專利名稱：水處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理水，特別是污水和飲用水的設(shè)備以及在使用該設(shè)備下進(jìn)行水處理的方法。
在生物方法中，有機(jī)物通過(guò)細(xì)小生物和微生物在生物量的再生下代謝為無(wú)害的化合物?；旧媳粎^(qū)分為需氧和厭氧污水處理。需氧污水處理是在懷著盡可能還原消耗氧的組分的目的下進(jìn)行的，其中有機(jī)物通過(guò)參與降解的生物在形成二氧化碳、水、硝酸鹽和硫酸鹽的條件下被還原。需氧操作體系最基本的前提條件是通入足夠的空氣(或者富含氧的空氣或者純氧氣)。同樣厭氧污水處理，即在排除氧氣的條件下有機(jī)物的生物降解也越來(lái)越有意義，其中不但可以使用氧氣對(duì)其是有毒的專性厭氧微生物，而且還可以使用兼性厭氧微生物。厭氧降解是發(fā)酵過(guò)程(例如醇發(fā)酵、乙酸發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丙酮-丁醇發(fā)酵等)。
在污水凈化的物理方法中，污水成分根據(jù)其物理性能如顆粒尺寸、密度和沉降速度采用不同的方法濃縮。對(duì)此，可以列舉使用固體助劑(例如吸附、過(guò)濾、離子交換)、液體助劑(萃取)、氣體助劑(浮選、解吸)、熱量(蒸餾、蒸發(fā))或重力(沉積、漂浮)作為分離劑的所有方法。特別地，也可以使用薄膜式分離工藝，即借助于薄膜進(jìn)行分離過(guò)程的方法。
在許多科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域使用薄膜式分離工藝的方法和設(shè)備進(jìn)行水處理。在薄膜式分離工藝中分離步驟按照分離極限分為微濾、超濾、納濾以及反滲透。借助于這些方法可以分離出顆粒尺寸達(dá)5納米的顆粒。固體物被薄膜攔住，而過(guò)濾的液體通過(guò)該薄膜。通過(guò)所謂的濃差導(dǎo)致形成覆蓋層(也被稱作薄膜發(fā)穢臭)，其結(jié)構(gòu)受不同操作方式的影響。作為常規(guī)操作方式，死端式過(guò)濾和交叉流過(guò)濾已經(jīng)獲得成功。它們之間的不同主要在于，死端式過(guò)濾不產(chǎn)生薄膜的強(qiáng)迫性流入，因此覆蓋層可以無(wú)控制地增長(zhǎng)，而在交叉流過(guò)濾中，薄膜有針對(duì)性地平行于表面而被淹沒(méi)，借此可以控制覆蓋層的形成。然而，在長(zhǎng)的操作時(shí)間之后，出現(xiàn)濾液流的減少，這是由于形成雙面覆蓋層而引起的。因此，已經(jīng)證明周期性向后沖洗(Rueckspuelen)不僅在死端式過(guò)濾而且在交叉流過(guò)濾中可以短時(shí)間獲得高和穩(wěn)定的濾液流。例如在約100至150l/m2h的濾液流和3至5巴的可透性膜壓下，交叉流超濾所需的單位能量是3至7kWh/m3。而死端式過(guò)濾在約50至80l/m2h的濾液流和0.5至2巴的可透性膜壓下，具有約0.1至0.5kWh/m3的可比較的值。這在高的體積流和低的新創(chuàng)價(jià)值(如在地區(qū)和/或工業(yè)污水凈化時(shí)或由地表水域獲得飲用水中是這種情況)下導(dǎo)致不利的成本狀況。對(duì)于死端式過(guò)濾還出現(xiàn)高的投資成本，但是在這方面又具有低的操作成本。然而這種過(guò)濾方式不能在應(yīng)用范圍中實(shí)施，因?yàn)樾纬筛采w層的傾向可能導(dǎo)致操作上的問(wèn)題。交叉式過(guò)濾在工業(yè)上更適合于上述應(yīng)用范圍，但造成高的操作成本。因此，近年來(lái)已增加使用所謂的浸入式體系。該體系避免液相持續(xù)地再循環(huán)并因此獲得比交叉流體系更低的操作成本。這里可以使用不同的薄膜形式，如中空纖維狀、管狀或圓片狀，其中通過(guò)在高度上產(chǎn)生約0.5至0.9巴的低壓可以在濾液側(cè)獲得可透性薄膜壓差。該浸入式體系例如可以在污水凈化設(shè)備的活性凈化池中使用，所以由于這里進(jìn)行的鼓風(fēng)(Begasung)通過(guò)液相的移動(dòng)可能在一定程度上降低覆蓋層的形成。然而，通過(guò)未受控的覆蓋層形成引起的濾液流逐漸地明顯減少是這種交換體系在污水凈化設(shè)備中經(jīng)濟(jì)使用的主要障礙。
在DE 196 241 76 C2中描述了一種過(guò)濾模塊，其由含有圓片狀的平面薄膜的盒體組成，其中喂入料可以全面地從外流過(guò)該薄膜。滲透流通過(guò)中心的收集管流入管中間。當(dāng)該過(guò)濾器作為交叉流過(guò)濾器操作時(shí)，其也導(dǎo)致上述問(wèn)題，即非常高的能量成本。特別地在高的溢流速度和喂入料溶液從前側(cè)流入上可能出現(xiàn)單個(gè)圓片狀薄膜的機(jī)械損壞。
根據(jù)本發(fā)明，以本發(fā)明為基礎(chǔ)的技術(shù)難題是如下解決的，即提供一種處理水，特別是污水或工業(yè)用水的設(shè)備，該設(shè)備包括反應(yīng)器和與反應(yīng)器保持液體連通的過(guò)濾裝置，其中該過(guò)濾裝置安裝在反應(yīng)器底部區(qū)域或其下面并至少具有一個(gè)與可旋轉(zhuǎn)的中空載體以旋轉(zhuǎn)固定形式連接的過(guò)濾元件，其內(nèi)部與載體的內(nèi)部相互保持液體連通，這樣來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾元件內(nèi)部的濾液可以進(jìn)入載體的內(nèi)部空間，并從這里排出。本發(fā)明建議的過(guò)濾裝置在反應(yīng)器底部區(qū)域或下面(在反應(yīng)器內(nèi)部或外部)的布置可以在能量上有利地利用在許多工藝裝置中存在的用于在整個(gè)過(guò)濾元件上產(chǎn)生可透性膜壓差的流體靜力壓和/或流體動(dòng)力壓。本發(fā)明的過(guò)濾裝置和反應(yīng)器的組合可以初次經(jīng)濟(jì)地將薄膜分離技術(shù)用于在低的新創(chuàng)價(jià)值下，例如在凈化液體或懸浮液，特別是地方或工業(yè)污水或在由地表水域獲得飲用水時(shí)過(guò)濾大的體積流，其中所述的過(guò)濾裝置在優(yōu)選的實(shí)施方式中被設(shè)計(jì)為具有堆疊的過(guò)濾圓片的模塊，該過(guò)濾圓片不但可以由無(wú)機(jī)而且可以由有機(jī)材料制備。根據(jù)本發(fā)明，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，安裝在載體上的過(guò)濾元件，即過(guò)濾裝置，特別是在反應(yīng)器的下部區(qū)域，浸入待過(guò)濾的的液體或懸浮液中并一優(yōu)選電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)一繞載體的縱軸旋轉(zhuǎn)。同樣也可以將過(guò)濾裝置即安裝在載體上的過(guò)濾元件布置在殼體，優(yōu)選圓柱狀殼體中，并定位在反應(yīng)器的下部。在這些實(shí)施方式中，過(guò)濾裝置和反應(yīng)器經(jīng)流入口和流出口例如管道或軟管相互連接。該殼體被待過(guò)濾的懸浮液填充，其中安裝例如借助于電動(dòng)機(jī)繞縱軸旋轉(zhuǎn)的載體。通過(guò)至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)固定地安裝在載體上的過(guò)濾圓片吸入過(guò)濾液并通過(guò)與過(guò)濾圓片經(jīng)流體連通的空心軸從本發(fā)明的裝置中排出。通過(guò)在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的繞過(guò)濾圓片或在過(guò)濾圓片之間的液體運(yùn)動(dòng)和通過(guò)在圓片上作用的離心力可以極為有效地阻止覆蓋層的形成。過(guò)濾所必需的可透性薄膜壓差在本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置中例如通過(guò)在該裝置的過(guò)濾液側(cè)上施加低壓來(lái)進(jìn)行。然而，如上所述優(yōu)選利用在許多考慮作為本發(fā)明裝置的設(shè)備中存在的流體靜力或流體動(dòng)力壓作為可透性薄膜壓差?，F(xiàn)代的污水處理設(shè)備例如具有高度達(dá)20米的活性凈化反應(yīng)器，因此，由于幾乎2巴的流體靜力壓，那么形成可透性膜壓差是可能的。此外，在需氧操作的反應(yīng)器中通常產(chǎn)生借助于例如速度高達(dá)20m/s的液體噴射分散施加的用于通風(fēng)的氣相。所以，當(dāng)本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置安裝在用于引進(jìn)液體和/或氣體或氣體混合物如空氣的噴嘴，例如兩通噴嘴之前的液體循環(huán)中時(shí)，可以附加地產(chǎn)生例如高達(dá)2巴的可利用的流體動(dòng)力壓。本發(fā)明可以有利地在能量上將過(guò)濾所必需的溢流速度和其它的液體運(yùn)動(dòng)分開，因?yàn)橛行н^(guò)濾所需的溢流速度是通過(guò)過(guò)濾元件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。該所需的壓差仿佛自動(dòng)地并因此廉價(jià)地通過(guò)存在的流體靜力壓(特別是在較高的建造高度和填充高度下)產(chǎn)生。
與公開文獻(xiàn)中已知的用于污水反應(yīng)器的過(guò)濾裝置不同，本發(fā)明的設(shè)備還具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。與交叉流體系相比，獲得明顯低的單位能量成本和不存在過(guò)濾元件堵塞的缺陷。與在污水反應(yīng)器中建造的平板模塊或Zee-Weed模塊相比，優(yōu)點(diǎn)在于在本發(fā)明的設(shè)備中提供氧的有氧微生物與過(guò)濾分開，因?yàn)榭梢哉{(diào)節(jié)空氣的進(jìn)入和分散氣體的液體循環(huán)，而這些與所希望的過(guò)濾效力無(wú)絲毫關(guān)聯(lián)?？刂聘采w層的形成更確切地說(shuō)是通過(guò)圓片過(guò)濾器的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，并因此在與有氧微生物的提供無(wú)關(guān)的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，通過(guò)可能設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)例如象過(guò)濾模塊中的流體破碎機(jī)可以影響覆蓋層的形成。可透性膜壓力是通過(guò)在污水反應(yīng)器中必需存在的流體靜力壓產(chǎn)生的，并且在需要時(shí)可以附加地通過(guò)流體動(dòng)力壓產(chǎn)生，所述的流體動(dòng)力壓是借助于流體噴射分散液體時(shí)所需的。因此，與交叉流過(guò)濾不同，在旋轉(zhuǎn)圓片過(guò)濾器的薄膜模塊中不需要值得一提的附加的壓差，因?yàn)椴恍枰┻^(guò)模塊的流體來(lái)產(chǎn)生高的溢流速度，而是僅利用流體動(dòng)力壓，并因此可以選擇足夠大的自由流過(guò)的截面，所以實(shí)際上沒(méi)有產(chǎn)生附加的壓差和因此產(chǎn)生能量需求。由此表現(xiàn)出比交叉流過(guò)濾時(shí)顯著低的單位能量成本。
根據(jù)本發(fā)明在載體的內(nèi)部空間和過(guò)濾元件的內(nèi)部空間之間形成液體連通，即一種使從一個(gè)空間或區(qū)域至另一空間或區(qū)域的液體流動(dòng)成為可能的裝置。所以過(guò)濾元件的內(nèi)部經(jīng)一個(gè)或多個(gè)孔、管道、下水道、管線、鉆孔、縫隙、多孔區(qū)域等與載體的內(nèi)部連通，這樣液體可以從過(guò)濾元件的內(nèi)部流動(dòng)到載體的內(nèi)部空間中，并因此實(shí)現(xiàn)液體連通。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，中空載體是空心軸，例如管狀的空心軸。在又一優(yōu)選的實(shí)施方案中，過(guò)濾元件被設(shè)計(jì)為過(guò)濾圓片。該過(guò)濾圓片例如被設(shè)計(jì)為具有薄膜或罩上薄膜的中空體或空腔。根據(jù)本發(fā)明例如可以使用通常在薄膜分離技術(shù)中使用的工業(yè)用薄膜，例如聚合物薄膜、薄膜過(guò)濾器、超濾薄膜或微濾薄膜。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還涉及上述具有反應(yīng)器和過(guò)濾裝置的水處理設(shè)備，其中中空載體位于殼體中，優(yōu)選可旋轉(zhuǎn)地安放在殼體，特別是圓柱形殼體中。這種殼體例如可以具有反應(yīng)器的流入口和流出口，其中待過(guò)濾的液體通過(guò)流入口進(jìn)入殼體中，并通過(guò)流出口排出分離的固體。待過(guò)濾懸浮液的注入優(yōu)選沿切線進(jìn)行。因此促進(jìn)液體的旋轉(zhuǎn)，并將由于待過(guò)濾懸浮液的撞擊產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)荷降至最低。也被稱為濃縮物的固體經(jīng)圓柱體壁或前壁下部的沿切線的排出管道排出。濾液通過(guò)中空載體離開該殼體。
本發(fā)明在又一優(yōu)選的實(shí)施方案中建議，在過(guò)濾裝置的殼體中設(shè)計(jì)有用于影響流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，例如流體破碎板。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，過(guò)濾元件具有接受載體的貫穿孔。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，該過(guò)濾元件相互布置在載體上，這里在另一優(yōu)選的方案中，載體的縱軸垂直于設(shè)計(jì)為過(guò)濾圓片的過(guò)濾元件的上側(cè)和下側(cè)，即底面。
本發(fā)明還建議至少一個(gè)過(guò)濾圓片以旋轉(zhuǎn)固定的方式安裝在可旋轉(zhuǎn)的空心軸上，通過(guò)該空心軸可以排出濾液。特別地，該空心軸可以設(shè)計(jì)為單件，并且通過(guò)一個(gè)，在優(yōu)選的實(shí)施方式中在后者中心設(shè)置的，貫穿孔插入至少一個(gè)過(guò)濾圓片中，其中至少一個(gè)孔在空心軸的區(qū)域中，過(guò)濾圓片內(nèi)部的外表面包圍著空心軸，這樣液體可以離開過(guò)濾圓片進(jìn)入空心軸的內(nèi)部。
在另一實(shí)施方案中規(guī)定，載體，特別是多塊空心軸是由不同的例如管狀的中空段構(gòu)成的，其中載體的不同段通過(guò)在它們之間安裝的過(guò)濾元件，特別是過(guò)濾圓片分開，并且似乎通過(guò)它們液體密封地連接直至待過(guò)濾的液體中。而且在該方案中，設(shè)計(jì)有液體連通，例如載體內(nèi)部和過(guò)濾元件內(nèi)部之間的孔。進(jìn)入過(guò)濾圓片內(nèi)部的濾液離開過(guò)濾圓片的內(nèi)部進(jìn)入空心軸的內(nèi)部，并由此處排出。
此外，本發(fā)明規(guī)定本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置可以模塊的構(gòu)造方式來(lái)制備。
本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置不但可以在需氧而且可以在厭氧操作體系，例如污水處理或水處理體系中使用。該過(guò)濾裝置例如可以安裝在污水凈化設(shè)備的活性凈化階段，并且是用于生物量停留并因此用于濃縮生物量的現(xiàn)代化體系。根據(jù)本發(fā)明該過(guò)濾裝置當(dāng)然也可以在預(yù)澄清之后或代替預(yù)澄清用于分離進(jìn)入污水凈化設(shè)備的流體。因此該流體被分離為富含碳的濃縮物(其被厭氧地轉(zhuǎn)化為生物氣)和貧碳的濾液(例如在高效污水反應(yīng)器中被有氧轉(zhuǎn)化)。自然也可以將本發(fā)明的裝置用于從地表水域獲得飲用水。本發(fā)明的裝置也可以設(shè)計(jì)為具有用于進(jìn)入空氣和氣體的結(jié)構(gòu)和允許進(jìn)行有氧操作的裝置。本發(fā)明的裝置也可以設(shè)計(jì)為密封的或不透氣的密閉裝置或配備密封或不透氣的反應(yīng)器的裝置，或者通過(guò)其它措施允許厭氧操作的裝置。這種最后提及的裝置允許在生物方法(其無(wú)需空氣氧如脫氮或完全無(wú)需氧例如乳酸、乙醇或丙酮-丁醇發(fā)酵)中以低的操作成本進(jìn)行過(guò)濾。
同樣以本發(fā)明為基礎(chǔ)的難題是通過(guò)提供一種水，特別是污水和飲用水處理的方法來(lái)解決的，在該方法中從來(lái)自待凈化水的固體中分離出濾液，并使用本發(fā)明裝置中的一種。特別地，本發(fā)明涉及獲得飲用水和凈化污水的方法，根據(jù)該方法，本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置，即旋轉(zhuǎn)固定地配備至少一個(gè)過(guò)濾元件的中空和可旋轉(zhuǎn)的，例如布置在殼體中的載體，基本上使待凈化的水僅處于流體靜力壓和/或流體動(dòng)力壓下，并處于產(chǎn)生溢流速度的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)中，借助于中空載體排出通過(guò)至少一個(gè)過(guò)濾元件流入中空載體內(nèi)部的濾液，并因此與濃縮物分離。同樣也可以在濾液側(cè)施加低壓或在流入側(cè)施加過(guò)壓來(lái)代替或追加上述流體靜力壓或流體動(dòng)力壓。
根據(jù)本發(fā)明的方法，處于反應(yīng)器中的待凈化液體或懸浮液產(chǎn)生流體靜力壓，該壓力這樣作用在本發(fā)明使用的過(guò)濾裝置上，即在整個(gè)過(guò)濾元件上產(chǎn)生可透性膜壓差，該壓差在能量上以有利的方式使待過(guò)濾的液體和懸浮液的過(guò)濾成為可能，其中所述的過(guò)濾裝置布置在反應(yīng)器的下部區(qū)域，例如在反應(yīng)器的底部區(qū)域，或者當(dāng)在反應(yīng)器之外時(shí)特別地布置在反應(yīng)器之下，然后經(jīng)連接結(jié)構(gòu)與反應(yīng)器連通。根據(jù)本發(fā)明，在有利的實(shí)施方式中規(guī)定，軟管優(yōu)選布置在殼體中的過(guò)濾裝置放置在有氧操作的反應(yīng)器的底部之外，那么在反應(yīng)器的底部中設(shè)置一噴嘴，特別是兩通噴嘴，該噴嘴將空氣和來(lái)自過(guò)濾裝置的濃縮物噴入反應(yīng)器中，并因此在該過(guò)濾裝置上產(chǎn)生附加給流體靜力壓的有效壓力，類似于流體動(dòng)力壓。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種上述方法，其中流入污水凈化設(shè)備的水是待處理的水，其進(jìn)入上述用于處理水的裝置中，在該裝置中反應(yīng)器被設(shè)計(jì)為盛流入水的流入槽，并且根據(jù)上述方法溢出的濾液在與濃縮物分離之后流入與該流入槽串接的污水凈化反應(yīng)器中，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這是本發(fā)明又一裝置的一部分。因此，在這些處理污水的過(guò)程中包括二個(gè)串接的本發(fā)明的裝置，它們各自具有反應(yīng)器和過(guò)濾裝置。
在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中規(guī)定，在過(guò)濾裝置的前或后即壓力側(cè)或吸入側(cè)安裝泵，該泵可以保證過(guò)濾的或待過(guò)濾液體或懸浮液從反應(yīng)器到過(guò)濾裝置的循環(huán)并且保證部分返回。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中規(guī)定，來(lái)自反應(yīng)器的待過(guò)濾液體/懸浮液經(jīng)泵導(dǎo)入過(guò)濾裝置中。濾液經(jīng)空心軸排出，而濃縮物如果需要與空氣一起經(jīng)噴嘴，特別是兩通噴嘴再次進(jìn)入反應(yīng)器中，這里可以獲得例如在污水反應(yīng)器中所需的高的微生物細(xì)胞密度(Zelldichten)。
在又一優(yōu)選的實(shí)施方案中規(guī)定，來(lái)自反應(yīng)器的待過(guò)濾液體/懸浮液流入優(yōu)選布置在殼體中的過(guò)濾裝置中，其中濾液由空心軸排出，而濃縮物經(jīng)泵輸送到優(yōu)選布置在反應(yīng)器底部的噴嘴，特別是兩通噴嘴中，該噴嘴將該濃縮物與空氣一起輸送到反應(yīng)器中。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中規(guī)定，濃縮物不再返回反應(yīng)器中。在這些實(shí)施方案中，來(lái)自反應(yīng)器的待過(guò)濾的懸浮液經(jīng)泵輸送到過(guò)濾裝置中，該過(guò)濾裝置優(yōu)選布置在殼體中。將該濃縮物排出，例如進(jìn)入發(fā)酵裝置中，而濾液經(jīng)空心軸排出。經(jīng)泵引入的的懸浮液/液體的一部分不是輸送到過(guò)濾裝置中，而相反是直接輸送到優(yōu)選布置在反應(yīng)器底部的噴嘴中，該噴嘴將該懸浮液如果需要與空氣一起再輸送回反應(yīng)器中。以這種方式可以有控制地調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的細(xì)胞密度。
其它有利的實(shí)施方式可由從屬權(quán)利要求獲知。
附

圖1示意性地表示本發(fā)明使用的具有可旋轉(zhuǎn)過(guò)濾圓片的薄膜模塊。
附圖2至4表示本發(fā)明的水處理設(shè)備的不同實(shí)施方案。
管狀空心軸9是單件制成的，并插入各自在中心具有貫穿孔(未示)的過(guò)濾圓片11中。
如下描述過(guò)濾裝置1的工作方式例如在污水凈化反應(yīng)器附近靠近底部的區(qū)域中的噴嘴前在流體循環(huán)中加建本發(fā)明的與有氧操作的反應(yīng)器(這里未示出)一起使用的薄膜模塊1，這樣泵輸送的流體通過(guò)流入口5進(jìn)入殼體3中。通過(guò)排出口7進(jìn)入噴嘴的濃縮物在該噴嘴中被加速至高的速度，因此在反應(yīng)器中產(chǎn)生用于分散氣體的液體射流。產(chǎn)生的流體動(dòng)力壓與由反應(yīng)器中的填充物壓在薄膜模塊上的產(chǎn)生的流體靜力壓一起用于形成可透性薄膜壓降，并導(dǎo)致輸送的液體進(jìn)行過(guò)濾。抑制覆蓋層形成所需的溢流速度是通過(guò)載體旋轉(zhuǎn)并因此使過(guò)濾元件旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。該過(guò)程同樣與水處理設(shè)備中的液體循環(huán)無(wú)關(guān)，并因此在能量方面與液體循環(huán)脫離。濾液通過(guò)過(guò)濾圓片11灌入其內(nèi)部，通過(guò)過(guò)濾圓片11和中空體9之間的液體連通流入空心軸9的內(nèi)部并通過(guò)該空心軸排出。固體通過(guò)排出口7離開殼體3。在該方法中，空心軸9和與其以旋轉(zhuǎn)固定方式連接的過(guò)濾圓片11也可以旋轉(zhuǎn)，因此產(chǎn)生可以降低或避免在過(guò)濾圓片11上形成覆蓋層的溢流速度。根據(jù)本發(fā)明，該溢流速度也可以通過(guò)空心軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，并因此與待過(guò)濾懸浮液的流入速度和流入體積脫離。因此，溢流速度是可以自由選擇的。該方法可以以在能量上顯著得到改善的操作方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)例如飲用水處理設(shè)備或污水凈化設(shè)備。
附圖2示意性地表示本發(fā)明的水處理設(shè)備100，其包括有氧操作的反應(yīng)器40和過(guò)濾裝置1。反應(yīng)器是污水反應(yīng)器，并被設(shè)計(jì)為具有內(nèi)部流動(dòng)導(dǎo)向器50的環(huán)路反應(yīng)器。反應(yīng)器中的內(nèi)容物繞著流動(dòng)導(dǎo)向器50翻轉(zhuǎn)，因此形成劇烈混合。進(jìn)水口110和出水口120同樣在反應(yīng)器40的底部30處。反應(yīng)器的填充高度是H，其中優(yōu)選盡可能高的填充高度。
反應(yīng)器40中存在的循環(huán)流體的運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)在反應(yīng)器底部30噴射的的液體-空氣射流進(jìn)行。對(duì)此在底部30處由布置在反應(yīng)器40之外的泵70吸入污水，經(jīng)管線35和37輸送到反應(yīng)器底部安裝的噴嘴60中，在該噴嘴中污水以較高的速度噴入反應(yīng)器40中，因此與吸入的空氣80一起實(shí)現(xiàn)氣體的充分分散。在泵70和噴嘴60之間具有布置在反應(yīng)器下方的薄膜模塊1。該薄膜模塊1處于污水反應(yīng)器40的液體柱的流體靜力壓和借助于噴嘴60由泵70產(chǎn)生的流體動(dòng)力壓下。這二種壓力產(chǎn)生可透性薄膜壓降，該壓降可以廉價(jià)方式進(jìn)行污水過(guò)濾。濾液流B由空心軸9排出，而濃縮物流A進(jìn)入噴嘴60中，并與空氣80一起噴入反應(yīng)器40中。
附圖3總體上表示與附圖2相同的污水反應(yīng)器40。相同的附圖標(biāo)記表示結(jié)構(gòu)或功能相同的部件。與附圖2的水處理設(shè)備100不同，根據(jù)附圖3過(guò)濾裝置1不在泵70的壓力側(cè)，而是在吸入側(cè)，這樣在該實(shí)施方式中僅流體靜力壓作為可透性薄膜壓降。同樣根據(jù)附圖3過(guò)濾裝置1布置在位于反應(yīng)器40的反應(yīng)器底部30下面的殼體3中。
附圖4的設(shè)備基本上表示與附圖2和3相同的污水反應(yīng)器40。過(guò)濾裝置1布置在泵70的壓力側(cè)。然而，與附圖2中的設(shè)備不同，濃縮物流A不是進(jìn)入噴嘴60，而是離開薄膜模塊1并例如可以直接進(jìn)入泥漿發(fā)酵。根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的這種實(shí)施方案，污水反應(yīng)器40中的生物量濃度可以隨意調(diào)節(jié)。
實(shí)施例借助于下面的實(shí)施例并參考附圖1至4來(lái)表示與常規(guī)的交叉流過(guò)濾相比本發(fā)明設(shè)備在成本方面的優(yōu)點(diǎn)。
為了工業(yè)污水的生物降解，采用一種具有生物階段的現(xiàn)代化的污水凈化設(shè)備100，其由被有氧微生物占據(jù)的環(huán)路反應(yīng)器40和過(guò)濾單元1組成。該污水具有約7900mg/l的化學(xué)需氧量(CSB)，并以每年約20000立方米的速度產(chǎn)生。在約20小時(shí)的水化停留時(shí)間下其是可以90％的降解等級(jí)很好地生物降解的。環(huán)路反應(yīng)器40的直徑是2米，填充高度是15米，因此在約5％的氣體含量下液體體積接近45立方米。為了該有氧微生物提供氧，必須從下面即在底部區(qū)域向該環(huán)路反應(yīng)器40以每小時(shí)約170至200立方米的體積流量輸送空氣。為了將該氣體分散為小的氣泡和因此建立足夠大的用于提供氧的物質(zhì)交換表面借助于通過(guò)在反應(yīng)器底部30布置的噴嘴60產(chǎn)生的液體射流吹散輸送的空氣流。對(duì)此，在底部30以約35立方米/小時(shí)的速度從環(huán)路反應(yīng)器40中吸出液體流，并借助于泵70通過(guò)管線35和37輸送到噴嘴60中以分散氣體。由此產(chǎn)生的流體動(dòng)力壓總計(jì)約2巴，而基于液體柱的靜力壓幾乎不到1.5巴。當(dāng)然也可以在無(wú)噴嘴下進(jìn)行氣體分散，例如借助于通風(fēng)器(Begaser)如多孔底部、打孔的橡皮管、平板等。氣體噴射所需的功率輸入在不考慮泵的功率下約達(dá)2KW，由此可以產(chǎn)生低于50W/m3的單位液壓功率輸入。為了提高該體系中的活性生物量，給該環(huán)路反應(yīng)器40在泵70的壓力側(cè)配備過(guò)濾模塊1(附圖2)。這是循環(huán)-圓片過(guò)濾器。其由10塊約1米長(zhǎng)的單個(gè)模塊和每種情況下100個(gè)直徑約0.15米和中間孔直徑約0.1微米的陶瓷過(guò)濾圓片11組成。該模塊借助于未示出的電動(dòng)機(jī)以每分鐘220轉(zhuǎn)的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣獲得701/mh的單位濾液流速，而沒(méi)有出現(xiàn)形成值得一提的覆蓋層。該過(guò)濾消耗的單位功率約是0.13kWh/m3，沒(méi)有考慮電動(dòng)機(jī)功率。
使用常規(guī)的交叉流過(guò)濾代替所述的循環(huán)-圓片過(guò)濾器，獲得下面的數(shù)據(jù)所使用的薄膜具有7個(gè)通道(每個(gè)通道的直徑是6毫米)陶瓷多通道元件；平均孔直徑0.1微米。模塊的長(zhǎng)度是1米。
在3m/s的溢流速度下，可接受地控制覆蓋層的形成，并獲得約701/m2h的平均單位濾液流量，并因此獲得在這點(diǎn)上與本發(fā)明設(shè)備可比的值。為了獲得所需的約32平方米的過(guò)濾表面，必須使用約240個(gè)這樣的交叉流過(guò)濾管，在每種情況下達(dá)10個(gè)單個(gè)的過(guò)濾管插入一個(gè)完整的模塊中，那么總計(jì)需要24個(gè)模塊。該交叉流過(guò)濾的單位功率需求量是每立方米約1.2kWh，因此幾乎比本發(fā)明的污水反應(yīng)器和旋轉(zhuǎn)-圓片過(guò)濾器組合下的單位功率需求量高10倍。此外，在交叉流過(guò)濾中還存在需要特別高的體積流(泵的選擇)的缺陷以及如果待凈化污水中存在直徑大于通道直徑的顆粒(在這種情況下為6毫米)時(shí)易于被堵塞的缺陷。
權(quán)利要求
1.處理水的設(shè)備，其包括反應(yīng)器和過(guò)濾裝置，其特征在于，過(guò)濾裝置(1)布置在反應(yīng)器(40)的底部(30)區(qū)域或底部的下面，并具有至少一個(gè)與中空的可旋轉(zhuǎn)的載體(9)以旋轉(zhuǎn)固定方式連接的過(guò)濾元件(11)，其內(nèi)部與載體(9)的內(nèi)部通過(guò)液體相互連通，這樣來(lái)自至少一個(gè)過(guò)濾元件(11)內(nèi)部的濾液流入載體(9)的內(nèi)部并從此處排出。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中過(guò)濾裝置(1)布置在反應(yīng)器(40)中。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中過(guò)濾裝置(1)布置在反應(yīng)器(40)的外面。
4.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其中反應(yīng)器(40)是環(huán)路反應(yīng)器。
5.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其中反應(yīng)器具有內(nèi)部流體導(dǎo)向器(50)。
6.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其中反應(yīng)器(40)具有噴嘴(60)，特別是在反應(yīng)器底部(30)。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中噴嘴(60)是兩通噴嘴。
8.權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)的設(shè)備，其中在反應(yīng)器(40)和過(guò)濾裝置(1)之間布置泵(70)。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中過(guò)濾裝置布置在泵(70)的吸入側(cè)。
10.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中過(guò)濾裝置布置在泵(70)的壓力側(cè)。
11.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，過(guò)濾元件(11)是過(guò)濾圓片。
12.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，載體(9)是空心軸。
13.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，空心軸可以設(shè)計(jì)為單件，并且在與至少一個(gè)過(guò)濾圓片(11)的連接區(qū)域中具有至少一個(gè)可以使濾液流過(guò)空心軸(9)的開口。
14.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，空心軸可以設(shè)計(jì)為多段的，并且至少一個(gè)過(guò)濾圓片(11)不連續(xù)地和液體密封地布置在空心軸(9)的單個(gè)段之間。
15.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，與至少一個(gè)過(guò)濾圓片(11)旋轉(zhuǎn)地連接的載體(9)布置在殼體(3)中。
16.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，裝置(1)被設(shè)計(jì)為組件。
17.上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，在殼體(3)中具有影響流體的結(jié)構(gòu)。
18.權(quán)利要求1至17之一的設(shè)備，其中水是流入污水凈化設(shè)備的水，反應(yīng)器是容納該水的流入槽。
19.權(quán)利要求1至17之一的設(shè)備，其中水是工業(yè)用水或表面水，反應(yīng)器是蓄水池。
20.權(quán)利要求1至17之一的設(shè)備，其中水是污水和反應(yīng)器是污水反應(yīng)器。
21.一種處理反應(yīng)器中存在的水，特別是污水或工業(yè)用水的方法，其中待處理的水基本上僅在流體靜力壓和/或流體動(dòng)力壓下流入過(guò)濾裝置中，該過(guò)濾裝置具有至少一個(gè)與中空可旋轉(zhuǎn)載體旋轉(zhuǎn)固定的并經(jīng)液體連通的過(guò)濾元件，載體處于旋轉(zhuǎn)中以產(chǎn)生溢流速度，并將從載體內(nèi)部流出的濾液與濃縮物分離。
22.權(quán)利要求21的方法，其中待處理的水，優(yōu)選借助于泵從反應(yīng)器輸送到在反應(yīng)器外面，特別是在下面布置的過(guò)濾裝置中，該過(guò)濾裝置具有至少一個(gè)與中空，優(yōu)選可旋轉(zhuǎn)載體旋轉(zhuǎn)固定的并經(jīng)液體連通的過(guò)濾元件，基本上僅在流體靜力壓和/或流體動(dòng)力壓的影響下被過(guò)濾，并濾液由載體排出。
23.權(quán)利要求21或22的方法，其中獲得的濃縮物優(yōu)選經(jīng)噴嘴再次輸送到反應(yīng)器中。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述噴嘴將濃縮物與空氣一起輸送到反應(yīng)器中。
25.權(quán)利要求21至23之一的方法，其中不將獲得的濃縮物輸送到反應(yīng)器中。
26.權(quán)利要求21至25之一的方法，其中所述的水是流入污水凈化設(shè)備的水，并被輸送到權(quán)利要求1至18之一的設(shè)備中，在該設(shè)備中反應(yīng)器被設(shè)計(jì)為流入槽，排出的濾液被輸送到與流入槽串接的活性凈化反應(yīng)器中，特別是權(quán)利要求1至18之一的又一設(shè)備中。
27.權(quán)利要求21至26之一的方法，其中將濃縮物輸送到厭氧操作的發(fā)酵設(shè)備中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的例如用于獲得飲用水或污水凈化的水處理設(shè)備，其由反應(yīng)器和過(guò)濾裝置組成。
文檔編號(hào)C02F3/06GK1396890SQ01804298
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
發(fā)明者烏爾蘇拉·施利斯曼, 瓦爾特·特羅斯, 維爾納·施特納德, 諾貝特·斯特龍 申請(qǐng)人:促進(jìn)應(yīng)用研究會(huì)弗勞恩霍費(fèi)爾公司