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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Behandlung insbesondere
von Abwässern,
wobei sie auf die Entfernung von organischer, gegen biologischen
Abbau widerstandsfähiger
Materie und der sich daraus ergebenden Nebenprodukte abzielt.
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Es
ist bekannt, dass die Reduzierung der gelösten, gegen eine biologische
Behandlung widerstandsfähigen
organischen Materie, auch „harte
DCO" genannt, in
Ergänzung
zu einer biologischen Behandlung gemäß den bekannten, hiernach aufgeführten Verfahren
ausgeführt
werden kann:
- a) ein abschließender Schritt
der Oxidation durch klassische Belebtschlämme oder durch einen Membran-Bioreaktor,
angewendet stromab der biologischen Behandlung.
Dieser Oxidations-Schritt
wird in einem speziellen Reaktor ausgeführt, der den Kontakt zwischen
dem Oxidans (Ozon, Wasserstoff-Peroxyd, ...) und dem Wasser sicherstellt,
das die organische Materie enthält,
in Anwesenheit eines Katalysators oder ohne Katalysator. Der Nachteil
dieses bekannten Verfahrens sind seine Kosten, da man zwischen 2
und 3 kg Ozon pro kg abgeführter
DCO einspeisen muss, um die organische Materie in CO2 und
in H2O umzuwandeln.
- b) ein Schritt der Oxidation in einer Schleife in einem Kontakt-Reaktor,
der in eine Rückführschleife
eingebaut ist, die zwischen dem Ausfluss und dem Zulauf einer biologischen
Behandlung angeordnet ist.
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Man
kann so den Ozon-Verbrauch auf rund 0,7 kg Ozon pro kg abgeführter DCO
verringern, da es genügt,
die nicht biologisch abbaubaren Moleküle in kleinere Moleküle zu zerlegen,
die biologisch abbaubar sind. Jedoch hat dieses Verfahren den Nachteil,
dass es sehr durch den Rücklaufanteil
zu dem Becken belastet ist, in dem die biologische Behandlung erfolgt,
und der etwa 200 bis 400 % des zufließenden Massenstroms ist (je
nach Anwendung), was wiederum, abgesehen von dem einhergehenden
Energieverbrauch, eine hydraulische Überlast erzeugt, und es erfordert,
das Abscheide-Mittel in der biologischen Behandlung um einen Faktor
2 bis 4 überzudimensionieren.
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Beispielsweise
beschreibt das Dokument EP-A-0 881 195 ein Verfahren zum Behandeln
von mit nicht biologisch abbaubarer organischer Materie belasteten
Abwässern,
angewendet in einem belüfteten
biologischen Becken und in einem Reaktor für die chemische Oxidation durch
Einspritzen eines ozonisierten Gases. Die Belebtschlämme werden
mit dem ozonisierten Gas in dem Reaktor gemischt: die nicht biologisch
abbaubare organische Materie wird so biologisch abbaubar gemacht
und wird zum biologischen Becken rückgeführt.
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Auch
das Dokument
JP 10005762 beschreibt
ein Verfahren zum Behandeln von Abwässern, angewendet in einem
belüfteten
biologischen Becken und in einem Reaktor für die chemische Oxidation durch
Einspritzen eines ozonisierten Gases. Die gemischte Flüssigkeit
aus Belebtschlämmen
wird aus dem biologischen Becken abgezogen und wird in dem Reaktor
mit dem ozonisierten Gas gemischt. Das behandelte Wasser wird sodann
aus dem biologischen Becken abgezogen und von den Schlämmen in
einem Membranfilter abgeschieden.
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Schließlich ist
es bekannt, aus dem Gesetz von Henry, dass eine Erhöhung des
Gasdrucks (zum Beispiel Ozon) seinen Transferkoeffizienten in der
flüssigen
Phase erhöht,
wobei so der Wirkungsgrad der Oxidations-Reaktion erhöht wird.
Jedoch erfordert die Kompression eines ozonisierten Gases die Verwendung
von Materialien, die widerstandsfähig gegen die Korrosion durch
das Ozon sind, sie bringt einen hohen Energieverbrauch mit sich,
und sie erweist sich deshalb als sehr aufwändig.
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Die
vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zu
schaffen, das es erlaubt, die gelöste organische Materie zu reduzieren,
die insbesondere in Abwässern
vorhanden und widerstandsfähig
gegen eine biologische Behandlung ist, das nicht die hiervor präzisierten
Nachteile des Standes der Technik hat.
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Folglich
hat diese Erfindung als Gegenstand ein Verfahren zum Entfernen von
organischer Materie, die insbesondere in Abwässern enthalten und die widerstandsfähig gegen
eine biologische Behandlung ist, angewendet in einem Bioreaktor
mit anorganischen oder organischen und ozonbeständigen Membranen für Mikrofiltration
oder Ultrafiltration, dadurch gekennzeichnet, dass man besagte organische
Materie gleichzeitig mit der biologischen Behandlung auf Membranen
einer chemischen Oxidation unterzieht durch Einspritzen eines ozonisierten
Gases in die aus Belebtschlämmen
gemischte Flüssigkeit
am Eingang des oder der Module des Membran-Bioreaktors, wobei als
Druck-Reaktor die Rückführschleife
des Bioreaktors verwendet wird, wobei die Dosis an Ozon in besagtem
ozonisiertem Gas zwischen 0,3 bis 0,9 kg Ozon pro kg eliminierter
DCO beträgt,
und wobei besagtes Einspritzen des ozonisierten Gases zwischen dem
biologischen Becken und dem Membran-Bioreaktor durchgeführt wird.
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So
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die chemische Oxidation durch Einspritzen eines ozonisierten
Gases in die gemischte Flüssigkeit
aus Belebtschlämmen
am Eingang des oder der Module des Membran-Bioreaktors durchgeführt, wobei
als Druck-Reaktor die Rückführschleife
des Membran-Bioreaktors verwendet wird, die einen hohen Massenstrom
führt,
um das ozonisierte Gas anzusaugen und es bei dem konstanten Druck
stromauf der Membranen (mehrere 100.000 Pa) zu lösen, und indem man die dissipierte
Energie im Bereich der Membranen und die sich daraus ergebenden
Turbulenzen ausnutzt.
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Die
Erfindung zielt außerdem
auf eine Vorrichtung zum Durchführen
des hiervor spezifizierten Verfahrens ab.
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Andere
Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden sich aus der Beschreibung
ergeben, die hiernach unter Bezug auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnung
gegeben wird, die in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung darstellt, welche diese Erfindung anwendet.
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So
wie hiervor ausgeführt
wurde, besteht das erfindungsgemäße Verfahren
darin, am Einlass des oder der Module eines Bioreaktors 6 mit
Membranen Ozon mit schwacher Konzentration in die gemischte Flüssigkeit
aus Belebtschlämmen
einzuspritzen. Überraschend
hat man festgestellt, dass durch Einspritzen einer Dosis von 0,3
bis 0,9 kg Ozon pro kg eliminierter DCO dieselbe Reduzierung erreicht
wird wie diejenige, die durch Anwendung der Verfahren nach dem früheren Stand
der Technik erreicht wird, wobei jedoch die Produktion von Schlämmen um
mehr als 50 % verringert wird, die durch die Behandlung ohne die
Ozon-Einspritzung anfällt.
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In
dem Schema der 1 sieht man bei 2 das
biologische Becken mit Belebtschlämmen, in das das zu behandelnde
Wasser 1 eingelassen wird und in dem eine Konzentration
der Biomasse (Belebtschlämme) zwischen
4 g/l und 30 g/l aufrechterhalten wird.
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Die
Vorrichtung umfasst einen Ozonisierer 9 und einen Bioreaktor 6 mit
Membranen. Die gemischte Flüssigkeit
aus Belebtschlämmen
wird aus dem biologischen Becken 2 durch eine Aufladepumpe 3 abgezogen,
die eine Umlaufpumpe speist, welche die Tangentialgeschwindigkeit
sicherstellt, die entlang den Membranen des Bioreaktors 6 erforderlich
ist.
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Das
vom Ozonisierer 9 produzierte ozonisierte Gas wird mithilfe
eines Ejektors 5 in die Leitung eingeführt, in der die gemischte Flüssigkeit
durch die Pumpe 4 in Umlauf gesetzt wird, wodurch das ozonisierte
Gas emulgiert und in der gemischten Flüssigkeit gelöst wird,
die sodann in den Membranen des Bioreaktors 6 umläuft, die
gegen das Ozon widerstandsfähig
sind. Das Permeat (behandeltes Wasser) wird bei 7 abgezogen und
das Konzentrat kehrt in geschlossener Schleife wieder zu der Rückführpumpe 4 zurück. Der
Bruchteil des Massenstromes, der dem Durchsatz der Aufladepumpe 3 abzüglich des
Permeat- Anteils entspricht, wird dem biologischen Becken 2 zugeführt.
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Hiernach
wird ein Beispiel der Anwendung der Erfindung gegeben. In diesem
nicht einschränkenden Beispiel
wurden zwei identische Linien von Membran-Bioreaktoren verwendet:
die eine der Linien ist mit einer Ozon-Einspritzung am Zulauf der
Membranen (gemäß dem Kennzeichen
der Erfindung) versehen, und die andere umfasst keine Ozon-Einspritzung. Jede
Linie wird mit einem Massenstrom von 0,1 m3/h
eines Abwassers mit einem DCO-Anteil von 4 g/l gespeist, das aus
der chemischen Industrie stammt. Die biologischen Becken hatten
ein Volumen von 2,5 m3, und eine Verweildauer
in der Größenord nung
von 24 Stunden. Die Konzentration der Schlämme in diesen Becken wurde
in beiden Fällen
bei 12 g/l ± 1
g/l gehalten.
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Die
Geschwindigkeit der Rückführung in
den Membranen wurde bei 4 m/sec gehalten, und der Speisedruck wurde
bei 5 × 105 Pa stabilisiert.
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Nach
einem zweimonatigen Betrieb und kontinuierlicher Arbeit während eines
Monats genügten
die Ergebnisse der Bioreaktor-Linie ohne Ozoneinspritzung nicht
der Norm für
die Rückleitung,
weil die DCO des Permeats bei 500 mg/l anstelle der verlangten 150
mg/l lag. Ein Ozonisierungsschritt musste folglich stromab installiert
werden.
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Die
nachfolgenden Tabellen zeigen jeweils die mit der Behandlungsanlage
nach dem Stand der Technik erzielten Ergebnisse und einen Vergleich
dieser Ergebnisse mit denjenigen, die man bei der erfindungsgemäßen Anlage
beobachtet hat.
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Unter
Annahme in erster Näherung:
1 kg
O2 = | 2 äquiv. kWh |
1 kg
O3 = | 10 äquiv. kWh |
1 kg
abzubauender Schlämme
= | 4 äquiv. kWh |
erlaubt eine Anlage, die 100 m
3/j
bei 4 g/l an DCO gemäß der Erfindung
behandelt, eine Ersparnis von
an
Sauerstoff | 4745000 äquiv. kWh |
an
Ozon | 2372500 äquiv. kWh |
bei
der Ozonverteilung | –294920
kWh |
an
Schlammabbau | 5256000 äquiv. kWh |
insgesamt | 12078580 äquiv. kWh |
das
sind ungefähr | 640.000
Euro/Jahr |
bei einer um ungefähr 20 % reduzierten Investition
(Größe des Ozonisierers
und Wegfall des Ozonisierturmes).
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Unter
den von der Erfindung beigetragenen Vorteilen kann man insbesondere
die folgenden aufführen:
- – Ozonverbrauch
2 bis 8 Mal weniger hoch als bei den Systemen nach der früheren Technik
für eine
identische Effizienz.
- – gleichzeitige
Reduzierung der Schlammproduktion von mehr als 50 % und ohne Kosten,
wenn man bedenkt, dass die ursprüngliche
Zielsetzung die Reduzierung der widerstandsfähigen organischen Materie ist.
- – Stromverbrauch
zum Komprimieren des ozonisierten Gases um den Faktor 5 verringert
beim Ladungsverlust des Ejektors, wobei der Druck außerdem für die Funktion
der Membranen notwendig ist.
- – Gesamtverbrauch
an Trägergas
(Sauerstoff), komprimiert bei der Injektion des Ozons, für den Bedarf
der Atmung der Biomasse (was einer Anreicherung mit Luft in Höhe des Belüftungsbeckens
gleichkommt).
- – Zuwachs
um 5 bis 30 % (je nach Anwendung) bei dem Fluss, der die Membran
durchquert, durch die Wirkung des Ozons, das die organische Oberflächenverschmutzung
und Verstopfung der besagten Membran reduziert.
- – Reduzierung
der organischen Oberflächenverschmutzung
an Tiefe und der Verstopfung der Membranen, was größere Abstände zwischen
den chemischen Waschvorgängen
erlaubt.
- – Reduzierung
der Zähigkeit
des Belebtschlamms um etwa 50 %, was eine Verringerung der Umlaufenergie an
den Membranen und das Arbeiten mit einem höheren Grad der Konzentration
in der Rücklaufschleife erlaubt
(Verringerung der Größe der Aufladepumpe).
- – Wegfall
des Ozonisierungs-Reaktors, da die Reaktion an der Membran abläuft.
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Es
bleibt wohlverstanden, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen
und/oder dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, sondern dass sie alle Varianten davon einbezieht.