EP4416108A1 - Modularer reaktor zur aufbereitung von ab- und/oder prozesswasser - Google Patents

Modularer reaktor zur aufbereitung von ab- und/oder prozesswasser

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Publication number
EP4416108A1
EP4416108A1 EP22802019.4A EP22802019A EP4416108A1 EP 4416108 A1 EP4416108 A1 EP 4416108A1 EP 22802019 A EP22802019 A EP 22802019A EP 4416108 A1 EP4416108 A1 EP 4416108A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
process water
reactor
electrode plates
water
colloidal
Prior art date
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Pending
Application number
EP22802019.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AQUARESOURCE GMBH
Original Assignee
Four E Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Four E Holding GmbH filed Critical Four E Holding GmbH
Publication of EP4416108A1 publication Critical patent/EP4416108A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/463—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrocoagulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/007—Modular design
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/46135—Voltage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/005—Processes using a programmable logic controller [PLC]

Definitions

  • the present invention relates to a modular reactor for treating waste water and/or process water and a method for treating waste water and/or process water.
  • Electrolysis is a method for treating waste water and process water.
  • a direct current is applied to metal plates and the waste and process water is exposed to an electrical voltage field.
  • electrically charged particles can be extracted from the waste water and process water by being deposited on the metal plates.
  • low-reaction ingredients such as phosphonates cannot be extracted from the waste water and process water.
  • the organic and inorganic components have been precipitated and/or biologically degraded by using precipitating agents, eg polymers, and then separated off using suitable filtration measures, eg room or surface filtration.
  • colloidal The typical problem with the use of precipitants, in addition to ecological concerns, is the diversity of the colloidal components, so that often only a part of the colloidal components can be grasped at all by a clever combination of precipitants for filtration/separation. Therefore, the resulting filtration residue generally still contains a high proportion of water, is difficult to condition, and the remaining solids not seized by the precipitating agent must be dried out of the thin phase, for example with considerable energy input under certain circumstances.
  • the organic and inorganic components are usually present in a variety of colloidal forms: Colloids are generally understood to mean microscopically heterogeneous systems, ie real dispersions in which solids (e.g. polymers) in the size range from 10 to 10000 nm in a homogeneous liquid matrix distributed.
  • One object of the invention is therefore to provide a method for treating waste water and process water in such a way that
  • the process water has pollutants and / or suspended matter, comprising the steps of: arranging electrodes on the Process water, generating an electrical and/or electromagnetic field in the process water by applying a direct current and/or alternating current to the electrodes and influencing the colloidal double layer of the pollutants and/or suspended matter through the field in order to prevent agglomeration, in particular coagulation, of the pollutants - and/or to reach suspended matter.
  • a modular reactor for treating waste water and/or process water using a method according to any one of claims 1 to 9, comprising: a first reactor section having two opposed first electrode plates, a first outlet and a first inlet, whereby this reactor can be extended by further reactor sections, whereby the first reactor section can be connected to further reactor sections by means of a connection flange, so that the reactor comprises several reactor sections for the treatment of the waste water and/or process water in order to vary the type and duration of the treatment and/or can be operated in a series of several reactors in order to increase the flow rate of the waste water and/or process water per time and/or wherein the two opposite first electrode plates and/or the two opposite second electrode plates are arranged in a pressure vessel and/or , wherein the reactor generates a control unit for generating electrical and/or electromagnetic signals, which are applied to the electrode plates in such a way that an electrical and/or electromagnetic field is formed between the electrode plates, wherein the switching off and/or process water is.
  • a method is made available, in which the electric and/or electromagnetic field generates an ionization of the process water by expanding the zeta potential and/or by electrophoresis.
  • a method is made available, wherein harmonics are generated in the process water by the field.
  • a method is made available, in which the electric and/or electromagnetic field influences the colloidal double layers of the pollutants and/or suspended matter, which are generated from oppositely charged ions or molecules that are separated and facing each other and are therefore electrically neutral to the outside, thereby increasing the binding and/or coagulation ability of the pollutants and/or suspended matter.
  • a method in which an electromagnetic field in the MHz range is generated in such a way that harmonics arise in the process water whose bandwidths range from the MHz range to the GHz range and/or wherein the electromagnetic field is in the range of 100 kHz to 100 MHz.
  • a method is made available, whereby the polarity of a percentage of 10% to 90%, in particular 20% to 80%, in particular 30% to 70%, to an even greater extent 40% to 60% of the waste and/or process water is changed, in a very special case the polarity of approximately half of the waste and/or process water being changed.
  • a method in which the direct and alternating current component is in the range from 1.5 volts to 15 volts by a direct and alternating voltage.
  • a method is made available, in which the electromagnetic field has a frequency in the range from 10.5 MHz to 12 MHz, as a result of which harmonics with a frequency from 10 MHz to 100 MHz result in the process water.
  • a method whereby phosphorus-containing compounds are influenced to coagulate.
  • Harmonics in the range from 10 MHz to 100 MHz can very effectively cause phosphorus-containing compounds to agglomerate, in particular to coagulate or precipitate.
  • the electromagnetic field i.e. the alternating component of the field, must have a frequency of 10.5 MHz to 12 MHz in the process water give.
  • a modular reactor for treating waste water and/or process water comprising: a reactor section with two opposed electrode plates, an inlet and an outlet.
  • a plurality of reactor sections can also be arranged one after the other, i.e. in series, by means of a flange at the inlet and at the outlet of the respective reactor section. Due to the construction according to the invention, the type and duration of the treatment of the waste water and process water can be varied.
  • reactor sections can be connected in series and/or in parallel for this purpose, in order to make the type and duration and the flow rate per time variable on the one hand.
  • a method for the treatment of colloidal process water comprising the steps: arranging electrode plates between the process water, generating an electric or electromagnetic field in the process water Applying a DC and AC component to the electrode plates and influencing the colloidal double layer of the pollutants and/or suspended matter through the field in order to achieve agglomeration, in particular coagulation, of the pollutants and/or suspended matter.
  • a method for treating waste water and/or process water for use in a reactor comprising the steps of: generating an electric or electromagnetic field between the electrode plates, influencing the Waste and / or process water between the electrode plates by the electric or electromagnetic field, so that an attraction of the colloidal components of the waste and / or process water results from a change in polarity or change from apolar to polar and thus a change in colloidal electrostatic repulsion towards a colloidal attraction, resulting in flocculation and/or clumping and/or sedimentation of the colloidal components.
  • the method according to the invention uses electromagnetic waves to treat the waste water and process water. These arise from a direct current together with a high-frequency alternating current, which is introduced into the water to be treated or the process water via suitable electrode plates.
  • the transport of the high-frequency wave components occurs through an increase in the conductivity of the liquid by means of the ionization energy introduced and the release of certain ions. Harmonics of the high-frequency wave components also arise in the liquid; this can be determined empirically using suitable spectral analysis devices. Based on the resulting spectral curves, these wavelengths are more strongly reflected in certain frequency bands and more strongly absorbed in others, depending on the liquid and the high-frequency wave components introduced.
  • Raw materials can be recovered from waste and process water.
  • the inventive method leads to a solid separation from the fermentation residue thin phase as is required e.g. in NawaRo (renewable raw materials), organic waste, sewage sludge fermentation plants or in plants for food production.
  • the process according to the invention leads to a change in viscosity and to a conversion of the thin phase from a rather oily state which cannot be filtered further to a state which is similar to water and can be conditioned and further filtered.
  • the method according to the invention can separate up to 95% of the process water from the fermentation residue and thus reduce the volume to be dried to up to 5% of the original volume.
  • the process and the device can also lower the phosphate concentration (PO4-P) in the thin phase of the fermentation residue and thereby greatly reduce the uncontrolled MAP formation and deposits that endanger machine and system components.
  • PO4-P phosphate concentration
  • the method according to the invention can advantageously separate these components as far as possible from the process water in an economically and ecologically advantageous manner Achieve drying of the organic and inorganic components with greatly reduced volumes, and thereby also enable treatment of the remaining and largely depolluted waste water and process water in a classic clarification process, for example.
  • a reactor wherein the two opposite first electrode plates and/or the two opposite second electrode plates are arranged in a pressure vessel.
  • the liquid to be cleaned can be pressurized and a high flow rate can be achieved or the liquid can be cleaned more effectively.
  • a reactor comprising a control unit for generating electrical and/or electromagnetic signals which are applied to the electrode plates in such a way that an electrical or electromagnetic field is formed between the electrode plates, with between the electrode plates is at least partially the waste water and/or process water.
  • a method is made available in which an electromagnetic field in the MHz range is generated in such a way that harmonics arise in the reactor whose bandwidths can range from the MHz range to the GHz range.
  • a method is provided, with the electrical or electromagnetic method polarizing a percentage of 10% to 90%, in particular 20% to 80%, in particular 30% to 70%, im still special dimensions 40% to 60% of the waste and / or process water is changed, in a very special case the polarity of about half of the waste and / or process water is changed.
  • a method is provided, the method being applied to colloidal molecules.
  • a method is made available in which the electric or electromagnetic field produces an ionization of the process water by expanding the zeta potential and/or by electrophoresis.
  • a method is made available, with harmonics being generated in the process water as a result of the alternating component.
  • a method wherein the electric or electromagnetic field affects the colloidal bilayers of pollutants and/or airborne particles created from oppositely charged ions or molecules that are separate and opposed to and therewith are electrically neutral to the outside, which increases the binding and/or coagulation ability of the pollutants and/or suspended matter.
  • a method in which an electromagnetic field in the MHz range is generated in such a way that harmonics arise in the process water whose bandwidths range from the MHz range to the GHz range and/or where the electromagnetic field is in the range of 100 kHz to 100 MHz.
  • a method is provided, with the electrical or electromagnetic method polarizing a percentage of 10% to 90%, in particular 20% to 80%, in particular 30% to 70%, im still special dimensions 40% to 60% of the waste and / or process water is changed, in a very special case the polarity of about half of the waste and / or process water is changed.
  • the direct and alternating current component is a direct and alternating voltage in the range of 1.5 volts to 15 volts.
  • a reactor is made available, wherein the two opposite first electrode plates and/or the two opposite second electrode plates 4 are arranged in a pressure vessel.
  • a reactor is provided, the reactor generating a control unit for generating electrical and/or electromagnetic signals which are applied to the electrode plates in such a way that an electrical or electromagnetic field is formed between the electrode plates, wherein between the electrode plates is at least partially the waste water and/or process water.
  • An idea of the invention can be seen as providing an apparatus that transmits electrically amplified vibration signals or electromagnetic pulses from an electronic control unit to opposite electrode plates, for example consisting of an AlMg3 alloy according to EN AW-5754.
  • This electrical or electromagnetic influence on the liquid between the electrode plates causes the colloidal components to be attracted to the liquid by (partially) changing their polarity or polarity.
  • FIG. 1 shows a reactor according to the invention with three reactor sections 6 in a side view
  • Fig. 2 shows the same reactor in a front view with the electrode plates 4 of the reactor section 6 and the respective alternating polarity electrode connections 7 and 9,
  • FIG. 5 shows the same single-stage reactor in a front view with connecting cables 8 from the electrode connections 7 and 9 to the respective alternately poled electrode plates 4,
  • FIG. 9 shows a reactor according to the invention with a pressure vessel 10 and respective alternatingly polarized electrode connections 7 and 9 to the alternatingly polarized electrode plates 4,
  • FIG. 12 shows a suspension or emulsion medium before treatment with like-polarized negative molecules that repel each other. A desired clumping is thereby excluded, Fig. 13 differently polarized molecules that attract each other and thus lead to clumping,
  • Fig. 14 The treatment can produce electrically neutral molecules, which allows for more clumping compared to molecules with the same polarity,
  • Fig. 1 shows a three-stage reactor with a funnel-shaped outlet 1 and inlet 2, a first reactor section 6 with opposite electrode plates 4, a further reactor section 6 with opposite electrode plates 4 and a third reactor section 6 with opposite electrode plates 4.
  • the electrode plates 4 can in particular be made of AlMg3 consist.
  • the electrode plates 4 serve to apply electrical vibration signals to the reactor contents.
  • the electrode plates 4 can consist in particular of AlMg3. This electromagnetic influencing of the liquid within the reactor results in repulsion of the colloidal components by an at least partial change in their polarity or change from apolar to polar. In a further step, the colloidally acting electrostatic repulsion becomes a colloidally acting attraction. This results in flocculation, clumping and sedimentation of the colloidal components.
  • FIG. 2 shows a reactor made up of three reactor sections 6, one reactor section 6 consisting of two opposing electrode plates 4 of opposite polarity on their end faces End caps 3 are attached. Individual reactor sections 6 are connected to connection flanges 5 . In this way, several reactor sections 6 can be connected in series as stages of processing.
  • Fig. 3 shows a reactor with a reactor section 6 with opposing electrode plates 4 and a funnel-shaped outlet 1 and a funnel-shaped inlet 2.
  • Fig. 4 shows the same reactor in a longitudinal section with only one reactor section 6 and opposite electrode plates 4.
  • Fig. 5 shows the same reactor with the funnel-shaped outlet 1 and the funnel-shaped inlet 2 in a longitudinal section.
  • FIG. 6 shows the same reactor of FIGS. 3, 4 and 5 in a plan view with the connecting flange 5 of the funnel-shaped inlet or outlet from above.
  • Figures 1, 2, 3, 4 and 5 show a flat, cuboid reactor with an almost resistance-free flow space. This reactor is used to treat fibrous liquids. Due to its geometry, this type of reactor has only a low pressure stability and is used for the treatment of fibrous liquids at almost atmospheric pressure.
  • Fig. 8 shows the same outlet 1 in a perspective view with a connecting flange 5.
  • FIG. 9 shows a reactor for processes for separating pollutants from waste water and process water, which take place under pressure. These processes take place under, for example, double or triple atmospheric pressure.
  • Fig. 10 shows a longitudinal section through a reactor with a pressure vessel 10, wherein inside the reactor electrode plates 4 are arranged such that alternate polarized electrode plates.
  • FIG. 11 shows a cross section through a reactor with a pressure vessel 10 with the alternately poled electrode plates.
  • the reactor with pressure housing 10 can be used for pressurized liquids with fibrous components less than 1 mm in length and for pressurized liquids without fibrous components.
  • Inside the tubular reactor there are several electrode plates arranged as a sandwich (electrode package) around which the liquid to be treated flows completely.
  • the electrode plates are alternately electrically connected to the alternately polarized electrode connections and transmit the electrically amplified vibration signals coming from the electronic control unit into the liquid to be treated.
  • the strength and characteristics of the electrically amplified vibration signals are selected in such a way that they influence and thus partially change the electromagnetic interaction acting in the liquid and thus change the properties of the liquid or certain components/ingredients of the liquid.
  • the reactor according to the invention can be used in modules. This can influence the degree of cleaning of the waste water and process water.
  • reactors can be connected in parallel to increase the flow rate.
  • the device according to the invention and the method for this achieve a reduction in the viscosity of the starting substrate after fermentation to a fermentation residue as sediment in an aqueous environment (process water separation).
  • precipitation in the sense of coagulation of colloidally present molecules in a separable form is achieved by reducing the electromagnetic repulsion of the colloidal components.
  • a further advantage of the invention is that the concentration of PO4-P in the digestate/waste water/process water can be reduced by sedimentation to prevent uncontrolled MAP formation and deposits in later process steps.
  • 12 shows an illustration of an initial situation in which colloidal molecules 11 with a negative charge are present. Due to the same polarity, the molecules 11 repel each other and clumping does not take place.
  • Fig. 13 shows a situation after the application of the method according to the invention, as a result of which a part of the colloidal molecules 12 have an opposite polarity, as a result of which the molecules 11 and 12 attract and clumping occurs.
  • FIG. 16 shows a colloidal molecule 15 that has had its polarity changed by the method of the present invention. As a result, the molecules 14 and 15 can connect and segregation takes place.
  • Fig. 17 shows a colloidal molecule 13 which has become electrically neutral by the method of the invention. This allows the molecules 13 and 14 to agglomerate.
  • the polarity of colloidal emulsions or suspensions which mostly contain positively charged colloidal molecules, as is usual with organic molecules, can be influenced by the method according to the invention.
  • the method according to the invention leads to a statistically significant division of the molecules into oppositely charged molecules.
  • the electromagnetic effects of the process can also lead to electrical neutrality of some of the molecules.
  • the effect of the method is set in such a way that such an effect changes depending on the present liquid adjusts and the molecules pass from a solution into a suspension.
  • the colloidal molecules can be more easily conditioned by polymer chains and can be more easily precipitated by the surrounding water (H2O) as the solvent of the suspension and thus separated.
  • the device according to the invention consists of an electronic control unit and a reactor through which the liquid to be treated flows. Inside the reactor there are pairs of opposite electrode plates arranged along the direction of flow, similar to capacitors.
  • the control unit generates electrically amplified vibration signals in the high-frequency range and transmits them to the electrode plates in the reactor.
  • the substances formed are separated either directly at the reactor outlet or in downstream reaction vessels.
  • the method according to the invention is characterized by the nature of the reactors and the electrode plates, the applied frequency pattern, the voltage levels, the current flow and the flow rate.
  • the electrode plates within the reactor are flushed by the waste water in a continuous process and expose the waste water to the electromagnetic pulses of the device according to the invention.
  • the process according to the invention is also particularly suitable for separating phosphate and phosphonates.
  • the method according to the invention advantageously leads to a reduction in trace substances, for example the human estrogens 17 ⁇ -estradiol and estrone, after treatment by sedimentation of these trace substances.
  • trace substances for example the human estrogens 17 ⁇ -estradiol and estrone
  • the trace substances separated by the process can be removed from the waste water by filtration.
  • the precipitated phosphorus compounds can also be separated from the treated water or waste water by suitable room or surface filtration, or other suitable separation techniques, for example by decanters.
  • the process according to the invention can be used to change the viscosity, in particular to reduce it in colloidal to thin sludge suspensions, which makes it possible to significantly increase the ability to be conditioned and dewatered while at the same time reducing impurities such as phosphorus.
  • the process according to the invention converts an oily suspension characterized by colloidal rejection and very poor conditioning and dewatering properties into a water-like state which can then be easily conditioned and dewatered.
  • the suspension flows through a reactor, the method having the effect that the colloidal repulsion is eliminated and clumping of the colloids occurs.
  • the method according to the invention can be economically and ecologically advantageous for the organic and the inorganic components to be largely separated from the process water.
  • an energetically favorable drying of the organic and inorganic components with greatly reduced volumes is achieved and a simple treatment of the remaining and to a large extent depolluted process water is made possible in a classic clarification process, for example.
  • up to 95% of the process water can be separated from the suspension and thus the volume to be dried can be reduced to up to 5% of the Original volume can be reduced.
  • the process according to the invention reduces the concentration of interfering substances, e.g. phosphate (PO4-P), in the suspension by about 90%, which greatly reduces the uncontrolled and plant-endangering formation of deposits, e.g. MAP.
  • interfering substances e.g. phosphate (PO4-P)
  • PO4-P phosphate
  • a further advantage can be seen in the fact that a low residue concentration is achieved, which reduces the number of further process steps required or the (re)loading of an integrated purification system, for example.
  • a flat reactor is used, which enables low resistance in the direction of flow and at the same time high tolerance to solids-laden or fibrous suspensions.
  • the reactors are controlled via an electronic control cabinet.
  • Electronic control is essential to achieve the effect of electromagnetic waves at the molecular level. In order to set the control as optimally as possible, it is computer-controlled.
  • the method according to the invention utilizes the molecular resonances in the liquids to be treated and does not require any additional chemicals for this.
  • the chemicals typically used in the downstream process steps, such as conditioning agents, can also be significantly reduced by the process.
  • the present invention relates to a modular reactor for treating waste water and/or process water and a method for treating waste water and/or process water.
  • Electrolysis is a method for treating waste water and process water.
  • a direct current is applied to metal plates and the waste and process water is exposed to an electrical voltage field. Electrically charged particles can thus be extracted from the waste and process water by being deposited on the metal plates.
  • electrically neutral substances such as phosphates cannot be extracted from the waste water and process water.
  • One object of the invention is therefore to provide a method for treating waste water and process water in such a way that
  • Electrolysis can also be used to extract electrically neutral substances from the waste water and process water.
  • a modular reactor for the treatment of waste and/or process water comprising: a first reactor section having: two opposing first electrode plates, a first inlet and a first outlet, and a second reactor section having: two opposing second electrode plates, a second inlet and a second outlet, wherein the the first outlet can be connected to the second inlet, so that the reactor comprises two stages of treatment of the waste water and/or process water and/or wherein the first inlet can be connected to the second inlet in order to increase the flow rate of the waste water and process water per time .
  • the degree of purification of the waste water and process water and the flow rate can be made variable.
  • several sections of the reactor can be connected in series or in parallel for this purpose.
  • a method for treating waste water and/or process water for use in a reactor comprising the steps of: generating an electric or electromagnetic field between the electrode plates, influencing the waste and/or process water between the electrode plates by the electrical or electromagnetic field, so that the colloidal, organic components of the waste water and/or process water are repelled by a change in polarity or change from apolar to polar and a change in the colloidally acting electrostatic Repulsion towards a colloidal attraction, resulting in flocculation and/or clumping and/or sedimentation of the organic components.
  • the method according to the invention uses electromagnetic waves to treat the waste water and process water.
  • the principle of superposition is applied, in which physical and chemical effects are achieved by superimposing the emitted electromagnetic waves with the waves present in the liquid.
  • This creates desired resonances and dissonances in the existing atomic and/or molecular compounds, which lead to a shift in the electromagnetic configuration of the compounds to be influenced, which is based on electromagnetic interaction, and thus produce the desired effects in the material flow, e.g. targeted precipitation and/or changes in viscosity.
  • the method according to the invention has the following advantages in particular • The useful life and/or quality of the wastewater and process water is improved through an optimized elimination of impurities / reaction products.
  • Raw materials can be recovered from waste and process water.
  • the inventive method leads to a solid separation from the fermentation residue thin phase as is required, for example, in NawaRo, organic waste or sewage sludge fermentation plants.
  • the process according to the invention leads to a change in viscosity and to a conversion of the thin phase from a rather oily state which cannot be further filtered to a state which is similar to water and can be conditioned and further filtered.
  • the method according to the invention can separate up to 95% of the process water from the fermentation residue and thus reduce the volume to be dried to up to 5% of the original volume.
  • the method and the device can also lower the phosphate concentration (PO4-P) in the thin phase of the fermentation residue and thereby greatly reduce the uncontrolled MAP formation and deposits that endanger machine and plant components.
  • PO4-P phosphate concentration
  • the method according to the invention can economically and ecologically advantageously separate these components from the process water as far as possible and thus achieve drying of the organic and inorganic components with greatly reduced volumes, as well as treatment of the remaining and largely depolluted waste water and process water in e.g. enable a classic clarification process.
  • a reactor wherein the two opposite first electrode plates and/or the two opposite second electrode plates are arranged in a pressure vessel.
  • the liquid to be cleaned, the drain and Process water are pressurized, and thus a high flow rate can be achieved or the liquid can be cleaned more effectively.
  • a reactor is provided, the reactor generating a control unit for generating electrical and/or electromagnetic signals which are applied to the electrode plates in such a way that an electrical or electromagnetic field is formed between the electrode plates, with between the electrode plates is at least partially the waste water and/or process water.
  • a method is made available in which an electromagnetic field in the MHz range is generated in such a way that harmonics are produced in the reactor, the bandwidths of which range from the MHz range to the GHz range.
  • a method is provided, with the electrical or electromagnetic method polarizing a percentage of 10% to 90%, in particular 20% to 80%, in particular 30% to 70%, im still special dimensions 40% to 60% of the waste and / or process water is changed, in a very special case the polarity of about half of the waste and / or process water is changed.
  • a method is provided, the method being applied to organic molecules.
  • a method is made available, in which an electromagnetic field in the range of 10.5 MHz to 12 MHz is generated in such a way that harmonics are produced in the process water, the bandwidth of which ranges from 10 MHz to 100 MHz and/or influenced to a particular extent phosphorus-containing compounds, to an even greater extent these substances can be coagulated particularly quickly.
  • An idea of the invention can be seen as providing an apparatus which transmits electrically amplified vibration signals or electromagnetic pulses from an electronic control unit to opposite electrode plates, for example made of AlMg3.
  • This electrical or electromagnetic influence on the liquid between the electrode plates causes the liquid to repel the colloidal organics Components by (partly) changing their polarity or changing from apolar to polar.
  • this successively leads to a change from the colloidally acting electrostatic repulsion to a colloidally acting attraction and thus to flocculation, clumping and sedimentation of the colloidal components.
  • FIG. 1 shows a reactor according to the invention with three reactor sections 6 in a side view
  • Fig. 13 differently polarized molecules that attract each other and thus lead to clumping
  • Fig. 14 The treatment can produce electrically neutral molecules, which allows for more clumping compared to molecules with the same polarity,
  • Fig. 1 shows a three-stage reactor with a funnel-shaped outlet 1, a first reactor section 6 with opposite electrode plates 4, a further reactor section 6 with opposite electrode plates 4 and a third reactor section 6 with opposite electrode plates 4.
  • the electrode plates 4 can in particular consist of AlMg3.
  • the electrode plates 4 serve to apply electrical vibration signals to the reactor contents.
  • the electrode plates 4 can consist in particular of AlMg3. This electromagnetic influencing of the liquid within the reactor results in repulsion of the colloidal, organic components by an at least partial change in their polarity or change from apolar to polar. In a further step, the colloidally acting electrostatic repulsion becomes a colloidally acting attraction. This results in flocculation, clumping and sedimentation of the colloidal components.
  • Fig. 2 shows a reactor made of three reactor sections 6, a section 6 of the reactor consisting of two opposing electrode plates 4, on the end faces of which end caps 3 are arranged. Individual sections 6 of the reactor are connected by means of the connection flanges 5 . In this way, a plurality of reactor sections 6 can be connected in series as processing stages.
  • Fig. 3 shows a reactor with a reactor section 6 with opposing electrode plates 4 and a funnel-shaped outlet 1 and a funnel-shaped inlet 2.
  • Fig. 4 shows the same reactor in a longitudinal section with only one reactor section 6 and opposite electrode plates 4.
  • Fig. 5 shows the same reactor with the funnel-shaped outlet 1 and the funnel-shaped inlet 2 in a longitudinal section.
  • FIG. 6 shows the same reactor of FIGS. 3, 4 and 5 in a plan view with the connecting flange 5 of the funnel-shaped outlet 1 from above.
  • Figures 1, 2, 3, 4 and 5 show a flat, cuboid reactor with an almost resistance-free flow space. This reactor is used to treat fibrous liquids. Due to its geometry, this type of reactor has only a low pressure stability and is used for the treatment of fibrous liquids at almost atmospheric pressure.
  • Fig. 7 shows an inlet 1 in a side view with a connecting flange 5.
  • FIG. 9 shows a reactor for processes for separating pollutants from waste water and process water, which take place under pressure. These processes take place under, for example, double or triple atmospheric pressure.
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through a reactor with a pressure vessel 10, electrode plates 4 being arranged inside the reactor in such a way that alternately polarized electrode plates alternate.
  • FIG. 11 shows a cross section through a reactor with a pressure vessel 10 with the alternately poled electrode plates.
  • the reactor with pressure housing 10 can be used for pressurized liquids with fibrous components less than 1 mm in length and for pressurized liquids without fibrous components.
  • Inside the tubular reactor there are several electrode plates arranged as a sandwich (electrode package) around which the liquid to be treated flows completely.
  • the electrode plates are electrically connected alternately to a positive or negative pole and transmit the electrically amplified vibration signals coming from the electronic control unit into the liquid to be treated.
  • the strength and characteristics of the electrically amplified vibration signals are selected in such a way that they influence and thus partially change the electromagnetic interaction acting in the liquid and thus change the properties of the liquid or certain components/ingredients of the liquid.
  • the reactor according to the invention can be used in modules. This can influence the degree of cleaning of the waste water and process water.
  • reactors can be connected in parallel to increase the flow rate.
  • the device according to the invention and the method for this achieve a reduction in the viscosity of the starting substrate after fermentation to a fermentation residue as sediment in an aqueous environment (process water separation).
  • a further advantage of the invention is that a reduction in the concentration of PO4-P in the digestate/waste water/process water by sedimentation to prevent uncontrolled MAP formation and deposits in later process steps.
  • FIG. 12 shows a representation of an initial situation in which colloidal, ie organic, molecules 11 with a negative charge are present. Due to the same polarity, the molecules 11 repel each other and clumping does not take place.
  • Fig. 13 shows a situation after the application of the method according to the invention, whereby a
  • colloidal molecules 12 Part of the colloidal molecules 12 have an opposite polarity, whereby the Molecules 11 and 12 attract and clumping occurs.
  • FIG. 16 shows a colloidal molecule 15 that has had its polarity changed by the method of the present invention. As a result, the molecules 14 and 15 can connect and segregation takes place.
  • Fig. 17 shows a colloidal molecule 13 which has become electrically neutral by the method of the invention. This allows the molecules 13 and 14 to agglomerate.
  • the polarity of colloidal emulsions or suspensions in which mostly positively charged colloidal, ie organic, molecules are present, can be influenced by the method according to the invention.
  • the method according to the invention leads to a statistically significant division of the molecules into positively and negatively charged molecules.
  • the electromagnetic effect of the process can lead to electrical neutrality of some of the molecules.
  • the effect of the method is set in such a way that such an effect occurs depending on the liquid present and the molecules change from a solution to a suspension.
  • the organically present molecules can be more easily conditioned by polymer chains and can be more easily precipitated and thus separated by the surrounding water (H2O) as the solvent of the suspension.
  • the device according to the invention consists of an electronic control unit and a reactor through which the liquid to be treated flows. Inside the reactor there are pairs of opposite electrode plates arranged along the direction of flow, similar to capacitors.
  • the control unit generates electrically amplified vibration signals in the high-frequency range and transmits them to the electrode plates in the reactor.
  • the Separation of the substances formed happens either directly at the reactor outlet or in downstream reaction vessels.
  • the method according to the invention is characterized by the nature of the reactors and the electrode plates, the applied frequency pattern, the voltage levels, the current flow and the flow rate.
  • the electrode plates inside the reactor are flushed by the waste water in a continuous process and expose the waste water to the electromagnetic pulses of the device according to the invention.
  • the process according to the invention is also particularly suitable for separating phosphate and phosphonates.
  • trace substances for example the human estrogens 17ß-estradiol and estrone, after treatment by sedimentation of these trace substances.
  • the trace substances separated by the process can be removed from the waste water by filtration.
  • the precipitated phosphorus compounds can also be separated from the treated water or waste water by suitable room or surface filtration, or other suitable separation techniques, for example by decanters.
  • the process according to the invention can be used to change the viscosity, in particular to reduce it in colloidal to thin sludge suspensions, which makes it possible to significantly increase the ability to be conditioned and dewatered while at the same time reducing impurities such as phosphorus.
  • the process according to the invention converts an oily suspension characterized by colloidal repulsion and very poor conditioning and dewatering properties into a water-like state which can then be easily conditioned and dewatered.
  • the suspension flows through a reactor, with the
  • the method according to the invention can be economically and ecologically advantageous for the organic and the inorganic components to be largely separated from the process water.
  • an energetically favorable drying of the organic and inorganic components with greatly reduced volumes is achieved and a simple treatment of the remaining and largely depolluted process water is made possible in a classic clarification process, for example.
  • up to 95% of the process water can be separated from the suspension and the volume to be dried can thus be reduced to up to 5% of the original volume.
  • the process according to the invention reduces interfering substance concentrations, e.g. phosphate (PO4-P), in the suspension by about 90%, which greatly reduces the uncontrolled and plant-endangering formation of deposits, e.g. MAP.
  • interfering substance concentrations e.g. phosphate (PO4-P)
  • PO4-P phosphate
  • a further advantage can be seen in the fact that a low residue concentration is achieved, which reduces the number of further process steps required or the (re)loading of an integrated purification system, for example.
  • a flat reactor is used, which enables low resistance in the direction of flow and at the same time high tolerance to solids-laden or fibrous suspensions.
  • the reactors are controlled via an electronic control cabinet.
  • the electronic control is essential for achieving the effect of the electromagnetic waves on molecular level.
  • it is computer-controlled and the systems are optimally adapted to the properties of the suspension at all times using artificial intelligence.
  • the method according to the invention utilizes the molecular resonances in the liquids to be treated and does not require any additional chemicals for this.
  • the chemicals typically used in the downstream process steps, such as conditioning agents, can also be significantly reduced by the process.
  • a funnel-shaped outlet and inlet 1, 2, an end plate 3, an electrode plate 4, a connection flange 5, a reactor section 6, a connection to an electrode 7, 9 and a pressure vessel 10 are shown.
  • a modular reactor for treating waste water and/or process water comprising: a first reactor section 6 with: two opposite first electrode plates 4, a first outlet 1 and a first inlet 2 and a second reactor outlet Section 6 with: two opposing second electrode plates 4, a second outlet 1 and a second inlet 2, wherein the first outlet 1 can be connected to the second inlet 2, so that the reactor comprises two reactor sections 6 for the treatment of waste water and/or process water and /or wherein the first outlet 1 can be connected to the second inlet 2 in order to increase the flow rate of the waste water and/or process water per time.
  • a reactor wherein the two opposite first electrode plates 4 and/or the two opposite second electrode plates 4 are arranged in a pressure vessel 10 .
  • a reactor is provided, the reactor generating a control unit for generating electrical and/or electromagnetic signals which are applied to the electrode plates in such a way that an electrical or electromagnetic field is formed between the electrode plates, with between the electrode plates is at least partially the waste water and/or process water.
  • a method for treating waste water and/or process water for use in a reactor comprising the steps: generating an electric or electromagnetic field between the electrode plates, influencing the waste and /or process water between the electrode plates by the electric or electromagnetic field, so that the colloidal, organic components of the waste and/or process water are repelled by a change in polarity or change from apolar to polar and a change in the colloidally acting electrostatic repulsion to a colloidal attraction, resulting in flocculation and/or clumping and/or sedimentation and/or suspension of the organic components.
  • a method in which an electromagnetic field in the MHz range is generated in such a way that harmonics arise in the reactor whose bandwidths can range from the MHz range to the GHz range.
  • a method is made available, whereby the poling of a percentage of 10% to 90%, in particular 20% to 80%, in particular 30% to 70%, is still possible by the electrical or the electromagnetic method special dimensions 40% to 60% of the waste and / or process water is changed, in a very special case the polarity of about half of the waste and / or process water is changed.
  • a method is provided, wherein the method is applied to organic molecules.

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Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von kolloidalem Prozesswasser, wobei das Prozesswasser Schad- und/oder Schwebstoffe aufweist, umfassend die Schritte: Anordnen von Elektrodenplatten zwischen dem Prozesswasser, Erzeugen eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes in dem Prozesswasser durch Anlegen eines Gleichstrom- und Wechselstromanteils an den Elektrodenplatten und Beeinflussung der kolloidalen Doppelschicht der Schad- und/oder Schwebstoffe durch das Feld, um eine Zusammenballung, insbesondere Koagulation, der Schad- und/oder Schwebstoffe zu erreichen.

Description

Modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser
BESCHREIBUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen modularen Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser und ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik ist bekannt, Ab- und Prozesswasser derart aufzubereiten, dass sich das Ab- und Prozesswasser zur direkten oder indirekten Einleitung bzw. das Prozesswasser zur erneuten Benutzung eignet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Phosphatelimination in Klärprozessen und die Steigerung der Entwässerbarkeit und Entwässerungsgeschwindigkeit von z.B. Gärschlämmen durch Viskositätsherabsetzung stellen typische Probleme bei der Behandlung von Ab- und Prozesswasser dar.
Ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und Prozesswasser ist die Elektrolyse. Hierbei wird ein Gleichstrom an Metallplatten angelegt und das Ab- und Prozesswasser einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt. Elektrisch geladene Teilchen können so aus dem Ab- und Prozesswasser gewonnen werden, indem sich diese auf den Metallplatten absetzen. Allerdings lassen sich hierbei reaktionsarme Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Phosphonate, nicht aus dem Ab- und Prozesswasser gewinnen. Mit derzeitigen Verfahren ist es nur mit hohem technischem Aufwand möglich, organische und anorganische Bestandteile aufgrund ihrer zumeist komplex und vielfältig kolloidalen Beschaffenheit aus einem Ab- und Prozesswasser auszusondern. Bislang werden hierbei die organischen und anorganischen Bestandteile mittels Fällungsmitteleinsatz, z.B. Polymere, ausgefällt und/oder biologisch abgebaut und anschließend über geeignete Filtrationsmaßnahmen, z.B. Raum- oder Flächenfiltration, abgetrennt. Das typische Problem beim Fällungsmitteleinsatz, neben ökologischen Bedenken, ist die Vielfältigkeit der kolloidalen Bestandteile, so dass oftmals nur ein Teil der kolloidalen Bestandteile überhaupt durch eine geschickte Kombination von Fällungsmitteln für die Filtration/Separation greifbar ist. Daher beinhaltet der so entstandene Filtrationsrückstand im Allgemeinen einerseits noch einen hohen Wasseranteil, ist schlecht konditionierbar und andererseits müssen die übrigen nicht durch das Fällungsmittel gegriffenen Feststoffe mit unter Umständen erheblichem Energieeinsatz aus der Dünnphase z.B. herausgetrocknet werden. In typischen Ab- und Prozesswässem liegen die organischen und anorganischen Bestandteile üblicherweise in vielfältiger kolloidaler Form vor: Unter Kolloiden versteht man allgemein mikroskopisch heterogene Systeme, d.h. echte Dispersionen, in denen Feststoffe (z.B. Polymere) im Größenbereich von 10 bis 10000 nm in einer homogenen Flüssigkeitsmatrix verteilt vorliegen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und Prozesswasser derart zur Verfügung zu stellen, dass
1) durch eine geeignete elektromagnetische Beeinflussung, bestehend aus einem Gleichstrom- und einem hochfrequenten Wechselstromanteil, auch reaktionsarme Inhaltsstoffe aus dem Ab- und Prozesswasser gewonnen werden können.
2) durch eine geeignete elektromagnetische Beeinflussung, bestehend aus einem Gleichstrom- und einem hochfrequenten Wechselstromanteil, eine teilweise Aufhebung der kolloidalen Abstoßung in der Dünnphase und dadurch eine gute Konditi oni erb arkeit und stark gesteigerte Entwässerbarkeit erreicht wird.
Als ein erster Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbereitung von kolloidalem
Prozesswasser zur Verfügung gestellt, wobei das Prozesswasser Schad- und/oder Schwebstoffe aufweist, umfassend die Schritte: Anordnen von Elektroden an dem Prozesswasser, Erzeugen eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldes in dem Prozesswasser durch Anlegen eines Gleichstrom- und/oder Wechselstroms an den Elektroden und Beeinflussen der kolloidalen Doppelschicht der Schad- und/oder Schwebstoffe durch das Feld, um eine Zusammenballung, insbesondere Koagulation, der Schad- und/oder Schwebstoffe zu erreichen.
Als ein zweiter Aspekt der Erfindung wird ein modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verfügung gestellt, umfassend: einen ersten Reaktorabschnitt mit zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten, einen ersten Auslass und einen ersten Einlass, wobei dieser Reaktor um weitere Reaktorabschnitte erweitert werden kann, wobei der erste Reaktorabschnitt mittels eines Anschlussflansches mit weiteren Reaktorabschnitten verbindbar ist, sodass der Reaktor mehrere Reaktorabschnitte der Aufbereitung des Ab- und/oder Prozesswassers umfasst, um Art und Dauer der Behandlung zu variieren und/oder in Reihe mehrerer Reaktoren betrieben werden kann, um die Durchflussmenge des Ab- und/oder Prozesswassers pro Zeit zu erhöhen und/oder wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten in einem Druckbehälter angeordnet sind und/oder, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale erzeugt, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches und/oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische und/oder elektromagnetische Feld eine Ionisierung des Prozesswassers durch Ausdehnung des Zeta-Potentials und/oder durch Elektrophorese erzeugt wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das Feld Oberwellen in dem Prozesswasser erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das elektrische und/oder elektromagnetische Feld die kolloidalen Doppelschichten der Schad- und/oder Schwebstoffe beeinflusst, die aus entgegengesetzt geladenen Ionen oder Molekülen erzeugt werden, die getrennt sind und sich gegenüberstehen und damit nach außen elektrisch neutral sind, wodurch die Bindungs- und/oder Koagulationsfähigkeit der Schad- und/oder Schwebstoffe erhöht wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Prozesswasser Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reichen und/oder wobei das elektromagnetische Feld im Bereich von 100 kHz bis 100 MHz liegt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische und/oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der Gleich- und Wechselstromanteil durch eine Gleich- und Wechselspannung im Bereich von 1,5 Volt bis 15 Volt liegt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das elektromagnetische Feld eine Frequenz im Bereich von 10,5 MHz bis 12 MHz aufweist, wodurch sich im Prozesswasser Oberwellen mit einer Frequenz von 10 MHz bis 100 MHz ergeben.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei phosphorhaltige Verbindungen beeinflusst werden, um zu koagulieren.
Durch Oberwellen im Bereich von 10 MHz bis 100 MHz können sehr effektiv phosphorhaltige Verbindungen zur Zusammenballung, insbesondere zur Koagulation bzw. zum Ausfällen, gebracht werden. Hierzu muss das elektromagnetische Feld, also der Wechselanteil des Feldes, eine Frequenz von 10,5 MHz bis 12 MHz in das Prozesswasser geben.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Verfügung gestellt, umfassend: einen Reaktorab schnitt mit zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten, einen Einlass und einen Auslass.
Mehrere Reaktorab schnitte können jeweils mittels eines Flansches am Einlass und am Auslass des jeweiligen Reaktorabschnitts auch nacheinander, also in Serie, angeordnet werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann die Art und Dauer der Behandlung des Ab- und Prozesswassers variabel gestaltet werden.
Vorteilhafterweise können hierfür mehrere Reaktorabschnitte in Serie oder/und parallel in Reihe geschaltet werden, um einerseits die Art und Dauer und andererseits die Durchflussmenge pro Zeit variabel zu gestalten.
Als eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbereitung von kolloidalem Prozesswasser zur Verfügung gestellt, wobei das Prozesswasser Schad- und/oder Schwebstoffe aufweist, umfassend die Schritte: Anordnen von Elektrodenplatten zwischen dem Prozesswasser, Erzeugen eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes in dem Prozesswasser durch Anlegen eines Gleichstrom- und Wechselstromanteils an den Elektrodenplatten und Beeinflussung der kolloidalen Doppelschicht der Schad- und/oder Schwebstoffe durch das Feld, um eine Zusammenballung, insbesondere Koagulation, der Schad- und/oder Schwebstoffe zu erreichen.
Als eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird ein modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verfügung gestellt, umfassend: einen ersten Reaktorab schnitt mit: zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten, einen ersten Auslass und einem ersten Einlass dieser Reaktor kann um weitere Reaktorab schnitte erweitert werden, wobei der erste Reaktorab schnitt mittels eines Anschlussflansches mit weiteren Reaktorab schnitten verbindbar ist, sodass der Reaktor mehrere Stufen der Aufbereitung des Ab- und/oder Prozesswassers umfasst, um Art und Dauer der Behandlung zu variieren und/oder in Reihe mehrerer Reaktoren betrieben werden kann, um die Durchflussmenge des Ab- und/oder Prozesswassers pro Zeit zu erhöhen.
Als ein noch weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Erzeugen eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes zwischen den Elektrodenplatten, Beeinflussen des Ab- und/oder Prozesswassers zwischen den Elektrodenplatten durch das elektrische oder elektromagnetische Feld, so dass sich eine Anziehung der kolloidalen Bestandteile des Ab- und/oder Prozesswassers durch eine Änderung der Polarität bzw. Änderung von apolar in polar ergibt und damit eine Änderung der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung hin zu einer kolloidal wirkenden Anziehung, wodurch sich eine Flockung und/oder Verklumpung und/oder Sedimentierung der kolloidalen Bestandteile ergibt.
Das erfmdungsgemäße Verfahren setzt elektromagnetische Wellen zur Behandlung der Ab- und Prozesswässer ein. Diese entstehen aus einem Gleichstrom- zusammen mit einem hochfrequenten Wechselstrom, der über geeignete Elektrodenplatten in die zu behandelnden Wässer bzw. das Prozesswasser eingetragen wird. Der Transport der hochfrequenten Wellenanteile geschieht dabei durch eine Erhöhung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit mittels der eingetragenen lonisierungsenergie und Freisetzung bestimmter Ionen. Es entstehen in der Flüssigkeit auch Oberwellen der hochfrequenten Wellenanteile, dies kann man empirisch anhand geeigneter spektraler Analysegeräte feststellen. Diese Wellenlängen werden anhand der resultierenden Spektralverläufe in bestimmten Frequenzbändern stärker reflektiert und bei anderen wiederum stärker absorbiert, je nach Flüssigkeit und eingetragenen hochfrequenten Wellenanteilen. Anwendungstechnische Hypothese bei der Entwicklung der Anwendung war, dass dies gleichbedeutend ist mit der Reflektion bzw. Absorption an bestimmten Molekülen bzw. Stoffverbindungen und damit Änderungen von deren Bindungsenergiezuständen. Aus diesem Grund ist die stoffspezifische Wirkweise je nach Wellenmuster und Elektrodenmaterial selektiv. Dadurch können gezielt und selektiv chemische Prozesse der Moleküle bzw. Stoffverbindungen einer gewählten Stoffgruppe gefördert werden. Dieses sind zum Beispiel gewollte Ladungsverschiebungen in Kolloiden, um dadurch bestimmte Bindungsaffinitäten gezielt zu erhöhen oder zu verringern. Hierbei wird auch das Superpositionsprinzip ausgenutzt, bei dem durch die Überlagerung der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen mit den in der Flüssigkeit vorhandenen Wellen physikalische und chemische Wirkungen erzielt werden. Hierdurch entstehen in den vorhandenen Molekülen bzw. Stoffverbindungen gewollte Resonanzen und Dissonanzen, die im Stofffluss die gewünschten Effekte, z.B. gezielte Ausfällungen und/oder Viskositätsänderungen, bewirken.
Das erfmdungsgemäße Verfahren weist insbesondere folgende Vorteile auf
• Die Nutzungsdauer und/ oder Qualität der Ab- und Prozesswässer wird durch eine optimierte Elimination von Störstoffen / Reaktionsprodukten verbessert.
• Die Zufuhr von Stoffen zur Abwasserbehandlung und die Generierung von Abfallprodukten wird reduziert.
• Die Viskosität bei kolloidalen bis dünnschlämmigen Suspensionen wird verändert, wodurch die Filtrierbarkeit und Entwässerung der resultierenden Reststoffe gesteigert wird
• Rohstoffe können aus den Ab- und Prozesswässer zurückgewonnen werden.
Das erfinderische Verfahren führt zu einer Feststoff abtrennung aus der Gärrest- Dünnphase wie sie z.B. in NawaRo- (nachwachsende Rohstoffe), Bioabfall- , Klärschlamm- Vergärungsanlagen oder in Anlagen zur Nahrungsmittelproduktion erforderlich ist. Das erfmdungsgemäße Verfahren führt dabei zu einer Viskositätsveränderung und Überführung der Dünnphase von einem eher öligen und nicht weiter filtrierbaren, in einen wasserähnlichen, konditionierbaren und weiter filtrierbaren Zustand.
Das erfmdungsgemäße Verfahren kann bis zu 95% des Prozesswassers vom Gärrest trennen und somit das zu trocknende Volumen auf bis zu 5% des Ursprungsvolumens reduzieren.
Des Weiteren kann durch das Verfahren und die Vorrichtung auch die Phosphat- Konzentration (PO4-P) in der Gärrest-Dünnphase gesenkt und hierdurch die unkontrollierte und Maschinen- sowie Anlagenkomponenten gefährdende MAP- Bildung und -Ablagerung stark vermindert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ökonomisch und ökologisch vorteilhaft diese Bestandteile so weit wie möglich von dem Prozesswasser trennen und so eine Trocknung der organischen und anorganischen Bestandteile mit stark verringerten Volumina erreichen, sowie hierdurch auch eine Aufbereitung des restlichen und zu hohem Anteil entfrachteten Ab- und Prozesswassers in einem z.B. klassischen Klärprozess ermöglichen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten in einem Druckbehälter angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Elektrodenplatten kann die zu reinigende Flüssigkeit, das Ab- und Prozesswasser, unter Druck gesetzt werden, und dadurch eine hohe Durchflussgeschwindigkeit erreicht werden bzw. die Flüssigkeit effektiver gereinigt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale umfasst, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Reaktor Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz- Bereich bis in den GHz -Bereich reichen können.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird. Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren auf kolloidale Moleküle angewandt wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische oder elektromagnetische Feld eine Ionisierung des Prozesswassers durch Ausdehnung des Zeta-Potentials und/oder durch Elektrophorese erzeugt.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch den Wechselanteil Oberwellen in dem Prozesswasser erzeugt werden.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das elektrische oder elektromagnetische Feld die kolloidalen Doppelschichten der Schad- und/oder Schwebstoffe beeinflusst, die aus entgegengesetzt geladenen Ionen oder Molekülen erzeugt werden, die getrennt sind und sich gegenüberstehen und damit nach außen elektrisch neutral sind, wodurch die Bindungs- und/oder Koagulationsfähigkeit der Schad- und/oder Schwebstoffe erhöht wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Prozesswasser Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reichen und/oder wobei das Elektromagnetische Feld im Bereich von 100 kHz bis 100 MHz liegt.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei der Gleich- und Wechselstromanteil durch eine Gleich- und Wechsel Spannung im Bereich von 1,5 Volt bis 15 Volt liegt.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten 4 in einem Druckbehälter angeordnet sind.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale erzeugt, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Apparatur zur Verfügung zu stellen, die von einer elektronischen Steuerungseinheit elektrisch verstärkte Schwingungssignale bzw. elektromagnetische Impulse an gegenüberliegende Elektrodenplatten, beispielsweise bestehend aus einer AlMg3 Legierung gemäß EN AW-5754, übermittelt. Diese elektrische bzw. elektromagnetische Beeinflussung der Flüssigkeit zwischen den Elektrodenplatten bewirkt auf die Flüssigkeit eine Anziehung der kolloidalen Bestandteile durch (teilweise) Änderung von deren Polarität bzw.
Änderung von apolar in polar. In einem weiteren Schritt führt dieses sukzessiv zu einer Änderung der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung hin zu einer kolloidal wirkenden Anziehung und somit zu einer Flockung, Verklumpung und Sedimentierung der kolloidalen Bestandteile.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Reaktor mit drei Reaktorabschnitten 6 in einer Seitenansicht,
Fig. 2 denselben Reaktor in einer Vorderansicht mit den Elektrodenplatten 4 der Reaktorab schnitt 6, sowie die jeweiligen alternierend gepolten Elektrodenanschlüssen 7 und 9,
Fig. 3 einen einstufigen Reaktor in einer seitlichen Teilschnittansicht,
Fig. 4 denselben einstufigen Reaktor in einer Längsschnittansicht,
Fig. 5 denselben einstufigen Reaktor in einer Vorderansicht mit Verbindungskabeln 8 von den Elektrodenanschlüssen 7 und 9 zu den jeweiligen alternierend gepolten Elektrodenplatten 4,
Fig. 6 denselben Reaktor in einer Ansicht von oben mit dem Auslass 1 und dem Anschlussflansch 5,
Fig. 7 den Auslass 1 in einer seitlichen Ansicht,
Fig. 8 denselben Auslass 1 in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 9 einen erfindungsgemäßen Reaktor mit einem Druckbehälter 10, sowie jeweiligen alternierend gepolten Elektrodenanschlüssen 7 und 9 an die im Wechsel alternierend gepolt angeordneten Elektrodenplatten 4,
Fig. 10 denselben Reaktor in einer Längsschnittansicht,
Fig. 11 denselben Reaktor in einer Querschnittansicht,
Fig. 12 eine Suspensions- bzw. Emulsionsmedium vor der Behandlung mit gleich polarisierten negativen Molekülen, die sich abstoßen. Eine erwünschte Verklumpung ist dadurch ausgeschlossen, Fig. 13 unterschiedlich polarisierte Moleküle, die sich anziehen und dadurch zu einer Verklumpung führen,
Fig. 14 durch die Behandlung können elektrisch neutrale Moleküle entstehen, wodurch eher eine Verklumpung ermöglicht wird, im Vergleich zu Molekülen mit gleicher Polarität,
Fig. 15 eine Suspensions- bzw. Emulsionsmedium vor der Behandlung mit gleich polarisierten positiven Molekülen, die sich abstoßen. Eine erwünschte Verklumpung ist dadurch ausgeschlossen,
Fig. 16 durch die Behandlung unterschiedlich polarisierte Moleküle, die sich anziehen,
Fig. 17 nach der Behandlung neutrale Moleküle, die einer Verklumpung mit polarisierten Molekülen nicht aktiv entgegen wirken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt einen dreistufigen Reaktor mit einem trichterförmigen Auslass 1 und Einlass 2, einem ersten Reaktorabschnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4, einem weiteren Reaktorabschnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4 und einem dritten Reaktorabschnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4. Die Elektrodenplatten 4 können insbesondere aus AlMg3 bestehen.
Die Elektrodenplatten 4 dienen dazu, elektrische Schwingungssignale auf den Reaktorinhalt auszuüben. Die Elektrodenplatten 4 können insbesondere aus AlMg3 bestehen. Durch diese elektromagnetische Beeinflussung der Flüssigkeit innerhalb des Reaktors wird eine Abstoßung der kolloidalen Bestandteile durch eine zumindest teilweise Änderung deren Polarität bzw. Änderung von apolar in polar erzielt. In einem weiteren Schritt wird aus der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung eine kolloidal wirkende Anziehung. Daraus ergibt sich eine Flockung, Verklumpung und Sedimentierung der kolloidalen Bestandteile.
Fig. 2 zeigt einen Reaktor aus drei Reaktorabschnitten 6, wobei ein Reaktorabschnitt 6 aus zwei gegenüberliegenden gegenpoligen Elektrodenplatten 4 besteht, an deren Stirnseiten Abschlusskappen 3 angebracht sind. Einzelne Reaktorabschnitte 6 werden mit Anschlussflanschen 5 verbunden. Hierdurch kann eine Hintereinanderschaltung mehrerer Reaktorab schnitte 6 als Stufen der Verarbeitung erreicht werden.
Fig. 3 zeigt einen Reaktor mit einem Reaktorab schnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4 und einem trichterförmigen Auslass 1 und einem trichterförmigen Einlass 2.
Fig. 4 zeigt denselben Reaktor in einem Längsschnitt mit nur einem Reaktorabschnitt 6 und gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4.
Fig. 5 zeigt in einem Längsschnitt denselben Reaktor mit dem trichterförmigen Auslass 1 und dem trichterförmigen Einlass 2.
Fig. 6 zeigt denselben Reaktor der Fig. 3, 4 und 5 in einer Draufsicht mit dem Anschlussflansch 5 des trichterförmigen Ein- bzw. Auslasses von oben.
Die Figuren 1, 2, 3, 4 und 5 zeigen einen flachen, quaderförmigen Reaktor mit einem nahezu widerstandslosen Durchflussraum. Dieser Reaktor dient zur Behandlung faseriger Flüssigkeiten. Aufgrund seiner Geometrie besitzt dieser Reaktortyp eine nur geringe Druckstabilität und wird für die Aufbereitung faseriger Flüssigkeiten bei nahezu atmosphärischem Druck eingesetzt.
Fig. 7 zeigt einen Auslass 1 in einer seitlichen Ansicht.
Fig. 8 zeigt denselben Auslass 1 in einer perspektivischen Ansicht mit einem Anschlussflansch 5.
Fig. 9 zeigt einen Reaktor für Verfahren zur Abscheidung von Schadstoffen aus Ab- und Prozesswasser, die unter Druck ablaufen. Diese Verfahren finden unter einem beispielsweise doppelten oder dreifachen Atmosphärendruck statt.
Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch einen Reaktor mit einem Druckbehälter 10, wobei im Inneren des Reaktors Elektrodenplatten 4 derart angeordnet sind, dass sich alternierend gepolte Elektrodenplatten abwechseln.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Reaktor mit einem Druckbehälter 10 mit den alternierend gepolten Elektrodenplatten.
Der Reaktor mit Druckgehäuse 10 kann für druckbeaufschlagte Flüssigkeiten mit faserigen Bestandteilen kleiner 1mm Länge und für druckbeaufschlagte Flüssigkeiten ohne faserige Bestandteile eingesetzt werden. Innerhalb des röhrenförmigen Reaktors befinden sich mehrere als Sandwich (Elektroden-Paket) angeordnete Elektrodenplatten, welche vollständig von der zu behandelnden Flüssigkeit umströmt werden. Die Elektrodenplatten sind elektrisch abwechselnd an die alternierend gepolten Elektrodenanschlüsse angeschlossen und übertragen die von der elektronischen Steuereinheit kommenden und elektrisch verstärkten Schwingungssignale in die zu behandelnde Flüssigkeit. Die elektrisch verstärkten Schwingungssignale sind in ihrer Stärke und Ausprägung so gewählt, dass hierdurch eine Beeinflussung und dadurch eine teilweise Änderung der in der Flüssigkeit wirkenden elektromagnetischen Wechselwirkung und somit eine Eigenschaftsänderung der Flüssigkeit bzw. bestimmter Bestandteile / Inhaltsstoffe der Flüssigkeit erreicht wird.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Reaktor modulweise verwendet werden. Hierdurch kann der Grad der Reinigung des Ab- und Prozesswassers beeinflusst werden. Außerdem können Reaktoren parallelgeschaltet werden, um die Durchflussmenge zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren dazu erreichen ein Herabsetzen der Viskosität des Ausgangssubstrates nach Fermentation zu einem Gärrest als Sediment in einer wässrigen Umgebung (Prozesswasser-Separation). Außerdem wird ein Ausfällen im Sinne eines Koagulierens von kolloidal vorliegenden Molekülen in einer abtrennbaren Form durch Herabsetzung der elektromagnetischen Abstoßung der kolloidalen Bestandteile erzielt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine Senkung der Konzentration von PO4-P im Gärrest/ Abwasser /Prozesswasser durch Sedimentation zur Verhinderung der unkontrollierten MAP- Bildung und -Ablagerung in späteren Prozessschritten erreicht werden kann. Fig. 12 zeigt eine Darstellung einer Ausgangssituation, bei der kolloidale Moleküle 11 mit einer negativen Ladung vorhanden sind. Aufgrund der gleichen Polarität stoßen sich die Moleküle 11 ab und eine Verklumpung findet nicht statt.
Fig. 13 zeigt eine Situation nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wodurch ein Teil der kolloidalen Moleküle 12 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wodurch sich die Moleküle 11 und 12 anziehen und es zu einer Verklumpung kommt.
Fig. 14 zeigt eine Situation, bei der durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Molekül 13 neutral geworden ist, sodass zumindest keine Abstoßung zwischen den kolloidalen Molekülen 11 und 13 besteht.
Fig. 15 zeigt kolloidale Moleküle 14 mit einer positiven Ladung, wodurch sich die Moleküle 14 abstoßen und damit eine Suspension bzw. Emulsion bilden.
Fig. 16 zeigt ein kolloidales Molekül 15, das durch das erfindungsgemäße Verfahren seine Polarität geändert hat. Hierdurch können sich die Moleküle 14 und 15 verbinden und es findet eine Entmischung statt.
Fig. 17 zeigt ein kolloidales Molekül 13, das durch das erfindungsgemäße Verfahren elektrisch neutral geworden ist. Hierdurch wird eine Zusammenballung der Moleküle 13 und 14 ermöglicht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können kolloidale Emulsionen bzw. Suspensionen, in denen meist positiv geladene kolloidale Moleküle, wie bei organischen Molekülen üblich, vorliegen, in ihrer Polarität beeinflusst werden. Dasselbe gilt für kolloidale Emulsionen bzw. Suspensionen mit überwiegend negativ geladenen Molekülen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer statistisch signifikanten Teilung der Moleküle in gegenpolig geladene Moleküle. Außerdem kann es durch die elektromagnetische Einwirkung des Verfahrens auch zu elektrischer Neutralität eines Teils der Moleküle kommen.
Das Verfahren wird in seiner Wirkung so eingestellt, dass sich ein solcher Effekt je nach vorliegender Flüssigkeit einstellt und die Moleküle aus einer Lösung in eine Suspension übergehen. Dadurch werden die kolloidal vorliegenden Moleküle leichter durch Polymerketten konditionierbar und können von dem umgebenden Wasser (H2O) als Lösungsmittel der Suspension leichter ausgefällt und dadurch getrennt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer elektronischen Steuereinheit und einem Reaktor, durch den die zu behandelnde Flüssigkeit strömt. Innerhalb des Reaktors befinden sich längs zur Flussrichtung angeordnete, jeweils zu Paaren sich gegenüb erstehende Elektrodenplatten, ähnlich wie Kondensatoren. Die Steuereinheit generiert elektrisch verstärkte Schwingungssignale im Hochfrequenzbereich und überträgt diese an die Elektrodenplatten im Reaktor. Die Separierung der entstehenden Substanzen passiert entweder direkt am Reaktorausgang oder in nachgeschalteten Reaktionsb ehältem .
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Beschaffenheit der Reaktoren und der Elektrodenplatten, das angelegte Frequenzmuster, die Spannungshöhen, den Stromfluss und die Fließgeschwindigkeit aus.
Die Elektrodenplatten innerhalb des Reaktors werden vom Abwasser im Durchlaufverfahren umspült und setzen das Abwasser den elektromagnetischen Impulsen der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Separierung von Phosphat und Phosphonaten.
Vorteilhafterweise führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Absenkung von Spurenstoffen, zum Beispiel der Human Östrogene 17ß-Estradiol und Estron, nach Behandlung durch Sedimentation dieser Spurenstoffe. In einer alternativen Ausführungsform können die durch das Verfahren separierten Spurenstoffe durch Filtration aus dem Abwasser entfernt werden.
Die ausgefällten Phosphorverbindungen können ebenfalls durch geeignete Raum- oder Flächenfiltration, oder auch andere geeignete Separationstechniken, zum Beispiel durch Dekanter, vom behandelten Wasser bzw. Abwasser getrennt werden. Vorteilhafterweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Viskositätsveränderunginsbesondere -herabsetzung bei kolloidalen bis dünnschlammigen Suspensionen erzielt werden, wodurch eine signifikante Steigerung der Konditionier- und Entwässerbarkeit, bei gleichzeitiger Reduktion von Störstoffen, beispielsweise Phosphor, ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wandelt eine ölige und durch kolloidale Abstoßung, sowie sehr schlechter Konditionier- und Entwässerbarkeit geprägte Suspension, in einen wasserähnlichen, sowie dann gut konditionier- und entwässerbaren Zustand um.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchströmt die Suspension einen Reaktor, wobei das Verfahren dazu führt, dass die kolloidale Abstoßung aufgehoben wird und eine Verklumpung der Kolloide eintritt. Hierdurch wird der strukturlosen Dünnphase eine Struktur gegeben, wodurch Konditionierungsmittel signifikant besser greifen und die Entwässerbarkeit entscheidend erhöht wird.
Die Vorteile des erfinderischen Verfahrens können mit den bekannten Verfahren nicht bzw. nur mit hohem energetischem und technischem Aufwand erzielt werden. Bei bekannten Verfahren ist es trotz einer Grobseparation in der Dünnphase erforderlich, dass kolloidal vorliegende organische und anorganische Bestandteile durch massive Zugabe von z.B. Konditioniermitteln und anschließende Fest-Flüssig- Trennung abgetrennt werden. Der so entstandene Schlamm weist aufgrund seiner schlechten Entwässerbarkeit einen hohen Wasseranteil auf und ist nicht schichtbar. Um eine Schichtbarkeit und Lagerfähigkeit des Schlamms zu erreichen, muss der hohe Wasseranteil durch erheblichen Energieeinsatz herausgetrocknet werden.
Im Gegensatz dazu kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ökonomisch und ökologisch vorteilhaft, die organischen und die anorganischen Bestandteile weitgehend von dem Prozesswasser getrennt werden. Hierdurch wird eine energetisch günstige Trocknung der organischen und anorganischen Bestandteile mit stark verringerten Volumina erzielt und eine einfache Aufbereitung des restlichen und zu hohem Anteil entfrachteten Prozesswassers in einem z.B. klassischen Klärprozess ermöglicht. Durch die Kombination des erfinderischen Verfahrens mit den bekannten Verfahren kann bis zu 95% des Prozesswassers von der Suspension getrennt und somit das zu trocknende Volumen auf bis zu 5% des Ursprungsvolumens reduziert werden.
Vorteilhafterweise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Störstoffkonzentrationen, z.B. Phosphat (PO4- P), in der Suspension um ca. 90% vermindert, wodurch die unkontrollierte und anlagentechnisch gefährdende Bildung von Ablagerungen, z.B. MAP, stark vermindert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine geringe Reststoff- Konzentration erzielt wird, wodurch die Anzahl der notwendigen weiteren Prozessstufen oder die (Rück-)Belastung eines z.B. integrierten Klärsystems reduziert wird.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Flachreaktor eingesetzt, wodurch ein in Fließrichtung geringer Widerstand und gleichzeitig eine hohe Toleranz gegenüber feststoffbeladenen oder faserigen Suspensionen ermöglicht wird.
Die Reaktoren werden über einen elektronischen Schaltschrank gesteuert. Die elektronische Steuerung ist wesentlich für die Erzielung der Wirkung der elektromagnetischen Wellen auf molekularer Ebene. Um die Steuerung so optimal wie möglich einzustellen, ist diese computergesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die molekularen Resonanzen in den zu behandelnden Flüssigkeiten aus und benötigt dafür keine zusätzlichen Chemikalien. Die in den nachgelagert erfolgenden Prozessschritten typischerweise eingesetzten Chemikalien, wie Konditioniermittel, können zudem durch das Verfahren signifikant reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird. LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 trichterförmiger Auslass
2 trichterförmiger Einlass
3 Abschlusskappe
4 Elektrodenplatte
5 Anschlussflansch
6 Reaktorab schnitt
7 Elektrodenanschluss
8 Verbindungskabel zwischen
Elektrodenanschluss und
El ektrodenpl atten
9 Elektrodenanschluss
10 Druckbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen modularen Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser und ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser.
Im Stand der Technik ist bekannt, Ab- und Prozesswasser derart aufzubereiten, dass sich das Ab- und Prozesswasser zur direkten oder indirekten Einleitung bzw. das Prozesswasser zur erneuten Benutzung eignet.
Die Phosphatelimination in Klärprozessen und die Steigerung der Entwässerbarkeit von Gärschlämmen durch Viskositätsherabsetzung stellen typische Probleme bei der Behandlung von Ab- und Prozesswasser dar.
Ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und Prozesswasser ist die Elektrolyse. Hierbei wird ein Gleichstrom an Metallplatten angelegt und das Ab- und Prozesswasser einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt. Elektrisch geladene Teilchen können so aus dem Ab- und Prozesswasser gewonnen werden, indem diese sich auf den Metallplatten absetzen. Allerdings lassen sich hierbei elektrisch neutrale Inhalts Stoffe, wie beispielsweise Phosphate, nicht aus dem Ab- und Prozesswasser gewinnen.
Mit derzeitigen Verfahren ist es nur mit hohem technischem Aufwand möglich, organische und anorganischen Bestandteile aus einem Ab- und Prozesswasser auszusondern. Bislang werden hierbei die organischen und anorganischen Bestandteile mittels Fällungsmitteleinsatz ausgefällt und/oder biologisch abgebaut und anschließend über geeignete Filtrationsmaßnahmen, z.B. Raumoder Flächenfiltration, abgetrennt. Der so entstandene Filtrationsrückstand beinhaltet i.A. einen hohen Wasseranteil, ist schlecht konditionierbar und die Feststoffe müssen mit u.U. erheblichem Energieeinsatz aus der Dünnphase z.B. herausgetrocknet werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und Prozesswasser derart zur Verfügung zu stellen, dass
1) durch eine Elektrolyse auch elektrisch neutrale Inhaltsstoffe aus dem Ab- und Prozesswasser gewonnen werden können.
2) durch eine Elektrolyse eine teilweise Aufhebung der kolloidalen Abstoßung in der Dünnphase und dadurch ein gute Konditionierbarkeit und stark gesteigerte Entwässerbarkeit erreicht wird.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Verfügung gestellt, umfassend: einen ersten Reaktorab schnitt mit: zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten, einen ersten Einlass und einen ersten Auslass und einen zweiten Reaktorab schnitt mit: zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten, einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass, wobei der erste Auslass mit dem zweiten Einlass verbindbar ist, sodass der Reaktor zwei Stufen der Aufbereitung des Ab- und/oder Prozesswassers umfasst und/oder wobei der erste Einlass mit dem zweiten Einlass verbindbar ist, um die Durchflussmenge des Ab- und Prozesswassers pro Zeit zu erhöhen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau kann der Grad der Reinigung des Ab- und Prozesswassers und die Durchflussmenge variabel gestaltet werden. Vorteilhafterweise können hierfür mehrere Abschnitte des Reaktors hintereinander oder parallel geschaltet werden.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Erzeugen eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes zwischen den Elektrodenplatten, Beeinflussen des Ab- und/oder Prozesswassers zwischen den Elektrodenplatten durch das elektrische oder elektromagnetische Feld, so dass sich eine Abstoßung der kolloidalen, organischen Bestandteile des Ab- und/oder Prozesswassers durch eine Änderung der Polarität bzw. Änderung von apolar in polar ergibt und Änderung der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung hin zu einer kolloidal wirkenden Anziehung, wodurch sich eine Flockung und/oder Verklumpung und/oder Sedimentierung der organischen Bestandteile ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt elektromagnetische Wellen zur Behandlung der Ab- und Prozesswässer ein. Hierbei wird das Superpositionsprinzip angewandt, bei dem durch die Überlagerung der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen mit den in der Flüssigkeit vorhandenen Wellen physikalische und chemische Wirkungen erzielt werden. Hierdurch entstehen in den vorhandenen Atom- und/oder Molekülverbindungen gewollte Resonanzen und Dissonanzen, die zu einer Verschiebung der auf elektromagnetischer Wechselwirkung beruhenden elektromagnetischen Konfiguration der zu beeinflussenden Verbindungen führen und so im Stofffluss die gewünschten Effekte, z.B. gezielte Ausfällungen und/oder Viskositätsänderungen, erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere folgende Vorteile auf • Die Nutzungsdauer und/ oder Qualität der Ab- und Prozesswässer wird durch eine optimierte Elimination von Störstoffen / Reaktionsprodukten verbessert.
• Die Zufuhr von Stoffen zur Abwasserbehandlung und die Generierung von Abfallprodukten wird reduziert.
• Die Viskosität bei kolloidalen bis dünnschlämmigen Suspensionen wird verändert, wodurch die Filtrierbarkeit und Entwässerung der resultierenden Reststoffe gesteigert wird
• Rohstoffe können aus den Ab- und Prozesswässer zurückgewonnen werden.
Das erfinderische Verfahren führt zu einer Feststoffabtrennung aus der Gärrest-Dünnphase wie sie z.B. in NawaRo-, Bioabfall- oder Klärschlamm-Vergärungsanlagen erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren führt dabei zu einer Viskositätsveränderung und Überführung der Dünnphase von einem eher öligen und nicht weiter filtrierbaren, in einen wasserähnlichen, konditionierbaren und weiter filtrierbaren Zustand.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bis zu 95% des Prozesswassers vom Gärrest trennen und somit das zu trocknende Volumen auf bis zu 5% des Ursprungsvolumens reduzieren.
Des Weiteren kann durch das Verfahren und die Vorrichtung auch die Phosphat-Konzentration (PO4-P) in der Gärrest-Dünnphase gesenkt und hierdurch die unkontrollierte und Maschinen- sowie Anlagenkomponenten gefährdende MAP -Bildung und -Ablagerung stark vermindert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ökonomisch und ökologisch vorteilhaft diese Bestandteile so weit wie möglich von dem Prozesswasser trennen und so eine Trocknung der organischen und anorganischen Bestandteile mit stark verringerten Volumina erreichen, sowie hierdurch auch eine Aufbereitung des restlichen und zu hohem Anteil entfrachteten Ab- und Prozesswassers in einem z.B. klassischen Klärprozess ermöglichen.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten in einem Druckbehälter angeordnet sind.
Durch die Anordnung der Elektrodenplatten kann die zu reinigende Flüssigkeit, das Ab- und Prozesswasser, unter Druck gesetzt werden, und dadurch eine hohe Durchflussgeschwindigkeit erreicht werden bzw. die Flüssigkeit effektiver gereinigt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale erzeugt, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Reaktor Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reichen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren auf organische Moleküle angewandt wird.
Gemäß einer besonders beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im Bereich 10,5 MHz bis 12 MHz derart erzeugt wird, dass sich im Prozesswasser Oberwellen ergeben, deren Bandbreite von 10 MHz bis 100 MHz reichen und / oder im besonderen Maße phosphorhaltige Verbindungen beeinflusst, im noch besonderen Maße diese Stoffe besonders schnell koaguliert werden können.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Apparatur zur Verfügung zu stellen, die von einer elektronischen Steuerungseinheit elektrisch verstärkte Schwingungssignale bzw. elektromagnetische Impulse an gegenüberliegende Elektrodenplatten, beispielsweise aus AlMg3, übermitteln. Diese elektrische bzw. elektromagnetische Beeinflussung der Flüssigkeit zwischen den Elektrodenplatten bewirkt auf die Flüssigkeit eine Abstoßung der kolloidalen organischen Bestandteile durch (teilweise) Änderung von deren Polarität bzw. Änderung von apolar in polar. In einem weiteren Schritt führt dieses sukzessiv zu einer Änderung der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung hin zu einer kolloidal wirkenden Anziehung und somit zu einer Flockung, Verklumpung und Sedimentierung der kolloidalen Bestandteile.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Reaktor mit drei Reaktorabschnitten 6 in einer Seitenansicht,
Fig. 2 denselben Reaktor in einer Vorderansicht mit den Elektrodenplatten 4 und den Reaktorabschnitten 6,
Fig. 3 einen einstufigen Reaktor in einer seitlichen Teilschnittansicht,
Fig. 4 denselben einstufigen Reaktor in einer Längsschnittansicht,
Fig. 5 denselben einstufigen Reaktor in einer Vorderansicht,
Fig. 6 denselben Reaktor in einer Ansicht von oben mit dem Auslass 1 und dem Anschlussflansch 5,
Fig. 7 den Auslass 1 in einer seitlichen Ansicht,
Fig. 8 denselben Auslass 1 in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 9 einen erfindungsgemäßen Reaktor mit einem Druckbehälter 10,
Fig. 10 denselben Reaktor in einer Längsschnittansicht, Fig. 11 denselben Reaktor in einer Querschnittansicht,
Fig. 12 eine Suspensions- bzw. Emulsionsmedium vor der Behandlung mit gleich polarisierten negativen Molekülen, die sich abstoßen. Eine erwünschte Verklumpung ist dadurch ausgeschlossen,
Fig. 13 unterschiedlich polarisierte Moleküle, die sich anziehen und dadurch zu einer Verklumpung führen,
Fig. 14 durch die Behandlung können elektrisch neutrale Moleküle entstehen, wodurch eher eine Verklumpung ermöglicht wird, im Vergleich zu Molekülen mit gleicher Polarität,
Fig. 15 eine Suspensions- bzw. Emulsionsmedium vor der Behandlung mit gleich polarisierten positiven Molekülen, die sich abstoßen. Eine erwünschte Verklumpung ist dadurch ausgeschlossen,
Fig. 16 durch die Behandlung unterschiedlich polarisierte Moleküle, die sich anziehen,
Fig. 17 nach der Behandlung neutrale Moleküle, die einer Verklumpung mit polarisierten Molekülen nicht aktiv entgegenwirken.
Fig. 1 zeigt einen dreistufigen Reaktor mit einem trichterförmigen Auslass 1, einem ersten Reaktorabschnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4, einem weiteren Reaktorabschnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4 und einem dritten Reaktorab schnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4. Die Elektrodenplatten 4 können insbesondere aus AlMg3 bestehen.
Die Elektrodenplatten 4 dienen dazu, elektrische Schwingungssignale auf den Reaktorinhalt auszuüben. Die Elektrodenplatten 4 können insbesondere aus AlMg3 bestehen. Durch diese elektromagnetische Beeinflussung der Flüssigkeit innerhalb des Reaktors wird eine Abstoßung der kolloidalen, organischen Bestandteile durch eine zumindest teilweise Änderung deren Polarität bzw. Änderung von apolar in polar erzielt. In einem weiteren Schritt wird aus der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung eine kolloidal wirkende Anziehung. Daraus ergibt sich eine Flockung, Verklumpung und Sedimentierung der kolloidalen Bestandteile. Fig. 2 zeigt einen Reaktor aus drei Reaktorabschnitten 6, wobei ein Reaktorab schnitt 6 aus zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4 besteht, an deren Stirnseiten Abschlusskappen 3 angeordnet sind. Einzelne Reaktorab schnitte 6 werden mittels der Anschlussflansche 5 verbunden. Hierdurch kann eine Hintereinanderschaltung mehrerer Reaktorabschnitte 6 als Stufen der Verarbeitung erreicht werden.
Fig. 3 zeigt einen Reaktor mit einem Reaktorab schnitt 6 mit gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4 und einem trichterförmigen Auslass 1 und einem trichterförmigen Einlass 2.
Fig. 4 zeigt denselben Reaktor in einem Längsschnitt mit nur einem Reaktorabschnitt 6 und gegenüberliegenden Elektrodenplatten 4.
Fig. 5 zeigt in einem Längsschnitt denselben Reaktor mit dem trichterförmigen Auslass 1 und dem trichterförmigen Einlass 2.
Fig. 6 zeigt denselben Reaktor der Fig. 3, 4 und 5 in einer Draufsicht mit dem Anschlussflansch 5 des trichterförmigen Auslasses 1 von oben.
Die Figuren 1, 2, 3, 4 und 5 zeigen einen flachen, quaderförmigen Reaktor mit einem nahezu widerstandslosen Durchflussraum. Dieser Reaktor dient zur Behandlung faseriger Flüssigkeiten. Aufgrund seiner Geometrie besitzt dieser Reaktortyp eine nur geringe Druckstabilität und wird für die Aufbereitung faseriger Flüssigkeiten bei nahezu atmosphärischem Druck eingesetzt.
Fig. 7 zeigt einen Einlass 1 in einer seitlichen Ansicht mit einem Anschlussflansch 5.
Fig. 8 zeigt denselben Einlass 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 9 zeigt einen Reaktor für Verfahren zur Abscheidung von Schadstoffen aus Ab- und Prozesswasser, die unter Druck ablaufen. Diese Verfahren finden unter einem beispielsweise doppelten oder dreifachen Atmosphärendruck statt.
Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch einen Reaktor mit einem Druckbehälter 10, wobei im Inneren des Reaktors Elektrodenplatten 4 derart angeordnet sind, dass sich alternierend gepolte Elektrodenplatten abwechseln. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch einen Reaktor mit einem Druckbehälter 10 mit den alternierend gepolten Elektrodenplatten.
Der Reaktor mit Druckgehäuse 10 kann für druckbeaufschlagte Flüssigkeiten mit faserigen Bestandteilen kleiner 1mm Länge und für druckbeaufschlagte Flüssigkeiten ohne faserige Bestandteile eingesetzt werden. Innerhalb des röhrenförmigen Reaktors befinden mehrere als Sandwich (Elektroden-Paket) angeordnete Elektrodenplatten, welche vollständig von der zu behandelnden Flüssigkeit umströmt werden. Die Elektrodenplatten sind elektrisch abwechselnd an einem positiven oder negativen Pol angeschlossen und übertragen die von der elektronischen Steuereinheit kommenden und elektrisch verstärkten Schwingungssignale in die zu behandelnde Flüssigkeit. Die elektrisch verstärkten Schwingungssignale sind in ihrer Stärke und Ausprägung so gewählt, dass hierdurch eine Beeinflussung und dadurch eine teilweise Änderung der in der Flüssigkeit wirkenden elektromagnetischen Wechselwirkung und somit eine Eigenschaftsänderung der Flüssigkeit bzw. bestimmter Bestandteile / Inhaltsstoffe der Flüssigkeit erreicht wird.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Reaktor modulweise verwendet werden. Hierdurch kann der Grad der Reinigung des Ab- und Prozesswassers beeinflusst werden. Außerdem können Reaktoren parallelgeschaltet werden, um die Durchflussmenge zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren dazu erreichen ein Herabsetzen der Viskosität des Ausgangssubstrates nach Fermentation zu einem Gärrest als Sediment in einer wässrigen Umgebung (Prozesswasser-Separation). Außerdem werden Ausfällen i.S. von koagulieren von kolloidal vorliegender Organik in einer abtrennbaren Form durch Herabsetzung der elektromagnetischen Abstoßung der organischen kolloidalen Bestandteile erzielt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine Senkung der Konzentration von PO4-P im Gärrest/ Abwasser / Prozesswasser durch Sedimentation zur Verhinderung der unkontrollierten MAP -Bildung und - Ablagerung in späteren Prozessschritten.
Fig. 12 zeigt eine Darstellung einer Ausgangssituation, bei der kolloidale, also organische, Moleküle 11 mit einer negativen Ladung vorhanden sind. Aufgrund der gleichen Polarität stoßen sich die Moleküle 11 ab und eine Verklumpung findet nicht statt.
Fig. 13 zeigt eine Situation nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wodurch ein
Teil der kolloidalen Moleküle 12 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wodurch sich die Moleküle 11 und 12 anziehen und es zu einer Verklumpung kommt.
Fig. 14 zeigt eine Situation, bei der durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Molekül 13 neutral geworden ist, sodass zumindest keine Abstoßung zwischen den kolloidalen Molekülen 11 und 13 besteht.
Fig. 15 zeigt kolloidale Moleküle 14 mit einer positiven Ladung, wodurch sich die Moleküle 14 abstoßen und damit eine Suspension bzw. Emulsion bilden.
Fig. 16 zeigt ein kolloidales Molekül 15, das durch das erfindungsgemäße Verfahren seine Polarität geändert hat. Hierdurch können sich die Moleküle 14 und 15 verbinden und es findet eine Entmischung statt.
Fig. 17 zeigt ein kolloidales Molekül 13, das durch das erfindungsgemäße Verfahren elektrisch neutral geworden ist. Hierdurch wird eine Zusammenballung der Moleküle 13 und 14 ermöglicht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können kolloidale Emulsionen bzw. Suspensionen, in denen meist positiv geladene kolloidale, also organische, Moleküle vorliegen, in ihrer Polarität beeinflusst werden. Dasselbe gilt für kolloidale Emulsionen bzw. Suspensionen mit überwiegend negativ geladenen Molekülen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer statistisch signifikanten Teilung der Moleküle in positiv und negativ geladene Moleküle. Außerdem kann es durch die elektromagnetische Einwirkung des Verfahrens elektrischen Neutralität eines Teils der Moleküle kommen.
Das Verfahren wird in seiner Wirkung so eingestellt, dass sich ein solcher Effekt je nach vorliegender Flüssigkeit einstellt und die Moleküle aus einer Lösung in eine Suspension übergehen. Dadurch werden die organisch vorliegenden Moleküle leichter durch Polymerketten konditionierbar und können von dem umgebenden Wasser (H2O) als Lösungsmittel der Suspension leichter ausgefällt und dadurch getrennt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer elektronischen Steuereinheit und einem Reaktor, durch den die zu behandelnde Flüssigkeit strömt. Innerhalb des Reaktors befinden sich längs zur Flussrichtung angeordnete, jeweils zu Paaren sich gegenüberstehende Elektrodenplatten, ähnlich wie Kondensatoren. Die Steuereinheit generiert elektrisch verstärkte Schwingungssignale im Hochfrequenzbereich und überträgt diese an die Elektrodenplatten im Reaktor. Die Separierung der entstehenden Substanzen passiert entweder direkt am Reaktorausgang oder in nachgeschalteten Reaktionsbehältem.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Beschaffenheit der Reaktoren und der Elektrodenplatten, das angelegte Frequenzmuster, die Spannungshöhen, den Stromfluss und die Fließgeschwindigkeit aus.
Die Elektrodenplatten innerhalb des Reaktors werden vom Abwasser im Durchlaufverfahren umspült und setzen das Abwasser den elektromagnetischen Impulsen der erfmdungsgemäßen Vorrichtung aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Separierung von Phosphat und Phosphonaten.
Vorteilhafterweise führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Absenkung
Von Spurenstoffen, zum Beispiel der Human Östrogene 17ß-Estradiol und Estron, nach Behandlung durch Sedimentation dieser Spurenstoffe. In einer alternativen Ausführungsform können die durch das Verfahren separierten Spurenstoffe durch Filtration aus dem Abwasser entfernt werden.
Die ausgefällten Phosphorverbindungen können ebenfalls durch geeignete Raum- oder Flächenfiltration, oder auch andere geeignete Separationstechniken, zum Beispiel durch Dekanter, vom behandelten Wasser bzw. Abwasser getrennt werden.
Vorteilhafterweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Viskositätsveränderunginsbesondere -herabsetzung bei kolloidalen bis dünnschlammigen Suspensionen erzielt werden, wodurch eine signifikante Steigerung der Konditionier- und Entwässerbarkeit, bei gleichzeitiger Reduktion von Störstoffen, beispielsweise Phosphor, ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wandelt eine ölige und durch kolloidale Abstoßung, sowie sehr schlechter Konditionier- und Entwässerbarkeit geprägte Suspension, in einen wasserähnlichen, sowie dann gut konditionier- und entwässerbaren Zustand um.
Bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren durchströmt die Suspension einen Reaktor, wobei das
Verfahren dazu führt, dass die kolloidale Abstoßung aufgehoben wird und eine Verklumpung der Kolloide eintritt. Hierdurch wird der strukturlosen Dünnphase eine Struktur gegeben, wodurch Konditionierungsmittel signifikant besser greifen und die Entwässerbarkeit entscheidend erhöht wird.
Die Vorteile des erfinderischen Verfahrens können mit den bekannten Verfahren nicht bzw. nur mit hohem energetischem und technischem Aufwand erzielt werden. Bei bekannten Verfahren ist es trotz einer Grobseparation in der Dünnphase erforderlich, dass kolloidal vorliegende organische und anorganische Bestandteile durch massive Zugabe von z.B. Konditioniermitteln und anschließende Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt werden. Der so entstandene Schlamm weist aufgrund seiner schlechten Entwässerbarkeit einen hohen Wasseranteil auf und ist nicht schichtbar. Um eine Schichtbarkeit und Lagerfähigkeit des Schlamms zu erreichen, muss der hohe Wasseranteil durch erheblichen Energieeinsatz herausgetrocknet werden.
Im Gegensatz dazu kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ökonomisch und ökologisch vorteilhaft, die organischen und die anorganischen Bestandteile weitgehend von dem Prozesswasser getrennt werden. Hierdurch wird eine energetisch günstige Trocknung der organischen und anorganischen Bestandteile mit stark verringerten Volumina erzielt und eine einfache Aufbereitung des restlichen und zu hohem Anteil entfrachteten Prozesswassers in einem z.B. klassischen Klärprozess ermöglicht. Durch die Kombination des erfinderischen Verfahrens mit den bekannten Verfahren kann bis zu 95% des Prozesswassers von der Suspension getrennt und somit das zu trocknende Volumen auf bis zu 5% des Ursprungsvolumens reduziert werden.
Vorteilhafterweise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Stör Stoffkonzentrationen, z.B. Phosphat (PO4- P), in der Suspension um ca. 90% vermindert, wodurch die unkontrollierte und anlagentechnisch gefährdende Bildung von Ablagerungen, z.B. MAP, stark vermindert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine geringe Reststoff-Konzentration erzielt wird, wodurch die Anzahl der notwendigen weiteren Prozessstufen oder die (Rück-)Belastung eines z.B. integrierten Klärsystems reduziert wird.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Flachreaktor eingesetzt, wodurch ein in Fließrichtung geringer Widerstand und gleichzeitig eine hohe Toleranz gegenüber feststoffbeladenen oder faserigen Suspensionen ermöglicht wird.
Die Reaktoren werden über einen elektronischen Schaltschrank gesteuert. Die elektronische Steuerung ist wesentlich für die Erzielung der Wirkung der elektromagnetischen Wellen auf molekularer Ebene. Um die Steuerung so optimal wie möglich einzustellen, ist diese computergesteuert und mittels künstlicher Intelligenz werden die Anlagen zu jedem Zeitpunkt optimal an die Eigenschaften der Suspension angepasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die molekularen Resonanzen in den zu behandelnden Flüssigkeiten aus und benötigt dafür keine zusätzlichen Chemikalien. Die in den nachgelagert erfolgenden Prozessschritten typischerweise eingesetzten Chemikalien, wie Konditioniermittel, können zudem durch das Verfahren signifikant reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
In den Zeichnungen ist ein trichterförmiger Auslass und Einlass 1, 2 eine Abschlussplatte 3, eine Elektrodenplatte 4, ein Anschlussflansch 5, ein Reaktorab schnitt 6, ein Anschluss an eine Elektrode 7, 9 und ein Druckbehälter 10 dargestellt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Verfügung gestellt, umfassend: einen ersten Reaktorabschnitt 6 mit: zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten 4, einen ersten Auslass 1 und einen ersten Einlass 2 und einen zweiten Reaktorab schnitt 6 mit: zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten 4, einen zweiten Auslass 1 und einen zweiten Einlass 2, wobei der erste Auslass 1 mit dem zweiten Einlass 2 verbindbar ist, sodass der Reaktor zwei Reaktorabschnitte 6 der Aufbereitung des Ab- und/oder Prozesswassers umfasst und/oder wobei der erste Auslass 1 mit dem zweiten Einlass 2 verbindbar ist, um die Durchflussmenge des Ab- und/oder Prozesswassers pro Zeit zu erhöhen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten 4 und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten 4 in einem Druckbehälter 10 angeordnet sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Reaktor zur Verfügung gestellt, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale erzeugt, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Reaktors nach einem der vorhergehenden Beschreibungen zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte: Erzeugen eines elektrischen oder elektromagnetischen Feldes zwischen den Elektrodenplatten, Beeinflussen des Ab- und/oder Prozesswassers zwischen den Elektrodenplatten durch das elektrische oder elektromagnetische Feld, sodass sich eine Abstoßung der kolloidalen, organischen Bestandteile des Ab- und/oder Prozesswassers durch eine Änderung der Polarität bzw. Änderung von apolar in polar ergibt und Änderung der kolloidal wirkenden elektrostatischen Abstoßung hin zu einer kolloidal wirkenden Anziehung, wodurch sich eine Flockung und/oder Verklumpung und/oder Sedimentierung und/oder Suspension der organischen Bestandteile ergibt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Reaktor Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reichen können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei durch das elektrische oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren auf organische Moleküle angewandt wird.

Claims

- 33 - ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Aufbereitung von kolloidalem Prozesswasser, wobei das Prozesswasser Schad- und/oder Schwebstoffe aufweist, umfassend die Schritte:
Anordnen von Elektroden an dem Prozesswasser,
Erzeugen eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldes in dem Prozesswasser durch Anlegen eines Gleichstrom- und/oder Wechselstroms an den Elektroden und
Beeinflussen der kolloidalen Doppelschicht der Schad- und/oder Schwebstoffe durch das Feld, um eine Zusammenballung, insbesondere Koagulation, der Schad- und/oder Schwebstoffe zu erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch das elektrische und/oder elektromagnetische Feld eine Ionisierung des Prozesswassers durch Ausdehnung des Zeta-Potentials und/oder durch Elektrophorese erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei durch das Feld Oberwellen in dem Prozesswasser erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrische und/oder elektromagnetische Feld die kolloidalen Doppel schichten der Schad- und/oder Schwebstoffe beeinflusst, die aus entgegengesetzt geladenen Ionen oder Molekülen erzeugt werden, die getrennt sind und sich gegenüberstehen und damit nach außen elektrisch neutral sind, wodurch die Bindungs- und/oder Koagulationsfähigkeit der Schad- und/oder Schwebstoffe erhöht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektromagnetisches Feld im MHz-Bereich derart erzeugt wird, dass sich in dem Prozesswasser Oberwellen ergeben, deren Bandbreiten vom MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reichen und/oder wobei das elektromagnetische Feld im Bereich von 100 kHz bis 100 MHz liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das elektrische und/oder das elektromagnetische Verfahren die Polung eines Prozentsatzes von 10% bis 90%, insbesondere 20% bis 80%, im besonderen Maße 30% bis 70%, im noch besonderen Ausmaße 40% bis 60% des Ab- und/oder Prozesswassers verändert wird, wobei in einem ganz besonderen Fall die - 34 -
Polung von ungefähr der Hälfte des Ab- und/oder Prozesswassers geändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleich- und Wechselstromanteil durch eine Gleich- und Wechselspannung im Bereich von 1,5 Volt bis 15 Volt liegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektromagnetische Feld eine Frequenz im Bereich von 10,5 MHz bis 12 MHz aufweist, wodurch sich im Prozesswasser Oberwellen mit einer Frequenz von 10 MHz bis 100 MHz ergeben.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei phosphorhaltige Verbindungen beeinflusst werden, um zu koagulieren.
10. Modularer Reaktor zur Aufbereitung von Ab- und/oder Prozesswasser zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend: einen ersten Reaktorabschnitt (6) mit: zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten (4), einen ersten Auslass (1) und einen ersten Einlass (2), wobei dieser Reaktor um weitere Reaktorab schnitte erweitert werden kann, wobei der erste Reaktorabschnitt mittels eines Anschlussflansches (5) mit weiteren Reaktorab schnitten verbindbar ist, sodass der Reaktor mehrere Reaktorabschnitte (6) der Aufbereitung des Ab- und/oder Prozesswassers umfasst, um Art und Dauer der Behandlung zu variieren und/oder in Reihe mehrerer Reaktoren betrieben werden kann, um die Durchflussmenge des Ab- und/oder Prozesswassers pro Zeit zu erhöhen und/oder wobei die zwei gegenüberliegenden ersten Elektrodenplatten (4) und/oder die zwei gegenüberliegenden zweiten Elektrodenplatten (4) in einem Druckbehälter (10) angeordnet sind und/oder, wobei der Reaktor eine Steuerungseinheit zur Erzeugung elektrischer und/oder elektromagnetischer Signale erzeugt, die an die Elektrodenplatten derart angelegt werden, sodass sich zwischen den Elektrodenplatten ein elektrisches und/oder elektromagnetisches Feld ausbildet, wobei zwischen den Elektrodenplatten zumindest teilweise das Ab- und/oder Prozesswasser ist.
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