Bei der Wasseraufbereitung erfolgt die Behandlung von Wasser mit dem Ziel, seine Beschaffenheit dem jeweiligen Verwendungszweck wie auch bestimmten An- forderungen anzupassen. Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser umfassen beispielsweise Flockungs-, Filtrations-, Belüftungs-, Enteisenungs-, Entmanga- nungs-, Entsäuerungs-, Desinfektions-, Phosphatie- rungs-, Denitrifikations-und Fluoridierungsverfah- ren. Bei Abwasser handelt es sich durch häuslichen, gewerblichen, industriellen, landwirtschaftlichen oder sonstigen Gebrauch in seiner natürlichen Zu- sammensetzung verändertes Wasser (Schmutzwasser) sowie das von bebauten Flächen abfließende weniger verschmutzte Regen-und Schmelzwasser, wobei Art und Konzentration der Schmutzstoffe stark von der Herkunft des Abwassers abhängig sind. Bei der Ab- wasserreinigung werden physikalische, chemische und/oder biologische Verfahren verwendet, die häu- fig gemeinsam eingesetzt werden müssen, um einen hohen Wirkungsgrad der Reinigung zu erzielen. Bei chemischen Verfahren werden Schadstoffe in eine leichter entfernbare Form oder in schadlose Reakti-

onsprodukte umgewandelt. So werden beispielsweise Reaktionen eingesetzt, die eine Oxidation, Redukti- on oder die Bildung schwer löslicher Verbindungen bewirken.

Bei biologischen Verfahren werden die organischen Stoffe durch Mikroorganismen und Kleinlebewesen un- ter Neubildung von Biomasse zu unschädlichen Ver- bindungen metabolisiert. Grundsätzlich werden die aerobe und die anaerobe Abwasserbehandlung unter- schieden. Die aerobe Abwasserbehandlung erfolgt mit dem Ziel, sauerstoffzehrende Inhaltsstoffe weitest- gehend zu reduzieren, wobei organische Substanzen durch die am Abbau beteiligten Organismen unter Bildung von Kohlendioxid, Wasser, Nitraten und Sul- faten reduziert werden. Grundvoraussetzung für ae- rob arbeitende Systeme ist eine ausreichende Belüf- tung mit Luft (oder Sauerstoff angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff). Zunehmende Bedeutung ge- winnt auch die anaerobe Abwasserbehandlung, das heißt der biologische Abbau organischer Stoffe un- ter Ausschluss von Sauerstoff, wobei sowohl obligat anaerobe Mikroorganismen, für die Sauerstoff to- xisch ist, als auch fakultativ anaerobe Mikroorga- nismen eingesetzt werden können. Bei dem anaeroben Abbau handelt es sich um Gärungsprozesse (zum Bei- spiel Alkohol-, Essigsäure-, Milchsäure-, Aceton- Butanol-Gärung usw.).

Bei den physikalischen Verfahren zur Abwasserreini- gung werden die Abwasserinhaltsstoffe entsprechend ihren physikalischen Eigenschaften, wie Teilchen- größe, Dichte und Sinkgeschwindigkeit nach unter- schiedlichen Verfahren aufkonzentriert. Hierzu zäh-

len alle Verfahren, die als Trennmittel feste Hilfsstoffe (zum Beispiel Adsorption, Filtration, Ionenaustausch), flüssige Hilfsstoffe (Extraktion), gasförmige Hilfsstoffe (Flotation, Strippen), Wär- meenergie (Destillation, Eindampfen) oder Schwer- kraft (Absetzen, Aufschwimmen) verwenden. Insbeson- dere finden auch Verfahren der Membrantrenntechnik, das heißt mit Hilfe von Membranen durchgeführte Trennprozesse, Anwendung.

Verfahren und Vorrichtungen der Membrantrenntechnik werden außer bei der Wasseraufbereitung in vielen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungsbe- reichen eingesetzt. Trennschritte in der Membran- trenntechnik lassen sich nach den Trenngrenzen in die Klassen Mikro-, Ultra-und Nanofiltration sowie Umkehrosmose einteilen. Mittels dieser Verfahren können Partikelgrößen bis zu 5 nm abgetrennt wer- den. Die Feststoffe werden von der Membran zurück- gehalten und konzentrieren sich zumindest direkt an der Membran auf, während die abfiltrierte Flüssig- keit die Membran passiert. Durch eine sogenannte Konzentrationspolarisation wird ein Deckschichtauf- bau, der auch als Membranfouling bekannt ist, ver- ursacht, der durch unterschiedliche Betriebsweisen strukturell beeinflusst werden kann. Als klassische Betriebsweisen haben sich die Dead-end-und die Cross-flow-Filtration durchgesetzt. Diese unter- scheiden sich im wesentlichen dadurch, dass bei der Dead-end-Filtration keine erzwungene Anströmung der Membran erzeugt wird und deshalb die Deckschicht unkontrolliert anwachsen kann, während bei der Cross-flow-Filtration die Membran gezielt parallel zur Oberfläche überströmt wird, wodurch eine Kon-

trolle des Deckschichtaufbaus erreicht wird. Den- noch tritt nach längerer Betriebszeit eine Reduzie- rung des Filtratstroms auf, die durch eine rever- sible Deckschichtbildung verursacht wird. Sowohl bei der Dead-end-als auch bei der Cross-flow- Filtration hat sich deshalb ein periodisches Rück- spülen bewährt, um wenigstens kurzzeitig hohe und fast konstante Filtratflüsse zu erzielen. Der typi- sche spezifische Energiebedarf für eine Cross-flow- Ultrafiltration liegt zum Beispiel bei 3 bis 7 kWh/m3 bei Filtratflüssen von etwa 100 bis 150 1/m2h und einem Transmembrandruck von 3 bis 5 bar.

Für eine Dead-end-Filtration ergeben sich ver- gleichbare Werte von etwa 0,1 bis 0,5 kWh/m3 bei Filtratflüssen von etwa 50 bis 80 l/m2h für einen Transmembrandruck von etwa 0,5 bis 2 bar. Dies führt bei hohen Volumenströmen und geringer Wert- schöpfung, wie dies bei der kommunalen und/oder in- dustriellen Abwasserreinigung oder in der Trinkwas- sergewinnung aus Oberflächengewässern der Fall ist, zu einer ungünstigen Kostensituation. Für die Dead- end-Filtration ergeben sich noch höhere Investiti- ons-, dafür aber niedrigere Betriebskosten. Dennoch konnte sich diese Art der Filtration in diesem An- wendungsbereich nicht durchsetzen, weil deren Nei- gung zur Deckschichtbildung zu betrieblichen Prob- lemen führen kann. Die Cross-flow-Filtration ist technisch eher für den genannten Anwendungsbereich geeignet, verursacht aber zu hohe Betriebskosten.

In jüngster Zeit werden daher vermehrt sogenannte Tauchsysteme eingesetzt. Diese Systeme vermeiden das ständige Umpumpen der Flüssigphase und verursa- chen dadurch niedrigere Betriebskosten als Cross- flow-Systeme. Dabei kommen unterschiedliche Memb-

anformen wie Hohlfasern, Rohre oder Scheiben zum Einsatz, bei denen das transmembrane Druckgefälle durch Erzeugen eines Unterdrucks in Höhe von etwa 0,5 bis 0,9 bar auf der Filtratseite erreicht wird.

Diese Tauchsysteme werden zum Beispiel in Bele- bungsbecken der Kläranlagen eingesetzt, so dass ei- ne gewisse Reduzierung der Deckschichtbildung durch die Bewegung der Flüssigphase aufgrund der dort er- folgenden Begasung möglich ist. Dennoch ist eine deutliche Reduzierung des Filtratflusses mit der Zeit durch unkontrollierte Deckschichtbildung ein wesentliches Hindernis für einen wirtschaftlichen Einsatz solcher Tauchsysteme in Kläranlagen.

In der DE 196 241 76 C2 ist ein Filtrationsmodul beschrieben, der aus Kassetten besteht, welche scheibenförmige Flachmembranen beinhalten, bei de- nen das Feed allseitig von außen durch die Membra- nen strömen kann. Das Permeat wird in der Mitte durch ein zentrales Sammelrohr abgeführt. Wenn die- ser Filter als Cross-flow-Filter betrieben wird, verursacht er die oben beschriebenen Probleme, das heißt die Energiekosten sind sehr hoch. Insbesonde- re bei hohen Überströmgeschwindigkeiten und front- seitiger Zufuhr der Feedlösung kann es zu mechani- schen Beschädigungen der einzelnen Membranscheiben kommen.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht also darin, ein wirt- schaftliches Verfahren und eine kostengünstige Vor- richtung zur Wasseraufbereitung, insbesondere zur Filtration hoher Volumenströme bei geringer Wert- schöpfung bereitzustellen, insbesondere zur Reini-

gung kommunaler und industrieller Abwässer oder aus Oberflächengewässern gewonnenen Trinkwassers.

Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem durch die Bereitstel- lung einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere Abwasser oder Brauchwasser, umfassend einen Reaktor und eine mit dem Reaktor in Fluidver- bindung stehende Filtervorrichtung, wobei die Fil- tervorrichtung im Bereich des oder unterhalb des Reaktorbodens angeordnet ist und mindestens ein mit einem hohlen drehbaren Tragkörper drehfest verbun- denes Filterelement aufweist, dessen Inneres mit dem Innenraum des Tragkörpers so in Fluidverbindung miteinander steht, dass das Filtrat aus dem Inneren des mindestens einen Filterelementes in das Innere des Tragkörpers gelangen und von dort abgezogen werden kann. Die erfindungsgemäß vorgesehene Anord- nung der Filtervorrichtung im Bereich des oder un- terhalb des Reaktorbodens, innerhalb oder außerhalb des Reaktors, ermöglicht das energetisch vorteil- hafte Ausnutzen der in vielen technischen Anlagen vorhandenen hydrostatischen und/oder hydrodynami- schen Drücke zur Erzeugung eines transmembranen Druckgefälles über das Filterelement. Die erfin- dungsgemäße Kombination aus Filtervorrichtung und Reaktor, wobei die Filtervorrichtung in bevorzugter Ausführungsform als Modul mit gestapelten Filter- scheiben, die sowohl aus anorganischem als auch aus organischem Material hergestellt sein können, aus- geführt ist, ermöglicht erstmals den wirtschaftli- chen Einsatz der Membrantrenntechnik für die Filt- ration hoher Volumenströme bei geringer Wertschöp- fung, zum Beispiel bei der Reinigung von Flüssig-

keiten beziehungsweise Suspensionen, insbesondere kommunalen oder industriellen Abwässern oder bei der Trinkwassergewinnung aus Oberflächengewässern.

Erfindungsgemäß ist in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung vorgesehen, das auf dem Tragkörper angeordnete Filterelement, also die Fil- tervorrichtung, insbesondere im unteren Bereich des Reaktors, in die zu filtrierende Flüssigkeit bezie- hungsweise Suspension einzutauchen und-vorzugs- weise motorisch angetrieben-um die Längsachse des Tragkörpers zu rotieren. Es kann aber auch vorgese- hen sein, die Filtervorrichtung, also das auf dem Tragkörper angeordnete Filterelement, in einem, vorzugsweise zylindrischen Gehäuse, anzuordnen und unterhalb des Reaktors zu positionieren. In einer solchen Ausführungsform sind Filtervorrichtung und Reaktor über Zu-und Ablaufverbindungen, zum Bei- spiel Rohre oder Schläuche, miteinander zu verbin- den. Das Gehäuse füllt sich mit der zu filtrieren- den Suspension, wobei der Tragkörper in Rotation um seine Längsachse, zum Beispiel mittels eines Mo- tors, versetzt wird. Durch die mindestens eine auf dem Tragkörper drehfest angeordnete Filterscheibe wird Filtrat eingezogen und durch die in Strömung- zusammenhang mit der Filterscheibe stehende Hohl- welle aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgezo- gen. Durch die bei der Rotation auftretende Flüs- sigkeitsbewegung um die und zwischen den Filter- scheiben und die auf diese wirkende Zentrifugal- kraft kann eine Deckschichtbildung wirkungsvoll un- terbunden werden. Der für die Filtration notwendige transmembrane Druck kann bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Filtervorrichtung beispielsweise durch Anlegen eines Unterdrucks auf der Filtratseite der

Vorrichtung erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch, wie erwähnt, der in vielen für die vorliegende Vorrich- tung in Betracht kommenden Anlagen vorhandene hyd- rostatische oder hydrodynamische Druck als trans- membranes Druckgefälle ausgenutzt. Moderne Abwas- serreinigungsanlagen weisen beispielsweise Bele- bungsreaktoren von bis zu 20 m Höhe auf, wodurch ein transmembranes Druckgefälle aufgrund des hydro- statischen Druckes von fast 2 bar möglich ist. Zu- dem erfolgt in aerob arbeitenden Reaktoren häufig eine Dispergierung der zur Belüftung eingetragenen Gasphase mittels Flüssigkeitsstrahlen, beispiels- weise mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 m/s. So entstehen zusätzlich nutzbare hydrodynamische Drü- cke von beispielsweise bis zu 2 bar, wenn die er- findungsgemäß eingesetzte Filtervorrichtung in den Flüssigkeitskreislauf vor einer Düse, zum Beispiel einer Zweistoffdüse, zum Einbringen von Flüssigkeit und/oder Gas beziehungsweise eines Gasgemisches wie Luft eingebaut wird. Die Erfindung ermöglicht die energetisch vorteilhafte Entkopplung von für die Filtration notwendiger Überströmgeschwindigkeit und sonstiger Flüssigkeitsbewegung, da die für die ef- fiziente Filtration notwendige Uberströmgeschwin- digkeit durch die Rotation des Filterelementes er- zeugt wird. Das notwendige Druckgefälle wird gleichsam automatisch und daher kostengünstig durch den, insbesondere bei großer Bauhöhe und Füllhöhe des Reaktors, vorhandenen hydrostatischen Druck er- zeugt.

Im Unterschied zu den aus der Literatur bekannten Filtrationsvorrichtungen für Abwasserreaktoren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung also mehrere

Vorteile auf. Gegenüber Cross-flow-Systemen ergeben sich erheblich geringere spezifische Energiekosten und es besteht keine Verstopfungsgefahr für die Filterelemente. Gegenüber Plattenmodulen oder Zee- Weed-Modulen, welche in einen Abwasserreaktor ein- gebaut werden, besteht der Vorteil, dass die Sauer- stoffversorgung aerober Mikroorganismen von der Filtration bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entkoppelt ist, da die Luftzufuhr und der Flüssig- keitskreislauf für die Gasdispergierung weitestge- hend unabhängig von der gewünschten Filtrations- leistung eingestellt werden können. Die Kontrolle des Deckschichtaufbaus wird vielmehr durch die Ro- tation der Scheibenfilter erreicht und kann somit unabhängig von der Versorgung der aeroben Mikroor- ganismen eingestellt werden. Durch eventuell vorge- sehene Einbauten, wie zum Beispiel Strombrecher im Filtrations-Modul, kann der Deckschichtaufbau wei- terhin beeinflusst werden. Der Transmembrandruck wird durch den in den Abwasserreaktoren notwendi- gerweise vorhandene hydrostatischen Druck erzeugt und bei Bedarf zusätzlich durch den hydrodynami- schen Druck, der zur Gasdispergierung mit Hilfe ei- nes Flüssigkeitsstrahls notwendig ist. Hierbei wird im Unterschied zur Cross-flow-Filtration kein nen- nenswerter zusätzlicher Druckabfall im Membranmodul des Rotations-Scheibenfilters benötigt, da das Durchströmen des Moduls nicht zur Erzeugung hoher Überströmgeschwindigkeiten benötigt wird, sondern lediglich der hydrodynamische Druck ausgenützt wird und deshalb der freie durchströmte Querschnitt ge- nügend groß gewählt werden kann, so dass praktisch kein zusätzlicher Druckabfall und damit Energiebe- darf entsteht. Hierdurch ergeben sich wesentlich

niedrigere spezifische Energiekosten als bei der Cross-flow-Filtration.

Erfindungsgemäß besteht eine Fluidverbindung zwi- schen dem Innenraum des Tragkörpers und dem Inneren des Filterelementes, also eine Einrichtung, die ei- nen Flüssigkeitsstrom von einem Raum oder Bereich in einen anderen Raum oder Bereich ermöglicht. So kann das Innere des Filterelementes über eine oder mehrere Öffnungen, Röhren, Kanäle, Leitungen, Boh- rungen, Schlitze, poröse Bereiche oder ähnliches mit dem Innenraum des Tragkörpers so in Verbindung stehen, dass ein Flüssigkeitsstrom vom Inneren des Filterelement in den Tragkörperinnenraum erfolgen kann und damit eine Fluidverbindung geschaffen wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen- den Erfindung ist der hohle Tragkörper eine Hohl- welle, zum Beispiel eine rohrförmige Hohlwelle. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Filterelement als Filterschei- be auszuführen. Die Filterscheibe kann beispiels- weise als eine Membran aufweisender oder membran- überzogener Hohlkörper beziehungsweise Hohlrahmen ausgeführt sein. Eingesetzt werden können erfin- dungsgemäß zum Beispiel üblicherweise in der Memb- rantrenntechnik verwendete technische Membranen, zum Beispiel Polymermembranen, Membranfilter, Ult- rafiltrationsmembranen oder Mikrofiltrationsmembra- nen.

Die Erfindung betrifft in einer weiteren Ausgestal- tung also auch eine vorgenannte Wasseraufberei-

tungsvorrichtung mit Reaktor und Filtervorrichtung, wobei der hohle Tragkörper in einem Gehäuse befind- lich ist, vorzugsweise drehbar in einem Gehäuse, insbesondere einem zylindrischen Gehäuse, gelagert ist. Ein derartiges Gehäuse kann beispielsweise ei- nen Zulauf vom Reaktor und einen Ablauf aufweisen, wobei durch den Zulauf zu filtrierende Flüssigkeit in das Gehäuse eingebracht und durch einen Ablauf die abgetrennten Feststoffe entnommen werden kön- nen. Der Zufluss der zu filtrierenden Suspension erfolgt vorteilhafterweise tangential. Hierdurch wird die Rotation der Flüssigkeit unterstützt und eine mechanische Belastung der Filterscheiben durch das Auftreffen der zu filtrierenden Suspension mi- nimiert. Die auch als Konzentrat bezeichneten Fest- stoffe können über eine tangentiale Ableitung an der Zylinderwand oder an der unteren Stirnwand ab- gezogen werden. Das Filtrat verlässt das Gehäuse durch den hohlen Tragkörper.

Die Erfindung sieht in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vor, dass in dem Gehäuse der Fil- tervorrichtung Einbauten zur Beeinflussung der Strömung vorgesehen sein können, zum Beispiel Strombrecher.

In bevorzugter Ausführungsform weisen die Filter- elemente Durchgangsöffnungen zur Aufnahme des Trag- körpers auf. Die Filterelemente sind in bevorzugter Ausführung beabstandet zueinander auf dem Tragkör- per angeordnet, wobei in einer weiteren bevorzugten Ausführung die Längsachse des Tragkörpers senkrecht auf den Ober-und Unterseiten, also Grundflächen,

der als Filterscheibe ausgebildeten Filterelemente steht.

Die Erfindung sieht also vor, dass die mindestens eine Filterscheibe drehfest so auf einer drehbaren Hohlwelle angebracht ist, dass das Filtrat durch diese abgezogen werden kann. Insbesondere kann die Hohlwelle einstückig ausgebildet sein und die min- destens eine Filterscheibe durch eine, in bevorzug- ter Ausführungsform zentral in letzterer angeordne- te Durchgangsöffnung durchsetzen, wobei zumindest eine Öffnung in dem Bereich der Hohlwelle vorgese- hen ist, den die Filterscheibe mit ihrer inneren Mantelfläche umschließt, so dass Flüssigkeit von der Filterscheibe in das Innere der Hohlwelle ge- langen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Tragkörper, insbesondere die Hohl- welle mehrstückig aus verschiedenen, zum Beispiel rohrförmigen, hohlen Abschnitten ausgebildet ist, wobei die verschiedenen Abschnitte des Tragkörpers durch zwischen diesen angeordnete Filterelemente, insbesondere Filterscheiben, getrennt und gleichsam zur zu filtrierenden Zugebungsflüssigkeit hin flüs- sigkeitsdicht durch diese verbunden sind. Auch in dieser Ausgestaltung ist eine Fluidverbindung z. B. eine Öffnung zwischen dem Inneren des Tragkörpers und des Filterelementes vorgesehen. Das in das In- nere der Filterscheiben eindringende Filtrat kann so vom Inneren der Filterscheibe in das Innere der Hohlwelle gelangen und aus dieser abgezogen werden.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die erfin- dungsgemäß eingesetzte Filtervorrichtung in Modul- bauweise ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Filtervorrichtung kann sowohl in aerob als auch in anaerob arbeiten- den Systemen, zum Beispiel Abwasserbehandlungs- oder Wasseraufbereitungssystemen verwendet werden.

Die Filtervorrichtung kann beispielsweise in der Belebungsstufe einer Kläranlage eingebaut werden und stellt ein modernes System zur Biomasserückhal- tung und damit zur Aufkonzentrierung der Biomasse dar. Erfindungsgemäß kann die Filtervorrichtung selbstverständlich auch in der Auftrennung des Zu- laufes zu Kläranlagen nach oder anstatt der Vorklä- rung eingesetzt werden. Dadurch wird der Zulauf in ein kohlenstoffreiches Konzentrat, das anaerob zu Biogas umgesetzt werden kann und ein kohlenstoffar- mes Filtrat aufgetrennt, das zum Beispiel in Hoch- leistungsabwasserreaktoren aerob umgesetzt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trinkwassergewin- nung aus Oberflächengewässern einzusetzen. Die er- findungsgemäße Vorrichtung kann also als Vorrich- tung ausgeführt sein, die Einrichtungen zum Luft- oder Gaseintrag aufweist und aerobe Betriebsführun- gen erlaubt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als luft-beziehungsweise gasdicht abgeschlos- sene Vorrichtung beziehungsweise als mit einem luft-oder gasdichten Reaktor ausgerüstete Vorrich- tung ausgeführt sein oder aber eine durch sonstige Maßnahmen eine anaerobe Betriebsweise erlaubende Vorrichtung sein. Eine derartige letztgenannte Vor- richtung erlaubt eine betriebskostenarme Filtration

im Verlauf von Bioprozessen, die keinen Luftsauer- stoff wie die Denitrifikation oder gar keinen Sau- erstoff wie die Milchsäure-, Ethanol-oder Aceton- Butanol-Vergärung benötigen.

Die Erfindung löst das ihr zugrunde liegende Prob- lem auch durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Wasser-, insbesondere Abwasser-und Trinkwas- seraufbereitung, im Rahmen dessen eine Abtrennung eines Filtrates von Feststoffen aus dem zu reini- genden Wasser erfolgt und wobei eine der erfin- dungsgemäßen Vorrichtungen eingesetzt wird. Insbe- sondere betrifft die Erfindung demgemäss ein Ver- fahren zur Gewinnung von Trinkwasser oder zur Rei- nigung von Abwasser, gemäß dem eine erfindungsgemäß einzusetzende Filtervorrichtung, also ein drehfest mit mindestens einem Filterelement versehener hoh- ler und drehbar, zum Beispiel in einem Gehäuse, ge- lagerter Tragkörper, im Wesentlichen nur unter Ein- fluss hydrostatischen und/oder hydrodynamischen Drucks, dem zu reinigenden Wasser ausgesetzt und in eine Drehbewegung zur Erzeugung einer Überströ- mungsgeschwindigkeit versetzt wird und durch das mindestens eine Filterelement in das Innere des hohlen Tragkörpers einströmendes Filtrat durch den hohlen Tragkörper abgezogen und dabei vom Konzent- rat getrennt wird. Anstelle oder zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen hydrostatischen oder hyd- rodynamischen Druck kann auch ein Anlegen eines Un- terdrucks auf der Filtratseite oder eines Überdru- ckes auf der Zuflussseite vorgesehen sein.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung er- zeugt die in dem Reaktor befindliche zu reinigende

Flüssigkeit oder Suspension einen hydrostatischen Druck, der auf eine erfindungsgemäß eingesetzte Filtervorrichtung im unteren Bereich des Reaktors, zum Beispiel im Bereich des Reaktorbodens oder, wenn außerhalb, insbesondere unterhalb des Reak- tors, angeordnet und dann über Verbindungseinrich- tungen mit dem Reaktor verbunden, dergestalt wirkt, dass ein transmembranes Druckgefälle über das Fil- terelement erzeugt wird, welches in energetisch günstiger Weise die Filtrierung der zu filtrieren- den Flüssigkeit oder Suspension ermöglicht. Erfin- dungsgemäß kann in vorteilhafter Ausgestaltung vor- gesehen sein, dass, falls die vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnete Filtervorrichtung unterhalb des Bodens eines aerob arbeitenden Reaktors angeordnet ist, eine Düse, insbesondere ein Zweistoffdüse, im Reaktorboden angeordnet ist, die Luft und aus der Filtervorrichtung zugeführtes Konzentrat in den Re- aktor einspritzt und dabei einen zusätzlich zu dem hydrostatischen Druck wirkenden Druck auf die Fil- tervorrichtung erzeugt, nämlich einen hydrodynami- schen Druck.

Die Erfindung betrifft in einer weiteren Ausgestal- tung ein vorgenanntes Verfahren, wobei das aufzube- reitende Wasser Zulaufwasser zu einer Kläranlage ist, welches einer vorgenannten Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser zugeführt wird, in der der Reaktor als das Zulaufwasser enthaltendes Zulaufbe- cken ausgeführt ist und das gemäß des vorstehenden Verfahrens austretende Filtrat nach Abtrennung vom Konzentrat einem dem Zulaufbecken nachgeschalteten Belebungsreaktor zugeführt wird, der in bevorzugter Ausführungsform Teil einer weiteren Vorrichtung

nach der vorliegenden Erfindung darstellen kann.

Demgemäss sind in einem solchen Verfahrensgang zur Aufbereitung von Abwasser zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen in Reihe geschaltet enthalten, die jeweils einen Reaktor und eine Filtervorrichtung aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, eine Pumpe vor oder hinter, das heißt druck-oder saugseitig der Filtervorrichtung anzuordnen, die eine Zirkulation der filtrierten beziehungsweise der zu filtrierenden Flüssigkeit oder Suspension vom Reaktor in die Filtervorrich- tung und, teilweise, zurück gewährleistet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegen- den Erfindung ist vorgesehen, die zu filtrierende Flüssigkeit/Suspension aus dem Reaktor über eine Pumpe in die Filtervorrichtung zu leiten. Das Filt- rat wird über die Hohlwelle abgezogen und das Kon- zentrat gegebenenfalls zusammen mit Luft durch eine Düse, insbesondere eine Zweistoffdüse, wieder in den Reaktor eingeführt, wobei zum Beispiel in einem Abwasserreaktor erwünschte hohe Zelldichten von Mikroorganismen erreicht werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, die zu filtrierende Flüssig- keit/Suspension aus dem Reaktor in die vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnete Filtervorrichtung zu leiten, wobei das Filtrat aus der Hohlwelle abgezo- gen wird und das Konzentrat über eine Pumpe zu ei- ner vorzugsweise im Reaktorboden angeordnete Düse, insbesondere eine Zweistoffdüse, geleitet wird, die

das Konzentrat zusammen mit Luft in den Reaktor einführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Konzentrat nicht wieder in den Reaktor zurückzuführen. In einer solchen Ausfüh- rungsform kann die zu filtrierende Suspension aus dem Reaktor über eine Pumpe zu der Filtervorrich- tung, die vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet ist, zugeführt werden. Das Konzentrat wird abge- führt, zum Beispiel in eine Faulanlage und das Filtrat wird über die Hohlwelle abgeführt. Ein Teil der über die Pumpe herangeführten Suspensi- on/Flüssigkeit wird nicht in der Filtervorrichtung, sondern vielmehr direkt einer vorzugsweise im Reak- torboden angeordneten Düse zugeführt, die gegebe- nenfalls zusammen mit Luft die Suspension wieder in den Reaktor zurückführt. Auf diese Weise lässt sich kontrolliert eine bestimmte Zelldichte im Reaktor einstellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei- spiels und der dazugehörigen Figuren beschrieben.

Die Figuren zeigen : Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäß ein- gesetztes Membranmodul mit rotierenden Filterschei- ben.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausfüh- rungsformen der erfindungsgemäßen Nasseraufberei- tungsvorrichtung.

Die Figur 1 zeigt eine als Membranmodul ausgeführte Filtervorrichtung 1 mit einem zylindrischen Gehäuse 3, das eine gegenüber dem Gehäuse tangential ange- ordnete Zuflussöffnung 5 für die zu filtrierende Feststoffe enthaltende Flüssigkeit beziehungsweise Suspension (C) und eine Austragsöffnung 7 für die abgetrennten Feststoffe, also das Konzentrat (A) aufweist. In dem Gehäuse 3 ist eine Hohlwelle 9 drehbar gelagert, die eine Vielzahl von drehfest mit ihr verbundenen Filterscheiben 11 trägt. Das Filtrat (B) wird aus der Hohlwelle 9 ausgetragen.

Die rohrförmige Hohlwelle 9 ist einstückig ausge- bildet und durchsetzt die jeweils eine, nicht dar- gestellte, zentrale Durchgangsöffnungen aufweisen- den Filterscheiben 11.

Die Funktionsweise der Filtervorrichtung 1 stellt sich wie folgt dar : Das erfindungsgemäß zusammen mit einem-hier nicht dargestellten-aerob arbeitenden Reaktor eingesetz- te Membranmodul 1 wird beispielsweise in den Flüs- sigkeitskreislauf vor die, nicht dargestellte, Düse in den bodennahen Bereich an einen Belebungsreaktor angebaut, so dass der Förderstrom der Pumpe durch die Zuflussöffnung 5 in das Gehäuse 3 eintreten kann. Das durch die Auslassöffnung 7 der Düse zuge- führte Konzentrat, wird in der Düse auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, wodurch ein Flüssig-

keitsstrahl im Reaktor zur Gasdispergierung ent- steht. Der entstehende hydrodynamische Druck wird zusammen mit dem auf dem Membranmodul lastenden aus der Füllung des Reaktors resultierenden hydrostati- schen Druck zur Erzeugung eines transmembranen Druckgefälles genutzt und führt zur Filtration der eingespeisten Flüssigkeit. Die für die Verhinderung des Deckschichtaufbaus notwendige Uberströmungsge- schwindigkeit wird durch ein Rotieren des Tragkör- pers und damit der Filterelemente bewirkt. Dieser Vorgang ist also unabhängig vom Flüssigkeitskreis- lauf in der Wasseraufbereitungsanlage und daher e- nergetisch davon abgekoppelt. Filtrat dringt durch die Filterscheiben 11 in deren Inneres ein, strömt durch die Fluidverbindung zwischen Filterscheibe 11 und Hohlkörper 9 in das Innere der Hohlwelle 9 und wird durch diese abgezogen. Die Feststoffe verlas- sen das Gehäuse 3 durch die Austragsöffnung 7. Wäh- rend des Verfahrens rotieren also die Hohlwelle 9 und die damit drehfest verbundenen Filterscheiben 11, so dass eine Überströmgeschwindigkeit erzeugt wird, die zur Reduktion beziehungsweise Vermeidung der Deckschichtbildung auf den Filterscheiben 11 führt. Die Überströmgeschwindigkeit wird erfin- dungsgemäß also durch die Rotation der Hohlwelle erzeugt und ist damit von der Zuflussgeschwindig- keit und dem Zuflussvolumen der zu filtrierenden Suspension abgekoppelt. Die Uberströmgeschwindig- keit ist demgemäß frei wählbar. Diese Verfahrens- weise ermöglicht eine energetisch erheblich verbes- serte Betriebsweise von zum Beispiel Trinkwasser- aufbereitungsanlagen oder Abwasserreinigungsanla- gen.

Die Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Aufbereitung von Wasser umfas- send einen aerob arbeitenden Reaktor 40 und eine Filtervorrichtung 1. Der Reaktor 40 ist ein Abwas- serreaktor und als Schlaufenreaktor mit einem inne- ren Strömungsleitrohr 50 ausgeführt. Um das Strö- mungsleitrohr 50 wird der Inhalt des Reaktors umge- wälzt, wodurch sich eine intensive Durchmischung ergibt. Dargestellt ist auch der Zulauf 110 und der Ablauf 120 des Reaktors ebenso der Boden 30 des Re- aktors 40. Der Reaktor weist eine Füllhöhe H auf, wobei eine möglichst hohe Füllhöhe bevorzugt ist.

Der Antrieb der im Reaktor 40 vorliegenden Umlauf- strömung erfolgt durch einen am Reaktorboden 30 eingestrahlten Flüssigkeits-Luftstrahl. Hierzu wird von einer Pumpe 70, die außerhalb des Reaktors 40 angeordnet ist, am Boden 30 Abwasser abgesaugt und, über die Leitungen 35 und 37 einer im Reaktorboden 30 angeordneten Düse 60 zugeführt, in der das Ab- wasser mit hoher Geschwindigkeit in den Reaktor 40 eingedüst wird, wodurch zusammen mit der eingesaug- ten Luft 80 eine intensive Gasdispergierung er- reicht wird. Zwischen Pumpe 70 und Düse 60 befindet sich das unterhalb des Reaktors 40 angeordnete Membranmodul 1. Das Membranmodul 1 steht unter dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule des Ab- wasserreaktors 40 und unter dem hydrodynamischen Druck, der von der Pumpe 70 mit Hilfe der Düse 60 erzeugt wird. Beide Drücke erzeugen ein trans- membranes Druckgefälle, welches in kostengünstiger Weise die Filtrierung des Abwassers ermöglicht. Der Filtratstrom B wird aus der Hohlwelle 9 abgeleitet, während der Konzentratstrom A zur Düse 60 geleitet

wird und zusammen mit Luft 80 in den Reaktor 40 eingedüst wird.

Die Figur 3 zeigt im Wesentlichen den gleichen Ab- wasserreaktor 40 wie in Figur 2. Gleiche Bezugszei- chen bezeichnen bau-oder funktionsgleiche Teile.

Im Unterschied zu der Wasseraufbereitungsanlage 100 nach Figur 2 ist gemäß der Figur 3 die Filtervor- richtung 1 nicht auf der Druck-, sondern auf der Saugseite der Pumpe 70 angeordnet, so dass bei die- ser Ausführungsform lediglich der hydrostatische Druck als transmembranes Druckgefälle wirkt. Auch gemäß Figur 3 ist die Filtervorrichtung 1 in einem Gehäuse 3 unterhalb des Reaktorbodens 30 des Reak- tors 40 angeordnet.

Die Vorrichtung gemäß Figur 4 zeigt im Wesentlichen den gleichen Abwasserreaktor 40 wie in Figur 2 und 3. Die Filtervorrichtung 1 ist auf der Druckseite der Pumpe 70 angeordnet. Im Unterschied zu der Vor- richtung nach Figur 2 wird der Konzentratstrom A jedoch nicht zur Düse 60 geleitet, sondern wird dem Membranmodul 1 entzogen und kann direkt beispiels- weise zur Schlammfaulung geleitet werden. Gemäß dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung kann die Biomassekonzentration im Abwasserre- aktor 40 nach Belieben eingestellt werden.

Beispiel : Am folgenden Beispiel soll unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 der Kostenvorteil der erfindungsge- mäßen Apparatur im Vergleich zu einer herkömmlichen Cross-flow-Filtration aufgezeigt werden.

Für den biologischen Abbau eines industriellen Ab- wassers wird eine moderne Abwasserreinigungsanlage 100 mit einer biologischen Stufe bestehend aus ei- nem mit aeroben Mikroorganismen besetzten Schlau- fenreaktor 40 mit Filtrationseinheit 1 betrieben.

Das Abwasser besitzt einen chemischen Sauerstoffbe- darf (CSB) von etwa 7900 mg/l und fällt mit etwa 20000 m3 pro Jahr an. Es ist biologisch gut abbau- bar mit einem Abbaugrad von 90 % bei einer hydrau- lischen Verweilzeit von etwa 20 h. Der Schlaufenre- aktor 40 besitzt einen Durchmesser von 2 m und eine Füllhöhe H von 15 m, somit beträgt sein Flüssig- keitsvolumen bei einem Gasgehalt von etwa 5 % unge- fähr 45 m3. Zur Sauerstoffversorgung der aeroben Mikroorganismen muss dem Schlaufenreaktor 40 unten, also im Bereich des Bodens 30, Luft zugeführt wer- den mit einem Volumenstrom von etwa 170 bis 200 m3 pro Stunde. Zur Dispergierung des Gases in kleine Blasen und damit zur Schaffung einer genügend gro- ßen Stoffaustauschfläche für die Sauerstoffversor- gung wird der zugeführte Luftstrom mittels eines durch eine im Boden 30 des Reaktors angeordnete Dü- se 60 erzeugten Flüssigkeitsstrahls zerteilt. Hier- zu wird dem Schlaufenreaktor 40 am Boden 30 ein Flüssigkeitsstrom von etwa 35 m3/h abgezogen und durch die Leitungen 35 und 37 mit Hilfe einer Pumpe 70 der Düse 60 zur Gasdispergierung zugeführt. Der dabei entstehende hydrodynamische Druck beträgt et- wa 2 bar, der statische Druck aufgrund der Flüssig- keitssäule beträgt hingegen knapp 1,5 bar. Selbst- verständlich kann eine Gasdispergierung auch ohne Düse erfolgen, zum Beispiel mittels statischer Be- gaser, wie Lochböden, perforierten Schläuchen, Platten etc.. Der für den Flüssigkeitsstrahl benö-

tigte Leistungseintrag ergibt sich ohne Berücksich- tigung des Pumpenwirkungsgrades zu etwa 2 kW, wor- aus ein spezifischer hydraulischer Leistungseintrag von unter 50 W/m3 resultiert. Zur Erhöhung der ak- tiven Biomasse im System ist der Schlaufenreaktor 40 auf der Druckseite der Pumpe 70 mit einem Filt- rationsmodul 1 ausgerüstet (Figur 2). Es handelt sich um einen Rotations-Scheibenfilter. Dieser be- steht aus 10 einzelnen Modulen mit etwa 1 m Länge und jeweils 100 keramischen Filterscheiben 11 mit etwa 0,15 m Durchmesser und einem mittleren Poren- durchmesser von etwa 0,1 um. Die Module werden mit- tels eines nicht dargestellten Elektromotors mit etwa 220 Umdrehungen pro Minute angetrieben, so dass sich ein spezifischer Filtratfluss von 70 1/m2h ergibt, ohne dass nennenswerte Deckschicht- bildung auftritt. Der spezifische Leistungsbedarf dieser Filtration liegt bei etwa 0,13 kWh/m3 chne Berücksichtigung des Motorwirkungsgrades.

Verwendet man anstatt des beschriebenen Rotations- Scheibenfilters eine herkömmliche Cross-flow- Filtration, so ergäben sich folgende Daten : Verwendete Membran : keramisches Multikanalelement mit 7 Kanälen mit jeweils 6 mm Durchmesser ; mittle- rer Porendurchmesser 0,1 um. Länge des Moduls 1 m.

Bei einer Überströmgeschwindigkeit von 3 m/s kann die Deckschichtbildung akzeptabel kontrolliert wer- den und es ergibt sich ein mittlerer spezifischer Filtratfluss von etwa 70 l/m2h und somit in diesem Punkt vergleichbare Werte zur erfindungsgemäßen Vorrichtung. Um die benötigte Filtrationsfläche von

etwa 32 m2 zu erzielen, müssen etwa 240 solcher Cross-flow-Filterröhren verwendet werden, die je- weils zu 10 Einzelröhren in ein gemeinsames Modul eingebaut sind, von denen dann insgesamt 24 Module benötigt werden. Der spezifische Leistungsbedarf dieser Cross-flow-Filtration liegt bei etwa 1,2 kWh pro m3 Filtrat und ist damit nahezu zehnmal größer als bei der erfindungsgemäßen Kombination aus Ab- wasserreaktor mit Rotations-Scheibenfilter. Zusätz- lich besteht bei der Cross-flow-Filtration noch der Nachteil des benötigten sehr großen Volumenstroms (Pumpenauswahl) sowie die Neigung zum Verstopfen, falls Partikel im zu reinigenden Abwasser vorhanden sind, welche einen größeren Durchmesser als den Ka- naldurchmesser (in diesem Fall 6 mm) aufweisen.