PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004009084T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001652572
Titel Prozess zur Reinigung eines Tauchmembranmoduls, Gasleitungssystem zur Reinigung einer solchen Membran und Filtrationstank mit Gasleitungssystem
Anmelder DHV Water B.V., Amersfoort, NL
Erfinder Van der Roest, Helle Frans, NL 3828 XJ Hoogland, NL;
Lawrence, Darren Paul, NL 3882 LP Putten, NL
Vertreter Patentanwälte Isenbruck Bösl Hörschler Wichmann Huhn, 68165 Mannheim
DE-Aktenzeichen 602004009084
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.10.2004
EP-Aktenzeichen 040779712
EP-Offenlegungsdatum 03.05.2006
EP date of grant 19.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse B01D 65/08(2006.01)A, F, I, 20060330, B, H, EP

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran und auf ein Gasströmungssystem zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Membranfiltrationsbehälter umfassend dieses Gasströmungssystem zur Reinigung einer oder mehrerer Tauch-Filtrationsmembranen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung mit dem Gasströmungssystem.

Hintergrund der Erfindung

Tauchmembranen werden verwendet zur Behandlung einer Flüssigkeit, die feste Stoffe enthält, um eine gefilterte Flüssigkeit, abgereichert oder frei von Feststoffen, und ein ungefiltertes Retentat, reich an Feststoffen, zu erzeugen. Tauchmembranen werden z.B. verwendet, um im Wesentlichen sauberes Wasser aus Abwasser zu gewinnen und um Trinkwasser aus einem See oder Vorratsbehälter zu gewinnen. Die Membranen sind im Allgemeinen in Modulen oder Einheiten angeordnet, die die Membranen und Kopfstücke, die mit den Membranen verbunden sind, enthalten. Die Module sind in einem Behälter mit Feststoffe enthaltendem Wasser eingetaucht. Üblicherweise wird ein Transmembrandruck über die Membranwände aufgebracht, der dafür sorgt, dass das Wasser durch die Membranoberflächen permeiert. Feststoffe permeiern nicht durch die Membranen und verbleiben im Behälterwasser und können biologisch oder chemisch behandelt werden oder aus dem Behälter abgelassen werden.

Verschmutzung und Verstopfung solcher Filtermembranen durch Feststoffe sollten überwacht werden. Zu diesem Zweck werden Luftblasen durch Luftsprudler, die unterhalb oder in den Membranmodulen montiert sind und durch Rohre mit einem Druckluftgebläse verbunden sind, in den Tank eingeleitet. Die Luftblasen steigen an die Oberfläche des Inhalts des Behälters auf und erzeugen einen Luftauftrieb, der den Inhalt des Behälters um das Membranmodul (die Membranmodule) umwälzt. Wenn die Größe der Luftströmung in einem effektiven Bereich ist, reinigen und bewegen die aufsteigenden Blasen und das Behälterwasser die Poren und Oberflächen der Membranen und verhindern, dass Feststoffe im Behälterwasser die Poren der Membranen verschmutzen. Weiterhin gibt es auch einen Sauerstoffübergang von den Blasen an das Behälterwasser, der in Abwasser-Anwendungen Sauerstoff zum Wachstum von Mikroorganismen bereitstellen kann.

Ein Nachteil der Verfahren zur Reinigung von Tauch-Filtrationsmembranen gemäß dem Stand der Technik, z.B. in EP 0605826 und EP 1452493 beschrieben, ist, dass die Membranen unter Betriebsbedingungen schließlich mit Feststoff verschmutzen, was die Betriebsdauer der Membranen verringert und die Effizienz des Filtrationsprozesses des Wassers im Tank verringert. Ein weiterer Nachteil der Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur Reinigung von Tauch-Filtrationsmembranen ist, dass große Mengen an Luft benötigt werden, die unter anderem die Regelung von biologischen Prozessen erschweren. Weitere Systeme aus dem Stand der Technik sind in US 2003/141248, US 2002/139748 und US 6280626 offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran bereitzustellen, ein Gasströmungssystem zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran bereitzustellen und einen Membranfiltrationsbehälter, der dieses Gasströmungssystem umfasst, bereitzustellen, wobei die Membranen während des Gebrauchs im Wesentlichen vor Verschmutzung bewahrt werden und worin während des Verfahrens weniger Gas verwendet werden muss, um eine Reinigung der Membranen zu erzielen. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung bereitzustellen.

Unter einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Unter einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Gasströmungssystem gemäß Anspruch 5 bereitgestellt.

Unter noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Membranfiltrationsbehälter gemäß Anspruch 8 bereitgestellt.

Unter noch einem nächsten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, umfassend computerausführbare Instruktionen, das, wenn es auf einem Computer geladen ist, der mit einem Gasströmungssystem gemäß der Erfindung verbunden ist, die Verbindung von Computer und Gasströmungssystem mit der Funktionalität des Verfahrens gemäß der Erfindung bereitstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1a und 1b stellen schematisch Membranfiltrationssysteme gemäß dem Stand der Technik dar.

2 stellt schematisch einen Behälter, umfassend eine Tauch-Filtrationsmembran und ein Gasströmungssystem gemäß einer Ausführung der Erfindung dar.

3a und 3b stellen schematisch einen Behälter, umfassend eine Tauch-Filtrationsmembran und ein Gasströmungssystem gemäß einer Ausführung der Erfindung dar, wobei in dem Behälter eine Welle auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter erzeugt wird.

4 stellt schematisch einen Membranfiltrationsbehälter, enthaltend ein Gasströmungssystem gemäß einer Ausführung der Erfindung dar.

5a bis c stellen schematisch Ausführungsformen einer Gasdispergiervorrichtung dar.

Ausführliche Beschreibung

Beim Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran gemäß der Erfindung wird eine Welle (periodisch) auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter erzeugt. Die Turbulenz, die in der Flüssigkeit in dem Behälter durch diesen Prozess erzeugt wird, stellt einen besseren Schutz gegen Verschmutzung der Membran bereit als Verfahren gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere nach einer Periode (zweite Periode) in der kein Fluss an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird und ein neuer Fluss (in einer ersten Periode) bereitgestellt wird, wird ein Wasserstrahl in die Flüssigkeit bereitgestellt, aufgrund der Tatsache, dass während der zweiten Periode, in der kein Fluss bereitgestellt wird, die Gasdispergiervorrichtung Wasser aufnimmt, der plötzlich fortschnellt, wenn der Fluss wieder bereitgestellt wird.

Tauch-Filtrationsmembranen sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. Flachplattentauchmembrane, Hohlfasertauchmembrane, Kapillarmembrane usw., die Porengrößen im Bereich von 0,003 bis 10 &mgr;m aufweisen. Anbieter solcher Membranen sind z.B. Kubota, Mitsubishi, Norit Membrane Technology, Seghers-Toray, Zenon usw. Solche Membranen können z.B. in Membranbioreaktoren (MBR) angewendet werden. MBR-Technologie basiert auf der Verbindung eines Belebtschlammverfahrens und einer Membranfiltration in einem Behandlungsschritt. Die Trennung des Belebtschlammes und des Abgases erfolgt durch Verwendung von Membranen, in denen das gesamte gelöste Material aus dem Wasser entfernt wird. Der biologische Prozess des MBR ist vergleichbar mit konventionellen Belebtschlammverfahren, woraus eine gute Aufarbeitung resultiert und Flexibilität erhalten wird. MBR kann in städtischen und industriellen Abwasserreinigungsprozessen angewendet werden. Demzufolge kann das Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran gemäß der Erfindung in einem städtischen oder industriellen Abwasserreinigungsverfahren angewendet werden. Das Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran gemäß der Erfindung kann jedoch auch angewendet werden zur Herstellung von Trinkwasser, z.B. kann die zu behandelnde Flüssigkeit auch Wasser aus einem See oder einem Vorratsbehälter sein. Der Behälter, in dem der Prozess der Erfindung angewendet werden kann, kann jeder beliebige Behälter, Kessel usw. sein, der einem Fachmann für solche Anwendungen bekannt ist.

Die Gasdispergiervorrichtung zur Bereitstellung eines Gases in der Flüssigkeit kann ein Mittel sein wie z.B. in EP 0605826 oder EP 1452493 beschrieben. Es kann sich um eine Gasdispergiervorrichtung unterhalb zumindest eines Teils der Filtrationsmembranoberfläche handeln, umfassend einen Luftsprudler mit Öffnungen oder Löchern zwischen 1 und 20 mm, mehr bevorzugt Löcher mit einem Durchmesser zwischen 5 und 10 mm. Grundsätzlich umfasst die Gasdispergiervorrichtung einen Hohlkörper wie einen Kanal, der flach, rechteckförmig, rund usw. sein kann, umfassend eine Umfangsfläche mit einer Anzahl von Öffnungen, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 1 und 20 mm aufweisen. Die Öffnungen können über die Umfangsfläche verteilt sein, aber werden im Allgemeinen vorzugsweise in dem Teil der Umfangsfläche verteilt sein, die, wenn in Gebrauch, in Richtung der Membran (Einheit) in dem Behälter gerichtet ist. Die Gasdispergiervorrichtung, der Luftsprudler, kann ein gerader oder gekrümmter Kanal oder Rohr sein, er kann eine Anzahl von Kanälen oder Rohren umfassen, kann aber auch eine plattenartige Struktur sein (die zumindest einen (beidseitigen) ersten Einlass und einen (beidseitigen) zweiten Einlass aufweist). Der Luftsprudler kann Abzweige umfassen, beispielsweise einen zentralen Kanal mit einer Anzahl von Abzweigungen oder mit z.B. einer Art Weihnachtsbaumverteilung der Abzweigungen versehen sein, wobei jede Abzweigung auch Öffnungen (Durchmesser 1-20 mm) enthalten kann. Die Gasdispergiervorrichtung hat Öffnungen, um ein Gas in der Flüssigkeit bereitzustellen. Gas wird dem Hohlkörper oder Kanal durch den ersten und/oder zweiten Einlass bereitgestellt, welches durch die Öffnungen austritt, um Gasblasen in der Flüssigkeit zu bilden. Bezüglich der Art der verwendeten Gasdispergiervorrichtung, wird der Begriff Gasdispergiervorrichtung verwendet für alle oben beschriebenen Arten von Gasdispergiervorrichtungen oder andere Gasdispergiervorrichtungen, die dem Fachmann bekannt sind.

Die Gasdispergiervorrichtung wird üblicherweise unterhalb zumindest eines Teils der Oberfläche der Filtrationsmembran platziert. In einer Ausführungsform ist die Gasdispergiervorrichtung ein Bestandteil des Filtrationsmembranmoduls oder der Einheit, wie es häufig der Fall ist für kommerziell erhältliche Membranmodule. Die Gasdispergiervorrichtung kann auch neben der Filtrationsmembran angeordnet sein, z.B. auf halber Höhe der Membran (Einheit) oder teilweise neben der Filtrationsmembran oder versetzt in Bezug auf das Membranmodul oder die Einheit. Der Fachmann kann eine geeignete Anordnung in Bezug auf die Membran(en) oder Einheit(en) umfassend Membranen, wählen. Der Ausdruck „Gasdispergiervorrichtung, angeordnet unter zumindest einem Teil der Oberfläche der Filtrationsmembran" soll diese unterschiedlichen Anordnungen umfassen und umfasst solche Anordnungen, die, wenn die Tauchfiltrationsmembran in einem Behälter mit einer Flüssigkeit verwendet wird, einen Gasfluss (Blasen) im Wesentlichen parallel zu zumindest einem Teil der Membranoberfläche bereitstellt und einen Luftauftrieb entlang der Oberfläche einer Membran (Einheit) bereitstellt.

Hierin umfasst „Membranoberfläche" die Oberfläche der Membran(en) oder Membraneinheit, des Membranmoduls oder Membrankassette, die in die Flüssigkeit gerichtet ist und die üblicherweise im Wesentlichen vertikal (manchmal mit einem Freiheitsgrad, z.B. Membranen mit einem kleinen Grad an Spiel) ist. Die Gasdispergiervorrichtung der vorliegenden Erfindung hat zumindest zwei Einlässe, obwohl mehr Einlässe vorhanden sein können. Filtrationsmembranen können rechteckig sein. Filtrationsmembranen sind üblicherweise in Einheiten enthalten, die rechteckförmig sind. Hierin bezieht sich der Ausdruck „Membran" auch auf Membraneinheit, Modul oder Kassette. Die Gasdispergiervorrichtung kann auch eine Struktur mit einer größeren Länge als Breite aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Einlass und der zweite Einlass an gegenüberliegenden Seiten der Gasdispergiervorrichtung angeordnet, insbesondere an den gegenüberliegenden Seiten in Richtung der Länge (d.h. an den Endseiten des Kanals oder an den Endseiten des Hauptkanals der Gasdispergiervorrichtung). Dies bedeutet nicht notwendigerweise, dass die Einlässe an den Kanten sein müssen; sie können auch in der Nähe der Kanten sein. In einer weiteren Ausführungsform haben der erste und zweite Einlass einen Abstand zueinander, berechnet aus den Zentren der Einlässe zur Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der Gasdispergiervorrichtung. Bevorzugt liegt dieser Abstand bei zumindest ungefähr 80-90 % der Länge. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass aus dem Stand der Technik bekannte Gasdispergiervorrichtungen verwendet werden können oder bei der, wenn notwendig, nur ein zweiter Einlass und/oder ein zweites Rohr (das den zweiten Einlass und eine Gasquelle wie ein Gebläse verbindet) bereitgestellt werden braucht. Wenn die Gasdispergiervorrichtung mit Gas gespült wird (v.i.), können der zweite (oder erste) Einlass auch als Auslass verwendet werden.

Die Gasdispergiervorrichtung erhält Gas von einer Gasquelle. Diese Quelle kann eine bekannte Quelle sein, die Luft, Stickstoff und/oder andere, vorzugsweise inerte Gase oder Kombinationen davon bereitstellt. Vorzugsweise wird Luft verwendet. Das Gas wird vorzugsweise dem ersten Einlass oder den zweiten Einlass oder sowohl dem ersten als auch dem zweiten Einlass bereitgestellt. Das Gas wird dem Einlass (den Einlässen) auf gepulste Art bereitgestellt, d.h. während einer ersten Periode wird ein Gasfluss bereitgestellt und während einer zweiten Periode wird kein Gasfluss an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt, um das Gas unterhalb zumindest eines Teils der Oberfläche der Filtrationsmembran bereitzustellen. Die erste Periode beträgt z.B. ungefähr 1 bis 300 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5 bis 60 Sekunden und die zweite Periode beträgt ungefähr 1 bis 600 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5 bis 300 Sekunden. Vorzugsweise werden die erste und zweite Periode mehrmals wiederholt, z.B. bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen, z.B. ungefähr 2-100 Zyklen. In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, wobei sich die zweite Periode im dem zeitlichen Ablauf befindet, in dem Blasen, die durch die Gasdispergiervorrichtung erzeugt werden, an die Oberfläche der Flüssigkeit entlang der Filtrationsmembran aufsteigen. Auf diese Weise werden die Blasen, die während der ersten Periode erzeugt wurden, effizient genutzt und Gas zur Belüftung wird nicht exzessiv genutzt.

Die Erfindung stellt einen Prozess bereit, umfassend das Bereitstellen des gepulsten Gasflusses an den ersten Einlass während eines ersten Intervalls und Bereitstellen des gepulsten Gasflusses an den zweiten Einlass während eines zweiten Intervalls. Dies kann zum Bespiel ein Prozess sein, bei dem die erste Periode und die zweite Periode mehrmals während des ersten Intervalls, zu dem ein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt wird, wiederholt und wobei die erste und zweite Periode mehrmals während des zweiten Intervalls, wenn der Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt wird, wiederholt wird. Vorzugsweise wird aufgrund der Wiederholung der ersten und zweiten Perioden eine Welle an der Oberfläche der Flüssigkeit gebildet und Turbulenz in die Flüssigkeit im Behälter eingebracht. Dies fördert eine gute Verteilung von festem Stoff, wie beispielsweise Biomasse in der Flüssigkeit im Behälter und senkt die Anzahl der Totzonen oder vermeidet sogar Bildung von solchen Zonen, wo keine Umwälzung auftritt. Das erste Intervall kann z.B. bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen, beispielsweise 2 bis 100 Zyklen den Gasfluss an den ersten Einlass bereitstellen und das zweite Intervall kann ebenfalls bis zu ungefähr 500 Zyklen, beispielsweise ungefähr 2 bis 100 Zyklen den Gasfluss an den zweiten Einlass bereitstellen.

Das erste und zweite Intervall können übereinstimmen, entweder vollständig oder teilweise, oder können zeitlich vollständig voneinander getrennt sein, so dass sich das erste und zweite Intervall abwechseln. Nach jedem Intervall kann es ein Intervall geben, in dem kein Gasfluss bereitgestellt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Prozess bereitgestellt, in den nach dem ersten Intervall oder nach dem zweiten Intervall oder sowohl nach dem ersten und dem zweiten Intervall ein drittes Intervall bereitgestellt wird, in dem kein Gasfluss an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird. Das dritte Intervall kann zwischen wenigen Sekunden und mehr als einer Stunde sein. In einer Ausführungsform beträgt das dritte Intervall ungefähr zwischen 1 und 600 Sekunden, vorzugsweise zwischen ungefähr 5 und 300 Sekunden. Die Ausführungsform kann insbesondere die Vorteile der Erfindung bereitstellen, da während des dritten Intervalls Flüssigkeit in die Gasdispergiervorrichtung eintreten kann und wenn das erste oder zweite Intervall beginnen, wird ein Flüssigkeitsstrahl bereitgestellt, der aus der Gasdispergiervorrichtung austritt, insbesondere durch die Öffnung(en) der Gasdispergiervorrichtung nahe dem ersten bzw. dem zweiten Einlass. In einer Ausführungsform weisen die Öffnungen, die am dichtesten zum ersten bzw. zum zweiten Einlass liegen, einen Abstand zueinander auf, der berechnet wird von den Zentren der Öffnungen in der Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der Gasdispergiervorrichtung. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand zumindest ungefähr 80-90 % der Länge.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Prozess bereitgestellt, umfassend:

  • – Bereitstellen an dem ersten Einlass während eines ersten Intervalls von bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen, z.B. bis zu ungefähr 2-100 Zyklen oder Pulsen, mit einer ersten Periode von ungefähr 1-300 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5-60 Sekunden (Gasflusspuls) und mit einer zweiten Periode von ungefähr 1-600 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5-300 Sekunden, während derer kein Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt wird;
  • – Bereitstellen keines Gasflusses an dem ersten Einlass und Bereitstellen keines Gasflusses an dem zweiten Einlass während eines Intervalls (drittes Intervall) von zwischen ungefähr 1 und 600 Sekunden, wobei dieses Intervall vorzugsweise ungefähr 5-300 Sekunden während der Membranfiltration beträgt;
  • – Bereitstellen an dem zweiten Einlass während eines zweiten Intervalls bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen, z.B. bis zu ungefähr 2-100 Zyklen oder Pulsen mit einer ersten Periode von ungefähr 1-300 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5-60 Sekunden (Gasflusspuls) und mit einer zweiten Periode von ungefähr 1-600 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5-200 Sekunden, bei denen kein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt wird;
  • – Bereitstellen keines Gasflusses an dem ersten Einlass und Bereitstellen keines Gasflusses an dem zweiten Einlass während eines Intervalls (drittes Intervall) von zwischen ungefähr 1 und 600 Sekunden, wobei dieses Intervall vorzugsweise ungefähr 5-300 Sekunden während der Membranfiltration beträgt;
  • – Wiederholen der vier vorhergehenden Schritte.

Wie vorstehend erwähnt, stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Ausführungsform des Verfahrens bereit, in dem der gepulste Gasfluss eine Welle an der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter bereitstellt. Vorzugsweise wird der Gasfluss auf solche Art bereitgestellt, dass die an der Oberfläche erzeugte Welle eine Amplitude zwischen ungefähr 1-30 Zentimeter, beispielsweise zwischen ungefähr 5-20 Zentimetern aufweist. Dies ist die Welle, die an der Oberfläche durch den Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, insbesondere während des ersten einen oder der ersten mehreren Pulse an Gasstrom im ersten Intervall und/oder des ersten einen oder der mehreren Pulse an Gasstrom im zweiten Intervall. Während des ersten Intervalls wird die Welle hauptsächlich an einer Seite der Filtrationsmembran erzeugt, d.h. an der Seite der Filtrationsmembran, die am dichtesten zum ersten Einlass angeordnet ist und während des zweiten Intervalls wird die Welle hauptsächlich an der anderen Seite der Filtrationsmembran erzeugt, d.h. an der Seite der Filtrationsmembran, die am dichtesten zum zweiten Einlass liegt. Auf diese Weise wird Turbulenz in der Flüssigkeit im Tank erzeugt, die gesamte Oberfläche der Filtrationsmembran wird effektiv von Verschmutzungen gereinigt und/oder das Verschmutzen wird im Wesentlichen verhindert und die Bildung von Konzentrationsgradienten an Feststoffen in der Flüssigkeit wird reduziert oder verhindert. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Öffnungen der Gasdispergiervorrichtung, die am dichtesten zum ersten bzw. zweiten Einlass liegen, einen Abstand voneinander, berechnet aus den Zentren der Öffnungen in der Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der Membraneinheit. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand zumindest ungefähr 80-90 % dieser Länge. Der Fachmann kann die erste und zweite Periode, den Gasfluss, die Intervallzeiten usw. derart anpassen, dass die gewünschte Amplitude der Welle an der Oberfläche, Turbulenz, Reduktion an Verschmutzung an der Membranoberfläche usw. erhalten wird. Weiterhin können die Zeiten der ersten und zweiten Perioden, des ersten, zweiten und dritten Intervalls während des Prozesses variiert werden. Die gewählte Amplitude kann beispielsweise vom Ausmaß der Verschmutzung abhängen, aber auch von den Dimensionen des Behälters, der Höhe der Flüssigkeit im Behälter, der Art der Anwendung usw.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der gepulste Gasfluss am ersten Einlass während eines ersten Intervalls bereitgestellt, so dass ungefähr 1-20 Wellen bereitgestellt werden, und wobei anschließend (oder nach einem dritten Intervall) der Gasfluss an den zweiten Einlass während eines zweiten Intervalls bereitgestellt wird, so dass 1-20 Wellen bereitgestellt werden. Dieser Prozess kann während der Membranfiltration wiederholt werden. Auf diese Weise wird die Tauchfiltrationsmembran effektiv gegen Verschmutzung geschützt und/oder Verschmutzung erfolgt in einem wesentlich längeren Zeitrahmen als mit Belüftungsmethoden aus dem Stand der Technik.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, in dem ein Gasfluss von 0,01-0,3 Nm3/h/m2, in Bezug auf die Fläche der Membran bereitgestellt wird. Dieser Gasfluss beschreibt den Gasfluss pro Stunde pro Membranfläche. Der Gasfluss kann abhängen von der Art der Anwendung, beispielsweise kann der Gasfluss ungefähr 0,02-0,1 für Nm3/h/m2 für eine Trinkwasserfiltrationsanwendung sein und kann ungefähr 0,05-0,25 für Nm3/h/m2 für eine Abwasserfiltrationsanwendung sein. Verfahren gemäß dem Stand der Technik haben üblicherweise Gasflüsse größer als ungefähr 0,4 für Nm3/h/m2 oder sogar bis zu 0,7 für Nm3/h/m2. Demzufolge stellt das Verfahren und Gasströmungssystem der Erfindung einen weiteren Vorteil darin bereit, dass weniger Gas verwendet werden muss. Dies stellt nicht nur Vorteile in ökonomischer Hinsicht bereit sondern stellt weiterhin den Vorteil bereit, dass biologische Verfahren, in denen Sauerstoff verwendet wird oder bei denen andererseits (zuviel) Sauerstoff Verfahren stören kann, besser gesteuert werden können.

Das Gasströmungssystem zur Reinigung einer Tauchfiltrationsmembran gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise verwendet werden in Verfahren zur Reinigung einer Tauchmembran gemäß der Erfindung. Die Gasdispergiervorrichtung des Gasströmungssystems, beispielsweise ein Luftsprudler, ist mit einem Vorrat für Gas über ein Rohr (erstes Rohr) mit dem ersten Einlass und über ein weiteres Rohr (zweites Rohr) mit dem zweiten Einlass verbunden. In einer Ausführungsform kann es mehr Einlässe geben und das erste Rohr kann mit einem oder mehreren Einlässen verbunden sein, ebenso wie das zweite Rohr mit einem oder mehreren Einlässen verbunden sein kann. Die Anzahl der Einlässe kann von der Art der Tauchfiltrationsmembran, ihrer Abmessung und z.B. von der Art der verwendeten (kommerziell erhältlichen) Gasdispergiervorrichtung oder dem verwendeten Luftsprudlersystem abhängen. Wie vorstehend erwähnt wird in einer Ausführungsform ein Gasströmungssystem zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran bereitgestellt, wobei der erste Einlass und der zweite Einlass an gegenüberliegenden Seiten der Gasdispergiervorrichtung angeordnet sind, d.h. angeordnet an den Endseiten der Gasdispergiervorrichtung (Kanal mit Vielzahl an Öffnungen zur Bereitstellung von Gasblasen in der Flüssigkeit).

Das erste Rohr und das zweite Rohr des Gasströmungssystems enthalten Ventile. Beide Rohre enthalten ein Ventil, so dass während eines ersten Intervalls nur Gas bereitgestellt wird (auf eine gepulste Art) durch Öffnen und Schließen des ersten Ventils am ersten Einlass und während eines zweiten Intervalls nur Gas bereitgestellt werden kann (auf eine gepulste Art) durch Öffnen und Schließen des zweiten Ventils am zweiten Einlass. Beide Ventile können auch zur gleichen Zeit geöffnet und geschlossen werden, was z.B. nach einem dritten Intervall ohne Strömung, erfolgen kann, wobei ein Strahl an beiden Seiten der Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird (d.h. das erste und zweite Intervall stimmen überein). Wenn die Intervalle nicht übereinstimmen, d.h. eines der Ventile geschlossen ist und das andere Ventil Gasströmungspulse induziert, wird der Strahl an einer Seite der Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt.

Der Strahl wird hauptsächlich bereitgestellt nach einem Intervall (drittes Intervall), in dem keine Strömung bereitgestellt wird. Demzufolge ist das Intervall vorzugsweise lang genug, um die Gasdispergiervorrichtung zumindest teilweise mit Flüssigkeit zu füllen. Vorzugsweise ist die Zeit lang genug, um das innere Volumen der Gasdispergiervorrichtung zumindest zu ungefähr 50-80 Vol.-% zu füllen. Der Strahl wird hauptsächlich durch den ersten Puls (die ersten Pule) induziert; nach einigen Pulsen (die erste und zweite Periode wechseln sich ein paar Mal ab) wird die Gasdispergiervorrichtung Blasen durch im Wesentlichen alle Öffnungen bereitstellen. Wenn jedoch die zweite Periode auch lang genug ist, um die Gasdispergiervorrichtung zumindest teilweise zu füllen, kann der Strahl auch durch den nachfolgenden ersten Puls (die nachfolgenden ersten Pulse) induziert werden. In kommerziell erhältlichen Systemen für z.B. MBR-Anwendungen, ist eine Zeit von ungefähr 5-20 Sekunden ausreichend, um den gewünschten Wasserstrahl gemäß der Erfindung bereitzustellen. Diese Zeit hängt vom Innenvolumen der Gasdispergiervorrichtung ab und hängt auch von z.B. der Position (Tiefe) der Gasdispergiervorrichtung in Bezug auf die Oberfläche der Inhalte des Behälters ab. Es ist nicht notwendig, dass die Gasdispergiervorrichtung vollständig mit der Flüssigkeit des Behälters gefüllt ist. Wenn die Gasdispergiervorrichtung teilweise gefüllt ist und der Gasfluss erneut bereitgestellt wird, kann ein ausreichender Druckabfall bereitgestellt werden, so dass auch ein Strahl erzeugt wird.

Der Begriff Gasvorrat umfasst auch eine Anzahl von Vorräten.

In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Gasströmungssystem gemäß der Erfindung bereitgestellt, das weiterhin ein Spülventil umfasst, das mit dem ersten oder mit dem zweiten Rohr verbunden ist. Dies stellt vorteilhafterweise die Möglichkeit bereit, die Gasdispergiervorrichtung zu spülen. Eine Spülung wird zum Beispiel bereitgestellt durch Öffnen des ersten und dritten Ventils und Schließen des zweiten Ventils und Bereitstellen von Gas an die Gasdispergiervorrichtung. Ein periodisches Spülen kann vom erfindungsgemäßen Verfahren umfasst sein, z.B. wenn die Gasdispergiervorrichtung (zu) viele feste Stoffe zu enthalten scheint. Die festen Stoffe und/oder Schlamm wird durch den Gasstrom von der Gasdispergiervorrichtung zum Spülventil gepresst, wodurch die Gasdispergiervorrichtung gereinigt wird.

Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Membranfiltrationsbehälter bereitgestellt zur Verwendung von einer oder mehreren Tauchfiltrationsmembranen, umfassend eine oder mehrere Tauchfiltrationsmembranen und ein oder mehrere Gasströmungssysteme gemäß der Erfindung zur Reinigung der einen oder mehreren Filtrationsmembranen, wobei das Gasströmungssystem eine Gasdispergiervorrichtung umfasst. Die eine oder mehreren Gasdispergiervorrichtungen zur Bereitstellung eines Gases in der Flüssigkeit können unter zumindest einem Teil der ein oder mehreren Oberflächen der Filtrationsmembran angeordnet sein.

Dieser Gesichtspunkt der Erfindung ist auf Membranfiltrationsbehälter gerichtet, die beispielsweise in MBR-Verfahren verwendet werden, wobei das Gasströmungssystem zur Reinigung einer erfindungsgemäßen Tauch-Filtrationsmembran verwendet wird, aber worin das Gasströmungssystem eine Anzahl von Gasdispergiervorrichtungen umfasst. Üblicherweise umfasst ein Membranfiltrationsbehälter eine Anzahl von Membraneinheiten und jede Einheit kann durch eine Gasdispergiervorrichtung belüftet sein. Solche Gasdispergiervorrichtungen können in der Membraneinheit integriert sein. Weiterhin, wie vorstehend beschrieben, können der erste Einlass und der zweite Einlass der Gasdispergiervorrichtung an gegenüberliegenden Seiten der Gasdispergiervorrichtung angeordnet sein. In noch einer weiteren Ausführungsform enthält das Rohr zu dem einen oder mehreren ersten Einlässen und das Rohr zu dem einen oder mehreren zweiten Einlässen ein Ventil. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Spülventil bereitgestellt werden, wobei das Spülventil mit dem Rohr zu dem einen oder mehreren ersten Einlässen oder dem Rohr zu dem einen oder mehreren zweiten Einlässen verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Membranfiltrationsbehälter in einem Membranbioreaktorsystem enthalten, umfassend einen oder mehrere Reaktoren, in denen eine Nitrifikation durchgeführt wird und einen oder mehrere Reaktoren, in denen Denitrifikation durchgeführt wird, und wobei ein Ausfluss aus diesen Reaktoren in den Membranfiltrationsbehälter geführt wird.

Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, umfassend computerausführbare Instruktionen, das, wenn es auf einen Computer geladen ist, der mit einem Gasströmungssystem gemäß der Erfindung verbunden ist, die Verbindung des Computers und des Gasströmunssystems mit der Funktionalität des Verfahrens gemäß der Erfindung bereitstellt. Der Computer ist mit der Hardware der Gasversorgung (oder Gasversorgungen), dem ersten Ventil, dem zweiten Ventil und dem dritten Ventil (und optional weiteren Ventilen) verbunden. Dieses Computerprogrammprodukt kann die Funktionalitäten bereitstellen, einen Gasfluss während einer ersten Periode bereitzustellen, z.B. durch Öffnen des ersten und/oder zweiten Ventils, keinen Gasfluss während einer zweiten Periode bereitzustellen, z.B. durch Schließen sowohl des ersten als auch des zweiten Ventils. Es stellt die Funktionalität bereit, einen gepulsten Gasstrom während eines ersten Intervalls bereitzustellen, z.B. durch Schließen und Öffnen des ersten Ventils (und Geschlossenhalten des zweiten Ventils) und einen Gasfluss während eines zweiten Intervalls bereitzustellen, z.B. durch Schließen und Öffnen des zweiten Ventils (und Geschlossenhalten des ersten Ventils). Es kann die Funktionalität bereitstellen, durch Bereitstellen einer Anzahl von Pulsen des Gasflusses während eines ersten Intervalls und Bereitstellen einer Anzahl von Pulsen des Gasflusses während eines zweiten Intervalls, wobei die Intervalle teilweise oder vollständig übereinstimmen oder nicht übereinstimmen, oder die Intervalle zeitlich durch einen dritten Intervall getrennt sind. Das Computerprogramm kann weiterhin die Funktionalität bereitstellen, einen spezifischen Gasfluss an die Flüssigkeit durch die Gasversorgung bereitzustellen und eine Welle an der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter bereitzustellen.

Weiterhin kann der Tank Sensoren umfassen, z.B. zur Messung von Turbulenz, Konzentration der Substanzen in der Flüssigkeit, pH, Temperatur, Gasfluss in den Rohren, Blasengeschwindigkeit, Fouling auf den Membranen, Wellenhöhe usw. Solche Sensoren können weiterhin Hardware umfassen, die mit einem Computer verbunden sein kann. Die Signale der Sensoren können vom Computerprogrammprodukt genutzt werden, wenn dieses auf einen Computer geladen ist.

Weiterhin kann der Behälter Sensoren umfassen, z.B. um Turbulenz, Konzentrationen der Substanzen in der Flüssigkeit, pH, Temperatur, Gasfluss in den Rohren, Blasengeschwindigkeit, Verschmutzung der Membranen, Wellenhöhe usw. zu messen. Solche Sensoren können weiterhin Hardware umfassen, die mit einem Computer gekoppelt sein kann. Die Signale der Sensoren können für das Computerprogrammprodukt verwendet werden, wenn dieses auf einen Computer geladen ist.

Nachfolgend werden einige Gasströmungssysteme beschrieben im Stand der Technik und einige Ausführungsformen der Erfindung detaillierter beschrieben.

In Bezug auf 1a ist schematisch ein Membranfiltrationssystem 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt (wie z.B. durch Zenon bereitgestellt). Membranfiltrationssystem 10, beispielsweise ein MBR-System, umfasst einen Behälter 25, der mit einer Flüssigkeit 30 (enthaltend Schlamm) gefüllt ist. Der Tank enthält eine Membran oder Membraneinheit, Membrankassette oder Membranmodul 20. Nur eine solche Membraneinheit 20 ist dargestellt, aber der Tank 25 kann mehr Membraneinheiten 20 enthalten. Der Tank 25 umfasst weiter eine Gasdispergiervorrichtung 35, die einen Einlass 36 aufweist, z.B. einen Luftsprudler, wie beispielsweise in EP1452493 oder EP0605826 beschrieben. Die Öffnungen sind in der Figur nicht dargestellt. Der Luftsprudler 35 ist mit einer Gasversorgung 40 verbunden, beispielsweise einem Gebläse (z.B. Rotationsgebläse, Zentrifugalgebläse, ein Ventilator, ein Kompressionsgebläse, wie es dem Fachmann bekannt ist, das beispielsweise Gasflüsse bis zu 1000 bis 200.000 m3/h bereitstellt), durch ein Rohr 50, das den Einlass 36 mit einem Auslass der Gasversorgung 40 verbindet. Weiterhin kann ein Ventil 51 vorhanden sein. Der Luftsprudler 35 kann unter der Oberfläche der Membraneinheit 20 angeordnet sein, entweder integriert in die Membraneinheit 20 oder getrennt von der Membraneinheit 20. Der Luftsprudler 35 stellt ein Gas (von der Gasversorgung 40) bereit, dabei stellt er Blasen 37 bereit, die im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Membran(en) (d.h. Membraneinheit 20) strömen. Die Blasen reinigen die Membranoberfläche, aber Anwendungen gemäß dem Stand der Technik zeigen immer noch erhebliche Verschmutzung der Membraneinheit 20.

Ein weiteres Membranfiltrationssystem 10 gemäß dem Stand der Technik ist in 1b dargestellt (wie beispielsweise durch Kubota bereitgestellt). Die Gasdispergiervorrichtung 35 umfasst weiterhin einen Auslass 38, der mit einem Rohr 55 und einem Spülventil 56 verbunden ist. Durch Öffnen des Spülventils 56, beispielsweise periodisch, kann die Gasdispergiervorrichtung 35 gespült werden, wodurch festes Material von der Gasdispergiervorrichtung 35 entfernt wird. Dieses Membranfiltrationssystem kann weiterhin verwendet werden als Ausführungsform, die in 1a dargestellt und vorstehend beschrieben ist.

Ausführungsbeispiel 1

Bezugnehmend auf 2 ist ein Membranfiltrationssystem 10 gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Für die Bezugszeichen, die mit 1a gemeinsam sind, wird auf 1a verwiesen. Die Gasdispergiervorrichtung 35 des Gasströmungssystems gemäß der Erfindung, wie schematisch in 2 dargestellt, umfasst zusätzlich zu Einlass 36 einen Einlass 39 (zweiter Einlass) (der in einer Variation dieser Ausführungsform auch Auslass 38, vgl. 1b, sein kann), der über das Rohr 60 (zweites Rohr) mit der Gasversorgung 40 verbunden ist. Weiterhin kann das Rohr 60 ein Ventil 61 (zweites Ventil) umfassen. In einer Variation dieser Ausführungsform ist weiterhin ein Spülventil 62 bereitgestellt, welches in dieser Figur mit dem Rohr 60 verbunden ist, aber das auch mit dem Rohr 50 (erstes Rohr) verbunden sein kann. Auch können zwei Spülventile vorhanden sein, die mit beiden Rohren 50 bzw. 60 verbunden sind.

Wenn am ersten Einlass 36 während eines ersten Intervalls bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulse, beispielsweise 2 Zyklen oder Pulse mit einer ersten Periode von beispielsweise ungefähr 20 Sekunden (Gasflusspuls) bereitgestellt werden und mit einer zweiten Periode von ungefähr 20 Sekunden, in der kein Gasfluss am zweiten Einlass bereitgestellt wird, kann ein Strahl nächst dem Einlass 36 bereitgestellt werden, der aus der Gasdispergiervorrichtung 35 ausströmt, wodurch eine Welle 70 auf der Oberfläche der Flüssigkeit 30 im Behälter 25 bereitgestellt wird (siehe 3a). Blasen 37 sind auf der linken Seite gezeichnet, um darzustellen, dass der Strahl an dieser Seite bereitgestellt wird. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass Blasen über einen größeren Bereich des Kanals der Gasdispergiervorrichtung 35 gebildet werden. Nach diesem Schritt kann der Belüftungsprozess zur Reinigung der Oberfläche der Tauchmembran 20 dadurch fortgesetzt werden, dass kein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt wird und kein Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt wird, während eines Intervalls (drittes Intervall) von zwischen ungefähr 1 und 600 Sekunden, beispielsweise ungefähr 20 Sekunden. Nachfolgend kann nach diesem Schritt der Belüftungsprozess zur Reinigung der Oberfläche der Tauchmembran 20 fortgesetzt werden durch Bereitstellen an dem zweiten Einlass 39 während eines zweiten Intervalls bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulse, beispielsweise 2 Zyklen oder Pulse, mit einer ersten Periode von beispielsweise ungefähr 20 Sekunden (Gasflusspuls) und mit einer zweiten Periode von z.B. ungefähr 20 Sekunden, während der kein Gasfluss am ersten Einlass bereitgestellt wird, kann ein Strahl bereitgestellt werden nächst Einlass 39, der aus der Gasdispergiervorrichtung 35 ausströmt, wodurch eine Welle 70 an der Oberfläche der Flüssigkeit 30 im Tank 25 (siehe 3b) bereitgestellt wird. Blasen 37 sind auf der rechten Seite dargestellt, um zu zeigen, dass der Strahl an dieser Seite bereitgestellt wird. Nach diesem Schritt kann der Belüftungsprozess zur Reinigung der Oberfläche der Tauchmembran 20 dadurch fortgesetzt werden, dass kein Gasfluss am ersten Einlass 36 bereitgestellt wird und kein Gasfluss am zweiten Einlass 39 bereitgestellt wird während eines Intervalls (drittes Intervall) zwischen ungefähr 1 und 600 Sekunden, z.B. ungefähr 20 Sekunden. Demzufolge gibt es einen dritten Intervall ohne Gasfluss nach dem ersten Intervall und nach dem zweiten Intervall. Während der Membranfiltration können diese Schritte wiederholt werden, so dass das erste, zweite und dritte Intervall abwechselnd wiederholt werden, wobei diese Intervalle nicht übereinstimmen.

Gute Ergebnisse werden erhalten mit Plattenmembranen, mit zwei Modulen übereinander, die ein Modul 20 bilden und mit einer Biomassenkonzentration in der Flüssigkeit 30 von ungefähr 12 g/l. Ein Luftstrom von ungefähr 0,12 Nm3/h/m2 wurde verwendet. Die erste und zweite Periode, die Anzahl der Zyklen, und die Dauer des dritten Intervalls waren wie oben beschrieben. Ein 20 Sekunden Puls/Strahl bei 36 wurde bereitgestellt (erste Periode) gefolgt durch eine Verzögerung von 20 Sekunden (zweite Periode). Dies wurde 10 mal wiederholt. Nach diesem ersten Intervall wurde dieses Schema an 39 wiederholt (zweites Intervall). Diese Intervalle wurden wiederholt. Wellenbildung 70 mit Wellen von ungefähr 5-10 cm Höhe, über ungefähr 60 % über dem Modul wurde von jeder Seite beobachtet. Eine Spülung wurde durch 62 einmal am Tag bereitgestellt. Bis zu 25 g/l Biomasse wurde kein Anzeichen von Verschlammung gesehen. DO (gelöster Sauerstoff) der Flüssigkeit im Behälter 25 wurde von aus dem Stand der Technik bekannten Werten von 5-6 mg/l O2 auf ungefähr 0,5-3 mg/l O2 reduziert, was den Denitrifikationsprozess entsprechend unterstütze. Steuerungsausrüstung (Stand der Technik) bei kontinuierlichem Fluss ergab massive Verschlammung an den Seiten des Membranmoduls und reduzierte die Membranoberfläche um 50 %. Keine sichtbare Verschmutzung wurde beobachtet, wohingegen unter den gleichen Bedingungen bei Verwendung von Belüftungssystemen gemäß dem Stand der Technik Verschmutzung beobachtet wurde. Eine Energiereduzierung von ungefähr 70 % in Bezug auf Belüftungssysteme gemäß dem Stand der Technik konnte erreicht werden.

In einer Variation dieses Ausführungsbeispiels können das erste und zweite Intervall vollständig übereinstimmen und ein Prozess gemäß der Erfindung kann verwendet werden, in dem das erste/zweite Intervall sich mit dem dritten Intervall abwechselt. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Welle gleichzeitig an beiden Seiten der Membran erzeugt werden (Kombination der 3a und 3b).

Die Membraneinheiten 20 können eine oder mehrere Köpfstücke (nicht dargestellt) in fluider Verbindung mit einer Permeatseite von einer oder mehreren Membranen aufweisen, die in der Membraneinheit 20 umfasst sind. Die Membranen in der Membraneinheit 20 können eine Porengröße im Bereich der Mikrofiltration oder Ultrafiltration aufweisen, beispielsweise zwischen 0,003 und 10 &mgr;m. Membraneinheiten 20 sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen mit verschiedenen Kopfstück-Konfigurationen erhältlich. Beispielsweise können die Membranen, die in der Membraneinheit 20 umfasst sind, Hohlfasern sein, die in einem oder mehreren Kopfstücken (nicht dargestellt) vergossen sind, so dass die Lumen der Hohlfasern in fluider Verbindung mit einem oder mehreren Kopfstücken stehen. Die Kopfstücke können von jeglicher zweckdienlicher Form sein, haben aber typischerweise eine rechteckförmige oder runde Fläche, wo diese die Membranen berühren, die in der Membraneinheit 20 umfasst sind. Alternativ können die Membranen 6 flache Bogen sein, die typischerweise vertikal in einem voneinander beabstandeten Paar mit Kopfstücken an allen vier Seiten in fluider Verbindung mit der resultierenden inneren Oberfläche orientiert sein. Ein Membranmodul 20 kann eine oder mehrere Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembranen aufweisen und viele Membranmodule können miteinander verbunden sein, um größere Membranmodule oder -kassetten zu bilden, aber auf all solche Konfigurationen wird durch Membraneinheit 20 Bezug genommen. Solche Membraneinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das Strömungssystem stellen vorteilhafterweise eine effiziente und effektive Reinigung der Membranen bereit und erleichtern bessere Filtration und/oder biologische Durchführung des Systems. Weiterhin müssen verwendete Membranen gemäß dem Stand der Technik, die durch Rückwaschung gereinigt werden, weniger häufig und mit geringerer Intensität rückgewaschen werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. In manchen Fällen ist das Rückwaschen sogar überflüssig.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt einen Membranfiltrationsbehälter 25 zur Verwendung von einer oder mehreren Tauch-Filtrationsmembranen, wie schematisch in 4 dargestellt. Die Tauch-Filtrationsmembranen sind nicht dargestellt, aber nur die Gasdispergiervorrichtungen 35 sind dargestellt (als eine Art Blick vom Boden des Behälters 25). Das Gasströmungssystem zur Reinigung einer oder mehrerer Filtrationsmembranen gemäß der Erfindung umfasst eine Anzahl von Gasdispergiervorrichtungen 35 (in der Figur sind 4 Gasdispergiervorrichtungen dargestellt, aber es können mehr vorhanden sein), wobei jede Gasdispergiervorrichtung einen Kanal mit einer Anzahl von Öffnungen (nicht in diesem Detail dargestellt) umfasst, und wobei der Kanal einen ersten Einlass 36 und einen zweiten Einlass 39 umfasst. Die Luftsprudler 35 werden bezüglich der (nicht dargestellten) Oberflächen der Filtrationsmembranen wie oben beschrieben angeordnet. Weiterhin umfasst diese Ausführungsform eine Gasversorgung 40, die über ein erstes Rohr 50 mit ersten Einlässen 36 verbunden ist und über ein zweites Rohr 60 mit zweiten Einlässen 39 des Luftsprudlers oder der Gasdispergiervorrichtungen 35 verbunden ist. Rohre 50 und 60 können Ventile 51 bzw. 61 umfassen, um die gepulsten Gasflussschemata wie oben beschrieben zu ermöglichen, aber jetzt zur gleichen Zeit an einer Mehrzahl von Luftsprudlern 35. Die Gasversorgung 40 kann mit einem ersten Rohr 50 und zweiten Rohr 60 mit den Gasdispergiervorrichtungen 35 in Serie oder parallel verbunden sein. In 4 sind die Gasdispergiervorrichtungen 35 in Serie verbunden, wobei die Rohre 50 und 60 an einer Position zwischen den Gasdispergiervorrichtungen 35(2) und 35(3) verbunden sind (d.h. in der Mitte der Anzahl der Gasdispergiervorrichtungen 35). Andere Positionen können auch möglich sein. Rohre 50 und 60 können in jeder Position zwischen den Gasdispergiervorrichtungen 35 montiert sein. Dasselbe gilt für das Spülventil 62, das in 4 mit dem Rohr 60 verbunden ist, das aber auch mit dem Rohr 50 verbunden sein kann (es kann mehr als ein Spülventil 62 vorhanden sein, beispielsweise ein Spülventil 62 in beiden Rohren 50 und 60).

Ausführungsbeispiel 3

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt Belüftungsschemata für den Stand-by-Betrieb und Spülbetrieb. Wenn der Prozessmodus nicht verlangt wird, aber das System im Stand-by-Betrieb verbleibt („sleep"), kann dasselbe Schema wie oben erwähnt angewendet werden, aber es wird kein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt und kein Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt während eines Intervalls (drittes Intervall) von 0,05 bis 60 Minuten, vorzugsweise ungefähr 5-60 Minuten während eines Stand-by-Modus. Im Spülmodus, bezugnehmend auf die 3a, 3b und 4, ist periodisch, beispielsweise einmal oder zweimal am Tag, das Ventil 51 offen, das Ventil 62 offen und das Ventil 61 geschlossen. Dies kann durchgeführt werden für eine Periode von beispielsweise ungefähr 20-600 Sekunden, wobei Schlamm und festes Material, das in der Gasdispergiervorrichtung 35 vorhanden und angesammelt ist, aus diesem System durch das Spülventil 62 gespült wird.

Ausführungsbeispiel 4

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt im Allgemeinen die Gasdispergiervorrichtung 35 gemäß dem Stand der Technik, aber mit zumindest einem ersten Einlass 36 und einem zweiten Einlass 39. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf den Gebrauch der Gasdispergiervorrichtungen 35, die schematisch in den 5a-5c dargestellt sind.

Jede Gasdispergiervorrichtung 35 in 5 hat einen ersten Einlass 36 und einen zweiten Einlass 39 und ein Hauptrohr 131 (5a und 5c) oder 2 Hauptrohre 131(1) und 131(2) (5b). Mehr Hauptrohre 131 können vorhanden sein. In den Ausführungsbeispielen, die in den 5a-5c dargestellt sind, umfasst jede Gasdispergiervorrichtung 35 weiterhin Abzweige oder Kanäle 130, wie ein Weihnachtsbaum (5a), wie eine Leiter (5b) oder ein Kamm (5c). Jeder solche Abzweig 130 kann eine Anzahl von Löchern oder Öffnungen (nicht in dieser Figur dargestellt) umfassen, z.B. 5-100 Öffnungen mit Durchmessern von beispielsweise 1-20 mm. Die Öffnungen können über die Umfangsfläche des Kanals 130 verteilt sein und können die gleiche Größe oder eine Größenverteilung aufweisen. Im Wege eines Beispiels können in jedem gegenüberliegenden Abzweig 130 in 5a 5-20 Öffnungen von z.B. 8-12 mm bereitgestellt sein. In einem anderen Beispiel können in jedem Abzweig oder Kanal 130 20-40 Öffnungen von 3-4 mm bereitgestellt sein. Die Anzahl der Öffnungen und deren Durchmesser können sich unterscheiden, abhängig vom kommerziellen Anbieter.

Hierin ist der Abstand eines Kanals 130 nächst dem Einlass 36 und eines Kanals 130 nächst dem Einlass 39 zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der Gasdispergiervorrichtung und/oder der Länge des Membranmoduls (so, dass der oben beschriebene Abstand erhalten wird).

Es ist beabsichtigt, dass die vorstehende Beschreibung illustrativ und nicht beschränkend ist. Nur somit ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen an der Erfindung, wie beschrieben, durchgeführt werden können, ohne aus dem Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen. Die Zeichnungen umfassen gewöhnlich nur die wichtigen Elemente und Gegenstände, die notwendig sind, um die Erfindung zu verstehen. Daneben sind die Zeichnungen schematisch und nicht maßstabsgetreu. Die Erfindung ist nicht auf solche Elemente beschränkt, die in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind, da mehr Elemente vorhanden sein können, wie dem Fachmann bekannt ist. Z.B. kann der Behälter zur Verwendung von einer oder mehreren Tauch-Filtrationsmembranen weiterhin einen Einlass für die zu behandelnde Flüssigkeit umfassen, eine Pumpe, um das Permeat von den Membran(einheiten) wegzupumpen, ein Ablaufventil usw., wie dies dem Fachmann bekannt ist.


Anspruch[de]
Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran (20) in einem Behälter (25), der eine Flüssigkeit (30) enthält, umfassend:

a) Bereitstellen einer Gasdispergiervorrichtung (35), wobei die Gasdispergiervorrichtung (35) unterhalb zumindest eines Teils der Oberfläche der Filtrationsmembran angeordnet ist, und die Gasdispergiervorrichtung (35) einen Kanal umfasst, wobei der Kanal eine umlaufende Wand mit einer Anzahl von Öffnungen umfasst und die Gasdispergiervorrichtung (35) zumindest einen ersten Einlass (36) und einen zweiten Einlass (39) umfasst;

b) Bereitstellen eines gepulsten Gasstroms an den ersten Einlass (36) oder den zweiten Einlass (39) oder sowohl an den ersten als auch den zweiten Einlass (36, 39) der Gasdispergiervorrichtung (35), wobei der pulsierende Gasstrom zumindest eine erste Periode umfasst, in der der Gasstrom bereitgestellt wird, und zumindest eine zweite Periode, in der kein Gasstrom bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulste Gasstrom am ersten Einlass (36) während eines ersten Intervalls und am zweiten Einlass (39) während eines zweiten Intervalls bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nach dem ersten Intervall oder nach dem zweiten Intervall oder nach sowohl dem ersten als auch dem zweiten Intervall ein drittes Intervall bereitgestellt wird, in dem kein Gasstrom an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Gasstrom von 0,01 bis 0,3 Nm3/h/m2 in Bezug auf die Fläche der Membran bereitgestellt wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der gepulste Gasstrom eine Welle (70) auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter (25) bereitstellt. Gasströmungssystem zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran (20), umfassend:

a) eine Gasdispergiervorrichtung (35), wobei die Gasdispergiervorrichtung einen Kanal umfasst, wobei der Kanal eine umgebende Wand mit einer Anzahl von Öffnungen umfasst und die Gasdispergiervorrichtung (35) zumindest einen ersten Einlass (36) und einen zweiten Einlass (39) umfasst;

b) eine Versorgung (40) für das Gas, wobei die Versorgung (40) über ein erstes Rohr (50) mit dem ersten Einlass (36) verbunden ist und über ein zweites Rohr (60) mit dem zweiten Einlass (39) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohr (50) und das zweite Rohr (60) Ventile (51, 61) enthalten.
Gasströmungssystem gemäß Anspruch 5, wobei der erste Einlass (36) und der zweite Einlass (39) an gegenüberliegenden Seiten der Gasdispergiervorrichtung (35) angeordnet sind. Gasströmungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, weiterhin umfassend ein Spülventil (62), das mit dem ersten Rohr (50) oder mit dem zweiten Rohr (60) verbunden ist. Membranfiltrationsbehälter (25), umfassend eine oder mehrere Tauch-Filtrationsmembrane (35) und ein Gasströmungssystem zur Reinigung der einen oder mehreren Filtrationsmembrane (20), wobei das Gasströmungssystem umfasst:

a) eine oder mehrere Gasdispergiervorrichtungen (35), wobei jede Gasdispergiervorrichtung einen Kanal umfasst, wobei der Kanal eine umgebende Wand mit einer Anzahl von Öffnungen umfasst und die Gasdispergiervorrichtung (35) zumindest einen ersten Einlass (36) und einen zweiten Einlass (39) umfasst, wobei die eine oder mehreren Gasdispergiervorrichtungen (35) zur Bereitstellung eines Gases in der Flüssigkeit unterhalb zumindest eines Teils der einen oder mehreren Oberflächen der Filtrationsmembrane angeordnet sind;

b) eine Versorgung (40) für das Gas, die über ein erstes Rohr (50) mit den ein oder mehreren ersten Einlässen (36) verbunden ist und über ein zweites Rohr (60) mit den ein oder mehreren zweiten Einlässen (39) der einen oder mehreren Gasdispergiervorrichtungen (35) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rohr (50) und das zweite Rohr (60) Ventile (51, 61) enthalten.
Membranfiltrationsbehälter (25) gemäß Anspruch 8, wobei der erste Einlass (36) und der zweite Einlass (39) an gegenüberliegenden Seiten der Gasdispergiervorrichtung (35) angeordnet sind. Membranfiltrationsbehälter (25) gemäß Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend ein Spülventil (62), das mit dem ersten Rohr (50) oder mit dem zweiten Rohr (60) verbunden ist. Computerprogrammprodukt umfassend computerausführbare Instruktionen, das, wenn es auf einen Computer geladen ist, der mit einem Gasströmungssystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 verbunden ist, die Verbindung des Computers und des Gasströmungssystems mit der Funktionalität des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 bereitstellt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com