CN116457074A

CN116457074A - 在过滤运行中监测超滤膜的完整性

Info

Publication number: CN116457074A
Application number: CN202080107452.3A
Authority: CN
Inventors: A·格策尔; M·哈默尔; M·科斯尔; M·赖歇尔特; D·厄斯勒
Original assignee: Wilo SE
Current assignee: Wilo SE
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2023-07-18
Also published as: EP4200063A1; WO2022135670A1

Abstract

本发明涉及一种用于在用于饮用水处理的超滤设备(1)的过滤运行期间监测超滤设备的过滤模块(3a、3b、3c)中的超滤膜(6)的完整性的方法，所述设备具有原水流入部(2)和滤液流出部(8)，过滤模块(3a、3b、3c)位于所述原水流入部(2)和滤液流出部(8)之间。在此经过滤的饮用水从过滤模块(3a、3b、3c)经由止回阀(Fa、Fb、Fc)流向滤液流出部(8)，该止回阀在滤液流动的情况下具有已知的开启压力(P_RFV)，确定在原水流入部(2)中的压力(P_zu)和滤液流出部(8)中的压力(P_ab)之间的压差(ΔP_AN)，并且当压差(ΔP_AN)低于大于开启压力(P_RFV)的极限值(P_RFV+T)时，认定完整性丧失。

Description

在过滤运行中监测超滤膜的完整性

技术领域

本发明涉及一种用于在用于饮用水处理的超滤设备的过滤运行期间监测超滤设备的过滤模块中的超滤膜的完整性的方法，所述设备具有原水流入部和滤液流出部，过滤模块位于所述原水流入部和滤液流出部之间。此外，本发明涉及一种设置用于实施该方法的超滤设备。

背景技术

用于在具有并联工作的过滤模块的建筑物中供应饮用水的超滤设备本身是已知的。它们用于不能或不能持续地集中供应可饮用质量的水的地方。具有这种设备的建筑物尤其是住宅和多户住宅、酒店、医院、办公楼以及公共设施，其包括大量的水消耗器，如盥洗池、厕所、淋浴器、浴缸等并且因此在白天观察具有非常动态的用水量。在此游轮也可以理解为移动酒店意义上的建筑物。

超滤设备的过滤模块在原水侧具有用于供应原水的流入接口并且在滤液侧具有用于提供经过滤的水(下文中称为滤液)的流出接口。根据过滤模块的结构类型，一个或多个滤膜位于所述流入接口和流出接口之间，所述滤膜过滤出所供应的原水中的微生物和污物颗粒。因此，所述滤膜在空间上将原水侧与滤液侧分离。在下文中，无论模块中的滤膜的实际数量是多少，仅以单数形式提到“一个”滤膜，尽管也可以存在两个或多个滤膜。

对于超滤设备的正常运行来说所述或所有滤膜必须完好，因为否则污物颗粒和微生物、如细菌到达滤液侧并且在那里污染设备直至消耗器。在此情况下，需要对管路和连接的液压部件进行高成本的清洁和必要时的消毒。当存在比膜的绝对孔径大的损坏部位例如孔洞、裂纹时，则膜的完整性不再存在。这种缺陷通过例如在打开或关闭消耗器阀时的剧烈压力波动产生，通过外部影响、例如不当运输时的机械冲击产生，通过膜的老化以及通过对膜表面的化学影响，例如通过进水中的杂质，添加消毒剂等产生。出于该原因，定期、通常是每天在超滤设备上进行所谓的完整性测试。

一些这样的测试例如在美国技术标准ASTM D6908-06(2017年)和美国环保署(EPA)的膜过滤指导手册(2005年11月)中被描述为过滤设备的完整性监测的组成部分。这种完整性监测在超滤(UF)和微滤(MF)设备中主要用作压降测试并且在反渗透(RO)和纳米过滤(NF)中主要用作真空压降测试(Vakuumabfalltest)。

主要使用的完整性测试基于空气，因为湿的滤膜根据所使用的压力的大小不能渗透空气。在此可以将空气吸出，以产生真空，或者将空气作为压缩空气引入。这可以局部地、即有针对性地在一个特定的过滤模块中或整体地在整个或部分设备中、即在多个过滤模块中同时进行。此外，这可以要么从原水侧进行要么从滤液侧进行。然后检查或测量随着时间是否在膜上或过滤模块上有压降并且必要时测量该压降有多大，以便对完整性作出说明。在压降测试中使用的跨膜压力的大小决定了可检测缺陷的最小尺寸。因此，测试细菌(0.45μm)的保留(Rückhaltung)需要7bar的压力并且测试病毒(25nm)的保留需要120bar的测试压力。就机械稳定性而言，这些高压在具有例如最大允许的4bar跨膜压力的常规过滤模块中无法达到。因此，用于完整性测试的1bar的常规跨膜压力只够用于检测最小尺寸为3μm的缺陷。如果同时测试多个过滤模块，则空气通过完好的膜壁向介质水中的自然扩散和膜壁之外的微小泄漏降低了压降测量的灵敏度。

该方法的另一缺点在于在进行完整性测试时不可忽视的花费，因为所述一个或多个过滤模块在完整性测试之前必须被排空并且随后再被填充。此外，在完整性测试之后，一部分空气保留在过滤模块中并且降低了过滤效率。因此，必须借助额外的措施通过相应的排气去除空气。基于空气的测试方法的另一缺点在于在测试期间需要完全或部分中断过滤设备的运行。过滤设备因此不再提供饮用水或提供较少的饮用水，这根据设备的安装地点，例如酒店是不可接受的，或者只能在主消耗时间之外、即在夜间使用该方法。此外，一个附加缺点是用于实施该方法的技术耗费，因为设备必须配备有相应的管路、阀和无油的压缩空气供应装置、如压缩机。

一种非常灵敏的完整性监测方法是将分子或颗粒标记物(Marker)以定义的剂量注入原水中并检查这些标记物是否并且必要时以何种程度出现在滤液侧。标记物的分子或颗粒尺寸大于滤膜的标称孔径，因此标记物在膜完好的情况下不会到达或仅以最小的程度到达滤液侧。该方法的优点是它可以在过滤运行期间使用。但该方法需要额外的用于计量和注射的设备花费以及滤液侧上的附加传感装置或后续的实验室分析，以证明标记物出现在滤液中。此外，标记物降低了过滤效率，因为它不穿过滤膜，而是有助于增加膜的积垢(Fouling)。此外，这种方法不允许用于饮用水，因为标记物可能会限制水的可饮用性(Genuβtauglichkeit)。

用于监测膜完整性的其它方法通过分析滤液水质量进行。这可以通过分析滤液中的颗粒数量和颗粒尺寸分布或分析浊度来进行。但这两种方法都需要很高的用于光学传感器和测量数据处理的技术花费。

此外，可以通过滤膜的渗透率或跨膜压力(TMP)来对滤膜的完整性作出说明。但这两者只有在进水质量保持不变的情况下才有可能，而在建筑工程中的超滤设备中不能对于每个应用地点并且不能在整个使用寿命期间确保所述进水质量。此外，TMP只能在恒定的体积流量下才能使用，这在建筑工程中并不存在。基于那里存在的动态过程，TMP波动强烈，在具有大约400个房间的酒店中TMP例如在1m³/h和80m³/h之间波动。为了确定渗透率，必须确定流量，这根据现有技术借助成本高昂的传感器来实现。然而，建筑工程中体积流量的强烈波动仅在长的响应时间之后才被许多已知的传感器检测到并且因此常常有错误。

发明内容

在此背景下，本发明的任务是提供一种用于可靠地监测过滤模块中的超滤膜的完整性的简单方法，该方法可在过滤运行期间且在不中断过滤运行的情况下使用并且仅使用现有的压力传感器。此外，本发明的任务是提供一种用于实施该方法的相应的超滤设备。

该任务通过根据权利要求1的方法和根据权利要求11的超滤设备来解决。有利的扩展方案在相应的从属权利要求中给出并且在下面进行阐述。

根据本发明，在用于在用于饮用水处理的超滤设备的过滤运行期间监测超滤设备的过滤模块中的超滤膜的完整性的方法中规定：经过滤的饮用水从过滤模块经由止回阀(或者说回流阻止器)流向滤液流出部，该止回阀在滤液流动的情况下具有已知的开启压力，其中，确定在原水流入部中的压力和滤液流出部中的压力之间的压差，并且当压差低于大于开启压力的极限值时，认定完整性丧失。因此，在压差与极限值之间进行比较，并且当压差小于极限值时，认定完整性丧失。

因此，本发明的核心思想在于：使超滤设备的一个或多个过滤模块通过止回阀与将滤液引导给消耗器的滤液管路连接。因此，过滤模块和止回阀串联连接。止回阀仅允许朝向滤液管路方向的体积流量。出于结构原因，止回阀在超过特定的开启压力时才打开。止回阀于是在滤液流动期间形成液压阻力，从而在止回阀上产生所述开启压力水平的压降。这通常被认为是缺点，因为总是试图避免液压阻力，以便最小化液压损失并最大化效率。但本发明将止回阀上的开启压力或压力损失作为优点加以利用，以确定是否有东西流过止回阀或过滤模块。这通常只能借助体积流量传感器实现，但根据本发明的方法可以省却该体积流量传感器。因为根据本发明通过压力确定滤液流动。为此观察设备上的压降，更确切地说，在流入部和流出部之间的压差，所述至少一个待监测的滤膜位于流入部和流出部之间。止回阀的开启压力在具有取水的任何运行状态中都对该压差做出贡献，因此可以评估该压差以判断止回阀和因此过滤模块是否被穿流。

如果没有提取水，则压差等于零。在该状态中虽然不能识别膜缺陷，但原水也不能未经过滤地流过膜，因此这种情况在实践中是无关紧要的。在超滤设备的日常日间使用中，通常存在非常动态但恒定高的取水。体积流量相应地围绕平均值强烈波动并且在膜上引起压降，该压降与止回阀的开启压力共同形成设备上的压降。在下文中将膜上的压降称为跨膜压力(TMP)。跨膜压力不是恒定的，而是随着时间增加，因为来自原水的颗粒和微生物越来越多地积聚在膜表面上。如果滤膜的完整性通过显著的缺陷如裂纹、较大的孔隙或多个断开的中空纤维而丧失，则滤膜没有或过滤模块仅还有可忽略不计的低液压阻力，因此跨膜压力等于零。因此，设备上的压降仅还位于止回阀的开启压力的范围内。因此，确定在原水流入部中的压力和滤液流出部中的压力之间的压力差位于该开启压力的范围内指示滤膜的完整性丧失。根据本发明的完整性测试方法比其它测试方法花费更少。该方法既不基于空气，从而不必对过滤模块进行排空、再填充和排气，也不使用标记物。此外，在设备中既不需要特殊的传感装置或测量技术也不需要额外的传感装置或测量技术。更确切地说，为了实施该方法，只需测定流入管路和滤液管路中的压力，这种压力测定在传统的超滤设备中通常已经为了对其进行控制而实施。

该方法的另一优点在于完整性监测可以连续地并且不像在根据现有技术的基于空气的方法中或使用标记物时那样在特定的时间点(一天1-2次)进行。因而可以立即识别显著的膜缺陷并且最小化由此引起的污染。最后，根据本发明的方法可以在过滤运行期间实施，不必为此停止过滤运行。因此，饮用水供应不会中断。同时完整性监测也无中断。

过滤模块可以具有一个、两个或更多滤膜，优选具有多个中空纤维膜。此外，超滤设备可以具有一个、两个或更多并联的过滤模块，它们分别通过一个止回阀与滤液流出部或者说滤液管路连接。优选过滤模块联接成组。因此，例如可以存在并联的两个、三个或更多组，每个组具有两个、三个或更多并联的过滤模块。设备的原水流入部同时是组或过滤模块的原水流入部。此外，设备的滤液流出部同时是组或过滤模块的滤液流出部。因此，滤膜、过滤模块或组总是位于原水流入部和滤液流出部之间。

在制造商侧为止回阀规定的标称开启压力可以理解为已知的开启压力。只要在本发明的范围中提到“开启压力的范围”，则该术语考虑到这样的事实，即物理量在测量技术检测中在实践中从不精确地达到特定的值。此外应考虑，实际的开启压力即使在结构相同的止回阀中也不相同，更确切地说，它是分散的。在此水的温度、或者更确切地说其与温度相关的密度和动态粘度也起作用，从而止回阀的实际开启压力相对于标称值波动。出于该原因，根据本发明，作为判断标准使用这样的极限值，所述极限值考虑了开启压力的分散(Streuung)和由温度引起的波动并且因此大于开启压力。

适宜的是，极限值比已知的开启压力高最多20％。例如极限值可以比已知的开启压力高20％、10％或5％。由此，该极限值构成开启压力的可能的波动范围的上限。该波动范围应理解为“开启压力的范围”。

为了改善识别准确性，可以规定，最先提到的极限值形成公差带的上限，所述公差带的下限通过另一极限值定义，并且仅当压差位于所述公差带之内时才认定完整性丧失。换言之，进行两次比较，即压差是否大于所述另一极限值且小于最先提到的极限值。

所述另一极限值优选比开启压力低最多20％。例如所述另一极限值可以比已知的开启压力小20％、10％或5％。

由于TMP是流动相关的，因此在体积流量因消耗器处的最少取水而很小时，例如在小于1m³/h时，也仅存在很小的TMP。为了将这种情况与完整性丧失的情况区分开，除了压力比较之外，还可以考虑压差允许低于最先提到的极限值的持续时间。因此可以规定，仅当低于极限值至少在预定的持续时间上存在时，才认定完整性丧失。该确定例如可以借助计数器实现，该计数器在低于极限值时启动并且在达到相应于持续时间的计数器状态时发出关于超过允许持续时间的消息。计数器可以是向上计数器(秒表)或向后计数器(倒计时)。

所述持续时间例如可以在5分钟至20分钟之间。

在使用持续时间作为附加判断标准时有意义的是，区分一天中的时间，因为水消耗的特征在一天内强烈变化。因此，在夜间没有水或仅有最少的取水量。与此相对，日间的取水量平均很高并且非常动态地变化。在此存在主消耗时间。在主消耗时间期间出现非常小的体积流量不太可能，至少比在主消耗时间之外、尤其是夜间出现更加不可能。在此背景下，用作完整性丧失的另一判断标准的低于极限值的持续时间对于主消耗时间可以短于主消耗时间之外，以便快速识别完整性丧失。

因此可以规定，如果低于极限值在主消耗时间期间存在第一预定的持续时间或在主消耗时间之外存在第二预定的持续时间，则认定完整性丧失，所述第二持续时间比第一持续时间长。

例如主消耗时间期间的持续时间可以在5至10分钟之间并且因此形成第一持续时间。在主消耗时间之外持续时间可以在15至20分钟之间并且因此是第二持续时间。

作为主消耗时间可以考虑6点至18点之间的时间段。主消耗时间之外的时间段(在下文中也称为副消耗时间)于是在18点至6点之间。

有利的是，当认定完整性丧失时，可以发出警告消息。这可以通过声学的、光学的或电子的警告信号实现。必要时也可以发送电子消息(SMS、电子邮件)。

本发明还涉及一种用于饮用水处理的超滤设备，所述超滤设备包括至少一个具有超滤膜的过滤模块、原水流入部和滤液流出部，过滤模块位于所述原水流入部和滤液流出部之间。超滤设备包括过滤模块和滤液流出部之间的止回阀、用于确定原水流入部中的压力和滤液流出部中的压力之间的压差的传感装置和用于监测超滤膜的完整性的监测单元，所述监测单元设置用于实施上述根据本发明的方法。

传感装置可以分别是原水流入部和滤液流出部中的压力传感器。监测单元可以是SPS(Speicherprogrammierbare Steuerung，可编程逻辑控制器)或微型计算机。

下面借助实施例和附图阐述本发明的其它特征、优点、特性和效果。相同或等效的、尤其是功能相同的元件在附图中具有相同的附图标记。附图标记在附图之间保持其有效性。

不言而喻，在本说明书的范围中，术语“具有”、“包括”或“包含”不排除其它特征的存在。此外，对一个物体使用不定冠词并不排除其复数。

附图说明

附图如下：

图1示出根据本发明的超滤设备；

图2示出用于说明超滤设备的不同运行情况的两个图示；

图3示出根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出使用三个并联的超滤模块3a、3b、3c的用于饮用水处理的超滤设备1。在另一种变型方案中，也可以仅存在一个超滤模块，或者可以存在两个或多于三个的并联的超滤模块。此外，这些超滤模块3a、3b、3c中的每一个都可以代表一个由两个或更多个并联的超滤模块形成的组。每个组可以理解为一个超滤单元。为了实现相同的过滤和反向冲洗/回流冲洗特性，所有超滤单元优选具有相同数量的超滤模块3a、3b、3c。同一超滤单元的超滤模块可以在结构上组合在一个共同的支架(也称为Rack)中。根据滤液需求或待同时供应的消耗器，超滤设备1在一种实施变型方案中可以具有两个、三个或更多超滤单元或支架，它们彼此并联地液压连接。有意义的是，所有超滤模块3a、3b、3c结构相同。

超滤设备1由源20供给原水。该源20可以是本地供水方或本地储水器、如水箱或蓄水池。在此形成原水流入部的中央供应管路2将超滤模块3a、3b、3c与源20连接，在供应管路2中设置有增压装置21，以便在超滤设备1的输入侧提供例如10bar的输入压力P_zu。后者主要在高层建筑物和/或建筑物内长距离延伸的饮用水分配网络中是必要的，因为由可能的供应方提供的供应压力自身不足以确保在最高或最远的取水点或消耗器处有足够的流动压力、例如2bar。增压装置在此仅通过泵21象征性表示。

局部供应管路2a、2b、2c从中央供应管路2通向每个超滤模块3a、3b、3c，在每个局部供应管路中分别存在一个进水阀Za、Zb、Zc。局部供应管路2a、2b、2c分别终止于流入接口4au、4ao，所述流入接口通入相应超滤模块3a、3b、3c的原水侧5a中。代替两个流入接口4au、4ao，在另一种实施变型方案中也可以存在仅一个流入接口。原水侧5a通过至少一个超滤膜6与滤液侧5b分开，从滤液侧5b引出一个流出接口4bo。超滤模块3a、3b、3c从流出接口4bo通过相应的局部滤液管路8a、8b、8c与中央滤液管路8连接，该中央滤液管路通向消耗器40。滤液管路8因此形成滤液流出部。消耗器40例如可以是盥洗台配件、马桶、淋浴器、浴缸等。

在过滤运行中，超滤模块3a、3b、3c通过使原水穿过膜6并使原水中的颗粒保持附着在原水侧5a或膜6上而由原水产生滤液。渗透到滤液侧5b的水或滤液通过局部滤液管路8a、8b、8c被引导至中央滤液管路8，该中央滤液管路将滤液进一步引导至消耗器40。

为了分离附着在膜6表面上的颗粒，每个超滤模块3a、3b、3c可以独立于其它超滤模块3a、3b、3c在反向冲洗运行中运行，在反向冲洗运行中滤膜6被反向、即从滤液侧5b向原水侧5a穿流。为此所使用的滤液来自至少一个其它超滤模块3a、3b、3c。为了在反向冲洗运行中将穿过膜6的水从原水侧5a排出，每个超滤模块3a、3b、3c的原水侧5a通过一个局部回流液管路7a、7b、7c与中央回流液管路7连接，各一个回流液阀Ra、Rb、Rc位于局部回流液管路7a、7b、7c中，所述中央回流液管路通向自由出口30，在该出口处分离回流液。在中央回流液管路7中设置有体积计17，俗称水表。

确定在某一时刻哪个超滤模块应过滤以及哪个超滤模块应通过反向冲洗清洁通过调节进水阀Za、Zb、Zc和回流液阀Ra、Rb、Rc来进行，所述阀就每个超滤模块3a、3b、3c而言被反向操控。这意味着，分配给一个超滤模块3a、3b、3c的进水阀Za、Zb、Zc打开，而分配给其的回流液阀Ra、Rb、Rc关闭，反之亦然。根据图1中所示的运行状态的瞬间记录，所有三个超滤模块3a、3b、3c提供滤液。它们因此处于过滤运行中。不同管路上和超滤模块3a、3b、3c内的箭头指示相应的流动方向。因此，阀状态如下：

如在图1中可见并在下文中作为惯例使用的那样，填充的阀符号表示关闭的阀并且未填充的阀符号表示打开的阀。

这种超滤设备1的优点在于，各个超滤模块3a、3b、3c的反向冲洗可以在超滤设备1的运行中进行，即在向消耗器20提供滤液期间进行，从而这些消耗器不会或至少不会受到很大影响。因此不停止或中断向消耗器20提供滤液。此外，根据本发明的超滤设备1不需要反向冲洗容器和反向冲洗泵，由此降低了其制造花费和成本。

图1中的根据本发明的超滤设备的一个特征在于：每个超滤模块3a、3b、3c不仅通过局部滤液管路8a、8b、8c，而且附加地通过与其并联的第二管路8'、8a'、8b'、8c'与中央滤液管路8连接。在此第二管路分别包括模块相关的第一区段8a'、8b'、8c'，这些第一区段合并为一个共同的第二区段8'，该第二区段随后通入中央滤液管路8中。换句话说，第二管路8'、8a'、8b'、8c'包括与滤液管路8连接的共同的区段8'和从其通向各个超滤模块3a、3b、3c的单个管路8a'、8b'、8c'。局部滤液管路8a、8b、8c用于在过滤运行中输出滤液，而第二管路8'、8a'、8b'、8c'设置用于在反向冲洗运行中输入滤液。因此，例如来自两个超滤模块3b、3c的滤液可以经由滤液侧5b的相应第二管路8'、8a'供应给第三超滤模块3a的滤液侧5b。这通过关闭通向第三超滤模块3a的进水阀Za并打开分配给第三超滤模块3a的回流液阀Ra来实现。滤液通过滤液侧5b上的另一接口4bu供应给第三超滤模块3a。

为了限制待反向冲洗的超滤模块3a、3b、3c上的压力并且因此保护相应的膜6，在第二管路8'、8a'、8b'、8c'的共同的区段8'中设置有减压元件、尤其是减压器10。

在该布置结构中需要在单个管路8a'、8b'、8c'中分别设置冲洗阀Sa、Sb、Sc，以便将提供滤液的超滤模块3b，3c的未经减压的滤液侧5b与待反向冲洗的超滤模块3a的滤液侧5b分开，因为否则将绕过减压元件10。冲洗阀Sa、Sb、Sc可以与进水阀Za、Zb、Zc、回流液阀Ra、Rb、Rc和/或滤液阀Fa、Fb、Fc相同地构造。在图1所示的实施变型方案中，冲洗阀Sa、Sb、Sc通过止回阀形成。这些止回阀这样设置在单个管路8a'、8b'、8c'中，使得其相应的输入侧与共同的区段8'连接并且其相应的输出侧与相应的超滤模块3a、3b、3c连接。

在一种实施变型方案中，进水阀Za、Zb、Zc和/或回流液阀Ra、Rb、Rc可以是受控的、尤其是可切换的(开/关)或可调节(0…100％)的调节阀，其例如被电气、电磁或气动地操作。调节阀例如是可操控的马达阀(Motorventile)。

根据本发明，滤液阀Fa、Fb、Fc通过止回阀形成。这具有如下优点，即不需要主动操控滤液阀Fa、Fb、Fc。此外，该实施方式利用了如下事实：局部滤液管路8a、8b、8c和第二管路8a'、8b'、8c'分别仅在一个方向上被穿流或者说仅允许在一个方向上被穿流，更确切地说，根据运行情况“过滤”或“反向冲洗”而交替地被穿流。由于止回阀Fa、Fb、Fc基于其方向限制性仅允许在一个方向上的流动，因此它们特别适合于根据本发明的超滤设备1。在此它们这样设置在局部滤液管路8a、8b、8c中，使得其输入侧与相应的超滤模块3a、3b、3c连接并且其输出侧与中央滤液管路8连接。

如果从输入侧到输出侧施加在止回阀Fa、Fb、Fc上的压力高于一定的开启压力P_RFV，则相应的止回阀Fa、Fb、Fc与体积流量无关地打开。该开启压力P_RFV即使在最小的体积流量下也例如为大约0.3bar。由这个在专业领域中被视为缺点的特性却在本发明的范围内变成了优点，即止回阀Fa、Fb、Fc可以用作流动指示器。常规止回阀的开启压力高于简单且便宜的压力传感器的测量公差并且因此可以被可靠地识别，而最小体积流量却只能用特殊且昂贵的体积流量传感器来测量。但通过在超滤模块3a、3b、3c与中央滤液管路8之间使用止回阀Fa、Fb、Fc，就不需要检测体积流量来指示流动。更确切地说，由超滤模块3a、3b、3c和所属的止回阀Fa、Fb、Fc组成的串联线路上的压差可以对止回阀Fa、Fb、Fc的打开或不打开作出说明并且因此也可以对滤液的流动或不流动作出说明，即使在最小的体积流量下。这进而开启了识别超滤膜6是否以及何时受损或者说它是否已经丧失其完整性的可能性。

图1中的线的粗细表示相应输水管路上的压力，压力越大，则线就越粗。与之相反，虚线管路在所示运行情况下不输送水，因为相应的阀是关闭的。

在该实施变型方案中，超滤模块3a、3b、3c具有长形的、大致圆柱形的壳体。它们分别在原水侧5a和滤液侧5b之间具有多个中空纤维膜6，在该实施变型方案中，中空纤维膜的内部属于原水侧5a并且中空纤维膜6之外的空间区域属于滤液侧5b。这两侧5a、5b的每一侧都具有已经提到的两个接口，所述接口分别设置在壳体的相对置的轴向端部上。因此，在超滤模块3a、3b、3c的符合规定的垂直布置中，每个超滤模块3a、3b、3c具有分别朝向原水侧5a的下部流入接口4au和上部流入接口4ao以及分别朝向滤液侧5b的上部流出接口4bo和下部流入接口4bu。

超滤设备1还包括用于测量供应管路2中的输入压力P_zu的输入压力传感器11以及用于测量中央滤液管路8中的输出压力P_ab的输出压力传感器12。此外，另一压力传感器14与第二管路8'、8a'、8b'、8c'的共同的区段8'连接，以便测量反向冲洗压力P_SP。

这些压力传感器11、12、14的测量信号被传输给设备控制装置9。该设备控制装置包括功能单元形式的评估单元13和监测单元16。评估单元13由测量值P_zu、P_ab计算出在原水流入部2中的压力P_zu和滤液流出部8中的压力P_ab之间的压差ΔP_AN：ΔP_AN＝P_zu-P_ab。这也被称为设备压力或设备上的压力。然后将压差ΔP_AN传输给监测单元16，以便其评估是否存在超滤模块3a、3b、3c之一的超滤膜6的完整性丧失。下面参照图2和3描述何时是这种情况以及如何识别它。

图2示出超滤设备1的不同运行情况A、B、C和D，在其中分别观察一方面体积流量Q和另一方面压差ΔP_AN。在运行情况A中不提取饮用水。在这种情况下，中央滤液管路8中的压力P_ab与中央供应管路2中的压力P_zu相同，从而压差ΔP_AN为零，即设备上没有压降。在这种状态中，虽然不能识别膜缺陷，但也没有原水未经过滤地流过膜6。

对于其余运行情况B、C、D区分主消耗时间和副消耗时间。副消耗时间是主消耗时间之外的时间段。主消耗时间基本上覆盖日间并且副消耗时间覆盖夜间。例如主消耗时间在早上6点和晚上18点之间并且副消耗时间在晚上18点和早上6点之间。

运行情况C表示日间的主要运行情况。在超滤设备1的常规日间使用中，存在非常动态但恒定高的取水量。由此产生的体积流量Q＝Q_norm引起膜6上的压降P_TMP(跨膜压力)，该压降P_TMP随着时间增加，因为来自原水的颗粒和微生物越来越多地积聚在膜6的表面上。TMP与止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_REV共同形成设备1上的压降ΔP_AN。由于超滤模块3a、3b、3c并联设置，因此每个由超滤模块和止回阀组成的串联线路3a+Fa、3b+Fb、3c+Fc上的压降等于设备1上的压降ΔP_AN，因此只需观察串联线路之一即可。其它压降，例如通过管道摩擦损失引起的压降可以忽略不计并且在此为了简单起见不加以考虑。计算出的压差P_AN因此分为TMP p_TMP和开启压力P_RFV，从而适用：

ΔP_AN＝P_zu-P_ab＝P_RFV+P_TMP

因此，压差ΔP_AN明显大于止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_RFV。在运行情况C下完整性正常。

在运行情况D下，滤膜6的完整性丧失(在此只需过滤模块3a、3b、3c中的多个膜6之一损坏即可)。滤膜没有或过滤模块3a、3b、3c仅还有可忽略不计的低液压阻力，从而TMPp_TMP近似等于零。因此，设备1上的压降ΔP_AN仅还位于止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_RFV的范围内：Δp_AN≈p_RFV，此外存在恒定高的取水量并且由此产生的体积流量Q＝Q_norm正常并且不指示完整性丧失。因此，确定在原水流入部2中的压力和滤液流出部8中的压力之间的压差ΔP_AN位于开启压力P_RFV的范围内指示滤膜的完整性丧失。

通常，标称开启压力P_RFV为大约0.3bar。但由制造引起的公差和温度影响使其在实践中波动。例如可以考虑±10％的公差T，其定义围绕标称开启压力P_RFV的公差带15，该公差带的上限值为P_RFV+T，下限值为P_RFV-T。

为了确定完整性丧失，使用相应于公差带15上限的极限值P_RFV+T。但也可以使用介于上限和由标称开启压力P_RFV与干净膜6时的TMP之和之间的更高的值。

理论上可能会发生这样的情况：在主消耗时间中取水量暂时这样小，使得TMP几乎与零没有区别。为了将这种情况与完整性丧失区分开，在低于极限值的情况下启动计数器(定时器)，以检查这种状态持续了多久。如果超过一定的持续时间T1，例如5分钟，则可以肯定地认定完整性丧失。

运行情况B涉及主消耗时间之外、尤其是夜间的消耗，其特点是通常没有取水量或取水量很少。因此，在此的情况更多是压差ΔP_AN位于开启压力P_RFV的范围内。为了将这种无缺陷的运行情况B1和具有完整性丧失的运行情况B2区分开，在此在低于极限值的情况下也启动计数器(定时器)，以检查这种状态持续了多久。如果超过一定的持续时间T2，例如15分钟，则可以肯定地认定完整性丧失。

持续时间T1选择得小于持续时间T2，这是因为基于主消耗时间中通常高的取水量和强烈的动态，最小体积流量或设备1上的压差ΔP_AN只应短时间地位于止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_RFV的范围中。

应指出，尽管图2中示出的运行情况A、B、C、D绘制在一个共同的时间轴t上，但运行情况A、B、C、D的并列并不表示它们的时间顺序。但在实践中，运行情况D跟随运行情况C，并且运行情况B2跟随运行情况B1。选择共同的时间轴t在此只是为了简化图形显示。

图3说明在超滤设备1的过滤运行期间根据本发明的完整性监测的方法流程。该方法甚至也可以在设备1反向冲洗过滤模块3a、3b、3c之一时实施。

因此，该方法在过滤运行中开始，步骤S1。在该运行期间，借助压力传感器11测量原水流入部2中的压力P_zu并且借助压力传感器12测量滤液流出部8中的压力P_ab并将测量值传输给评估单元13，该评估单元由此计算压差ΔP_AN＝P_zu-P_ab。这在步骤S2中进行。

计算出的压差ΔP_AN被提供给监测单元16，该监测单元检查压差ΔP_AN是否压差位于上极限值与下极限值之间、尤其是位于公差带15中，步骤S3。上极限值在此相应于止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_RFV加上公差T，例如+10％。但如前所述，上极限值也可以更高。下极限值在此相应于止回阀Fa、Fb、Fc的开启压力P_RFV减去公差T，例如+10％。但下极限值也可以更低或甚至为零。

因此，在一个子步骤中比较压差ΔP_AN与上极限值，更确切地说，检查压差ΔP_AN是否低于上极限值。仅满足此条件已经可以推断完整性缺陷。在第二子步骤中进行的压差ΔP_AN与下极限值的比较——更确切地说检查压差ΔP_AN是否高于下极限值——用于区分完整性缺陷与运行情况A、即没有取水量的情况。因此，第二比较可以被认为是对由第一比较的“完整性缺陷”认定的验证。在最简单的情况下，第二子步骤也可以检查压差ΔP_AN是否大于零。

如果压差ΔP_AN高于上极限值或低于下极限值，则膜6的完整性正常(否-分支)并且在步骤S9中确定“没有完整性丧失”。

如果压差ΔP_AN位于上极限值与下极限值之间，则继续检验当前是否是主消耗时间，步骤S4。如果是这种情况，则该方法继续到步骤S5(是-分支)，否则就继续到步骤S8(否-分支)。在步骤S4中的情况区分中仅决定在随后的步骤S5、S8中应考虑用于主消耗时间的持续时间T1还是用于副消耗时间的持续时间T2。

随后监测压差ΔP_AN是否在持续时间内保持低于上极限值。该检查在步骤S5中针对持续时间T1、在步骤S8中针对持续时间T2进行。更确切地说，在所述步骤S5、S8中分别首先启动计数器并且随后重复并交替地执行步骤S2和检查压差ΔP_AN是否保持低于上极限值，直至达到相应的持续时间T1、T2。如果压差ΔP_AN在相应的持续时间T1、T2内再次上升超过上极限值(S5、S8的否-分支)，则短时间低于上极限值仅是取水量极少的结果并且不存在完整性丧失，步骤S9。该方法随后再次在开始时在步骤S1处继续，因为完整性监测连续地在过滤运行中起作用。

但如果压差ΔP_AN在相应的持续时间T1、T2内保持低于上极限值(S5、S8的是-分支)，则低于上极限值实际上是完整性丧失的结果，因此在步骤S6中作出这种确定。因此在步骤S7中发出缺陷通知。

因此，在过滤运行的任何时候可以以简单的方式可靠地识别完整性丧失。

应指出，借助所描述的方法仅确定存在或何时存在超滤模块3a、3b、3c的任一个膜6的完整性丧失。为了找出何处或在哪个过滤模块3a、3b、3c中是这种情况，可以通过依次关闭进水阀Za、Zb、Zc来使这些过滤模块依次停止运行。如果膜6有缺陷的超滤模块3a、3b、3c的进水阀Za、Zb、Zc被关闭，则压差ΔP_AN再次上升超过上极限值。因此也发现了完整性缺陷的位置。

应指出，上述描述仅作为示例用于说明目的并且不以任何方式限制本发明的范围。被说明为“可以”、“示例性”、“优选”、“可选的”、“理想的”、“有利的”、“必要时”或“适合的”的本发明的特征被视为纯粹可选的并且也不限制保护范围，所述保护范围仅通过权利要求限定。只要在上述说明中提到的元件、部件、方法步骤、数值或信息具有已知的、显而易见的或可预见的等同物，则这些等同物也包括在本发明中。本发明还包括对实施例的任何改变、改动或修改，这些改变、改动或修改涉及元件、部件、方法步骤、数值或信息的替换、增加、改变或省略，只要保持本发明的基本思想即可，不管该改变、改动或修改导致实施例的改进还是劣化。

尽管本发明的上述说明关于一种或多种具体实施例提到了多个物理、非物理或方法相关的特征，但这些特征也可以脱离具体实施例单独使用，至少在它们不要求其它特征强制存在的情况下。相反，关于一种或多种具体实施例提到的这些特征可以任意彼此组合并且可与实施例的示出或未示出的其它公开或未公开的特征组合，只要这些特征不相互排斥或导致技术上的不兼容。

附图标记列表

1 超滤设备

2 原水流入部，中央供应管路

2a、2b、2c 局部供应管路

3 超滤单元

3a、3b、3c 超滤模块

4ao 上部流入接口

4au 下部流入接口

4bo 上部流出接口

4bu 下部流入接口

5a 原水侧

5b 滤液侧

6 滤膜

7 中央回流液管路

7a、7b、7c 局部回流液管路

8 滤液流出部，中央滤液管路

8a、8b、8c 局部第一滤液管路，用于滤液输出的第一管路

8a'、8b'、8c' 局部第二滤液管路，用于滤液输入的第二管路

8' 第二滤液管路的共同的区段

9 设备控制装置

10 减压元件

11 输入压力传感器

12 输出压力传感器

13 评估单元

14 反向冲洗压力传感器

15 公差带

16 监测单元

17 体积计

20 原水源

30 消耗器

40 自由出口

Za、Zb、Zc 进水阀

Ra、Rb、Rc 回流液阀

Fa、Fb、Fc 滤液阀

Sa、Sb、Sc 反向冲洗阀

Claims

1.用于在用于饮用水处理的超滤设备(1)的过滤运行期间监测超滤设备的过滤模块(3a、3b、3c)中的超滤膜(6)的完整性的方法，所述设备具有原水流入部(2)和滤液流出部(8)，过滤模块(3a、3b、3c)位于所述原水流入部和滤液流出部之间，其特征在于，经过滤的饮用水从过滤模块(3a、3b、3c)经由止回阀(Fa、Fb、Fc)流向滤液流出部(8)，该止回阀在滤液流动的情况下具有已知的开启压力(P_RFV)，其中，确定在原水流入部(2)中的压力(P_zu)和滤液流出部(8)中的压力(P_ab)之间的压差(ΔP_AN)，并且当压差(ΔP_AN)低于大于开启压力(P_RFV)的极限值(P_RFV+T)时，认定完整性丧失。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极限值(P_RFV+T)比已知的开启压力(P_RFV)高最多20％、优选比已知的开启压力(P_RFV)高10％或5％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述极限值(P_RFV+T)形成公差带(15)的上限，所述公差带的下限通过另一极限值(P_RFV-T)定义，并且仅当压差(ΔP_AN)位于所述公差带(15)之内时才认定完整性丧失。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述另一极限值(P_RFV-T)比已知的开启压力(P_RFV)低最多20％。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅当低于所述极限值至少持续了预定的持续时间(T1、T2)时，才认定完整性丧失。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述持续时间(T1、T2)在5分钟至20分钟之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果低于极限值在主消耗时间期间存在第一预定的持续时间(T1)或在主消耗时间之外存在第二预定的持续时间(T2)，则认定完整性丧失，所述第二持续时间(T2)比第一持续时间(T1)长。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一持续时间(T1)在5至10分钟之间并且所述第二持续时间在15至20分钟之间。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述主消耗时间在6点至18点之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当认定完整性丧失时，发出警告消息。

11.用于饮用水处理的超滤设备(1)，所述超滤设备包括至少一个具有超滤膜(6)的过滤模块(3a、3b、3c)、原水流入部(2)和滤液流出部(7)，过滤模块(3a、3b、3c)位于所述原水流入部和滤液流出部之间，其特征在于过滤模块(3a、3b、3c)和滤液流出部(7)之间的止回阀(Fa、Fb、Fc)、用于确定在原水流入部(2)中的压力(P_zu)和滤液流出部(7)中的压力(P_ab)之间的压差(ΔP_AN)的传感装置(11、12、13)和用于监测超滤膜(6)的完整性的监测单元(16)，其中，所述监测单元(16)设置用于实施根据权利要求1至10中任一所述的方法。