DE69417691T2

DE69417691T2 - Unterwassermembranfilteranlage zur Trinkwasserbereitung

Info

Publication number: DE69417691T2
Application number: DE69417691T
Authority: DE
Inventors: Pierre Cote; Gilbert Desbos; Michel Faivre; Catherine Moulin
Original assignee: OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: EP0655418B1; DE69417691D1; US5607593A; DK0655418T3; JPH07256253A; FR2713220B1; EP0655418A1; JP3755912B2; FR2713220A1; CA2136943C; CA2136943A1

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Filterungs- und Reinigungsanlagen für die Wasserbehandlung.
Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, das Aufbereiten von Trinkwasser, wie beispielsweise Grundwasser, entweder aus tiefen Schichten oder aus Karstschichten oder auch Oberflächenwasser.
In klassischer Weise umfassen Anlagen zur Trinkwassergewinnung allgemein eine Reihe physikalisch-chemischer Behandlungseinheiten vom Typ Ausflockung/Dekantierung/Filterung, die durch eine Oxydationseinheit vervollständigt werden.
Das Ausflocken ist ein physikalisch-chemischer Schritt, dessen Zweck die Änderung des Zustandes der im Wasser enthaltenen Kolloidteilchen durch Zugabe eines Gerinnüngsmittels (Aluminium-Polychlorat, Aluminiumsulfat, Eisenchlorid usw.) ist, um sie durch Dekantieren zu entfernen.
Die Mikroorganismen, Mikroverunreinigungen bzw. Zusammensetzungen (Eisen(II), Mangan usw.), die sich nicht durch Ausflocken entfernen lassen, werden durch den Einsatz starker Oxidationsmittel wie Ozon, Chlor oder Chlordioxid zerstört.
Das Entfernen von Mikroverunreinigungen kann ebenfalls durch Stripping (erzwungenes Belüften) erfolgen, falls sie flüchtig sind oder durch Absorption über Aktivkohle. Nachteil dieser letzteren Verfahren ist jedoch, daß sie im Gegenzug zu den Oxidationsmitteln die Verunreinigung nicht zerstören. Deshalb wird Ozon häufig bei der Aufbereitung von Trinkwasser verwendet, alleine oder in Kombination mit Wasserstoffsuperoxid oder mit UV-Strahlung.
Eine klassische Anlage zur Trinkwasserbereitung kann demnach aus einer Ausflockungseinheit, einer Filterungseinheit (beispielsweise durch Sand), einer Ozonzuführungseinheit, einer Filterungseinheit über korn- oder pulverförmige Aktivkohle und zuletzt aus einer Desinfektionseinheit bestehen.
Die klassischerweise im Rahmen solcher Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung verwendeten Filtereinheiten können vorteilhafterweise zwei Schichten von Filtermaterialien umfassen, insbesondere eine erste Schicht kornförmiger Kohle, die über eine zweite Sandschicht angebracht ist. Die Anwendung solcher übereinanderliegender Filterschichten ermöglicht eine gute Zurückhaltung der im aufzubereitenden Wasser enthaltenen Teilchen, vorausgesetzt, die körnigen Schichten werden regelmäßig gewaschen.
Dieses Waschen der körnigen Filterschichten erfolgt klassischerweise durch nachträgliches Waschen, wobei ein doppelter Boden in der Filtereinheit vorgesehen wird, der durch eine mit Blechsieben ausgestattete Wand getrennt ist, welche den Einlaß einer Waschflüssigkeit (beispielsweise das Filtrat) in die körnigen Schichten ermöglicht, aus denen die Filterbetten bestehen, um die dort zurückgehaltenen Teilchen wegzuspülen.
Alternativ zu den klassischen Verfahren zur Trinkwasserbereitung wurde in neuerer Zeit ein Verfahren durch Filterung über Membrane(n) vorgeschlagen. So kennt man durch das französische Patent FR 2 655 642 eine Wasseraufbereitungsanlage, die über eine Zirkulationsschleife für das aufzubereitende Wasser verfügt, welche mindestens eine tangentiale Filterungsmembrane mit Ozoneinspritzung in die Zirkulationsschleife umfaßt.
Die Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung nach dem Stand der Technik weisen viele Nachteile auf.
Erstens sind sie groß und platzraubend, weil sie aus einer Vielfalt von Einheiten zusammengesetzt sind, die jeweils die Durchführung einer bestimmten Behandlung gewährleisten, was nachteilig für die Aufstellung sein kann. Dieses Problem ist beim Ausbau von Trinkwasseranlagen im städtischen Bereich, wo Flächen häufig knapp und daher teuer sind, besonders schwerwiegend.
Ferner erfordern solche Anlagen eine Vielfalt von Anschlüssen zwischen den verschiedenen Behandlungseinheiten, was häufig langwierig und kostspielig ist und wobei jeder Anschluß eine Schwachstelle in der Anlage bedeutet.
Es wird ebenfalls auf die Tatsache hingewiesen, daß die Verwendung chemischer Reagentien beim Ausflocken zur Bildung großer Menge Schlämme führt, was die Behandlung der durch das Gerinnen organischer Stoffe aus dem behandelten Wasser gebildeten Schlämme erforderlich macht.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Lösung dieser verschiedenen Probleme und insbesondere die Bereitstellung einer Anlage zur Trinkwasserbereitung, deren Abmessungen deutlich geringer als im Falle der Anlagen nach dem bisherigen Stand der Technik sind.
Insbesondere besteht ein Zweck der Erfindung in der Bereitstellung einer Anlage, bei der mindestens einige der folgenden Behandlungsschritte in einem einzigen Gefäßsystem integriert sind: Aufschwimmen, Dekantieren, Filterung, Oxidation. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Beschreibung einer Anlage, die sich in vorhandene Gefäßsysteme einbauen läßt.
Noch ein Zweck der Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage mit einer geringeren Zahl von Anschlüssen, als die bei den Anlagen zur Trinkwassebereitung nach dem bisherigen Stand der Technik üblicherweise erforderlichen.
Ein anderer Zweck der Erfindung ist die Integration einer oder mehrerer Filterungsmembranen in einer Wasseraufbereitungsanlage, als Ersatz für die Filterungsanlagen mit kornförmigem Bett (bzw. mit kornförmigen Betten), bei Erhaltung hoher Aufbereitungsdurchlaufströme.
Ein weiterer Zweck dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Anlage zur Trinkwasseraufbereitung hoher Anwendungsflexibilität, insbesondere bei der Anwendung der nachträglichen Wäsche der Membrane(n).
Zuletzt hat die Erfindung die Bereitstellung einer Anlage zur Trinkwasseraufbereitung zum Zweck, bei der viele Varianten des Filterungsverfahrens bzw. der nachträglichen Wäsche einsetzbar sind und die nach vielen Konstruktionsvarianten ausgeführt werden kann.
Diese und andere Ziele werden dank dieser Erfindung verwirklicht, die eine Wasseraufbereitungsanlage insbesondere zum Zweck der Trinkwassergewinnung betrifft, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes umfaßt:
- einen Reaktor, der mindestens eine Behandlungskammer abgrenzt, weicher über Mittel zum Einleiten des zu behandelnden Wassers in die Kammer, über Mittel zum Abfassen von aufschwimmenden Verunreinigungen sowie über Mittel zum Ablassen von dekantierten Verunreinigungen verfügt;
- eine Anzahl von Filtermembranen, die im Inneren der Kammer angebracht und die zum Eintauchen in das zu behandelnde Wasser vorgesehen sind;
- Mittel zum Abgrenzen eines Filterungsbereiches in der Umgebung einer jeden Membrane;
- Mittel zum Mitreißen und zum Zirkulieren, mit denen ein Strom von zu behandelndem Wasser in den Filterbereich in eine bevorzugte Richtung geleitet wird, wobei die Mittel zum Mitreißen und zum Zirkulieren über Mittel zum Einspritzen von Ozon verfügen;
- Mittel zur Wiedergewinnung des Permeats am Ausgang der Filtermembranen.
Gemäß der Erfindung entsteht somit ein "Fluid-Lift", welches das Mitreißen des zu behandelten Wassers in die bevorzugte Filterungsrichtung bewirkt.
So kann Ozon ausgehend von Luft oder von Sauerstoff produziert werden. Ozon hat den Vorteil, ein starkes Oxidationsmittel organischer Stoffe zu sein, welches Radikalreaktionen ermöglicht, die unter anderem das Radikal OHº implizieren. Wie weiter unten detaillierter beschrieben, kann in einigen Fällen die Verwendung der Anlage der Erfindung von Interesse sein, um die Kontaktzeit des zu behandelnden Wassers mit dem Ozon zu verlängern.
Das innerhalb der Anlage verwendete Ozon kann ebenfalls mehrere ergänzende Rollen spielen:
- bakterien- und virentötende Aktion auf das zu behandelnde Wasser und somit Entkeimung desselben;
- Verbesserung der organoleptischen Eigenschaften (Geschmack, Farbe, Geruch);
- Oxidation von Mikroverunreinigungen;
- Oxidation gelöster Metalle, wie Eisen und Mangan.
Wird Ozon in dieser Weise gleichzeitig als Zirkulationsmedium und als Oxidationsmedium eingesetzt, so lassen sich in der Anlage gemäß der Erfindung in einem einzigen Reaktor die Funktionen Aufschwimmen, Dekantation, Filterung und Oxidation integrieren, die vorher jeweils in unterschiedlichen Behandlungseinheiten stattfanden.
Bevorzugterweise handelt es sich bei der bevorzugten Richtung um einen Ablauf des Wasserstromes in tangentialer Richtung zu den Membranen.
Durch die Anwendung von Mitteln, welche eine bevorzugte Filterungsrichtung ermöglichen, erhält man einen Reaktor, in dem folgende Vorgänge ablaufen: die Filterung des Wassers über Membranen;
- das Aufschwimmen von Teilchen geringerer Dichte als die des Wassers, die von den Membranen zurückgehalten werden und
das Dekantieren von Teilchen größerer Dichte als die des Wassers, die von den Membranen zurückgehalten werden.
Die Anlage der Erfindung bietet somit ein Konzept, mit denen die üblicherweise vor den klassischerweise aus einem (mehreren) körnigen Bettfilter(n) bestehenden Filterungseinheiten vorgesehenen Vorbehandlungseinheiten für Ausflockung und Dekantation entfallen können, durch Integration dieser verschiedenen Einheiten im selben Reaktor.
Es ist verständlich, daß diese Integration viele Vorteile bietet, unter denen die folgenden erwähnenswert sind:
- das Entfallen einer großen Zahl von Anschlüssen, die bisher erforderlich waren, um die Einheiten miteinander zu verbinden;
- der Platzgewinn, den man durch einen Reaktor erzielt, in dem die Vorbehandlung ebenfalls stattfindet.
Obwohl es möglich ist, andere Mittel zum Begrenzen der Filterungsbereiche zu konzipieren, bestehen diese bevorzugterweise aus Hüllen, die jeweils eine Membran umgeben, wobei diese Hüllen Öffnungen aufweisen, durch die das zu behandelnde Wasser in der bevorzugten Behandlungsrichtung fließen kann. Solche Hüllen ermöglichen die genaue Abgrenzung des Filterungsbereiches um jede Membran, wobei die Öffnungen das Erzielen eines genau definierten Wasserkreislaufes sicherstellen, um eine besonders effektive Filterung des Wassers auf der Ebene dieser Membranen zu gewährleisten.
Bevorzugterweise sind die Membranen und die Mittel zum Definieren eines Filterungsbereiches um jede Membran in vertikaler Position innerhalb der Behandlungskammer eingebaut. Bei einigen Ausführungen wäre es jedoch denkbar, die Membranen und die sie umgebenden Hüllen in horizontaler oder in geneigter Position einzubauen. Der vertikale Einbau wird dennoch bevorzugt, insofern er den Ablauf des zu behandelnden Wassers begünstigt.
In ebenfalls bevorzugter Weise weist der Reaktor eine Wand auf, die mit den Membranen ein Teil bildet und wobei die Wand eine doppelte Kammer bildet, bestehend aus einer ersten Kammer, die von der ersten Behandlungskammer gebildet wird und aus einer zweiten Kammer, die einen Bereich für die Wiedergewinnung des Permeats bildet.
Vorteilhafterweise bildet diese Wand einen doppelten Boden für den Reaktor. Es wird dennoch darauf aufmerksam gemacht, daß eine solche Wand bei anderen Ausführungen gegebenenfalls keinen Doppelboden, sondern eine Wand bilden kann, die eine seitliche Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats begrenzt.
Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung können die Mittel zum Einspritzen von Ozon aus Mitteln zum Erzeugen von Ozonbläschen bestehen. So ergibt sich neben der chemischen Wirkung des Ozons die mechanische Wirkung der Bläschen, die vorteilhafterweise beim Entschlammen der Membranen tätig sind.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung können die Mittel zum Einspritzen von Ozon Mittel zum Lösen des Ozons im Wasser umfassen.
Wie weiter unten detaillierter erläutert, können diese letzten Mittel insbesondere aus einer Hydro-Einspritzvorrichtung bestehen, die nach einer Pumpe zum Rezirkulieren des in der Anlage behandelten Wassers eingebaut ist, oder aber aus einer Vorrichtung zum Lösen des Ozons unter Druck im Wasser, die ebenfalls vor einer Rezirkulierungspumpe eingebaut wird.
Das Ozon kann somit nach den drei folgenden Ausführungsmethoden in die Anlage eingeführt werden:
- in gasförmig einphasiger Form: durch Verwendung von Mitteln zum Bilden von Ozonbläschen, die in der Umgebung der Membranen verteilt werden;
- in zweiphasiger Form: durch Verwendung von Mitteln zum Lösen des Ozons in einem Teil des zu behandelnden Wassers, welches rezirkuliert wird;
- in wäßriger einphasiger Form: durch Verwendung von Mitteln zum Lösen des Ozons unter Druck in einem Teil des zu behandelnden Wassers, welches rezirkuliert wird.
Bevorzugterweise verfügt die Anlage über Mittel zur Rückgewinnung des übriggebliebenen Ozons. Dieses Ozon kann vorteilhafterweise in die Anlage zurückgeführt, oder es kann vernichtet werden.
Bei den im Rahmen einer Anlage gemäß der Erfindung verwendeten Membranen kann es sich entweder um ebene Membranen oder um rohrförmige, organische oder mineralische Membranen handeln. Bei einer bevorzugten Ausführung bestehen die Membranen jedoch aus einer Gruppe, die jeweils von einer Menge hohler Fasern gebildet und im inneren/äußeren Filtermodus verwendet werden. Diese gegen Ozon widerstandsfähigen organischen Membranen werden vorteilhafterweise aus der Familie der fluorierten Polymere wie PVDF oder PTFE gewählt.
Derartige Membranen haben in der Tat den Vorteil, daß sie eine größere filtrierende Fläche bei gleichem Raumbedarf als die vorher genannten Membranen bieten.
Neben ihrer kompakten Bauweise sind sie außerdem preiswert, wodurch sie im Rahmen einer Anlage gemäß der Erfindung von großem Interesse sind.
Bevorzugterweise sind die hohlen Fasern an einem Ende verschlossen, während das andere Ende mit den Mitteln zur Wiedergewinnung des Permeats in Verbindung steht.
Ebenfalls bevorzugterweise umfassen die Mittel zum Einspritzen von Ozon mindestens eine Zufuhrleitung, welche die Membranen entlang ihrer Längsachsen durchquert, und zwar parallel zu den hohlen Fasern, wobei die Leitungen die Zufuhr des Ozons aus einem oberhalb der Membranen angebrachten Zufuhrsystem an den Fuß der Membranen ermöglichen.
Nach einer anderen Variante der Erfindung verfügen die Mittel zum Einspritzen von Ozon über poröse Trichter, die bevorzugterweise am Fuße der Membranen angebracht sind. Bei einer derartigen Ausführung wird das Ozon demnach direkt am Fuße der Membranen bereitgestellt und nicht über Leitungen vom oberen Teil der Membranen zu deren jeweiligen Fuß geleitet. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung klassischer poröser Trichter und hat zudem den Vorteil, daß jedes Leitungssystem zur Ozonverteilung auf der Ebene des oberen Endes der Filterungsgruppen entfällt, was deren Herstellung vereinfacht.
Nach einer Variante der Erfindung weisen die Hüllen, welche die Filterungsbereiche begrenzen, Öffnungen am unteren Teil auf, durch die das Wasser eintritt sowie Öffnungen am oberen Teil, durch die das Wasser und die mitreißende Flüssigkeit ablaufen, wobei das Wasser in tangentialer Richtung zu den Membranen aufsteigt. Es wird jedoch darauf aufmerksam gemacht, daß es denkbar ist, die Hüllen mit Öffnungen an anderen Stellen zu versehen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Nach einer Variante der Erfindung umfassen die Mittel zur Wiedergewinnung des Permeats mindestens eine Saugpumpe. Eine solche Pumpe kann dazu verwendet werden, den Bereich zur Wiedergewinnung des Permeats gegenüber der Behandlungskammer in Unterdruck zu versetzen, wodurch das Wasser durch die Filterungsmembranen gezwungen wird. Die Anlage kann aber auch mit Mitteln versehen werden, um die Behandlungskammer unter Druck zu setzen, wodurch das Wasser durch die Filter in den Bereich zur Wiedergewinnung des Permeats gezwungen wird, wobei dieser Bereich dann bei normalem Luftdruck gehalten wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der Ablauf des Permeats auch über die Schwerkraft erfolgen kann, insbesondere mit Hilfe eines Siphons.
Bevorzugterweise verfügt die Wand, welche die Behandlungskammer von der Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats trennt, über Mittel, um eine Waschflüssigkeit in die Membranen einzuspritzen. Solche Mittel können beispielsweise aus Leitungen bestehen, welche durch die Wand verlaufen und in den Permeatbereich der Membranen münden. Solche Leitungen werden zum Leiten der Waschflüssigkeit in die Behandlungskammer verwendet, um die Membranen von auf ihnen haftenden Teilchen zu befreien, wobei es sich bei der Waschflüssigkeit um Wasser, insbesondere um das Permeat oder um ein anderes Fluidum wie beispielsweise Luft handeln kann.
Ebenfalls in bevorzugter Weise umfaßt die Anlage eine Pumpe zum nachträglichen Waschen, mit der die Membranen mit Hilfe des Permeats in umgekehrter Strömungsrichtung gewaschen werden können.
Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, umfaßt die Anlage ebenfalls einen Luftkompressor, mit dem Druckluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats eingeleitet werden kann, was folgenden Zwecken dienen kann:
- Prüfen der Unversehrtheit der Membranen;
- Zurückspülen des Permeats in die Membranen bei der nachträglichen Wäsche;
- Erhöhung des Luftdurchsatzes im Ozon-Einspritzkreislauf oder in einem getrennten Kreislauf, um die Effektivität der Wäschen und des Aufschwimmens zu erhöhen;
- Treiben der aufschwimmenden Teile an die Oberfläche des Reaktors.
Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß für die zwei letzten Funktionen, das Ozon in die Behandlungskammer eingespritzt wird.
Um die Unversehrtheit der Membranen zu prüfen, wird Preßluft in das Innere der Membranen geleitet. Ein starker Druckverlust oder das Erscheinen von Blasen an der Oberfläche der Behandlungskammer bedeutet, daß ein Bruch in der Membranstruktur vorhanden ist. Somit kann der Zustand der Membranen periodisch in einfacher Weise überprüft werden.
Bei einer nachträglichen Wäsche kann die Preßluft auch als Hilfsmittel zum Zurückdrängen des Permeats durch die Membranen verwendet werden.
In ebenfalls vorteilhafter Weise verfügt die Anlage gemäß der Erfindung über Rezirkulierungsmittel für ein Teil des Wassers, das sich in der Behandlungskammer befindet, welche mit Mitteln zur Ozonzufuhr gekoppelt sind. Solche Rezirkulierungsmittel ermöglichen die Ozonzufuhr zu einem Teil des zu behandelnden Wassers, um es als Leitfluidum zu verwenden.
Vorteilhafterweise umfassen diese Rezirkulierungsmittel mindestens eine Rezirkulierungsschleife.
Nach einer Variante der Erfindung verfügt die Anlage über mindestens eine Hydro- Einspritzvorrichtung, die an der Rezirkulierungsschleife angebracht ist, wobei diese Hydro-Einspritzvorrichtung die Verteilung des von den Ozonzufuhrmitteln kommenden Ozons im Wasser ermöglicht, welches durch die Rezirkulierungsschleife fließt. Eine solche Hydro-Einspritzvorrichtung ermöglicht das Einspritzen von Ozon in zweiphasiger Form in die Filterungsbereiche.
Nach einer anderen Variante, kann die Anlage über mindestens eine Sättigungsvorrichtung an der Rezirkulierungsschleife verfügen, wobei die Sättigungsvorrichtung es ermöglicht, das von den Ozonzufuhrmitten eingegebene Ozon unter hohem Druck in dem Wasser zu lösen, welches durch die Rezirkulierungsschleife fließt. Diese Sättigungsvorrichtung ermöglicht das Einspritzen von Ozon in wäßriger, einphasiger Form in die Filterungsbereiche.
Nach einer weiteren Variante verfügt die Anlage über Einheiten, mit denen die Behandlung des Wassers verfeinert werden kann, wobei diese Einheiten am Ausgang des Reaktors angebracht sind und insbesondere das Eliminieren der gelösten, biologisch abbaubaren Kohlenstoffbelastung, die durch das Ozonieren des zu behandelnden Wassers entsteht sowie der Unterprodukte dieser Ozonierung, wie beispielsweise die Bromate, ermöglichen.
Solche Einheiten werden vorteilhafterweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus den Sicherheitsschranken gebildet werden, welche eine oder mehrere Nanofilterungs- und/oder umgekehrte Osmosemembranen umfassen.
Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, enthält die Anlage sie über keine Hülle, welche die Filterungszonen begrenzt, wobei diese dann nur durch die Kraft des Leitfluidums des zu behandelnden Wassers begrenzt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Filterungsgruppe zur Wasserbehandlung, insbesondere mit dem Ziel der Gewinnung von Trinkwasser, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes umfaßt:
- eine Behandlungskammer, welche Mittel zum Einleiten des zu behandelnden Wassers in das Innere dieser Kammer umfaßt, ferner Mittel zum Abführen der aufschwimmenden Verunreinigungen sowie Mittel zum Abführen dekantierter Verunreinigungen;
- eine Filterungsmembrane, die von einer Hülle umgeben ist, welche einen Filterungsbereich abgrenzt, wobei die Membrane im Inneren der Behandlungskammer angebracht ist;
- eine Wand an der die Membrane befestigt ist, welche einen doppelten Boden der Behandlungskammer herstellt und einen Bereich zur Wiedergewinnung des Permeats abgrenzt;
- Mittel zum Einspritzen von Ozon, mit denen eine Wasserströmung im Inneren der Hülle erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Behandeln von Wasser, insbesondere mit dem Ziel der Gewinnung von Trinkwasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
Filtern des Wassers durch eine Mehrzahl von Membranen, die im zu behandelnden Wasser eingetaucht sind:
- Anbringen eines Filterungsbereiches um jede Membran;
- Mitziehen einer Wasserströmung in den Filterungsbereich in eine bevorzugten Richtung durch Mittel zum Mitziehen und zur Zirkulation, die auch über Mittel zum Einspritzen von Ozon verfügen;
- Wiedergewinnung des Permeats am Ausgang dieser Membranen.
Das Ozon kann alleine oder mit einem anderen oxydierenden Bestandteil, insbesondere Wasserstoffsuperoxid, benutzt werden.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung, umfaßt das Verfahren einen Schritt, der in der Eliminierung von mindestens einem Teil der im zu behandelnden Wasser gelösten Verunreinigungen besteht, durch Zugabe von mindestens einem adsorbierenden oder oxydierenden gerinnungsfördernden Reaktivs in die Behandlungskammer. Ein solches Reaktiv kann insbesondere pulverförmige Aktivkohle sein.
Zuletzt betrifft die Erfindung verschiedene Anwendungen der oben beschriebenen Anlage. So betrifft die Erfindung eine Anwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie darin besteht, das zu behandelnde Wasser an der Oberfläche der Behandlungskammer einzuleiten, wobei die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats unter verringertem Druck steht. Diese Anwendung ermöglicht einen geringeren Energieverbrauch.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie in der internen Rezyklierung des zu behandelnden Wassers im Inneren der Behandlungskammer besteht, um die Zeit, während der das Wasser mit dem Ozon in Kontakt ist, zu verlängern. Diese Anwendung kann insbesondere erforderlich sein, um die Eliminierungsrate von Mikroverunreinigungen zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die Anwendung nachträglicher Waschvorgänge der Membranen umfaßt, durch Gegenstromeinspritzung von Permeat in die Behandlungskammer der Anlage, wobei die Periodizität der nachträglichen Waschvorgänge als Funktion der Schwebstoff belastung des Wassers, das in der Anlage ankommt, sowie der Leistungsfähigkeit des Aufschwimmens variiert.
Die Erfindung betrifft auch die Anwendung, bei der nachträgliche Waschvorgänge der Membranen durch Gegenstromeinspritzung eines einphasigen wäßrigen Wasser- Ozon-Gemisches stattfinden.
Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung, bei der nachträgliche Waschvorgänge stattfinden, durch Einleiten von Preßluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats, um das Wasser in die Membranen zu leiten.
Zuletzt betrifft die Erfindung eine Anwendung, die im Einleiten von Preßluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats besteht, um die Unversehrtheit der Membranen zu prüfen.
Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß bei der bevorzugten Ausführung, bei der das Fluidum zum Mitreißen Ozon ist, die Erfindung in einer gewissen Weise eine Verbesserung der im französischen Patent FR A - 2 655 642 (EP - A - 0433200) beanspruchten Technik darstellt, die eine Filterungsschleife mit Rezirkulierungspumpe und mindestens eine tangentiale Filterungsmembrane umfaßt, die von einem Teil der zu behandelnden Flüssigkeit durchlaufen wird und die ferner über Mittel zum Zuführen von Ozon in das zu behandelnde Wasser in der Schleife vor der Membran verfügt, um Ozon-Mirobläschen einer derartigen Größe zu bilden, daß sie Turbulenzen in der Flüssigkeit auf der gleichen Seite der Membrane verursachen. Diese Turbulenzen, gekoppelt mit dem Oxidierungsvorgang, begrenzen die Verschlammung der Membran und bewirken eine Verbesserung des Durchsatzes und der physikalisch-chemischen Qualitäten des Permeats. Bei der bevorzugten · Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine derartige Rezirkulierungsschreife durch die Erzeugung einer Wasserströmung gebildet, die sich unter dem Einfluß des Ozons in eine die Filterung begünstigende bevorzugte Richtung bewegt, wobei die Strömung durch die unteren Öffnungen der Hüllen einfließt, welche die Filterungsbereiche begrenzen und durch die oberen Öffnungen austreten.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anwendung der beschriebenen Anlage, die einen Schritt umfaßt, der im Regenerieren der Membranen durch Waschen mit Ozon besteht. Bei einer derartigen Anwendung wird die Wasserzufuhr angehalten. Die Durchlässigkeit der Membranen kann durch Einspritzen von Ozon und von rezirkuliertem Wasser wiederhergestellt werden.
Zuletzt betrifft die Erfindung ebenfalls eine Anwendung der Anlage, die im Regenerieren der Waschmembranen durch Waschen mit einer Waschlösung besteht, die mindestens eine Chemikalie enthält, wobei die Behandlungskammer die Rolle eines Behälters zum Mischen und zum Rezyklieren der Waschlösung spielt. Die verwendeten Chemikalien können demnach insbesondere aus Natriumkarbonat, aus einer Säure oder aus einem Detergens bestehen.
Die Erfindung sowie ihre verschiedenen Vorteile werden besser anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungen der Erfindung verstanden, in Beziehung zu den Figuren, wobei:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage gemäß der Erfindung ist, die mit einphasigem, gasförmigen Ozon funktioniert;
- Fig. 2 eine schematische Draufsicht des in der in Fig. 1 dargestellten Anlage verwendeten Reaktors zeigt;
- Fig. 3 eine Seitenansicht dieses Reaktors nach einem Schnitt gemäß der Achse xx der Fig. 2 darstellt;
- Fig. 4 eine andere Seitenansicht dieses Reaktors nach einem Schnitt gemäß der Achse yy der Fig. 2 darstellt;
- Fig. 5 ein Filterungsmodul zeigt, das im Rahmen der Ausführung der in Fig. 1 dargestellten Anlage verwendet wird;
- die Fig. 6, 6a und 6b das in Fig. 5 gezeigte Filterungsmodul und eine seiner Varianten genauer zeigen;
- Fig. 7 eine schematische Ansicht einer anderen Anlage gemäß der Erfindung darstellt, die mit Ozon in dreiphasiger Form funktioniert;
Fig. 8 eine schematische Ansicht noch einer anderen Anlage gemäß der Erfindung darstellt, die mit Ozon in wäßriger, einphasiger Form funktioniert;
- die Fig. 9, 9a, 9b und 9c eine zweite Art von Modul, in dem eine andere Filterungsart angewandt wird sowie seine Varianten zeigen;
Fig. 10 eine dritte Art von Modul, bei dem wieder eine andere Filterungsart zum Einsatz kommt, sowie eine Variante, zeigt;
- Fig. 11 eine bei der Durchführung des Versuches verwendete Anlage gemäß der Erfindung zeigt;
- Fig. 12 die zeitliche Änderung der Durchlässigkeit der Membranen der in Fig. 11 dargestellten Anlage beim Filtern von Seine-Wasser darstellt.
Mit Bezug auf Fig. 1 sieht man, daß eine Anlage zur Trinkwasserbereitung einen Reaktor 1 umfaßt, der über eine Wand 9 verfügt, welche einen doppelten Boden innerhalb des Reaktors 1 begrenzt und diesen in eine obere Kammer zur Wasserbehandlung 2 und in eine untere Kammer 10 teilt. Diese Wand 9 trägt eine Vielfalt von Filterungsmodulen 3, die jeweils aus mehreren hohlen Fasern bestehen, welche in einer Hülle 5 eingesetzt sind. Jedes dieser Module ist 125 cm hoch und hat einen Durchmesser von 12 cm für 10 m² Filterfläche. Diese Module enthalten jeweils 1600 hohle Fasern mit einem Innendurchmesser von 1,1 mm und einem Gesamtdurchmesser von 2 mm.
Der Permeatbereich dieser vom Innenraum der hohlen Fasern gebildeten Membranen ist mit der unteren Kammer 10 in Verbindung, die eine Kammer zur Rückgewinnung des Permeats bildet.
Die Filterungsmodule, deren Konzept mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 detaillierter beschrieben wird, sind auf der Höhe ihrer oberen Enden mit Mitteln zum Einspritzen von Ozon 6 verbunden. Diese Mittel zum Einspritzen von Ozon 6 sind ihrerseits mit Mitteln zur Ozonzufuhr 22 verbunden.
Der Reaktor 1 verfügt im oberen Teil über Mittel 4 zum Einleiten des zu behandelnden Rohwassers in den oberen Teil des Reaktors sowie über Mittel zum Ablassen der von den Filtern zurückgehaltenen Masse, aus der Dekantierung 28 oder aus dem Aufschwimmen 25.
Andererseits kann eine über dem Reaktor 1 angebrachte Abzugshaube 12 das aus diesem Reaktor stammende und zurückgebliebene Ozon auffangen und vernichten.
Die Wand 9, welche die Filterungsmodule trägt, begrenzt somit einen Rohwasserbereich 2 in der Behandlungskammer und einen Permeatbereich in der Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats 10. Dieser Permeatbereich ist mit den Filterungsmodulen auf der Höhe des unteren Teils der Membranen 3 verbunden.
Der Bereich zur Wiedergewinnung des Permeats 10 ist selbst mit Mitteln zum Auffangen des Permeats 7 verbunden, die eine Saugpumpe 17, mit der ein gegenüber der Behandlungskammer 2 erniedrigter Druck in der Kammer 10 erzeugt werden kann sowie einen Lagerbehälter für das Permeat 26 umfassen, das mit einem Ablauf 27 versehen ist. Dieser Behälter 26 ist andererseits mit einer Pumpe zum nachträglichen Waschen 18 verbunden, die das Wiedereinspritzen des in der Behandlungskammer 2 gelagerten Permeats ermöglicht. Zuletzt ist die Kammer 10 ebenfalls mit einem Kompressor 19 verbunden.
Beim Betrieb der Anlage gemäß der Erfindung wird das Rohwasser in die Behandlungskammer 2 des Reaktors 1 durch die Leitung 4 geleitet, so daß die aus Membranen 3 in ihren jeweiligen Hüllen 5 gebildeten Filterungsmodule 31 unter Wasser liegen. Die Hüllen 5 begrenzen um jede Membrane Filterungsbereiche innerhalb derer das Rohwasser durch das Einspritzen von Ozon über die Einspritzmittel 6 geleitet wird.
Wie mit mehr Detail in bezug auf die Fig. 5 und 6 weiter unten erläutert wird, ermöglichen diese Ozoneinspritzmittel das Zuleiten von Ozonbläschen auf die Ebene des Fußes der Membranen 3, wodurch eine Strömung in eine bevorzugte aufsteigende Filterungsrichtung im Inneren der Hülfen 5 erzeugt wird.
Durch die Erzeugung einer derartigen Strömung wird das im Inneren der Behandlungskammer 2 vorhandene Rohwasser in 2 Abschnitte geteilt: einen ersten Abschnitt (a), in dem das Aufschwimmen der im Rohwasser enthaltenen Teilchen höherer Dichte als die des Wassers und die von den Membranen zurückgehalten werden stattfindet, und einen zweiten Abschnitt (b) im unteren Teil der Kammer 2, in dem das Dekantieren der Teilchen höherer Dichte als die des Rohwassers stattfindet, die von den Filterungsmembranen zurückgehalten werden.
Um die Filterung des Rohwassers in den Membranen 3 zu ermöglichen, wird die Kammer zur Permeatrückgewinnung 10 unter negativen Druck mit Hilfe der Saugpumpe 17 gesetzt. Praktisch variiert dieser Druck zwischen -0,2 und -0,8 bar. Es wird darauf hingewiesen, daß als Saugpumpe 17 insbesondere eine Kreiselpumpe eingesetzt werden kann, um einen im wesentlichen konstanten Druck zu erhalten, oder eine Pumpe mit positiver Verdrängung, um einen konstanten Permeatdurchsatz zu erzielen.
Es wird ferner darauf hingewiesen, daß das über die Leitung 4 eingeleitete Speisewasser als Vorbehandlung lediglich über ein Gitter geleitet und vom Sand befreit werden muß. In der Tat ermöglichen die integrierten Aufschwimm- und Dekantationsfunktionen das Entfernen von schwebenden Teilchen, die den Betrieb der Membranen beeinträchtigen könnten. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den klassischen Hohlfasermodufen, bei denen das Speiserwasser auf einen Abschnittschwellenwert von 50 bis 200 um vorgefiltert werden muß.
Die beschriebene Anlage ermöglicht somit das Integrieren der Membranfilterung, des Aufschwimmens, der Dekantation und der Oxidierung des Wassers im selben Reaktor. Das Ozon, das in diesem Falle in einphasiger Gasform eingespritzt wird, ermöglicht in der Tat das effektive Oxidieren der im zu behandelnden Wasser enthaltenen organischen Materie, wobei das Wasser sterilisiert und seine organoleptischen Eigenschaften verbessert werden.
Die Pumpe zum nachträglichen Waschen 18 kann periodisch in Betrieb genommen werden, um die Membranen in Gegenstromrichtung zu waschen, mit Hilfe des im Gefäß 26 gelagerten Permeats. Diese nachträglichen Waschschritte können von einem starken Luftdurchsatz begleitet werden, der vom Ozoneinspritzkreislauf eingeleitet wird, um die Membranen zu schütteln und somit die suspendierten Teilchen abzuschütteln und zu entfernen. Zu diesem Zweck kann der Kompressor 19 Luft in den Ozoneinspritzkreislauf einleiten.
Eine weitere anwendbare Methode zum Durchführen der nachträglichen Wäsche besteht in der Nutzung der vom Kompressor 19 gelieferten Preßluft. Um diese Methode der Gegenstromwäsche anzuwenden reicht es, die an der Basis der Module befindlichen Ansatzstücke, mit denen die Module an die Wand 9 befestigt sind, zu verlängern. Diese Ansatzstücke definieren dann ein Volumen im oberen Teil der Kammer zur Rückgewinnung des Permeats 10, in dem sich die Luft ansammelt und das Permeat in Gegenströmung durch die Hohlfasern treibt. Die nachträgliche Wäsche beginnt demnach mit der Verwendung des in der Kammer 10 vorhandenen Permeats, wobei das Permeatvolumen von der Kapazität der Kammer abhängt, und endet mit dem Eintreten der Luft in die Ansatzstücke. Dies Methode der nachträglichen Wäsche ermöglicht den Wegfall des äußeren Permeatgefäßes 26 sowie der Pumpe zum nachträglichen Waschen 18. Ferner ermöglicht dieser Lufteintritt am Ende der nachträglichen Wäsche das Prüfen der Unversehrtheit der Membranen, was von großem Interesse ist.
Diese Methoden der nachträglichen Wäsche weisen eine starke Flexibilität im Verhältnis zu den klassischen Membransystemen auf, bei denen das Ablaßvolumen dem Volumen der Rezyklierungsschleifen entspricht. Dank der Anlage der Erfindung, können die nachträglichen Wäschen ohne gleichzeitigen Ablaß erfolgen, wobei die festen Stoffe an der Oberfläche des Reaktors konzentriert und akkumuliert werden.
Die Unversehrtheit der Membranen läßt sich leicht prüfen, indem die Filterung und die Ozoneinspritzung angehalten werden und Luft mit Hilfe des Kompressors 19 in die Kammer zur Permeatrückgewinnung 10 unter einem geringeren statischen Druck als der Punkt der Blasenbildung der Membranen eingeleitet wird. Bei diesem Vorgang wird das Wasser aus den Hohlfasern von der Luft verdrängt und durch diese ersetzt. Ein Leck oder eine defekte Faser wird sofort durch Beobachtung der Blasenbildung an der Oberfläche oder am Boden des Reaktors festgestellt.
Der Reaktor 1 verfügt darüber hinaus über einen Ablaß 28. Dieser Bodenablaß kann dazu dienen, den Reaktor periodisch vollkommen zu entleeren und gegebenenfalls den Boden mit einem Wasserstrahl zu reinigen. Für den Oberflächenablaß ist ein Abstreifsystem oder sind (nicht dargestellte) Preßluftströme zum Befördern der aufschwimmenden Stoffe zum Ablaß 25 möglich.
Mit Bezug auf Fig. 2, die den Reaktor 1 der in Fig. 1 dargestellten Anlage zeigt, werden die Filterungsmodule über ein Netz 15 mit Ozon gespeist, welches mit Mitteln zum Erzeugen und zum Lagern von Ozon verbunden ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Filterungsmodule, welche die Membranen enthalten, relativ nahe beieinander liegen, wodurch die Verbindungen zwischen den Filterungsmodulen und dem Ozonzufuhrnetz 15 relativ kurz sind. Ihre Verwirklichung ist in jedem Falle viel einfacher als die bisher in den Trinkwasser-Aufbereitungsanlagen nach dem Stand der Technik erforderlichen Verbindungen.
Mit Bezug auf Fig. 3, die einen Querschnitt des Reaktors 1 längs der in Fig. 2 dargestellten yy-Achse zeigt, werden die Filterungsmodule 31, welche die Membranen 3 umfassen, vom zu behandelnden Wasser bis zur Höhe 30 geflutet, die vorgesehen ist, um den Ablauf der aufschwimmenden Stoffe über die Ablaufrinne 25 zu ermöglichen.
Mit Bezug auf Fig. 4, die einen Schnitt des Reaktors 1 längs der in Fig. 2 dargestellten xx-Achse zeigt, ist eine zweite Ablaufrinne 25a für die Speisung an einer anderen Seite des Reaktors 1 vorgesehen.
Eines der im Rahmen der Ausführung der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage angewandten Filterungsmodule 31 ist detaillierter in Fig. 5 dargestellt. Dieses Filterungsmodul 31 besteht aus einer Hülle 5a, in der (nicht dargestellte) Hohlfasermembranen 3 eingesetzt sind. Diese Hülle 5a weist am unteren und am oberen Teil durchbrochene Bereiche 8, 8a auf. Mittel zum Einspritzen von Ozon 6 in die Membrane 3, die eine Speiseleitung 14 umfassen, welche entlang der Achse des Filterungsmoduls 31 verläuft, ermöglichen das Leiten von Ozonbläschen an den Fuß der Membrane, um das Wasser, das durch den durchbrochenen Bereich 8 der Hülle 5a in eine steigende Bewegung zum oberen durchbrochenen Bereich 8a der Hülle zu versetzen. Dieses Mitreißen des Wassers durch die Ozonbläschen ermöglicht die Filterung des Wassers in den Hohlfasermembranen, die zwischen der Ozonspeiseleitung 14 und der äußeren Hülle 5a angebracht sind. Das aus dem gefilterten Wasser bestehende Permeat wird am Fuße 32 des Moduls gesammelt. Der vom zu behandelnden Wasser in der Nähe des Moduls im Reaktor 1 durchlaufene Weg wird durch volle Pfeile symbolisiert, während der Weg der Ozonbläschen durch gestrichelte Pfeile dargestellt ist.
Die Fig. 6 und 6b zeigen genauer das in Fig. 5 dargestellte Filterungsmodul und Fig. 6a zeigt eine Ausführungsvariante bei der die Hülle 5a, welche die Membrane 3 umgibt, am unteren Teil einen durchbrochenen Bereich 8 und am oberen Teil eine Öffnung 8b anstelle des oberen durchbrochenen Bereiches aufweist. Die Ozonbläschen 11 werden in derselben Weise durch die Einspritzmittel 6 eingeführt, die eine Speiseleitung 14 umfassen, welche das Ozon an den Fuß des Filterungsmoduls 31 leitet. Dieses Filterungsmodul 31 ist so an die Wand 9 des Reaktors befestigt, daß das Permeat zur Kammer zum Sammeln des Filtrats 10 geleitet wird.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung einer Anlage gemäß der Erfindung, bei der das Ozon nicht auf Membranen in einphasiger Gasform eingespritzt wird, sondern in Zweiphasiger Form. Die Anlage umfaßt Mittel zum Rezirkulieren 20 eines Teiles des in der Behandlungskammer 2 enthaltenen Wassers, welche eine Leitung 21 umfassen, die in der Nähe des Bodens der Kammer angeschlossen und mit den Mitteln zur Verteilung des Ozons 6 verbunden sind. An dieser Leitung 21 sind eine Rezirkulierungspumpe 21a und eine Hydro-Einspritzvorrichtung vorgesehen, die mit Mitteln zur Produktion oder zum Lagern von Ozon 22 verbunden sind. Diese Hydro- Einspritzvorrichtung 23 ermöglicht mit dem in der Leitung 21 laufenden Wasser, die Erzeugung eines zweiphasigen Wasser + Ozon-Gemischs, das in die Membranen 3 eingespritzt wird, um dem Wasser, das durch die Filterungsmodule fließt; als Leitfluidum zu dienen. Die Verwendung eines solchen zweiphasigen Gemischserlaubt eine bessere Kontrolle des tangentialen Wasserablaufs in die Filterungsmodule 31.
Die in Fig. 8 dargestellte Anlage umfaßt Mittel zum Erzeugen eines einphasigen Wasser/Ozon-Gemischs, um es als Leitfluidum für das zu behandelnde Wasser innerhalb der Filterungsmodule anzuwenden. Diese Mittel umfassen Mittel zum Rezirkulieren 20, die eine Schleife 21 enthalten, welche das Innere der Kammer 2 mit dem Mittel zur Ozonverteilung 6 verbinden. Vor einer an der Schleife 21 eingebauten Pumpe 21a ermöglicht eine Sättigungsvorrichtung für Ozon 24, die mit Mitteln zum Erzeugen oder zum Lagern 22 des Ozons das Lösen unter Hochdruck (5 bis 6 bar) des Ozons im Wasser des Reaktors, welches durch die Leitung 21 fließt. Die Leitung zum Verteilen der Filterungsmodule ermöglicht die Entspannung des ozonbeladenen Wassers an der gleichen Seite der Membrane. Solche Mittel ermöglichen einen guten tangentialen Ablauf des zu filternden Wassers und darüber hinaus:
- das Maximieren der Ozonkonzentration bei Berührung der Membran (oder umgekehrt, das Minimieren des Ozonverbrauchs für einen im Permeat erforderlichen Ozonrest);
- das Erhöhen der Effektivität beim Aufschwimmen.
Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß das gebildete einphasige Wasser + Ozon-Gemisch auch für das nachträgliche Waschen anwendbar ist.
Die Fig. 9 (Schnittansicht), 9a (Vorderansicht) und 9b (Draufsicht) stellen eine andere Methode zur Ozonverteilung auf der Höhe der Filterungsebenen 31 dar, bei der das Verteilungsnetz 15 nicht oberhalb der Filterungsmodule angebracht ist, sondern im unteren Teil der Behandlungskammer, wobei es aus Leitungen gebildet wird, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Module angebracht sind und das Ozon in Form von Bläschen 11 in der Nähe dieser Module verteilen. Das Permeat wird, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, am Fuße des Moduls gesammelt und zum Bereich für das Sammeln des Permeats 10 abgeleitet. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Schnitt- und Vorderansichten nur ein Filterungsmodul zeigen, während die Draufsicht sechs solcher Module zeigt.
Bei der in Fig. 9c dargestellten Variante ersetzt der durchbrochene Bereich 8a der Filterungsmodule die Öffnungen 8b.
Fig. 10 zeigt eine andere Ausführung der Filterungsmodule 31, wobei die Ozonverteilung über klassische poröse Trichter 16 am Fuße des Moduls erfolgt und wobei das Permeat auf der Höhe des oberen Endes des Moduls gesammelt wird. In diesem Falle muß die Kammer zum Sammeln des Permeats 10 selbstverständlich oberhalb der Behandlungskammer 2 und nicht darunter liegen.
Dieses Konzept bietet den Vorteil, daß es die Anwendung klassischer poröser Trichter bei der Verwirklichung des Ozonverteilungskreislaufs einschließt, wodurch ein solcher Kreislauf an der Oberfläche der Module entfällt, was die Ausführung in bedeutender Weise vereinfacht.
Nach Fig. 11 wurde eine Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung, welche ein Filterungsmodul 31 wie in Fig. 10 dargestellt, getestet.
Dieses Modul ist mit einer organischen PVDF-Hohlfasermembran versehen, deren Poren einen Durchmesser von 0,25 um aufweisen, wobei die Filterung an den Fasern von außen nach innen erfolgt. Das getestete Modul hat die folgenden Eigenschaften:
Zahl der Fasern je Modul: 800
Innendurchmesser der Fasern: 1,1 mm
Außendurchmesser der Fasern: 2,0 mm
Äußere Filterfläche: 5 m²
Ausgangsdurchlässigkeit mit Wasser aus dem Netz: 1050 l/h·m2·b
Das in Frage kommende Modul wurde in einen Reaktor eingetaucht, der über eine am oberen Teil angebrachte Leitung 4 mit dem zu behandelnden Wasser gespeist wird und über ein Elektrodensystem 41 verfügt, mit dem der Wasserpegel im Reaktor 1 eingestellt wird.
Bei dem beim Versuch verwendeten Rohwasser handelte es sich um Seinewasser. Ein am Boden des Reaktor 1 festgeschraubter poröser Trichter 16 ermöglicht das Einspritzen ozonhaltiger Luft genau unterhalb des senkrecht darüber auf einen Dreifuß befindlichen Moduls. Der Abstand zwischen dem porösen Trichter und dem Modul liegt in einer Größenordnung von 70 cm. Die ozonhaltige Luft wird am unteren Teil des Reaktors mit der Behandlungsrate von 5 bis 8 mg O&sub3;/l behandelten Wassers mit einem Durchsatz von 800 bis 900 Nl/h eingespritzt. Das Flüssigkeit- Gas-Gemisch wird am oberen Teil des Moduls 37 über an seinem Umfang gebohrte Löcher mit einem Durchmesser von je 5 mm abgeleitet.
Beim oberen Ausgang des Moduls wird das Permeat mit Hilfe einer Pumpe 17 bei einem Durchsatz von 1 m³/h abgesaugt und in einem (nicht dargestellten) Gefäß gesammelt. Alle 10 Minuten wird das Permeat (mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe) gegen den Strom durch die Membrane von innen nach außen wieder Eingespritzt, um Teilchen, die sich eventuell im Verlaufe der Filterung auf der Membrane angesetzt haben könnten, zu lösen.
Gleichzeitig erfolgt eine Ableitung auf der oberen Ebene des Moduls, um das Entschlammungswasser mit Hilfe einer Leitung 40 zu entfernen.
Das am oberen Teil der Säule entweichende gasförmige Restozon wird mit Hilfe einer thermischen Vernichtungsvorrichtung gesammelt und vernichtet.
Wie in Fig. 12 gezeigt, ermöglichte der unter diesen Bedingungen durchgeführte Versuch das Aufrechterhalten einer mittleren Durchlässigkeit Lp der Membranen von 400 l/h·m² · b über ca. 115 Stunden, wobei der Druck über die Membran 0,2 bis 0,7 bar betrug.
Der Ozonrest im Permeat wurde zwischen 0,3 und 0,4 mg/l gehalten.
Nach Filterung des Wassers aus der Seine wurde die Membran mit Ozon regeneriert. Dazu wurde die Säule mit Wasser aus dem Netz gespeist und gespült. Bei identischen Betriebsbedingungen wie die vorangegangenen wurde das Netzwasser in Gegenwart ozonhaltiger Luft gefiltert, bei einer Behandlungsrate in der Größenordnung von 3,8 mg 03 h und einem Durchsatz von 270 Nl/h. Über einen Zeitraum von etwa 20 Stunden konnte die Durchlässigkeit effektiv von 600 l/h. m² · b auf etwa 1000 l/h m2b wieder erhöht werden.
Die hier beschriebenen verschiedenen Ausführungen der Anlage gemäß der Erfindung sollen nicht den Umfang der Erfindung einschränken. Es wird insbesondere darauf hingewiesen, daß die Anlage gemäß der Erfindung mehr als einen Reaktor umfassen kann. Diese Anlage kann ebenfalls Einheiten umfassen, die eine Verfeinerung der Filterung des aus dem Reaktor kommenden Permeats ermöglichen, beispielsweise Filterungseinheiten über körnige Aktivkohle oder Filterungseinheiten mit einer oder mehreren Nanofilterungs- und/oder umgekehrten Osmosemembranen.

Claims

1. Anlage zum Behandeln von Wasser, insbesondere mit dem Ziel der Gewinnung von Trinkwasser, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:

- einen Reaktor (1), der mindestens eine Behandlungskammer (2) abgrenzt, welcher über Mittel (4) zum Einleiten des zu behandelnden Wassers in die Kammer (2), über Mittel zum Ablassen von aufschwimmenden Verunreinigungen (25) sowie über Mittel zum Ablassen von dekantierten Verunreinigungen (28) verfügt;

eine Anzahl von Filtermembranen (3), die im Inneren der Kammer (2) angebracht und die zum Eintauchen in das zu behandelnde Wasser vorgesehen sind;

- Mittel (5) zum Abgrenzen eines Filterungsbereiches in der Umgebung einerjeden Membrane (3);

Mittel zum Mitreißen und zum Zirkulieren, mit denen ein Strom von zu behandelndem Wasser in den Filterbereich in eine bevorzugte Richtung geleitet wird, wobei die Mittel zum Mitreißen und zum Zirkulieren über Mittel zum Einspritzen von Ozon (6) verfügen;

- Mittel zur Wiedergewinnung des Permeats (7) am Ausgang der Filtermembranen (3).

2. Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der bevorzugten Richtung um einen Ablauf des Wasserstromes in tangentialer Richtung zu den Membranen handelt.

3. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abgrenzen eines Filterungsbereiches aus Hüllen (5a) bestehen, welche jede Membrane (3) umgeben, wobei die Hüllen (5a) Öffnungen (8) aufweisen, durch die das zu behandelnde Wasser in der bevorzugten Behandlungsrichtung fließen kann.

4. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (3) und die Abgrenzungsmittel (5) eines Filterungsbereiches in der Umgebung einer jeden Membrane (3) in vertikaler Position im Inneren der Behandlungskammer (2) angebracht sind.

5. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) über eine Wand (9) verfügt, die mit den Membranen (3) ein Teil bildet und wobei die Wand (9) eine doppelte Kammer bildet, bestehend aus einer ersten Kammer, die von der ersten Behandlungskammer (2) gebildet wird und aus einer zweiten Kammer (10), die einen Bereich für die Wiedergewinnung des Permeats bildet.

6. Anlage gemäß der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9) einen doppelten Boden für den Reaktor (1) bildet.

7. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einspritzen von Ozon (6) der Gruppe angehören, die von den Mitteln zum Erzeugen von Ozonbläschen (11) und der Mittel zum Lösen des Ozons im Wasser gebildet wird.

8. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Mittel zur Rückgewinnung (12) des übriggebliebenen Ozons verfügt.

9. Anlage gemäß der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (3) jeweils aus einer Gruppe bestehen, die jeweils von einer Menge hohler Fasern (13) gebildet und im inneren/äußeren Filtermodus verwendet werden.

10. Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Fasern (13) an einem Ende verschlossen sind, wobei das andere Ende mit den anderen Mitteln zur Wiedergewinnung des Permeats (7) in Verbindung steht.

11. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einspritzen von Ozon (6) mindestens eine Zufuhrleitung (14) umfassen, welche die Membranen (3) entlang ihrer Längsachsen durchquert, und zwar parallel zu den hohlen Fasern (13), wobei die Leitungen (14) die Zufuhr des Ozons aus einem oberhalb der Membranen (3) angebrachten Zufuhrsystem (15) an den Fuß der Membranen (3) ermöglichen.

12. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einspritzen von Ozon (6) über poröse Trichter (16) verfügen.

13. Anlage gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Trichter (16) am Fuße der Membranen (3) angebracht ist.

14. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen (5a) Öffnungen am unteren Teil (8) aufweisen, durch die das Wasser eintritt sowie Öffnungen am oberen Teil (8a), durch die das Wasser und die mitreißende Flüssigkeit ablaufen, wobei das Wasser in tangentialer Richtung zu den Membranen (3) aufsteigt.

15. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Wiedergewinnung des Permeats (7) mindestens eine Saugpumpe (17) umfassen.

16. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (9), welche die Behandlungskammer von der Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats trennt, über Mittel verfügt, um eine Waschflüssigkeit in die Membranen (3) einzuspritzen.

17. Anlage gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Pumpe zum nachträglichen Waschen (18) umfaßt, mit der die Membranen (3) mit Hilfe des Permeats in umgekehrter Strömungsrichtung gewaschen werden können.

18. Anlage gemäß der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Luftkompressor (19) umfaßt, mit dem Druckluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats (7) eingeleitet werden kann.

19. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Rezirkulierungsmittel (20) für das Wasser verfügt, das sich in der Behandlungskammer (2) befindet.

20. Anlage gemäß der Ansprüche 8 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulierungsmittel (20) mindestens eine Rezirkulierungsschleife (21) umfassen, bei der Mittel zur Ozonzufuhr (22) vorgesehen sind.

21. Anlage gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Hydro-Einspritzvorrichtung (23) umfaßt, die an der Rezirkulierungsschleife (21) angebracht ist, wobei diese Hydro- Einspritzvorrichtung (23) die Verteilung des von den Ozonzufuhrmitteln (22) kommenden Ozons im Wasser ermöglicht, welches durch die Rezirkulierungsschleife (21) fließt.

22. Anlage gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens über eine Sättigungsvorrichtung (24) an der Rezirkulierungsschleife (21) verfügt, wobei die Sättigungsvorrichtung (24) es ermöglicht, das von den Ozonzufuhrmitteln (22) eingegebene Ozon unter hohem Druck in dem Wasser zu lösen, welches durch die Rezirkulierungsschleife (21) fließt.

23. Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie über Einheiten verfügt, mit denen die Behandlung des Wassers verfeinert werden kann, wobei diese Einheiten am Ausgang des Reaktors (1) angebracht sind.

24. Anlage gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einheiten aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus den Sicherheitsschranken gebildet werden, welche eine oder mehrere Nanofilterungs- und/oder umgekehrte Osmosemembranen umfassen.

25. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Hülle enthält, weiche die Filterungszonen begrenzt.

26. Filterungsgruppe zur Wasserbehandlung, insbesondere mit dem Ziel der Gewinnung von Trinkwasser, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes umfaßt:

- eine Behandlungskammer (2), welche Mittel (4) zum Einleiten des zu behandelnden Wassers in das Innere dieser Kammer (2) umfaßt, ferner Mittel zum Abführen der aufschwimmenden Verunreinigungen (25) sowie Mittel zum Abführen dekantierter Verunreinigungen (28);

- eine Filterungsmembrane (3), die von einer Hülle (5a) umgeben ist, welche einen Filterungsbereich abgrenzt, wobei die Membrane (3) im Inneren der Behandlungskammer (2) angebracht ist;

- eine Wand (9) an der die Membrane (9) befestigt ist, welche einen doppelten Boden der Behandlungskammer (2) herstellt und einen Bereich zur Wiedergewinnung des Permeats (10) abgrenzt;

- Mittel zum Einspritzen von Ozon (6), mit der eine Wasserströmung im Inneren der Hülle (5a) erzeugt wird.

27. Verfahren zum Behandeln von Wasser, insbesondere mit dem Ziel der Gewinnung von Trinkwasser, welches in einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26 angewandt wird, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- Filtern des Wassers durch eine Mehrzahl von Membranen, die im zu behandelnden Wasser eingetaucht sind:

- Anbringen eines Filterungsbereiches um jede Membran;

- Mitziehen einer Wasserströmung in den Filterungsbereich in einer bevorzugten Richtung durch Mittel zum Mitziehen und zur Zirkulation, die auch über Mittel zum Einspritzen von Ozon verfügen;

- Wiedergewinnung des Permeats am Ausgang dieser Membranen.

28. Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt umfaßt, der in der Eliminierung von mindestens einem Teil der im zu behandelnden Wasser gelösten Verunreinigungen besteht, durch Zugabe von mindestens einem adsorbierenden oder oxydierenden gerinnungsfördernden Reaktivs in die Behandlungskammer.

29. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 5 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie darin besteht, das zu behandelnde Wasser an die Oberfläche der Behandlungskammer (2) zu leiten, wobei die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats (10) unter verringertem Druck steht.

30. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der internen Rezyklierung des zu behandelnden Wassers im Inneren der Behandlungskammer (2) besteht, um die Zeit, während der das Wasser mit dem Ozon in Kontakt ist, zu verlängern.

31. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Anwendung nachträglicher Waschvorgänge der Membranen (3) umfaßt, durch Gegenstromeinspritzung von Permeat in die Behandlungskammer der Anlage, wobei die Periodizität der nachträglichen Waschvorgänge als Funktion der Schwebstoffbelastung des Wassers, das in der Anlage ankommt, sowie der Leistungsfähigkeit des Aufschwimmens variiert.

32. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Anwendung nachträglicher Waschvorgänge der Membranen (3) umfaßt, durch Gegenstromeinspritzung eines monophasischen wäßrigen Wasser-Ozon-Gemisches.

33. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Anwendung nachträglicher Waschvorgänge der Membranen (3) umfaßt, durch Einleiten von Preßluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats.

34. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schritt umfaßt, der im Einleiten von Preßluft in die Kammer zur Wiedergewinnung des Permeats besteht, um die Unversehrtheit der Membranen (3) zu prüfen.

35. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schritt umfaßt, der im Regenerieren der Waschmembranen durch Waschen mit Ozon besteht.

36. Anwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch einen Schritt, der im Regenerieren der Waschmembranen durch Waschen mit einer Waschlösung besteht, die mindestens eine Chemikalie enthält, wobei die Behandlungskammer die Rolle eines Behälters zum Mischen und zum Rezyklieren der Waschlösung spielt.