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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Reaktoren mit Membranmodulen, die verwendet werden,
um ein Gas in eine Flüssigkeit
zu übertragen
oder daraus zu entfernen, und ein Verfahren, das einen membrangestützten Biofilm
zur Aufbereitung von Abwasser nutzt, um daraus mindestens einen
der Stoffe Stickstoff, Phosphor, BOD und/oder COD zu entfernen.
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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Eine Übertragung
von Gasen in eine Flüssigkeit
oder ein Entfernen daraus wird meistens durchgeführt, indem ein Blasendiffusor
in der Flüssigkeit bereitgestellt
wird. Während
in der Flüssigkeit
Blasen aufsteigen, überqueren
Gase unter der Wirkung der relativen Partialdrücke des Gases in der Blase
und in der Flüssigkeit
die Blasengrenzfläche.
Ein derartiges Verfahren weist große Nachteile auf, beispielsweise hohe
Energiekosten, die Schwierigkeit, ein Mischen der Flüssigkeit
unabhängig
zu steuern, Schaumbildung auf der Flüssigkeitsoberfläche und
ein Mangel an Kontrolle über
das Gas, das durch die Blasen freigegeben wird, wenn diese an der
Oberfläche
der Flüssigkeit
platzen. Gasdurchlässige
Membranmodule stellen ein weiteres Mittel dar, um Gas in eine Flüssigkeit
zu übertragen
oder daraus zu entfernen, und finden bisher in vielfältigen Reaktorkonstruktionen
Verwendung. Im folgenden werden einige Beispiele beschrieben.
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Die
US-Patentschrift 4 416 993 (ausgegeben am 22. November 1983 an McKeown)
beschreibt ein Membranmodul in Form einer hohlen Platte. Die Platten
basieren auf einem starren Rahmen, der in ein poröses "Netzgewebe" eingewickelt ist,
das aus PTFE hergestellt ist, das an ein gewebtes Nylongewebe laminiert
ist. Die Platten sind an einem überlappenden
Streifen befestigt, der eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist.
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In "Bubble-Free Aeration
Using Membranes: Mass Transfer Analysis" (Journal of Membrane Science, 47 (1989)
91–106)
und "Bubble-Free
Aeration Using Membranes: Process Analysis." (Journal Water Pollution Control Federation,
1988, Bd. 60, Nr. 11, 1986–1992)
beschreiben Cote et al. die Verwendung von Siliconkautschukschläuchen, um
Sauerstoff in Wasser zu übertragen,
ohne in dem Wasser Blasen zu erzeugen. Die Einrichtung für diese
Lehren enthält ein
Modul mit vertikal ausgerichteten Rohren, die zwischen einem Einlassverteilerrohr
und einem Auslassverteilerrohr aufgehängt sind. Das Modul ist in
einem Behälter
eingetaucht, der Wasser enthält,
das von einer Pumpe umgewälzt
wird, um in dem Behälter
einen horizontalen Strom zu erzeugen.
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In "Studies of a Membrane
Aerated Bioreactor for Wastewater Treatment" (MBR 2 – 2. Juni 1999, Cranfield University),
beschreiben Semmens et al. ein Membranmodul mit mikroporösen Polypropylen-Hohlfasern,
die miteinander vermascht sind, um ein Gewebe zu bilden. Das Gewebe
ist zwischen einem Gaseinlassverteilerrohr und einem Gasauslassverteilerrohr
befestigt, so dass die Fasern horizontal ausgerichtet sind. Das
Modul ist in einem offenen Reaktor in Wasser eingetaucht, wobei
Wasser von einer Pumpe umgewälzt
wird, um in dem Reaktor einen horizontalen Strom zu erzeugen.
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Obwohl
vielfältige
Konstruktionen verfügbar sind,
war den Gasübertragungsmembranen
bisher ein breiter wirtschaftlicher Erfolg versagt. Allgemein wird
an Modulen oder Reaktoren bemängelt,
(a) dass die Festigkeit der Membranenmaterialien nicht ausreichend,
um in aggressiven Umgebungen zu bestehen, (b) dass die Membranoberfläche unzureichend ist,
insbesondere im Falle eines Behälters
mit einer feststehenden und vorab ausgewählten Größe, (c) dass übermäßige Bewegung
der Flüssigkeit
erforderlich ist, was in großen
Systemen hohe Kosten der Verwirklichung verursacht, (d) dass sich
das Wachstum von Biofilm auf den Membranen nur unter Schwierigkeiten
mit einer kontrollierten Dicke bremsen oder aufrecht erhalten lässt, und
(e) dass schon geringe Undichtigkeiten oder Fehlstellen in den Membranen
eine erhebliche Minderung der Systemkapazität hervorrufen.
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Gasübertragung
wird für
eine Reihe von Verfahren verwendet, beispielsweise für die Aufbereitung
von Abwasser. Ein Einleiten von Abwasser, das große Mengen
an Kohlenstoff (BOD oder COD), Stickstoff und Phosphor enthält, in einen
natürlichen Wasserkörper ruft
Eutrophierung, Algenbeläge,
Umweltverschmutzung und Gesundheitsprobleme hervor. Um Kohlenstoff-,
Stickstoff- und/oder Phosphoranteile ganz oder teilweise zu entfernen
wurden vielfältige
Abwasseraufbereitungsverfahren entwickelt, von denen einige im folgenden
zusammenfassend beschrieben sind.
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Belebtschlamm
mit chemischer Phosphorentfernung
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In
einem typischen Belebtschlammprozess durchströmt Abwasser nacheinander einen
anoxischen Reaktor, einen aeroben Reaktor und einen Klarifikator.
Aus dem Klarifikator stammendes Reinwasser wird in die Umgebung
entlassen. Belebtschlamm vom Grund des Klarifikators wird zu einem Teil
in den anoxischen Reaktor zurückgeführt und zum
Teil abgesondert. Um Stickstoff spürbar zu entfernen, ist eine
erhebliche Rückführungsrate
erforderlich, um das Abwasser abwechselnd zu nitrifizieren und zu
denitrifizieren.
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Phosphor
wird entfernt, indem eine Dosis von löslichen Metallsalzen, z.B.
Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat, an einer oder mehreren Stellen
in dem Verfahren in den aeroben Reaktor zugegeben wird, um Phosphatmetallsalze
auszufällen.
Das Abwasser enthält
jedoch viele unterschiedliche Ionen, die unerwünschte Nebenreaktionen hervorrufen.
Als Folge hiervon und besonders in Fällen, wo sehr niedrige Gesamtphosphorpegel
in dem Reinwasser verlangt werden, kann das Ausfällen von Phosphor ein Hinzufügen der
2-6-fachen stöchiometrischen
Menge des Metallsalzes erfordern. Diese Verfahren sind daher mit
hohen Chemikalienkosten, einer erheblichen Schlammproduktion und
einem hohen Pegel an metallischen Schadstoffen in dem Schlamm verbunden.
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Belebtschlamm mit biologischer
Phosphorentfernung
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Belebtschlammtechniken
können
auch modifiziert werden, um Mikroorganismen zur Speicherung von
Phosphaten zu verwenden. Beispielsweise erörtert das US-Patent 4 867 883
ein Verfahren mit dem Ansatz, die Auswahl und das Wachstum von Bio-P-Organismen zu unterstützen, die
Phosphor in einer Menge aufnehmen, die die normalerweise für das Zellwachstum
erforderliche Menge übersteigt.
Im Allgemeinen basiert das Verfahren auf einer anaeroben Zone, einer
anoxischen Zone, einer aeroben Zone und einem Klarifikator. In der
anaeroben Zone, wird lösliches
BOD assimiliert und durch die Bio-P-Organismen gespeichert, und
Phosphor wird freigegeben. Daran anschlie ßend wird das gespeicherte
BOD in der anoxischen und aeroben Zone abgereichert, und löslicher
Phosphor wird im Überschuss
aufgenommen und durch die Bio-P-Organismen in Form von Polyphosphaten
gespeichert. In dem Klarifikator setzt sich Schlamm, der Phosphate enthält, von
dem zu reinigenden Abwasser ab. Es existiert ein denitrifizierter
Rücklauf
von der anoxischen Zone zu der anaeroben Zone, ein nitrifizierter Rücklauf von
der aeroben Zone zu der anoxischen Zone und ein Belebtschlammrücklauf von
dem Klarifikator zu der anoxischen Zone. Die Schlammrückführung wird
in mehreren Phasen durchgeführt,
um sicherzustellen, dass keine Nitrate in die anaerobe Zone zurückgeführt werden,
was die Freigabe von Phosphor be grenzen würde. Der biologische Mechanismus,
durch den Bakterien in dem anaeroben Abschnitt Phosphor freigeben,
beinhaltet der Aufnahme von auf einfache Weise assimilierten organischen Verbindungen,
beispielsweise flüchtigen
Fettsäuren (VFA
= volatile fatty acid). Abhängig
von dem Pegel an VFA in dem unbehandelten Abwasser kann am Beginn
des Prozesses ein zusätzlicher
anaerober Abschnitt angefügt
werden.
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Ein
Problem im Zusammenhang mit diesem Verfahren ist, dass die Absetzungscharakteristik
des Schlamms in dem Klarifikator wesentliche Konstruktionsbeschränkungen
auferlegt. Beispielsweise sind die Verfahren nicht in der Lage,
bei sehr hohen Prozessfeststoffpegeln oder hohen Schlammretentionszeiten
zu arbeiten, insbesondere, wenn hohe Beseitigungsraten sowohl für Stickstoff
als auch für
Phosphor gefordert sind. Als Folge hiervon wird das System im Allgemeinen
als ineffizient erachtet und es die Entstehungsrate von Abfallschlamm
ist hoch. In manchen Fällen
werden am Ende des Prozesses Sandfilter hinzugefügt, um das Entfernen von aus
einem überlasteten
Klarifikator mitgerissenen Feststoffen zu erleichtern und den Phosphoranteil
in dem Reinwasser zu reduzieren.
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Ein
weiteres Problem im Zusammenhang mit diesen Verfahren ist die Bildung
von Phosphaten in dem System. Der Überschussbelebtschlamm enthält Bio-P-Organismen,
die reich an Phosphor sind. Wenn die Organismen in dem Überschussbelebtschlamm
abgebaut werden, geben sie Phosphor frei, der gewöhnlich in
Form eines Abbauüberstands
in den Prozess zurückgegeben
wird. Dies führt
zu einem reduzierten Wirkungsgrad der Phosphorentfernung in dem
Verfahren, und zu höheren
Phosphorpegel in dem Reinwasser. Zum Teil wird dieses Problem dadurch
gelöst,
dass ein als "Phos-Pho-Entfernung" bezeichneter Seitenstromprozess
eingesetzt wird, wie er in dem US-Patent 3 654 147 beschrieben ist. In
diesem Verfahren strömt
Belebtschlamm von dem Klarifikator zu einem Phosphorabscheider.
In dem Abscheider wird Phosphor durch Erzeugen anaerober Bedingungen,
Einstellen des pH-Werts oder ausgiebige Belüftung in den Filtratstrom freigegeben. Der
sich ergebende phosphatreiche Filtratstrom strömt zu einer chemischen Ausfällungsanlage.
Der phosphatfreie Abwasserstrom wird dem Hauptreinwasserstrom hinzugefügt, wobei
der aus der Ausfällungsanlage
stammende, die Phosphate enthaltende Abfallproduktestrom ausgesondert
wird, und der phosphatabgereicherte Belebtschlamm in den Hauptprozess
zurückgeführt wird.
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Membran-Bioreaktor
mit chemischer Ausfällung
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Ein
Membran-Bioreaktor kann mit chemischen Ausfällungstechniken kombiniert
werden. In einem einfachen Beispiel werden in einen aeroben Behälter, der
ein Membranfilter enthält
oder an ein solches angeschlossen ist, ausfällende Chemikalien hinzugefügt. Wie
oben sind jedoch zum Erreichen von geringen Spiegeln von Phosphaten
in dem Reinwasser Dosierungen von ausfällenden Chemikalien erforderlich,
die die stöchiometrische
Menge von Phosphaten wesentlichen übersteigen. Dies führt zu einer übermäßigen Schlammentstehung
und dem Auftreten metallischer Präzipitate, die die Rate der Membranverschmutzung
erhöhen
oder den Anwender zwingen, das System mit einer ineffizienten kurzen
Schlammretentionszeit zu betreiben.
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Membrangestützter Biofilm
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Die
US-Patentschrift 4 181 604 beschreibt ein Modul mit mehren Schlingen
von hohlen Hohlfasermembranen, die an beiden Enden mit einem Rohr am
Grund eines Behälters
verbunden sind, der Abwasser enthält. Das Rohr leitet ein sauerstoffhaltiges Gas
den Lumina der Membranen zu, durch die hindurch das Gas dem Abwasser
und einem auf der Außenfläche der
Membranen wachsenden aeroben Biofilm zugeführt wird. In der US-Patentschrift
4 746 435 wird die gleiche Einrichtung verwendet, allerdings wird
die Menge an zugeführten
sauerstoffhaltigen Gas gesteuert, um einen Biofilm mit aeroben Zonen
und anaeroben Zonen, und 1 bis 7 ppm Sauerstoff in dem Abwasser
zu erzeugen. Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine gleichzeitige
Nitrifizierung und Denitrifizierung ohne Schlammrückführung, jedoch
keine Phosphorentfernung.
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Die
US-Patentschrift 5 116 506 beschreibt einen Reaktor mit einer sauerstoffhaltigen
gasdurchlässigen
Membrane, die einen Reaktor in ein Flüssigkeitsabteil und ein Gasabteil
aufteilt. Das Flüssigkeitsabteil
enthält
Abwasser. Dem Gasabteil wird Sauerstoff zugeführt, der durch die Membrane
diffundiert, um eine Biofilmschicht zu tragen. Die Biofilmschicht
basiert auf zwei Teilen, nämlich
einer benachbart der Membrane angeordneten aeroben Schicht und einer
benachbart dem Abwasser angeordneten anaeroben Schicht. Dieses Verfahren
ermöglicht ebenfalls
eine gleichzeitige Nitrifizierung und Denitrifizierung, jedoch auch
in diesem Fall keine Phosphorentfernung.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Membranmodul zu verwenden,
um ein Gas in eine Flüssigkeit
einzutragen oder aus einer Flüssigkeit
zu entfernen. Solche Module können
beispielsweise zum Tragen und Anreichern eines Biofilms mit Sauerstoff,
zur Wasserentgasung, zur Befeuchtung, zur Vaporisation und zur Luftreinigung
verwendet wer den. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Prozess zur Aufbereitung von Abwasser zu schaffen, um Reinwasser
mit reduzierten Konzentrationen von Stickstoff, Phosphor und/oder
Kohlenstoff (BOD oder COD) hervorzubringen. Diese Aufgaben werden
durch die Kombination von Merkmalen, Schritten oder beiden, wie
in den Ansprüchen
dargelegt, erfüllt.
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In
einem Aspekt schafft die Erfindung einen Reaktor zur Aufbereitung
von Abwasser, Konzentrationen von einem oder mehr von BOD, COD,
Stickstoff und/oder Phosphor zu verringern, umfassend:
- (a) einen anaeroben Abschnitt, der anaeroben gemischten Liquor
enthält;
- (b) mehrere Gasübertragungsmembranmodulen in
Kommunikation mit einer Sauerstoffquelle zum Tragen und Anreichern
des Biofilms auf der Oberfläche
der Gasübertragungsmembranen
mit Sauerstoff, wobei der Biofilm sich in Fluidkommunikation mit dem
anaeroben Abschnitt befindet und aerobe und anoxische Zonen aufweist;
und
- (c) einen aeroben Abschnitt, der sich in Fluidkommunikation
mit dem anaeroben Abschnitt befindet und aeroben gemischten Liquor
enthält;
- (d) einen Abwassereinlass; und
- (e) einen Auslass,
wobei Abwasser in den Reaktor durch
den Einlass eintritt und durch den Reaktor fließt, um in dem anaeroben Abschnitt,
dem aeroben Abschnitt und durch Kontakt mit dem Biofilm behandelt
zu werden, bevor dasselbe den Reaktor durch den Auslass verlässt.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Reaktor zur Aufbereitung
von Abwasser, um Konzentrationen von einem oder mehr von BOD, COD,
Stickstoff und Phosphor zu verringern, der folgende Merkmale aufweist:
- (a) einen ersten Abschnitt, der eine mehrere
Gasübertragungsmembranmodulen
enthält,
die mit einer Sauerstoffquelle verbunden sind, die wirksam ist,
um einen Biofilm auf der Oberfläche
der Gasübertragungsmembranen
zu züchten,
der aerobe und anoxische Zonen aufweist, während ein anaerober Zustand,
der allgemein in dem ersten Abschnitt besteht, nicht gestört wird;
- (b) einen zweiten Abschnitt, der eine Sauerstoffquelle aufweist,
die wirksam ist, um aerobe Bedingungen in dem zweiten Abschnitt
zu schaffen;
- (c) einen Abwassereinlass zu dem ersten Abschnitt;
- (d) einen Auslass aus dem zweiten Abschnitt; und
- (e) einen Durchlass von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten
Abschnitt und einen zweiten Durchlass von dem zweiten Abschnitt
zu dem ersten Abschnitt,
wobei Abwasser in den Reaktor
durch den Einlass eintritt und durch den Reaktor fließt, um in
dem anaeroben Abschnitt, dem aeroben Abschnitt und durch Kontakt
mit dem Biofilm behandelt zu werden, bevor dasselbe den Reaktor
durch den Aus lass verlässt.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Prozess zur Aufbereitung
von Abwasser, um Konzentrationen von einem oder mehr von BOD, COD,
Stickstoff und Phosphor zu verringern, der folgende Schritte aufweist:
- (a) Behandeln des Abwassers durch anaeroben Abbau
außerhalb
des Biofilms von Schritt (b);
- (b) Kontaktieren des Abwassers, während sich dasselbe allgemein
in einem anaeroben Zustand befindet, mit einem Biofilm, der auf
einer Gasübertragungsmembran
getragen wird und aerobe und anoxische Zonen aufweist; und
- (c) Behandeln des Abwassers durch aeroben Abbau außerhalb
des Biofilms von Schritt (b).
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Die
Erfindung schafft auf diese Weise einen hybriden Abwasseraufbereitungsreaktor,
der einen membrangestützten
Biofilm und suspendierte Züchtungsbiomasse
kombiniert. Der Reaktor weist einen ersten Abschnitt auf, der mehrere
an eine Sauerstoffquelle angeschlossene Gasübertragungsmembranmodule und
einen zweiten Abschnitt aufweist, der eine Sauerstoffquelle enthält, die
geeignet ist, in dem zweiten Abschnitt aerobe Bedingungen zu schaffen. In
dem ersten Abschnitt wird die Zufuhr von Sauerstoff zu den Membranmodulen
so gesteuert, dass auf der Oberfläche der Membranen, die aerobe
und anoxische Zonen aufweisen, ein Biofilm gezüchtet wird, und dass vor allem
in dem ersten Abschnitt die Züchtung
eines anaeroben gemischten Liquors gefördert wird. In dem zweiten
Abschnitt fördern
die Diffusoren und die Sauerstoffquelle die Züchtung eines aeroben gemischten
Liquors. Das Abwasser tritt in den Reaktor durch einen Einlass zu
dem ersten Abschnitt ein und strömt
durch den Reaktor, um in dem anaeroben Abschnitt, in dem aeroben
Abschnitt und durch Kontakt mit dem Biofilm aufbereitet zu werden,
bevor es den Reaktor durch einen stromabwärts des zweiten Abschnitts
angeordneten Feststoff-Flüssigkeit-Separator
verlässt.
Ein Teil des abgesetzten Schlamms am Grund des Klarifikators wird
in den ersten Abschnitt rückgeführt.
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Biologisches
Aufschließen
von BOD, COD, Stickstoff und Phosphor wird wie im Folgenden zusammenfassend
beschrieben erreicht:
- – Eine grobe Entfernung von
BOD oder COD und Stickstoff erfolgen in dem Biofilm.
- – Eine
verfeinerte Denitrifizierung und Schlammreduktion erfolgen in dem
anaeroben gemischten Liquor.
- – Eine
Assimilation von flüchtigen
Fettsäuren (VFA
= Volatile Fatty Acid) und Freigabe von Phosphor erfolgt in dem
anaeroben gemischten Liquor.
- – Die
Entfernung von COD und BOD, die Nitrifizierung und die biologische
Phosphoraufnahme werden in dem aeroben gemischten Liquor verfeinert.
- – Phosphor
wird als überschüssige Biomasse
extrahiert, indem ein Teil des in dem Klarifikator abgesetzten Schlamms
abgesondert wird.
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In
einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen modifizierten
Reaktor, in dem Phosphor ferner als ein chemisches Präzipitat
extrahiert wird. Der anaerobe gemischte Liquor befindet sich die meiste
Zeit in Ruhe, so dass sich der anaerobe gemischte Liquor teilweise
absetzen kann, wodurch nahe seiner Oberfläche eine phosphorreiche Lösung entsteht.
In einer Abwandlung wird ein Teil des anaeroben gemischten Liquors
in einer Feststoff-Flüssigkeit-Trennvorrichtung
behandelt, um eine phosphorreiche Lösung hervorzubringen. Die phosphorreiche Lösung wird
in einem Ausfällungszweig
behandelt, der eine Quelle für
Phosphorausfällungsmittel,
beispielsweise Metallsalze, und eine Fällprodukttrennvorrichtung enthält, beispielsweise
einen Klarifikator oder ein Hydrozyklon.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf 12 und 13 beschrieben,
während 1 bis 11 dem
Verständnis
der Erfindung dienen.
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1 und 2 zeigen
eine erste Einrichtung in Draufsicht bzw. in geschnittener Ansicht.
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3, 4 und 5 zeigen
eine zweite Einrichtung in Draufsicht, in Schnittansicht bzw. Ansicht
ohne Frontverkleidung.
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6 und 7 zeigen
eine dritte Einrichtung in Draufsicht bzw. in geschnittener Ansicht.
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8 und 9 veranschaulichen
in schematischer Draufsicht zwei Reaktoren für den Einsatz in der ersten,
zweiten oder dritten Einrichtung.
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10 und 11 veranschaulichen
abgewandelte Konfigurationen der ersten Einrichtung.
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12 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Reaktor gemäß der Erfindung
zur Aufbereitung von Abwasser.
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13 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen zweiten Reaktor gemäß der Erfindung
zur Aufbereitung von Abwasser.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 und 2 zeigen
eine erste Einrichtung 10 mit einer Membrane 12,
einem Abstandhalter 14, einer Einlassleitung 16,
einer Auslassleitung 18 und einem nicht starren Halterungssystem 20.
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Die
Membrane 12 basiert auf einem Folienmaterial, das sich
in vielfältige
Konstruktionen nähen oder
kleben lässt.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
wird ein geeignet bemessenes Folienmaterialstück, das aus mehreren kleineren
Stücke gefertigt
sein kann, zur Hälfte
um den Abstandhal ter 14 gefaltet und in sich mit einer
Naht 22 oder mit Klebstoff befestigt. Sämtliche Reihen von Nähten 22 der
ersten Einrichtung 10 (und sämtlicher nachfolgenden Einrichtungen,
wie sie unten beschrieben sind), die erwartungsgemäß mit Wasser
in Berührung kommen,
werden durch Beschichtung derselben mit flüssigem Siliconkautschuk oder
einem anderen wasserfesten Klebstoff abgedichtet. Die Membrane 12 schließt auf diese
Weise einen Innenraum 24 ein, in dem der Abstandhalter 14 aufgenommen
ist. Der Abstandhalter 14 und die Membrane 12 bilden
gemeinsam ein ebenes Element 26.
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Die
Membrane 12 ist elastisch und gasdurchlässig, jedoch für flüssiges Wasser
undurchlässig. Der
Bergriff "für flüssiges Wasser
undurchlässig" bedeutet in dem
hier verwendeten Sinne, dass Wassermoleküle in der Lage sind, unter
der Wirkung einer geeigneten Kraft (falls beispielsweise die Feuchtigkeit
des Gases in dem Innenraum 24 geringer als 100 % ist) durch
die Membrane 12 zu diffundieren, während Wasser im flüssigen Aggregatszustand
die Membrane 12 nicht passieren wird. Eine bevorzugte Membrane 12 basiert
auf einem gewebten oder vliesartigen Textilgewebe, z.B. Nylon, das
mit einer Schicht beschichtet oder imprägniert ist, die zwar gasdurchlässig, jedoch
nicht wasserundurchlässig ist.
Siliconkautschuk wird wegen seiner hohen Durchlässigkeit für Sauerstoff und wegen seiner
Verfügbarkeit
in Form von Flüssigkeiten
oder Sprays für die
Schicht bevorzugt, allerdings muss die Schicht sorgfältig inspiziert
werden, um sicherzustellen, dass sie frei von Poren ist. In Abwandlungen
können
Membranen auf mikroporösen
hydrophobischen Materialien basieren, die unter typischen hydrostatischen Drücken wasserabstoßend sind,
beispielsweise Polypropylen oder PTFE. Der Abstandhalter 14 ist
elastisch und für
einen im Wesentlichen parallel zu der Membrane 12 strömenden Gasstrom
offen. Geeignete Materialien sind im Handel für den Einsatz als Abstandhalter
in Reversosmosemodulen erhältlich,
beispielsweise als von Valtex hergestelltes VexarTM.
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Die
Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 weisen
erste Enden 16a und 18a auf, die mit dem Innenraum 24 strömungsmäßig verbunden
sind. Die Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 weisen außerdem jeweils
zweite Enden 16b und 18b auf, die sich von dem
ersten ebenen Element 26 in Richtung nach außen erstrecken.
An den Stelle, an der die Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 aus
dem ebenen Element 26 austreten, wird wasserfester Klebstoff
aufgetragen, um das Eindringen von Wasser in den Innenraum 24 zu
verhindern.
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Die
Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 sind
aus einer Verbundkonstruktion gefertigt. Ein Teil in Nähe der zweiten
Enden 16b und 18b der Leitungen 16 und 18 ist
ein elastischer kompakter Schlauch. Das zweite Ende 16b der
Einlassleitung 16 weist ein abnehmbares wasserdichtes Anschlusselement
zu einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr auf. Das zweite Ende 18b der
Auslassleitung 18 kann in einigen Anwendungen druckentlastet
in die Atmosphäre
führen,
kann jedoch auch in ein (nicht dargestelltes) Verteilerrohr einmünden. Jeder
elastische Schlauch endet kurz unterhalb des Beginns des Abstandhalters 14.
Ab dieser Stelle basiert jede der Leitungen 16, 18 auf
einem Abschnitt des Abstandhalters 14 oder der Membrane 12.
Wie zu sehen, basieren die Leitungen 16, 18 auf
einem Abschnitt des Abstandhalters 14, der aufgerollt ist,
um ein poröses Rohr
zu erzeugen, das in den elastischen Schlauch mündet und sich längs einer
Seite des ersten ebenen Elements 26 erstreckt. In einer
Abwandlung kann der Abstandhalter 14 in sich gefaltet sein,
um die Leitungen 16, 18 zu bilden, oder es kann
in einem tubulären Abschnitt
der Membran 12 benachbart zu dem Abstandhalter 14 eine
elastische Feder eingesetzt sein, um Leitungen 16, 18 zu
bilden.
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Vorzugsweise
sind die Einlassleitung 16 und die Auslassleitung 18 an
gegenüberliegenden
Seiten des ebenen Elements 26 angeordnet, so dass in die Einlassleitung 16 eintretendes
sauerstoffhaltiges Gas über
das ebene Element 26 strömt, bevor es durch die Auslassleitung 18 entweicht.
Ferner erstrecken sich sämtliche
Leitungen 16, 18 vorzugsweise im Wesentlichen
längs ihrer
entsprechenden gegenüberliegenden
Seiten des ebenen Elements 26 und sind über einen beträchtlichen
Abschnitt ihrer Länge hinweg
innerhalb des ebenen Elements 26 poröse. Auf diese Weise wird begünstigt,
dass das Gas in einem gut verteilten Strömungsmuster über das
ebene Element 26 strömt.
Optional kann das Gas dazu veranlasst werden, abwärts oder
vorzugsweise aufwärts zu
strömen,
indem die Leitungen 16, 18 längs der horizontalen Seiten
des ebenen Elements 26 anstelle längs der senkrechten Wände des
ebenen Elements 26 angeordnet werden.
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Ferner
kann ein Abflussrohr 28 vorgesehen sein, das ein erstes
Ende, das strömungsmäßig mit dem
Grund des ebenen Elements 26 verbunden ist, und ein aus
dem ebenen Element 26 herausragendes zweites Ende aufweist.
Das Abflussrohr 28 ist an der Stelle, wo es aus dem ebenen
Element 26 austritt mit Klebstoff abgedichtet. Das zweite
Ende des Abflussrohrs 28 ist mit einem Anschlussstück versehen, so
dass es sich mit einer Pumpe verbinden lässt, die dazu dient Wasser
aus dem Innenraum 24 des ebenen Elements 26 zu
entfernen. Unter idealen Bedingungen ist ein derartiges Abflussrohr 28 nicht
erforderlich. Von Zeit zu Zeit können
jedoch winzige Fehlstellen in dem ebenen Element 26 entstehen,
die geringe Mengen Wasser eintreten lassen. Darüber hinaus kann unter gewissen
Bedingungen Wasserdampf kondensieren und sich in dem Innenraum 24 ansammeln.
In beiden Fällen
kann durch die Verwendung eines Abflussrohr 28 darauf verzichtet
werden, die erste Einrichtung 10 periodisch zu entfernen,
um Wasser aus dem Innenraum 24 zu beseitigen. In einer
Abwandlung kann das Abflussrohr 28 durch die Auslassleitung 18 hindurch
in den Grund des ebenen Elements 26 eingeführt werden.
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Das
Halterungssystem 20 basiert auf einer Serie von spannbaren
Elementen in. Form von Schlingen 30, die vorzugsweise aus
demselben Material wie die Membrane 12 oder aus einem anderen geeigneten
Gewebe hergestellt sind. Die Schlingen 30 sind an die Ränder des
ebenen Elements 26 genäht
oder geklebt, um eine Reihe von Befestigungspunkten vorzusehen.
Es können
auch Ösen,
Haken oder sonstige Befestigungsmittel verwendet werden, solange
sie in der Lage sind, jede zu erwartende Last geeignet zu verteilen,
so dass ein Reißen
der Ränder des
ebenen Elements 26 vermieden ist. Das Halterungssystem 20 ermöglicht es,
das ebene Element 26 fest, jedoch nicht starr, in einer
ausgewählten
Position in einem ausgewählten
Reaktor zu halten, indem ein an dem Reaktor befestigter Draht bzw.
ein Seil durch die Schlingen 30 geführt wird. In manchen Fällen kann
der Draht oder das Seil eine gekrümmte Gestalt annehmen. In diesen
Fällen
sind die Längen der
Schlingen 30 vorzugsweise unterschiedlich bemessen, um
an die gekrümmte
Gestalt angepasst zu sein, so dass die auf das ebene Element 26 ausgeübte Zugkraft
gleichmäßig auf
die Schlingen 30 übertragen
wird. In einer Abwandlung kann eine verhältnismäßig große Zahl von gespannten Drähten oder Seilen
mit Klemmanschlüsse,
wie sie beispielsweise zur Befestigung von Planen verwendet werden,
an einem Ende mit einem Reaktor und an dem anderen Ende mit dem
ebenen Element 26 verbunden sein. In diesem Fall erfüllt der
Rand des ebenen Elements den Zweck des spannbaren Elements und ist
nach Bedarf verstärkt.
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Eine
Abwandlung der ersten Einrichtung 10' ist in 10 gezeigt.
In dieser Abwandlung weist ein Halterungssystem 20' Schwimmer 32 auf,
die geeignet bemessen sind, um die Oberseite der ersten Einrichtung 10' oberhalb einer
Wasseroberfläche
zu halten. Der Grund der ersten Einrichtung 10' wird mit spannbaren
Elementen versenkt gehalten, die auf an Ösen 36 befestigten
Drähten 34a basieren.
Wenn für eine
Wartung oder dergleichen der Wasserstand gesenkt oder das Wasser
abgelassen wird, erfüllen
an Ösen 36 befestigte
zweite Drähte 34b die
Funktion der Schwimmer 32, um die Oberseite der ersten
Einrichtung 10' zu
halten. Die Einlassleitung 16' ist ein kurzer Abschnitt am oberen
Ende der ersten Einrichtung 10', in dem der Abstandhalter 14' der Atmosphäre ausgesetzt
ist. Die Auslassleitung 18' erstreckt sich
entlang einer Seite nach unten und quer über den Grund der ersten Einrichtung 10', ist jedoch
lediglich längs
des Grundes der ersten Einrichtung 10' porös. Die Auslassleitung 18' ist mit einer
Saugpumpe verbunden, um Luft von oben nach unten durch die erste
Einrichtung 10' hindurch
anzusaugen. Geringe Mengen von Wasser, die in die erste Einrichtung 10' gelangen, werden
periodisch abgezogen, indem die Saugwirkung an der Auslassleitung 18' erhöht wird.
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11 zeigt
in Draufsicht eine weitere Abwandlung der ersten Einrichtung 10''. In dieser Abwandlung sind ein
oder mehrere ebene Elemente 26'' der
ersten Einrichtung 10'' zu einer Spirale
gewunden. Die Schichten der Spirale sind durch eine oder mehrere
lose Federn 38 oder sonstige offene Abstandhalter getrennt,
die vorzugsweise längs
der Achse der Spirale in gleichmäßigen Intervallen
voneinander beabstandet sind. Gas strömt durch Leitungen 16'' und 18'' ein
bzw. aus, jedoch kann die veranschaulichte Reihenfolge der gegenseitigen
Anordnungen der Leitungen 16'' und 18'' umgekehrt sein. Die erste Einrichtung 10'' ist vorzugsweise in einem zylindrischen
Gefäß 39 angebracht,
das ein Behälter oder
ein großes
Rohr sein kann. Der durch das Gefäß 39 strömende Wasserstrom
kann dazu veranlasst werden, der Spirale der ersten Einrichtung 10'' zu folgen, indem der Einlass oder
der Auslass im Zentrum des Gefäßes angeordnet
wird, und die jeweils übrige Öffnung,
an dem Umfang des Gefäßes 39 angeordnet
wird. In einer Abwandlung kann dafür gesorgt werden, dass der
durch das Gefäß 39 strömende Wasserstrom,
beispielsweise in Fällen,
in denen das Gefäß 39 ein
Rohr ist, parallel zu der Achse der Spirale strömt, indem an dem einen Ende
des Rohrs ein Einlass und an dem anderen Ende des Rohrs ein Auslass
vorgesehen wird, und indem die erste Einrichtung 10'' zwischen dem Einlass und dem Auslass
angeordnet wird. Abhängig
davon, wie fest die erste Einrichtung 10'' in
dem Rohr sitzt, werden möglicherweise
keine spannbaren Elemente benötigt,
um die erste Einrichtung 10'' an Ort und
Stelle zu halten, allerdings sind spannbare Elemente oder ein sonstiges
Halterungssystem gewöhnlich
erforderlich, falls das Gefäß 39 ein
großer
Behälter
ist.
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3, 4 und 5 zeigen
eine zweite Einrichtung 110, die dazu dient, einen eingetauchten Biofilm
zu Tragen und mit Sauerstoff anzureichern. Die zweite Einrichtung 110 enthält eine
Membrane 112, einen Abstandhalter 114, eine Einlassleitung 116,
eine Auslassleitung 118 und ein nicht starres Halterungssystem 120.
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Die
Membrane 112 und der Abstandhalter 114 sind aus
demselben Material, wie es im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist. Die Membrane 112 ist in ähnlicher
Weise um den Abstandhalter 114 gefaltet und mit einer Naht 122 oder
Klebstoff in sich befestigt. Zusätzliche Reihen
von Nähten 122 werden
verwendet, um die Einlassleitung 116, die Auslassleitung 118 und
ein zweites Halterungssystem 120 in den gezeigten Positionen
zu fixieren. Die Membrane 112 umschließt auf diese Weise einen Innenraum 124,
in dem der Abstandhalter 114 aufgenommen ist, und der Abstandhalter 114 und
die Membrane 112 bilden zusammen ein ebenes Element 126.
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Die
Einlassleitung 116 und die Auslassleitung 118 weisen
erste Enden 116a und 118a auf, die mit dem Innenraum 124 strömungsmäßig verbunden sind.
Die Einlassleitung 116 und die Auslassleitung 118 weisen
außerdem
jeweils zweite Enden 116b und 118b auf, die sich
von dem ebenen Element 126 in Richtung nach außen erstrecken.
An der Stelle, wo die Leitungen 116, 118 aus dem
zweiten ebenen Element 126 austreten, wird wasserfester
Klebstoff aufgetragen, um ein Eindringen von Wasser in den Innenraum 124 zu
verhindern.
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Die
Einlassleitung 116 und die Auslassleitung 118 sind
aus elastischen kompakten Schläuchen
gefertigt. Das zweite Ende 116b der Einlassleitung 116 weist
ein abnehmbares wasserdichtes Anschlusselement zu einem (nicht dargestellten)
Verteilerrohr auf. Das zweite Ende 118b der Auslassleitung 118 kann
in einigen Anwendungen druckentlastet in die Atmosphäre führen, kann
jedoch auch in ein (nicht dargestelltes) Verteilerrohr einmünden. Kurz unterhalb
des Anfangs des Abstandhalters 114 beginnend weist jedes
Rohr eine Anzahl Durchlöcherungen 40 auf,
um ein poröses
Rohr zu erzeugen. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels sind die Einlassleitung 116 und
die Auslassleitung 118 vorzugsweise an gegenüberliegenden
Seiten des ebenen Elements 126 angeordnet, erstrecken sich im
Wesentlichen entlang dessen entsprechenden gegenüberliegenden Seiten und sind
längs eines
beträchtlichen
Abschnitts ihrer Länge
innerhalb des zweiten ebenen Elements 126 porös. Optional
kann das Gas dazu veranlasst werden, abwärts oder vorzugsweise aufwärts zu strömen, indem
die Leitungen 116, 118 längs der horizontalen Seiten
des zweiten ebenen Elements 126 anstelle längs der
senkrechten Wände
des ersten ebenen Elements 126 angeordnet werden. Ferner
kann ein (nicht dargestelltes) Abflussrohr vorgesehen sein.
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Das
Halterungssystem 120 basiert auf einem spannbaren Element
in Form eines Drahtes oder Seiles 42, das um einen wesentlichen
Teil des Umfangs des ebenen Elements 126 genäht oder
geklebt ist. Der Draht oder das Seil 42 ragt aus dem ebenen
Element 126 an mehreren Stellen hervor, um Befestigungspunkte 44 vorzusehen.
Vorzugsweise sind vier Befestigungspunkte 44 vorgesehen,
und zwar einer an jeder Ecke des ebenen Elements 126. Das
Halterungssystem 120 ermöglicht es, das ebene Element 126 fest,
jedoch nicht starr in einer ausgewählten Position in einem ausgewählten Reaktor
zurückzuhalten,
indem die Befestigungspunkte 44 über Seile oder Draht mit einem
Reaktor verbunden sind. Diese Befestigung kann begünstigen,
dass der Draht oder das Seil 42 eine gekrümmte Form
annimmt. In diesen Fällen
sind die maßgebenden
Ränder
des ebenen Elements 126 ähnlich gekrümmt gestaltet.
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6 und 7 zeigen
eine dritte Einrichtung 210. Die dritte Einrichtung 210 enthält eine Membrane 212,
einen Abstandhalter 214, eine Einlassleitung 216,
eine Auslassleitung 218 und ein nicht starres Halterungssystem 220.
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Die
Membrane 212 basiert, wie für die vorangehenden Ausführungsbeispiele
beschrieben, auf einem Folienmaterial. Der Aufbau der dritten Einrichtung
unterscheidet sich jedoch in sofern, als die Membrane 212 getrennt
durch einen elastischen jedoch undurchlässigen Separator 50,
vorzugsweise eine Kunststofffolie, um zwei Schichten des Abstandhalters 214 gefaltet
ist. Die Ränder
der Membran sind durch wasserfesten Klebstoff oder eine mit Siliconkautschukspray
oder -klebstoff wasserfest gemachte Naht 222 miteinander
verbunden. Die Membrane 212 umschließt auf diese Weise einen Innenraum 224, der
den Abstandhalter 214 enthält, und der Abstandhalter 214 und
die Membrane 212 bilden zusammen ein ebenes Element 226.
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Die
Einlassleitung 216 und die Auslassleitung 218 weisen
erste Enden 216a, 218a auf, die mit dem Innenraum 224 strömungsmäßig verbunden sind.
Die Einlassleitung 216 und die Auslassleitung 218 weisen
ferner zweite Enden 216b, 218b auf, die sich von
dem ebenen Element 226 in Richtung nach außen erstrecken.
In der dritten Einrichtung 210 umfassen die Leitungen 216, 218 einen
Teil des ebenen Elements 226 und ein Verteilerrohr 52.
Das ebene Element 226 ist in das Verteilerrohr 52 mittels
gasundurchlässigen
Klebstoffs 54 eingebettet, um eine luftundurchlässige Dichtung
mit der Membrane 212 herzustellen, wobei der Abstandhalter 214 jedoch strömungsmäßig mit
einer Einlasskammer 56 und einer Auslasskammer 58 des
Verteilerrohrs 52 verbunden bleibt. Die Einlasskammer 56 und
die Auslasskammer 58 sind durch die undurchlässige Schicht 50 getrennt.
Das Verteilerrohr 52 stellt eine obere Befestigung bereit,
um die Oberseite des ebenen Elements 226 in einem ausgewählten Reaktor
in einer ausgewählten
Position starr zu befestigen.
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Gas
tritt in die dritte Einrichtung 210 durch ein Rohr 62 ein,
das mit einem Ende strömungsmäßig mit
einer Gasquelle verbunden ist, und dessen zweites Ende strömungsmäßig mit
der Einlasskammer 56 des Verteilerrohrs 52 verbunden
ist. Von der Einlasskammer 56 ausgehend tritt das Gas durch den
exponierten Rand des Abstandhalters 214 in das ebene Element 226 ein.
Das Gas strömt
zunächst
abwärts
und anschließend
durch den Abstandhalter 214 hindurch aufwärts. Das
Gas verlässt
das ebene Element 226 durch den anderen exponierten Rand des
Abstandhalters 214 in die Auslasskammer 58 des
Verteilerrohrs 52, von wo aus es durch einige Ausstoßkanäle 64,
oder in einer Abwandlung durch ein Rohr, zu einem (nicht dargestellten)
Auslassverteilerrohr abströmt.
Ferner kann ein (nicht dargestelltes) Abflussrohr mit einem ersten
Ende, das strömungsmäßig mit
dem Grund des ebenen Elements 226 verbunden ist, und mit
einem zweiten Ende, das aus dem ebenen Element 226 her
ausragt, vorgesehen sein.
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Da
das Verteilerrohr 52 oberhalb des Wassers angebracht werden
soll, befindet sich ein Abschnitt der Membran 212 entweder
außerhalb
des Wassers oder in einer Wassertiefe, die nicht ausreicht, um die
Membrane 212 gegen den Abstandhalter 214 gedrückt zu halten.
In diesem Abschnitt, der vorzugsweise weniger als die Hälfte der
Fläche
des ebenen Elements 226 beträgt, befestigen weitgehend parallel
zu der Hauptrichtung des Gasstroms verlaufende Klebstofflinien 66 in
ausgewählten
Intervallen die Membrane 212 an dem Abstandhalter, um ein
Ausbeulen der Membran 212 zu verhindern. Ähnliche
Klebstofflinien können
in geeigneten Richtungen im Bedarfsfall in der ersten Einrichtung 10 und
in der zweiten Einrichtung 110 verwendet werden. In jenen
Fällen
ist es jedoch bevorzugt, dass die erste Einrichtung 10 und
die zweite Einrichtung 110 mit Blick auf den verwendeten
Gasdruck ausreichend tief eingetaucht sind, um dem Wasserdruck zu
erlauben, die Membrane 212 gegen den Abstandhalter 214 zu halten.
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Der
Abschnitt der Membran 212, der sich außerhalb des Wassers befindet,
kann zulassen, dass etwas Gas in die Atmosphäre diffundiert. In Fällen, wo
das innerhalb der Membrane 212 strömende Gas Luft ist, lässt sich
insbesondere bei einem Luftdruck von weniger als 10 kPa die außerhalb
des Wassers befindliche Länge
der Membrane 212 mit Blick auf die Stelle steuern, an der
die Diffusion in die Atmosphäre
angemessen ist. In Fällen,
wo ein reines Gas, beispielsweise Sauerstoff, innerhalb der Membrane 212 strömt, kann
die Diffusion in die Atmosphäre
allerdings beträchtlich
sein, und der der Atmosphäre ausgesetzte
Abschnitt der Membran 212 vorzugsweise mit einer gasundurchlässigen Beschichtung
abgedichtet sein.
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Das
Halterungssystem 220 enthält das Verteilerrohr 52,
das in einem Reaktor starr angebracht sein kann, und ein am Grund
des ebenen Elements 226 befestigtes Gewichtelement 68.
Um dies zu verwirklichen, erstreckt sich die Membrane 212 über das untere
Ende des Abstandhalters 214 hinaus, und das Gewichtelement 68 ist
in zwei Hälften
an der Membrane 212 mittels Nieten 70 oder sonstiger
Befestigungsmittel angebracht. Das Gewichtelement ist ausreichend
bemessen, um das ebene Element 226 von dem Verteilerrohr 52 vertikal
herabhängend
zu halten. In einer Abwandlung können
am unteren Ende des dritten ebenen Elements 226 Schlingen vorgesehen
sein, um eine Anbindung an den Grund des Reaktors mit Seilen oder
Drähten
zu ermöglichen.
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Membrangestützte Biofilmreaktoren
für Abwasseraufbereitung
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8 zeigt
einen Reaktor 80 mit einem Behälter 82, einem Einspeisungseinlass 84 zu
dem Behälter 82,
einem Reinwasserauslass 86 aus dem Behälter 82, einem Strömungspfad 88 zwischen
dem Einspeisungseinlass 84 und dem Reinwasserauslass 86 und
mehreren der dritten Einrichtungen 210. Die dritte Einrichtung 210 ist
lediglich als ein Beispiel gezeigt, und mit geeigneten Änderungen
kann auch die zweite Einrichtung 110 oder die erste Einrichtung 10 im
Zusammenhang mit dem Reaktor 80 verwendet werden.
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Die
ebenen Elemente 226 sind geeignet bemessen, um zu dem Behälter 82 zu
passen und um einen erheblichen Teil seines Volumens ausfüllen. Die
ebenen Elemente 226 weisen keinen vorgefertigten oder starren
Rahmen auf und werden daher vorzugsweise maßgeschneidert angepasst, um
eine effiziente Nutzung des in dem Behälter 82 verfügbaren Raums
zu erreichen. Beispielsweise können
die ebene Elementen 226 Maße im Bereich von 0,5 m bis
2 m Breite und 2 bis 10 m Tiefe aufweisen. Die ebenen Elemente 226 sind
vorzugsweise in dem Behälter 82 in
mehreren Reihen angeordnet, wobei eine einzelne derartige Reihe
in 8 gezeigt ist. Die ebenen Elemente 226 können mit
einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 mm bemessen sein, und benachbarte
Reihen sind in dem Behälter 82 in
einem Abstand von 5 bis 15 mm nebeneinander angeordnet, um eine
Biofilmzüchtung
und einen Abwasserstrom zwischen benachbarten ebenen Elementen 226 zu
erlauben.
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Der
Behälter 82 ist
länger
als tief, und es ist bevorzugt, einen im Allgemeinen horizontalen
Strömungspfad 88 mit
minimalem Mischen zu fördern. Dies
wird erreicht, indem in Nähe
der Enden (d.h. nahe dem Einlass 84 und dem Auslass 86)
des Behälters 82 etwas
Raum übrig
gelassen wird, um dem Wasser eine vertikale Bewegung zu ermöglichen, und
indem an dem oberen Ende, am Grund und an den Seiten des Behälters 82 ein
minimaler Freiraum belassen wird. Ferner kann stromaufwärts des
Reinwasserauslasses 86 eine Ablenkplatte 90 angeordnet
sein, um zu veranlassen, dass der Strömungspfad 88 darunter verläuft. Ein
Schlammauslass 92 ist vorgesehen, um überschüssigen Schlamm abzuführen.
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Der
Strömungspfad 88 ist
zwischen dem Einspeisungseinlass 84 und dem Reinwasserauslass 86 im
Allgemeinen über
einen beträchtlichen
Abschnitt des Behälters 82 hinweg
geradlinig. Jede der dritten Einrichtungen 210 wird durch
ihre Verteilerrohre 52, die an einem Rahmen 90 befestigt
sind, und durch ihr Gewichtelement 68 in dem Tank 82 gehalten.
Die Verteilerrohre 52, der Rahmen 90 und die Gewichtelemente 68 halten
jede der dritten Einrichtungen 210 in dem Reaktor 80 an
Ort und Stelle, wobei das ebene Element 226 jeder der dritten
Einrichtungen 210 im Wesentlichen parallel zu dem Strömungspfad 88 verläuft. Vorzugsweise
sind mehrere ebene Elemente 226 in Reihe längs des
Strömungspfads 88 beabstandet
angeordnet, so dass der Reaktor 80 dazu neigt eine Pfropfenströmungscharakteristik
aufzuweisen. Aufzubereitendes Abwasser kann teilweise aus dem Reinwasserauslass 86 in
den Einspeisungseinlass 84 zurückgeführt werden. Eine solche Rückführung kann
die Gasübertragungsrate
steigern, indem die Geschwindigkeit des Abwassers längs des
Strömungspfads 88 erhöht wird,
jedoch ist es bevorzugt, das Rückführungsverhältnis gering
zu halten, um keine Tendenz zu einer Mischströmungscharakteristik in dem
Reaktor 80 hervorzurufen.
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Sauerstoffhaltiges
Gas wird jeder der dritten Einrichtungen 210 über deren
Einlassleitung 216 zugeführt, die mit einem oberhalb
des aufzubereitenden Wassers angeordneten Einlasskrümmer 94 verbunden
ist. Dadurch dass der Einlasskrümmer 94 oberhalb
des Wassers angeordnet ist, wird eine in einer beliebigen der dritten
Einrichtungen 210 auftretende Undichtigkeit kein Wasser
in den Verteiler oder in eine der übrigen dritten Einrichtungen 210 eindringen
lassen. Gas verlässt
je de der dritten Einrichtungen 210 durch deren mit einem
Auslasskrümmer 95 verbundene
Auslassleitung 218. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich
ist, die Gase aufzufangen, die jede der dritten Einrichtungen 210 verlassen,
bietet dies dennoch einige Vorteile. Beispielsweise ist das Gas
in dem Auslasskrümmer 95 möglicherweise
erheblich mit flüchtigen
organischen Verbindungen angereichert, die im Inneren eines Gebäudes, in
dem der Reaktor 80 untergebracht ist, Geruchsbelästigungen
oder Gesundheitsrisiken hervorrufen können. Diese Gase werden vorzugsweise
weiter behandelt oder zumindest aus dem Gebäudes ins Freie entlassen.
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Vorzugsweise
wird das Gas unter einem geeigneten Druck bereitgestellt, so dass
sich in dem aufzubereitenden Wasser keine Blasen bilden, und, eher
bevorzugt, beträgt
dieser Druck weniger als 10 kPa. Dieser Druck wird von dem Druck
des aufzubereitenden Wassers ab der Tiefe von einem Meter überschritten.
Vorzugsweise befindet sich wenigstens die Hälfte der Fläche der dritten ebenen Elemente 226 unterhalb
dieser Tiefe. Der Wasserdruck verhindert auf diese Weise zumindest
für die
Hälfte
der Oberfläche
der Membranen 12 ein Ausbuchten.
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Sauerstoff
diffundiert durch die Membranen 12. Die auf diese Weise
diffundierte Menge an Sauerstoff reicht vorzugsweise aus, benachbart
der ebenen Elemente 226 einen aeroben Biofilm zu züchten, benachbart
des aeroben Biofilms einen anoxischen Biofilm zu züchten und
das aufzubereitende Abwasser in einem anaeroben Zustand zu halten.
Ein derartiger Biofilm ermöglicht
eine gleichzeitige Nitrifizierung und Denitrifizierung. Eine Schütteleinrichtung 96 wird
von Zeit zu Zeit aktiviert, um zu veranlassen, dass die ebenen Elemente 226 akkumulierten
Biofilm freigeben. Eine geeignete Schüttelein richtung basiert auf
einer Serie von Grobblasendurchlüftern 98,
die dem aufzubereitenden Wasser ausreichend wenig Sauerstoff zuführen, um
zu verhindern dass dieses anaerob wird.
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9 zeigt
einen zweiten Reaktor 180 mit einem Behälter 182, einem Einspeisungseinlass 184, einem
Reinwasserauslass 186, einem Strömungspfad 188 und
mehreren der ersten Einrichtungen 10. Die erste Einrichtung 10 ist
lediglich als Beispiel gezeigt, und die zweite Einrichtung 110 oder
dritte Einrichtung 210 können mit geeigneten Änderungen ebenfalls
im Zusammenhang mit dem zweiten Reaktor 180 verwendet werden.
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Jede
der ersten Einrichtungen 10 wird durch ihre um Drähte 100 gewickelte
Schlingen 30 oder durch an dem Behälter 182 befestigte
Seile gehalten. Die Schlingen 30 und Drähte 100 halten jede
der ersten Einrichtungen 10 in dem zweiten Reaktor 180 in einer
Position, wobei das ebene Element 26 jeder ersten Einrichtung 10 im
Wesentlichen parallel zu dem Strömungspfad 188 angeordnet
ist.
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Die
ersten ebenen Elemente 26 sind geeignet bemessen, um zu
dem Behälter 182 zu
passen und um einen erheblichen Teil seines Volumens ausfüllen. Wie
die dritten ebenen Elemente 226 weisen die ersten ebenen
Elemente 26 keinen vorgefertigten oder starren Rahmen auf
und werden vorzugsweise maßgeschneidert
angepasst, um eine effiziente Nutzung des in dem Behälter 182 verfügbaren Raums
zu erreichen. Die ersten ebenen Elemente 26 können mit
einer Dicke im Bereich von 0,25 bis 1 mm bemessen sein und sind
in einem Abstand von 5 bis 15 mm nebeneinander angeordnet, um eine
Biofilmzüchtung und
einen Abwasserstrom zwischen benachbarten ersten ebenen Elementen 26 zu
erlauben.
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Der
Behälter 182 ist
tiefer als lang, und es ist bevorzugt, einen geraden und im Wesentlichen
vertikalen Strömungspfad 188 über einen
beträchtlichen Abschnitt
des Behälters 182 hinweg
mit minimalem Mischen zu begünstigen.
Dies wird erreicht, indem in Nähe
der Enden und Seiten des Behälters 82 ein
minimaler Raum übrig
gelassen wird, während
in Nähe der
Ober- und Unterseite des Behälters 82 ein
beträchtlicher
Raum belassen wird. Aufzubereitendes Wasser kann teilweise aus dem
Reinwasserauslass 86 in den Einspeisungseinlass 84 zurückgeführt werden,
jedoch ist es bevorzugt, die Rückführungsrate gering
zu halten.
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Sauerstoffhaltiges
Gas wird jeder ersten Einrichtungen 10 durch ihre Einlassleitung 16 zugeführt, die
mit einem oberhalb des aufzubereitenden Wassers angeordneten Krümmer 94 verbunden
ist. Dadurch dass der Einlasskrümmer 94 oberhalb
des Wassers angeordnet ist, wird eine in einer beliebigen der ersten
Einrichtungen 10 auftretende Undichtigkeit nicht dazu führen, dass
Wasser in den Verteiler oder in eine der übrigen ersten Einrichtungen 210 eindringen
kann. Die Auslassleitungen 18 sind oberhalb der Oberfläche des
aufzubereitenden Wassers an einer geeigneten Stelle, beispielsweise
an dem Einlasskrümmers 94,
befestigt. Vorzugsweise wird das Gas unter einem Druck von weniger
als 10 kPa zugeführt,
und die ebenen Elemente 26 sind mehr als 1 m tief in dem
Behälter 182 angeordnet.
Auf diese Weise wird der Gasdruck von dem Druck des aufzubereitenden
Wassers übertroffen,
was ein Ausbeulen der Membranen 12 verhindert. (Nicht gezeigte)
Klebstofflinien, die vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte der
Fläche
der ebenen Elemente 26 betreffen, können verwendet werden, um einen
Teil der ebenen Elemente 26 zu verstärken, falls diese nicht ausreichend
tief angebracht werden können.
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In
einer Abwandlung wird ein durch das erste Element 10 strömender Gasstrom
erzeugt, indem an die Auslassleitungen 18 ein Saugdruck
angelegt wird, der vorzugsweise nicht mehr als 10 kPa unterhalb
des atmosphärischen
Drucks liegt. Die Einlassleitungen 16 sind strömungsmäßig mit
der Atmosphäre
verbunden. Durch dieses Verfahren wird die Gasdiffusionsrate über die
Membrane 12 geringfügig reduziert,
jedoch ist unabhängig
von der Tiefe des ersten Elements 10 keine Verstärkung der
Membran 12 (beispielsweise durch Klebstofflinien) erforderlich.
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Sauerstoff
diffundiert durch die Membranen 12 vorzugsweise so, dass
benachbart der ebenen Elemente 26 ein aerober Biofilm gezüchtet wird,
benachbart des aeroben Biofilms ein anoxischer Biofilm gezüchtet wird,
und das aufzubereitende Abwasser in einem anaeroben Zustand gehalten
wird. Eine zweite Schütteleinrichtung 196 wird
von Zeit zu Zeit aktiviert, um zu veranlassen, dass die ersten ebenen Elemente 26 akkumulierten
Biofilm freigeben. Eine geeignete Schütteleinrichtung basiert auf
einer Serie von mechanischen Mischern 102.
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Andere Reaktoren.
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Die
oben beschriebene Einrichtung kann auch in abgewandelten Verfahren
oder Anordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann Gasübertragung
in eine Flüssigkeit
in einer Konfiguration mit totem Ende, d.h. ohne eine Auslassleitung
verwirklicht werden. In diesem Fall ist es allerdings bevorzugt, eine
kleine Ablassentlüftung
vorzusehen, um Kondensation in dem freiliegenden Raum zu reduzieren und
von der Flüssigkeit
ausgetragene Gase in den freiliegenden Raum der Einrichtung zu entlüften. Um Gase
aus einer Flüssigkeit
zu entfernen, kann auch eine Konfiguration mit totem Ende verwendet werden,
bei der keine Einlassleitung vorgesehen ist. Die Verwendung der
Einrichtung in einigen anderen Anwendungen wird im folgenden beschrieben.
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a) Wasserentgasung und
Vaporisation.
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Bei
der Wasserentgasung fließt
Wasser, das aufgelöste
Gase wie Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlendioxid enthält, in einen
Behälter.
Ebene Elemente, wie sie oben beschrieben sind, werden in den Behälter getaucht.
Ein Reinigungsgas strömt
durch das ebene Element, oder es wird ein Vakuum auf das ebene Element
angewandt (die Einlassleitung ist weggelas sen). In der Flüssigkeit
vorhandene Gase durchqueren die Membrane zu dem Innenraum des ebenen
Elements, aus dem sie über
die Auslassleitung entfernt werden. Von den gelösten Gasen abgereichertes Wasser
verlässt
den Behälter.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise nützlich im Zusammenhang mit
der Erzeugung von hochreinem Wasser. Vaporisation wird mit einem ähnlichen
Reaktor erreicht, allerdings enthält das zugeführte Wasser flüchtige organische
Verbindungen, die zu dem Innenraum der ebenen Elemente diffundieren.
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b) Befeuchtung
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Bei
einer Befeuchtung werden ebene Elemente in ein Wasserbad eingetaucht.
In die ebenen Elemente tritt trockene Luft ein. Wasserdampf durchquert
die Membrane zu dem Innenraum des ebenen Elements, und feuchte Luft
verlässt
die ebenen Elemente.
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c) Luftreinigung
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Bei
der Luftreinigung werden ebene Elemente in ein Wasserbad eingetaucht,
das mit Nährmittel
angereichert ist, und es wird auf den ebenen Elementen ein Biofilm
gezüchtet.
Luft, die flüchtige organische
Verbindungen enthält,
strömt
in die ebenen Elemente, und die flüchtigen organischen Verbindungen
diffundieren durch die Membranen der ebenen Elemente zu dem Biofilm.
Aus den ebenen Elementen tritt Luft aus, die arm an flüchtigen
organischen Verbindungen ist.
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Hybrider membrangestützter Biofilmprozess
mit biologischer Entfernung von Phosphor
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12 zeigt
einen Reaktor 410 gemäß der Erfindung
zur Aufbereitung von Abwasser mit einem zweiten Behälter 412,
der in erste und zweite biologische Reaktionsabschnitte unterteilt
ist, die als ein membrangestützter
Biofilm-(MSB = Membrane Supported Biofilm)-Abschnitt 414 bzw.
ein belüfteter
Abschnitt 416 bezeichnet werden. Die beiden Abschnitte 414, 416 können in
Form eines einzelnen zweiten Behälters 412 oder
als mehrere Behälter
vorgesehen sein.
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Der
MSB-Abschnitt 414 weist ein oder mehrere Gasübertragungsmembranmodule 418 auf,
die mit einer Sauerstoffzufuhr 420 verbunden sind. Die Sauerstoffzufuhr 420 basiert
gewöhnlich
auf einer Pumpe, die Luft aus der Atmosphäre oder aus einer Sauerstoffquelle
oder einer Quelle für
mit Sauerstoff angereicherte Luft ansaugt. Die Sauerstoffzufuhr 420 führt den
Membranmodulen 418 ein sauerstoffhaltiges Gas unter einem
Druck zu, der bewirkt, dass Sauerstoff durch die Membranmodule 418 strömen. Der
Sauerstoff strömt
durch die Membranmodule 418 aufgrund von Diffusion, ohne
Blasen zu erzeugen. Geeignete Konstruktionen für derartige Membranmodule 418 sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele sind in der US- Patentschrift 5 116
506 und in der vorstehenden Beschreibung der Einrichtung 10,
der zweiten Einrichtung 110 und der dritten Einrichtung 210 beschrieben.
Die Membranmodule 418 belegen zwischen 2 und 20 % des Volumens
des MSB-Abschnitts 414. Der Rest des MSB-Abschnitts 414 ist
in einem anaeroben Teil des MSB-Abschnitts 414, der mit
der Außenseite
der Membranmodule 418 strömungsmäßig verbunden ist, durch anaeroben
gemischten Liquor 426 besetzt.
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Aufzubereitendes
gesiebtes Abwasser 422 strömt durch einen Einlass 424 in
den MSB-Abschnitt 414, in dem es Teil des anaeroben gemischten
Liquors 426 wird. Nährstoffe
fördern
in dem anaeroben gemischten Liquor 426 in Zusammenwirken
mit durch die Membranmodule 418 strömendem Sauerstoff das Wachstum
eines Biofilms auf der Oberfläche der
Membranmodule 418. Die Sauerstoffzufuhr 420 wird
geeignet gesteuert, so dass ausreichend Sauerstoff zugeführt wird,
um vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Membranmodule 418 eine
aerobe Zone in dem Biofilm aufrecht zu erhalten. Die Sauerstoffzufuhr
reicht allerdings nicht aus, um einen vollkommen aeroben Biofilm
zu erzeugen. Außerdem
sind anoxische und mögliche
anaerobe Zonen in dem Biofilm vorzugsweise in Schichten vorhanden – die anoxische
Zone in einer Schicht benachbart zu der aeroben Schicht, und die
anaerobe Zone, falls überhaupt vorhanden,
benachbart zu der anoxischen Zone. Die Sauerstoffzufuhr reicht ebenfalls
nicht aus, um den anaeroben gemischten Liquor 426, der
wenigstens in einem Bereich um die Membranmodule 418 herum
in einem anaeroben Zustand ist, mit Sauerstoff anzureichern. Der
anaerobe gemischte Liquor 426 wird, um ein vollständiges Absetzen
des anaeroben gemischten Liquors 426 zu verhindern, und
um die Dicke des an den Membranmodulen 418 haftenden Biofilms
zu kontrollieren, periodisch mittels des Betriebs eines mechanischen
Mischers 460, mittels Pumpen durch lokale Rückführungsschleifen
oder mittels Grobblasendurchlüftung
(jeweils dazu eingerichtet, keine übermäßigen Mengen von Sauerstoff
in den anaeroben gemischten Liquor 426 zu übertragen)
in Bewegung gehalten.
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Anaerober
gemischter Liquor 426 strömt durch einen in einer Trennwand 427 ausgebildeten Durchlasskanal
zu dem belüfteten
Abschnitt 416, der in erster Linie eine aerober Abschnitt
ist. Blasen 428 aus sauerstoffhaltigen Gas werden in den
belüfteten Abschnitt 416 durch
Diffusoren 430 eingeführt,
die durch eine zweite Sauerstoffzufuhr 432, gewöhnlich ein
Gebläse,
betrieben werden. Die Blasen 428 sind vorzugsweise fein
und übertragen
Sauerstoff in den anaeroben gemischten Liquor 426, wobei
sie diesen in einen im Wesentlichen aeroben gemischten Liquor 434 umwandeln.
In einer Abwandlung können
in dem zweiten Abschnitt andere geeignete Belüftungsvorrichtungen oder Sauerstoffquellen
verwendet werden, die geeignet sind, um aerobe Bedingungen zu schaffen.
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Ein
Teil des aeroben gemischten Liquors 434 wird durch eine
in einem zweiten Durchlasskanal oder in einer Rückführschleife 438 angeordnete Pumpe 436 in
den MSB-Abschnitt 414 zurückgegeben. Anoxische Bedingungen
werden in dem MSB-Abschnitt 414 in
einem örtlich
begrenzten Bereich erzeugt, wo der rückgeführte aerobe gemischte Liquor 434 sich
zunächst
mit dem anaeroben gemischten Liquor 426 mischt. Ein weiterer
Teil des aeroben gemischten Liquors 434 strömt zu einem
Klarifikator 440 (oder zu einer sonstigen Flüssigkeit-Feststoff-Trennvorrichtung,
beispielsweise zu einem Membranfilter) und wird in aufbereitetes
Reinwasser 442 und abgesetzten Belebtschlamm 444 aufgeteilt. Ein
Teil des Schlamms 444 wird durch eine in einer zweiten
Rückführschleife 448 angeordnete
zweite Pumpe 446 in den MSB-Abschnitt 414 rückgeführt. Ein weiterer
Teil des Schlamms 444 wird ausgeschieden oder als Überschussbelebtschlamm 445 weiter behandelt.
Der Klarifikator 440 und die zweite Schlammrückführschleife 448 können kleiner
dimensioniert sein als ein Klarifikator in herkömmlichen Belebtschlammsystemen,
um den als ein Film an den Membranmodulen 418 haftenden
Teil der Gesamtbiomasse zu berücksichtigen.
Desgleichen kann die Rückführschleife 438 kleiner
dimensioniert sein als die aerob-anoxische Rückführung in einem herkömmlichen
Belebtschlammprozess für
biologische Nährmittelentfernung,
da ein erheblicher Teil der Nitrifizierung und Denitrifizierung
in dem an den Membranmodulen 418 haftenden Biofilm stattfindet.
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Der
MSB-Abschnitt 414 ist ein komplexer Reaktor mit mehreren
Reaktionszonen. Eine (gewöhnlich
durch die Anwesenheit von aufgelöstem Sauerstoff
signalisiert) aerobe Reaktionszone ist in der Biofilmschicht auf
den Membranmodulen vorhanden. Anoxische Zonen oder Abschnitte (die
gewöhnlich
dadurch angezeigt sind, dass NO3 anwesend,
jedoch aufgelöster
Sauerstoff abwesend ist) existieren in der Biofilmschicht und in
dem anaeroben gemischten Liquor 426 dort, wo der rückgeführte aerobe
gemischte Liquor 434 in den MSB-Abschnitt 414 eintritt. Eine
(gewöhnlich
durch die Abwesenheit von NO3 und aufgelösten Sauerstoff
signalisierte) anaerobe Zone liegt im Allgemeinen in dem anaeroben
gemischten Liquor 426 vor. Diese Zusammenstellung an Reaktionszonen
ermöglicht
in dem MSB-Abschnitt 414 das
Auftreten der folgenden Prozesse:
- – Eine grobe
Entfernung von BOD oder COD erfolgt in dem Biofilm.
- – Eine
grobe Entfernung von Stickstoff tritt in dem Biofilm mittels abwechselnder
Nitrifizierung und Denitri fizierung in dem aeroben und anoxischen Abschnitt
des Biofilms auf.
- – Eine
verfeinerte Denitrifizierung erfolgt in dem anaeroben gemischten
Liquor 426.
- – Flüchtige Fettsäuren (VFA)
werden durch Fermentation in dem anaeroben gemischten Liquor 426 erzeugt.
- – Eine
Freigabe von Phosphor und Assimilation von VFA durch Bio-Organismen
erfolgt in dem anaeroben gemischten Liquor 426.
- – Eine
anaerobische Reduktion von Schlamm erfolgt in dem anaeroben gemischten
Liquor 426.
- – Partielle
Sedimentation des anaeroben gemischten Liquors 426 erzeugt
nahe der Oberfläche
des aeroben gemischten Liquors 426 eine phosphorreiche
Lösung.
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Der
blasendurchlüftete
Abschnitt 416 ist ein einfacher Reaktor, der jedoch dennoch
mehrere Funktionen erfüllt,
zu denen eine verfeinerte Entfernung von COD und BOD, eine verfeinerte
Nitrifizierung und biologische Phosphoraufnahme gehören. Diese
Prozesse ergänzen
jene, die in dem MSB-Abschnitt 414 auftreten. Beispielsweise
fördert
ein periodische Überführen von
gemischtem Liquor zwischen einem anaeroben und einem aeroben Zustand die
Schlammreduktion durch Aufschließen. Der aufgenommene Phosphor
wird mit dem Überschussbelebtschlamm 445 entsorgt.
Das den Klarifikator 440 verlassende Reinwasser 442 weist
auf diese Weise reduzierte Spiegel für sämtliche Stoffe aus der aus COD,
BOD, Stickstoff und Phosphor bestehenden Gruppe auf.
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Hybrider membrangestützter Biofilmprozess
mit chemischer Phosphorentfernung
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13 zeigt
einen weiteren Reaktor 510 gemäß der Erfindung, der dem Reaktor 410 in
Konstruktion und Funktion ähnelt.
In dem dritten Reaktor 510 ist allerdings ein chemischer
Ausfällungszweig 450 vorgesehen,
der ein Fluid aus dem anaeroben gemischten Liquor 426 aufnimmt,
und zwar vorzugsweise von der Oberseite des MSB-Abschnitts 414. Der
Einlass zu dem chemischen Ausfällungszweig 450 ist
von dem Einlass 424 und dem Auslass aus der Rückführschleife 438 entfernt
an geordnet, so dass der chemische Ausfällungszweig 450 Flüssigkeit
aus einem tatsächlich
anaeroben Teil des anaeroben gemischten Liquors 426 empfängt. Weiter
wird der anaerobe gemischte Liquor 426 mit Ausnahme einer
periodischen Beseitigung des Biofilms von den Membranmodulen 418 nicht
gerührt,
mit der Folge, dass sich der anaerobe gemischte Liquor 426 zum Teil
absetzt. Die Flüssigkeit
in Nähe
der Oberseite des MSB-Abschnitts 414 wird daher in der
suspendierten Biomasse reduziert sowie reich an aufgelöstem Phosphor,
der durch suspendierte Organismen freigegeben wird, die sich aus
einer aeroben Umgebung (in dem belüfteten Abschnitt 416)
in eine anaerobe Umgebung bewegen. In einer Abwandlung kann durch
einen Klarifikator, eine Membrane oder eine sonstige Feststoff-Flüssigkeit-Trennvorrichtung
eine feststoffarme Flüssigkeit
aus dem MSB-Abschnitt 414 extrahiert werden, was zwar eine
zusätzliche Ausrüstung erfordert,
jedoch in dem MSB-Abschnitt 414 kein Absetzen voraussetzt,
so dass der Mischer 460 fortlaufend betrieben werden kann.
Von derartigen Flüssigkeit-Trennvorrichtungen
stammende feststoffreiche Flüssigkeit
wird an den dritten Reaktor 510 vorzugsweise im den belüfteten Abschnitt 416 rückgeführt.
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Die
nahe der Oberseite des MSB-Abschnitts 414 befindliche Flüssigkeit
fließt
gewöhnlich
aufgrund der Schwerkraft in eine Ausfällungsleitung 454,
obwohl auch eine Pumpe verwendet werden kann. In die Ausfällungsleitung 454 werden
Metallsalze 456 hinzu gegeben, um einen amorphen Schlamm oder
ein kristallines Material zu erzeugen, das in einem Klarifikator 458 oder
einem sonstigen Präzipitattrennungsverfahren,
beispielsweise mittels eines Hydrozyklons, entfernt wird. Aufgrund
der reduzierten Menge von suspendierter Biomasse in der Flüssigkeit,
die dem MSB-Abschnitt 414 entzogen wird, und der höheren Konzentration
von Phosphor gegenüber
herkömmlichen
Belebtschlammsystemen mit chemischer Phosphorentfernung, lässt sich
Phosphor mit Dosen ausfällen,
die eher an stöchiometrische
Dosen der Metallsalze heranreichen. Das sich ergebende Reinwasser
kann entweder abgeführt oder
zu dem dritten Reaktor 510, vorzugsweise in den belüfteten Abschnitt 416 rückgeführt werden, und
der sich ergebende Schlamm oder das kristalline Material kann entsorgt
oder weiter verarbeitet werden.
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Das
Entfernen von Phosphor in dem chemischen Ausfällungszweig 450 reduziert
die Konzentration von Phosphor in dem Überschussbelebtschlamm 445.
Hierdurch wird die Gefahr reduziert, dass Phosphor durch Schlammverarbeitung
freigegeben und zu dem dritten Reaktor 510 rückgeführt wird.
Nachdem ein geringeres Volumen an chemischen Schlamm abgesondert
wird, lässt
sich dessen Phosphorgehalt leichter bewältigen.
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Ähnliche
Ausführungsbeispiele
wie die oben beschriebenen können
in vielen abgewandelten Konfigurationen verwirklicht und gemäß vielen
abgewandelten Verfahren innerhalb der Lehre der Erfindung durchgeführt werden,
deren Schutzumfang in den folgenden Ansprüchen definiert ist.