WO2022017568A1 - Vorrichtung zur membranfiltration und zur entfernung von mikroschadstoffen mittels eines reaktivstoffes aus flüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zur membranfiltration und zur entfernung von mikroschadstoffen mittels eines reaktivstoffes aus flüssigkeiten Download PDF

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Anett WERNER
Hardy MÜLLER
Kurt BOCK
Eberhard SEMMLER
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    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Definitions

  • the invention relates to a device for membrane filtration and for removing micropollutants from water or other liquids using a reactive substance, the device having a reaction space and at least one connection for feeding and/or removing the reactive substance into and/or out of the reaction space, so that the micropollutants can react with the reactive substance in the reaction space and/or can be removed from the liquid, and the reaction space has a first membrane and a second membrane.
  • micropollutants such as drug residues and/or poorly degradable organic substances
  • membrane filtration is combined with reactive processes, for example on particulate or immobilized solid surfaces.
  • reactive solids such as absorbers, ion exchangers, catalysts and similar, built into a membrane filter layer itself or the permeate space of the membrane system and / or immobilized.
  • WO 2015/165988 A1 describes a filter element for a liquid filter, in which a nonwoven filter material is arranged as a drainage element between two filter membranes and is laminated by means of an adhesive nonwoven material.
  • Reactive material such as adsorbents and ion exchangers, can be embedded and fixed in the filter fleece.
  • the disadvantage here is that the loaded reactive material in the filter fleece cannot be sufficiently flowed through and is difficult to access for efficient regeneration.
  • DE 10 2018 009 597 A1 discloses a device for multiple changes in the composition of a fluid, which has a first filter module, followed by a dwell module with lamellae and a second filter module.
  • the fluid to be treated enters the first filter module via an inlet of the retentate channel, the first filter medium of which is only used for supply medium to enter the retentate channel and the second filter medium of which causes a targeted separation effect in which only certain components of the fluid can pass through the second filter medium.
  • the main stream of fluid is fed directly to the residence module.
  • the second filter module after the residence time module serves to retain a fluid containing vaccine as a product through the second filter medium of the second filter module while the contaminants can pass through it.
  • the object is achieved by a device for membrane filtration and for removing micropollutants from liquids using a reactive substance, the device having a reaction space and at least one connection for feeding and/or removing the reactive substance into and/or out of the reaction space, so that the micropollutants can react with the reactive substance in the reaction chamber and/or can be removed from a liquid
  • the reaction chamber has a first membrane and a second membrane, the first membrane being designed as an inlet into the reaction chamber and the second membrane as an outlet from the reaction chamber, so that the liquid to be treated can be filtered through the first membrane and flow into the reaction space, the liquid treated in the reaction space with the reactive substance can be filtered through the second membrane and flowed out of the reaction space, and the outflowed, treated liquid is essentially free of microdamage fabrics is.
  • the separate reaction space between the two membranes is preferably flowed through with the reactive substance or substances, so that the reactive substance or substances is or are continuously replaced and/or together with can or can be continuously removed from the reaction products formed. This enables in situ regeneration at the same time.
  • a single-stage device is provided as a combination of a membrane system with a treatment step using a reactive substance, which allows continuous renewal of the reactive substance and/or derivation of the reaction product formed between the micropollutants and the reactive substance.
  • the separate delimited reaction chamber at least one separate hydraulic connection to the outside, in order to supply and/or discharge the reactive substances and/or the reaction products separately from the feed and permeate of the membranes.
  • the separate reaction chamber preferably has two connections, so that a continuous flow through the reaction chamber and a loading and/or unloading of the reaction chamber with fresh and/or used reactive substance is made possible.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that the device is designed as a compact, two-stage membrane filtration with an integrated physical and/or chemical reaction chamber in between, and continuous or discontinuous charging and/or discharging of the reaction chamber is made possible. Because the two filter membranes directly form the inlet and outlet of the reaction chamber, the device represents a compact, sole treatment stage.
  • Membrane filtration means the mechanical separation and/or purification of substances by filtration through a membrane or several membranes.
  • the phase retained by the membrane is usually referred to as retentate and the phase passing through the membrane as permeate.
  • Liquid is in particular matter in the liquid state of aggregation.
  • the liquid can be, for example, an inorganic and/or organic liquid, fruit juice and/or water.
  • a "micropollutant” (also called “micropollutant”) is, in particular, an undesirable substance found in a liquid.
  • a micropollutant is, in particular, a microscopically small substance which is present in particular in a concentration of nanograms to a few micrograms per liter of liquid.
  • Micropollutants are, for example, drug residues, biocides, household chemicals and other inputs from trade and industry.
  • Micropollutants include in particular various groups of substances, such as pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, organic chlorine compounds, plasticizers and many other synthetic chemical compounds.
  • a "reactive substance” is in particular a substance which enters into a chemical and/or physical reaction with one or more micropollutants. This reaction can result in the formation of reaction products.
  • a reactive substance is used in particular to remove micropollutants from the liquid
  • the reactive substance or several reactive substances can have any aggregate state, such as solid, liquid and/or gaseous Micro-pollutants a flocculation and thus a aggregation of the micro-pollutants are caused.
  • the reactive substances are preferably a dissolved and/or solid substance.
  • the type of reactive substance such as oxidizing agent, adsorbent and/or ion exchanger, specifies the type of reaction of the reactive substance with the micropollutants and thus the way in which they are removed.
  • the reaction of the reactive substances with the micropollutants can be, for example, an oxidation, adsorption, precipitation, coagulation, flocculation, ion exchange and/or a catalytic reaction.
  • the reactive substance can also be a biogenic substance, for example enzymes produced by fungal and/or bacterial cultures or a biotechnological product.
  • the "reaction space” is in particular a space in which the micropollutants react with the reactive substance or substances and/or are removed from the liquid.
  • the reaction space is spatially delimited in particular by the first membrane and the second membrane Reactive space is connected to a connection for feeding the reactive substance into the reaction space and/or a connection for discharging the reactive substance from the reaction space or is spatially delimited by them.
  • the reaction space thus represents in particular a type of container, with two container walls preferably passing through the first membrane and the second membrane are formed.
  • a “membrane” is in particular a flat, partially permeable structure and thus has structures which are permeable to at least one component and/or substance of a liquid contacting the membrane and impermeable to other components and/or substances
  • the membrane can be a porous or dense membrane. Membranes differ in particular in the pore size or molar mass of the largest components that can still pass, the separation principle, the selectivity, the filtration pressure and/or other properties.
  • a membrane can in particular be a polymer and/or have ceramics,
  • Essentially free of micropollutants is understood in particular to mean that the concentration of micropollutants in the treated liquid does not have to be very low, but does not have to be zero, but can, for example, also be above the detection limit of the analysis method used for the respective micropollutant.
  • the outflowing, treated liquid cannot be completely free of micropollutants, for example, but only essentially free of micropollutants, because a small amount of micropollutants due to membrane slippage, membrane fouling, membrane aging and/or membrane destruction still pass through the membrane despite the membrane retention actually intended and are thus in of the liquid being treated.
  • the second membrane has a smaller pore size than the first membrane such that the reactive substance can be retained in the reaction space.
  • the loaded and / or used reactive substance remains within the reaction chamber, while the liquid to be treated flows through the first membrane into the reaction chamber and the cleaned, treated liquid flows out of the reaction chamber via the second membrane.
  • the residence times of the liquid and the reactive substance in the device are decoupled.
  • the type of the first membrane and the second membrane and thus the respective properties are selected depending on the properties of the micropollutants to be removed and the reactive substances used as well as the raw liquid quality.
  • the first membrane preferably has a larger pore size than the second membrane and thereby essentially guarantees contact of the reactive substances particle-free raw liquid, so that the reactive substances in the reaction chamber react specifically with the micropollutants. Conversely, however, cases are also possible, in which the fine filtration must take place first, while the reactants provided for the reaction have a coarser structure and consequently only require a second membrane with larger pores.
  • the pore size of the first membrane is preferably selected in such a way that the raw liquid flows into the reaction chamber at a pressure of approximately 2-8 bar.
  • the second membrane has a smaller pore size than the first membrane, for example in the case of an ultrafiltration configuration, a pore size smaller than the diameter of the reactive substances, corresponding to a molecular mass of about 10-30 kDa. This prevents the reactive substances from escaping through the second membrane into the permeate and thus prevents a loss of the reactive substances, and due to the retention of the reactive substances in the reaction space, circulation and targeted regeneration are made possible.
  • the "pore size" of the respective membrane means in particular the nominal pore size, which describes the maximum in the pore size distribution. However, the pore size in particular does not provide a defined statement about the retention capacity of the membrane ) of the membrane, which defines the minimum molecular mass of a regular molecule which is retained by the membrane to 90%.
  • the pore size of the membrane can in particular be in a range from ⁇ 1 nm to ⁇ 10 ⁇ m.
  • the first membrane is on one side of the reaction chamber and the second membrane is on an opposite side of this Arranged side of the reaction chamber.
  • the first membrane and/or the second membrane partially or completely cover a side and/or wall of the reaction space. It is particularly advantageous if the first membrane and the second membrane directly form walls, in particular opposite walls, of the reaction chamber, so that a simple structure and a compact size can be implemented.
  • the connections for supplying and/or removing the reactive substance into and/or out of the reaction chamber can be arranged opposite one another on the other two walls of the reaction chamber, for example in the case of a rectangular reaction chamber.
  • the first membrane and/or the second membrane can be held by appropriate carrier materials for a compact double-membrane structure and for forming the reaction space arranged between them.
  • the reaction chamber can preferably have multiple layers, for example be formed using textile material or other open-pored, easily permeable materials.
  • the device is set up in such a way that a flow direction of the reactive substances is essentially transverse to an inflow and/or outflow direction of the liquid through the first and/or second membrane.
  • Essentially transverse is understood to mean in particular that a flow direction of the reactive substance is not necessarily aligned exactly at an angle of 90° to an inflow and/or outflow direction of the liquid through the first and/or second membrane, but The flow direction can also have an angle that is greater than or less than 90° to the inflow and/or outflow direction of the liquid.
  • the first membrane and/or the second membrane is or are an immersed membrane, in particular a plate membrane, a wound membrane and/or a pressure tube membrane.
  • the first membrane and the second membrane can be designed in any form, for example as a plate, cushion, tubular, capillary and/or wound membrane.
  • a wound design can also be implemented.
  • the first membrane and the second membrane designed as double membrane pockets, wound in a pressure pipe and/or pressure module.
  • multi-stage membranes each consisting of the first membrane and the second membrane can be arranged in a tubular or capillary module design in a pressure module and/or pressure reactor.
  • the first membrane and/or the second membrane is or are a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane and/or a nanofiltration membrane.
  • a "microfiltration membrane” is in particular a membrane with a pore size of > 0.1 gm.
  • a microfiltration membrane separates in particular a molecule size of > 500 kDa, such as bacteria, yeast and / or particles.
  • a transmembrane -Pressure of ⁇ 2 bar used.
  • An "ultrafiltration membrane” is in particular a membrane with a pore size in a range from 2 nm to 100 nm.
  • An ultrafiltration membrane separates in particular a molecular mass in a range from 5 kDa to 5,000 kDa, such as macromolecules and/or proteins.
  • a transmembrane pressure of 1 to 10 bar is used in particular.
  • a "nanofiltration membrane” is specifically a membrane with a pore size in a range of 1 nm to 2 nm.
  • a nanofiltration membrane specifically separates a molecular size of 0.1 kDa to 5 kDa, such as viruses and divalent ions.
  • a transmembrane pressure in a range from 3 to 20 bar is used.
  • reaction space is designed as a batch reactor and/or as a designed and/or operable to continuously flow through the reactor.
  • reaction space is designed as a batch reactor, after the reaction space has been charged once with reactive substance via the connection, the reactive substance and the reaction products that are formed are then circulated through the reaction space for almost complete mixing, or the reaction space is completely mixed, for example by means of a stirrer mixed, so that the concentration of micropollutants and the reaction products formed change over time within the reaction space.
  • the reaction space can be configured as a reactor with continuous flow, with a continuous inflow of reactive substance and outflow of reactive substance and/or reaction products formed, so that there are approximately constant concentrations over time.
  • the reaction space has in particular two connections for supplying and removing the reactive substances and thus continuous flow through the reaction space. Consequently, with continuous flow, the consumed reactive substances can be continuously replaced and the reaction products formed can also be continuously removed and sent for regeneration and/or further processing.
  • the device has a regenerating device for regenerating spent reactive substance or the device is assigned the regenerating device.
  • a "regenerating device” is, in particular, a device by which the loaded and / or used reactive substance can be restored and / or reused after the reaction with the micropollutants.
  • the regeneration device can, for example, restore the function of the reactive substance Irradiation, chemical oxidation, temperature change, an ion exchange and/or another chemical and/or physical reaction
  • the loaded surface of the reactive substance is converted back into an unloaded surface, for example by desorption.
  • the device has one or more reactive substances, wherein the reactive substance or several reactive substances is or are a dissolved, emulsified, dispersed, suspended and/or solid substance.
  • the reactive substance or the reactive substances are an oxidation, absorption, precipitation, coagulant, flocculant, an ion exchanger, a catalyst and/or a biogenic substance.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a basic principle of a membrane reactive device
  • FIG. 2 shows a highly schematic sectional view of a section of an embodiment of the membrane reactive device
  • FIG. 3 shows a highly schematic three-dimensional representation of a membrane reactive tube module reactor
  • FIG. 4 shows a cross section through a tubular element of the membrane-reactive tubular module reactor from FIG. 3
  • FIG. 5 shows a vertical section through a membrane-reactive parallel-plate module as a detail
  • FIG. 6 shows a section through the membrane-reactive parallel plate module in plan view
  • FIG. 7 shows a highly schematic cross section through a membrane reactive wound module in the unwound state
  • FIG. 8 shows a highly schematic vertical sectional view of the membrane reactive wound module in the unwound state
  • FIG. 9 shows a highly schematic cross section through an alternative membrane-reactive wound module in the unwound state
  • a membrane reactive device 101 has a coarse-pored UF membrane 105 and a fine-pored UF membrane 107 .
  • a reaction chamber 103 is formed between the coarse-pored UF membrane 105 and the fine-pored UF membrane 107 .
  • a raw liquid flow 109 containing micropollutants 119 enters the reaction chamber 103 through the coarse-pored UF membrane 105 under a pressure difference of approx. 1 bar transmembrane pressure, with particulate substances not shown being retained by the coarse-pored UF membrane 105, so that a pre-filtered raw liquid 111 in Reaction space 103 is present.
  • a pore size of the coarse-pored UF membrane 105 is such selected so that the micro-pollutants 119, which include drug residues, pass through the coarse-pored UF membrane 105 and enter the reaction chamber 103 (see FIG. 1).
  • a flow direction 117 of reactive substances 115 is aligned transversely to the raw liquid flow 109, which were introduced into the reaction chamber 103 via a connection, not shown in Figure 1, and are circulated through the reaction chamber 103 in the flow direction 117 by a pump, not shown.
  • the reactive substances 115 are the finest powdered activated carbon particles on which the micropollutants 119 adsorb. Due to the continuous flow of raw liquid 109, the liquid treated in the reaction chamber 103 is continuously pressed through the fine-pored UF membrane 107 under a pressure of approx -diaphragm 107 exits.
  • a membrane reactive device 201 is designed as a double membrane structure.
  • the reaction chamber is designed as a first drainage 203 between the coarse-pored UF membrane 205 and the fine-pored UF membrane 207 .
  • the raw liquid 211 which is pre-filtered in each case by means of the coarse-pored UF membrane 205, is circulated according to a flow direction 217 of the reactive substances through the first drainage 203 (reaction chamber) on both sides.
  • FIG. 2 only shows a section of the membrane reactive device 201, so that the circuit connection for flow through the first drainage 203 on both sides is not shown in FIG.
  • the raw liquid 211 pre-filtered through the coarse-pored UF membrane 205 enters the first drainage 203 (reaction chamber) and there comes into contact with the reactive substances (not shown), with the finest powdered activated carbon particles reacting as reactive substances with the micropollutants contained in the pre-filtered raw liquid.
  • the loaded with the micropollutants reactive substances are according to the Flow direction 217 of the reactive substances in the circuit through the first drainage 203. Due to a transmembrane pressure of approx.
  • the membrane reactive device is designed as a membrane reactive tube module reactor 301.
  • the membrane-reactive tubular module reactor 301 has a multiplicity of tubular membranes 306 on the inside (three tubular membranes 306 are shown only schematically in FIG. 3).
  • Each tube membrane 306 has a tube 302 inside with a surrounding UF membrane 305 .
  • the UF membrane 305 is surrounded by a UF drainage 303 which forms the reaction space.
  • the UF drainage 303 is in turn surrounded by the LF membrane 307, which is closed off by the LF drainage 327 on the outside.
  • raw water flows through each tubular membrane 306 from the inside to the outside.
  • the tubes 302 are cast in a casting plane 335 of the UF.
  • a second lower potting level 335 surrounds the tubes 302 in the lower part of the membrane reactive tubular module reactor 301.
  • the pipe liquid exits the pipes 302 from the inside through the surrounding UF membrane 305 and thus comes as pre-filtered raw liquid 311 into a space which is formed by the underside of the potting level 335 of the UF and the top of an upper potting level 337 of the NF, and in of the UF drainage 303 in contact with the reactive substances, which are pumped into the membrane reactive tubular module reactor 301 via the inflow 331 . Due to the upper casting level 337 of the NF, the mixture of pre-filtered raw liquid 311 and the reactive substances can only flow in one flow direction 317 along a longitudinal direction of the UF drainage 303 and thereby react with one another.
  • the reactive substances are retained by the NF membrane 307 and leave a space which is between a bottom of the lower potting level 335 of the UF and a top of a lower casting level 337 of the NF is formed, via an outlet 333 of the reactive substances, the membrane reactive tube module reactor 301.
  • the raw liquid exits the membrane reactive tubular module reactor 301 via a feed outlet 310 on the underside after the lower casting level 335 of the UF.
  • the pre-filtered raw liquid 311 is further filtered by means of the NF membrane 307 and a permeate formed enters through the NF drainage 327 into the permeate space 329 between the upper and lower casting level 337 of the NF and is discharged via a permeate flow 313 .
  • the membrane reactive device is configured as a membrane reactive parallel plate module 401 (FIG. 5 shows two parallel plate modules lying one on top of the other).
  • an NF drainage 427 is surrounded on the inside by a NF membrane 407 and the NF membrane 407 in turn by a UF drainage 403 as a reaction space and on the outside by the UF membrane 405, so that a plate module is formed, which is filled with raw liquid from the outside flows inwards.
  • the NF membrane 407 is cast at the end in a casting plane 437 of the NF and the respective NF drainage 427 is connected to a permeate outlet 413 .
  • the UF drainage 403 is connected to an inflow 431 of the reactive substances and the UF membrane 405 is cast at the end in a casting plane 435 of the UF.
  • the individual plate modules are through
  • Spacers 441 separated from each other, with between the Spacers 441 flow channels are formed for the feed inflow and outflow.
  • the membrane reactive pressure tube 501 has a perforated central tube 545 in the middle.
  • the NF membrane 507 is in each case designed as a membrane pocket carried by an internal permeate spacer 543 , with each permeate spacer 543 being fluidically connected to the perforated central tube 545 .
  • Each UF membrane 505 is also designed as a membrane pocket with an internal feed spacer 541 and is arranged evenly around the central tube 545 without contact. The flow through each UF membrane 505 is from the inside to the outside.
  • a reaction chamber spacer 547 is arranged on both sides around each UF membrane 505 (see Figure 7).
  • the pockets of the UF membranes 505 are cast on both sides in an upper encapsulation level 535 and a lower encapsulation level 537 and pierce the upper encapsulation level 535 upwards towards the feed inlet 509 and downwards towards the feed outlet 510, with the pockets of the UF membranes 505 resting on this both piercing sides are open.
  • the pockets of the NF membranes 507 are closed all around and end for fixing in the upper encapsulation level 535 and the lower encapsulation level 537 (see FIG. 8).
  • the raw water enters the membrane reactive pressure tube 501 through a feed supply 509, flows through the respective feed spacer 541 and is pre-filtered by UF membranes 505 .
  • the pre-filtered raw water 511 comes into contact with the reactive substances, which are fed to the membrane reactive pressure pipe 501 via the inflow 531 and leave it again via the outflow 533.
  • the reactive substances are retained by the NF membranes 507, while the permeate passes through the NF membranes 507 and through the permeate spacers 543 into the perforated central tube 545, from which the permeate via the permeate flow 513 on both sides of the central tube 545 the membrane reactive -Pressure pipe 501 exits.
  • the two-stage filtration and the reaction with the reactive substances are carried out in the same way as described above.
  • an NF membrane 607 is designed as a membrane pocket with internal permeate spacers 643 are also arranged directly on a perforated central tube 645.
  • the membrane pocket of the NF membrane 607 is completely encased by a UF membrane 605 with reaction chamber spacers 647 in between (FIG. 9).
  • the membrane pockets of the UF membranes 605 arranged on the outside are each separated from one another by feed spacers 641 arranged between them.
  • the UF membrane 605 penetrates with the reaction chamber spacers 647 both an upper encapsulation level 635 and a lower encapsulation level 537 (FIG. 10). Accordingly, the UF membrane 605 is open on these sides above the upper encapsulation level 635 and below the lower encapsulation level 637, so that reactive substances can flow into the interior between the UF membrane 605 and the NF membrane 607 via the inflow 631 through the reaction chamber spacers 647 flow in and out via an outlet 633 for the reactive substances from the membrane reactive pressure tube 601 .
  • the membrane pockets of the respective NF membrane 607 are sealed all around in the upper encapsulation level 635 and the lower encapsulation level 637 and are thus fixed.
  • the raw water with micropollutants enters the membrane reactive pressure pipe 601 from the side via a feed supply 609 and hits the outside of the UF membrane 605.
  • the respective UF membrane 605 flows through from the outside in and the pre-filtered Raw water is present in the space between the UF membrane 605 and the NF membrane 607 supported by the reaction space spacer 647 to which the reactive materials are supplied as described above.
  • the permeate passes through the internal NF membrane 607 and is discharged via the permeate spacer 634 to the perforated central tube 645 and through this on both sides to the permeate flow 613, while the reactive substances loaded with micropollutants penetrate the membrane reactive -Leave the pressure pipe 601 via the drain 633.
  • the two-stage filtration and the reaction with the reactive substances takes place analogously to that described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung einen Reaktionsraum und mindestens einen Anschluss zum Zuführen und/oder Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus dem Reaktionsraum aufweist, sodass die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff im Reaktionsraum reagierbar und/oder aus einer Flüssigkeit entfernbar sind, und der Reaktionsraum eine erste Membran und eine zweite Membran aufweist, wobei die erste Membran als Zulauf in den Reaktionsraum und die zweite Membran als Ablauf aus dem Reaktionsraum ausgebildet sind, sodass durch die erste Membran die zu behandelnde Flüssigkeit filtrierbar und in den Reaktionsraum einströmbar ist, die im Reaktionsraum mit dem Reaktivstoff behandelte Flüssigkeit durch die zweite Membran filtrierbar und aus dem Reaktionsraum ausströmbar ist, und die ausgeströmte, behandelte Flüssigkeit im Wesentlichen frei von Mikroschadstoffen ist.

Description

Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus
Flüssigkeiten
[01] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus Wasser oder anderen Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung einen Reaktionsraum und mindestens einen Anschluss zum Zuführen und/oder Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus dem Reaktionsraum aufweist, sodass die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff im Reaktionsraum reagierbar und/oder aus der Flüssigkeit entfernbar sind, und der Reaktionsraum eine erste Membran und eine zweite Membran aufweist.
[02] Die Entfernung von Mikroschadstoffen, wie beispielsweise Medikamentenrückstände und/oder schwer abbaubare organische Stoffe, stellen ein erhebliches Problem bei der Regenerierung oder Reinigung von Flüssigkeiten im Allgemeinen, besonders aber in der Trinkwasser-, Abwasser- und industriellen Wasseraufbereitung sowie bei der Wasserwiederverwendung dar. Um bestehende und zukünftige Grenz- und Richtwerte einzuhalten, sind verschiedene Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen und insbesondere Mikroschadstoffen bekannt. Hierzu wird beispielsweise die Membranfiltration mit reaktiven Prozessen, beispielsweise an partikulären oder immobilisierten Feststoffflachen, kombiniert. Dabei können reaktive Feststoffe, wie beispielsweise Absorber, Ionenaustauscher, Katalysatoren und ähnliche, in eine Membranfilterschicht selbst oder den Permeatraum des Membransystems eingebaut und/oder immobilisiert sein.
[03] Beispielsweise beschreibt die WO 2015/165988 Al ein Filterelement für ein Flüssigkeitsfilter, bei dem ein Filtervlies als Drainageelement zwischen zwei Filtermembranen mittels eines Klebevlies laminiert angeordnet ist. In das Filtervlies kann reaktives Material, wie Adsorbenzien und Ionenaustauscher, eingelagert und fixiert sein. Von Nachteil ist hierbei, dass das beladene reaktive Material im Filtervlies nicht ausreichend anströmbar und schwer einer effizienten Regeneration zugängig ist.
[04] Die DE 10 2018 009 597 Al offenbart eine Vorrichtung zur mehrfachen Änderung der Zusammensetzung eines Fluides, welche ein erstes Filtermodul, gefolgt von einem Verweilmodul mit Lamellen und einem zweiten Filtermodul aufweist. Das zu behandelnde Fluid tritt über einen Einlass des Retentatkanals in das erste Filtermodul ein, dessen erstes Filtermedium nur zum Eintritt von Versorgungsmedium in den Retentatkanal dient und dessen zweites Filtermedium einen gezielten Separationseffekt bewirkt, in dem nur bestimmte Bestandteile des Fluides das zweite Filtermedium passieren können. Der Hauptstrom des Fluids wird direkt dem Verweilmodul zugeführt. Das zweite Filtermodul nach dem Verweilzeitmodul dient dazu, einem Fluid als Produkt enthaltenes Vakzin durch das zweite Filtermedium des zweiten Filtermoduls zurückzuhalten, während die Verunreinigungen dieses passieren können. [05] Nachteilig bei immobilisierten reaktiven Feststoffe ist, dass diese im Laufe der Betriebszeit verbraucht werden und/oder sich erschöpfen, sodass die Entfernung von Mikroschadstoffen mit zunehmender Betriebszeit abnimmt. Zudem ist eine Regeneration der Eigenschaften der reaktiven Feststoffe in situ im immobilisierten Zustand nur in begrenztem Umfang oder überhaupt nicht wirtschaftlich möglich.
[06] Allgemein lässt sich eine Regeneration eines Reaktivstoffs in einem Membransystem nur mit sehr hohem Aufwand und hohen Kosten durchführen. Bei einigen Verfahren, wie beispielsweise dem Membranbelebungsverfahren, bei dem der Reaktivstoff direkt in die biologische Belebungsstufe eingebracht wird, ist eine Regeneration des Reaktivstoffes nur sehr schwer in situ möglich, da dieser von Bakterien bewachsen ist.
[07] Falls eine in situ-Regeneration eines Reaktivstoffes innerhalb eines Membransystems überhaupt möglich ist, so können die Regenerationsvorgänge nicht beliebig oft wiederholt werden, da es durch die Regenerationsvorgänge zur Schädigung der Langzeitstabilität des Membransystems kommen kann. So muss die Regeneration bei einigen Reaktivstoffen bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt werden, welche die im Membransystem verwendete Membran nicht aushält und dadurch geschädigt wird.
[08] Prinzipiell kann einem Membransystem als erste Behandlungsstufe auch eine Entfernung von Mikroschadstoffen als nachgeschaltete Behandlungsstufe nachgestellt werden. Hierzu kann beispielsweise der Membranfiltration eine Aktivkohleadsorberkolonne nachgeschaltet werden, über welche das Permeat der Membranfiltration geleitet wird. Nachteilig hierbei ist jedoch das aufwändige mehrstufige Verfahren, die größere Baugröße aufgrund getrennter Behandlungsstufen und die verfahrenstechnische Abstimmung der einzelnen Behandlungsstufen zueinander.
[09] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[10] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels eines Reaktivstoffes aus Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung einen Reaktionsraum und mindestens einen Anschluss zum Zuführen und/oder Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus dem Reaktionsraum aufweist, sodass die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff im Reaktionsraum reagierbar und/oder aus einer Flüssigkeit entnehmbar sind, und der Reaktionsraum eine erste Membran und eine zweite Membran aufweist, wobei die erste Membran als Zulauf in den Reaktionsraum und die zweite Membran als Ablauf aus dem Reaktionsraum ausgebildet sind, sodass durch die erste Membran die zu behandelnde Flüssigkeit filtrierbar und in den Reaktionsraum einströmbar ist, die im Reaktionsraum mit dem Reaktivstoff behandelte Flüssigkeit durch die zweite Membran filtrierbar und aus dem Reaktionsraum ausströmbar ist und die ausgeströmte, behandelte Flüssigkeit im Wesentlichen frei von Mikroschadstoffen ist. [11] Somit ist mittels der Vorrichtung eine Entfernung von Mikroschadstoffen durch einen, insbesondere fluiden, Reaktivstoff aus verunreinigten Flüssigkeiten, respektive verschmutztem Wasser in einem Reaktionsraum ermöglicht, wobei der Reaktionsraum zwischen einer ersten Membran und einer zweiten Membran ausgebildet ist. Es ist besonders vorteilhaft, dass die erste Membran als Zulauf und somit Einlauf der Rohflüssigkeit mit den enthaltenen Mikroschadstoffen in den Reaktionsraum ausgebildet ist, wodurch die Rohflüssigkeit vorfiltriert wird und anschließend die Mikroschadstoffe mit dem im Reaktionsraum vorliegenden Reaktivstoff oder -stoffen reagieren und/oder aus der vorfiltrierten Rohflüssigkeit entfernt werden.
[12] Bevorzugt wird hierbei der separate Reaktionsraum zwischen den beiden Membranen, (wahlweise Mikro-, Ultra oder Nanofiltrationsmembranen mit angepasster Porengröße/Selektivität), mit dem Reaktivstoff oder den Reaktivstoffen durchströmt, sodass der Reaktivstoff oder die Reaktivstoffe kontinuierlich ersetzt und/oder zusammen mit den gebildeten Reaktionsprodukten kontinuierlich entnommen werden kann oder können. Dadurch wird gleichzeitig eine in situ-Regeneration ermöglicht.
[13] Folglich wird eine einstufige Vorrichtung als Kombination eines Membransystems mit einem Behandlungsschritt mittels eines Reaktivstoffes bereitgestellt, welche eine ständige Erneuerung des Reaktivstoffes und/oder eine Ableitung der zwischen den Mikroschadstoffen und des Reaktivstoffes gebildeten Reaktionsproduktes erlaubt. Dazu weist der separate, abgegrenzte Reaktionsraum mindestens einen separaten hydraulischen Anschluss nach außen auf, um die Reaktivstoffe und/oder die Reaktionsprodukte separat von Feed und Permeat der Membranen zu- und/oder abzuführen. Bevorzugt weist der separate Reaktionsraum zwei Anschlüsse auf, sodass eine kontinuierliche Durchströmung des Reaktionsraums sowie eine Be- und/oder Entladung des Reaktionsraumes mit frischen und/oder verbrauchten Reaktivstoff ermöglicht ist.
[14] Somit wird ein einstufiges, modulares Membranfiltrationssystem mit integrierter Behandlung von Mikroschadstoffen mittels Reaktivstoff bereitgestellt.
[15] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass die Vorrichtung als kompakte zweistufige Membranfiltration mit integriertem, zwischengeschaltetem physikalischen und/oder chemischen Reaktionsraum ausgebildet ist und eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Be- und/oder Entladung des Reaktionsraums ermöglicht ist. Dadurch, dass die beiden Filtermembranen direkt den Zulauf und den Ablauf des Reaktionsraumes ausbilden, stellt die Vorrichtung eine kompakte, alleinige Behandlungsstufe dar.
[16] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[17] Unter „Membranfiltration" wird eine mechanische Trennung und/oder Reinigung von Stoffen durch Filtration durch eine Membran oder mehrere Membranen verstanden. Hierbei wird die durch die Membran zurückgehaltene Phase üblicherweise als Retentat und die durch die Membran durchtretende Phase als Permeat bezeichnet. [18] Bei „Flüssigkeit" handelt es sich insbesondere um Materie im flüssigen Aggregatzustand. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um eine anorganische und/oder organische Flüssigkeit, um Fruchtsaft und/oder Wasser handeln.
[19] Ein „Mikroschadstoff" (auch „Mikroverunreinigung" genannt) ist insbesondere ein sich in einer Flüssigkeit befindlicher, unerwünschter Stoff. Bei einem Mikroschadstoff handelt es sich insbesondere um einen mikroskopisch kleinen Stoff, welcher insbesondere in einer Konzentration von Nano- bis zu einigen Mikrogramm pro Liter Flüssigkeit vorliegt. Bei Mikroschadstoffen handelt es sich beispielsweise um Arzneimittelrückstande, Biozide, Haushaltschemikalien und andere Einsatzstoffe aus Gewerbe und Industrie. Mikroschadstoffe umfassen insbesondere verschiedene Stoffgruppen, wie beispielsweise Pflanzenschutzmittel, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, organische Chlorverbindungen, Weichmacher und viele andere synthetische chemische Verbindungen.
[20] Ein „Reaktivstoff" ist insbesondere ein Stoff, welcher mit einem Mikroschadstoff oder mehreren Mikroschadstoffen eine chemische und/oder physikalische Reaktion eingeht. Bei dieser Reaktion kann es zur Bildung von Reaktionsprodukten kommen. Ein Reaktivstoff dient insbesondere zur Entfernung von Mikroschadstoffen aus der Flüssigkeit. Prinzipiell kann der Reaktivstoff oder können auch mehrere Reaktivstoffe jeglichen Aggregat zustand, wie fest, flüssig und/oder gasförmig, aufweisen. Bei einem gasförmigen Reaktivstoff kann beispielsweise durch eine Oxidationsreaktion mit den Mikroschadstoffen eine Flockung und somit eine Zusammenlagerung der Mikroschadstoffe bewirkt werden. Bevorzugt handeln es sich bei den Reaktivstoffen um einen gelösten und/oder festen Stoff. Die Art des Reaktivstoffes, wie beispielsweise Oxidationsmittel, Adsorptionsmittel und/oder Ionenaustauscher, gibt die Art der Reaktion des Reaktivstoffes mit den Mikroschadstoffen und somit der Entfernung vor. Somit kann es sich bei der Reaktion der Reaktivstoffe mit den Mikroschadstoffen beispielsweise um eine Oxidations-, Adsorptions-, Fällungs-, Koagulations-, Flockungs-, Ionenaustauscher- und/oder um eine katalytische Reaktion handeln. Ebenso kann es sich bei dem Reaktivstoff um einen biogenen Stoff handeln, beispielsweise um mittels Pilz- und/oder Bakterienkultur hergestellte Enzyme oder ein biotechnologisches Produkt.
[21] Der „Reaktionsraum" ist insbesondere ein Raum, in welchem die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff oder den Reaktivstoffen reagieren und/oder aus der Flüssigkeit entfernt werden. Der Reaktionsraum ist räumlich insbesondere durch die erste Membran und die zweite Membran abgegrenzt. Zudem ist der Reaktivraum mit einem Anschluss zum Zuführen des Reaktivstoffes in den Reaktionsraum und/oder einem Anschluss zum Abführen des Reaktivstoffes aus dem Reaktionsraum verbunden oder wird durch diese räumlich begrenzt. Somit stellt der Reaktionsraum insbesondere eine Art von Behälter dar, wobei bevorzugt zwei Behälterwände durch die erste Membran und die zweite Membran ausgebildet werden. [22] Eine „Membran" ist insbesondere ein flächiges, teildurchlässiges Gebilde und weist somit Strukturen auf, welche zumindest für eine Komponente und/oder einen Stoff einer die Membran kontaktierenden Flüssigkeit permeable und für andere Komponenten und/oder Stoffe dagegen undurchlässig sind. Bei einer Membran kann es sich um eine poröse oder dichte Membran handeln. Membranen unterscheiden sich insbesondere in der Porengröße oder Molmasse der größten noch durchgelassenen Komponenten, dem Trennprinzip, der Selektivität, dem Filtrationsdruck und/oder weiteren Eigenschaften. Eine Membran kann insbesondere ein Polymer und/oder Keramik aufweisen,
[23] Unter einem „Membranmodul" (auch kurz „Modul" genannt) wird eine kontinuierlich angeströmte und/oder durchströmte Membrananordnung verstanden. Ein Membranmodul besitzt mindestens einen Zulauf oder Eingang für die zu trennende Flüssigkeit („Feed") und einen Ausgang und somit Ablauf für die durchgelassenen Komponenten und somit die behandelte Flüssigkeit („Permeat"). Des Weiteren kann das Membranmodul zusätzlich einen Ausgang für die zurückgehaltenen Komponenten („Retentat" oder „Konzentrat") aufweisen. Mehrere baugleiche Module können insbesondere in Reihe und/oder parallel verschaltet werden.
[24] Unter „im Wesentlichen frei von Mikroschadstoffen" wird insbesondere verstanden, dass die Konzentration an Mikroschadstoffen in der behandelten Flüssigkeit sehr niedrig, jedoch nicht Null sein muss, sondern beispielsweise auch über der Nachweisgrenze des für den jeweiligen Mikroschadstoff verwendeten Analyseverfahrens liegen kann. Die ausströmende, behandelte Flüssigkeit kann beispielsweise nicht komplett frei von Mikroschadstoffen sondern nur im Wesentlichen frei von Mikroschadstoffen sein, weil eine geringe Menge von Mikroschadstoffen aufgrund von Membranschlupf, Membranfouling, Membranalterung und/oder Membranzerstörung trotz des eigentlich vorgesehenen Membranrückhaltes dennoch die Membran passieren und somit in der behandelten Flüssigkeit vorliegen kann.
[25] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung weist die zweite Membran eine geringere Porengröße als die erste Membran derart auf, dass der Reaktivstoff im Reaktionsraum rückhaltbar ist.
[26] Somit verbleibt der beladene und/oder verbrauchte Reaktivstoff innerhalb des Reaktionsraumes, während die zu behandelnde Flüssigkeit über die erste Membran in den Reaktionsraum einströmt und über die zweite Membran die gereinigte, behandelte Flüssigkeit aus dem Reaktionsraum ausströmt. Dadurch werden die Verweilzeiten der Flüssigkeit und des Reaktivstoffes in der Vorrichtung entkoppelt.
[27] Die Art der ersten Membran und der zweiten Membran und damit die jeweiligen Eigenschaften, wie Porengröße, Trennschnitt und/oder Material, beispielsweise Keramikmembran oder polymere Membran, werden je nach Eigenschaften der zu entfernenden Mikroschadstoffe und eingesetzten Reaktivstoffe sowie der Rohflüssigkeitsqualität gewählt. Bevorzugt weist die erste Membran eine größere Porengröße als die zweite Membran auf und garantiert dadurch einen Kontakt der Reaktivstoffe mit im Wesentlichen partikelfreier Rohflüssigkeit, sodass die Reaktion der Reaktivstoffe im Reaktionsraum spezifisch mit den Mikroschadstoffen erfolgt. Es sind aber auch umgekehrte Fälle möglich, bei denen die Feinfiltration zuerst erfolgen muss, während die zur Reaktion bereitgestellten Reaktionsmittel gröber strukturiert sind und demzufolge nur eine grobporigere zweite Membran erfordern.
[28] Bevorzugt ist die Porengröße der ersten Membran derart gewählt, dass die Rohflüssigkeit mit einem Druck von circa 2-8 Bar in den Reaktionsraum einströmt. Dagegen weist die zweite Membran eine geringere Porengröße als die erste Membran auf, beispielsweise bei Ausgestaltung als Ultrafiltration eine Porengröße von kleiner dem Durchmesser der Reaktivstoffe entsprechend einer Molekülmasse von etwa 10-30 kDa auf. Dadurch wird ein Austritt der Reaktivstoffe durch die zweite Membran ins Permeat und somit ein Verlust der Reaktivstoffe verhindert und aufgrund des Rückhalts der Reaktivstoffe im Reaktionsraum eine Kreislaufführung und gezielte Regeneration ermöglicht.
[29] Unter „Porengröße" der jeweiligen Membran wird insbesondere die nominale Porengröße verstanden, welche das Maximum in der Porengrößenverteilung beschreibt. Die Porengröße gibt jedoch insbesondere nicht eine definierte Aussage über das Rückhaltevermögen der Membran. Dazu wird insbesondere die Ausschlussgrenze (auch Cut-Off) der Membran angegeben, welche die minimale Molekülmasse eines regulären Moleküls definiert, welches durch die Membran zu 90 % zurückgehalten wird. Die Porengröße der Membran kann insbesondere in einem Bereich von < 1 nm bis < 10 pm liegen. [30] Unter dieser Bedingung der Porengrößenabstufung können prinzipiell die Membrantypen Mikro-, Ultra- und Nanofiltrationsmembran als einsetzbar angesehen werden.
[31] Um jeweils direkt eine Wand des Reaktionsraums und somit den Zulauf der zu behandelnden Flüssigkeit in den Reaktionsraum und den Ablauf der behandelten Flüssigkeit aus dem Reaktionsraum auszubilden, sind die erste Membran an einer Seite des Reaktionsraums und die zweite Membran an einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Reaktionsraums angeordnet.
[32] Bevorzugt nehmen die erste Membran und/oder die zweite Membran flächig teilweise oder vollständig eine Seite und/oder Wand des Reaktionsraums ein. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die erste Membran und die zweite Membran direkt Wände, insbesondere gegenüberliegende Wände, des Reaktionsraumes ausbilden, sodass ein einfacher Aufbau und eine kompakte Baugröße realisierbar sind. Zudem können die Anschlüsse zum Zuführen und/oder zum Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus dem Reaktionsraum beispielsweise bei einem rechteckigen Reaktionsraum gegenüberliegend an den anderen beiden Wänden des Reaktionsraums angeordnet sein.
[33] Hierbei können die erste Membran und/oder die zweite Membran durch entsprechende Trägermaterialien für einen kompakten Doppelmembran-Aufbau und zur Ausbildung des dazwischen angeordneten Reaktionsraumes gehalten sein. Bevorzugt kann der Reaktionsraum mehrlagig beispielsweise unter Verwendung von Textilmaterial oder andere offenporige, leicht durchströmbare Materialien ausgebildet sein.
[34] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass eine Strömungsrichtung der Reaktivstoffe im Wesentlichen quer zu einer Einström- und/oder Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die erste und/oder zweite Membran ist.
[35] Somit kann das Einströmen der Rohflüssigkeit durch die erste Membran und das Ausströmen der behandelten Flüssigkeit durch die zweite Membran auf der gegenüberliegenden Seite zur ersten Membran in derselben Richtung erfolgen. Beispielweise erfolgt bei einer rechteckigen Ausführung des Reaktionsraums dann das Einströmen und Ausströmen der Reaktivstoffe quer zur Einström- und Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die Membranen auf den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen Reaktionsraumes. Durch eine geeignete Strömungsführung und Betriebseinstellung, kann dadurch verhindert werden, dass ein Ausströmen der Reaktivstoffe entgegen der Einströmrichtung in die Rohflüssigkeit erfolgt. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Diffusionsstrom der Reaktivstoffe kleiner als der Konvektionsstrom der zu behandelnden Flüssigkeit ist. Zudem kann auch durch eine Optimierung der Größe und/oder Partikelgröße der Reaktivstoffe sowie der gebildeten Reaktionsprodukte ein Auftreten von Fehlströmen verhindert oder ausgeschlossen werden. [36] Unter „im Wesentlichen quer" wird insbesondere verstanden, dass eine Strömungsrichtung des Reaktivstoffes nicht zwingend genau in einem Winkel von 90° zu einer Einström- und/oder Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die erste und/oder zweite Membran ausgerichtet ist, sondern die Strömungsrichtung kann auch einen Winkel aufweisen, der größer oder kleiner als 90° zur Einström- und/oder Ausströmrichtung der Flüssigkeit ist.
[37] Um die Vorrichtung optimal als Modul mit integriertem Reaktionsraum auszubilden, ist oder sind die erste Membran und/oder die zweite Membran eine getauchte Membran, insbesondere Plattenmembran, eine gewickelte Membran und/oder eine Druckrohrmembran.
[38] Prinzipiell sei herausgestellt, dass die erste Membran und die zweite Membran in jeglicher Form ausgestaltet sein können, beispielsweise als Platten-, Kissen-, Rohr-, Kapillar- und/oder Wickelmembran. Somit ist neben einer planaren Anordnung der ersten und der zweiten Membran, beispielsweise in Parallelplatten-Ausführung, auch eine gewickelte Ausführung realisierbar. Aufgrund der Druckverhältnisse kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die erste Membran und die zweite Membran ausgebildet als doppelte Membrantaschen gewickelt in einem Druckrohr und/oder -modul anzuordnen. Ebenso können jeweils Mehrstufenmembranen aus jeweils der ersten Membran und der zweiten Membran in einer Rohr- oder Kapillar-Modulausführung in einem Druckmodul und/oder Druckreaktor angeordnet sein. [39] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist oder sind die erste Membran und/oder die zweite Membran eine Mikrofiltrationsmembran, eine Ultrafiltrationsmembran und/oder eine Nanofiltrationsmembran.
[40] Eine „Mikrofiltrationsmembran" ist insbesondere eine Membran mit einer Porengröße von > 0,1 gm. Eine Mikrofiltrationsmembran trennt insbesondere eine Molekülgröße von > 500 kDa ab, wie beispielsweise Bakterien, Hefen und/oder Partikel. Bei einer Mikrofiltrationsmembran wird insbesondere ein Transmembran-Druck von < 2 Bar verwendet.
[41] Eine „Ultrafiltrationsmembran" ist insbesondere eine Membran mit einer Porengröße in einem Bereich von 2 nm bis 100 nm. Eine Ultrafiltrationsmembran trennt insbesondere eine Molekülmasse in einem Bereich vom 5 kDa bis 5.000 kDa, wie beispielsweise Makromoleküle und/oder Proteine, ab. Bei einer Ultrafiltrationsmembran wird insbesondere ein Transmembran-Druck von 1 bis 10 Bar verwendet.
[42] Eine „Nanofiltrationsmembran" ist insbesondere eine Membran mit einer Porengröße in einem Bereich von 1 nm bis 2 nm. Eine Nanofiltrationsmembran trennt insbesondere eine Molekülgröße von 0,1 kDa bis 5 kDa ab, wie beispielsweise Viren und zweiwertige Ionen. Bei einer Nanofiltrationsmembran wird insbesondere ein Transmembran- Druck in einem Bereich von 3 bis 20 Bar verwendet.
[43] Für einen optimalen Transport und/oder Stoffübergang ist der Reaktionsraum als Batch-Reaktor und/oder als kontinuierlich durchströmbarer Reaktor ausgebildet und/oder betreibbar .
[44] Bei einer Ausführung des Reaktionsraums als Batch- Reaktor werden nach einmaliger Beladung des Reaktionsraums mit Reaktivstoff über den Anschluss anschließend der Reaktivstoff und die sich bildenden Reaktionsprodukte im Kreislauf zur annähernden vollständigen Durchmischung durch den Reaktionsraum gefördert oder wird der Reaktionsraum beispielsweise mittels eines Rührers vollständig durchmischt, sodass sich die Konzentration der Mikroschadstoffe sowie der gebildeten Reaktionsprodukte über die Zeit innerhalb des Reaktionsraumes ändern. Ebenso kann der Reaktionsraum als kontinuierlich durchströmter Reaktor ausgebildet sein, mit einem kontinuierlichen Zustrom an Reaktivstoff und Abstrom an Reaktivstoff und/oder gebildetem Reaktionsprodukten, sodass annähernd konstante Konzentrationen über die Zeit vorliegen. Hierzu weist der Reaktionsraum insbesondere zwei Anschlüsse zum Zuführen und Abführen der Reaktivstoffe und somit kontinuierlichen Durchströmen des Reaktionsraumes auf. Folglich können bei kontinuierlicher Durchströmung entsprechend kontinuierlich die verbrauchten Reaktivstoffe ersetzt und ebenso die entstandenen Reaktionsprodukte kontinuierlich entnommen und einer Regeneration und/oder weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
[45] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Regeneriereinrichtung zum Regenerieren von verbrauchtem Reaktivstoff auf oder der Vorrichtung ist die Regeneriereinrichtung zugeordnet. [46] Somit kann im Falle einer Kreislaufführung als Batch- Reaktor und/oder als kontinuierlich durchströmter Reaktor eine in situ-Regenerierung der Reaktivstoffe mittels einer Regeneriereinrichtung realisiert werden. Folglich kann in einfacher Weise und mit geringem Aufwand eine Regeneration der sich in dem separaten Reaktionsraum befindenden Reaktivstoffe realisiert werden. Beispielsweise kann bei einer geschlossenen Kreislaufführung der Flüssigkeit und speziell von Wasser im Reaktionsraum eine Regeneration der Reaktivstoffe mittels UV-Bestrahlung erfolgen.
[47] Bei einer „Regeneriereinrichtung" handelt es sich insbesondere um eine Einrichtung, durch welche der beladene und/oder verbrauchte Reaktivstoff nach der Reaktion mit den Mikroschadstoffen wiederhergestellt und/oder wiederverwendet werden kann. Die Regeneriereinrichtung kann zur Wiederherstellung der Funktion des Reaktivstoffes beispielsweise eine Bestrahlung, chemische Oxidation, Temperaturänderung, einen Ionenaustausch und/oder eine andere chemische und/oder physikalische Reaktion verwenden. Bei einer Beladung des Reaktivstoffes wird beispielsweise durch Desorption die beladene Oberfläche des Reaktivstoffes wieder in eine unbeladene Oberfläche überführt.
[48] Um den Reaktivstoff innerhalb des Reaktionsraums zu halten und/oder direkt wiederzuverwenden, weist die Vorrichtung einen Reaktivstoff oder mehrere Reaktivstoffe auf, wobei der Reaktivstoff oder mehrere Reaktivstoffe ein gelöster, emulgierter, dispergierter, suspendierter und/oder fester Stoff ist oder sind. [49] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist der Reaktivstoff oder sind die Reaktivstoffe ein Oxidations- , Absorptions-, Fällungs-, Koagulations-, Flockungsmittel, ein Ionenaustauscher, ein Katalysator und/oder ein biogener Stoff.
[50] Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine stark schematische Darstellung eines Grundprinzips einer Membranreaktivvorrichtung,
Figur 2 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes einer Ausführungsform der Membranreaktivvorrichtung,
Figur 3 eine stark schematische dreidimensionale Darstellung eines Membranreaktiv- Rohrmodulreaktors,
Figur 4 einen Querschnitt durch ein Rohrelement des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors aus Figur 3, Figur 5 einen vertikalen Schnitt durch ein Membranreaktiv-Parallelplattenmodul als Ausschnitt,
Figur 6 einen Schnitt durch das Membranreaktiv- Parallelplattenmodul in Draufsicht, Figur 7 einen stark schematischen Querschnitt durch ein Membranreaktiv-Wickelmodul im ungewickelten Zustand,
Figur 8 eine stark schematische vertikale Schnittdarstellung des Membranreaktiv wickelmoduls im ungewickelten Zustand,
Figur 9 einen stark schematischen Querschnitt durch eine Alternative eines Membranreaktiv-Wickelmoduls im ungewickelten Zustand, und
Figur 10 eine stark schematische vertikale Schnittdarstellung der Alternative des Membranreaktiv-Wickelmoduls im ungewickelten Zustand.
[51] Eine Membranreaktivvorrichtung 101 weist eine grobporige UF-Membran 105 und eine feinporige UF-Membran 107 auf. Zwischen der grobporigen UF-Membran 105 und der feinporigen UF-Membran 107 ist ein Reaktionsraum 103 ausgebildet. Ein Rohflüssigkeitsstrom 109 enthaltend Mikroschadstoffe 119 tritt durch die grobporige UF-Membran 105 unter einer Druckdifferenz von ca. 1 Bar Transmembrandruck in den Reaktionsraum 103 ein, wobei nicht gezeigte partikuläre Stoffe von der grobporigen UF-Membran 105 zurückgehalten werden, sodass eine vorfiltrierte Rohflüssigkeit 111 im Reaktionsraum 103 vorliegt. Eine Porengröße der grobporigen UF-Membran 105 ist derart gewählt, dass die Mikroschadstoffe 119, bei denen es sich u.a. um Arzneimittelrückstände handelt, die grobporige UF- Membran 105 passieren und in den Reaktionsraum 103 eintreten (siehe Figur 1).
[52] Quer zum Rohflüssigkeitsstrom 109 ist eine Strömungsrichtung 117 von Reaktivstoffen 115 ausgerichtet, welche über einen in Figur 1 nicht gezeigten Anschluss in den Reaktionsraum 103 eingebracht wurden und über eine nicht gezeigte Pumpe im Kreislauf durch den Reaktionsraum 103 in Strömungsrichtung 117 gefördert werden. Bei den Reaktivstoffen 115 handelt es sich um feinste Pulveraktivkohlepartikel, an welcher die Mikroschadstoffe 119 adsorbieren. Aufgrund des kontinuierlichen Rohflüssigkeitsstroms 109 wird die im Reaktionsraum 103 behandelte Flüssigkeit unter einem Druck von ca. 6 Bar Transmembrandruck über der feinporigeren UF-Membran 107 kontinuierlich durch diese feinporige UF-Membran 107 gedrückt und somit weiter feinfiltriert, sodass ein Filtratstrom 113 aus der feinporigen UF-Membran 107 austritt. Hierbei sind der Rohflüssigkeitsstrom 109 und der Filtratstrom 113 aufgrund der gegenüberliegend angeordneten grobporigen UF-Membran 105 und der feinporigen UF-Membran 107 des Reaktionsraums 103 in eine gleiche Richtung ausgerichtet, während die Strömungsrichtung 117 der Reaktivstoffe 115 quer zum Rohwasserstrom 109 und Filtratstrom 113 ausgerichtet ist.
[53] In einer von mehreren möglichen Ausführungsformen ist eine Membranreaktivvorrichtung 201 als Doppelmembranaufbau ausgeführt. Hierbei ist eine feinporige UF-Membran 207 in Rohrform, aus welcher beidseitig ein Permeatstrom 213 aus einer zweiten Drainage 227 (Permeatraum) austritt, von einer grobporigen flächigen UF-Membran 205 umgeben. Zwischen der grobporigen UF-Membran 205 und der feinporigen UF-Membran 207 ist der Reaktionsraum als erste Drainage 203 ausgeführt. Die jeweils mittels der grobporigen UF-Membran 205 vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 wird entsprechend einer Strömungsrichtung 217 der Reaktivstoffe im Kreislauf durch die beidseitige erste Drainage 203 (Reaktionsraum) geführt. Die Figur 2 zeigt lediglich einen Ausschnitt der Membranreaktivvorrichtung 201, sodass die Kreislaufverbindung zur Durchströmung der beidseitigen ersten Drainage 203 in der Figur 2 nicht gezeigt ist.
[54] Auf einer Rohflüssigkeitsseite der grobporigen UF- Membran 205 ist jeweils ein Feedraum 221 mit einem ersten Rührer 223 und einem zweiten Rührer 225 angeordnet. Mittels des ersten Rührers 223 und des zweiten Rührer 225 strömt ein Rohwasser im Feedraum 221 optimal die grobporige UF-Membran 205 von außen an und von der grobporigen UF-Membran 205 im Feedraum 221 zurückgehaltene Partikel können sich nicht vor der grobporigen UF-Membran 205 anreichern und zu einer unerwünschten Kuchenbildung der Partikel führen. Die durch die grobporige UF-Membran 205 vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 tritt in die erste Drainage 203 (Reaktionsraum) ein und dort mit den nicht gezeigten Reaktivstoffen in Kontakt, wobei die feinsten Pulveraktivkohlpartikel als Reaktivstoffe mit den in der vorf iltrierten Rohflüssigkeit enthaltenen Mikroschadstoffen reagieren. Die mit den Mikroschadstoffen beladenen Reaktivstoffe werden entsprechend der Strömungsrichtung 217 der Reaktivstoffe im Kreislauf durch die erste Drainage 203 geführt. Die vorfiltrierte Rohflüssigkeit 211 tritt aufgrund eines Transmembran-Druckes von ca. 6 Bar über der feinporigen UF-Membran 207 in der ersten Drainage 203 durch diese feinporige UF-Membran 207 in die zweite Drainage 227 (Permeatraum) und verlässt beidseitig als Permeatstrom 213 die zweite Drainage 227. Hierbei weist die feinporige UF-Membran 207 eine Porengröße entsprechend 15 kDa auf, sodass die feinsten Pulveraktivkohlepartikel als Reaktivstoffe nicht durch die feinporige UF-Membran 207 hindurchtreten können, sondern in der ersten Drainage 203 und somit im Kreislauf verbleiben.
[55] Somit wird mittels der Membranreaktivvorrichtung 201 ein Doppelmembransystem mit unterschiedlicher Porengröße und zweifacher Filtration bereitgestellt, in welchem ein zwischengeschalteter Reaktionsraum zur Entfernung von Mikroschadstoffen mittels Reaktivstoffen integriert ist. Folglich ist in einer einzigen Behandlungsstufe sowohl eine zweistufige Filtration als auch eine weitergehende Aufreinigung zur Entfernung von Mikroschadstoffen realisiert .
[56] In einer Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 ausgestaltet. Der Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor 301 weist innenliegend eine Vielzahl von Rohrmembranen 306 auf (in Figur 3 sind nur schematisch drei Rohrmembranen 306 gezeigt). Jede Rohrmembran 306 weist innen ein Rohr 302 mit einer umgebende UF-Membran 305 auf. Die UF-Membran 305 ist von einer UF- Drainage 303, welche den Reaktionsraum ausbildet, umgeben. Die UF-Drainage 303 ist wiederum von der NF-Membran 307 umgeben, welche außenliegend von der NF-Drainage 327 abgeschlossen wird. Somit wird jede Rohrmembran 306 mit Rohwasser von innen nach außen durchströmt.
[57] Im oberen Teil des Membranreaktiv-Rohrmodulreaktors 301 sind die Rohre 302 in einer Vergussebene 335 der UF eingegossen. Ebenso umgibt eine zweite untere Vergussebene 335 die Rohre 302 im unteren Teil des Membranreaktiv- Rohrmodulreaktors 301. Dadurch kann ein Rohflüssigkeitsstrom über eine umliegende Feedzufuhr 309 oben am Membranreaktiv- Rohrmodulreaktor 301 nur durch das Innere des jeweiligen Rohrs 302 fließen, da eine umgebende Wand des Membranreaktiv- Rohrmodulreaktors 301 innenliegend zusammen mit der Vergussebene 335 der UF einen Feedraum 321 ausbilden. Die Rohrflüssigkeit tritt von innen aus den Rohren 302 durch die umgebenden UF-Membran 305 und kommt somit als vorfiltrierte Rohflüssigkeit 311 in einen Raum, welcher durch die Unterseite der Vergussebene 335 der UF und der Oberseite einer oberen Vergussebene 337 der NF ausgebildet wird, und in der UF-Drainage 303 mit den Reaktivstoffen in Kontakt, welche über den Zufluss 331 in den Membranreaktiv- Rohrmodulreaktor 301 reingepumpt werden. Aufgrund der oberen Vergussebene 337 der NF kann das Gemisch aus vorfiltrierter Rohflüssigkeit 311 und den Reaktivstoffen nur in einer Strömungsrichtung 317 entlang einer Längsrichtung der UF- Drainage 303 fließen und dabei miteinander reagieren. Die Reaktivstoffe werden von der NF-Membran 307 zurückgehalten und verlassen einen Raum, welcher zwischen einer Unterseite der unteren Vergussebene 335 der UF und einer Oberseite einer unteren Vergussebene 337 der NF ausgebildet ist, über einen Abfluss 333 der Reaktivstoffe den Membranreaktiv- Rohrmodulreaktor 301.
[58] Die Rohflüssigkeit tritt unterseitig nach der unteren Vergussebene 335 der UF aus dem Membranreaktiv- Rohrmodulreaktor 301 über einen Feedabfluss 310 aus. Die vorfiltrierte Rohflüssigkeit 311 wird mittels der NF-Membran 307 weiter filtriert und ein gebildetes Permeat tritt durch die NF-Drainage 327 in den Permeatraum 329 zwischen der oberen und der unteren Vergussebene 337 der NF ein und wird über einen Permeatfluss 313 abgeführt.
[59] In einer weiteren Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv- Parallelplattenmodul 401 ausgestaltet (Fig. 5 zeigt zwei übereinanderliegende Parallelplattenmodule ). Hierbei ist innenliegend eine NF-Drainage 427 von einer NF-Membran 407 und die NF-Membran 407 wiederum von einer UF-Drainage 403 als Reaktionsraum und außen von der UF-Membran 405 umgeben, sodass ein Plattenmodul ausgebildet ist, welches mit Rohflüssigkeit von außen nach innen durchströmt wird. Die NF-Membran 407 ist jeweils endständig in einer Vergussebene 437 der NF vergossen und die jeweilige NF-Drainage 427 mit einem Permeatabfluss 413 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite ist jeweils die UF-Drainage 403 mit einem Zufluss 431 der Reaktivstoffe verbunden und die UF- Membran 405 ist endständig in einer Vergussebene 435 der UF vergossen. Die einzelnen Plattenmodule sind durch
Abstandshalter 441 voneinander getrennt, wobei zwischen den Abstandshaltern 441 Strömungskanäle für den Feed-Zufluss und Abfluss ausgebildet sind.
[60] Das Membranreaktiv-Parallelplattenmodul 401 weist umlaufend einen Vergussring 439 auf (siehe Figur 6), in welchen eine Feedzufuhr 409 und ein Feedabfluss 410 eingebettet sind. Der Zufluss 431 der Reaktivstoffe erfolgt endständig durch Rohre in die UF-Drainage 405 und der Abfluss 433 der Reaktivstoffe ebenfalls endständig im Bereich der Vergussebene 435 aufgrund einer entsprechenden Strömungsführung entlang der jeweiligen Plattenmembran. Gegenüberliegend sind endständig im Bereich der Vergussebene 437 der NF mehrere Rohre für den Permeatabfluss 413 angeordnet. Die Membranfiltration mittels der UF-Membran 405, die Reaktion mit den Reaktivstoffen in der UF-Drainage 403 und die weitere Feinfiltration mittels der NF-Membran 407 erfolgt analog wie oben beschrieben.
[61] In einer weiteren Alternative ist die Membranreaktivvorrichtung als Membranreaktiv-Druckrohr
(Wickelmodul) 501 ausgebildet. Das Membranreaktiv-Druckrohr 501 weist mittig ein perforiertes Zentralrohr 545 auf. Die NF-Membran 507 ist jeweils als Membrantasche getragen durch einen innenliegenden Permeatspacer 543 ausgebildet, wobei jeder Permeatspacer 543 mit dem perforierten Zentralrohr 545 fluidtechnisch verbunden ist. Jede UF-Membran 505 ist ebenfalls als Membrantasche mit einem innenliegend Feedspacer 541 ausgebildet und gleichmäßig ohne Kontakt um das Zentralrohr 545 angeordnet. Jede UF-Membran 505 wird von innen nach außen durchströmt. Um jede UF-Membran 505 ist beidseitig jeweils ein Reaktionsraum-Spacer 547 angeordnet (siehe Figur 7). Die Taschen der UF-Membranen 505 sind beidseitig in einer oberen Vergussebene 535 und einer unteren Vergussebene 537 eingegossen und durchstoßen die obere Vergussebene 535 nach oben zur Feedzufuhr 509 hin und nach unten zum Feedabfluss 510 hin, wobei die Taschen der UF- Membranen 505 auf diesen beiden durchstoßenden Seiten offen sind. Die Taschen der NF-Membranen 507 sind rundherum verschlossen und enden zur Fixierung in der oberen Vergussebene 535 und der unteren Vergussebene 537 (siehe Fig. 8).
[62] Das Rohwasser tritt durch eine Feedzufuhr 509 in das Membranreaktiv-Druckrohr 501 ein, fließt durch die jeweiligen Feedspacer 541 und wird durch UF-Membranen 505 vorfiltriert . Das vorfiltrierte Rohwasser 511 gelangt in einem Raum zwischen der oberen Vergussebene 535 und der unteren Vergussebene 537 in Kontakt mit den Reaktivstoffen, welche über den Zufluss 531 dem Membranreaktiv-Druckrohr 501 zugeführt werden und diesen über den Abfluss 533 wieder verlassen. Die Reaktivstoffe werden wie oben beschrieben durch die NF-Membranen 507 zurückgehalten, während das Permeat durch die NF-Membranen 507 durchtritt und durch die Permeatspacer 543 in das perforierte Zentralrohr 545 gelangen, aus welchem das Permeat über den Permeatfluss 513 beidseitig des Zentralrohrs 545 das Membranreaktiv-Druckrohr 501 verlässt. Die zweistufige Filtration und die Reaktion mit den Reaktivstoffen erfolgen analog wie oben beschrieben.
[63] In einer weiteren Alternative des als Wickelmodul ausgebildeten Membranreaktiv-Druckrohres 601 ist eine NF- Membran 607 jeweils ausgebildet als Membrantasche mit innenliegenden Permeatspacern 643 ebenfalls direkt an einem perforierten Zentralrohr 645 angeordnet. Die Membrantasche der NF-Membran 607 wird hier jedoch komplett von einer UF- Membran 605 mit dazwischenliegenden Reaktionsraum-Spacern 647 umhüllt (Figur 9). Die Membrantaschen der außen angeordneten UF-Membranen 605 sind durch dazwischen angeordnete Feedspacer 641 jeweils voneinander getrennt.
[64] Die UF-Membran 605 durchstößt mit den Reaktionsraum- Spacern 647 sowohl eine obere Vergussebene 635 als auch eine untere Vergussebene 537 (Figur 10). Dementsprechend ist die UF-Membran 605 jeweils an diesen Seiten oberhalb der oberen Vergusseben 635 und unterhalb der unteren Vergussebene 637 offen, sodass über den Zufluss 631 Reaktivstoffe in den Innenraum zwischen UF-Membran 605 und NF-Membran 607 getragen durch die Reaktionsraum-Spacer 647 hineinfließen und über einen Abfluss 633 für die Reaktivstoffe aus dem Membranreaktiv-Druckrohr 601 hinausfließen. Die Membrantaschen der jeweiligen NF-Membran 607 sind rundum geschlossen in der oberen Vergussebene 635 und der unteren Vergussebene 637 vergossen und somit fixiert.
[65] Das Rohwasser mit Mikroschadstoffen tritt in dieser Ausführungsform seitlich über eine Feedzufuhr 609 in das Membranreaktiv-Druckrohr 601 ein und trifft auf die Außenseite der UF-Membran 605. Somit wird die jeweilige UF- Membran 605 von außen nach innen durchströmt und das vorfiltrierte Rohwasser liegt im Raum zwischen der UF- Membran 605 und der NF-Membran 607 getragen durch die Reaktionsraum-Spacer 647 vor, zu welchem wie oben beschrieben die Reaktivstoffe zugeführt werden. Aus diesem Raum zwischen der UF-Membran 605 und der NF-Membran 607 tritt das Permeat durch die innenliegende NF-Membran 607 und wird über die Permeatspacer 634 zum perforierten Zentralrohr 645 und durch dieses beidseitig zum Permeatfluss 613 abgeführt, während die mit Mikroschadstoffen beladenen Reaktivstoffe das Membranreaktiv-Druckrohr 601 über den Abfluss 633 verlassen. Hierbei erfolgt die zweistufige Filtration und die Reaktion mit den Reaktivstoffen analog wie oben beschrieben.
Bezugszeichenliste
101 Membranreaktivvorrichtung 103 Reaktionsraum 105 grobporige UF-Membran 107 feinporige UF-Membran 109 Rohflüssigkeitsstrom 111 vorfiltriertes Rohwasser 113 Filtratstrom 115 Reaktivstoffe
117 Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
119 Mikroschadstoffe
201 Membranreaktivvorrichtung
203 erste Drainage (Reaktionsraum)
205 grobporige UF-Membran 207 feinporige UF-Membran 211 vorfiltrierte Rohflüssigkeit 213 Permeatstrom
217 Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
221 Feedraum
223 erster Rührer
225 zweiter Rührer
227 zweite Drainage (Permeatraum)
301 Membranreaktiv-Rohrmodulreaktor
302 Rohr
303 UF-Drainage (Reaktionsraum)
305 UF-Membran 307 NF-Membran
306 Rohrmembran
309 Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
310 Feedabfluss 311 vorfiltrierte Rohflüsigkeit 313 Permeatabfluss
317 Strömungsrichtung der Reaktivstoffe
321 Feedraum
327 NF-Drainage
329 Permeatraum
331 Zufluss Reaktivstoffe
333 Abfluss Reaktivstoffe
335 Vergussebene UF
337 Vergussebene NF
401 Membranreaktiv-Parallelplattenmodul 403 UF-Drainage (Reaktionsraum)
405 UF-Membran 407 NF-Membran
409 Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
410 Feedabfluss 413 Permeatabfluss 427 NF-Drainage
431 Zufluss Reaktivstoffe
433 Abfluss Reaktivstoffe
435 Vergussebene UF
437 Vergussebene NF
439 Vergussring
441 Abstandshalter
501 Membranreaktiv-Druckrohr
505 UF-Membran
507 NF-Membran
509 Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
510 Feedabfluss
511 vorfiltriertes Rohwasser 513 Permeatabfluss
531 Zufluss Reaktivstoffe
533 Abfluss Reaktivstoffe
535 Vergussebene
537 Vergussebene
541 Feedspacer
543 Permeatspacer
545 Zentralrohr
547 Reaktionsraum-Spacer
601 Membranreaktiv-Druckrohr
605 UF-Membran
607 NF-Membran
609 Feedzufuhr (Rohwasserstrom)
610 Feedabfluss
613 Permeatabfluss
631 Zufluss Reaktivstoffe
633 Abfluss Reaktivstoffe
635 Vergussebene
637 Vergussebene
641 Feedspacer
643 Permeatspacer
645 Zentralrohr
647 Reaktionsraum-Spacer

Claims

Patentansprüche:
1.Vorrichtung (101, 201, 301, 401, 501, 601) zur
Membranfiltration und zur Entfernung von Mikroschadstoffen
(119) mittels eines Reaktivstoffes (115) aus Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung einen Reaktionsraum (103, 203, 303,
403) und mindestens einen Anschluss zum Zuführen und/oder Abführen des Reaktivstoffes in und/oder aus den Reaktionsraum aufweist, sodass die Mikroschadstoffe mit dem Reaktivstoff im Reaktionsraum reagierbar und/oder aus einer Flüssigkeit entfernbar sind, und der Reaktionsraum eine erste Membran (105, 205, 305, 405, 505, 605) und eine zweite Membran (107, 207, 307, 407, 507, 607) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (105, 205, 305, 405, 505, 605) als Zulauf in den Reaktionsraum und die zweite
Membran (107, 207, 307, 407, 507, 607) als Ablauf aus dem
Reaktionsraum ausgebildet sind, sodass durch die erste Membran die zu behandelnde Flüssigkeit filtrierbar und in den Reaktionsraum (103, 203, 303, 403) einströmbar ist, die im Reaktionsraum mit dem Reaktivstoff behandelte Flüssigkeit durch die zweite Membran filtrierbar und aus den Reaktionsraum ausströmbar ist und die ausgeströmte, behandelte Flüssigkeit im Wesentlichen frei von Mikroschadstoffen ist.
2.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran eine geringere Porengröße als die erste Membran derart aufweist, dass der Reaktivstoff im Reaktionsraum zurückhaltbar ist.
3.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran an einer Seite des Reaktionsraums und die zweite Membran an einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Reaktionsraums angeordnet sind.
4.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass eine Strömungsrichtung (117, 217, 317) des
Reaktivstoffes im Wesentlichen quer zu einer Einström- und/oder Ausströmrichtung der Flüssigkeit durch die erste und/oder zweite Membran ist.
5.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran und/oder die zweite Membran eine getauchte Membran, insbesondere
Plattenmembran, eine gewickelte Membran und/oder eine Druckrohrmembran ist oder sind.
6.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran und/oder die zweite Membran eine Mikrofiltrationsmembran, eine
Ultrafiltrationsmembran (205, 207, 305, 405, 505, 605) und/oder eine Nanofiltrationsmembran (307, 407, 507, 607) ist oder sind.
7.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum als Batch-Reaktor und/oder als kontinuierlich durchströmbarer Reaktor ausgebildet und/oder betreibbar ist.
8.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine
Regeneriereinrichtung zum Regenerieren von verbrauchten Reaktivstoff aufweist oder der Vorrichtung die Regeneriereinrichtung zugeordnet ist.
9.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Reaktivstoff oder mehrere Reaktivstoffe aufweist, wobei der Reaktivstoff oder mehrere Reaktivstoffe ein gelöster, emulgierter, dispergierter, suspendierter und/oder fester Stoff ist oder sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivstoff oder die Reaktivstoffe ein Oxidations-, Adsorptions-, Fällungs-, Koagulations-, Flockungsmittel, ein Ionenaustauscher, ein Katalysator und/oder ein biogener Stoff ist oder sind.
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