NL9302260A - Membraan-bioreaktor met gas-lift systeem. - Google Patents

Description

korte aanduiding: Membraan-bioreaktor met gas-lift systeem

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het behandelen van vervuild water, tenminste omvattende een toevoersysteem voor te behandelen water; een actief-slib reaktor; één of meer filtermembraanmodules; een luchttoevoersysteem en een afvoersysteem voor door de membranen der modules doorgelaten permeaat.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de Europese aanvrage EP-A-0 510 328. De hierin beschreven inrichting bestaat uit een behandelingstank, de actief-slib reaktor, waarin een aantal filtermembraanmodules parallel aan elkaar met een bepaalde tussenruimte zijn opgehangen. De filtermembraanmodules zijn bij voorkeur uitgevoerd in de vorm van poreuze vlakke filterplaten waarbij de buitenste wanden gevormd worden door het membraan. De filtermembraanmodules worden opgehangen in een huis dat zowel aan de boven- als onderkant open is. Het te behandelen water wordt door de membranen gefiltreerd door gebruik te maken van een vacu-umpomp aan de filtraatzijde om het water dat vanuit de reaktor de membranen passeert en in de poreuze ruimte van de filterplaten terecht komt af te zuigen als schoon water. Om ongewenste afzetting en aangroei van lagen op de buitenzijde van de membranen te voorkomen is er voorzien in een luchttoevoersysteem dat lucht in opwaartse richting blaast. Daar deze luchttoevoer een zeer kritische factor is en zowel een te lage als een te hoge luchttoevoersnelheid de afzetting en aangroei van lagen op de buitenzijde van het membraan tot gevolg hebben is in de genoemde aanvrage tevens voorzien van luchtverspreidingsmiddelen. Met behulp van deze middelen tracht men tot een gelijkmatige verdeling van de luchtstroom over de membranen te komen, waardoor afzetting van vaste deeltjes in grote mate voorkomen wordt.

De bovengenoemde inrichting heeft echter als nadeel dat zelfs met de toepassing van de genoemde luchtverspreidingsmiddelen de stromingscoëfficiënt van het te behandelen water en de toegevoerde lucht niet goed beheersbaar is. In het algemeen blijkt dat de stofoverdrachtscoëfficiënt tussen membraanplaat en vloeistof relatief laag is, hetgeen een snelle afzetting en aangroei van vervuilende lagen op het membraan betekent. Daarbij kent de inrichting volgens EP-A-0 510 328 het nadeel dat het te behandelen water door middel van een pomp door en uit de filtermembraanmodules gezogen moet worden. Een verder belangrijk nadeel is dat voor de periodiek noodzakelijke reiniging van de membraan-platen deze uit de reaktor moeten worden verwijderd.

De onderhavige uitvinding beoogt bovengenoemde nadelen te vermijden en is daartoe gekenmerkt doordat de één of meer filtermembraanmodules, omvattende één of meer holle membranen met een omhulling waarin één of meer permeaataf-voersystemen zijn aangebracht, aan één zijde aansluiten op de actief-slib reaktor en aan de andere zijde aansluiten op luchtverdeelmiddelen en dat de actief-slib reaktor door middel van een omloopleiding verbonden is met een slibop-vanghouder die aansluit op de luchtverdeelmiddelen en waaraan zich een af voer leiding voor het verwijderen van overtollige massa bevindt, zodanig dat het te behandelen water en ingevoerde lucht in dezelfde richting en in hoofdzaak evenwijdig aan het nembraanoppervlak door de holle binnenzijde van de membranen stromen, waarbij een deel van het te behandelen water, het permeaat, door de membranen heen stroomt naar de ruimte die zich tussen de omhulling en de membranen bevindt en via de één of meer permeaatafvoer-systemen wordt afgevoerd.

De actief-slib reaktor, de filtermembraanmodules, de luchtverdeelmiddelen en de slibopvanghouder staan in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding dus als afzonderlijke elementen met elkaar in verbinding. De werking van de inrichting is zodanig dat het te behandelen water met de ingevoerde lucht in gelijkstroom door de membranen stromen. Hierbij stroomt, in tegenstelling tot EP-A-0 510 328, het te behandelen water-lucht. mengsel door de holle binnenzijde van de membranen en wordt het gefiltreerd door door het membraan naar de ruimte te stromen die begrensd wordt door de omhulling en de één of meer membranen. Het tegelijker- tijd invoeren van lucht en te behandelen water in de membranen geeft een goed beheersbare stromingscoëfficiënt die, bij een goede instelling van te behandelen water- en luchttoevoer, een hoge stofoverdrachtscoefficiënt waarborgt, waardoor afzetting en aangroei van lagen op de binnenwand van de membranen zeer laag zal zijn.

In het bijzonder zijn de actief-slib reaktor; de één of meer filtermembraanmodules; de luchtverdeelmiddelen en de slibopvanghouder in de aangegeven volgorde boven elkaar opgesteld, waarbij de actief-slib reaktor het hoogst staat.

Door deze opstelling van de bovengenoemde elementen wordt een drukverschil over het membraan van bijvoorbeeld één atmosfeer tot stand gebracht. Onder invloed van de hydrostatische druk en de werking van de luchttoevoer en -verdeelmiddelen ontstaat dan een stroming van het te behandelen water in de inrichting. Het te behandelen water zal vanuit de actief-slib reaktor via de omloopleiding naar de slibopvanghouder stromen, alwaar het, onder invloed van de luchttoevoer en -verdeelmiddelen in opwaartse richting door de filtermembraanmodules wordt gestuwd. Deze door de toegevoerde lucht ontstane stroming binnen de nauwkeurig gedefi-niëerde holle membranen heeft een hoge stofoverdrachtsco-efficiënt aan het membraanoppervlak tot gevolg. Hierdoor is het mogelijk om een hoge flux door de membranen te verkrijgen.

De membranen in de filtermembraanmodules kunnen plaatvormig zijn uitgevoerd als in de eerder genoemde Europese publikatie. Doelmatig omvatten de één of meer filtermembraanmodules echter elk een omhulling met daarin opgenomen een groot aantal buisvormige membranen en is de omhulling van elke filtermembraanmodule voorzien is van een permeaat-afvoer.

Het gebruik van dergelijke buisvormige filtermembraanmodules maakt, in vergelijking met filtermembraanmodules met een andere vorm, de stromingscoëff iciënt van het te behandelen water met de lucht hoger en veel beter beheersbaar en gelijkmatiger verdeeld over het oppervlak.

Met voordeel bezitten de buisvormige membranen een binnendiameter van 3-25 mm en bij voorkeur een binnendiame-ter van 3-10 mm.

In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm bestaan de luchtverdeelmiddelen uit een kamervormige holle ruimte die begrensd wordt door een eerste eindvlak aan de zijde van de één of meer filtermembraanmodules en een tweede eindvlak aan de zijde van de slibopvanghouder en zijn in de holle ruimte, aansluitend aan de bovenliggende filtermembraanmodules, overeenkomstige filtermembraanmodules aangebracht, waarvan echter de omhulling doorlaatbaar is voor lucht en welke uitmonden in de slibopvangkamer.

Bij een dergelijke uitvoeringsvorm omvatten de luchtverdeelmiddelen één of meer membranen met omhullingen die soortgelijk zijn aan de f iltermembraanmodules en die zich in een holle ruimte bevinden waaraan zich de luchttoevoer bevindt. De omhulling van de membranen is hierbij doorlaatbaar voor lucht zodat lucht binnen de membranen kan worden toegevoerd.

Met voordeel verschilt het membraan dat zich in de kamervormige holle ruimte bevindt van het membraan van de bovenliggende filtermembraanmodule.

Het membraan is dan in de holle ruimte niet doorlaatbaar voor het erdoorheen stromende water, maar laat wel lucht vanuit de buitenzijde tot het afvalwater toe.

In een volgende uitvoeringsvorm bestaan de luchtverdeelmiddelen uit sproeimondstukken die samenwerken met de één of meer filtermembraanmodules.

Hierbij is dicht onder elke filtermembraanmodule een sproeimondstuk geplaatst dat aangesloten is aan een luchttoevoer. Het te behandelen water dat zich daar bevindt op gelijke hoogte en naast het sproeimondstuk wordt door, en daardoor met, de lucht uit het sproeimondstuk in de membranen gestuwd.

Doelmatig sluiten de één of meer filtermembraanmodules aan één zijde losneembaar aan op de actief-slib reaktor en sluiten ze aan de andere zijde losneembaar aan op de luchtverdeelmiddelen

Met voordeel omvat de slibopvanghouder een konische bodem waaraan zich de af voer leiding bevindt voor het verwijderen van overtollige massa.

Dit maakt het mogelijk dat een deel van de, in het te behandelen water en in de actief-slib reaktor, aanwezige biomassa die door de omloopleiding naar de slibopvanghouder wordt gevoerd wegzakt en via de afvoerleiding afgevoerd kan worden, zodat een te grote toename van biomassa in de inrichting voorkomen wordt. Hoewel steeds een deel van de biomassa afgevoerd wordt is de totale hoeveelheid biomassa die in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding aanwezig is, vergeleken met andere bekende inrichtingen voor het behandelen van vervuild water, relatief hoog. In bekende inrichtingen is in het algemeen 1-4 gram biomassa per liter te behandelen water aanwezig, terwijl in de inrichting volgens de onderhavige uitvinding 20-40 g/1 biomassa aanwezig is. Dit betekent dat bij toepassing van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding 1/10 van het reaktorvolume van een bekende inrichting voldoende is om een zelfde hoeveelheid vervuild water te behandelen.

Bij voorkeur bedraagt de totale hoogte van de inrichting 3-15 m. Bij deze hoogte zal het gewenste drukverschil over het membraan van ongeveer één atmosfeer in de inrichting bereikt kunnen worden.

In een voordelige uitvoeringsvorm kunnen de in de inrichting aanwezige filtermembraanmodules zonder ze uit hun positie te brengen afzonderlijk verbonden worden met een reinigingscircuit, tenminste omvattende een pomp en een opslagvat voor reinigingsvloeistof.

Op deze wijze kunnen de in de inrichting aanwezige afzonderlijke membraanmodules, zonder het reinigingsproces van het vervuilde water te onderbreken, en zonder ze uit hun positie te brengen, verbonden worden met een reinigingscircuit, tenminste omvattende een pomp en een opslagvat voor reinigingsvloeistof, en gereinigd worden, om vervolgens weer gebruikt te worden in het waterreinigings-proces.

In een gunstige uitvoeringsvorm wordt de actief-slib reaktor met behulp van een scheidingswand die evenwijdig is aan de as van de actief-slib reaktor in tenminste twee delen verdeeld, waarbij de delen gevuld kunnen worden met vloeistoffen die onderling van samenstelling verschillen.

Bij een dergelijke uitvoeringsvorm is het mogelijk om een deel van de actief-slib reaktor te vullen met reini-gingsvloeistof, terwijl het overige deel gevuld is met afvalwater. Wanneer de hiermee samenwerkende luchttoevoer en -verdeelmiddelen zijn uitgeschakeld en aan de onderzijde van de filtermembraanmodules hiermee samenwerkende afvoer-middelen zijn aangebracht kunnen gekozen filtermembraanmodules die aansluiten op het deel van de reaktor dat gevuld is met reinigingsvloeistof gereinigd worden, terwijl in het overige deel van de inrichting het behandelingsproces van het vervuilde water doorloopt.

De onderhavige uitvinding zal in het navolgende nader worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld en de bijgevoegde tekening, waarin: figuur 1 een schematische doorsnede toont van de inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een schematische doorsnede toont van een buisvormige filtermembraanmodule; figuur 3 een bijzondere uitvoeringsvorm van de lucht-verdeelmiddelen toont; en figuur 4 een schematisch bovenaanzicht toont van de inrichting volgens de uitvinding, waarbij een scheidingswand in de actief-slib reaktor is aangebracht. Figuur 1 toont een inrichting voor het behandelen van vervuild water volgens de uitvinding. De inrichting omvat een actief-slib reaktor 1 waarin zich te behandelen water bevindt. Aansluitend aan de onderzijde van de actief-slib reaktor 1 bevinden zich een aantal buisvormige filtermembraanmodules 2 die een aantal buisvormige membranen 6 met een buisvormige omhulling 7 omvatten. Hoewel in de figuur slechts voor één filtermembraanmodule getoond, bevindt zich aan elke filtermembraanmodule 2 een permeaatafvoersysteem 4. Aan de onderzijde sluiten luchtverdeelmiddelen 8 aan op de filtermembraanmodules 2; de lucht hiervoor wordt toegevoerd via luchttoevoersysteem 3. Onder de luchtverdeelmid- delen 8 bevindt zich tenslotte aansluitend een slibopvang-houder 10 met een konische bodem, waaraan zich een afvoer-leiding 11 bevindt voor het afvoeren van overtollige biomassa. De actief-slib reaktor staat met behulp van omloop-leiding 9 in verbinding met de slibopvanghouder 10. In figuur 1 is een omloopleiding geschetst; het is echter ook mogelijk om gebruik te maken van een mantelvormige omloop. Het te behandelen afvalwater wordt toegevoerd via toevoer-systeem 5.

De werking van de inrichting volgens de uitvinding is als volgt. Het te behandelen water wordt via toevoersysteem 5 in de actief-slib reaktor 1 gebracht. Aldaar zal het met het reeds aanwezige water en de biomassa vermengen en mee worden gevoerd met de stroom door omloopleiding 9 en in slibopvanghouder 10 belandan. Een deel van de in het te behandelen water aanwezige biomassa zal wegzakken in de konische bodem van de slibopvanghouder 10 en het resterende deel van het te behandelen water met de biomassa zal samen met en door de, door middel van de luchtverdeelmiddelen 8, toegevoerde lucht in de membranen 6 omhoog worden gestuwd. Deze stuwing in opwaartse richting, ook wel "air-lift" genoemd is zodanig dat er geen afzetting en aangroei van lagen op de membranen 6 plaats kan vinden. Daarbij is de stuwing zo sterk dat het in de actief-slib reaktor aanwezige te behandelen water niet van boven af in de membranen loopt. Het water zal daarentegen, zoals reeds eerder genoemd, door de hydrostatische druk en door de air-lift van de luchtverdeelmiddelen 8, in hoofdzaak vanuit de actief-slib reaktor 1 via de omloopleiding 9 naar de clibopvang-houder 10 stromen, alwaar het vervolgens in opwaartse richting door de membranen 6 wordt gestuwd.

De druk die in de inrichting heerst en waarmee het water met de lucht in de membranen wordt gestuwd is zodanig dat de filtratie door de membranen plaatsvindt zonder dat daarvoor een pomp benodigd is. Het permeaat dat zich tussen de membranen 6 en de omhulling 7 bevindt, wordt afgevoerd via permeaatafvoer 4.

Figuur 2 toont schematisch een bovenaanzicht van een buisvormige filtermembraanmodule 2. Deze omvat een groot aantal buisvormige membranen 6 en een buisvormig omhulsel 7. De membranen 6 zijn permeabel voor het gezuiverde water, het omhulsel 7 is niet permeabel voor water.

Figuur 3 toont een bijzondere uitvoeringsvorm van de luchtverdeelmiddelen 8. Deze bestaan hier uit een kamervormige holle ruimte die begrensd wordt door aan een zijde de filtermembraanmodules 2, aan de andere zijde de.slibopvang-houder 10 en een omhulling. Binnen deze holle ruimte zijn, in het verlengde van, en corresponderend met de reeds aanwezige filtermembraanmodules 2 eveneens, korte, filtermembraanmodules 2A aangebracht die doorlopen tot aan de slibopvanghouder 10. Het verschil tussen deze filtermembraanmodules 2A en filtermembraanmodules 2 buiten de holle ruimte is echter dat binnen de holle ruimte het omhulsel 7A doorlaatbaar is voor lucht en dat de membranen 6A verschillen van de rest van het membraan 6. Dit verschil van het membraan 6A is zodanig dat het membraan tijdens bedrijf geen vloeistof van de binnenzijde naar de buitenzijde doorlaat, terwijl het wel lucht van de buitenzijde naar de binnenzijde doorlaat. Wanneer lucht onder bepaalde druk via het luchttoevoersysteem 3 in de holle ruimte wordt toegevoerd zal het door het omhulsel 7A en de membranen 6A tot aan de binnenzijde van de membranen dringen, alwaar de lucht in zeer fijn verdeelde toestand in evenwichtige samenmenging met het te behandelen water in opwaartse richting voortbeweegt.

Figuur 4 toont tenslotte een schematisch bovenaanzicht van de inrichting volgens de uitvinding, waarbij een scheidingswand 12 in de actief-slib reaktor is aangebracht. Bij deze uitvoeringsvorm is het mogelijk om de twee delen van de actief-slib reactor met verschillende vloeistoffen te vullen. Wanneer deel 13 gevuld wordt met reinigingsvloei-stof en de zich in het verlengde van dit deel bevindende luchtverdeelmiddelen worden verbonden met het reinigings-circuit, omvattende een pomp en een opslagvat voor reini-gingsvloeistof, kan de reinigingsvloeistof door de filtermembraanmodules en over het opslagvat worden gecirculeerd om de membranen te reinigen. Het overige deel van de inrichting kan daarbij "in werking" blijven zodat het afvalwater doorlopend bewerkt wordt. Wanneer de filtermembraan-modules gereinigd zijn kan de scheidingswand 12 worden verplaatst zodat een volgend aantal filtermembraanmodules gereinigd kan worden, terwijl de reeds gereinigde filtermembraanmodules weer ingeschakeld worden in de bewerkings-behandeling.

Claims (13)

1. Inrichting voor het behandelen van vervuild water, tenminste omvattende een toevoersysteem (5) voor vervuild water; een actief-slib reaktor (1); één of meer filtermem-braanmodules (2) ; een luchttoevoersysteem (3) en een afvoersysteem (4) voor door de membranen der modules doorgelaten permeaat, met het kenmerk, dat de één of meer filter-membraanmodules (2), omvattende één of meer holle membranen (6) met een omhulling (7) waarin één of meer permeaataf-voersystemen (4) zijn aangebracht, aan één zijde aansluiten op de actief-slib reaktor (1) en aan de andere zijde aansluiten op luchtverdeelmiddelen (8) en dat de actief-slib reaktor (1) door middel van een omloopleiding (9) verbonden is met een slibopvanghouder (10) die aansluit op de luchtverdeelmiddelen (8) en waaraan zich een af voer leiding (11) voor het verwijderen van overtollige massa bevindt, zodanig dat het te behandelen water en ingevoerde lucht in dezelfde richting en in hoofdzaak evenwijdig aan het membraanop-pervlak door de holle binnenzijde van de membranen (6) stromen, waarbij een deel van het te behandelen water, het permeaat, door de membranen heen stroomt naar de ruimte die zich tussen de omhulling (7) en de membranen (6) bevindt en via de één of meer permeaatafvoersystemen (4) wordt af gevoerd .

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de actief-slib reaktor (1); de één of meer filtermembraanmodu-les (2); de luchtverdeelmiddelen (8) en de slibopvanghouder (10) in de aangegeven volgorde boven elkaar zijn opgesteld, waarbij de actief-slib reaktor (1) het hoogst staat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de één of meer filtermembraanmodules (2) elk een omhulling (7) omvatten met daarin opgenomen een groot aantal buisvormige membranen (6) en de omhulling (7) van elke filtermembraanmodule (2) voorzien is van een permeaatafvoer (4).

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de buisvormige membranen (6) een binnendiameter bezitten van 3-25 mm.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de buisvormige membranen (6) een binnendiameter bezitten van 3-10 mm.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de luchtverdeelmiddelen (8) bestaan uit een kamervormige holle ruimte die begrensd wordt door een eerste eindvlak aan de zijde van de één of meer filtermem-braanmodules (2) en een tweede eindvlak aan de zijde van de slibopvanghouder (10) en zijn in de holle ruimte, aansluitend aan de bovenliggende filtermembraanmodules (2), overeenkomstige filtermembraanmodules (2A) aangebracht, waarvan de omhulling doorlaatbaar is voor lucht en welke uitmonden in de slibopvanghouder (10).

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het membraan (6A) dat zich in de kamervormige holle ruimte bevindt verschilt van het membraan (6) van de bovenliggende filtermembraanmodule (2).

8. Inrichting volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de luchtverdeelmiddelen (8) bestaan uit sproeimondstukken die samenwerken met de één of meer filtermembraanmodules (2).

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de één of meer filtermembraanmodules (2) aan één zijde losneembaar aansluiten op de actief-slib reaktor (1) en aan de andere zijde losneembaar aansluiten op de luchtverdeelmiddelen (8).

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de slibopvanghouder (10) een konische bodem omvat waaraan zich de afvoerleiding (11) bevindt voor het verwijderen van overtollige massa.

11. Inrichting volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat de totale hoogte van de inrichting 3-15 m bedraagt.

12. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de in de inrichting aanwezige filtermem-braanmodules zonder ze uit hun positie te brengen afzonderlijk verbonden kunnen worden met een reinigingscircuit, tenminste omvattende een pomp en een opslagvat voor reini-gingsvloeistof.

13. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de actief-slib reaktor (1) met behulp van een scheidingswand (12) die evenwijdig is aan de as van de actief-slib reaktor, in tenminste twee delen verdeeld wordt, waarbij de delen gevuld kunnen worden met vloeistoffen die onderling van samenstelling verschillen.