DE69908916T2

DE69908916T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abwasser in einem bioreaktor, einer ultrafiltrationseinheit und einer membranfiltrationeinheit

Info

Publication number: DE69908916T2
Application number: DE1999608916
Authority: DE
Inventors: Rienk Hendrik BENEDICTUS; Gijsbertus Walterus VAN DER MEER; Cornelis Jacobus VAN WINKELEN
Original assignee: BEHEERMIJ FRISIA HAULERWIJK B; Beheermaatschappij Frisia BV; Waterleiding Friesland NV
Current assignee: B.V. BEHEERMAATSCHAPPIJ FRISIA, HAULERWIJK, NL; VITENS,N.V., ZWOLLE, NL
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: US6592763B1; NL1008425C2; EP1060134B1; DK1060134T3; AU2749199A; WO1999043622A1; ATE243168T1; DE69908916D1; EP1060134A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung wässriger Ströme in einem Bioreaktor und einer Ultrafiltrationseinheit, wobei der Ausfluss aus dem Bioreaktor der Ultrafiltrationseinheit zugeführt wird, in welcher in einen Permeatstrom und einen Konzentratstrom getrennt wird.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung wässriger Ströme in einem Bioreaktor, einer Ultrafiltrationseinheit und einer Membranfiltrationseinheit, wobei die Vorrichtung mit den notwendigen Röhren bzw. Schläuchen und Pumpen versehen ist, wobei eine Trennung in einen Permeatstrom und einen Konzentrationsstrom in der Ultrafiltrationseinheit stattfindet, wobei der Permeatstrom mit einer Membranfiltrationseinheit über ein Rohr bzw. über einen Schlauch verbunden ist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 186 14 214 bekannt. Mit der Vorrichtung, die aus dieser Druckschrift bekannt ist, wird Abwasser, insbesondere zersetztes Versickerungswasser und/oder Versickerungswasser von einer Restabfallbehandlung zunächst einer Ozonbehandlung oder einem ähnlichen katalytischen Zersetzungsprozess, beispielsweise mittels H₂O₂ und UV-Strahlung, unterworfen und daraufhin einem Bioreaktor zugeführt. In dem Bioreaktor findet eine biologische Umsetzung statt, bei der der Ausfluss zu einer Ultrafiltrationseinheit geführt wird, in der er in einen Permeatstrom und einen Konzentratstrom getrennt wird. Der derart gewonnene Permeatstrom wird einem Pufferbehälter zugeführt. Der Ausfluss von dem Pufferbehälter wird daraufhin einer Nanofiltrationseinheit zugeführt, in welcher eine Trennung in gereinigtes Wasser und Retentat stattfindet, das daraufhin dem Bioreaktor erneut zusammen mit dem Konzentrat aus der Ultrafiltrationseinheit zugeführt wird. Aus die ser deutschen Offenlegungsschrift kann nur abgeleitet werden, dass das Wasser, welches in der Nanofiltrationseinheit gereinigt worden ist, als Prozesswasser für industrielle und landwirtschaftliche Zwecke beispielsweise genutzt werden kann.
Ein derartiges Verfahren ist außerdem aus der japanischen Patentanmeldung JP 09 271771 bekannt, die ein Verfahren zum Reinigen von Wasser offenbart, das mit flüchtigen organischen Verbindungen verschmutzt ist, unter Verwendung einer Umkehrosmosemembran. In Übereinstimmung mit dem Verfahren, das hieraus bekannt ist, wird das kontaminierte Wasser zu einem Speichertank geleitet, woraufhin es zu einer Ultrafiltrationsmembraneinheit unter Druck gepumpt wird, wobei der in der Ultrafiltrationsmembraneinheit erzeugte Konzentratstrom zu dem Bevorratungstank rückgeführt wird. Der Permeatstrom, der außerdem an der Ultrafiltrationsmembraneinheit erzeugt wird, wird daraufhin zu einer Umkehrosmosemembran geleitet, wobei der Abstrom, der an der Membran erzeugt wird, ebenfalls zum Speichertank abgeführt wird. Der Produktstrom von der Umkehrosmosemembraneinheit wird ausgetragen. Die Verwendung des Produktstroms, der an der Membranfiltrationseinheit erzeugt wird, ist aus der japanischen Patentanmeldung nicht bekannt. Außerdem findet keine biologische Umsetzung statt, weil kein Bioreaktor vorgesehen ist.
Ein derartiges Verfahren ist außerdem aus der japanischen Patentanmeldung JP 63 059598 bekannt, die ein Verfahren zum Erhöhen des Gehalts an phosphoriger Säure in einem entwässerten Schlammkuchen offenbart. Abwasser wird dabei einem biologischen Behandlungsschritt unterworfen, wobei der Schlamm, der in dem Behandlungsschritt erzeugt wird, einer Ultrafiltrationsmembraneinheit zugeführt wird, in welcher er in einen Schlamm- und einen Permeatwasserstrom getrennt wird. Der Permeatwasserstrom wird außerdem in einen konzentrierten Flüssigkeitsstrom und einen Produktstrom in einer Umkehrosmosemembran getrennt, wobei der Produktstrom in Kontakt mit einem Absorptionsmittel mit dem Zweck gebracht wird, phosphorige Säure zu entfernen. Der konzentrierte Flüssigkeitsstrom wird daraufhin mit dem überschüssigen biologischen Schlamm aus dem biologischen Behandlungsschritt und mit dem Schlamm aus der Ultrafiltrationsmembraneinheit gemischt, wobei das dadurch gewonnene Gemisch daraufhin entwässert wird, und wobei der gewonnene Wasserstrom zu dem biologischen Behandlungsstrom rückgeführt wird. Aus dieser japanischen Patentanmeldung ist es nicht bekannt, den Produktstrom erneut zu nutzen, aus welchem die phosphorige Säure entfernt worden ist, und zwar in vorteilhafter Weise. Außerdem muss die konzentrierte Flüssigkeit, die an der Umkehrosmosemembran gewonnen wird, zunächst mit weiteren Flüssigkeitsströmen gemischt und daraufhin entwässert werden, woraufhin die Rückführung zu dem biologischen Behandlungsschritt letztendlich bewirkt wird.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 96/25368 bekannt, demnach erste Feststoffbestandteile aus einem stark konzentrierten Abwasserstrom entfernt werden, welcher daraufhin auf eine Temperatur von 30 bis 35°C erhitzt und danach einem anaerobischen Fermentationsprozess unterworfen wird. Der aus der anaerobischen Fermentation gewonnene Ausfluss wird einer Ultrafiltrationseinheit zugeführt. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren wird der wässrige Abstrom gegebenenfalls in einen im wesentlichen reinen Wasserstrom, einen methanhaltigen Gasstrom und einen Reststrom getrennt, in welchem organische und anorganische Bestandteile vorliegen und der als Startmaterial für einen flüssigen Dünger dient. In diesem Verfahren findet keine Rezirkulation bzw. Rückführung von Prozessströmen statt. Ein Nachteil eines derartigen Verfahrens zum Behandeln wässriger Ströme in einem Bioreaktor und einer Ultrafiltrationseinheit besteht darin, dass ein Reststrom erzeugt wird, der wenige nützliche Bestandteile enthält. Obwohl ein derartiger Reststrom als Startmaterial für einen flüssigen Dünger genutzt werden kann, muss er in der Praxis als Abprodukt angesehen werden. Die Kosten zum Austragen eines Reststroms werden aufgrund zunehmender Umweltverschmutzungssteuern höher, was eine ungünstige Auswirkung auf die gesamten Prozesskosten hat, die in die Behandlung der flüssigen Abströme einbezogen sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln wässriger Ströme zu entwickeln, bei denen die vorstehend angeführten Nachteile vermieden sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zu entwickeln, bei denen Abwasser auf einen derartigen Grad gereinigt wird, dass ein großer Teil des gereinigten Wassers in dem Bearbeitungsprozess erneut genutzt werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein im wesentlichen geschlossenes Kreislaufwassersystem zu entwickeln, so dass es nicht mehr erforderlich ist, stets frisches Grundwasser hoch zu pumpen. Das bislang herauf gepumpte Grundwasser kann von Zeit zu Zeit gereinigt werden, nachdem es in dem Produktionsprozess genutzt wurde und daraufhin als Prozesswasser wieder verwendet werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist das vorstehend genannte Verfahren zur Behandlung wässriger Ströme dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung in einen Produktstrom und einen Austragstrom, der aufgelöste Substanzen enthält, in der Membranfiltrationseinheit stattfindet, wobei der Austragstrom dem Bioreaktor zugeführt wird, wobei der Produktstrom in das Grundwasser oder Prozesswasser rezirkuliert bzw. rückgeführt wird, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erhalten.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Austragstrom, der aufgelöste Substanzen enthält, in vorteilhafter Weise wieder verwendet werden kann, indem der Austragstrom dem Bioreaktor erneut zugeführt wird. Eine zusätzliche Umsetzung der nützlichen Materialien in dem Austragstrom, die mikrobiologisch umgesetzt werden, findet dadurch in dem Bioreaktor statt.
In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren wird der Produktstrom, der in der Membranfiltrationseinheit erzeugt wird, dem zu behandelnden wässrigen Strömen erneut zugeführt, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzielen. Der Satz "zu den behandelnden wässrigen Strömen rezirkuliert bzw. zurückgeführt" bedeutet vorliegend, dass eine Rezirkulation zum Grundwasser, Prozesswasser oder zum Grundwasser stattfindet, wobei das Prozesswasser in dem Produktionsprozess erzeugt wurde. Der Satz umfasst dadurch die Ausführungsform, demnach das Grundwasser und das Prozesswasser nicht dem Produktionsprozess zugeführt worden sind, so wie diejenige Ausführungsform, demnach das Grundwasser und das Prozesswasser dem Produktionsprozess bereits zugeführt worden sind. Die Verwendung eines geschlossenen Wasserkreislaufsystems verringert die Notwendigkeit, frisches Grundwasser von Zeit zu Zeit hoch zu pumpen, weil die Qualität des Produktstroms, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gewonnen wird, derart ist, dass dieser Produktstrom als Prozesswasser wieder genutzt werden kann.
Um in dem Bioreaktor hohe biologische Umsetzungsraten zu erzielen, ist es bevorzugt, den Konzentratstrom von der Ultrafiltrationseinheit zu dem Bioreaktor zu rezirkulieren bzw. rückzuführen. Auf diese Weise wird aus dem System keine Biomasse ausgewaschen, wodurch eine hohe Biomassenbelastung in dem Bioreaktor sichergestellt ist, was eine vorteilhafte Auswirkung auf den biologischen Umsetzungsprozess hat. Eine Menge des nicht-biozersetzbaren Materials sammelt sich jedoch offensichtlich in dem Bioreaktor an. Dieses Material verringert das Reaktorvolumen, das für den Umsetzungsprozess erforderlich ist, weshalb es wünschenswert ist, den Materialstrom aus dem Bioreaktor zu entfernen. In der Praxis wird ein derartiger Materialstrom, auch als Schlamm bekannt, häufig zu einer so genannten Destruktionsfirma zur weiteren Verarbeitung transportiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, den Produktstrom von der Membranfiltrationseinheit einer oder mehreren Endbehandlungen zuzuführen, bevor der Produktstrom zu den zu behandelnden wässrigen Strömen rückgeführt wird, auch als Prozesswasser bezeichnet. Entgasen, Belüften und pH-Wert-Korrektur sind geeignete Endbehandlungsvorgänge. Aufgrund der biologischen Umsetzung in dem Bioreaktor und der darauf folgenden Trennung in der Ultrafiltrationseinheit und der Membranfiltrationseinheit kann die Qualität des Produktstroms zu gering sein, um die Nutzung als Prozesswasser zu ermöglichen. Die Qualität des Produktstroms kann in Übereinstimmung mit den Erfordernissen gebracht werden, die an das Prozesswasser gestellt werden, indem er einer Endbehandlung in dieser Weise unterzogen wird.
In Übereinstimmung mit einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, einen Teil des Permeatstroms von der Ultrafiltrationseinheit dem Bioreaktor im Hinblick darauf rückzuführen, vorteilhafte biologische Bedingungen in dem Bioreaktor zu erzeugen. Der Permeatstrom kann Bestandteile enthalten, die einer unvollständigen biologischen Behandlung unterworfen waren, oder die unvollständig umgesetzt worden sind, so dass ein zusätzlicher biologischer Umsetzungsprozess erforderlich ist, der durch Rezirkulieren eines Teils des Permeatstroms zu dem Bioreaktor verwirklicht wird, bevor er der Membranfiltrationseinheit zugeführt wird.
In einer speziellen Ausführungsform ist es außerdem erwünscht, einen Teil des Produktstroms von der Membranfiltrationseinheit zu dem Bioreaktor zu rezirkulieren bzw. rückzu führen. Eine derartige Rezirkulation des Produktstroms ist beispielsweise erwünscht, wenn die Zusammensetzung bzw. die Menge des Zustroms von dem Bioreaktor derart ist, dass es erwünscht ist, diesen einen zusätzlichen wässrigen Strom zuzuführen. Insbesondere zur Rezirkulation eines Teils des Produktstroms von der Membranfiltrationseinheit ist es offensichtlich so, dass ein rückzuführender Produktstrom einer Endbehandlung unterworfen oder nicht unterworfen werden kann, wie vorstehend ausführlich erläutert.
Obwohl es in einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist, einen oder mehrere zusätzliche wässrige Ströme zu dem Bioreaktor rückzuführen, nämlich einen Permeatstrom von der Ultrafiltrationseinheit, einen Austragstrom von der Membranfiltrationseinheit, einen Konzentratstrom von der Ultrafiltrationseinheit, einen Produktstrom von der Membranfiltrationseinheit oder einen Produktstrom, der einer Endbehandlung unterworfen worden ist, ist es offensichtlich auch möglich in bestimmten Ausführungsformen, Grundwasser oder Prozesswasser dem Bioreaktor als zusätzlichen wässrigen Strom zuzuführen.
Es ist bevorzugt, dem wässrigen Strom oder den wässrigen Strömen zu dem Bioreaktor, auch als Zufluss bezeichnet, bestimmte Zusatzstoffe zuzusetzen, im Hinblick auf die Erzeugung vorteilhafter mikrobiologischer Bedingungen in dem Bioreaktor. Beispiele derartiger Zusatzstoffe sind: Zusatzstoffe zum Korrigieren des pH-Werts, insbesondere auf einen Wert im Bereich zwischen 5 und 9, Zusatzstoffe, welche den bakteriologischen Umsetzungsprozess stimulieren, wie etwa stickstoffhaltige Startmaterialien und dergleichen.
Zusätzlich hierzu ist es in bestimmten Ausführungsformen erwünscht, die Temperatur der zuströmenden wässrigen Ströme des Bioreaktors auf einen Wert einzustellen, der für den mikrobiologischen Umsetzungsprozess erwünscht ist. Nach alldem müssen die Bedingungen in dem Bioreaktor so gewählt werden, dass die erwünschte Umsetzung biologischer Bestandteile erzielt wird, wobei diese Bedingungen teilweise beeinflusst werden durch die Temperatur des zuströmenden wässrigen Stroms. Wenn die Temperatur des zuströmenden wässrigen Stroms des Bioreaktors zu niedrig ist, ist es bevorzugt, die Temperatur unter Verwendung eines Wärmetauschers zu erhöhen. Wenn die Temperatur des zuströmenden wässrigen Stroms des Bioreaktors zu hoch ist, ist es bevorzugt, die Temperatur unter Verwendung eines Wärmetauschers abzusenken.
Die Membranfiltrationseinheit, die in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, ist eine Membranfiltrationseinheit mit einer Porengröße, die kleiner ist als die Porengröße der Ultrafiltrationseinheit, die genutzt wird; d. h., eine Nanofiltrationseinheit oder eine Hyperfiltrationseinheit, sind geeignet. Die Wahl zwischen den beiden Membranfiltrationseinheiten erfolgt auf Grundlage der Akzeptanz der Substanzen, die in dem Produktstrom vorliegen. Dadurch kann die "Qualität" des zu den zu behandelnden wässrigen Strömen rückzuführenden Produktstroms gesteuert werden, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzielen. Durch die Nanofiltrationseinheiten werden einwertige Ionen lediglich teilweise entfernt, während eine Hyperfiltrationseinheit sie nahezu zu 100 entfernt. Die Wahl von einem der beiden Typen erfolgt auf Grundlage der gewünschten Funktion der Membranfiltrationseinheiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Behandlung eines beliebigen wässrigen Stroms, der biozersetzbare Bestandteile enthält. Beispiele geeigneter wässriger Abströme sind: Abwasser aus der Fleischverarbeitungsindustrie, Abwasser von Haushalt, Abwasser von der Nahrungsmittelindustrie und dergleichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Behandlung wässriger Ströme in einem Biosensor, einer Ultrafiltrationseinheit und einer Membranfiltrationseinheit, wobei die Vorrichtung mit den notwendigen Rohren und Pumpen versehen ist, wodurch eine Trennung in einen Permeatstrom und einen Konzentratstrom in der Ultrafiltrationseinheit stattfinden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die vorstehend angesprochen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Permeatstrom mit einer Membranfiltrationseinheit über ein Rohr bzw. einen Schlauch verbunden ist, in welcher Einheit eine Trennung in einen Produktstrom und einen Austragstrom stattfindet, der aufgelöste Substanzen enthält, welcher Austragstrom mit dem Bioreaktor über ein Rohr verbunden ist, wobei der Produktstrom mit dem zu behandelnden wässrigen Strom über ein Rohr verbunden ist, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzielen (vorliegend wird unter Rohr auch Schlauch verstanden).
Die Wahl der zu verwendenden Membranfiltrationseinheit erfolgt auf Grundlage ihrer gewünschten Funktion. Einwertige Ionen werden durch eine Nanofiltrationseinheit lediglich teilweise entfernt, während eine Hyperfiltrationseinheit diese zu nahezu 100% entfernt.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Produktstrom von der Membranfiltrationseinheit über ein Rohr bzw. einen Schlauch mit den zu behandelnden wässrigen Strömen derart verbunden, dass ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem erzeugt wird. Wenn ein derartiges Verfahren verwendet wird, entfällt die Notwendigkeit zum Hochpumpen von frischem Grundwasser, so dass alle vorteilhafte Wiedernutzung der Abströme in dem Prozess stattfindet.
Um zu verhindern, dass Biomasse ausgewaschen wird, ist es bevorzugt, den Konzentratstrom von der Ultrafiltrationsein heit mit dem Bioreaktor über ein Rohr bzw. einen Schlauch zu verbinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Produktstrom von der Membranfiltrationseinheit bevorzugt über ein Rohr bzw. einen Schlauch mit einer Endbehandlungseinheit verbunden, bevorzugt zur Entgasung, Belüftung, pH-Korrektur oder für eine Kombination hieraus, bevor er zu den zu behandelnden wässrigen Strömen rückgeführt bzw. rezirkuliert wird. In der Praxis hat sich ergeben, dass die Qualität des gewonnenen Produktstroms üblicherweise zu gering ist, damit dieser direkt zu den behandelnden wässrigen Strömen rückgeführt werden kann, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzielen. Durch Zuführen des Produktstroms zu der Endbehandlungseinheit wird die Qualität des Produktstroms in Übereinstimmung mit derjenigen der zu behandelnden wässrigen Ströme gebracht.
Die Zusammensetzung bzw. die Zufuhrrate des Zuflusses des Bioreaktors kann derart sein, dass die Bedingungen, die für die biologische Umsetzung günstig sind, in dem Bioreaktor nicht erzielt werden, so dass es in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt ist, ein Rohr bzw. einen Schlauch anzuschließen, über das bzw. dem ein bestimmter Teil des Permeatstroms von der Ultrafiltrationseinheit beispielsweise dem Zufluss des Bioreaktors zugeführt wird. Zusätzlich hierzu ist es möglich, den Zufluss des Bioreaktors mit einem Rohr bzw. einem Schlauch zu verbinden, das bzw. der beispielsweise einen bestimmten Teil des Produktstroms von der Membranfiltrationseinheit führt. Zusätzlich hierzu kann es erwünscht sein, dem Strom von der Endbehandlungseinheit insbesondere teilweise direkt dem Bioreaktor zuzuführen. In einigen Ausführungsformen ist es außerdem bevorzugt, den zu behandelnden wässrigen Strom bzw. das Grundwasser insgesamt oder teilweise direkt dem Bioreaktor zuzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, den Bioreaktor mit einem Rohr bzw. einem Schlauch zum Verbinden bzw. Zuführen von Zusatzstoffen zu verbinden, welche die mikrobiologischen Bedingungen in dem Bioreaktor vorteilhaft beeinflussen. Zusätzlich hierzu ist es erwünscht, den Strom zu dem Bioreaktor mit einem Wärmetauscher zu verbinden, in welchem die Temperatur, die für den Bioreaktor erwünscht ist, erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf einige Beispiele und spezielle Ausführungsformen näher erläutert, wobei bemerkt wird, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf diese speziellen Beispiele und Ausführungsformen beschränkt ist.
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zur Behandlung des Abwassers in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik.
2 zeigt ein Flussdiagramm der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei der in der Membranfiltrationseinheit erzeugte Produktstrom zu dem zu behandelnden wässrigen Strömen rezirkuliert wird, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzielen.
3 zeigt das Flussdiagramm von 2, in welchem der Produktstrom einer Endbehandlung unterworfen wird, bevor er rezirkuliert wird, wobei der Konzentratstrom von der Ultrafiltrationseinheit dem Bioreaktor zugeführt wird.
4 zeigt das Flussdiagramm von 3, wobei ein Teil des Permeatstroms von der Ultrafiltrationseinheit, ein Teil des Produktstroms von der Membranfiltrationseinheit und ein Teil des Produktstroms, der ei ner Endbehandlung unterworfen worden war, zu dem Bioreaktor rezirkuliert bzw. rückgeführt werden. Außerdem ist in dieser Figur dargestellt, dass das Zumessen von Zusatzstoffen zu dem Bioreaktor stattfindet.
1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm zur Behandlung von Abwasser in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik. Es wird bemerkt, dass gleiche Teile in 1 bis 4 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Grundwasser oder Prozesswasser 1 wird der Verarbeitungseinheit 2 zugeführt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Prozesseinheit 2 ein Ort verstanden, in welchem Prozesswasser oder Grundwasser 1, beispielsweise in der Fisch- oder Fleischverarbeitungsindustrie, in Haushalten, in der Nahrungsmittelindustrie oder dergleichen, genutzt wird. Ein wässriger Strom oder Zustrom 3, der behandelt werden soll, auch als Abwasser bezeichnet, wird in der Verarbeitungseinheit 2 erzeugt und der zu behandelnde wässrige Strom 3 wird einem Bioreaktor 4 zugeführt. Neben dem zu behandelnden wässrigen Strom 3 können selbstverständlich auch andere Ströme (nicht gezeigt) in der Verarbeitungseinheit 2 erzeugt werden, die dem Bioreaktor 4 zugeführt oder nicht zugeführt werden können, beispielsweise ein Strom aus mehr oder weniger festen Bestandteilen, welcher Strom als Ergebnis einer Trennung erzeugt wird, beispielsweise einer Filtration, einem Pressvorgang und dergleichen, welche Trennung in der Verarbeitungseinheit 2 stattfindet. Ein Trennungsvorgang wird üblicherweise so ausgeführt, dass er den biologischen Umsetzungsprozess im Bioreaktor 4 nicht beeinträchtigt, und so, dass ein Verstopfen der Ultrafiltrationseinheit 10 vermieden wird.
Ein biologischer Umsetzungsprozess findet im Bioreaktor 4 statt und der den Bioreaktor 4 verlassende Strom 6, der als Ausfluss bezeichnet wird, wird einer Ultrafiltrationseinheit 10 zugeführt. Eine Trennung in einen Permeatstrom 9 und einen Konzentratstrom 11 findet in der Ultrafiltrationseinheit 10 statt. In Übereinstimmung mit der in 1 gezeigten Ultrafiltrationseinheit wird der Konzentratstrom 11 ausgetragen. Der in der Ultrafiltrationseinheit 10 gewonnene Permeatstrom 9 wird daraufhin einer Membranfiltrationseinheit 8 zugeführt, in der eine Trennung in einen Produktstrom 7 und einen Austragstrom 5, die aufgelöste Materialien enthalten, stattfindet, welcher Austragstrom 5 bevorzugt zu einem Bioreaktor 4 rezirkuliert bzw. rückgeführt wird. Der derart gewonnene Produktstrom kann für weitere Zwecke verwendet werden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Produktstrom 7, der die Membranfiltrationseinheit 8 verlässt, zum Prozesswasser oder Grundwasser rückgeführt wird. Außerdem wird der Austragstrom 5 zu dem Bioreaktor 4 rückgeführt bzw. rezirkuliert. Durch Rezirkulieren des Produktstroms 7 in dieser Weise wird ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem erzeugt. Ein derartiges im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem verringert die Notwendigkeit zum Hochpumpen von frischem Grundwasser, was zu einer beträchtlichen Einsparung führt. Außerdem ist es möglich, den Produktstrom 7 vollständig oder teilweise dem Bioreaktor 4 zuzuführen, falls erwünscht.
3 zeigt die Vorrichtung von 2 in einer speziellen Ausführungsform, wobei der Konzentratstrom 11, der in der Ultrafiltrationseinheit 10 erzeugt wird, jedoch zu dem Bioreaktor 4 rückgeführt wird. Das Rückführen bzw. Rezirkulieren des Konzentratstroms 11 zu dem Bioreaktor 4 verhindert, dass Biomasse aus dem System ausgewaschen wird, wodurch eine hohe Konzentration von Biomasse in dem Bioreaktor 4 sichergestellt wird, was eine vorteilhafte Auswirkung auf den biologischen Umsetzungsprozess im Bioreaktor 4 hat. Zusätzlich hierzu wird der Produktstrom 7, der aus der Membranfiltrationseinheit 8 austritt, einer Endbehandlungseinheit 12 zugeführt. Entgasungs-, Entlüftungs- und pH-Korrektureinheiten stellen bei spielsweise eine geeignete Endbehandlungseinheit 12 dar. Der Strom 13, der die Endbehandlungseinheit 12 verlässt, wird daraufhin zu dem Grundwasser bzw. Prozesswasser 1 rezirkuliert, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu bewerkstelligen. Der die Endbehandlungseinheit 12 verlassende Strom 13 kann außerdem dem Bioreaktor 4 vollständig oder teilweise zugeführt werden, falls erwünscht. Obwohl 3 die Rezirkulation des Konzentratstroms 11 zu dem Bioreaktor 4 zeigt, sowie des Endbehandlungsproduktfluids 7 in einer Endbehandlungseinheit 12, erschließt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, dass diese Maßnahmen auch unabhängig von einander ausgeführt werden können.
4 zeigt eine spezielle Ausführungsform der in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung, worin eine Anzahl von Modifikationen durchgeführt worden sind. Der die Ultrafiltrationseinheit 10 verlassende Permeatstrom 9 wird teilweise zu dem Bioreaktor 4 über ein Rohr 16 rückgeführt. Zusätzlich hierzu wird auch der Produktstrom 7, der die Membranfiltrationseinheit 8 verlässt, teilweise zum Bioreaktor 4 über ein Rohr 17 rückgeführt. Zusätzlich hierzu wird auch der die Endbearbeitungseinheit 12 verlassende Strom 13 teilweise zum Bioreaktor 4 über ein Rohr 14 rückgeführt werden. Obwohl das Diagramm von 4 zeigt, dass die Ströme 5, 11, 14, 17, 18, die zu dem Bioreaktor 4 rückgeführt werden, direkt dem Bioreaktor 4 selbst zugeführt werden, erschließt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik, dass einer oder mehrere der Ströme 5, 11, 14, 17, 18 einem (nicht gezeigten) Mischer zugeführt werden können, woraufhin die derart gemischten Ströme dem Bioreaktor 4 zugeführt werden. Es ist auch möglich, einen Teil des Grundwassers oder Prozesswassers 1 dem Bioreaktor zuzuführen, obwohl in 4 nicht gezeigt. In bestimmten Ausführungsformen ist ein derartiges Vormischen erwünscht, um die Homogenität des Inhalts des Bioreaktors 4 sicherzustellen. Die Zusammensetzung des dem Bioreaktor 4 zuzuführenden wässrigen Stroms 3 kann derart sein, dass es erwünscht ist, Zusatzstoffe 16 über das Rohr 15 zuzuführen. In einer speziellen Ausführungsform ist es erwünscht, den Strom 3 zum Bioreaktor 4 über einen (nicht gezeigten) Wärmetauscher zu leiten, um sicherzustellen, dass der Strom 3 eine Temperatur aufweist, die für ihren biologischen Umsetzungsprozess im Bioreaktor 4 erforderlich ist. Sämtliche dem Bioreaktor 4 zuzuführenden Ströme können selbstverständlich einem derartigen Wärmetauscher zugeführt werden. Es wird bemerkt, dass die Maßnahmen, die einen Teil der Kombination der in 4 gezeigten Maßnahmen bilden, auch unabhängig voneinander ergriffen werden können, und dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf eine spezielle Kombination von Maßnahmen beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines wässrigen Stroms (3) in einem Bioreaktor (4) und eine Ultrafiltrationseinheit (10), wobei der Ausfluss (6) aus dem Bioreaktor (4) der Ultrafiltrationseinheit (10) zugeführt wird, in welcher er in einen Permeatstrom (9) und einen Konzentratstrom (11) getrennt wird, wobei der Permeatstrom (9) einer Membranfiltrationseinheit (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung in einen Produktstrom (7) und einen Austragstrom (5), der aufgelöste Substanzen enthält, in der Membranfiltrationseinheit (8) stattfindet, wobei der Austragstrom (5) dem Bioreaktor (4) zugeführt wird, wobei der Produktstrom (7) in das Grundwasser oder Prozesswasser (1) rezirkuliert wird, das in der Fisch- oder Fleischverarbeitungseinheit (2) verarbeitet wird, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erhalten, in welchem Abwasser von der fisch- und/oder fleischverarbeitenden Industrie (2) als Zufluss (3) des Bioreaktors (4) genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentratstrom (1) aus der Ultrafiltrationseinheit (10) dem Bioreaktor (4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (7) aus der Membranfiltrationseinheit (8) einer Endbehandlung (12) unterworfen wird, bevor der Produktstrom (7) in die zu behandelnden wässrigen Ströme (1, 3) rezirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (7) zur Endbehandlung (12) belüftet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Produktstroms (7) auf einen Wert von 5 bis 9 als Endbehandlung (12) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (7) einem Entgasungsprozess als Endbehandlung (12) unterworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (18) des Permeatstroms (9) aus der Ultrafiltrationseinheit (10) in den Bioreaktor (4) rezirkuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (17) des Produktstroms (7) aus der Membranfiltrationseinheit (8) in den Bioreaktor (4) rezirkuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (14) des Produktstroms (7), der einer Endbehandlung (12) unterworfen wurde, in den Bioreaktor (4) rezirkuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem wässrigen Strom (7) zu dem Bioreaktor (4) Zusatzstoffe (16) zugesetzt werden, um die mikrobiologischen Bedingungen in dem Bioreaktor (4) zu fördern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Strom (3) zu dem Bioreaktor (4) durch einen Wärmetauscher geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nanofiltrationseinheit als Membranfiltrationseinheit (8) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hyperfiltrationseinheit als Membranfiltrationseinheit (8) verwendet wird.
System aus einer Fisch- oder Fleischverarbeitungseinheit (2) und einer Einheit für das Behandeln seinem Wasser, bestehend aus einem Bioreaktor (4), einer Ultrafiltrationseinheit (10) und einer Membranfiltrationseinheit (8), wobei das System mit den erforderlichen Rohren und Pumpen versehen ist, wobei eine Trennung in einen Permeatstrom und einen Konzentratstrom in der Ultrafiltrationseinheit stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Permeatstrom (9) mit der Membranfiltrationseinheit (8) über ein Rohr verbunden ist, in welcher Einheit eine Trennung in einen Produktstrom (7) und einen Austragstrom (5) stattfindet, der gelöste Substanzen enthält, wobei der Austragstrom (5) mit dem Bioreaktor (4) über ein Rohr verbunden ist, und wobei der Produktstrom (7) mit dem Grundwasser oder Prozesswasser (1) verbunden ist, das in der Fisch- oder Fleischverarbeitungseinheit (2) verarbeitet wird, und zwar über ein Rohr, um ein im wesentlichen geschlossenes Wasserkreislaufsystem zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentratstrom (11) aus der Ultrafiltrationseinheit (10) mit dem Bioreaktor (4) über ein Rohr verbunden ist.
System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (7) aus der Membranfiltrationseinheit (8) über ein Rohr mit einer Endbehandlungseinheit (12) verbunden ist, bevor eine Rezirkulation zu den zu behandelnden wässrigen Strömen (1, 3) stattfindet.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endbehandlungseinheit (12) ein Lufteintragprozess stattfindet.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endbehandlungseinheit (12) eine pH-Wert-Korrektur stattfindet.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endbehandlungseinheit (12) ein Entgasungsprozess ausgeführt wird.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das den Permeatstrom (9) aus der Ultrafiltrationseinheit (10) führende Rohr mit einem Rohr (18) verbunden ist, das zu dem Bioreaktor (4) führt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom (7) aus der Membranfiltrationseinheit (8) mit einem Rohr (17) verbunden ist, das zu dem Bioreaktor (4) führt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Endbehandlungseinheit (12) austretende Strom (13) mit einem Rohr (14) verbunden ist, das zu dem Bioreaktor (4) führt.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor (4) mit einem Rohr zum Zusetzen von Zusatzstoffen (15) verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das den Strom zu dem Bioreaktor (4) führende Rohr (3) mit einem Wärmetauscher verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Membranfiltrationseinheit (8) eine Nanofiltrationseinheit verwendet wird.
System nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Membranfiltrationseinheit (8) eine Hyperfiltrationseinheit verwendet wird.
Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 14 bis 26 in der fleisch- oder fischverarbeitenden Industrie.