausgedrückt, lassen sich die folgenden kombinierten positiven Effekte erkennen:
- Abnahme der verstopfenden Eigenschaft des Wassers durch Abnahme der Zähflüssigkeit, wodurch die Grenzschichten verringert werden, gemäß den Gesetzen der Flüssigkeitsdynamik, was zu einer Durchsatzerhöhung des Permeats führt und somit zu einer Verringerung des Membranflächenbedarfs;
- Angriff und Reduzierung der im behandelten Wasser enthaltenen organischen Stoffe;
- desinfizierender, insbesondere antibakterieller Effekt des Ozons;
- Abnahme der Geschamckstoffe im Wasser;
- Verlängerung der Lebensdauer der Membrane wegen der Abnahme der Verstopfungsfaktoren.
Das angewandte oxydierende Gas ist Ozon, aufgrund seiner oxydierenden und desifizierenden Wirkung.
Die Dosierung des in Form von Mikrobläschen eingespeisten Ozons erfolgt bei variablem Durchsatz und variabler Konzentration je nach Wasserqualität und nach gewünschter Wasserqualität nach Behandlung. Diese Dosierung erfolgt somit insbesondere, um eine bestimmte Ozonkonzentration in der behandelten Flüssigkeit zu erreichen.
Beispielsweise ist es vorteilhaft eine Konzentration an gelöstem Ozon in der Größenordnung von 0 bis 2 mg/l zu erreichen, wie im Permeat am Ausgang der Membrane gemessen.
Wie weiter unten gezeigt wird, erklärt sich die Wahl des Ozons ebenfalls dadurch, daß zweite Ozoneinspeisemittel in der Filterschleife vorgesehen werden können, insbesondere mit dem Ziel, zusätzlich ein Ozon-Flotationsverfahren unter Druck zu verwirklichen.
Bei der angewandten tangentiellen Filtermembrane 1 handelt es sich vorteilhafterweise um eine Mineralmembrane, von der asymmetrischen oder der zusammengesetzten Art.
Bekannterweise werden asymmetrische Membranen üblicherweise aus Polysulfon- Polymeren hergestellt, deren Poren die Form umgekehrter Trichter haben. Diese Eigenschaft erlaubt es, den Ladungsverlust durch die Membrane im Vergleich zu symmetrischen Membranen zu verringern.
Zusammengesetzte Membranen bestehen ihrerseits aus einer Überlagerung mehrerer homogener mikroporöser Schichten, deren Korngröße mit der Nähe zur filternden Oberfläche abnimmt. Der Porendurchmesser wird somit durch die erste Schicht bestimmt, die in direktem Kontakt mit der zu filternden Flüssigkeit steht. Bei dieser Membranenart wird demnach auch ein umgekehrter Trichtereffekt beobachtet, weil das Permeat immer mehr "Leerraum" antrifft, je tiefer es in die Membrane eindringt.
Beim heutigen Stand der kommerziell erwerblichen Membranen, wird von der Anwendung organischer Membranen in Gegenwart von Ozon abgeraten. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß die Erfindung auch auf organische tangentielle Filtermembranen anwendbar ist, wenn diese gegenüber dem in Form von Mikrobläschen eingespeisten Ozon neutralisiert werden.
Das Einspeisemittel für Ozon 2 besteht beispielsweise aus einem Emulgationsgerät (auch Flüssigkeitsstrahlpumpe genannt). Man kann auch Emulgationsgeräte vom "Venturi"-Typ verwenden sowie jede andere Art von Gerät, das die Bildung von Mikrobläschen des oxydierenden Gases in der behandelten Flüssigkeit begünstigt.
Die Zuleitung 7 für die behandelte Flüssigkeit umfaßt vorteilhafterweise Mittel zur vorherigen chemischen Konditionierung derselben.
Es ist verständlich, daß die kombinierten Effekte der Wasserbehandlung und der Bläscheneinspeisung die Verstopfungsgeschwindigkeit der Membrane 1 verringert. Die Vorrichtung vergrößert somit erheblich die Zahl der Filterzyklen der Membrane, insbesondere wenn gegebenenfalls die üblichen Methoden zur Bekämpfung von Verstopfungen angewandt werden, wie die Strömungsumkehr, wodurch die Zeitintervalle zwischen chemischen Entstopfungsmaßnahmen verlängert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das Entstopfen der Membrane dadurch gewährleistet, daß man die Zirkulationsschleife im geschlossenen Kreislauf mit klarem Wasser betreibt, wobei die Ozonmikrobläschen weiterhin eingespeist werden. Hierdurch wird die Membrane regeneriert, ohne daß die Anlage geändert oder komplexer gemacht werden muß. Diese Ausführung ergänzt oder ersetzt sogar die üblichen Einspeiseverfahren für Laugen und Säuren, die spezielle Vorkehrungen erfordern
Vorteilhafterweise wird bei diesen periodischen Regenerierungszyklen versucht, Restkonzentrationen für gelösten Ozon im Permeat am Membranausgang zu erreichen, welche dieselbe Größenordnung wie bei den Wasserbehandlungszyklen aufweisen (0 bis 2 mg/l).
Die Regenerierung durch Einspeisen von Mikrobläschen kann wahlweise zusammen mit Strömungsumkehrungen erfolgen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung befinden sich Mittel 10 für das Einspeisen chemischer Reagenzien und/oder von Absorptionsmitteln oberhalb der Einspeisemittel 2 für Ozonmikrobläschen. Diese Einspeisemittel 10 befinden sich außerdem oberhalb eines statischen Mischers 11, der die Homogenisierung und die Wirkung der eingespeisten Reagenzien begünstigt. Man kann beispielsweise, zur Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung, einen statischen Mischer in der Leitung anwenden. Die Zugabe von Reagenzien ermöglicht die Erhöhung des Filterdurchsatzes. Die eingespeisten Dosen werden als Funktion von Parametern wie DCO (chemischer Wasserstoffbedarf) oder COT (Maß an gesamten organischen Kohlenstoff) eingestellt, welche repräsentativ sind für den Inhalt an organischen Stoffen im behandelten Wasser.
Chemische Reagenzien mit ausflockender Wirkung sind beispielsweise Aluminiumsulfat, Aluminium Polychlorid oder auch Eisenchlorid. Diese Reagenzien, deren Angabe keine vollständige Liste darstellt, haben eine ausflockende Wirkung, die die im Wasser enthaltenen Teilchen ausfällt, um deren Zusammenfügen zu ermöglichen.
Im Falle der Einspeisung eines Absorptionsstoffes ist es vorteilhaft, Aktivkohle zuzugeben. Die pulverförmig eingespeiste Aktivkohle hat eine positive chemische Wirkung auf den Filterungsprozeß. Die Aktivkohle kann durch Braunkohle, aktives Aluminat oder Zeolith, in makro- oder mikroporöser Form, ersetzen. Diese Ersatzstoffe sind jedoch weniger effizient als Aktivkohle.
Die Anlage der Erfindung weist eine besonders interessante Synergie in der Kombination von tangentieller Filtermembrane, Ozonmikrobläschen und Aktivkohlepulver auf.
Fig. 3 zeigt zwei Möglichkeiten zur Ozoneinspeisung an einem zweiten Einspeisepunkt in der Filterschleife. Es ist besonders vorteilhaft, einen zweiten Ozoneinspeisepunkt für den Fall der Behandlung von Wasser, das mit organischen Stoffen belastet ist oder von Eisen oder Mangan befreit werden muß, vorzusehen.
Bei einer ersten Ausführungsvariante erfolgt die Einspeisung am Punkt 12, beispielsweise mittels eines Emulgationsgeräts oberhalb des Ausgasungstopfes 3.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der zweite Ozoninjektionspunkt durch poröses Material 13 verwirklicht, welches in dem Ausgasungstopf 3 angeordnet ist.
Bei der Ausführungsvariante der Fig. 4, wird das zu behandelnde Wasser oberhalb der Zirkulationsschleife, an einem Punkt 14 eingespeist. So wird die behandelte Flüssigkeit einer chemischen Konditionierung unterworfen, ehe sie in einen neuen Filterungszyklus wiedereingeführt wird.
Die Figuren 5, 6 und 7 stellen drei Ausführungvarianten dar, die der Realisierung eines Ozon-Flotationsverfahrens entsprechen, wahlweise unter Druck, wie zum Beispiel im Dokument FR-A-2600323 beschrieben.
Im Falle der Ausführung der Fig. 4, wird die Ozonisierung durch poröse Materialien 15 gewährleistet, deren Überfließen durch die Rezirkulierungsleitung sichergestellt wird.
Im Falle der Fig. 6 erfolgt die Ozoneinspeisung nicht mehr über poröse Materialien 15, sondern durch ein Emulgationsgerät 1 6, das sich oberhalb des Topfes für die Ausgasung und die Ozon-Flotation unter Druck 3 befindet.
Endlich erfolgt das Ozon-Flotationsverfahren in Fig. 7 oberhalb der Filterschleife, innerhalb eines Ozonisierungstrogs 17.
Fig. 8 stellt eine Ausführungsvariante der Filterschleife gemäß der Erfindung dar, innerhalb welche ein belüftetes biologisches Filter 20 angebracht wurde, das die Rolle des Ausgasungstopfes übernimmt. Dieses belüftete biologische Filter kann vorteilhafterweise mit Hilfe von aufschwimmenden Stoffen realisiertwerden, wobei das zu behandelnde Wasser, dem eventuell Reagenzien zugefügt wurden, oberhalb der Materialien, die die Unterlage für die Biomasse bilden, eingespeist wird.
Es folgen zwei vergleichende Beispiele für die Mikrofilterung, mit und ohne Einspeisung ozonhaltiger Luftbläschen:

Beispiel 1

Wasser aus einer Bohrung, das im Durchschnitt 0,3 mg/l Eisen enthält und dessen Trübheitsgrad 2 NTU beträgt, wurde zwei verschiedenen Behandlungsmethoden unterworfen:
1 - Behandlung durch tangentielles Ultrafiltrieren über Membrane (Porengröße = 500 Å). Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt 4,4 m/s, der Druck hinter der Membrane 1 bar, alle 5 Minuten erfolgt 5 s lang eine Strömungsumkehr, zum Zweck der Filterentstopfung.
2 - Behandlung mit Ozon (Konzentration 1 g/m³), gefolgt von Ultrafilterung über Membrane, wobei die Funktionseinstellungen identisch sind wie bei der ersten Behandlung und wobei das Ozon in der Leitung in die Rezirkulierungsschleife, oberhalb der Membrane, mittels eines Emulgationsgeräts eingespeist wird.
Die mit diesen zwei Behandlungen erzielten Durchsätze sind in Tabelle I dargestellt. TABELLE Behandlungsart Permeatfluß am Anfang des Betriebs Permeatfluß nach 3 h Betriebsdauer Mikrofilterung ohne Ozon in der Schleife Mikrofilterung mit Ozon gemäß Verfahren
Dieses Beispiel zeigt, daß die ozonhaltigen Luftbläschen die Effizienz der Ultrafilterung nicht herabsetzen. Der Permeatfluß wird sogar um 30 % durch die Koppelung Ozon/tangentielle Filterung verbessert.

Beispiel 2:

Wasser aus der Seine wurde den zwei folgenden Behandlungsarten unterworfen:
1 - das ausgeflockte Wasser wird durch tangentielle Mikrofilterung über Membrane (Porengröße = 0,2 um) behandelt. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt 4,4 m/s, der Druck hinter der Membrane 1 bar, alle 5 Minuten erfolgt 5 s lang eine Strömungsumkehr, zum Zweck der Filterentstopfung; eine Dekonzentrierungsspülung wird auf 30 l/h festgelegt.
2. - Behandlung mit Ozon (Konzentration 1 g/m³) des vorher ausgeflockten Seinewassers, gefolgt von Ultrafilterung über Membrane, wobei die Funktionseinstellungen identisch sind wie bei der ersten Behandlung und wobei das Ozon in die Rezirkulierungsschleife, oberhalb der Membrane, mittels eines Emulgationsgeräts eingespeist wird.
Die mit diesen zwei Behandlungen erzielten Durchsätze sind in Tabelle II dargestellt. TABELLE II Organische Stoffe Permeatfluß Behandlung 1 ausgeflocktes Seinewasser Behandlung 2 ausgeflocktes Seinewasser oberhalb der Membrane ozonisiert
Die Tabelle gibt die Konzentration an organischen Stoffen (in mg O&sub2; je Liter) für das unbehandelte Wasser (EB), das Filtrat (EF) und die differentielle Rate zwischen diesen zwei Messungen (Abt) an.
Die Verbindung des Ozons mit dem Ausflockungsmittel ermöglicht eine Reduzierung der organischen Stoffe um 78 %.
Unter denselben Betriebsbedingungen verbessert die Gegenwart von ozonhaltiger Luft die Leistung der Mikrofilterung: der Permeatfluß wird um 40 % vergrößert.
Dies erscheint insbesondere in der Kurve der Versuchsergebnisse in Fig. 9, wo die drei Kurven eines anderen Versuchs dargestellt sind:
- Variation des Filtratdurchsatzes 90 nacheinander in Gegenwart von ozonhaltigen Luftmikrobläschen (91), nach Einspeisung von pulverförmiger Aktivkohle (92) mit ozonhaltigen Luftmikrobläschen (93) und zuletzt ohne Zusatzstoff, wobei nur das ausgeflockte Wasser in der Schleife fließt (94);
- Entsprechende Variation des Filtratflusses (95);
- Entsprechende Variation des Filtratinhaltes an organischen Stoffen.
Das Ozon wurde mit einer Rate von 1 mg/l eingespeist. Die bei 92 zugegebene Aktivkohledosis betrug 5 g.
Die Versuchsbedingungen waren: 4 m/s Strömungsgeschwindigkeit in der Schleife, eine Entstopfung durch Strömungsumkehr von 5s/5min und ein Druckabfall von 0,6 bar in der Schleife.
Aus Kurve 90 geht hervor, daß die Zugabe von ozonhaltiger Luft in etwa die Verdoppelung des Filtratdurchsatzes ermöglicht, im Verhältnis zum Fließen von ausgeflocktem Wasser alleine (Durchsatz ca. 1 m³/h m², statt 0,5 m³/h m²).
Andererseits und nebenbei bemerkt stellt man eine Abnahme des Filtratdurchsatzes bei der Einspeisung der pulverförmigen Aktivkohle bei gleichzeitiger Einspeisung ozonhaltiger Luft in die behandelte Flüssigkeit fest, im Vergleich zu dem Falle, in dem nur ozonhaltige Luft eingespeist wird. Dies wird durch die Tatsache erklärt, daß die Zugabe von Aktivkohle die Menge der im Wasser suspendierten Stoffe erhöht. Dagegen bemerkt man auf der Kurve 96 eine empfindliche korrelative Abnahme der Menge an organischen Stoffen im Filtrat, was die charakteristische Aktivkohle/Ozonbläschen-Synergie einer der bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung zeigt.
Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf diese Anwendungsbeispiele.
So kann das Verfahren gemäß der Erfindung ebenfalls angewandt werden, um die Filterungsschleife mit tangentieller Membrane im desifizierenden Milieu zu halten, wenn sie nicht für die Behandlung von Flüssigkeiten in Gebrauch ist. Diese Wartungsprozedur kann sowohl kontinuierlich als auch periodisch erfolgen.

Claims

1. Verfahren zum Filtern und Reinigen von Wasser,

darin bestehend, daß die zu behandelnde Flüssigkeit durch eine Vorrichtung des Typs läuft, die eine Filterschleife mit Rezirkulierungspumpe (4) und mindestens eine tangentielle Filtermembrane (1) besitzt, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Schrittes, bei dem in der Schleife oberhalb der Membrane ein ozonhaltiges Oxydationsgas dem zu behandelnden Wasser zugegeben wird, um Mikrobläschen dieses Gases einer solchen Größe zu bilden, daß sie Turbulenzen im Wasser am Ort der Membrane erzeugen, die in Zusammenwirkung mit dem Oxydierungsvorgang das Verstopfen der Membrane (1) einschränken und den Durchsatz sowie die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Filtrats verbessern.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mikrobläschen zwischen 10 um und 2 mm liegt.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rate und die Konzentration des Gases, das dem zu behandelnden Wasser zugefügt wird, als Funktion der Wasserqualität und/oder der gewünschten Rate an gelöstem Restgas variiert.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Wasser vorab oberhalb der Filterschleife einer chemischen Behandlung ausgesetzt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsschleife einen Ausgasungstopf enthält, der nach der Membrane angebracht und geeignet ist, die Rezirkulierungspumpe (4) gegen die Mikrobläschen zu schützen.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, bei dem chemische Reagenzien und/oder Absorptionsmittel in die Filterschleife gespeist werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß eine statische Mischvorrichtung vor den Mitteln (10) zum Einspeisen der chemischen Reagenzien und/oder der Absorptionsmittel in der Filterschleife angebracht ist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmittel aus Aktivkohle besteht.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere zur Behandlung von Wasser, das mit organischen Stoffen belastet ist, oder zur Durchführung einer Eisenentfernung oder einer Entmanganisierung, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Schrittes, bei dem ein anderes Oxydierungsgas in die Filterschleife eingespeist wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das andere Oxydierungsgas in die Schleife durch Mittel der Art eingespeist wird, die Emulgationsgeräte (12, 16), welche vor dem Ausgasungstopf angebracht sind, im Ausgasungstopf untergebrachte poröse Materialien (13, 15), Vorrichtungen zur Ozon-Flotation sowie Ozonisierungströge (17) umfassen.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, für den Fall des Vorhandenseins einer zweiten Einspeisung von Oxydierungsgas in die Schleife, bestehend aus einer Ozon-Flotationsvorrichtung unter Druck,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ozonisierung durch poröse Materialien (13, 15) gewährleistet wird, deren Überfließen durch die Rezirkulierungsleitung sichergestellt wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, für den Fall, daß die zweite Einspeisung von Oxydierungsgas aus einer Ozon-Flotationsvorrichtung unter Druck besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung des Oxydierungsgases mittels eines Emulgationsgeräts (1 6) stattfindet.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydierungsgas ozonhaltige Luft ist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 10, für den Fall, daß die zu behandelnde Flüssigkeit stark ammoniakbelastetes Wasser enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgasungstopf aus einem belüfteten biologischen Filter (20) besteht.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Filter (20) über schwimmende Materialien verfügt, welche als Träger von Biomasse dienen, vor denen sich die Einspeisung des zu behandelnden Wassers befindet.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung von Mikrobläschen des ozonhaltigen Oxydierungsgases angewandt wird, um ein desinfizierendes Milieu in der Filterschleife mit tangentieller Membrane aufrechtzuerhalten, wenn sie nicht zur Behandlung von Flüssigkeiten betrieben wird.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung von Mikrobläschen des ozonhaltigen Oxydierungsgases angewandt wird, um die tangentielle Filtermembrane im Laufe periodischer Regenerationszyklen zu regenerieren, wobei die Regenerierung durch den Anteil an gelöstem Restgas in der Regenerierungsflüssigkeit gesteuert wird.