DE60015438T2

DE60015438T2 - Verfahren zum filtern von abwasser und vorrichtung zum melken von tieren

Info

Publication number: DE60015438T2
Application number: DE60015438T
Authority: DE
Inventors: Ronald Maarten Pols
Original assignee: Maasland NV
Current assignee: Maasland NV
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP2002534263A; WO2000041973A1; EP1062182A1; CA2323587A1; DE60015438D1; AU2331500A; EP1062182B1; NL1011019C2; ATE281412T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtern von Abwasser, das einen oder mehrere Abfallstoffe enthält, wobei das Abwasser von einer Vorrichtung zum Melken von Tieren, wie z. B. Kühen, kommt, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt, z. B. von W. Reimann et al.: "Ultrafiltration von landwirtschaftlichen Abwässern mit organischen und anorganischen Membranen", Entsalzung, Bd. 109, Heft 3, 1. Juni 1997.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zum Filtern von Abwasser zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird das Abwasser zu diesem Zweck erhitzt, bevor es über die Membrane geleitet wird. Dadurch wird der Filtrationsvorgang beschleunigt und somit effektiver. Je nach der Porengröße der Membrane und den verwendeten Drücken besteht das Filtrat aus Wasser oder Reinigungs- und/oder Desinfektionsbestandteilen und Wasser oder Milchbestandeilen, Reinigungs- und Desinfektionsbestandteilen und Wasser. Bevor das Abwasser der Membrane zugeführt wird, wird es vorzugsweise mit Hilfe eines herkömmlichen Filters gefiltert, um grobe Partikel wie Schlamm oder Schmutz zu entfernen.
Das Filtrat wird vorzugsweise wiederverwendet, um wieder die Vorrichtung zum Melken von Tieren zu reinigen. Auf diese Weise werden Bestandteile des Abwassers, wie z. B. Wasser und/oder Bestandteile von Reinigungs- und/oder Desinfektionsmitteln und/oder säurehaltigen Mitteln zum Entfernen von Ablagerungen, wiederverwendet. Dies führt zu einer erheblichen Kostenersparnis und außerdem zu einer geringeren Belastung der Umwelt durch das Ableiten von Abwasser aus der Melkvorrichtung. Während der Reinigung verbrauchte Bestandteile der Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel können wiederaufgefüllt werden, wenn das Filtrat zum Reinigen und Desinfizieren der Melkvorrichtung wiederverwendet wird. Das Konzentrat kann als Abfall abgeleitet werden. Durch Filtern des Abwassers gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird die Menge der abzuleitenden Schadstoffe stark verringert. Das Filtrat kann auch als Abfall abgeleitet werden. Da das Filtrat im wesentlichen aus Wasser besteht, kann das Filtrat direkt in das Oberflächenwasser abgeleitet werden.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal wird das Abwasser in einem Kreislauf durch eine oder mehrere Membranen geleitet. Dadurch wird eine große Abwasserbehandlungskapazität während des Filtrationsvorganges erzielt, ohne daß die Verwendung von Membranen mit sehr großer Oberfläche erforderlich wäre. Außerdem wird so verhindert, daß sich die Membrane schnell zusetzt. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden während der Filtration das Abwasser und das Wasser in derselben Strömungsrichtung über die Membrane geleitet. Dadurch wird eine hohe Filtereffizienz erzielt. Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal werden bei einer bevorzugten Ausführungsform während der Filtration das Abwasser und das Wasser in entgegengesetzten Strömungsrichtungen über die Membrane geleitet. Diese Maßnahme ist bei weitem die effektivste Art, die Kapazität der Membrane in optimaler Weise zu nutzen und ein Verschmutzen und Zusetzen der Membrane zu verhindern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Abwasser mit einer solchen Geschwindigkeit über die Membrane geleitet, daß die Strömung des Abwassers laminar ist. Bei einer laminaren Strömung des Abwassers arbeitet die Membrane am wirksamsten.
Gemäß einem besonderen erfindungsgemäßen Merkmal wird das Abwasser der Membrane von einem Melkroboter zugeführt. Je nach ihrer Größe erzeugt eine Melkvorrichtung etwa 500 Liter Abwasser pro Melkvorgang. Infolgedessen müssen Vorrichtungen mit Membranfiltern oft ausreichend groß dimensioniert sein, um diese von normalen Melkvorrichtungen kommenden Abwassermengen behandeln zu können. Daher ist die Erfindung insbesondere zur Filtration von Abwasser geeignet, das von einem Melkroboter einer Membrane zugeführt wird. Da der Melkroboter pro Melkvorgang eine relativ geringe Abwassermenge erzeugt, ist eine kompakte Membranfiltervorrichtung mit genügender Kapazität ausreichend.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Melken von Tieren mit einer oder mehreren Filtervorrichtungen gemäß Anspruch 10. Dadurch können Schnelligkeit und Effizienz des Filtervorganges beeinflußt werden. Zu diesem Zweck kann die Filtervorrichtung einen Wärmetauscher umfassen. Auf der einen Seite des Wärmetauschers wird Abwasser zugeführt, während auf der anderen Seite des Wärmetauschers Filtrat zugeführt wird. Das Abwasser wird durch das Filtrat erhitzt, das dadurch abkühlt, wobei das Abwasser mittels eines Heizelementes weiter erhitzt und das Filtrat mittels eines Kühlelementes weiter abgekühlt werden. Die Absperrvorrichtungen können Ventile oder steuerbare Ventile umfassen, die fernsteuerbar sein können. Die Beförderungsvorrichtungen umfassen Leitungen oder Rohre und eine oder mehrere Pumpen.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal sind die Filter mit mindestens einer Membrane versehen, die eine solche Porengröße hat, daß sie zur Durchführung der Umkehrosmose geeignet ist. Die Porengröße einer Membrane, die zur Durchführung der Umkehrosmose geeignet ist, ist kleiner als 10^–4 μm. Im Falle der Umkehrosmose besteht das Filtrat im wesentlichen aus Wasser. Eine oder mehrere Filtervorrichtungen können auch mit mindestens einer Membrane versehen sein, die eine solche Porengröße hat, daß sie zur Durchführung der Nanofiltration geeignet ist. Die Porengröße einer Membrane, die zur Durchführung der Nanofiltration geeignet ist, ist größer als 10^–4 μm und kleiner als 10^–3 μm. Im Falle der Nanofiltration besteht das Filtrat im wesentlichen aus Wasser und Mineralien, wie z. B. Bestandteilen der Reinigungs- und/oder Desinfektionsmittel und/oder Mittel zur Entfernung von Ablagerungen. Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist die Porengröße der Membrane größer als 10^–3 μm und kleiner als 10^–2 μm. Dabei handelt es sich um eine Membrane, die so gewählt ist, daß sie für die Ultrafiltration geeignet ist. In diesem Fall besteht das Filtrat aus Wasser, Mineralien und Milchbestandteilen, wie z. B. Laktose. Die Porengröße der Membrane kann auch größer als 10^–1 μm und kleiner als 10 μm sein. In diesem Fall besteht das Filtrat aus Wasser, Mineralien, Laktose und/oder Proteinen und ggf. anderen Bestandteilen des Abwassers. Die Filtervorrich tung kann einen Anordnung von Membranen mit unterschiedlichen Porengrößen umfassen.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal ist die Filtervorrichtung mit einem oder mehreren Pufferbehältern zur Aufnahme von Abwasser versehen. Dadurch wird erreicht, daß die Filtervorrichtung das Abwasser kontinuierlich behandeln kann, wobei eine große Zufuhr oder eine geringe Zufuhr von Abwasser den Betrieb der Vorrichtung nicht beeinträchtigt. Die Filtervorrichtung kann auch mit einem oder mehreren Behältern zur Aufnahme des Filtrats und/oder Konzentrats versehen sein. Dadurch wird erreicht, daß das Filtrat und/oder Konzentrat nicht sofort abgeleitet zu werden braucht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Filtervorrichtung mit einer automatischen Steuereinheit zum Steuern der Filtration des Abwassers versehen. Dadurch kann die Vorrichtung kontinuierlich arbeiten, ohne daß die Anwesenheit einer Bedienungsperson erforderlich wäre. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Filtervorrichtung in Kombination mit einer vollautomatischen Melkvorrichtung, wie z. B. einer Melkvorrichtung mit einem Melkroboter, betrieben wird.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf eine in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Filtervorrichtung zum kombinierten Einsatz mit einer Vorrichtung zum Melken von Tieren, wobei letztere Vorrichtung vorzugsweise einen Melkroboter umfaßt.
2 ein Detail eines Wärmetauschers, der in einer Vorrichtung gemäß 1 zu verwenden ist.
Die Filtervorrichtung besteht aus einem Pufferbehälter 2, einem oder mehreren Filtern 5, einem Behälter 15, einer automatischen Steuereinheit 8 zum Steuern des Filtervorganges und Beförderungsvorrichtungen 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 16. Die Beförderungsvorrichtungen sind durch die Leitungen 1, 3, 4, 6, 7, 16 und die Pumpen 9, 10 gebildet. Der Pufferbehälter 2, die Filter 5 und der Behälter 15 sind miteinander durch die Leitungen 3, 4 und 7 verbunden, in denen das steuerbare Ventil 20 und die Pumpen 9 und 10 angeordnet sind. Zur Zufuhr von Abwasser ist die Zuführleitung 1 mit dem Pufferbehälter verbunden. Die Abflußleitung 6 mit dem steuerbaren Ventil 13 ist mit der die Filter 5 umgebenden Ringleitung 4 verbunden und dient zur Ableitung des Konzentrats. Die Abflußleitung 7 ist mit dem Behälter 15 verbunden und dient zur Ableitung des Filtrats. Der Behälter umfaßt eine Leitung 14 für die Luftzufuhr und ein steuerbares Ventil 12. Außerdem ist der Behälter mit einer Abflußleitung 16 und einem steuerbaren Ventil 11 versehen, mittels derer das Filtrat aus dem Behälter abgeleitet wird. Die automatische Steuereinheit ist mit den Pumpen 9 und 10 und den steuerbaren Ventilen 11, 12, 13 und 20 verbunden.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der in 1 gezeigten Filtervorrichtung beschrieben.
Das von einer Vorrichtung zum Melken von Tieren kommende Abwasser wird über die Leitung 1 in einen Pufferbehälter 2 geleitet, so daß Schwankungen bei der Zufuhr von Abwasser ausgeglichen werden können und die Filter vorrichtung kontinuierlich arbeiten kann. Über die Pumpe 9 und die Zuführleitung 3 wird das Abwasser in einen Kreislauf geleitet, in dem Membranfilter 5 angeordnet sind, wobei der Kreislauf durch die Ringleitung 4 und die Pumpe 10 gebildet ist. Die Membranfilter 5 umfassen mehrere Membranen, deren Porengröße unterschiedlich sein kann. Durch Verwendung mehrerer separater Membranfilter wird erreicht, daß defekte Filter leicht ersetzt werden können, ohne daß der gesamte Filtervorgang gestoppt werden muß. Mit Hilfe des steuerbaren Ventils 13 wird eine Menge an Konzentrat in regelmäßigen Abständen über die Abflußleitung 6 aus dem Kreislauf abgeleitet. Über die Abflußleitung 7 wird das Filtrat in einen Behälter 15 abgeleitet. Dieser Behälter 15 wird in regelmäßigen Abständen dadurch geleert, daß über die Zuführleitung 14 mit dem darin angeordneten steuerbaren Ventil 12 Druckluft in den Behälter geleitet wird. Über das steuerbare Ventil 11 und die Abflußleitung 16 kann das Filtrat in die Melkvorrichtung zurückgeleitet werden, um zum Reinigen der Vorrichtung wiederverwendet zu werden. Der gesamte Vorgang wird von der automatischen Steuereinheit 8 gesteuert, mit der die steuerbaren Ventile 11, 12, 13 und 20 und die Pumpen 9 und 10 verbunden sind.
Das Filtern von Abwasser von einer Melkvorrichtung kann effizienter durchgeführt werden, wenn das Abwasser mit Hilfe von Aufheizvorrichtungen erhitzt wird, bevor es den Membranfiltern 5 zugeführt wird. Die Aufheizvorrichtungen können ein Aufheizelement, ein Kühlelement und einen Wärmetauscher umfassen. 2 zeigt einen Wärmetauscher 17, in dem das Abwasser erhitzt und das Filtrat abgekühlt wird. Der Wärmetauscher ist mit einem Heizelement 18, einem Kühlelement 19, einer Leitung 3 für das Abwasser und einer Leitung 16 für das Filtrat versehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher in der Leitung 3 zwischen der Pumpe 9 und dem Ventil 20 angeordnet.
Das Abwasser fließt über die Zuführleitung 3 und die Pumpe 9 durch den Wärmetauscher 17, während das Filtrat über die Abflußleitung 16 durch den Wärmetauscher 17 fließt, so daß das Filtrat seine Wärme an das Abwasser abgibt, das Filtrat abkühlt und das Abwasser erhitzt wird. Anschließend wird das Abwasser mittels des Heizelements 18 weiter erhitzt, während das Filtrat mittels des Kühlelements 19 weiter abgekühlt wird. Auf diese Weise kann unter wirksamer Begrenzung des Energieverbrauchs das Abwasser erhitzt und das Filtrat abgekühlt werden.

Claims

Verfahren zum Filtern von Abwasser, das einen oder mehrere Abfallstoffe enthält, wobei das Abwasser von einer Vorrichtung zum Melken von Tieren, wie z. B. Kühen, kommt, wobei das Abwasser über eine erste Seite einer Membrane geleitet wird, wodurch von der ersten Seite her Wasser und/oder ein oder mehrere Abfallstoffe durch die Membrane geleitet werden, derart, daß auf der ersten Seite der Membrane ein Konzentrat und auf der anderen Seite der Membrane ein Filtrat gebildet wird, wobei das Filtrat zumindest aus Wasser besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser erhitzt wird, bevor es über die Membrane geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrat wiederverwendet wird, um die Vorrichtung zum Melken von Tieren zu reinigen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte Konzentrat und/oder das Filtrat als Abfall abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in einem Kreislauf durch eine oder mehrere Membranen geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Verfahrensschritt umfaßt, eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, über die andere Seite der Membrane zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Filtration das Abwasser und das Wasser in derselben Strömungsrichtung über die Membrane geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Filtration das Abwasser und das Wasser in entgegengesetzten Strömungsrichtungen über die Membrane geleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Filtration das Abwasser mit einer solchen Geschwindigkeit über die Membrane geleitet wird, daß die Strömung des Abwassers laminar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser der Membrane von einem Melkroboter zum automatischen Anschließen von Zitzenbechern zugeführt wird.
Vorrichtung zum Melken von Tieren, die einen Melkroboter zum automatischen Anschließen von Zitzenbechern umfaßt und mit einer oder mehreren Filtervorrichtungen versehen ist, die geeignet sind, Abwasser mit einem oder mehreren Abfallstoffen zu filtern, wobei das Abwasser von der Vorrichtung kommt, wobei die Filtervorrichtung einen oder mehrere Filter (5) umfaßt, die mit einer oder mehreren Membranen versehen sind, sowie eine oder mehrere Absperrvorrichtungen (11, 12, 13, 20) und Beförderungsvorrichtungen (1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 16) zum Befördern von Abwasser, Wasser, Filtrat und Konzentrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung mit Aufheizvorrichtungen (17, 18) zum Aufheizen des Abwassers versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Filter (5) mit mindestens einer Membrane versehen sind, die eine solche Porengröße hat, daß sie zur Durchführung der Umkehrosmose geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Membrane kleiner als 10^–4 μm ist .
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Filter (5) mit mindestens einer Membrane versehen sind, die eine solche Porengröße hat, daß sie zur Durchführung der Nanofiltration geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Membrane größer als 10^–4 μm und kleiner als 10^–3 μm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Membrane größer als 10^–3 μm und kleiner als 10^–2 μm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Membrane größer als 10^–1 μm und kleiner als 10 μm ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf heizvorrichtungen (17, 18) einen Wärmetauscher (17) umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem oder mehreren Pufferbehältern (2) zur Aufnahme von Abwasser versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem oder mehreren Behältern (15) zur Aufnahme des Filtrats und/oder Konzentrats versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung mit einer automatischen Steuereinheit (8) zum Steuern der Filtration des Abwassers versehen ist.