DE29620426U1 - Plant for material separation using membrane filtration - Google Patents
Plant for material separation using membrane filtrationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Stofftrennung mittels Membranfiltration, insbesondere zur biologischen Abwasserreinigung. Prinzipiell ist die Anlage aber auch überall dort einsetzbar, wo eine Fest - Flüssig - Trennung bis zur Abtrennung kolloidaler Partikel (> ca. 100nm) oder auch eine Flüssig - Flüssig - Trennung im Bereich der Emulsionen erreicht werden soll.The invention relates to a system for material separation using membrane filtration, in particular for biological wastewater treatment. In principle, however, the system can also be used wherever a solid-liquid separation up to the separation of colloidal particles (> approx. 100 nm) or a liquid-liquid separation in the area of emulsions is to be achieved.
Bei der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung werden zur Abtrennung
abfiltrierbarer Stoffe bzw. Schlämme vom gereinigten Abwasser im wesentlichen drei Verfahren bzw. entsprechende Anlagen dafür angewendet:
is - Schwerkraftentwässerung mittels Sedimentation (Nachklärbecken
bzw. Eindicker),In municipal and industrial wastewater treatment, three main processes or corresponding systems are used to separate filterable substances or sludge from the treated wastewater:
is - gravity dewatering by means of sedimentation (secondary clarifier or thickener),
Flotation,flotation,
konventionelle Oberflächen- und Tiefenfiltration (Sand-, Kies- und Mehrschichtfilter).conventional surface and depth filtration (sand, gravel and multi-layer filters).
Nachklärbecken und Eindicker sind auf leicht sedimentierbare Stoffe angewiesen. Oftmals werden Schwebstoffe bzw. kleine, schwer sedimentierende Partikel nicht erfaßt und finden sich im Anlagenablauf wieder, wo sie zur Erhöhung von Ablaufparametern (abfiltrierbare Stoffe, CSB, Phosphor, etc.) führen können. Hinzu kommt ein hoher Platzbedarf zur Errichtung der Anlagen; dies gilt insbesondere bei Erweiterungen bestehender Anlagen in Ballungsgebieten. Secondary clarifiers and thickeners rely on substances that are easy to sediment. Suspended matter or small, difficult-to-sediment particles are often not captured and end up in the plant’s effluent, where they can lead to an increase in effluent parameters (filterable substances, COD, phosphorus, etc.). In addition, a lot of space is required to set up the plants; this is particularly true when expanding existing plants in urban areas.
Die Flotation führt in der Regel zwar zu höheren Trockenstoffgehalten, ist jedoch nur bei geringen Dichteunterschieden zwischen Partikel und Abwasser anwendbar.Flotation generally leads to higher dry matter contents, but is only applicable when there are small differences in density between particles and wastewater.
Die konventionelle Filtration ist zwar prinzipieii in der Lage, kleinere Partikel abzuscheiden, kann allerdings bei zu hohen Feststoffgehalten zur schnellen Verstopfung der Aggregate führen. Wenn die Rückspülintervalle zu kurz sind, ist die Wirtschaftlichkeit der Filtration in Frage gesteiit. Zudem können keine Feinstpartikel zurückgehalten werden, die aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche nennenswerte Mengen an zu entfernenden Stoffen enthalten können. Die Abtrennung beruht stets auf dem Prinzip, daß sich der Filter belädt und bei einem vorher als noch wirtschaftlich erachtetem Druckverlust rückgespült werden muß.Conventional filtration is in principle able to separate smaller particles, but if the solids content is too high it can lead to rapid blockage of the units. If the backwash intervals are too short, the economic viability of the filtration is called into question. In addition, it is not possible to retain very fine particles, which, due to their large specific surface area, can contain significant amounts of substances to be removed. Separation is always based on the principle that the filter becomes loaded and must be backwashed when the pressure loss is above what was previously considered to be economical.
insbesondere aufgrund der geforderten Reinigungsleistung gewinnen Membranverfahren immer stärker an Bedeutung. Dabei ist allerdings der Druckverlust über die Membran zu bedenken, so daß bei den in der Abwasserreinigung vorkommenden Volumenströmen nur Mikrofiitrationsverfahren wirtschaftlich betrieben werden können. Die Entwicklung der Module ist mittlerweile soweit gediehen, daß nur noch geringe Druckdifferenzen aufgeprägt werden müssen, um einen ausreichenden Permeatstrom (entspricht dem gereinigten Abwasserstrom) zu gewährleisten. Dies verringert den erforderlichen Energieeintrag entscheidend. Problematisch bei der Anwendung von Membranverfahren im relativ feststoffreichen Abwasserbereich ist die Gefahr eines schnellen Fouling, d.h. einer Membranverblockung und somit einer frühzeitigen Beendigung des Betriebes. Um dem zu begegnen, werden die Membranen im Kreuzstrom (Crossfiow) betrieben, so daß das Aufwachsen von Belägen vermieden oder zumindest stark vermindert werden kann.Membrane processes are becoming increasingly important, particularly due to the cleaning performance required. However, the pressure loss across the membrane must be taken into account, so that only microfiltration processes can be operated economically with the volume flows that occur in wastewater treatment. The development of the modules has now progressed to the point that only small pressure differences need to be imposed in order to ensure a sufficient permeate flow (corresponds to the purified wastewater flow). This significantly reduces the required energy input. The problem with the use of membrane processes in wastewater areas with a relatively high solids content is the risk of rapid fouling, i.e. membrane blockage and thus premature termination of operation. To counteract this, the membranes are operated in crossflow, so that the growth of deposits can be avoided or at least greatly reduced.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Belebtschlammbehandlung und zur kommunalen Abwasserbehandlung bei denen Membranverfahren eingesetzt werden bekannt geworden. Das EP 0 510 328 beinhaltet eine Vorrichtung zur Belebtschlammbehandlung, bestehend aus einem Belebtschlammbehälter, in dem vertikal angeordnete Membranmodule in definierten AbständenDevices for activated sludge treatment and municipal wastewater treatment in which membrane processes are used are already known. EP 0 510 328 contains a device for activated sludge treatment, consisting of an activated sludge tank in which vertically arranged membrane modules are arranged at defined intervals.
zueinander eingehängt sind und die aufwärts überströmt werden. Mit dieser Vorrichtung wird beispielsweise der Einsatz von Membranen in Plattenpaketen direkt im Belebungsbecken einer kommunalen Kläranlage ermöglicht. Wenn das Becken von vornherein für den Einsatz von Membranen ausgelegt wurde, kann auch vollständig auf ein Nachklärbecken verzichtet werden. Der Ablauf ist frei von abfiltrierbaren Stoffen sowie Bakterien und den meisten Viren. Nachteilig bei dieser Vorrichtung erweist sich der Zeitaufwand für die Reinigung der Membranen, der erforderlich ist, um einem Fouling entgegenzuwirken. Dieser hat eine Aniagenverfügbarkeit von ca 83% zur Folge.are suspended from each other and over which the water flows upwards. This device enables, for example, the use of membranes in plate packages directly in the aeration tank of a municipal sewage treatment plant. If the tank was designed from the outset for the use of membranes, a secondary settling tank can be dispensed with entirely. The effluent is free of filterable substances as well as bacteria and most viruses. The disadvantage of this device is the time required to clean the membranes, which is necessary to prevent fouling. This results in a plant availability of around 83%.
&iacgr;&ogr; Dies erfolgt mittels Permeat-Rücklauf, sowie der auch bei der Beschickung vorhandenen Anströmung der Membran. Der Permeatdruck ist zu gering, um eine schnelle, effektive Spülung zu gewährleisten. Während der Beschikkung ist keine Möglichkeit gegeben, die Membranen von Ablagerungen zu befreien. Die Plattenpakete sind nur unzureichend druckstabil, um den hohen Belastungen bei einer schlagartigen druckbeaufschlagten Rückspülung standzuhalten. Da die Platten in relativ geringen Abständen parallel zueinander angeordnet sind, nimmt der Druckverlust und damit die aufzuwendende Energiemenge mit steigender Plattenhöhe stark zu. Zur Erzeugung eines Vakuums auf der Saugseite der Membranen muß Energie aufgewendet werden. &iacgr;&ogr; This is done by means of permeate return and the flow to the membrane that is also present during feeding. The permeate pressure is too low to ensure rapid, effective flushing. During feeding, there is no way to free the membranes of deposits. The plate packs are not sufficiently pressure-stable to withstand the high loads during sudden pressurized backflushing. Since the plates are arranged parallel to one another at relatively short distances, the pressure loss and thus the amount of energy required increases significantly with increasing plate height. Energy must be used to generate a vacuum on the suction side of the membranes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Lösungen zur Stofftrennung mittels Membranfiltration zu verbessern und insbesondere die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen.The object of the invention is to improve the known solutions for material separation by means of membrane filtration and in particular to increase the plant availability.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by claim 1. Advantageous elaborations of the inventions are contained in the associated subclaims.
Die vorliegende Erfindung umfaßt demnach eine Anlage zur Stofftrennung, mittels Membranfiltration. Diese beinhaltet mindestens eine aus einer Viel-The present invention therefore comprises a system for material separation, by means of membrane filtration. This contains at least one of a variety of
zahl einzelner Filtermembranen bestehende Einheit. Die Fiitermembranen sind durch mindestens zwei über Einrichtungen zur Ableitung des Permeats verfügende Platten an den Membranenden z.B. mittels Vergußmassen miteinander verbunden, wobei die Länge der Filtermembranen den Abstand der Platten zueinander überschreitet. Innerhalb dieser Rahmenkonstruktion sind die Filtermembranen in horizontaler Anordnung zu einer Einheit zusammengefaßt. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Membranen sind diese frei beweglich und werden durch den Strom des zu behandelnden Mediums in Bewegung gehalten. Die Behandlungsintervalle können durchnumber of individual filter membranes. The filter membranes are connected to one another by at least two plates with devices for draining the permeate at the membrane ends, e.g. by means of casting compounds, whereby the length of the filter membranes exceeds the distance between the plates. Within this frame construction, the filter membranes are combined in a horizontal arrangement to form a unit. Due to this inventive arrangement of the membranes, they are freely movable and are kept in motion by the flow of the medium to be treated. The treatment intervals can be adjusted by
&iacgr;&ogr; die Beweglichkeit der Membranen verlängert werden, da sich im Medium befindliche Partikel nicht in die Poren der Membranen setzen können bzw. wieder abgelöst werden.“ the mobility of the membranes can be extended, since particles in the medium cannot settle in the pores of the membranes or are released again.
Durch Rückhaltung von Stoffen die die Filtermembranen nicht durchdringen können, erfolgt eine Aufkonzentrierung, Die Filtration erfolgt infolge transmembraner Druckdifferenz von außen nach innen und die Ableitung des Permeats wird über die genannten Platten vorgenommen. Die horizontale Anordnung der Membranen und die Anströmung der Membranen von unten durch das zu behandelnde Medium wirkt dem Anlagenfouling entgegen und erreicht eine erhebliche Verringerung bzw. Vermeidung von Ablagerungen auf den Membranen.By retaining substances that cannot penetrate the filter membranes, concentration is increased. Filtration occurs as a result of a transmembrane pressure difference from the outside to the inside and the permeate is drained off via the plates mentioned. The horizontal arrangement of the membranes and the flow of the medium to be treated onto the membranes from below counteracts system fouling and achieves a significant reduction or prevention of deposits on the membranes.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Filtermembranen als Tubular- oder Kapillarmembranen ausgeführt und weisen eine Druckstabilität sowohl von innen nach außen, als auch von außen nach innen auf. Solche Fiitermembranen können problemlos mit hohen Drücken beaufschlagtAccording to a further feature of the invention, the filter membranes are designed as tubular or capillary membranes and have a pressure stability both from the inside to the outside and from the outside to the inside. Such filter membranes can be subjected to high pressures without any problem.
2&bgr; werden. Die spezifische Membranfiäche dieser Membranen ist mehr als doppelt so hoch, wie beispielsweise die von Plattenmembranen. Die eingesetzten Membranen besitzen einen symmetrischen Aufbau und zeichnen sich durch sehr geringe transmembrane Druckdifferenzen bei hoher Reinigungsleistung und hohen Permeatflüssen aus. Der symmetrische Aufbau erlaubt einen Betrieb in beide Filterrichtungen mit derselben Membran. Abrasionen an der Membran führen aufgrund des symmetrischen Aufbaus nicht2β. The specific membrane surface of these membranes is more than twice as high as that of plate membranes, for example. The membranes used have a symmetrical structure and are characterized by very low transmembrane pressure differences with high cleaning performance and high permeate flows. The symmetrical structure allows operation in both filter directions with the same membrane. Abrasions on the membrane do not lead to
zur Zerstörung der aktiven Filterschicht, wodurch die Standzeiten der Membranen entscheidend verlängert werden können.to destroy the active filter layer, which can significantly extend the service life of the membranes.
Sollte die freie Beweglichkeit der Membranen nicht ausreichen, um die Poren der Membranen vor Zusetzung durch im Medium befindlicher zu feiner Partikel zu schützen, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Mittel vorgesehen, die den Rahmen der Einheit Schwingungen ( z.B. Exenter, Ultraschall) aufprägen, die auf die Membranen übertragen werden. Diese Maßnahme wirkt dem Anlagenfouling entgegen und ermöglicht entweder verlängerte Spülintervalle oder einen höheren Feststoffgehalt im Behandlungsbecken. In diesem FaIi sind die.zu- und abführenden Rohrleitungen als Schlauchleitungen ausgeführt, um die Schwingungen nicht auf die Verrohrung zu übertragen.If the free mobility of the membranes is not sufficient to protect the pores of the membranes from clogging by particles that are too fine in the medium, a further feature of the invention provides means that impart vibrations (e.g. eccentric, ultrasound) to the frame of the unit, which are then transmitted to the membranes. This measure counteracts system fouling and enables either longer flushing intervals or a higher solids content in the treatment tank. In this case, the supply and discharge pipes are designed as hose lines so that the vibrations are not transmitted to the piping.
Die Membranen können bei ansteigender Druckdifferenz mit Permeat rückgespült werden. Zur Erzielung einer guten Reinigungsleistung innerhalb kurzer Zeit wird ein deutlich höherer Druck als beim Filterbetrieb aufgeprägt. Die Rückspülung erfolgt bevorzugt über die Permeatieitung. Zur Spülung wird die Ablaufjeitung über eine Verschiußarmatur geschlossen und die Spülwasserleitung geöffnet. Tubularmembranen sind ausreichend druckstabil und müssen nicht mit einer zusätzlichen Stützschicht versehen werden. Die Membranreinigung kann einheitenweise erfolgen, so daß ein ständiger Filterbetrieb über die verbleibenden Einheiten gewährleistet ist. Die horizontal angeordneten Membranen werden wie bereits erwähnt von unten vom zu behandelnden Medium angeströmt. Die Anströmung erfolgt je nach Betriebsweise entweder durch aufsteigende Luftblasen (Begasungseinrichtung), die zur Belüftung des Mediums eingesetzt werden (z.B. bei der aeroben Abwasserbehandlung) oder im Fall anderer Trennaufgaben durch entsprechende Rührwerke und/oder Flüssigkeitsverteiler, die eine Anströmung der Membranen zur Minimierung der Deckschichtbildung auf der Membran bewirken und unterhalb der Membraneinheiten angeordnet sind.The membranes can be backwashed with permeate when the pressure difference increases. To achieve good cleaning performance within a short time, a significantly higher pressure is applied than during filter operation. Backwashing is preferably carried out via the permeate line. For flushing, the drain line is closed using a shut-off valve and the flushing water line is opened. Tubular membranes are sufficiently pressure-stable and do not need to be provided with an additional support layer. The membranes can be cleaned unit by unit, so that continuous filter operation is guaranteed across the remaining units. As already mentioned, the horizontally arranged membranes are flowed onto from below by the medium to be treated. Depending on the operating mode, the flow is either through rising air bubbles (aeration device), which are used to aerate the medium (e.g. in aerobic wastewater treatment) or, in the case of other separation tasks, through appropriate agitators and/or liquid distributors, which cause a flow to the membranes to minimize the formation of a covering layer on the membrane and are arranged below the membrane units.
Um eine leichte Montage und Demontage der Einheiten sicherzusteiien, sind die Einheiten und Permeatleitungen über Schneükupplungen miteinander verbunden. Diese Verrohrung wird aus den selben Gründen vorzugsweise mit druckfesten Schlauchleitungen hergestellt. Die Schläuche müssen sowohl über- als auch unterdruckstabil ausgeführt sein, um Filtration und Rückspülung über eine Leitung zu gewährleisten.To ensure easy assembly and disassembly of the units, the units and permeate lines are connected to each other via quick couplings. For the same reasons, this piping is preferably made with pressure-resistant hose lines. The hoses must be designed to withstand both overpressure and underpressure in order to ensure filtration and backwashing via one line.
Nach einem weiteren Merkmai der Erfindung sind die Membranen zur Verringerung der Druckverluste von unten nach oben so angeordnet, daß die Abstände zwischen den einzelnen Filtermembranen innerhalb der EinheitAccording to a further feature of the invention, the membranes are arranged from bottom to top to reduce pressure losses so that the distances between the individual filter membranes within the unit
&iacgr;&ogr; von unten nach oben abnehmen.&iacgr;&ogr; from bottom to top.
Die erforderliche Druckdifferenz kann durch Anlegen eines Unterdrucks auf
der Permeatseite oder durch Überdruck auf der Seite des zu behandelnden Mediums aufgeprägt werden.
Die transmembrane Druckdifferenz wird durch Anlegen von Überdruck auf
der Konzentrat- bzw. Abwasserseite dadurch erzeugt, daß der Behälter, welcher die Filtermembraneinheit beinhaltet, mit Überdruck beaufschlagt wird,
wobei die bei einer biologischen Behandlung entweder die Zulaufpumpe als Druckerhöhungspumpe ausgeführt wird (anaerob) oder die Begasung mit
Druckhalteventii in der Abluftleitung zur Erzeugung des Überdrucks genutzt
wird (aerob).The required pressure difference can be achieved by applying a negative pressure on the permeate side or by applying positive pressure on the side of the medium to be treated.
The transmembrane pressure difference is generated by applying overpressure on the concentrate or waste water side by pressurizing the container containing the filter membrane unit, whereby in the case of biological treatment either the feed pump is designed as a pressure booster pump (anaerobic) or the gassing with pressure holding valves in the exhaust air line is used to generate the overpressure (aerobic).
Ein besonders bevorzugtes Merkmal der Erfindung beinhaltet, daß die Wassersäule einer Hochbiologie zur Erzeugung der transmembranen Druckdifferenz genutzt wird, wobei die Membraneinheit entweder direkt in der Behälterbiologie angeordnet ist oder in einem separaten Behälter untergebracht ist, der mit der Hochbiologie in Verbindung steht.A particularly preferred feature of the invention includes that the water column of a high biology is used to generate the transmembrane pressure difference, wherein the membrane unit is either arranged directly in the container biology or is housed in a separate container which is connected to the high biology.
Eine besondere Ausführung der Erfindung beinhaltet, daß mindestens eine Einheit entnehmbar in einem Behandlungsbecken zur Abwasserreinigung mittels Aufhängungen angeordnet ist. Die Halterungen sind so gestaltet, daß die Einheiten zur Reinigung mit geringem Aufwand entfernt werden können. Die Einheiten sind dabei leicht demontierbar, um einzelne Membranen aus-A special embodiment of the invention includes that at least one unit is arranged in a treatment tank for wastewater purification by means of suspensions. The brackets are designed so that the units can be removed for cleaning with little effort. The units are easy to dismantle in order to remove individual membranes.
•I ·· 2201GM*.•I ·· 2201GM*.
tauschen zu können. Die Einheiten werden dazu mittig in einem Behandlungsbecken angeordnet, wobei der Abstand zwischen Beckenrand und Einheit groß genug sein muß zur Entwicklung einer ausgeprägten Zirkulationsströmung. In den Einheiten strömt das Medium aufwärts und an den Seiten wieder abwärts. Über die gesamte Länge des Beckens werden soviel Einheiten direkt aneinander anschließend eingebaut, daß sie mit den Beckenstimseiten abschließen. Die Seitenwände der Einheiten grenzen ebenfalls direkt aneinander an und bilden eine durchgehende Wand, so daß das aufströmende Medium nicht zur Seite herausgedrückt werden kann. Bei breiten Behandlungsbecken ist es darüber hinaus möglich, mehrere Einheitenreihen parallel zueinander anzuordnen; zwischen den Reihen erfolgt die Abwärtsbewegung des zu behandelnden Mediums.to be able to exchange them. The units are arranged in the middle of a treatment tank, whereby the distance between the edge of the tank and the unit must be large enough to develop a pronounced circulation flow. The medium flows upwards in the units and downwards again at the sides. Over the entire length of the tank, enough units are installed directly next to one another so that they are flush with the front sides of the tank. The side walls of the units also border directly on one another and form a continuous wall so that the medium flowing up cannot be pushed out to the side. In wide treatment tanks, it is also possible to arrange several rows of units parallel to one another; the medium to be treated moves downwards between the rows.
Der Einsatz dieser Anlage direkt in einer aeroben Belebtschlamm - Beckenbiologie zur Abtrennung des Klarlaufs durch Mikrofiltration ergeben sich nachstehende Vorteile:The use of this system directly in an aerobic activated sludge tank biology to separate the clear effluent by microfiltration results in the following advantages:
bei einer Teilstrombehandlung in bestehenden Kläranlagen wird das Nachklärbecken hydraulisch entlastet,In the case of partial flow treatment in existing sewage treatment plants, the secondary clarifier is hydraulically relieved,
Kläranlagenerweiterungen sind aufgrund der Einsparung neuer Nachklärbecken sehr platzsparend durchführbar, - abfiltrierbare Stoffe werden vollständig zurückgehalten; Betriebsschwankungen und damit verbundene Variationen in der Absetzbarkeit der Feststoffe treten nicht auf,Sewage treatment plant extensions can be carried out in a very space-saving manner due to the saving of new secondary clarifiers, - filterable substances are completely retained; operating fluctuations and associated variations in the settleability of the solids do not occur,
der Feststoffgehalt im Belebungsbecken kann erhöht werden; daraus ergibt sich eine höhere Umsatzrate, das Beckenvoiumen kann kleiner gehalten werden,the solids content in the aeration tank can be increased; this results in a higher turnover rate, the tank volume can be kept smaller,
an abfiltrierbaren Stoffen adsorbierte Verunreinigungen werden nicht mehr über den Klarlauf ausgetragen.Contaminants adsorbed on filterable substances are no longer discharged via the clear effluent.
Wie bereits erwähnt, ist es nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung möglich, daß mindestens eine Einheit innerhalb eines mit Überdruck beaufschlagbaren Behälters einer Behälterbiologie zur biologischenAs already mentioned, according to a further preferred feature of the invention, it is possible for at least one unit within a container of a container biology capable of being pressurized for biological
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Abwasserreinigung angeordnet ist. In diesem FaI! wird der Füllstand so hoch gewählt, daß der Überdruck zum Betrieb der Mikrofiltrationsmembran allein durch die geodätische Höhendifferenz zwischen Füllstand und Oberkante der Membraneinheiten aufgebracht wird. Die Begasung bzw. das Rührwerk müssen entsprechend ausgelegt werden, um die Durchströmung sicherzustellen. Die Permeatleitung muß auf die verlängerte Entnahme umgerüstet werden. Bei dieser Variante können die Membraneinheiten nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch in einem gesonderten Behälter installiert werden, der über eine zu- und eine abführende Leitung mit der Behälterbiologie verbunden ist. Die beim Überpumpen erzeugte Strömungsgeschwindigkeit dient der Anströmung der Membranen. Zusätzlich kann zur weiteren Erhöhung der Anströmgeschwindigkeit ein Rührwerk unterhalb der Einheiten installiert werden. Zur Revision werden die Verbindungsleitungen verriegelt und die Membraneinheit kann nach Öffnen des Behälters entnommen werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Einheit nicht aus dem hohen Behälter herausgehoben werden muß. Zudem entfällt eine relativ komplizierte Führung der Permeatleitung durch die Behälterwand.Wastewater treatment is arranged. In this case, the filling level is chosen so high that the overpressure for operating the microfiltration membrane is generated solely by the geodetic height difference between the filling level and the upper edge of the membrane units. The gassing or the agitator must be designed accordingly to ensure the flow. The permeate line must be converted to the extended extraction. In this variant, the membrane units can also be installed in a separate container according to a further feature of the invention, which is connected to the container biology via an inlet and outlet line. The flow speed generated when pumping over serves to flow the membranes. In addition, an agitator can be installed below the units to further increase the flow speed. For inspection, the connecting lines are locked and the membrane unit can be removed after opening the container. This arrangement has the advantage that the unit does not have to be lifted out of the high container. In addition, a relatively complicated routing of the permeate line through the container wall is not necessary.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Abbildung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an example embodiment. The figure shows
Figuri: schematischer Aufbau und Wirkprinzip einer Filtermembraneinheit, Figures: schematic structure and operating principle of a filter membrane unit,
5 Figur2: Filtration mit Unterdruck,5 Figure 2: Filtration with negative pressure,
Figur3: Rückspielbetrieb bei Arbeitsweise mit Unterdruck,Figure 3: Return operation when working with negative pressure,
Figur4: Überdruckbetrieb bei aerober Behandlung,Figure 4: Overpressure operation during aerobic treatment,
Figur5: Überdruckbetrieb bei anaerober Behandlung,Figure 5: Overpressure operation in anaerobic treatment,
Figur6: schematischer Aufbau einer Hochbiologie, wobei die Mem-Figure 6: schematic structure of a high biology, where the membrane
braneinheit in einem separaten Behälter untergebracht ist,bran unit is housed in a separate container,
Figur7: schematischer Aufbau einer Hochbiologie, wobei dia Membraneinheit direkt in der Behälterbiologie angeordnet ist,Figure 7: schematic structure of a high biology, where the membrane unit is arranged directly in the container biology,
Figur8: schematische Anordnung der Membraneinheit in einem Belebtschiammbecken zur AbwasserfiitrationFigure 8: schematic arrangement of the membrane unit in an activated sludge tank for wastewater filtration
Figur9: schematische Darstellung der Einordnung der Membraneinheit in einer Anlage zur Flockenseparierung nach erfolgter Fällung (29) / Flockung (30)Figure 9: schematic representation of the arrangement of the membrane unit in a floc separation plant after precipitation (29) / flocculation (30)
Figuri 0: schematische Darstellung der Einordnung der Membraneinheit in einer Anlage zur Separierung von Emulsionen aller Art, die nicht zum Verkleben der Membranen neigen, z.B. zur Abtrennung von Ölen (33) aus EmulsionenFigure 0: schematic representation of the arrangement of the membrane unit in a system for separating emulsions of all kinds that do not tend to stick to the membranes, e.g. for separating oils (33) from emulsions
Figuri 1: schematische Darstellung der Einordnung der Membraneinheit in einer Anlage zur Abtrennung von Schwebstoffen bei der Trinkwassergewinnung, aus Grund- und Oberflächenwasser vor Trinkwasseraufbereitung (31)Figure 1: schematic representation of the arrangement of the membrane unit in a system for the separation of suspended solids in drinking water production, from groundwater and surface water before drinking water treatment (31)
Figuri 2: schematische Darstellung der Einordnung der Membraneinheit in einer Anlage zur Verringerung der Keimzahl (34) (Desinfektion) im Ablauf kommunaler Kläranlagen (35).Figure 2: schematic representation of the arrangement of the membrane unit in a system for reducing the number of germs (34) (disinfection) in the effluent of municipal sewage treatment plants (35).
Kommunales Abwasser zeichnet sich durch relativ niedrige Schadstoffkonzentrationen aus:Municipal wastewater is characterized by relatively low pollutant concentrations:
NH4-N TKN CSB BSB5 Phosphat Abfiltrierbare StoffeNH 4 -N TKN CSB BSB 5 Phosphate Filterable substances
&iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr;
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anlage.Fig. 2 shows the system according to the invention.
Dem Reaktor (1), in dem sich der Belebtschlamm befindet, wird das zu reinigende Abwasser mittels Zulaufpumpe (2) oder im freien Gefälle (3) zugeführt. Der Reaktor (1) kann als offener oder geschlossener Behälter oder als Betonbecken ausgeführt werden. Die Aufstellung kann oberirdisch oder im Boden versenkt erfolgen. Im Reaktor (1) ist die bereits in Fig. 1 beschriebene Membraneinheit (3) mittels geeigneter Aufhängungen über den Belüftungseinrichtungen (4) derart installiert, daß eine Airliftströmung durch die horizontal angeordneten Membranen (5) einer Membraneinheit (3) induziertThe reactor (1), in which the activated sludge is located, is fed with the waste water to be cleaned by means of a feed pump (2) or by gravity (3). The reactor (1) can be designed as an open or closed container or as a concrete basin. It can be installed above ground or sunk into the ground. In the reactor (1), the membrane unit (3) already described in Fig. 1 is installed by means of suitable suspensions above the aeration devices (4) in such a way that an airlift flow is induced through the horizontally arranged membranes (5) of a membrane unit (3).
&iacgr;&ogr; wird (siehe auch Fig. 1). Durch die Airliftströmung und die durch die Membranen (5) hindurchtretenden Luftblasen wird eine Deckschichtbildung minimiert. Bei Bedarf kann die Überströmung der Membranen durch Rührorgane (6) oder Umwälzpumpe (7) mit Flüssigkeitsverteiler (8) erhöht werden. Die Membraneinheiten (3) werden in der Reihe, d. h. mit den Stirnseiten derγ is (see also Fig. 1). The formation of a covering layer is minimized by the airlift flow and the air bubbles passing through the membranes (5). If necessary, the flow over the membranes can be increased by stirring elements (6) or a circulation pump (7) with a liquid distributor (8). The membrane units (3) are arranged in a row, i.e. with the front sides of the
is permeatabführenden Platten (9) hintereinander, über den Belüftungsorganen (4) installiert, so daß sich zwischen den permeatabführenden Platten (9) und den Reaktorwänden (10) eine Schiaufenströmung (11) ausbildet. Die zur Abtrennung des gereinigten Wassers von Belebtschlamm notwendige transmembrane Druckdifferenz wird durch permeatseitigen Unterdruck mittels Vakuumpumpe (12) erzeugt. Das gereinigte Wasser verläßt den Reaktor (1) über die Permeatleitung (13). Fig. 3 zeigt eine Detailzeichnung der Permeatabführung. Angetrieben durch den mittels Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck im Inneren der Membranen (5) strömt das gereinigte Wasser von außen durch die membranaktive Schicht in das Innere der Membranrohre oder -kapillare (5) und wird über die Endplatten (9) der Membraneinheit (3) und die Permeatieitung (13) durch das geöffnete Ventil (14) abgeführt. Das Ventil (16) ist während der Filtrationsphase geschlossen. Es kommen Membranen mit Porenweiten von 0,1 - 0,5 pm zur Anwendung, so daß der Belebtschlamm (Bakteriengröße ca. 1 pm) zurückgehalten wird und im Reaktor verbleibt. Durch diese sichere Rückhaltung des Belebtschlammes sind Biomassekonzentrationen von 20 - 40 g/l im Reaktor einstellbar, die um denThe permeate-removing plates (9) are installed one behind the other above the aeration elements (4), so that a loop flow (11) is formed between the permeate-removing plates (9) and the reactor walls (10). The transmembrane pressure difference required to separate the purified water from the activated sludge is generated by a negative pressure on the permeate side using a vacuum pump (12). The purified water leaves the reactor (1) via the permeate line (13). Fig. 3 shows a detailed drawing of the permeate discharge. Driven by the negative pressure generated inside the membranes (5) using a vacuum pump, the purified water flows from the outside through the membrane-active layer into the interior of the membrane tubes or capillaries (5) and is discharged via the end plates (9) of the membrane unit (3) and the permeate line (13) through the open valve (14). The valve (16) is closed during the filtration phase. Membranes with pore sizes of 0.1 - 0.5 pm are used so that the activated sludge (bacteria size approx. 1 pm) is retained and remains in the reactor. This safe retention of the activated sludge means that biomass concentrations of 20 - 40 g/l can be set in the reactor, which can be increased by
Faktor 5-15 höher liegen als bei konventionellen Belebtschlammanlagen mit Nachklärung. Daraus ergibt sich wie oben beschrieben eine entsprechende Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute bzw. entsprechende Volumeneinsparungen, im weiteren werden auch Keime und Viren zurückgehalten, womit die Einleitung des gereinigten Wassers ohne weitere Desinfektion in Badegewässer möglich ist.Factor 5-15 higher than in conventional activated sludge plants with secondary clarification. As described above, this results in a corresponding increase in the space-time yield or corresponding volume savings, furthermore, germs and viruses are also retained, which means that the purified water can be discharged into bathing water without further disinfection.
Die das Permeat abführende Vakuumpumpe (12) erzeugt je nach Betriebszustand der Membranen und geforderten Abflußmengen einen Unterdruck von 0,3 - 0,5 bar. Die sich bei der Filtration aus zurückgehaltenen StoffenThe vacuum pump (12) that removes the permeate generates a negative pressure of 0.3 - 0.5 bar depending on the operating state of the membranes and the required discharge volumes. The particles that are retained during filtration
&iacgr;&ogr; bildende Deckschicht auf den Membranen (5) wird in ihrer Dicke durch die
oben beschriebene Anströmung minimiert, erzeugt jedoch einen ihrer Dicke und Konsistenz entsprechenden Filterwiderstand. Zur Ablösung der Deckschicht
periodisch Membranrückspülungen (siehe Fig. 4) eingeleitet. Dazu wird die Vakuumpumpe (12) abgeschaltet und das Permeatventil (14) geschlossen.
Anschließend wird das Rückspülventil (16) geöffnet und mit der Rückspülpumpe (17) Filtrat für wenige Sekunden entgegen der Filterrichtung
durch die Membranen gedruckt. Durch den dabei entstehenden Durchstoß
wird die Membranoberfläche freigespült. Für die Rückspülung werden je nach Erfordernissen Überdrücke von 1-3 bar eingestellt. Die Rückspülhäufigkeit
der Membranelemente (3) richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzfall
und der Betriebsweise, wobei jedes einzelne Membranelement (3) separat rückspülbar ist. Für Revisionsfälle und zur Intensivreinigung sind die Membranelemente
(3) einzeln entnehmbar.
Die für aerobe biologische Abbauprozesse erforderliche Luft wird dem Reak-5
tor über Belüftungsorgane (4) zugegeben. Die Abluft verläßt den Reaktor über den Abluftstutzen (18).The thickness of the covering layer forming on the membranes (5) is minimized by the flow described above, but creates a filter resistance corresponding to its thickness and consistency. To remove the covering layer, membrane backwashing is initiated periodically (see Fig. 4). To do this, the vacuum pump (12) is switched off and the permeate valve (14) is closed. The backwash valve (16) is then opened and the backwash pump (17) is used to force filtrate through the membranes for a few seconds against the filter direction. The resulting puncture rinses the membrane surface clean. For backwashing, overpressures of 1-3 bar are set as required. The backwash frequency of the membrane elements (3) depends on the respective application and mode of operation, whereby each individual membrane element (3) can be backwashed separately. The membrane elements (3) can be removed individually for inspections and for intensive cleaning.
The air required for aerobic biological decomposition processes is added to the reactor via aeration devices (4). The exhaust air leaves the reactor via the exhaust air nozzle (18).
Der bei der biologischen Abwasserreinigung entstehende Überschußschlamm wird in Abhängigkeit der gewünschten Biomassekonzentration im Reaktor über einen Stutzen (19) durch Öffnen des Schlammablaßventils (20) abgezogen.The excess sludge produced during biological wastewater treatment is drained off via a nozzle (19) by opening the sludge drain valve (20) depending on the desired biomass concentration in the reactor.
In dem beschriebenen Reaktor Fig, 2 werden die Abwasserinhaltsstoffe CSB und BSB5 biologisch oxidiert. Die Suspensa (abfiltrierbare Stoffe) wird vollständig zurückgehalten. Das Phosphat wird zu etwa 40% biologisch, d.h. durch Inkorporation in die entstehende Biomasse, eliminiert. Eine erhöhte biologische Phosphorelimination kann durch Vorschaltung einer Anaerobstufe (nicht dargestellt) erreicht werden. Mit zusätzlicher simultaner chemischer Fällung können die jeweils geforderten Phosphat Einleitgrenzwerte sicher eingehalten werden. Das Ammonium wird bei hohen Raum-Zeit-Ausbeuten zu Nitrat oxidiert. Zur biologischen Denitrifikation des Nitrats befindet sich vor dem oben beschriebenen Reaktor (Fig. 2) ein anoxisch betriebener Bioreaktor (nicht dargestellt) nach dem Prinzip der vorgeschalteten Denitrifikation. Die mit der patentgemäßen Anlage erzielbaren Ablaufwerte sind:In the reactor described in Fig. 2, the wastewater constituents COD and BOD 5 are biologically oxidized. The suspended matter (filterable substances) is completely retained. About 40% of the phosphate is eliminated biologically, i.e. by incorporation into the resulting biomass. Increased biological phosphorus elimination can be achieved by installing an anaerobic stage (not shown). With additional simultaneous chemical precipitation, the required phosphate discharge limits can be safely complied with. The ammonium is oxidized to nitrate with high space-time yields. For the biological denitrification of the nitrate, an anoxic bioreactor (not shown) based on the principle of upstream denitrification is located upstream of the reactor described above (Fig. 2). The discharge values that can be achieved with the patented system are:
NH4-N NO3-N CSB BSB5 Phosphat SuspensaNH 4 -N NO 3 -N COD BOD 5 Phosphate Suspense
< 1 mg/l 5 mg/l< 1 mg/l 5 mg/l
45 mg/l 10 mg/l45 mg/l 10 mg/l
< 1 mg/l 0 mg/l< 1 mg/l 0 mg/l
Die Abbildung Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 8 zeigen weitere Ausführungsbeispieie der patentgemäßen Vorrichtung.Figures 5, 6, 7 and 8 show further embodiments of the device according to the patent.
Fig. 5 zeigt einen Biohochreaktor (1) in dem die Membranelemente (3) über den Belüftungsorganen (4) installiert werden, in dieser Anwendung wird die Differenzwassersäule (19) zur Erzeugung der für die Filtration erforderlichen transmembranen Druckdifferenz genutzt. Eine Vakuumpumpe ist hier nicht erforderlich. Der für die Filtration wirksame Überdruck ergibt sich direkt aus der Differenzhöhe von Wasserspiegel Bioreaktor und PermeatablaufrohrFig. 5 shows a bio-reactor (1) in which the membrane elements (3) are installed above the aeration elements (4). In this application, the differential water column (19) is used to generate the transmembrane pressure difference required for filtration. A vacuum pump is not required here. The overpressure effective for filtration results directly from the difference in height between the water level of the bioreactor and the permeate discharge pipe.
(13) (z. B. 10m &xgr; 1bar). Fig. 6 zeigt eine Variante der Anwendung aus Fig. 5(13) (e.g. 10m &xgr; 1bar). Fig. 6 shows a variant of the application from Fig. 5
bei der die Membranelemente (3) in einen separaten Behälter (21) untergebracht sind, der über eine Umwäizleitung (22) mit Umwälzpumpe (7) mit der Hochbiologie verbunden ist. Die Anströmung der Membranen (5) der Membranelemente (3) wird mit dem Umwälzstrom durch ein Flüssigkeitsverteilsystem (8) realisiert, ggf. durch Rührorgane (6) unterstützt. Vorteil dieser Variante ist die bessere Zugänglichkeit der Membraneinheiten (3) zur Revision und für intensivreinigungen der Membrane. Dazu wird der separate Behälter (21) durch die Ventile (23) und (24) von der Hochbiologie (1) getrennt. Nach Entfernung eines Deckels können die Membranelemente entnommen &iacgr;&ogr; werden (nicht dargestellt). Die Betriebs- und Funktionsweise entspricht ansonsten den obigen Ausführungen.in which the membrane elements (3) are housed in a separate container (21) that is connected to the high biology via a circulation line (22) with a circulation pump (7). The flow to the membranes (5) of the membrane elements (3) is realized with the circulation flow through a liquid distribution system (8), possibly supported by stirring elements (6). The advantage of this variant is the better accessibility of the membrane units (3) for inspection and intensive cleaning of the membranes. For this purpose, the separate container (21) is separated from the high biology (1) by the valves (23) and (24). After removing a cover, the membrane elements can be removed (not shown). The operation and function otherwise corresponds to the above statements.
Fig. 7 zeigt die Anwendung der patentgemäßen Vorrichtung in bestehenden Belebungsanlagen. Die Membraneinheit (3) wird mittels geeigneter Aufhängungen (25) entnehmbar in einem bestehenden Belebungsbecken über den Belüftungsorganen (4) angeordnet, wobei der Abstand zwischen Beckenrand (28) und den permeatabieitenden Endplatte (9) groß genug ist zur Ausbildung einer Schlaufenströmung (11). Diese Anwendung ermöglicht eine Entlastung überlasteter Belebungs- und Nachklärbecken. Durch die Entnähme von gereinigtem Wasser mittels Membraneinheiten (3) aus den Belebungsbecken wird die hydraulische Belastung des Nachklärbecken deutlich reduziert. Durch die sichere Rückhaltung der Biomasse kann die Biomassekonzentration im Belebungsbecken erhöht werden, womit eine deutliche Leistungssteigerung der Belebungsanlage erreicht wird.Fig. 7 shows the application of the patented device in existing aeration plants. The membrane unit (3) is arranged in an existing aeration tank above the aeration elements (4) in a removable manner using suitable suspensions (25), whereby the distance between the tank edge (28) and the permeate-discharging end plate (9) is large enough to form a loop flow (11). This application enables a relief of overloaded aeration and secondary clarification tanks. By removing purified water from the aeration tanks using membrane units (3), the hydraulic load on the secondary clarification tank is significantly reduced. By safely retaining the biomass, the biomass concentration in the aeration tank can be increased, thereby achieving a significant increase in the performance of the aeration plant.
5 Fig. 8 zeigt eine Variante der Anwendung aus Fig. 2 bei der die erforderliche transmembrane Druckdifferenz nicht durch eine Vakuumpumpe erzeugt wird, sondern durch Anlegen von Überdruck auf der Konzentratseite erzeugt wird. Der Überdruck wird bei aeroben Betrieb der Anlage durch die Begasung mit Druckhalteventii (26) in der Abluftleitung (27) erzeugt.5 Fig. 8 shows a variant of the application from Fig. 2 in which the required transmembrane pressure difference is not generated by a vacuum pump, but by applying overpressure on the concentrate side. The overpressure is generated during aerobic operation of the system by gassing with pressure-maintaining valves (26) in the exhaust air line (27).
Die bisher aufgeführten Anwendungen der patentgemäßen Anlage zur aeroben biologischen Abwasserreinigung können auch für die anaerobe Abwas-The applications of the patented plant for aerobic biological wastewater treatment listed so far can also be used for anaerobic wastewater treatment.
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serreinigung zur Anwendung gebracht wenden, indem statt der Belüftungsorgane Rührwerke und/oder Umwälzpumpe mit Flüssigkeitsverteilern zur Anströmung der Membranen eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Rezirkulation von Faulgas und Einbringen über Gasverteiler unterhalb der Membraneinheiten (3) (nicht dargestellt).water purification by using agitators and/or circulation pumps with liquid distributors to direct the flow of liquid to the membranes instead of the aeration devices. Another possibility is the recirculation of digester gas and introduction via gas distributors below the membrane units (3) (not shown).
Die Abbildungen Fig. 9,10,11,12 zeigen nichtbiologische Anwendungen der patengemäßen Vorrichtung für unterschiedliche Stofftrennaufgaben.Figures 9,10,11,12 show non-biological applications of the patented device for different material separation tasks.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29620426U DE29620426U1 (en) | 1996-11-23 | 1996-11-23 | Plant for material separation using membrane filtration |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29620426U DE29620426U1 (en) | 1996-11-23 | 1996-11-23 | Plant for material separation using membrane filtration |
Publications (1)
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ID=8032385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE29620426U1 (en) |
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