WO2024003696A1 - Apparatus and method for treating water - Google Patents
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Abstract
Disclosed is an apparatus (2) for treating water, comprising: - an inlet (4) for supplying the water to be treated, - a sedimentation device (6) downstream of the inlet (4) for sedimentation of suspended solids out of the water to be treated, wherein the sedimentation device (6) comprises at least - an enrichment path (8) for enriching the water to be treated with a coagulant (10) and - a regulation path (18), downstream of the enrichment path (8), for introducing a regulation means (22) that adjusts the pH of the water to be treated, and - a filter device (28), downstream of the sedimentation device (6), having a filter medium (30) which is mounted, in a direction at an angle to the direction of flow of the water to be treated through the filter device (28), so as to be movably driven, and - a reverse-osmosis device (40), downstream of the filter device (28), for advanced cleaning of the water to be treated.
Description
Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Wasser Device and method for treating water
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Wasser. The present invention relates to a device and a method for treating water.
In einer mehrstufigen Wasseraufarbeitung kann eine Sedimentierungseinrichtung sowohl die Verminderung und/oder Entfernung an Härtebildnern, insbesondere von Calciumionen, ermöglichen, als auch zu einer Verminderung von TOC (gesamter organischer Kohlenstoff) in Trinkwasser führen. Dieses zweistufige Vorgehen ist zwar bekannt, allerdings bei der Wasseraufarbeitung nicht die Standardvorgehensweise und normalerweise widersprüchlich, da die TOC-Reduzierung durch einen geringen pH-Wert typischerweise zwischen 4, 0-7, 3 erreicht wird und die Reduzierung an Härtebildnern typischerweise bei höheren pH-Werten zwischen 9,5-11,5 erreicht werden kann. Die Anwesenheit von TOCs wirkt zudem als Inhibitor beim Ausfällen von Calcium. In a multi-stage water treatment, a sedimentation device can enable both the reduction and/or removal of hardness formers, in particular calcium ions, and also lead to a reduction in TOC (total organic carbon) in drinking water. Although this two-stage procedure is known, it is not the standard procedure for water treatment and is usually contradictory, since the TOC reduction is typically achieved at a low pH value between 4.0-7.3 and the reduction in hardness formers is typically achieved at higher pH values. Values between 9.5-11.5 can be achieved. The presence of TOCs also acts as an inhibitor in the precipitation of calcium.
Bei Ausführen dieses speziellen Verfahrens werden typischerweise umfangreiche Folgeschritte benötigt, welche die Dimensionierung der Anlage nahezu ungeeignet für den Einsatz von 50 EWs (Einwohnerwerte) bis 1000 EWs macht. Derartige Angaben werden unter anderem zur
Spezifizierung von Kleinkläranlagen, gemäß DIN EN 12566 (Al-Fassung aus 2003) und DWA-A 222 genutzt. When carrying out this special process, extensive subsequent steps are typically required, which makes the dimensioning of the system almost unsuitable for the use of 50 PE (population values) to 1000 PE. Such information is used, among other things Specification of small sewage treatment plants, used in accordance with DIN EN 12566 (Al version from 2003) and DWA-A 222.
Hier werden typischerweise für die Aufarbeitung von Haushaltsabwässer Fettabscheider und/oder Kleinkläranlagen eingesetzt, welche für diese Art von Abwässern ein zufriedenstellendes Ergebnis liefern. Grease separators and/or small sewage treatment plants are typically used to treat household wastewater, which deliver satisfactory results for this type of wastewater.
Anders sieht es im Anwendungsfeld der Systemgastronomie aus, in welchem die Schmutzfracht pro Kubikmeter Wasser wesentlich höher ist als bei herkömmlichen Haushaltsabwässern. Hier stoßen Kleinkläranlagen und/oder Fettabscheider an ihre Grenzen. Zugleich gibt es seitens der Abwasserentsorgungseinrichtungen oder Kanalbetreiber Vorgaben für eine maximale Schmutzlast auch für diese Art der Abwässer. The situation is different in the field of system catering, in which the dirt load per cubic meter of water is significantly higher than with conventional household wastewater. This is where small sewage treatment plants and/or grease separators reach their limits. At the same time, wastewater disposal facilities or sewer operators have specifications for a maximum dirt load for this type of wastewater.
Wasseraufbereitungsanlagen für dieses Einsatzgebiet sind kaum bekannt, insbesondere im Anwendungsfall der Systemgastronomie liegen Problemstellungen wie ein geringer Bauraumbedarf als auch eine geringe Zahl an Wartungszyklen im Fokus, welche durch großtechnische Anlagen bislang nur unzureichend gelöst sind. Water treatment systems for this area of application are hardly known, especially in the system catering application, the focus is on problems such as a small installation space requirement and a small number of maintenance cycles, which have so far only been inadequately solved by large-scale systems.
Ausgehend von dieser Vorbetrachtung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage zur Wasseraufarbeitung für Abwässer mit hoher Schmutzfracht bereitzustellen, welche sich durch einen kompakten Aufbau und durch einen nahezu wartungsfreien Betrieb bei möglichst hoher Reinigungseffizienz auszeichnet. Based on this preliminary consideration, the object of the present invention is to provide a system for water treatment for wastewater with a high dirt load, which is characterized by a compact structure and almost maintenance-free operation with the highest possible cleaning efficiency.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The task is solved by the features of the independent claims. Preferred further developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Wasser: According to one aspect of the invention, a device according to the invention for treating water comprises:
- einen Zulauf zum Zuführen des zu behandelnden Wassers, - an inlet for supplying the water to be treated,
- einen sich an den Zulauf anschließende Sedimientierungseinrichtung zur Sedimentierung von Schwebstoffen aus dem zu behandelnden Wasser, wobei die Sedimentierungseinrichtung zumindest
-einen Anreicherungspfad zum Anreichern des zu behandelnden Wassers mit einem Koagulanten und - a sedimentation device adjoining the inlet for sedimentation of suspended matter from the water to be treated, the sedimentation device being at least -an enrichment path for enriching the water to be treated with a coagulant and
-einen sich an den Anreicherungspfad anschließenden Regulierungspfad zum Einbringen eines den pH-Wert des Wassers einstellenden Regulierungsmittels aufweist, und eine sich an die Sedimentierungseinrichtung anschließende Filtereinrichtung mit einem Filtermedium, das in einer Richtung winklig zur Fließrichtung des zu behandelnden Wassers durch die Filtereinrichtung beweglich angetrieben gelagert ist, und -a regulating path adjoining the enrichment path for introducing a regulating agent which adjusts the pH value of the water, and a filter device adjoining the sedimentation device with a filter medium which is mounted in a movably driven manner in a direction at an angle to the flow direction of the water to be treated through the filter device is and
- eine sich an die Filtereinrichtung anschließende Umkehrosmoseeinrichtung zur weitergehenden Filterung des Wassers. - A reverse osmosis device connected to the filter device for further filtering of the water.
Bereits die Sedimentierungseinrichtung zeichnet sich durch einen hohen Reinigungsgrad aus, da sie die Verringerung von Härtebildnern, wie Calciumverbindungen, durch Zugabe des Regulierungsmittels einerseits und zugleich eine Verringerung des TOC-Gehalts durch Zugabe des Koagulanten in einer einzigen Einrichtung erreicht. Dabei wird die Sedimentation durch die Kompaktierung der gebildeten Flocken durch Ausbildung einer Hydroxid-Spezies unterstützt. Dabei ändert sich die spezifische Dichte der vom Koagulant gebildeten Flocken. The sedimentation device is already characterized by a high degree of cleaning, as it achieves the reduction of hardness formers, such as calcium compounds, by adding the regulating agent on the one hand and, at the same time, a reduction in the TOC content by adding the coagulant in a single device. The sedimentation is supported by the compaction of the flakes formed through the formation of a hydroxide species. The specific density of the flakes formed by the coagulant changes.
Dabei kann sich an den Regulierungspfad ein Flockungspfad anschließen, in welchem nach der Zugabe des Regulierungsmittels, typischerweise einer Base, insbesondere einer Natronlauge, eine Fällung initiiert wird. Als Sedimentierungsanlage kann insbesondere ein Lamellenschrägklärer eingesetzt werden. The regulation path can be followed by a flocculation path, in which precipitation is initiated after the addition of the regulation agent, typically a base, in particular a sodium hydroxide solution. In particular, an inclined lamella clarifier can be used as a sedimentation system.
Die Sedimentationsanlage kann optional durch eine Gaseinleitung zur Durchmischung des Regulierungsmittels und des Koagulanten mit dem Abwasser ergänzt werden. Allerdings kann auch ein herkömmlicher Lamellenschrägklärer ohne Gaseinleitung zur Sedimentation eingesetzt werden. The sedimentation system can optionally be supplemented by a gas inlet to mix the regulating agent and the coagulant with the wastewater. However, a conventional slat clarifier can also be used for sedimentation without gas introduction.
Die Lamellen ermöglichen dabei eine definiertere Unterteilung der jeweiligen Pfade innerhalb eines Gehäuses derThe slats enable a more defined subdivision of the respective paths within a housing
Sedimentierungseinrichtung in verschiedene Abschnitte und vergrößern
zugleich die effiziente Klärfläche zur Sedimentation nach der erfolgten Fällung. Sedimentation device into different sections and enlarge at the same time the efficient clarifying area for sedimentation after precipitation.
Trotz der Sedimentation können noch Schwebstoffe oder andere feinverteilte Feststoffe innerhalb des Wassers beim Verlassen der Sedimentierungseinrichtung vorhanden sein. Dies können einerseits nicht vom Koagulant gebundene Partikel sein oder auch kleinere von Koagulant und Regulierungsmittel gebildete Feststoffteilchen, welche noch nicht zu größeren Einheiten agglomeriert sind. Despite sedimentation, suspended matter or other finely divided solids may still be present within the water when it leaves the sedimentation device. On the one hand, these can be particles that are not bound by the coagulant or smaller solid particles formed by the coagulant and regulating agent that have not yet agglomerated into larger units.
An dieser Stelle weist die angegebene Vorrichtung eine Filtereinrichtung mit einem beweglich gelagerten Filtermedium auf. Die Bewegung des Filtermediums erfolgt in einer Richtung winklig zur Fließrichtung des zu behandelnden Wassers durch die Filtereinrichtung. Dies kennt der Fachmann als dynamische Querstromfiltration, kurz DCF, bei welcher das Filtermedium gegenüber dem zu behandelnden Wasser bewegt wird. Rotiert das Filtermedium um eine Drehachse, so wird dies als rotatations-dynamische Querstromfiltration bezeichnet. Der Einsatz dieser Form der Querstromfiltration ermöglicht eine effiziente Entfernung einer großen Zahl an Partikeln aus dem Wasser. Sie ist zugleich kompakt und kann insbesondere durch eine Rückimpuls-Vorrichtung selbstreinigend und damit nahezu wartungsfrei betrieben werden. At this point, the specified device has a filter device with a movably mounted filter medium. The movement of the filter medium takes place in a direction at an angle to the flow direction of the water to be treated through the filter device. The expert knows this as dynamic cross-flow filtration, or DCF for short, in which the filter medium is moved relative to the water to be treated. If the filter medium rotates around an axis of rotation, this is referred to as rotation-dynamic cross-flow filtration. Using this form of cross-flow filtration allows for the efficient removal of large numbers of particles from the water. At the same time, it is compact and can be operated in a self-cleaning and therefore almost maintenance-free manner, in particular thanks to a return impulse device.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Anordnung dieser Filtereinrichtung zwischen der Sedimentationseinrichtung und einer nachgelagerten Umkehrosmoseeinrichtung ein Verblocken der Umkehrosmoseeinrichtung verhindert, was andernfalls aufgrund des Partikelgehalts des Wassers nach der Sedimentationseinrichtung zu kurzen Wartungsintervallen der Anlage führt. It has surprisingly been shown that the arrangement of this filter device between the sedimentation device and a downstream reverse osmosis device prevents the reverse osmosis device from blocking, which would otherwise lead to short maintenance intervals for the system due to the particle content of the water downstream of the sedimentation device.
Dabei zeichnet sich die dynamische Querstromfiltration auch durch ihren kompakten Gesamtaufbau auf, was von Vorteil für das eingangs genannte Anwendungsgebiet bei geringen Einwohnerwerten ist, zum Beispiel in Schnellrestaurants und dergleichen. Dynamic cross-flow filtration is also characterized by its compact overall structure, which is an advantage for the application area mentioned at the beginning with low population values, for example in fast food restaurants and the like.
Die Umkehrosmoseeinrichtung ermöglicht sowohl eine weitergehende
Entfernung von Feinstpartikeln als auch eine Senkung des Salzgehalts. The reverse osmosis device enables both further Removal of fine particles as well as a reduction in salt content.
Die angegebene Vorrichtung ist somit eingerichtet, ein mehrstufiges chemisch/physikalisches Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern der Systemgastonomie oder anders ausgedrückt von Küchenabwässern mit einer hohen Schmutzlast auzuführen. Das aufgearbeitete Wasser, welches durch die angegebene Vorrichtung bereitgestellt wird, kann als Brauchwasser eingesetzt werden. The specified device is thus set up to carry out a multi-stage chemical/physical process for the treatment of wastewater from system gastonomy or, in other words, kitchen wastewater with a high dirt load. The treated water, which is provided by the specified device, can be used as process water.
Übliche großtechnische Vorrichtungen unter Verwendung von biologischen Stufen werden im vorliegenden Verfahren aufgrund ihres großen Raumbedarfs und der prozesstechnischen Risiken bevorzugt nicht eingesetzt. Usual large-scale devices using biological stages are preferably not used in the present process due to their large space requirements and the process-related risks.
Das angegebene Vorrichtung ist insbesondere konzipiert für die Gastronomie beziehungsweise in einem Gastronomiebetrieb, insbesondere Systemgastronomie, wie zum Beispiel Fast-Food Restaurants oder sogenannte QS-Restaurants (Quick-Service Restaurants). The specified device is designed in particular for the catering industry or in a catering establishment, in particular system catering, such as fast food restaurants or so-called QS restaurants (quick service restaurants).
Die Filtereinrichtung in der angegebenen Vorrichtung kann einen Behälter und ein darin angeordnetes Filterelement aufweisen, wobei das Filterelement einen Hohlschaft und eine oder mehrere koaxial auf dem Hohlschaft angeordnete Filterscheiben aufweist. Die eine Filterscheibe oder die mehreren Filterscheiben weisen vorzugsweise das Filtermedium auf und/oder bestehen daraus. Es ist möglich, dass mehrere Filterplatten auf einem Gestell montiert zu der Filterscheibe zusammengesetzt sind. Die Filterplatten können zum Beispiel eine kreissektorförmige Filteroberfläche aufweisen. In diesem Fall kann das Gestell aus einem anderen Material bestehen als die Filterplatten. Es ist allerdings auch möglich, dass eine entsprechende Filterscheibe einheitlich aus dem Filtermedium ausgebildet sind. The filter device in the specified device can have a container and a filter element arranged therein, the filter element having a hollow shaft and one or more filter disks arranged coaxially on the hollow shaft. The one filter disk or the several filter disks preferably have the filter medium and/or consist of it. It is possible for several filter plates to be assembled on a frame to form the filter disk. The filter plates can, for example, have a circular sector-shaped filter surface. In this case, the frame can be made of a different material than the filter plates. However, it is also possible for a corresponding filter disk to be formed uniformly from the filter medium.
Das Filterelement oder zumindest die Filterscheiben können rotierbar im Behälter gelagert sein. So ist es möglich, dass die Filterscheiben rotierbar um den Hohlschaft gelagert sind. In einer alternativen
bevorzugten Variante sind die Filterscheiben fest mit dem Hohlschaft verbunden und dieser ist seinerseits rotierbar im Behälter gelagert. Somit ist das gesamte Filterelement rotierbar gelagert. Die zweite Variante ist dabei konstruktiv einfacher realisierbar. The filter element or at least the filter disks can be rotatably mounted in the container. This makes it possible for the filter disks to be rotatably mounted around the hollow shaft. In an alternative In a preferred variant, the filter disks are firmly connected to the hollow shaft and this in turn is rotatably mounted in the container. The entire filter element is therefore rotatably mounted. The second variant is structurally simpler to implement.
Die Filterscheiben weisen vorzugsweise einen Fluidableitungsbereich in ihrem Inneren auf, welcher in dem Hohlschaft mündet, derart, dass die Ableitung eines Filtrats aus der Filtereinrichtung entlang der Längsachse des Hohlschafts erfolgt. The filter disks preferably have a fluid drainage area in their interior, which opens into the hollow shaft, such that the drainage of a filtrate from the filter device takes place along the longitudinal axis of the hollow shaft.
Das Filtermedium kann vorteilhaft eine mittlere Porosität über die Filtermediumsoberfläche zwischen 5 bis 200 nm, insbesondere zwischen 30 bis 100 nm, aufweisen. Partikel oberhalb dieser Größenordnung würden die Membran der nachgeschalteten Umkehrosmoseeinrichtung bereits nach geringer Betriebszeit so zusetzen, dass eine Reinigung erforderlich wird. The filter medium can advantageously have an average porosity over the filter medium surface between 5 to 200 nm, in particular between 30 to 100 nm. Particles above this size would clog the membrane of the downstream reverse osmosis device after just a short period of operation so that cleaning would be necessary.
Das Filtermedium der Filtereinrichtung der angegebenen Vorrichtung kann vorzugsweise aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid und/oder aus Zirkoniumoxid, gebildet sein. Ein solches Material ist für lange Betriebszeiten besonders gut geeignet und vergleichsweise robust gegenüber mechanische Schädigung. The filter medium of the filter device of the specified device can preferably be formed from a ceramic material, preferably from aluminum oxide and/or zirconium oxide. Such a material is particularly suitable for long operating times and is comparatively robust against mechanical damage.
Die Filtereinrichtung der angegebenen Vorrichtung kann zur Selbstreinigung ein Rückimpuls-System aufweisen. Dabei kann es sich vorzugsweise um einen Gegendruckerzeuger und besonders bevorzugt um eine Kolbenhubvorrichtung handeln. Das Rückimpulssystem kann vorzugsweise entlang einer Filtratableitung der Filtereinrichtung angeordnet sein, so dass der Rückimpuls von der Reinseite des Filtermediums eingebracht wird und es durch den Impuls auf der Rohseite des Filtermediums zum Lösen von Ablagerungen kommt. The filter device of the specified device can have a return pulse system for self-cleaning. This can preferably be a counter-pressure generator and particularly preferably a piston lifting device. The return pulse system can preferably be arranged along a filtrate discharge line of the filter device, so that the return pulse is introduced from the clean side of the filter medium and the pulse on the raw side of the filter medium causes deposits to be loosened.
Die Filtereinrichtung kann, insbesondere reinseitig, einen oder mehrere Sensoren zur Überwachung der Filtereffizienz, vorzugsweise ein Durchflussmessgerät zur Durchflussmessung und/oder ein Trübungssensor zur Messung des Feststoffgehalts des gefilterten
Wassers, aufweisen. Anstelle des Trübungssensors sind auch andere Sensoren, zum Beispiel ein Viskositätsmessgerät, für den genannten Zweck der Messung des Feststoffgehalts einsetzbar. Eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann basierend auf Sensormesswerten des Feststoffgehalts die Bewegungsgeschwindigkeit des Filtermediums, insbesondere die Rotationsgeschwindigkeit der Filterscheiben einstellen und/oder das Zulaufvolumen an zu reinigendem Wasser oder den Mediumsdruck innerhalb des Behälters. The filter device can, in particular on the clean side, have one or more sensors for monitoring the filter efficiency, preferably a flow measuring device for measuring flow and/or a turbidity sensor for measuring the solids content of the filtered Water. Instead of the turbidity sensor, other sensors, for example a viscosity measuring device, can also be used for the stated purpose of measuring the solids content. A control and/or evaluation unit can adjust the movement speed of the filter medium, in particular the rotation speed of the filter disks, and/or the inlet volume of water to be cleaned or the medium pressure within the container based on sensor measured values of the solids content.
Das Durchflussmessgerät ermöglicht eine Überwachung des Verschmutzungsgrads des Filtermediums und kann überdies in Verbindung mit einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit einen Rückimpulses zur Selbstreinigung, eine CIP-Reinigung unter Einleiten eines Reinigungsmediums zusätzlich zur Selbstreinigung durch Rückimpulse und/oder einer Reinigung unter Demontage der Filtereinrichtung initiieren. The flow measuring device enables monitoring of the degree of contamination of the filter medium and can also, in conjunction with a control and/or evaluation unit, initiate a return pulse for self-cleaning, a CIP cleaning by introducing a cleaning medium in addition to self-cleaning by means of return pulses and/or a cleaning by dismantling the filter device .
Die Filtereinrichtung der angegebenen Vorrichtung kann zwei der Filterelemente aufweist, wobei die Filterscheiben eines ersten der Filterelemente jeweils in einen Zwischenraum zweier Filterscheiben eines zweiten der Filterelemente hineinragen. Dadurch wird in axialer Draufsicht ein Überlappungsbereich zwischen den Filterelementen gebildet, in welchem das zu filternde Wasser mit einer Scherspannung beaufschlagt wird, die die Filtration zusätzlich unterstützt und zugleich ein Zusetzen des Filtermediums beim Betrieb über einen längeren Zeitraum hinweg verhindert. The filter device of the specified device can have two of the filter elements, the filter disks of a first of the filter elements each protruding into a space between two filter disks of a second of the filter elements. As a result, in an axial plan view, an overlap area is formed between the filter elements, in which the water to be filtered is subjected to a shear stress, which additionally supports the filtration and at the same time prevents the filter medium from clogging during operation over a longer period of time.
Die angegebene Vorrichtung zur Behandlung von Wasser kann insbesondere als Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Küchenwässern mit sehr hohem Schutzgehalt, insbesondere von Speisefetten und dergleichen genutzt werden. The specified device for treating water can be used in particular as a treatment system for the treatment of kitchen water with a very high protective content, in particular cooking fats and the like.
Das von der angegebenen Vorrichtung ausgegebene Brauchwasser weist dabei eine derart hohe Reinheit auf, dass es den Auflagen der Kanalbetreiber im Europäischen Wirtschaftsraum oder auch anderer Nationen zur Einleitung in ein Kanalsystem hinreichend genügt. Zugleich
kann über das gewonnene Brauchwasser der Eigenbedarf des jeweiligen Gastronomiebetriebes gedeckt werden. The process water dispensed by the specified device is of such a high level of purity that it sufficiently meets the requirements of sewer operators in the European Economic Area or other nations for discharge into a sewer system. At the same time The domestic needs of the respective catering establishment can be covered using the process water obtained.
Darüber hinaus kann eine Verringerung der anfallenden Abfallentsorgungskosten ermöglicht werden und es kann vor Ort durch das Brauchwasser ein Produkt zur Wiederverwendung geschaffen werden. In addition, a reduction in waste disposal costs can be made possible and a product can be created on site for reuse using the process water.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Aufarbeitung von Wasser in einer der angegebenen Vorrichtungen die folgenden Schritte auf: a) Zuführen des zu behandelnden Wassers in die Sedimentierungseinrichtung, wobei in dieser Sedimentierungseinrichtung in einem Anreicherungspfad das zu behandelnde Wasser mit einem Koagulanten, insbesondere mit einer Lewis-Säure, angereichert wird in einem Regulierungspfad ein den pH-Wert des Wassers einstellendes Regulierungsmittel, insbesondere eine Lauge, zugegeben wird, derart, dass eine Flockung insbesondere bei gleichzeitiger Ausfällung von Härtebildnern initiiert wird und schließlich ein Dekantieren eines Überstands an Wasser von einem sedimentierten Schlamm erfolgt; b) Überführen des in Schritt a) vorgereinigten Wassers in die Filtereinrichtung in welcher eine weitergehende Aufarbeitung durch eine dynamische Querstromfiltration des Wassers erfolgt und c) Überführen des in Schritt b) filtrierten Wassers in eine sich an die Filtereinrichtung anschließende Umkehrosmoseeinrichtung zur weitergehenden Filterung des Wassers. According to a further aspect of the invention, a method for processing water in one of the specified devices comprises the following steps: a) feeding the water to be treated into the sedimentation device, the water to be treated being mixed with a coagulant, in particular, in this sedimentation device in an enrichment path enriched with a Lewis acid, a regulating agent which adjusts the pH of the water, in particular a lye, is added in a regulation path in such a way that flocculation is initiated, in particular with simultaneous precipitation of hardness formers, and finally a decantation of a supernatant of water a sedimented sludge; b) transferring the water pre-cleaned in step a) into the filter device in which further processing takes place through dynamic cross-flow filtration of the water and c) transferring the water filtered in step b) into a reverse osmosis device connected to the filter device for further filtering of the water.
Insbesondere bilden die durch das Koagulat ausgebildeten Flocken Kristallisationskeime zur Entfernung der Härtebildner. Dadurch wird das Fällungsgleichgewicht in Richtung der Sedimentierungsprodukte verschoben. In particular, the flakes formed by the coagulum form crystallization nuclei to remove the hardness formers. This shifts the precipitation equilibrium towards the sedimentation products.
Die vorbeschriebene Filtereinrichtung eignet sich besonders zur Abtrennung der im Wasser suspendierten restlichen Feststoffe. The filter device described above is particularly suitable for separating the remaining solids suspended in the water.
Bei Einsatz von zwei oder mehr Filterelementen gemäß einer
vorbeschriebenen Vorrichtung ist es von Vorteil, wenn innerhalb eines Behälters, die Filterscheiben der jeweiligen Filterelemente beim Ausführen des Verfahrens zum Aufbau von Scherspannungen im gleichen Drehsinn zueinander bewegt werden. When using two or more filter elements according to one With the device described above, it is advantageous if, within a container, the filter disks of the respective filter elements are moved in the same direction of rotation relative to one another when carrying out the method for building up shear stresses.
Der Koagulant kann vorteilhaft eine Lewis-Säure, insbesondere Eisen(III)-chlorid, aufweisen und das Regulierungsmittel kann eine Base, insbesondere Natronlauge, aufweisen. The coagulant can advantageously have a Lewis acid, in particular iron (III) chloride, and the regulating agent can have a base, in particular sodium hydroxide solution.
Die Konzentrationen der Koagulanten und des Regulierungsmittels sind im Rahmen üblicher Dosierungsversuche derart einzustellen, dass zu Beginn von Schritt b) hydroxidummantelte koagulationsmittelhaltige Schwebstoffe im vorgereinigten Wasser enthalten sind. The concentrations of the coagulants and the regulating agent must be adjusted as part of usual dosage experiments in such a way that hydroxide-coated suspended solids containing coagulant are contained in the pre-cleaned water at the beginning of step b).
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: The properties, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will become more understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments, which will be explained in more detail in connection with the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Anlage, und Fig. 1 is a schematic diagram of a method and a system according to the invention, and
Fig. 2eine schematische Abbildung einer Filtrationsanlage zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 2 is a schematic illustration of a filtration system for use in the method according to the invention.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder. In the figures, the same technical elements are given the same reference numbers and are described only once. The figures are purely schematic and, above all, do not reflect the actual geometric relationships.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Vorrichtung 2 zur Behandlung von Wasser zeigt. Reference is made to Figure 1, which shows an apparatus 2 for treating water.
Die Vorrichtung 2 umfasst einen Zulauf 4, über die sich der Vorrichtung 2 das zu behandelnde Wasser in einer Strömungsrichtung 5, nachfolgend
auch Fließrichtung genannt, zuführen lässt. The device 2 comprises an inlet 4, through which the water to be treated flows in a flow direction 5, following the device 2 also called flow direction.
Der Zulauf 4 führt in eine Sedimentierungseinrichtung 6, in der aus dem zu behandelnden Wasser Schwebstoffe und dergleichen entfernt werden. Die Sedimentierungseinrichtung 6 beginnt mit einem Anreicherungspfad 8, in der das zu behandelnde Wasser mit einem Koagulanten 10, auch Flockungsmittel genannt, angereichert wird. In der Strömungsrichtung 5 gesehen ist im Anreicherungspfad 8 hinter dem Ort der Anreicherung mit dem Koagulanten 10 eine erste Düse 12 angeordnet, die entgegen der Strömungsrichtung 10 Gas 14 in das zu behandelnde Wassers einträgt. Der Anreicherungspfad 8 ist dabei in einer nicht weiter referenzierten Fallrichtung des zu behandelnden Wassers aufgestellt, so dass das eingetragene Gas 14 entgegen der Fallrichtung aufsteigt und das zu behandelnde Wasser mit dem Koagulanten 10 durchmischt. Auf diese Weise lassen sich bauraumintensive Rührmaschinen zur Durchmischung vermeiden. The inlet 4 leads into a sedimentation device 6, in which suspended matter and the like are removed from the water to be treated. The sedimentation device 6 begins with an enrichment path 8, in which the water to be treated is enriched with a coagulant 10, also called a flocculant. Seen in the flow direction 5, a first nozzle 12 is arranged in the enrichment path 8 behind the place of enrichment with the coagulant 10, which introduces gas 14 into the water to be treated counter to the flow direction 10. The enrichment path 8 is set up in a direction of fall of the water to be treated, which is not further referenced, so that the gas 14 introduced rises against the direction of fall and mixes the water to be treated with the coagulant 10. In this way, space-intensive mixing machines can be avoided for mixing.
Problematisch ist allerdings, dass mit der Durchmischung des zu behandelnden Wassers und dem Koagulanten 10 die Ausflockung oder Ausfällung beginnt, die aus verfahrenstechnischer Sicht erst in einem Flockungspfad 16 nach dem Anreicherungspfad 8 erfolgen sollte. Um diese vorzeitige Ausflockung oder Ausfällung zu vermeiden, ist ein Regulierungspfad 18 zwischen dem Anreicherungspfad 8 und dem Regulierungspfad 18 vorhanden, in dem erst die Ausflockung gestartet wird. Um dies verständlicher zu erläutern, wird als Koagulant 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel Eisen-III-Chlorid betrachtet, welches ab einem pH-Wert des zu behandelnden Wassers von über 7,5 ausflockt. The problem, however, is that flocculation or precipitation begins with the mixing of the water to be treated and the coagulant 10, which from a process engineering point of view should only take place in a flocculation path 16 after the enrichment path 8. In order to avoid this premature flocculation or precipitation, there is a regulation path 18 between the enrichment path 8 and the regulation path 18, in which the flocculation is first started. In order to explain this more clearly, the coagulant 10 in the present exemplary embodiment is considered to be iron(III) chloride, which flocculates from a pH value of the water to be treated of over 7.5.
Der pH-Wert nach der Zugabe des Koagulanten kann auf einen Wert zwischen 4,0 bis 7,3 eingestellt werden. Optional kann zusätzlich zum Koagulanten auch eine Säure genutzt werden. The pH value after adding the coagulant can be adjusted to a value between 4.0 and 7.3. Optionally, an acid can also be used in addition to the coagulant.
Im Regulierungspfad 18 ist eine zweite Düse 20 angeordnet, die in der Strömungsrichtung 5 Luft 10 einträgt, wobei der Regulierungspfad 18 entgegen der Fallrichtung aufgestellt ist, so dass die Luft 10 mit der Strömungsrichtung 5 in dem zu behandelnden Wasser aufsteigt. In der
Strömungsrichtung 5 wird das zu behandelnde Wasser vor der zweiten Düse 5 mit einem den pH-Wert des zu behandelnden Wassers einstellenden Regulierungsmittel 22, hier in Form von Natriumhydroxid angereichert. Das Regulierungsmittel 22 wird dann durch die Luft 10 aus der zweiten Düse 20 in der Strömungsrichtung 5 gemeinsam mit dem zu behandelnden Wasser und dem Koagulant 10 bewegt und durchmischt, wodurch der pH-Wert des zu behandelnden Wassers über die oben genannte Schwelle von 7,5 hebt, so dass der Koagulant 10 beginnt, auszuflocken oder auszufällen. Bevorzugt erfolgt die Zugabe der Base, hier NaOH, derart, dass der pH-Wert zwischen 9,5 bis 11,5 beträgt. A second nozzle 20 is arranged in the regulation path 18, which introduces air 10 in the flow direction 5, the regulation path 18 being set up against the direction of fall, so that the air 10 rises with the flow direction 5 in the water to be treated. In the In the direction of flow 5, the water to be treated is enriched in front of the second nozzle 5 with a regulating agent 22, here in the form of sodium hydroxide, which adjusts the pH of the water to be treated. The regulating agent 22 is then moved and mixed by the air 10 from the second nozzle 20 in the flow direction 5 together with the water to be treated and the coagulant 10, whereby the pH of the water to be treated exceeds the above-mentioned threshold of 7.5 lifts so that the coagulant 10 begins to flocculate or precipitate. The base, here NaOH, is preferably added in such a way that the pH is between 9.5 and 11.5.
Dies geschieht dann im Flockungspfad 16, wodurch in an sich bekannter Weise Inhaltsstoffe aus dem zu behandelnden Wasser eliminiert werden. Dies ist grundsätzlich aus der DE 10 2015 106 823 Al bekannt und soll nicht weiter erläutert werden. This then happens in the flocculation path 16, whereby ingredients are eliminated from the water to be treated in a manner known per se. This is basically known from DE 10 2015 106 823 Al and will not be explained further.
Das Wasser wird dann weiter durch den Flockungspfad 16 transportiert und erreicht ein Sedimentationsbecken 19, in dem dann Koagulat 10 mit den gebundenen, aus dem Wasser zu eliminierenden Inhaltsstoffen in ausgeflocktem Zustand als Schlamm 23 absinken und in einem Auffangbecken 24 aufgefangen werden kann. Das Sedimentationsbecken 19 sollte in der Fallrichtung gesehen an der unteren Seite mit einer Trichterwand versehen sein, die zu einem Boden mit einem Winkel 21 von 30° bis 80°, vorzugsweise 40° bis 70°, weiter vorzugsweise 50° bis 60° und besonders bevorzugt 55° geneigt sein kann. The water is then transported further through the flocculation path 16 and reaches a sedimentation basin 19, in which coagulum 10 with the bound ingredients to be eliminated from the water sink in the flocculated state as sludge 23 and can be collected in a collecting basin 24. Viewed in the direction of fall, the sedimentation basin 19 should be provided on the lower side with a funnel wall facing a bottom at an angle 21 of 30° to 80°, preferably 40° to 70°, more preferably 50° to 60° and particularly preferred Can be inclined 55°.
In dem Auffangbecken 24 ist ein Sieb 26 angeordnet, über das aus dem Schlamm 23 Restfeuchte 27 austreten kann. Diese Restfeuchte 27 kann dann zu dem zu behandelnden Wasser in den Zulauf 4 zurückgeführt werden. Der Schlamm 23 kann ebenfalls entnommen werden. A sieve 26 is arranged in the collecting basin 24, through which residual moisture 27 can escape from the sludge 23. This residual moisture 27 can then be returned to the water to be treated in the inlet 4. The mud 23 can also be removed.
Die im Wasser nach der Sedimentationseinrichtung 6 enthaltenden restlichen Partikel weisen eine kompaktere Form und damit eine andere Dichte auf als dies bei ausschließlichem Einsatz des Koagulats oder bei reiner NaOH-Zugabe der Fall wäre. Dies kann damit erklärt werden, dass
eine Ausbildung von Calcium- oder auch Magnesiumhydroxid-Spezies durch Zugabe von NaOH erfolgt. Da zu diesem Zeitpunkt schon koagulatgebundene Partikel vorliegt, dienen diese Partikel zur als Kristallisationskeime und werden von einer Calcium- oder Magnesiumhydroxidschicht bedeckt. Dies ändert die spezifische Dichte der Partikel. The remaining particles contained in the water after the sedimentation device 6 have a more compact shape and therefore a different density than would be the case if the coagulum was used exclusively or if pure NaOH was added. This can be explained by the fact that Calcium or magnesium hydroxide species are formed by adding NaOH. Since coagulum-bound particles are already present at this point, these particles serve as crystallization nuclei and are covered by a calcium or magnesium hydroxide layer. This changes the specific density of the particles.
An die Sedimentierungseinrichtung 6 schließt sich dann eine Filtereinrichtung 28 an, in der das zu behandelnde Wasser aus der Sedimentiereinrichtung 6 weiter gefiltert wird, um Feinpartikel wie beispielsweise Bakterien und Viren aus dem zu behandelnden Wasser zu eliminieren. Auch an diesen Feinpartikeln kann es zu einer Anlagerung von Hydroxiden gekommen sein. Insgesamt weisen die Partikel eine besonders geringe Teilchengröße bei einer besonderen spezifischen Dichte auf, die ein Absetzen und damit eine quantitative Entfernung verhindert. Die Entfernung dieser nach der vorbeschriebenen Weise gebildeten Feinpartikel ist aufgrund ihrer Teilchengröße und spezifischer Dichte eine besondere Herausforderung des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens. The sedimentation device 6 is then followed by a filter device 28, in which the water to be treated from the sedimentation device 6 is further filtered in order to eliminate fine particles such as bacteria and viruses from the water to be treated. An accumulation of hydroxides may also have occurred on these fine particles. Overall, the particles have a particularly small particle size with a particular specific density, which prevents settling and thus quantitative removal. The removal of these fine particles formed in the manner described above is a particular challenge of the present method according to the invention due to their particle size and specific density.
Die Filtereinrichtung 28 mit einem Filtermedium 30, das in einer Richtung 32 winklig zur Fließrichtung 5 des Wassers durch die Filtereinrichtung 28 beweglich angetrieben gelagert ist. Das Filtermedium 30 kann grundsätzlich beliebig bewegt werden, also beispielsweise linear hin und her. The filter device 28 with a filter medium 30 which is mounted so that it can move in a direction 32 at an angle to the flow direction 5 of the water through the filter device 28. The filter medium 30 can basically be moved in any way, for example linearly back and forth.
Vorzugsweise wird das Filtermedium 30 allerdings gemäß der technischen Lehre aus der Druckschrift WO 2011 033 537 Al bewegt, einer Filtereinrichtung, wie sie in Weinfiltrationseinrichtungen bekannt ist. Dabei wird das in der Strömungsrichtung 5 fließende und gefilterte Wasser in einer in Fig. 1 nicht weiter zu sehenden Weise aus dem Zentrum der Filtereinrichtung 28 entnommen und weiter transportiert. Ungefiltert verbleibendes Wasser 34 kann dabei ebenfalls zum Zulauf 4 zurückgeführt werden. However, the filter medium 30 is preferably moved in accordance with the technical teaching from the publication WO 2011 033 537 A1, a filter device as is known in wine filtration devices. The filtered water flowing in the flow direction 5 is removed from the center of the filter device 28 and transported further in a manner that cannot be seen in FIG. 1. Water 34 that remains unfiltered can also be returned to the inlet 4.
Nachfolgend soll die Wirkweise der Filtereinrichtung anhand näher der
Fig. 2 näher erläutert werden. Diese Filtereinrichtung ist zur Ausführung einer rotations-dynamischen Querstromfiltration ausgebildet. The mode of operation of the filter device will be explained in more detail below Fig. 2 will be explained in more detail. This filter device is designed to carry out rotation-dynamic cross-flow filtration.
Die Filtereinrichtung 28 umfasst einen Behälter 61, in welchem ein Filterelement 62 angeordnet sind. The filter device 28 comprises a container 61 in which a filter element 62 is arranged.
Ein Filterelement 62 umfasst eine Mehrzahl von Filterscheiben 63 und einen Hohlschaft 65, wobei die Filterscheiben 63 coaxial auf einem Hohlschaft 65 angeordnet sind. Zwischen den Filterscheiben 63 sind Zwischenbereiche 70 ausgebildet. Das Filterelement 62 oder zumindest Teile dieses Filterelements 62 ist beziehungsweise sind rotierbar im Behälter 61 angeordnet. A filter element 62 comprises a plurality of filter disks 63 and a hollow shaft 65, the filter disks 63 being arranged coaxially on a hollow shaft 65. Intermediate regions 70 are formed between the filter disks 63. The filter element 62 or at least parts of this filter element 62 is or are rotatably arranged in the container 61.
Die Filterscheibe 63 weist einen Fluidableitungsbereich 72 in ihrem Inneren auf, welcher sich bis in den Hohlschaft 65 erstreckt. Im Inneren der Filterscheibe 63 und im Hohlschaft 65 herrscht ein geringerer Druck als im Innenraum des Behälter 61, so dass Flüssigkeit ins Innere des Behälters 61 und von dort über eine axiale Ableitung im Hohlschaft 65 abgesaugt wird. Die Wandung der Filterscheibe 63 stellt dabei die Filtermembran dar. Die Begriffe Filtermedium und Filtermembran 30 werden synonym verwandt. Die Filtermembran 30 kann vorzugsweise aus einem keramischen Material, insbesondere aus Aluminiumoxid oder aus Zirkoniumoxid, gebildet sein. The filter disk 63 has a fluid drainage area 72 in its interior, which extends into the hollow shaft 65. Inside the filter disk 63 and in the hollow shaft 65 there is a lower pressure than in the interior of the container 61, so that liquid is sucked into the interior of the container 61 and from there via an axial discharge in the hollow shaft 65. The wall of the filter disk 63 represents the filter membrane. The terms filter medium and filter membrane 30 are used synonymously. The filter membrane 30 can preferably be formed from a ceramic material, in particular from aluminum oxide or zirconium oxide.
Die mittlere Porosität der Filtermembran 30 für die vorgenannte Filtrationsaufgabe beträgt zwischen 0,06 bis 0,18 mm, insbesondere zwischen 0,08 bis 0,12 mm. The average porosity of the filter membrane 30 for the aforementioned filtration task is between 0.06 and 0.18 mm, in particular between 0.08 and 0.12 mm.
Die rotations-dynamische Querstromfiltration DCF (dynamic cross flow filtration) stellt ein Retentat 80, also aufkonzentrierte Schlammphase, umfassend nicht-sedimentiertes Koagulat, Bakterien, Viren und andere Feststoffanteile und ein Filtrat 90 in Form von filtriertem Wasser bereit. Dabei wird das Filtrat vorzugsweise axial aus dem Behälter 61 über eine Fitratableitung 66 ausgeleitet und das Retentat wird vorzugsweise radial aus dem Behälter durch eine Retentatableitung 67 abgeleitet. Bei hohen Feststoffanteilen kann entlang der Retentatableitung eine Pumpe 71
angeordnet sein, so dass auch ein hochviskoses Retentat 80 störungsfrei ableitbar ist. The rotation-dynamic cross-flow filtration DCF (dynamic cross flow filtration) provides a retentate 80, i.e. concentrated sludge phase, comprising non-sedimented coagulum, bacteria, viruses and other solids and a filtrate 90 in the form of filtered water. The filtrate is preferably discharged axially from the container 61 via a fitrate discharge line 66 and the retentate is preferably discharged radially from the container through a retentate discharge line 67. If there are high solids contents, a pump 71 can be installed along the retentate discharge line be arranged so that even a highly viscous retentate 80 can be derived without interference.
Um die Gefahr des Zusetzens des Filtermediums 30 zu verhindern, weist die Filtereinrichtung 28 zudem ein sogenanntes Rückimpulssystem 68 (Back-pulse system) auf. Dabei wird, vorzugsweise in der Filtratableitung 66 der Filtereinrichtung, ein Gegendruckerzeuger eingesetzt. Dabei kann es sich um eine Kolbenhubvorrichtung handeln, welche durch eine Kolbenbewegung einen Gegenpuls erzeugt. Wird dieser Gegenpuls beispielsweise ins Filtrat abgegeben, so überträgt sich der Gegenpuls aufgrund der Inkompressibilität der Flüssigkeit bis auf die Oberfläche der Filtermembran, wo es zu einem Ablösen von Ablagerungen kommt. Dadurch wird die Gefahr der Ausbildung einer sogenannten Foulingsschicht verringert - also einer Schicht zur Verringerung der Filtereffizienz oder des Filterdurchsatzes. In order to prevent the risk of the filter medium 30 becoming clogged, the filter device 28 also has a so-called back-pulse system 68. A counter-pressure generator is used, preferably in the filtrate discharge line 66 of the filter device. This can be a piston lifting device, which generates a counterpulse through a piston movement. If this counterpulse is released into the filtrate, for example, the counterpulse is transmitted to the surface of the filter membrane due to the incompressibility of the liquid, where deposits are detached. This reduces the risk of a so-called fouling layer forming - i.e. a layer that reduces the filter efficiency or filter throughput.
Weiterhin kann zur Überwachung der Filtereffizienz einer oder mehrere Sensoren 69, insbesondere ein Durchflussmessgerät zur Durchflussmessung und/oder ein Trübungssensor zur Messung des Feststoffgehalts angeordnet sein. Dieser kann entlang der Filtratableitung 66 angeordnet sein. Es ist allerdings auch möglich beide Messungen über ein Messgerät zu erreichen. So misst beispielsweise ein Ultraschalldurchflussmessgerät neben dem Durchfluss aufgrund der TOF- Zeiten (Signalzeitdifferenz bei Einstrahlung eines Ultraschallsignals in und entgegen der Fließrichtung) auch die Ultraschallgeschwindigkeit. Diese ändert sich mit den Feststoffgehalt in der Flüssigkeit und macht eine Überwachung des Feststoffgehalts im Wasser möglich. Furthermore, one or more sensors 69, in particular a flow measuring device for flow measurement and/or a turbidity sensor for measuring the solids content, can be arranged to monitor the filter efficiency. This can be arranged along the filtrate discharge line 66. However, it is also possible to achieve both measurements using one measuring device. For example, an ultrasonic flowmeter not only measures the flow rate based on the TOF times (signal time difference when an ultrasonic signal is irradiated in and against the direction of flow) but also the ultrasonic speed. This changes with the solids content in the liquid and makes it possible to monitor the solids content in the water.
Besonders bevorzugt sowohl aus Gründen der Energieeffizienz als auch aus Dimensionierungsgründen ist im Behälter 61 lediglich ein Filterelement 62 angeordnet, obwohl auch der Einsatz von zwei oder mehr Filterelementen denkbar wäre. Bei zwei ineinandergreifenden Filterelementen kann eine Scherung der Flüssigkeit im Überlagerungsbereich erfolgen. Particularly preferably, both for reasons of energy efficiency and for dimensioning reasons, only one filter element 62 is arranged in the container 61, although the use of two or more filter elements would also be conceivable. With two interlocking filter elements, the liquid can shear in the overlay area.
Ein ähnlicher Effekt kann allerdings auch erreicht werden, wenn an einer
Innenwandung eines oder vorzugsweise mehrere Prallbleche 73 zur Brechung einer Strömung angeordnet sind. Die Prallbleche 73 können umfangsseitig an der Innenwandung des Behälters 61 verteilt sein und einen Längsverlauf parallel zur Längsachse 100 des Hohlschafts aufweisen. However, a similar effect can also be achieved if one Inner wall one or preferably several baffle plates 73 are arranged to refract a flow. The baffle plates 73 can be distributed circumferentially on the inner wall of the container 61 and have a longitudinal course parallel to the longitudinal axis 100 of the hollow shaft.
Die Prallbleche 73 ermöglichen eine geringe Tendenz zur Ausbildung eines Filterkuchens aufgrund gebildeter Turbulenzen. Dies sorgt für einen selbstreinigenden Effekt der Filtermembran. The baffles 73 allow for a small tendency for a filter cake to form due to turbulence formed. This ensures a self-cleaning effect of the filter membrane.
Zugleich benötigt die vorbeschriebenen Ausbildung einer Filtereinrichtung 28 nur einen geringen transmembranen Druck für eine effiziente Filtration, was mit einem geringem Energieaufwand von bis zu 80% gegenüber herkömmlichen Querstrom-Filtrationseinrichtungen verbunden ist. At the same time, the above-described design of a filter device 28 only requires a low transmembrane pressure for efficient filtration, which is associated with a low energy expenditure of up to 80% compared to conventional cross-flow filtration devices.
Die vorbeschriebene Reinigungswirkung wird insbesondere auch dadurch begünstigt, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Filterelements 62 zumindest 6 m/s am äußeren Umfang der Filterscheiben 63 beträgt und besonders bevorzugt 6,1 bis 8 m/s. Dies sind für die vorgenannte Filtereinrichtung 28 bei anderen Anwendungen, wie z.B. der Weinklärung, vergleichsweise hohe Rotationsgeschwindigkeiten. Bei einer Geschwindigkeit von mehr als 8 m/s kann die mechanische Stabilität der Filterscheibe, je nach Material der Filtermembran, in Mitleidenschaft gezogen werden. The above-described cleaning effect is particularly favored by the fact that the rotation speed of the filter element 62 is at least 6 m/s on the outer circumference of the filter disks 63 and particularly preferably 6.1 to 8 m/s. These are comparatively high rotation speeds for the aforementioned filter device 28 in other applications, such as wine clarification. At a speed of more than 8 m/s, the mechanical stability of the filter disk can be affected, depending on the material of the filter membrane.
Durch die Bewegung des Filtermediums lässt sich das zu behandelnde Wasser zudem auf deutlich kleinerem Raum filtrieren, so dass sich die gesamte Vorrichtung 2 zur Behandlung des Wassers in deutlich kleineren Gewerberäumen, wie Restaurants unterbringen lässt. Zugleich wird die Filtereinrichtung 28 benötigt um ein Verblocken einer nachgeordneten Umkehrosmoseanlage zu verhindern. By moving the filter medium, the water to be treated can also be filtered in a significantly smaller space, so that the entire device 2 for treating the water can be accommodated in significantly smaller commercial spaces, such as restaurants. At the same time, the filter device 28 is required to prevent a downstream reverse osmosis system from blocking.
Das aus der Filtereinrichtung 28 in der Strömungsrichtung 5 austretende Wasser kann nun in einem Speicher 36 zwischengespeichert werden, bevor es abschließend mit einer Pumpe 38 aus diesem abgepumpt und in
einer an sich bekannten Umkehrosmoseeinrichtung 40 zur Wasseraufbereitung final gefiltert wird, um beispielsweise niedermolekulare Fettsäuren herauszufiltern. Der Speicher 36 ermöglicht es Wartungsarbeiten, wie Spülvorgänge an der Umkehrosmoseeinrichtung 40 durchzuführen, ohne dass die gesamte Anlage davor abgeschaltet werden muss. Er glättet somit den Wasserfluss zwischen der Filtereinrichtung 28 und der Umkehrosmoseeinrichtung 40. The water emerging from the filter device 28 in the flow direction 5 can now be temporarily stored in a memory 36 before it is finally pumped out of it with a pump 38 and in is finally filtered in a known reverse osmosis device 40 for water treatment, for example to filter out low molecular weight fatty acids. The memory 36 makes it possible to carry out maintenance work, such as flushing operations on the reverse osmosis device 40, without the entire system having to be switched off beforehand. It thus smoothes the water flow between the filter device 28 and the reverse osmosis device 40.
Wasser 42, welches ungefiltert aus der Umkehrosmoseanlage 40 austritt kann einer Kanalisation 44 und/oder dem Zulauf 4 zugeführt werden. Water 42, which emerges unfiltered from the reverse osmosis system 40, can be fed to a sewer system 44 and/or the inlet 4.
Das final gefilterte Wasser aus der Umkehrosmoseeinrichtung 40 kann dann direkt in einem Auffangbecken 46 gespeichert werden, aus dem dann Brauchwasser 48, beispielsweise zum Betrieb einer Toilette entnommen werden kann. Durch die Zugabe eines Desinfektionsmittels 50, wie beispielsweise Chlordioxid kann eine Neubildung von Bakterien vermieden werden. The finally filtered water from the reverse osmosis device 40 can then be stored directly in a collecting basin 46, from which process water 48 can then be removed, for example to operate a toilet. By adding a disinfectant 50, such as chlorine dioxide, new bacteria formation can be avoided.
Alternativ oder zusätzlich kann das final gefilterte Wasser aus dem Auffangbecken 46 in ein UV-Desinfektionseinrichtung 52 geleitet werden, durch die das Wasser im Auffangbecken 46 zirkuliert. Auch ist es möglich, das Wasser aus der Umkehrosmoseeinrichtung 40 direkt oder über einen Aktivkohlefilter 54 in die UV-Desinfektionseinrichtung 52 zu leiten. Alternatively or additionally, the finally filtered water from the collecting basin 46 can be passed into a UV disinfection device 52, through which the water in the collecting basin 46 circulates. It is also possible to direct the water from the reverse osmosis device 40 into the UV disinfection device 52 directly or via an activated carbon filter 54.
Optional kann nach der Filtervorrichtung 28 oder nach der Umkehrosmoseeinrichtung 40 eine Säurezugabe zur Einstellung des pH- Werts des Wassers im pH-Wert neutralen bis schwach-alkalischen Bereich zwischen 7,0 bis 8,5 erfolgen.
Bezugszeichenliste Optionally, acid can be added after the filter device 28 or after the reverse osmosis device 40 to adjust the pH of the water in the neutral to slightly alkaline pH range between 7.0 and 8.5. Reference symbol list
2 Vorrichtung zur Behandlung von Wasser2 device for treating water
4 Zulauf 4 inlet
5 Strömungsrichtung 5 flow direction
6 Sedimentierungseinrichtung 6 sedimentation device
8 Anreicherungspfad 8 enrichment path
10 Koagulant 10 coagulant
11 Luft 11 air
12 Düse 12 nozzle
14 Gas 14 gas
16 Flockungspfad 16 Flocculation Path
18 Regulierungspfad 18 Regulatory Path
19 Sedimentationsbecken 19 sedimentation basins
20 Düse 20 nozzle
22 Regulierungsmittel 22 means of regulation
23 Schlamm 23 mud
24 Auffangbecken 24 collection basins
26 Sieb 26 sieve
27 Restfeuchte 27 residual moisture
28 Filtereinrichtung 28 filter device
30 Filtermedium bzw. Filtermembran 30 filter medium or filter membrane
32 Richtungsbefehl 32 direction command
34 ungefiltertes Wasser / Retentat 34 unfiltered water / retentate
36 Speicher 36 memories
38 Pumpe 38 pump
40 Umkehrosmoseeinrichtung 40 reverse osmosis device
42 ungefiltertes Wasser/Osmose-Spülwasser42 unfiltered water/osmosis rinse water
44 Kanalisation 44 Sewerage
46 Auffangbecken 46 collection basins
48 Brauchwasser 48 industrial water
50 Desinfektionsmittel 50 disinfectants
52 UV-Desinfektionseinrichtung 52 UV disinfection device
54 Aktivkohlefilter 54 activated carbon filters
61 Behälter 61 containers
62 Filterelement
63 Filterscheibe 62 filter element 63 filter disc
65 Hohlschaft 65 hollow shaft
66 Filtratableitung 66 Filtrate discharge
67 Retentatableitung 68 Rü cki m p u I ssystem 67 Retentate derivation 68 Back m p u I system
69 Sensoren zur Überwachung der Filtereffizenz69 sensors to monitor filter efficiency
70 Zwischenraum 70 space
70' Zwischenraum 70' gap
71 Pumpe 72 Überlappungsbereich 71 Pump 72 Overlap area
80 Retentat 80 retentate
90 Filtrat 90 filtrate
100 Längsachse
100 longitudinal axis
Claims
1. Vorrichtung (2) zur Behandlung von Wasser, umfassend: 1. Device (2) for treating water, comprising:
- einen Zulauf (4) zum Zuführen des zu behandelnden Wassers, - an inlet (4) for supplying the water to be treated,
- einen sich an den Zulauf (4) anschließende Sedimientierungseinrichtung (6) zur Sedimentierung von Schwebstoffen aus dem zu behandelnden Wasser wobei die Sedimentierungseinrichtung (6) zumindest - a sedimentation device (6) adjoining the inlet (4) for sedimentation of suspended matter from the water to be treated, the sedimentation device (6) being at least
- einen Anreicherungspfad (8) zum Anreichern des zu behandelnden Wassers mit einem Koagulanten (10) und - an enrichment path (8) for enriching the water to be treated with a coagulant (10) and
- einen sich an den Anreicherungspfad (8) anschließenden Regulierungspfad (18) zum Einbringen eines den pH-Wert des zu behandelnden Wassers einstellenden Regulierungsmittels (22) aufweist, und - has a regulating path (18) adjoining the enrichment path (8) for introducing a regulating agent (22) which adjusts the pH value of the water to be treated, and
- eine sich an die Sedimentierungseinrichtung (6) anschließende Filtereinrichtung (28) mit einem Filtermedium (30), das in einer Richtung winklig zur Fließrichtung des zu behandelnden Wassers durch die Filtereinrichtung (28) beweglich angetrieben gelagert ist, und - a filter device (28) adjoining the sedimentation device (6) with a filter medium (30) which is mounted so that it can move through the filter device (28) in a direction at an angle to the flow direction of the water to be treated, and
- eine sich an die Filtereinrichtung (28) anschließende Umkehrosmoseeinrichtung (40) zur weitergehenden Reinigung des zu behandelnden Wassers. - A reverse osmosis device (40) connected to the filter device (28) for further cleaning of the water to be treated.
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Filtereinrichtung (28) einen Behälter (61) und ein darin angeordnetes Filterelement (62) aufweist, wobei das Filterelement (62) einen Hohlschaft (65) und eine oder mehrere koaxial auf dem Hohlschaft (65) angeordneten Filterscheiben (63) aufweist, wobei die Filterscheiben (63) das Filtermedium (30) aufweisen und/oder daraus bestehen. 2. Device (2) according to claim 1, wherein the filter device (28) has a container (61) and a filter element (62) arranged therein, the filter element (62) having a hollow shaft (65) and one or more coaxially on the hollow shaft (65) arranged filter disks (63), wherein the filter disks (63) have the filter medium (30) and / or consist of it.
3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei das Filterelement (62) oder zumindest die Filterscheiben (63) rotierbar im Behälter (61) gelagert sind. 3. Device (2) according to claim 2, wherein the filter element (62) or at least the filter disks (63) are rotatably mounted in the container (61).
4. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Filterscheiben (63) einen Fluidableitungsbereich in ihrem Inneren aufweisen, welcher in dem Hohlschaft (65) mündet, derart, dass die
Ableitung eines Filtrats (90) aus der Filtereinrichtung (28) entlang der Längsachse (100) des Hohlschafts (65) erfolgt. 4. Device (2) according to one of claims 2 or 3, wherein the filter disks (63) have a fluid drainage area in their interior, which opens into the hollow shaft (65), such that the A filtrate (90) is derived from the filter device (28) along the longitudinal axis (100) of the hollow shaft (65).
5. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermedium (30) eine mittlere Porosität über die Filtermediumsoberfläche zwischen 5 bis 200 nm, insbesondere zwischen 30 bis 100 nm, aufweist. 5. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the filter medium (30) has an average porosity over the filter medium surface between 5 to 200 nm, in particular between 30 to 100 nm.
6. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermedium (30) aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid und/oder aus Zirkoniumoxid, gebildet ist. 6. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the filter medium (30) is formed from a ceramic material, preferably from aluminum oxide and / or zirconium oxide.
7. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (28) zur Selbstreinigung ein Rückimpulssystem (68), vorzugsweise einen Gegendruckerzeuger, besonders bevorzugt eine Kolbenhubvorrichtung, aufweist, welches vorzugsweise entlang einer Filtratableitung (66) der Filtereinrichtung (28) angeordnet ist. 7. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the filter device (28) for self-cleaning has a return pulse system (68), preferably a counter-pressure generator, particularly preferably a piston lifting device, which preferably runs along a filtrate discharge line (66) of the filter device (28). is arranged.
8. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (28) einen oder mehrere Sensoren (69) zur Überwachung der Filtereffizienz, vorzugsweise einen Sensor zur Durchflussmessung und/oder einen Sensor zur Messung des Feststoffgehalts, aufweist. 8. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the filter device (28) has one or more sensors (69) for monitoring the filter efficiency, preferably a sensor for flow measurement and / or a sensor for measuring the solids content.
9. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtereinrichtung (28) nur ein Filterelement (61) aufweist. 9. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the filter device (28) has only one filter element (61).
10. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (61) an einer Innenwandung eines oder vorzugsweise mehrere Prallbleche (73) zur Brechung einer Strömung aufweist. 10. Device (2) according to one of the preceding claims, wherein the container (61) has one or preferably several baffle plates (73) on an inner wall for refracting a flow.
11. Verfahren zur Aufarbeitung von Wasser in einer Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Zuführen des zu behandelnden Wassers in die Sedimentrierungseinrichtung (6), wobei in dieser Sedimentrierungseinrichtung (6) in einem Anreicherungspfad (8) das zu
behandelnde Wasser mit einem Koagulanten (10) angereichert wird, in einem Regulierungspfad (18) ein den pH-Wert des Wassers einstellendes Regulierungsmittel (22) zugegeben wird, derart, dass eine Flockung initiiert wird und ein Dekantieren eines Überstands an Wasser von einem sedimentierten Schlamm (23) erfolgt; b) Überführen des in Schritt a) vorgereinigten Wassers in die Filtereinrichtung (28) in welcher eine weitergehende Aufarbeitung durch eine dynamische Querstromfiltration des Wassers erfolgt und c) Überführen des in Schritt b) filtrierten Wassers in eine sich an die Filtereinrichtung (28) anschließende Umkehrosmoseeinrichtung (40) zur weitergehenden Reinigung des Wassers. 11. A method for processing water in a device (2) according to one of the preceding claims, comprising the steps: a) supplying the water to be treated into the sedimentation device (6), in this sedimentation device (6) in an enrichment path (8) that too treating water is enriched with a coagulant (10), a regulating agent (22) which adjusts the pH of the water is added in a regulation path (18), such that flocculation is initiated and decantation of a supernatant of water from a sedimented sludge (23) occurs; b) transferring the water pre-cleaned in step a) into the filter device (28) in which further processing takes place through dynamic cross-flow filtration of the water and c) transferring the water filtered in step b) into a reverse osmosis device connected to the filter device (28). (40) for further purification of the water.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Koagulant (10) eine Lewis- Säure, insbesondere Eisen(III)-chlorid, aufweist oder daraus besteht und dass das Regulierungsmittel (22) eine Lauge, insbesondere NaOH, aufweist oder daraus besteht. 12. The method according to claim 11, wherein the coagulant (10) has or consists of a Lewis acid, in particular iron (III) chloride, and that the regulating agent (22) has or consists of a base, in particular NaOH.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Zugabe an Koagulant (10) und Regulierungsmittel (22) in Schritt a) derart erfolgt, dass dem Schritt b) zugeführte vorgereinigte Wasser hydroxidummantelte koagulationsmittelhaltige Schwebstoffe enhält. 13. The method according to claim 12, wherein the addition of coagulant (10) and regulating agent (22) in step a) takes place in such a way that pre-cleaned water supplied to step b) contains hydroxide-coated suspended matter containing coagulant.
14. Verfahren nach einem Ansprüche 11 bis 13, wobei die Filtereinrichtung (28) ausschließlich ein Filterelement (61) aufweist, welches sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit von zumindest 6 m/s am äußeren Umfang der Filterscheiben rotiert, insbesondere mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 6 bis 8 m/s.
14. The method according to any one of claims 11 to 13, wherein the filter device (28) exclusively has a filter element (61) which rotates at a rotational speed of at least 6 m/s on the outer circumference of the filter disks, in particular at a rotational speed of 6 to 8 m/s.
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