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Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING ULTRAPURE WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/072645
Kind Code:
A1
Abstract:
The untreated water, which is contaminated with dissolved organic hydrocarbon compounds, is guided to a bioreactor (2). Here, a substantial proportion of the assimilable TOC is microbially reacted. A heavy metal compound which acts as a toxic biostatic agent is then added by means of a dosing device (6) in order to prevent microbiological growth without oxidation. The final treatment takes place in a reverse osmosis device (8). By series-connecting the bioreaction stage and the biostatic conditioning stage, it is possible to achieve a degree of efficiency of 80 to 90 % for the reduction of assimilable TOC through the synergistic effect of substrate-fed untreated water and biostatic maintenance of sterility and crucially, prevent biofouling in the water.

Inventors:
KEIL ULRICH (DE)
KOERNER HERBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/003320
Publication Date:
October 04, 2001
Filing Date:
March 23, 2001
Export Citation:
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Assignee:
STEAG ENCOTEC GMBH (DE)
KEIL ULRICH (DE)
KOERNER HERBERT (DE)
International Classes:
B01D61/16; B01D65/02; C02F1/44; C02F9/00; C02F1/28; C02F1/50; C02F1/52; C02F3/00; (IPC1-7): C02F9/00; B01D65/08; C02F1/44
Domestic Patent References:
WO1998025858A11998-06-18
WO1997003926A21997-02-06
WO2000048943A12000-08-24
Foreign References:
US3490590A1970-01-20
US5651894A1997-07-29
US5135654A1992-08-04
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 003, no. 091 (C - 054) 3 August 1979 (1979-08-03)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 285 (C - 1066) 2 June 1993 (1993-06-02)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 068 (C - 0807) 18 February 1991 (1991-02-18)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 373 (C - 0869) 19 September 1991 (1991-09-19)
FLEMMING H-C ET AL: "Biofouling -- the Achilles heel of membrane processes", DESALINATION, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING CO, AMSTERDAM, NL, vol. 113, no. 2-3, 30 November 1997 (1997-11-30), pages 215 - 225, XP004099910, ISSN: 0011-9164
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Reinstwasser aus Rohwas- ser, das mit biologisch entfernbaren Substanzen, insbeson- dere mit gelösten organischen Kohlenwasserstoffverbindungen belastet ist, wobei das Wasser durch -eine Bioreaktionsstufe, -eine nachfolgende, nicht oxidierende biostatisch wirkende Konditionierungsstufe und schließlich durch eine Membranfiltrationsstu- fe geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfiltrationsstufe als Umkehrosmosestufe be- trieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß dem Wasser in der biostatischen Konditionie- rungsstufe Schwermetallverbindungen, vorzugsweise Kupfer- und/oder Zinksalze zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer-und Zinksalze gemeinsam zugegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der biostatischen Konditionie- rungsstufe und der Endbehandlungsstufe der biologische Stoffumsatz erfaßt und in Abhängigkeit hiervon die biostati- sche Konditionierungsstufe eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß in der Bioreaktionsstufe eine Filtration durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser nach der Bioreaktionsstufe und vor oder nach der biostatischen Konditionierungsstufe durch eine Adsorptionsstufe geführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vor der Bioreaktionsstufe durch eine Flockungs-und Sedimentationsstufe geführt wird.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, nämlich zum Erzeugen von Reinstwasser aus Rohwasser, das mit biologisch entfernbaren Substanzen, insbesondere mit gelösten organischen Kohlenwasserstoffver- bindungen belastet ist, mit -einem Bioreaktor, insbesondere einem Mehrschicht- filter (2), das durch Rückspülung reinigbar ist, einer dem Bioreaktor nachgeschalteten Dosierein- richtung (6) zum Eindosieren eines Biostatikum in das Wasser und -einer der Dosiereinrichtung (6) nachgeschalteten Membran-Filteranlage, vorzugsweise einer Umkehrosmose-Anlage (8).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor fremdbelüftet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Membran-Filteranlage ein den Verkeimungs- grad erfassendes Meßsystem vorgeschaltet ist, das die Ein- stellung der Dosiereinrichtung (6) bestimmt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich- net, daß das Meßsystem eine Keimzahl-Meßeinrichtung auf- weist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Biofilm-Monitor (9) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da- durch gekennzeichnet, daß dem Bioreaktor eine AOC-Messung nachgeschaltet ist, die die Zyklen für die Rückspülung des Bioreaktors (2) bestimmt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da- durch gekennzeichnet, daB stromab des Bioreaktors ein Adsor- ber (5) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, da- durch gekennzeichnet, daß dem Bioreaktor eine Flockungs-und Sedimentationseinrichtung (1) vorgeschaltet ist.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Reinstwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrich- tung zum Erzeugen von Reinstwasser aus Rohwasser, das mit biologisch entfernbaren Substanzen, insbesondere mit gelö- sten organischen Kohlenwasserstoffverbindungen belastet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von Reinstwasser mit beliebig hohem Reinheitsgrad in beson- ders wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Wasser erfindungsge- mäß durch -eine Bioreaktionsstufe, -eine nachfolgende, nicht-oxidierende biostatische Konditionierungsstufe und schließlich durch eine Membranfiltrationsstufe geleitet.

Unter Rohwasser wird hier Oberflächenwasser verstanden, also Wasser aus Seen, Flüssen und Stauseen sowie auch Meer- wasser. Eine Erzeugung von Reinstwasser aus Abwasser ist auf direktem Wege normalerweise nicht wirtschaftlich.

Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, näm- lich die Bioreaktionsstufe, dient dazu, den im Rohwasser enthaltenen bioverfügbaren TOC (Total Organic Carbon) zu reduzieren. Der TOC bildet ein Substrat für im Rohwasser enthaltene Mikroorganismen. Die Bioreaktionsstufe wird in einem Bioreaktor durchgeführt. Dabei wird auf einem Bio- zönose-Trägersystem, bestehend beispielsweise aus einem Tropfkörper oder einem Tauchtropfkörper oder aber aus einem anderen Festbettsystem, etwa einem Mehrschichtfilter o. dgl., ein Biorasen aufgebaut, in dem die stoffliche Umset- zung des bioverfügbaren TOC in belebte Materie (Biomasse) erfolgt.

Dem Bioreaktor wird vorzugsweise ein Oberflächenwasser zugeführt, aus dem ein Teil des TOC sowie mindestens ein

Teil sonstiger Verunreinigungen entfernt worden sind. Die Funktion des Bioreaktors beschränkt sich also vor allem auf die Umsetzung der nur noch relativ geringen Menge an gelöst oder dispers vorliegendem, bioverfügbaren TOC.

Der auf dem Trägermaterial aufwachsenden Biozönose steht wegen der geringen Menge an bioverfügbarem TOC des zuflie- ßenden Rohwassers nur ein minimales Substratangebot zur Ver- fügung. Daraus resultieren relativ schwache Stoffwechselpro- zesse der Mikroorganismen. Es rechtfertigt sich, die Biore- aktionsstufe als Biosorptionsstufe zu bezeichnen.

Je nach zur Verfügung stehendem Rohwasser ist es vor- teilhaft, der Bioreaktionsstufe eine Vorreinigung, z. B. eine Flockungsstufe vorzuschalten, um die TOC-Fracht zu reduzie- ren.

Die Auslegungs-und Betriebsparameter der Bioreaktions- stufe werden abgestimmt auf den zu erwartenden biologischen Anteil der TOC-Fracht, den Stoffumsatz und die Alterung des Biorasens.

Von wesentlicher Bedeutung für das erfindungsgemäße Ver- fahren ist das Verkeimungspotential stromab der Bioreakti- onsstufe, da hiervon die Standzeit der Membranfilteranlage, das heißt, der Zeitabstand zwischen den Reinigungszyklen abhängt. Wie jeder biologische Prozeß, arbeitet die Bioreak- tionsstufe mit einem Wirkungsgrad. Lediglich ein gewisser, wenn auch hoher Anteil von 80 bis 90 % des biologisch abbau- baren TOC kann zu-arteigener Biomasse verstoffwechselt wer- den. Auch ist es unvermeidbar, daß ein geringer Restteil der erzeugten Biomasse mit dem gereinigten Wasser aus der Biore- aktionsstufe ausgetragen wird.

Erfindungsgemäß wird das stromab der substratzehrenden Biozönose der Bioreaktionsstufe herrschende Restverkeimungs- potential dem zweiten Verfahrensschritt unterworfen, nämlich der nicht-oxidierenden biostatisch wirkenden Konditionie- rungsstufe. In dieser Stufe wird dem Wasser ein biostatisch wirkendes Mittel zugegeben, um auf den Stoffwechsel der Mikroorganismen einzuwirken. Die Konzentration des Biostati-

kum wird vorzugsweise so gewählt, daß lediglich eine ausrei- chende Hemmung des Stoffwechsels der Mikroorganismen erfolgt, so daß diese daran gehindert werden, das Rest- Substrat, nämlich den TOC-Schlupf des Bioreaktors zu ver- stoffwechseln. Das Verkeimungspotential geht gegen Null, wodurch die Gefahr eines Biofouling in der Membranfilteran- lage, insbesondere auf der Anströmfläche der Membran, gebannt ist. Unter Biofouling versteht man die Verkeimung der Membran mit anschließender Schleimbildung. Der Schleim altert und verfestigt sich dabei, so daß eine zeit-und che- mikalienaufwendige Abreinigung erforderlich wird. Der Zeit- abstand zwischen den Reinigungszyklen der Membran wird maß- geblich durch das Biofouling bestimmt und wirkt sich direkt auf den Wirkungsgrad des Reinigungsprozesses der Membran aus.

Die sehr geringe Menge an Biostatikum, die erforderlich ist, um die Biozönose stromab der Bioreaktionsstufe weitge- hend in endogene Atmung bis hin zur Autoxidation übergehen zu lassen, spielt für die Entsorgung des Konzentrats der Membranstufe eine Rolle, sofern es sich bei den biostatisch wirkenden Mitteln um umweltbelastende Stoffe handelt, wie es häufig der Fall ist. Eine keimtötende Wirkung ist nicht er- forderlich und wird auch nicht angestrebt, sondern lediglich eine Versetzung der Biozönose in einen für die Mikroorganis- men lebensgefährlichen Zustand, und zwar durch Einwirkung auf das Enzymsystem der Mikroorganismen, um die gewünschte Stoffwechselhemmung zu erzeugen. Vor allen Dingen handelt es sich bei den biostatisch wirkenden Mitteln um solche, die keine Gefährdung des Membranfilters mit sich bringen. Es kommt zu einer Aufkonzentration des ionalen Biostatikum auf der angeströmten Membranfläche, und zwar in der Größenord- nung des Zwanzigfachen. Auch auf der Membran, auf der grundsätzlich optimale Bedingungen für die Biozönose herr- schen würden, wird also ein wesentliches Wachstum der Mikro- organismen sowie deren Zellteilung und Schleimbildung wirk- sam verhindert.

Da das Biostatikum vorzugsweise direkt stromab der Bio- reaktionsstufe zugegeben wird, schützt es die gesamte nach- geschaltete Membranfilteranlage über Rohrleitungen, Pumpen, ggf. zusätzliche Filter bis hin zur eigentlichen Membran vor einer mit Biofouling einhergehenden Verkeimung.

Als Bemessungskriterium für die Menge des Biostatikum dient vorzugsweise die analytisch ermittelte Keimzahl im Konzentrat der Membranstufe.

Es sei nochmals hervorgehoben, daB das Biostatikum le- diglich in einer solchen Menge eingesetzt wird, daß es toxisch-stoffwechselhemmend, nicht aber toxisch-tödlich wirkt. Hierin liegt ein grundsätzlicher Unterschied zur Wir- kung bekannter Biozide, beispielsweise Chlor oder Wasser- stoffperoxid. Biozide, die der Entkeimung dienen, wirken oxidativ-zerstörend, also keimtötend, wobei die Mikroorga- nismen aufgespalten werden und dadurch ihrerseits Substrat für diejenigen Mikroorganismen bilden, die dem Angriff des eingesetzten Biozids standgehalten haben. Eine zuverlässige Abtötung der unterschiedlichen Mikroorganismenstämme läßt sich selbst mit hohen Konzentrationen an Biozid nicht erzie- len. Im übrigen greifen Biozide, wenn sie in der für eine weitgehende Entkeimung erforderlichen Konzentration einge- setzt werden, zumindest langfristig die Membranfilter an.

Der durch das Biostatikum erzielbare Effekt ließe sich mit einer Entkeimung unter Zugabe von Chlor oder Natriumbi- sulfit nicht erreichen. Da die nachgeschaltete Endbehand- lungsstufe gegen Chlorung empfindlich ist, müßte der Chlor- überschuß stromab der Chlorungsstufe wieder aus dem Wasser entfernt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine Entchlorung des Wassers eine sogenannte Entkeimungs- lücke stromab der Entchlorungsstufe entstehen würde, die ein sprunghaftes mikrobiologisches Wachstum zur Folge hätte.

Chlor als oxidierendes Entkeimungsmittel hat-wie erwähnt-die Wirkung, die Zellstruktur der Mikroorganismen chemisch oxidativ aufzuspalten. Die oxidativ zerstörte Bio-

masse würde wiederum in der folgenden Entkeimungslücke als Substrat biologischer Stoffwechselvorgänge dienen.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Biostatikum hingegen wirkt nicht oxidierend-zerstörend und folglich auch nicht substraterzeugend. Auch greift es, wie erwähnt, die Membran nicht an, sondern kann sich dort gefährdungsfrei aufkonzen- trieren.

Von wesentlicher Bedeutung ist also, daB der Membranfil- tration erfindungsgemäß zwei Behandlungsstufen vorgeschaltet werden, deren synergistischer Effekt darin besteht, ein Bio- fouling im Membranfiltersystem, insbesondere auf dem Mem- branfilter zu verhindern und dadurch dessen Standzeit zwi- schen den Reinigungszyklen zu verlängern.

In der Bioreaktionsstufe wird-wie erwähnt-eine ak- tive Biozönose aufgebaut, das heißt, ein Milieu, in dem sich unterschiedliche Bakterienarten aufhalten. Hier erfolgt eine Elimination von 80 bis 90 % des im Rohwasser enthaltenen biologisch abbaubaren TOC. Dem auf diese Weise substratgezehrten Wasser wird im nächsten Behandlungs- schritt, nämlich in der biostatischen Konditionierungsstufe, ein nicht-oxidierendes Biostatikum zugegeben, welches weite- ren mikrobiellen Stoffwechsel hemmt.

Die nach der Bioreaktionsstufe noch im Wasser befindli- chen Bakterien werden zwei Streßbedingungen ausgesetzt, die zu der verfahrenstechnisch beabsichtigten biologischen Wachstumshemmung führen : Substratmangel, d. h. Mangel an bioverfügbarem TOC, Zudosierung eines Biostatikum, durch dessen toxischen Effekt die bereits durch den Substratmangel erzielte Stoffwechselhemmung erheblich verstärkt wird.

Ein Biofouling in Form von schleimigen Ablagerungen in der nachgeschalteten Membranstufe kann damit unterbunden werden. Ohne Einwirkung eines Biostatikum im ablaufenden Wasser der Bioreaktionsstufe würden Restkonzentrationen an assimilierbarem TOC die Wirkung der Bioreaktionsstufe durch

anschließendes Biowachstum (Biofouling) in der Membranfil- trationsstufe in gewissem Umfang wieder kompensieren.

Durch die Hintereinanderschaltung der beiden Stufen, nämlich der Bioreaktionsstufe und der biostatischen Kondi- tionierungsstufe, kann durch die synergetische Wirkung von substratgezehrtem Rohwasser und biostatischer Stoffwechsel- hemmung ein Wirkungsgrad beim Abbau von assimilierbarem TOC von 80 bis 90 % und somit eine entscheidende Unterbindung des Biofilmbildungspotentials in der Reinstwassererzeu- gungsanlage erreicht werden.

Insbesondere biologisch verfügbares TOC in gelöster oder kolloidaler Form wird an der einlaßseitigen Membranfläche abgetrennt und könnte, sofern assimilierbar-oder gar, vor- her durch Chlor oxidativ aufgespalten, besonders leicht assimilierbar-mikrobiell durch Stoffwechsel zu arteigener Biomasse umgesetzt werden.

Diese Gefahr wird durch die toxische Wirkung des Biosta- tikum gebannt. Die Zeitspanne zwischen den Reinigungszyklen der Membran-Filteranlage wird aufgrund der Unterbindung schleimbildender bakterieller Massen erheblich verlängert.

Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Prozesses, da eine Reinigung der Membran-Filteranlage mit einem Produktionsaus- fall verbunden ist und/oder den Einsatz extrem teurer Chemi- kalien erforderlich macht. Das erfindungsgemäße Verfahren, eingesetzt an einer Großanlage, hat bereits eine ununterbro- chene Laufzeit von vier Monaten ermöglicht ; die Entwicklung der maßgebenden Betriebsparameter lassen eine Laufzeitpro- gnose von wesentlich mehr als sechs Monaten erwarten.

Bei der Membran-Filtration bestimmt die Durchlässigkeit der Membran den Reinheitsgrad der Stofftrennung. Möglich ist die Erzeugung sogar von Ultra-Reinstwasser, wie man es bei- spielsweise in der pharmazeutischen Industrie benötigt, wo- bei die Membranfiltrationsstufe vorzugsweise als Umkehrosmo- sestufe arbeitet. Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist allerdings die Erzeugung von Trinkwasser sowie von Speise- wasser für Kesselanlagen, vor allen Dingen für Kraftwerke.

Unter Biostatikum ist ein anorganisches Element (atomar, ional vorliegend) oder eine anorganische Verbindung zu ver- stehen, wobei die Wirkung bei letaler Konzentration toxisch- tödlich sein kann. Erfindungsgemäß jedoch wird die Konzen- tration so niedrig gehalten, daß die Wirkung lediglich toxisch-stoffwechselhemmend ist. Biostatika wirken auf das mikrobielle Enzymsystem. Sie sind, im Gegensatz zu Bioziden, nicht oxidativ-zerstörend.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge- schlagen, dem Wasser in der biostatischen Konditionierungs- stufe als toxisch wirkende Anorganika Schwermetallverbindun- gen, vorzugsweise Kupfersulfat, Kupferchlorid, Zinksulfat und/oder Zinkchlorid zuzugeben. Es wurde gefunden, daß durch Zudosierung schwermetallhaltiger Salzlösungen bereits in sehr geringen Konzentrationen ein Biowachstum bei Vorhan- densein von assimilierbarem TOC verhindert werden kann.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß der gemeinsame Einsatz von Kupfer-und Zinksalzen einen Synergieeffekt der- gestalt ergibt, daß sich bei vorgegebenem Verkeimungspoten- tial eine vorgegebene soffwechselhemmende Wirkung mit gerin- gerer Konzentration erzielen läßt, als sie erforderlich ist, wenn nur eines der Salze allein eingesetzt wird. Offenbar wird ein breiteres toxisches Spektrum abgedeckt.

Die Tatsache, daß erfindungsgemäß nur sehr geringe Kon- zentrationen an Biostatikum erforderlich sind, und zwar auch dann, wenn lediglich eine einzige Schwermetallverbindung eingesetzt wird, wirkt sich, wie erwähnt, auch aus Gründen des Umweltschutzes positiv aus. Schwermetallverbindungen dürfen nur in geringen Konzentrationen ohne Auflagen ent- sorgt werden. Die geltenden Grenzwerte werden mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren nicht nur eingehalten, sondern sogar deutlich unterschritten. Auch dies trägt zur Wirtschaftlich- keit des Reinigungsprozesses bei, da das Konzentrat der Mem- branstufe ohne Sondermaßnahmen entsorgt werden kann.

Vorteilhafterweise erfaßt man den Verkeimungsgrad, näm- lich den biologischen Stoffumsatz zwischen der biostatischen

Konditionierungs-und der Endbehandlungsstufe und stellt in Abhängigkeit hiervon die biostatische Konditionierungsstufe ein. Damit läßt sich einerseits eine zu geringe und anderer- seits eine Überschuß-Zudosierung des Biostatikum verhindern.

Die Erfassung des Verkeimungsgrades kann über eine ATP- Messung erfolgen (Messung des Adrenosin-Tri-Phosphat als Energiespeicher in lebenden Zellen mittels leuchtfähiger Or- ganismen als Reagenz). Auch besteht die Möglichkeit, über einen Biofilm-Monitor mit transparenten oder nicht-transpa- renten Elementen den Biomasse-Bewuchs zu erfassen.

Ferner kann es vorteilhaft sein, in der Bioreaktions- stufe eine Filtration durchzuführen, um eine mechanische Ab- scheidung ungelöster Feinstoff-Fraktionen zu bewirken. Dies kann von besonderer Bedeutung sein, wenn, wie es ferner vor- geschlagen wird, das Wasser vor der Bioreaktionsstufe durch eine\'Flockungs-und Sedimentationsstufe geführt wird, in der die Gefahr eines Flockenabtriebs besteht. In die Flockungs- stufe kann der aus der Bioreaktionsstufe rückgespülte Be- lebtschlamm eingeleitet werden.

Wie bereits erwähnt, erweist es sich unter Umständen als vorteilhaft, der Bioreaktionsstufe eine Behandlungsstufe, z. B. eine Flockungsstufe vorzuschalten, die zu einer Redu- zierung des nicht-bioverfügbaren TOC führt. Dies schwächt die Stoffwechselprozesse der auf dem Trägermaterial des Bio- reaktors aufwachsenden Biozönose.

Grundsätzlich ist die Membran-Filtration als Endbehand- lungsstufe in der Lage, den gewünschten Reinheitsgrad einzu- stellen, wobei sämtliche nicht permeierenden Substanzen auf der Eintrittsfläche der Membran zurückgehalten werden. Die abgetrennten Stoffe bestehen aus anorganischem und organi- schem Material. Die toxische Wirkung des Biostatikum verhin- dert, daß Teilmengen des assimilierbaren organischen Materi- als (AOC) durch Stoffwechsel zu schleimbildender Biomasse verändert werden. Die Gefahr einer Membranverblockung durch schleimbildende Bakterien ist damit weitgehend unterbunden.

Es kann vorteilhaft sein, das Wasser nach der Bioreakti- onsstufe durch eine Adsorptionsstufe zu führen.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Durch- führen des vorstehend erläuterten Verfahrens, nämlich zum Erzeugen von Reinstwasser aus Rohwasser, das mit biologisch entfernbaren Substanzen, insbesondere mit gelösten organi- schen Kohlenwasserstoffverbindungen belastet ist, wobei diese Vorrichtung folgende Merkmale aufweist : -einen Bioreaktor, insbesondere ein Mehrschicht- filter, das durch Rückspülung reinigbar ist, -eine dem Bioreaktor nachgeschaltete Dosiereinrich- tung zum Eindosieren eines Biostatikum in das Wasser und -eine der Dosiereinrichtung nachgeschaltete Mem- bran-Filteranlage, vorzugsweise eine Umkehrosmose-Anlage.

Der Bioreaktor kann unter Umständen fremdbelüftet sein.

Grundsätzlich können im Bioreaktor die verschiedensten Trägermaterialien, wie Kies, Aktivkohle oder Kunststoffpel- lets mit spezifisch großer Oberfläche für den Biosorptions- prozeß eingesetzt werden. Besonders bewährt allerdings hat sich das Mehrschichtfilter, und zwar hinsichtlich seiner einfachen Rückspülbarkeit und seiner mechanischen Stabili- tät, verbunden mit günstigen Erstellungskosten.

Ein nachgeschalteter Adsorber kann zur Optimierung des Reinigungsprozesses beitragen. Der zusätzliche Aufwand rechtdertigt sich allerdings nur in speziellen Fällen, z. B. bei der Erzeugung von Ultra-Reinstwasser.

Zur Erfassung des Verkeimungsgrades stromauf der Mem- bran-Filteranlage kann ein Meßsystem, insbesondere eine Keimzahl-Meßeinrichtung vorgesehen sein. Auch kann ein opti- scher Biofilm-Monitor mit einem Referenzelement verwendet werden, mit dem sich die Anlagerung schleimbildender Bakte- rien nachweisen läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in : Figur 1 ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Vorrich- tung.

Nach Figur 1 ist eine Flockungs-und Sedimentationsein- richtung l vorgesehen, die mit verunreinigtem Oberflächen- wasser beschickt wird. Das hier vorgereinigte Wasser gelangt in ein Mehrschichtfilter 2, das als Bioreaktor arbeitet. Im Filterbett des Mehrschichtfilters 2 baut sich ein Biorasen auf. Der assimilierbare Anteil des TOC wird biologisch weitgehend zu arteigener Biomasse umgesetzt. Im übrigen erfüllt das Mehrschichtfilter 2 seine Filterfunktion, d. h. es scheidet ungelöste Feinstoff-Fraktionen ab.

Das Mehrschichtfilter 2 wird periodisch durch Rückspü- lung mit Luft und Wasser gereinigt. Die Zykluszeit wird auf der Basis einer Keimzahlmessung und ggf. der analytisch zu bestimmenden AOC-Fracht (AOC steht für Assimilierbarer Organischer Carbon) des abfließenden Wassers festgelegt. Die Keimzahl und die AOC-Fracht werden labormäßig erfaßt.

Stromab des Mehrschichtfilters 2 ist ein Adsorber 5 vor- gesehen. Der Adsorber 5 arbeitet mit Aktivkohle und wird ebenfalls mit Luft und Wasser rückgespült. Hier ist, wie auch für das Mehrschichtfilter 2, eine durchsatzabhängige Zeitsteuerung möglich sowie auch eine Festlegung, die in Ab- hängigkeit von einer Zunahme des Druckverlustes arbeitet.

Von wesentlicher Bedeutung ist eine Dosiereinrichtung 6, die ein Biostatikum, im vorliegenden Fall eine Schwermetall- verbindung, z. B. Kupferchlorid, vorzugsweise unter Zugabe eines Zinksalzes in das Wasser eindosiert. Die toxische Wir- kung des Biostatikum unterbindet jegliche durch mikrobiellen Stoffwechsel bedingte Umsetzung des vom Mehrschichtfilter 2 abgehenden restlichen AOC.

Das Wasser passiert anschließend ein als Sicherheitsfil- ter fungierendes Kerzenfilter 7 und gelangt schließlich in eine Umkehrosmose-Anlage 8. Der hier abgetrennte TOC kann

keine Schleimbildung hervorrufen, da das aus der Dosierein- richtung 6 stammende Biostatikum jegliches bakterielle Wachstum toxisch hemmt.

Die Biofilmbildung der Umkehrosmose-Anlage 8 wird von einem Biofilm-Monitor 9 kontrolliert. Anhand der erfaßten Meßwerte wird die Dosierung des Biostatikum überwacht.

Die Eindosierung des Biostatikum erfolgt möglichst dicht- hinter der Bioreaktionsstufe, bei Fortfall des Adsorbers also direkt hinter dem Mehrschichtfilter 2. Das Biostatikum stellt also einen Schutz für die gesamte anschließende Mem- branfilteranlage dar, einschließlich Zuleitung, Kerzenfil- ter, Meßeinrichtung u. dgl.

Wird beispielsweise die Bioreaktionsstufe mit einem Oberflächenwasser beschickt, dessen TOC-Konzentration 1, 5 bis 3,0 mg/l beträgt, so führt die biösorptive TOC-Eliminie- rung im Bioreaktor zu einem substratgezehrten Wasser, dessen Keimzahl sich mit Werten zwischen 5 bis 50K/ml im Bereich der Trinkwasserqualität bewegt. Entsprechend gering ist die erforderliche Menge an Biostatikum, um die gewünschte stoff- wechselhemmende Wirkung zum Schutze der Membran zu erzielen.

Zusammenfassend wird also dem Oberflächenwasser in der Bioreaktionsstufe ein Großteil der biologisch entfernbaren organischen Substanzen entzogen, woraufhin im auf diese Weise substratgezehrten Wasser in der nachfolgenden Kondi- tionierungsstufe der mikrobielle Stoffwechsel durch Zudosie- ren eines nichtoxidierenden, biostatisch wirkenden Mittels gehemmt wird, bevor das Wasser schließlich der Membranfil- tration, vorzugsweise einem Umkehrosmoseprozeß, unterworfen wird.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög- lichkeiten gegeben. So können mehrere Mehrschichtfilter par- allel zueinander angeordnet sein. Auch kommen anders gearte- te Bioreaktoren in Frage, beispielsweise Aktivkohle-Filter oder Filtereinheiten mit strukturierten Kunststoffpellets als Trägermaterial. Die Dosiereinrichtung kann direkt hinter dem Bioreaktor, also stromauf des zusätzlichen Adsorbers

angeordnet sein. Auch kann auf letzeren u. U. verzichtet wer- den. Gleiches gilt für die vorgeschaltete Flockungs-und Sedimentationseinrichtung. Anstelle der Umkehrosmose-Anlage sind andere Membranfilter einsetzbar. Die Wahl der Membran- Endbehandlung hängt ab von dem zu erzielenden Reinheitsgrad.

Auch beschränkt sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf Fluß-oder Seewasser, sondern umfaßt auch die Reinigung von Meerwasser.