DE10112730A1

DE10112730A1 - Umkehrosmose-Anlage

Info

Publication number: DE10112730A1
Application number: DE10112730A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Michelbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umkehrosmose-Anlage für Rohwasser, insbesondere Stadt- oder Brunnenwasser, zur Gewinnung von salzarmen Diluat oder Permeat. Die Umkehrosmose-Anlage umfasst wenigstens ein Umkehrosmose-Modul (10, 11) mit einem Rohwassereingang (13), einem Konzentratausgang (14) sowie einem Diluatausgang (15) und eine das Umkehrosmose-Modul (10, 11) mit dem Rohwasser beaufschlagende Pumpe (16). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Umkehrosmose-Anlage eine Überbrückungsleitung (29) umfasst, welche zwischen dem Ausgang der Pumpe (16) und dem Diluatausgang (15) geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umkehrosmose-Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruches 1.

Durch ein Umkehrosmose-Verfahren kann Wasser nahezu vollständig entsalzt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt vor allem in der geringen Umweltbelastung. Für die ses Verfahren sind keinerlei Chemikalien erforderlich.

Das in einer Umkehrosmose-Anlage entsalzte Wasser wird insbesondere in der Indus trie, Pharmazie und in Krankenhäusern eingesetzt. Auch für die Luftbefeuchtung in Lüftungs- und Klimaanlagen wird oftmals ein in einer Umkehrosmose-Anlage entsalztes Wasser verwendet. Weiterhin können Umkehrosmose-Anlagen für die Aufbereitung von Meerwasser verwendet werden. Meerwasser ist wegen des hohen Salzgehalts als Trinkwasser ungeeignet. Mit Hilfe einer Umkehrosmose-Anlage kann der Salzgehalt von Meerwasser so weit reduziert werden, dass es als Trinkwasser geeignet ist. Solche Anla gen werden insbesondere in Küstenregionen mit wenig oder keinem Süßwasservor kommen benötigt.

Aus dem Stand der Technik ist eine Umkehrosmose-Anlage bekannt, der eine Enthär tungsanlage vorgeschaltet ist. In dieser Enthärtungsanlage wird Rohwasser auf weniger als 1°dH entkalkt. Der Ausgang der Enthärtungsanlage ist mit dem Eingang der Um kehrosmose-Anlage gekoppelt. Am Eingang weist die Umkehrosmose-Anlage eine Pumpe auf, die das enthärtete Wasser mit einem Druck von etwa 10 bar bis 80 bar durch Module preßt. In diesen Modulen findet das eigentliche Umkehrosmose- Verfahren statt, indem das enthärtete Wasser mit Druck gegen halbdurchlässige Mem brane gepreßt wird. Dabei werden Salze und/oder Mineralien ausgefiltert, wobei sich das Rohwasser in ein Permeat (Diluat) und ein Konzentrat aufspaltet. Das Permeat (Di luat) ist als besonders salzarmes Wasser vielseitig verwendbar. Das Konzentrat ist ein Abfallprodukt und wird verworfen. Üblicherweise produziert ein Modul in etwa 75% Permeat (Diluat) und 25% Konzentrat. Der Pumpendruck sowie die Permeat- und Konzentratmenge sind manuell einstellbar. Das Permeat wird in einem drucklosen Be hälter gespeichert und von dort an einen Endverbraucher weitergepumpt.

Diese herkömmliche Umkehrosmose-Anlage hat den Nachteil, dass das Wasser in dem Behälter aufkeimen kann. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass der Behäl ter niemals ganz dicht ist und das Wasser meist längere Zeit in dem Behälter verbleibt. Insbesondere im Sommer wird durch Erwärmung des Wassers im Behälter das Aufkei men zusätzlich gefördert. Üblicherweise werden zur Verhinderung der Verkeimung UV- Lampen, Chemikalien oder zusätzliche Leitungen verwendet. Dies bedeutet aber einen hohen energetischen und konstruktiven Aufwand sowie eine hohe Umweltbelastung.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Umkehrosmose-Anlage wird durch deren Einschaltphase verursacht. Während dieser Einschaltphase hat das Wasser einen wesentlich höheren Leitwert, etwa 150 bis 200 µS/cm, als erwünscht. Weiterhin hat die herkömmliche Umkehrosmose-Anlage einen verhältnismäßig hohen Platzbedarf. Aus serdem hat die manuelle Einstellung wichtiger Größen unerwünschte Ungenauigkeiten zur Folge. Schließlich hat die herkömmliche Umkehrosmose-Anlage den Nachteil, dass der Salzgehalt am Ausgang der Anlage nicht regelbar ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Umkehrosmose-Anlage bereit zu stellen, die die oben genannten Nachteile überwindet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Umkehrosmose-Anlage eine Überbrückungs leitung umfasst, welche zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Diluatausgang geschaltet ist. Die Überbrückungsleitung bildet eine Verschneideeinrichtung. Auf diese Weise wird das Umkehrosmose-Modul überbrückt, so dass ein Teil des Rohwassers direkt dem Diluatausgang zugeführt werden kann.

Vorzugsweise umfasst die Überbrückungsleitung ein Regelventil. Mittels des Regelven tils ist einstellbar, welcher Anteil des Rohwassers über das Umkehrosmose-Modul oder direkt über die Überbrückungsleitung dem Diluatausgang zugeführt wird. Auf diese Weise wird eine weitere Regelungsmöglichkeit für die Umkehrosmose-Anlage bereitge stellt. Damit kann der Salzgehalt am Ausgang der Anlage eingestellt werden. Falls der Verbraucher einen etwas höheren Salzgehalt als möglich toleriert, kann auch der Durch fluss durch die gesamte Anlage geregelt werden. Der konstruktive Aufwand für die Überbrückungsleitung und das zweite Regelventil ist verhältnismäßig gering. Das Um kehrosmose-Modul kann kleiner ausgebildet sein als bei herkömmlichen Anlagen, da nur ein Teil des Wassers durch diese hindurch gepumpt wird. Bei der erfindungsgemä ßen Umkehrosmose-Anlage wird für den Konstrukteur der Spielraum für die Dimensi onierung einzelner Komponenten und der gesamten Anlage erweitert.

Weiterhin sind ein oder mehrere Leitwertsensoren vorgesehen. Das Regelventil kann in Abhängigkeit von den erfassten Leitwerten automatisch oder manuell gesteuert werden. Damit ist das Diluat auf einen konstanten Leitwert einstellbar.

Weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umkehrosmose-Anlage.

Die Umkehrosmose-Anlage weist einen Eingang 12 auf. Diesem Eingang 12 sind in Reihe eine Härtegrad-Überwachungseinrichtung 1, ein erster Drucksensor 2, ein Filter 3, ein zweiter Drucksensor 4, ein Magnetventil 26, ein Druckschalter 5 und eine Pumpe 16 nachgeschaltet. Dem Ausgang der Pumpe 16 ist ein dritter Drucksensor 6 zugeordnet. Weiterhin weist die Pumpe 16 einen Steuereingang auf, der mit einem Frequenzumwandler 9 gekoppelt ist. Der Ausgang der Pumpe ist mit einem Rohwassereingang 13 zweier parallel geschalteter Umkehrosmose-Module 10 und 11 gekoppelt. Die Umkehrosmose-Module 10 und 11 weisen außerdem einen Konzentratausgang 14 und einen Diluatausgang 15 auf. Dem Konzentratausgang 14 ist ein Regelventil 8 nachgeschaltet. Das Regelventil 8 weist zwei Ausgänge auf. Der eine Ausgang des Regelventils 8 ist über eine Rückführleitung 20 mit dem Koppelpunkt des Druckschalters 5 und des Magnetventils 26 verbunden. Der andere Ausgang des Regelventils 8 ist über einen Wasserzähler 7 mit einem Konzentratabfluß 18 verbunden. Dem Diluatausgang 15 sind ein Zapfhahn 21, ein erster Leitwertsensor 23, ein zweiter Wasserzähler 22, ein zweiter Leitwertsensor 28, ein vierter Drucksensor 24 und ein Diluatabfluß 25 nachgeschaltet, die über ein Diluatleitungssystem 19 verbunden sind. Das Diluatleitungssystem 19 ist über eine Überbrückungsleitung 29 mit dem Ausgang der Pumpe 16 verbunden. Die Überbrückungsleitung 29 weist ein zweites Regelventil 27 auf.

Über den Eingang 12 wird der Umkehrosmose-Anlage Rohwasser zugeführt, das üblicherweise in einer Enthärtungsanlage entkalkt worden ist. Die Härtegrad- Überwachungseinrichtung 1 ist dazu vorgesehen, den Härtegrad des Rohwassers zu erfassen, so daß bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes die weitere Zufuhr von Rohwasser, beispielsweise durch Schließen des Magnetventils 2 G, automatisch oder manuell unterbunden werden kann. Vorzugsweise wird bei einer Überschreitung des Wertes 1°dH die Umkehrosmose-Anlage automatisch abgeschaltet. Auf diese Weise wird verhindert, daß Wasser mit einem höheren Härtegrad in die Umkehrosmose-Module 10 und 11 gelangt. Dies hätte zur Folge, daß die Umkehrosmose-Module 10 und 11 verstopft werden würden, und letztlich die gesamte Umkehrosmose-Anlage ausfallen würde. Durch die Verwendung der Härtegrad- Überwachungseinrichtung 1 wird der gesamte Wartungsaufwand der Anlage erheblich reduziert. Das Magnetventil 26 kann mit Abschalten der Anlage geschlossen werden, um beispielsweise ein Spülen der Anlage zu ermöglichen.

Die Pumpe 16 ist dazu vorgesehen, das Rohwasser mit Druck, üblicherweise zwischen 10 und 80 bar, in die Umkehrosmose-Module 10 und 11 zu pressen. Die Pumpe 16 wird von dem Frequenzumwandler 9 angesteuert. Dem Frequenzumwandler 9 ist vorzugsweise ein DDC-Regler vorgeschaltet. Der Druck am Ausgang der Pumpe 16 wird in Abhängigkeit von denjenigen Werten geregelt, die durch den dritten Drucksensor G, den zweiten Wasserzähler 22, den Leitwertsensor 23 und den vierten Drucksensor 24 erfasst werden. Auf diese Weise wird die Pumpe 1 G derart geregelt, daß den Umkehrosmose-Modulen 10 und 11 soviel Rohwasser zugeführt wird, wie Diluat am Diluatabfluß 25 von einem Endverbraucher benötigt wird. Eine Zwischenlagerung des Diluats in einem Behälter oder dergleichen ist nicht erforderlich. Somit wird eine Keimbildung unterbunden, die oftmals in derartigen Behältern auftritt. Vorzugsweise sind die Umkehrosmose-Module 10 und 11 separat zu- und abschaltbar. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der geforderten Diluatmenge, insbesondere bei noch mehr Modulen, die gesamte Anlage geregelt werden.

Das Regelventil 8 ist als 2-Wege-Ventil ausgebildet. Mit dem Regelventil 8 kann eingestellt werden, welcher Anteil des Konzentrats über die Rückführleitung 20 an den Vorlauf der Pumpe 1 G rückgeführt wird. Beispielsweise kann das Regelventil 8 von einem DDC-Regler angesteuert werden. Der übrige Anteil des Konzentrats wird über den ersten Wasserzähler 7 dem Konzentratabfluß 18 zugeführt. Das dem Konzentratabfluß 18 zugeführte Konzentrat wird üblicherweise als Abfall verworfen. Durch die einstellbare Rückführung des Konzentrats werden die Regelungsmöglichkeiten der gesamten Umkehrosmose-Anlage erhöht. Insbesondere ist dadurch das Konzentrat stetig einstellbar.

Die Überbrückungsleitung 29 und das zweite Regelventil 27 bilden bei der hier beschriebenen Ausführungsform Bestandteile einer Verschneideeinrichtung. Dadurch werden insbesondere die Umkehrosmose-Module 10 und 11 überbrückt, so dass ein Teil des gefilterten Rohwassers direkt dem Diluatleitungssystem 19 und dem Diluatabfluss 25 zugeführt werden kann. Damit wird eine weitere Regelungsmöglichkeit für die Umkehrosmose-Anlage bereitgestellt. Ein Teil des gefilterten Rohwassers kann damit an den beiden Umkehrosmose-Modulen 10 und 11 vorbei dem Diluatabfluss 25 zugeführt werden, wenn vom Endverbraucher ein entsprechender vorbestimmter Salzgehalt toleriert wird. Vorzugsweise wird der aktuelle Leitwert des verschnittenen Diluats vom zweiten Leitwertsensor 28 erfasst. Je nach vom Endverbraucher tolerierten Salzgehalt kann dann mittels des Regelventils 27 das Verhältnis von aus den Umkehrosmose-Modulen 10 und 11 ausgegebenem Diluatfluss und des durch die Überbrückungsleitung 29 geführten gefilterten Rohwassers manuell oder automatisch eingestellt werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, zusätzlich auch den aktuellen Leitwert des aus den Umkehrosmose-Modulen 10 und 11 ausgegebenen Diluats vor der Verschneidung mit gefiltertem Rohwasser im ersten Leitwertsensor 23 zu erfassen. Die Regelung kann dadurch verbessert werden, da anhand der Qualität des aus den Umkehrosmose-Modulen 10 und 11 ausgegebenen Diluats die mutmaßlich mögliche Zugabe von gefiltertem Rohwasser über die Überbrückungsleitung 29 abgeschätzt werden kann. Eine Überprüfung kann dann noch durch Bestimmung des Leitwerts des verschnittenen Diluats im zweiten Leitwertsensor 28 erfolgen. Dieses Verfahren ist besonders ökonomisch, da durch die beiden Umkehrosmose-Module 10 und 11 nicht mehr Wasser als nötig hindurch befördert wird. Dies wirkt sich günstig für die Wartungsintervalle der Umkehrosmose-Module 10 und 11 aus.

Mit der Verschneideeinrichtung wird eine weitere Möglichkeit geschaffen, den konstruktiven und technologischen Aufwand für die Umkehrosmose-Anlage optimal an die jeweils vorliegenden Anforderungen anzupassen. Die Überbrückungsleitung 29 und das zweite Regelungsventil 27 sind kostengünstige Bauteile, die ausserdem einen geringen Wartungsaufwand erfordern. Durch die Verschneideeinrichtung kann die Durchflussrate der beiden Umkehrosmose-Module 10 und 11 wesentlich geringer sein als die der gesamten Umkehrosmose-Anlage.

Insbesondere ist vorgesehen, daß die Umkehrosmose-Anlage mit einer EDV-Anlage gekoppelt sein kann. Dabei werden die erfaßten Meßwerte sämtlicher Sensoren der EDV-Anlage zugeführt. Auf der Grundlage dieser Meßwerte werden der Frequenzumwandler 9 und das Regelventil 8 von der EDV-Anlage angesteuert. Auf diese Weise ist eine ständige Überwachung der Umkehrosmose-Anlage mittels der EDV-Anlage möglich. Ein Display der EDV-Anlage ist für die ständige optische Überwachung der wichtigsten Meßdaten vorgesehen. Eine permanente Aufzeichnung der erfaßten Meßwerte ist ebenfalls vorgesehen. Die EDV-Anlage läßt sich mittels eines PC kostengünstig realisieren. Beispielsweise kann auch eine SPS-Steuerung verwendet werden. Sämtliche Daten und eventuelle Störfälle können unmittelbar und unverzüglich an eine Leitstelle weitergeleitet werden. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Anlage einen sehr geringen Platzbedarf hat. Schließlich kann mit dieser Anlage die für Keimbildung relevante DIN 6022 problemlos eingehalten werden. Auch die gemäss der Trinkwasserverordnung relevante DIN 2000, die ebenfalls die Keimbildung betrifft, kann mit der erfindungsgemäßen Umkehrosmose-Anlage erfüllt werden.

Die erfindungsgemäße Umkehrosmose-Anlage kann in der Industrie verwendet werden. Für zahlreiche Herstellungsverfahren und Produkte wird Wasser mit einem niedrigen Salzgehalt benötigt. Insbesondere für die Pharma-Industrie ist diese Umkehrosmose- Anlage vorteilhaft geeignet. Neben dem extrem niedrigen Salzgehalt ist auch die Keimbildung sehr gering, was insbesondere für pharmazeutische Produkte wichtig ist. Auch in Krankenhäusern kann die erfindungsgemäße Umkehrosmose-Anlage verwendet werden, wo ebenfalls die niedrige Keimbildung neben dem niedrigen Salzgehalt eine wichtige Rolle spielt. Schließlich kann die erfindungsgemäße Umkehrosmose-Anlage als Meerwasser-Aufbereitungsanlage verwendet werden, so dass auf diese Weise Trinkwasser gewonnen werden kann. In Küstenregionen, die nur geringes Süßwasservorkommen aufweisen, kann die erfindungsgemäße Umkehrosmose- Anlage besonders effizient für die Bereitstellung von Trinkwasser verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Härtegrad-Überwachungseinrichtung

2

Erster Drucksensor

3

Filter

4

Zweiter Drucksensor

5

Druckschalter

6

Dritter Drucksensor

7

Erster Wasserzähler

8

Erstes Regelventil

9

Frequenzumwandler

10

Umkehrosmose-Modul

11

Umkehrosmose-Modul

12

Eingang

13

Rohwassereingang

14

Konzentratausgang

15

Diluatausgang

16

Pumpe

18

Konzentratabfluß

19

Diluatleitungssystem

20

Rückführleitung

21

Zapfhahn

22

Zweiter Wasserzähler

23

Erster Leitwertsensor

24

Vierter Drucksensor

25

Diluatabfluß

26

Magnetventil

27

Zweites Regelventil

28

Zweiter Leitwertsensor

29

Überbrückungsleitung

Claims

1. Umkehrosmose-Anlage für Rohwasser, insbesondere Stadt- oder Brunnenwasser, zur Gewinnung von salzarmen Diluat oder Permeat, umfassend

- wenigstens ein Umkehrosmose-Modul (10, 11) mit einem Rohwässereingang (13), einem Konzentratausgang (14) sowie einem Diluatausgang (15) und
- eine die Umkehrosmose-Module (10, 11) mit dem Rohwasser beaufschlagende Pumpe (16),

dadurch gekennzeichnet, dass
die Umkehrosmose-Anlage eine Überbrückungsleitung (29) umfasst, welche zwi schen dem Ausgang der Pumpe (16) und dem Diluatausgang (15) geschaltet ist.

2. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungsleitung (29) ein Regelventil (27) aufweist.

3. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Diluatausgang (15) ein erster Leitwertsensor (23) zugeordnet ist.

4. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Diluatausgang (15) und der Überbrückungsleitung (29) ein Diluatabfluss (25) nachgeschaltet ist.

5. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Diluatabfluss (25) ein zweiter Leitwertsensor (28) zugeordnet ist.

6. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (27) in Abhängigkeit von einem vom zweiten Leitwertsensor (28) erfassten Leitwert gesteuert ist.

7. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Anspruche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (27) in Abhängigkeit von einem vom ersten Leitwertsensor (23) er fassten Leitwert gesteuert ist.

8. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentratrückführung (20) vorgesehen ist, um das am Konzentratausgang (14) austretende Konzentrat ganz oder teilweise erneut durch das Umkehrosmose- Modul (10, 11) zu führen.

09. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratrückführung (20) ein weiteres Regelventil (8) aufweist.

10. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgeführte Konzentratmenge von der vom Endverbraucher angeforderten Di luatmenge und/oder Jonenkonzentration I_C des Diluats abhängig ist.

11. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmose-Anlage mehrere Umkehrosmose-Module (10, 11) aufweist, wel che separat zu- und abschaltbar sind.

12. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmose-Anlage am Eingang (12) eine Härtegrad- Überwachungseinrichtung (1) aufweist, um die Rohwasserzufuhr bei Überschreitung eines vorbestimmten Härtegrades zu stoppen.

13. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Pumpe (16) oder zwischen Pumpe (16) Rohwassereingang (13) eine Druckre gelungseinrichtung (9) für einen Rohwasserdruck P_R vorgesehen ist.

14. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohwasserdruck P_R in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Diluatdruck am Diluatausgang (15) oder Diluatabfluss (25) einstellbar ist.

15. Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Diluatdruck P_D an die Anforderungen nachschaltbarer Verbrau cher anpassbar ist.

16. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelungseinrichtung einen Frequenzumwandler (9) zur Ansteuerung der Pumpe (16) umfasst, derart, dass die Pumpe (16) über einen kontinuierlichen Druckbereich, vorzugsweise von 10 bis 80 bar einstellbar ist.

17. Umkehrosmose-Anlage nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Pumpe (16) mittels der Druckregelungseinrichtung ergänzend zum Diluatdruck P_D der am Rohwassereingang (13) vorhandene Rohwasserdruck P_R berücksichtigt wird.