DE69802410T2

DE69802410T2 - Verfahren zum entfärben von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69802410T2
Application number: DE69802410T
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Van Der Meer; Cornelis Van Winkelen
Original assignee: WATERLEIDINGS FRIESLAND LEEUWA
Current assignee: Vitens nv Zwolle Nl
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2018-08-06
Also published as: AU8752498A; NL1006753C2; WO1999007643A1; ATE208354T1; EP0999997A1; EP0999997B1; US6395177B1; DK0999997T3; DE69802410D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser. Sie ist weiterhin auf die Verwendung eines Oxidationsreaktors zur Entfärbung von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser, durch die Anwendung eines solchen Verfahrens sowie auf das entfärbte Grundwasser, das durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten worden ist, gerichtet.
In der Praxis steht eine Anzahl von Verfahren zum Entfärben von Grundwasser, nämlich die Adsorption an Aktivkohle und die Membranfiltration, zur Verfügung. Das Verfahren der Adsorption an Aktivkohle umfasst ein Aktivkohlebett, durch welches das zu entfärbende Wasser mit einer Verweilzeit von etwa 10 bis 30 Minuten geleitet wird, wonach ein Produktstrom erhalten wird, aus welchem die Farbe entfernt worden ist. Dabei besteht ein Nachteil dieses Verfahrens in der Tatsache, dass in der Praxis das Aktivkohlefilterbett bereits innerhalb eines Monats gesättigt ist. Die gesättigte Aktivkohle muss anschließend aus dem Filterbett entfernt und zum Lieferanten zurücktransportiert werden, wo das gesättigte Bett-Material durch Wasserdampf zu Aktivkohle regeneriert wird, die erneut im Filterbett eingesetzt werden kann. Da sich die Durchführung solcher notwendigen Regeneriervorgänge nicht mit einem kontinuierlichen Betrieb verträgt, ist es in der Praxis üblich, eine Anzahl von Filterbetten in Reihe zu schalten, sodass ein kontinuierlicher Betrieb sichergestellt wird. Ein weiterer Nachteil der Entfärbung von Grundwasser durch die Verwendung von Aktivkohle besteht in der Tatsache, dass das Grundwässer im Allgemeinen bestimmte organische Substanzen enthält, die, wenn sie an die Aktivkohle gebunden sind, einen idealen Nährboden für Bakterien und höhere Organismen, beispielsweise Würmer, bilden. Als ein Ergebnis dieses übermäßigen Wachstums nimmt insbesondere die bakteriologische Qualität des Grundwassers, das das Aktivkohlefilterbett verlässt, ab. Außerdem kann das Vorhandensein dieser höheren Organismen im Wasserverteilungsnetz zu Problemen führen.
Ein weiteres Verfahren zur Entfärbung von Grundwasser besteht in der Membranfiltration. Der Vorteil einer solchen Membranfiltration im Nanofiltrationsmaßstab (Porengröße von 0,01 bis 0,001 Mikrometer) ist die Tatsache, dass, außer dass die Farbe entfernt wird, auch Substanzen wie Eisen und Mangan entfernt werden können. Ein Nachteil dieser Membranfiltration ist der höhere Energieverbrauch, nämlich etwa 0,5 kWh pro m³ gereinigtes Wasser. Ein weiterer großer Nachteil besteht in der Tatsache, dass 10 bis 20% des zu entfärbenden Grundwassers das Verfahren in Form eines Abwassers (Konzentratstrom) verlassen. Im Zusammenhang damit, dass in Zukunft möglicherweise weniger Grundwasser zur Verfügung stehen wird, ist es daher wünschenswert, kein Grundwasser überflüssigerweise zu verschwenden.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme der bekannten Verfahren zum Entfärben von Grundwasser zu lösen.
Weiterhin ist es wünschenswert, dass ein Verfahren entwickelt wird, das in der Lage ist, kontinuierlich Grundwasser mit sich verändernder Zusammensetzung, insbesondere mit variierender Farbintensität, zu entfärbten Grundwasser zu verarbeiten, das auch eine gute bakteriologische Qualität besitzt, d.h. das im Wesentlichen frei von Bakterien und Viren ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Entfärben von Flüssigkeiten bereitzustellen, die geringe Investitionen erfordert und eine hohe Produktionsgeschwindigkeit für entfärbte Flüssigkeiten ermöglicht.
Das in der Einleitung beschriebene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen
I) biologische Behandlung der Flüssigkeit in einem Bioreaktor,
II) Leiten des Abflusses aus dem Bioreaktor, der Stufe I) in die Membranfilteranlage, in welcher eine Trennung von Biomasse und entfärbter Flüssigkeit stattfindet, und
III) Zurückleiten der Biomasse von Stufe II) in den Bioreaktor
durchgeführt werden, wobei die Flüssigkeit vor der Durchführung der Stufe I) einer Oxidationsbehandlung in einem Oxidationsreaktor unterworfen wird.
Obwohl der Terminus Grundwasser durchgängig in der folgenden Beschreibung benutzt werden wird, ist festzustellen, dass außer Grundwasser auch Oberflächenwasser, Prozesswasser und Industriewasser durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden kann.
Ein solches Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, worin das zu reinigende Abwasser in einem Reaktor biologisch behandelt und der Abfluss aus dem Reaktor einer nach diesem Reaktor angeschlossenen Membran-Einheit zugeleitet wird, ist per se aus der Deutschen Offenlegungsschrift 19 527 295 bekannt. Gemäß dem darin beschriebenen Verfahren wird ein Verdrängungsmittel in die Membran-Einheit geleitet, wonach als Ergebnis das Konzentrat zurück in den Reaktor geleitet und das Filtrat durch ein Vakuum aus der Membran-Einheit abgezogen wird. Dieses Verfahren erfordert eine komplizierte Anlage, die aus einem Reaktor, einer Membranfiltrationseinheit, einem Kompressor für das Verdrängungsmittel und einer Vakuumpumpe besteht. Außerdem ist diese Anlage für Prozessabwässer mit beträchtlich schwankender Zusammensetzung ungeeignet.
Obwohl ein an Ultrafilter angeschlossener aerober biologischer Reaktor aus dem Artikel "Membrane biological reactor system for treatment of oily wastewater", Knobloc et al., Water Environment Research, 66 (1994) März/April, 2: Auflage, 3. April 1994, 133-139, bekannt ist, ist aus jener Veröffentlichung die Entfärbung von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser, durch Anwendung eines Verfahrens, in welchem eine Oxidationsbehandlung, eine biologische Behandlung und eine Membranfiltrationstrennung nacheinander durchgeführt werden, nicht bekannt.
Indem das Grundwasser einer biologischen Behandlung in einem Bioreaktor unterzogen wird, werden die in ihm vorhandenen organischen Substanzen durch Bakterien in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt, wonach das im Bioreaktor behandelte Grundwasser und somit die darin befindlichen Bakterien in eine Membranfilteranlage transportiert werden. Dabei wird die Porengröße der Membranfilteranlage derart gewählt, dass die Biomasse, d.h. die Bakterien, nicht durch die Membran hindurchgehen, während das im Bioreaktor behandelte Grundwasser durch die Membran der Membranfilteranlage diffundiert. Danach wird die Biomasse aus der Membranfilteranlage abgezogen und in den Bioreaktor zurückgeleitet. Gemäß einem solchen Verfahren findet die Umwandlung der organischen Substanzen im Bioreaktor statt, wonach die Suspension aus Biomasse und biologisch behandeltem Grundwasser in der Membranfilteranlage in entfärbtes Grundwasser und Biomasse aufgetrennt wird. In speziellen Ausführungsformen ist es bevorzugt, einen Teil der Biomasse, die zum Bioreaktor zurückzuleiten ist, abzulassen. Da die zu behandelnde Flüssigkeit im Wesentlichen bereits nach der Membranfilteranlage von Bakterien und Viren befreit ist, wird somit eine Flüssigkeit mit hoher biologischer Qualität erhalten.
Die Bestimmung der Farbintensität wird gemäß dem niederländischen Standard NEN 6413 durchgeführt. Entsprechend diesem Dokument wird die Farbintensität des Wassers durch die Anzahl mg an Platin angegeben, die in Form von Kaliumchlorplatinat zu 1 Liter farblosen Wasser zuzugeben ist, um diesem Wasser dieselbe Farbintensität wie dem zu untersuchenden Wasser zu verleihen. Dabei wird ein Gehalt von weniger als 5 mg Pt/Co/l als farblos angesehen.
Von den Erfindern wurden umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Farbintensität von Wasser durchgeführt, wonach festgestellt worden ist, dass das Vorhandensein von Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen einen signifikanten Einfluss darauf hat. Deshalb wird folgende Theorie vorgeschlagen, wobei es selbstverständlich ist, dass man nicht ausschließlich daran gebunden ist. Die Forschungen haben gezeigt, dass die Farbe des Grundwassers hauptsächlich von Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen verursacht wird. Dabei ist die Bezeichnung Huminsäure als die hauptsächlichen organischen Verbindungen mit komplexer Struktur zu verstehen, die aus einigen benzolähnlichen sechsgliedrigen Kernen mit einem Molekulargewicht von mindestens 1 000 Dalton aufgebaut sind. Obwohl die im Bioreaktor vorhandenen Bakterien in der Lage sind, solche Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen zu kleineren organischen Verbindungen und schließlich zu Wasser und CO&sub2; abzubauen, findet diese Umwandlung in der Praxis nur langsam statt. Indem zunächst das Grundwasser einer Oxidationsbehandlung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird, werden die Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen, die außer den anderen organischen Verbindungen im Grundwasser vorhanden sind, zu kleineren organischen Fraktionen abgebaut, die anschließend im Bioreaktor durch die darin Vorhandene Biomasse relativ schnell in Wasser und CO&sub2; umgewandelt werden. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, Flüssigkeiten, insbesondere Grundwasser, effizient zu entfärben.
Die Oxidationsbehandlung im Oxidationsreaktor wird vorzugsweise durch Einleiten von Ozon durchgeführt. Dabei ist es bevorzugt, den nicht im Oxidationsreaktor verbrauchten Anteil an Ozon aufzunehmen und anschließend wieder zurück in den Oxidationsreaktor zu leiten, sodass die einzusetzende Ozonmenge minimiert wird. Obwohl die Oxidationsbehandlung vorzugsweise mit Ozon durchgeführt wird, ist es auch möglich, ein anderes geeignetes Oxidationsmittel, beispielsweise eine Wasserstoffperoxid- oder Permanganatlösung, oder ein anderes Oxidationsverfahren, beispielsweise ein enzymatisches Verfahren, anzuwenden. Dabei besteht ein Nachteil der Verwendung einer Wasserstoffperoxidlösung in der Tatsache, dass es in der Praxis nicht möglich ist, die Wasserstoffperoxidlösung zurückzuleiten, und dass eine zu hohe Wasserstoffperoxiddosis zu nachteiligen Bedingungen für die im Bioreaktor vorhandene Biomasse führt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, das hochgepumpte Grundwasser einer Behandlung zur Entfernung von Eisen, Mangan, Ammoniak und Bestandteilen, welche die Härte der zu behandelnden Flüssigkeit verursachen, gemäß einem üblichen Verfahren zu unterwerfen, bevor das Grundwasser einer Oxidationsbehandlung und/oder einer biologischen Behandlung unterzogen wird. Dabei ist eine solche Vorbehandlung nur dann erforderlich, wenn zu erwarten ist, dass sich während der Oxidationsbehandlung im Oxidationsreaktor Eisen- und/oder Manganflocken bilden, die einen nachteiligen Einfluss auf die Membranfilteranlage, insbesondere durch Zusetzen der Poren, haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die entfärbte Flüssigkeit aus Stufe II) teilweise in den Bioreaktor zurückgeleitet. Diese Ausführungsform wird insbesondere angewendet, wenn die Farbintensität des Grundwassers, das bereits biologisch behandelt worden ist, ungenügend ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die entfärbte Flüssigkeit aus Stufe II) teilweise in den Oxidationsreaktor zurückgeleitet. Diese Ausführungsform wird insbesondere dann angewendet, wenn die Farbintensität des Grundwassers, das bereits biologisch behandelt worden ist, beispielsweise auf Grund des Verbleibens von Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen, auf ein unzureichendes Maß gesenkt worden ist. Wenn das unzureichend entfärbte Grundwasser erneut der Oxidationsbehandlung im Oxidationsreaktor unterworfen wird, werden die Huminsäuren oder Huminsäureverbindungen, die immer noch vorhanden sind, in kleinere organische Fraktionen als bisher abgebaut, die anschließend im Bioreaktor in die Verbindungen Wasser und CO&sub2; umgewandelt werden, die farblos sind.
Wenn in der Praxis beobachtet wird, dass die Farbintensität des bereits behandelten Grundwassers immer noch unerwünscht hoch ist, ist es auch möglich, die Verweilzeit im Oxidationsrektor und/oder im Bioreaktor zu verlängern, um die Farbintensität weiter zu senken.
Da im Bioreaktor eine Suspension aus Grundwasser und Biomasse vorhanden ist, ist es erwünscht, zwischen der Biomasse und den abzubauenden Verbindungen, die im Grundwasser vorhanden sind, eine maximale Berührungsfläche bereitzustellen. Dabei wird das In- Suspension-Halten vorzugsweise durchgeführt, indem in den Bioreaktor Luft eingeleitet wird, wobei festzustellen ist, dass der Bioreaktor auch mit einer Rühreinrichtung versehen werden kann. Die zugeführte Luft hat darüber hinaus einen vorteilhaften Einfluss auf die Lebensbedingungen der im Bioreaktor vorhandenen Biomasse. Zusätzlich dazu ist es bevorzugt, eine optimale Umgebung für die Bakterien im Bioreaktor zu schaffen, sodass die Umwandlung in farblose organische Fraktionen so schnell wie möglich vor sich geht. Dabei können kohlenstoffhaltige Nährstoffe, insbesondere Acetatverbindungen, falls erwünscht, in den Bioreaktor geleitet werden. Um für die Biomasse vorteilhafte Bedingungen zu erhalten, ist es weiterhin bevorzugt, dass der pH-Wert im Bioreaktor 6 bis 10 und insbesondere 7 bis 9 beträgt.
Der Inhalt des Bioreaktors wird anschließend in eine Membranfilteranlage, wie in Stufe II) beschrieben, geleitet, wobei die Porengröße der Membran vorzugsweise < 0,5 Mikrometer und insbesondere < 0,005 Mikrometer beträgt. Aufgabe der Membran ist es, die Biomasse vom behandelten Grundwasser zu trennen, wobei die Abmessungen der Biomasse die kritische Porengröße der Membran bestimmen. Die Abmessungen der Bakterien betragen im Allgemeinen 0,5 bis 3 Mikrometer, sodass die gewünschte Porengröße der Membran < 0,5 Mikrometer und vorzugsweise < 0,005 Mikrometer beträgt. Ein weiterer Vorteil einer Verwendung einer Porengröße von < 0,005 Mikrometer besteht darin, dass keine Ionenteilchen, die nachteilig sein können, im entfärbten Grundwasser verbleiben.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, eine Verweilzeit im Oxidationsreaktor von höchstens 600 Sekunden einzuhalten. Eine Verweilzeit von länger als 600 Sekunden erfordert einen großen Oxidationsreaktor oder einen kleinen Volumenstrom durch ihn hindurch, wobei beide Merkmale in der Praxis unerwünscht sind.
Die Verweilzeit im Bioreaktor beträgt vorzugsweise höchstens eine Stunde. Eine Verweilzeit im Bioreaktor von länger als einer Stunde erfordert den Einsatz größerer Bioreaktoren und/oder niedrigere Durchflussgeschwindigkeiten, was in der Praxis unerwünscht ist.
Die Temperatur der zu entfärbenden Flüssigkeit, insbesondere des Grundwassers, ist nicht kritisch, sie liegt jedoch vorzugsweise zwischen 0 und 60ºC. Eine Temperatur von unter 0ºC führt zur Eisbildung, was das Pumpen der Flüssigkeitsströme unmöglich macht, während eine Temperatur von über 60ºC die im Bioreaktor vorhandenen Bakterien absterben lässt. In der Praxis hat das Grundwasser, das hochgepumpt wird, eine Temperatur von etwa 10ºC, wobei sich diese Temperatur während der Durchführung des Verfahrens zum Entfärben von Grundwasser nicht verändert. Für bestimmte Ausführungsformen kann es jedoch erwünscht sein, die Temperatur der zu entfärbenden Flüssigkeit zu verändern, insbesondere die Temperatur, bei welcher die biologische Umwandlung im Bioreaktor optimal stattfindet.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Oxidationsreaktors, um Flüssigkeiten, insbesondere Grundwasser durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entfärben. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, die einen Bioreaktor und eine mit ihm in Reihe geschaltete Membranfilteranlage umfasst, wobei die Vorrichtung mit den erforderlichen Zu- und Ableitungen und Zuleitungs- und Ableitungspumpen versehen ist und die Membranfilteranlage auch mit dem Bioreaktor über eine Rückleitung für die Biomasse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bioreaktor ein Oxidationsreaktor angeordnet ist, wodurch die Ableitung des Oxidationsreaktors an die Zuleitung des Bioreaktors angeschlossen ist.
Der Oxidationsreaktor ist weiterhin vorzugsweise mit einer Zuleitung für Ozon und einer Ableitung für nicht verbrauchtes Ozon versehen, wobei die Ableitung mit der Zuleitung für das Ozon verbunden ist. Auf diese Weise wird das Ozon optimal genutzt. In einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es bevorzugt, über eine Vorbehandlungseinheit zu verfügen, die vor dem Oxidationsreaktor angeordnet ist, wobei die Ableitung der Vorbehandlungseinheit an die Zuleitung des Oxidationsreaktors angeschlossen ist. Dabei sind ein oder mehrere Mittel zur Entfernung von Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Bestandteilen, welche die Härte der zu behandelnden Flüssigkeit verursachen, als geeignete Vorbehandlungseinheit zu nennen. Eine solche Vorbehandlungseinheit kann mit Rückleitungen versehen sein.
Zusätzlich dazu ist es in bestimmten Ausführungsformen bevorzugt, über eine Rückleitung zu verfügen, die in der Ableitung für das entfärbte Grundwasser aus der Membranfilteranlage vorgesehen ist, wobei diese Rückleitung an den Bioreaktor angeschlossen ist. Gemäß einer solchen Konstruktion ist es möglich, das Grundwasser, das noch nicht ausreichend entfärbt worden ist, in den Bioreaktor zurückzuleiten, wodurch die biologische Behandlung in diesem Bioreaktor zum weiteren Abbau der organischen Bestandteile, die dem Grundwasser seine Färbung verleihen, in die Endbestandteile Wasser und Kohlendioxid führt, die keine Färbung verleihen können.
In manchen Ausführungsformen ist es jedoch bevorzugt, über eine Rückleitung zu verfügen, die in der Ableitung für das entfärbte Grundwasser aus der Membranfilteranlage vorgesehen ist, wobei die Rückleitung an den Oxidationsreaktor angeschlossen ist. Ein Grundwasser, das noch nicht ausreichend entfärbt worden ist, wird so in den Oxidationsreaktor zurückgeleitet, in welchem die organischen Bestandteile, die immer noch im Grundwasser vorhanden sind, in kleinere organische Bestandteile umgewandelt werden, die anschließend ihrerseits in Wasser und Kohlendioxid im Bioreaktor umgewandelt werden.
Die Porengröße der Membran in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von der Größe der abzutrennenden Biomasse bestimmt, die im Allgemeinen Abmessungen von 0,5 bis 3 Mikrometer besitzt. Dabei beträgt die bevorzugte Porengröße der Membran weniger als 0,5 Mikrometer und insbesondere weniger als 0,005 Mikrometer.
Im Bioreaktor ist eine Suspension aus Grundwasser und Biomasse vorhanden, und um deren Absetzen zu verhindern, ist der Bioreaktor vorzugsweise mit einer Luftzuleitung versehen. Es ist jedoch auch möglich, den Bioreaktor mit einer Rühreinrichtung auszurüsten, wobei es in manchen Fällen bevorzugt ist, den Bioreaktor sowohl mit einer Luftzuleitung als auch einer solchen Rühreinrichtung zu versehen.
Obwohl in der bisherigen Beschreibung festgestellt worden ist, dass eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung eine Rückleitung für entfärbtes Grundwasser zum Bioreaktor einerseits und zum Oxidationsreaktor andererseits enthält, ist es selbstverständlich auch möglich, die Rückleitung für das entfärbte Grundwasser aus der Membranfilteranlage in eine Leitung, die an die Zuleitung für den Bioreaktor angeschlossen ist, und eine Leitung, die an die Zuleitung für den Oxidationsreaktor angeschlossen ist, aufzuteilen. Eine solche Ausführungsform wird insbesondere verwendet, wenn das Volumen des einzelnen Oxidationsreaktors und dasjenige des jeweiligen Bioreaktors für die Verarbeitung der Gesamtmenge an entfärbtem Grundwasser, die zurückzuleiten ist, nicht ausreichen. Dabei kann die Bestimmung des Verhältnisses von der Menge, die in den Bioreaktor zurückzuleiten ist, zu der Menge, die in den Oxidationsreaktor zurückzuleiten ist, durch einen Fachmann auf einfache Weise durchgeführt werden.
Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
- Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Vorrichtung des Standes der Technik zur Behandlung von Flüssigkeiten darstellt,
- Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser, darstellt,
- Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser, darstellt, wobei an der Ableitung für das entfärbte Grundwasser aus der Membranfilteranlage eine Rückleitung vorgesehen ist, die an den Bioreaktor angeschlossen ist, und
- Fig. 4 ein Blockschaltbild, das eine spezielle Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere von Grundwasser, darstellt, wobei an der Ableitung für das entfärbte Grundwasser aus der Membranfilteranlage eine Rückleitung vorgesehen ist, die an den Oxidationsreaktor angeschlossen ist,
zeigt.
In Fig. 1 wird die zu behandelnde Flüssigkeit über die Rohrleitung 9 in den Bioreaktor 1 geleitet, in welchem sich die Biomasse befindet. Der Abfluss aus Bioreaktor 1 wird über die Rohrleitung 7 in die Membranfilteranlage 2 geleitet, in welcher die Auftrennung von Biomasse und behandelter Flüssigkeit stattfindet. Die biologisch behandelte Flüssigkeit wird aus der Membranfilteranlage 2 über die Rohrleitung 8 abgeleitet, wobei die in der Membranfilteranlage 2 abgetrennte Biomassemenge über die Rückleitung 6 in den Bioreaktor 1 zurückgeleitet wird.
Es ist festzustellen, dass in den jeweiligen Fig. 1 bis 4 dieselben Elemente mit denselben Zahlen beziffert sind.
In Fig. 2 ist die Vorrichtung von Fig. 1 als Blockschaltbild gezeigt, wobei das über die Rohrleitung 9 zugeführte Grundwasser, das eine besonders unerwünschte Färbung hat, zunächst im Oxidationsreaktor 3 einer Oxidationsbehandlung unterzogen wird, jedoch bevor das so behandelte Grundwasser über die Rohrleitung 10 in den Bioreaktor 1 geleitet wird. Der Oxidationsreaktor 3 ist mit einem geeigneten Oxidationsmittel versehen, das vorzugsweise aus Ozon besteht, das über die Rohrleitung 12 in den Oxidationsreaktor 3 eingeleitet wird. Das im Oxidationsreaktor 3 nicht verbrauchte Ozon wird anschließend über die Rohrleitung 13 erneut in den Oxidatonsreaktor 3 eingeleitet. Es ist jedoch auch möglich, die Ozonmenge auf eine solche Weise über die Rohrleitung 12 in den Oxidationsreaktor 3 zu leiten, dass das gesamte Ozon im Oxidationsreaktor 3 verbraucht wird, sodass eine Rückleitung 13 nicht erforderlich ist. Das oxidierte Grundwasser verlässt den Oxidationsreaktor 3 über die Rohrleitung 10, wonach es in den Bioreaktor 1 geleitet wird. Der Abfluss aus dem Bioreaktor 1 wird über die Rohrleitung 7 in die Membranfilteranlage 2 geleitet, worin die Auftrennung von Biomasse und entfärbten Grundwasser stattfindet. Das entfärbte Grundwasser wird über die Rohrleitung 8 aus der Membranfilteranlage 2 abgeleitet und die abgetrennte Biomassemenge über die Rückleitung 6 für die Biomasse in den Bioreaktor 1 zurückgeleitet.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, wobei das durch die Rohrleitung 9 gepumpte Grundwasser, das eine besonders unerwünschte Farbe hat, zunächst im Vorbehandlungsbehälter 5 vorbehandelt wird, wonach das so vorbehandelte Grundwasser über die Rohrleitung 11 in den Oxidationsreaktor 3 geleitet wird. Dabei umfasst eine Vorbehandlung, die in der Praxis häufig durchgeführt wird, die Entfernung von Eisen, Mangan, Ammoniak und Bestandteilen, welche die Wasserhärte verursachen. Obwohl in Fig. 3 angegeben ist, dass das so vorbehandelte Grundwasser erst über die Rohrleitung 11 in den Oxidationsreaktor 3 geleitet wird, bevor es in den Bioreaktor 1 geleitet wird, ist es jedoch in einer speziellen Ausführungsform erwünscht, das im Vorbehandlungsbehälter 5 vorbehandelte Grundwasser direkt in den Bioreaktor 1 zu leiten, sodass im Oxidationsreaktor 3 keine Oxidationsbehandlung stattfindet. In Fig. 3 ist weiterhin eine Ausführungsform gezeigt, wobei die Rohrleitung 8 für das Ableiten des entfärbten Grundwassers außerdem mit einer Rückleitung 14 für das entfärbte Grundwasser versehen ist, die an die Rohrleitung 10 angeschlossen ist, die als Zuleitung für den Bioreaktor 1 fungiert. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass in manchen Fällen die Farbe des Grundwassers nur bis zu einem ungenügenden Grad schwächer geworden ist, was bedeutet, dass das entfärbte Grundwasser erneut zu entfärben ist, beispielsweise, indem die Rückleitung 14 für das entfärbte Grundwasser an die Zuleitung für den Bioreaktor 1 angeschlossen wird. Somit wird das unzureichend entfärbte Grundwasser erneut einer biologischen Behandlung im Bioreaktor 1 unterzogen. Dabei entsprechen die Prozessströme um den Bioreaktor 1 und die Membranfilteranlage 2 denjenigen, die in Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind. Obwohl in Fig. 3 die Kombination aus einem Vorbehandlungsbehälter 5 und einer Rückleitung 14 für entfärbtes Grundwasser gezeigt ist, ist es selbstverständlich, dass beide Merkmale unabhängig voneinander angewendet werden können.
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die sich von der Vorrichtung in Fig. 3 hinsichtlich der Rückleitung des entfärbten Grundwassers unterscheidet. In Fig. 4 ist an der Rohrleitung 8 eine Rückleitung 15 für entfärbtes Grundwasser vorgesehen, die an die Rohrleitung 11 angeschlossen ist, die als Zuleitung zum Oxidationsreaktor 3 fungiert. Wenn die Farbintensität des Grundwassers, das aus der Membranfilteranlage 2 abgeleitet werden soll, unzureichend ist, wird das unzureichend entfärbte Grundwasser erneut über die Rückleitung 15, die an die Rohrleitung 11 angeschlossen ist, im Oxidationsreaktor 3 einer Oxidationsbehandlung unterworfen. Obwohl in Fig. 4 das hochgepumpte Grundwasser über die Rohrleitung 9 im Vorbehandlungsbehälter 5 einer Vorbehandlung unterzogen wird, ist es auch möglich, eine solche Vorbehandlung nicht durchzuführen. Darüber hinaus ist die Vorrichtung von Fig. 4 nicht auf die Kombination aus Rückleitung 15, Vorbehandlungsbehälter 5 und Oxidationsbehälter 3 beschränkt. Nach all dem ist es in speziellen Ausführungsformen erwünscht, die Vorbehandlung im Vorbehandlungsbehälter 5 nicht durchzuführen und das stark gefärbte Grundwasser und das Grundwasser, das bereits entfärbt worden ist, jedoch in unzureichendem Maße, zusammen über die Rohrleitung 9 bzw. die Rückleitung 15 in den Oxidationsreaktor 3 zu leiten. Dabei entsprechen die Prozessströme um den Bioreaktor 1 und die Membranfilteranlage 2 denjenigen, die unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3 weiter oben diskutiert worden sind. Obwohl der Oxidationsreaktor 3 in den Fig. 3 und 4 nicht mit einer Zuleitung 12 für Ozon und einer Rückleitung 13 für nicht verbrauchtes Ozon versehen ist, sind die Vorrichtungen, die als Blockschaltbild in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, nicht darauf beschränkt.
Zusätzlich dazu ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die Entfärbungskapazität der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Schalten eines oder mehrerer Oxidationsreaktoren und Bioreaktoren und/oder einer oder mehrerer Membranfilteranlagen in Reihe erhöht werden kann. Weiterhin ist es möglich, Flüssigkeiten unterschiedlicher Herkunft zusammen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu behandeln.

Claims

1. Verfahren zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere Grundwasser, durch eine Membranfilteranlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen

(I) biologische Behandlung der Flüssigkeit in einem Bioreaktor (1),

(II) Leiten des Abflusses aus dem Bioreaktor (1) der Stufe I) in die Membranfilteranlage (2), in welcher eine Trennung von Biomasse und entfärbter Flüssigkeit stattfindet, und

(III) Zurückleiten der Biomasse von Stufe (II) in den Bioreaktor (1)

durchgeführt werden, wobei die Flüssigkeit vor Durchführung der Stufe (I) einer Oxidationsbehandlung in einem Oxidationsreaktor (3) unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit vor Durchführung der Stufe (I) einer Behandlung zur Entfernung Von Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Bestandteilen, welche die Härte der zu behandelnden Flüssigkeit verursachen, unterworfen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zunächst einer Behandlung zur Entfernung von Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Bestandteilen, welche die Härte der zu behandelnden Flüssigkeit verursachen, und anschließend einer Oxidationsbehandlung in einem Oxidationsreaktor (3) unterworfen wird, wonach die so behandelte Flüssigkeit zur Stufe (I) geleitet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsbehandlung durch Einleiten von Ozon in den Oxidationsreaktor (3) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entfärbte Flüssigkeit aus Stufe (II) teilweise in den Bioreaktor (1) zurückgeleitet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entfärbte Flüssigkeit aus Stufe (II) teilweise in den Oxidationsreaktor (3) zurückgeleitet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ozon, das bei der Oxidationsbehandlung nicht verbraucht worden ist, in den Oxidationsreaktor (3) zurückgeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bioreaktor (1) Luft eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kohlenstoffhaltige Nährstoffe in den Bioreaktor (1) eingeleitet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Bioreaktor (1) 6 bis 10 beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Membran, die in der Membranfilteranlage (2) eingesetzt wird, < 0,5 Mikrometer ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße < 0,005 Mikrometer beträgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Oxidationsreaktor (3) höchstens 600 Sekunden beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Bioreaktor (1) höchstens eine Stunde beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der zu entfärbenden Flüssigkeit 0 bis 60ºC beträgt.

16. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) zum Entfärben von Flüssigkeiten, insbesondere Grundwasser, in einer Vorrichtung, die eine Membranfilteranlage (2) und einen Bioreaktor (1) umfasst, die in Reihe geschaltet und mit den erforderlichen Zu- und Ableitungen und Zu- und Abflusspumpen versehen sind, wobei die Membranfilteranlage (2) über eine Rückleitung (6) für die Biomasse mit dem Bioreaktor (1) verbunden, der Oxidationsreaktor (3) vor dem Bioreaktor (1) angeordnet und die Ableitung des Oxidationsreaktors (3) an die Zuleitung des Bioreaktors (1) angeschlossen ist.

17. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor ihm eine Vorbehandlungseinheit (5) angeordnet ist, wobei die Ableitung der Vorbehandlungseinheit (5) an die Zuleitung des Oxidationsreaktors (3) angeschlossen ist.

18. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Mittel zum Entfernen von Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Bestandteilen, welche die Härte der zu behandelnden Flüssigkeit verursachen, als Vorbehandlungseinheit (5) verwendet werden.

19. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ableitung für die entfärbte Flüssigkeit von der Membranfilteranlage (2) eine Rückleitung (7) vorgesehen ist, die an den Bioreaktor (1) angeschlossen ist.

20. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ableitung für die entfärbte Flüssigkeit von der Membranfilteranlage (2) eine Rückleitung (15) vorgesehen ist, die an den Oxidationsreaktor (3) angeschlossen ist.

21. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Membran in der Membranfilteranlage (2) < 0,5 Mikrometer ist.

22. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Membran in der Membranfilteranlage (2) < 0,005 Mikrometer ist.

23. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Zuleitung (12) für Ozon und mit einer Ableitung (13) für nicht verbrauchtes Ozon, die an die Zuleitung (12) für das Ozon angeschlossen ist, versehen ist.

24. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor (1) mit einer Zuleitung für Luft versehen ist.

25. Verwendung eines Oxidationsreaktors (3) nach den Ansprüchen 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor (1) mit einer Rühreinrichtung versehen ist.