DE102005035044A1 - Backwashing capillary membranes of membrane arrangement for filtering drinking water comprises filling permeate chamber with cleaning liquid and adjusting pressure in permeate chamber - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückspülen von Kapillarmembranen einer Membrananlage, die mit mindestens einem offenen, dem Permeatabfluss dienenden Ende mit einem Permeatraum der Membrananlage in Verbindung stehen und außenseitig von einer zu filtrierenden Flüssigkeit umgeben sind.The The invention relates to a method for backwashing capillary membranes of a Membrane system with at least one open, the permeate discharge serving end with a Permeatraum the membrane system in conjunction stand and outside from a liquid to be filtered are surrounded.
Membrananlagen zur Membranfiltration werden u. a. zur Trinkwasseraufbereitung und zur Reinigung von kommunalem Abwasser und Industrieabwässern eingesetzt. Die Kapillarmembranen besitzen einen Durchmesser von weniger 5 mm, wobei ein Durchmesserbereich zwischen 0,5 mm und 3 mm für viele Anwendungen bevorzugt ist. Die Kapillarmembranen werden außenseitig von einer zu reinigenden Flüssigkeit umströmt oder sind in einem Becken mit der zu reinigenden Flüssigkeit abgetaucht. Die Triebkraft für die Membranfiltration ist eine Druckdifferenz, die roh wasserseitig durch einen Überdruck und/oder durch eine permeatseitige Druckerniedrigung realisiert werden kann. Die gereinigte Flüssigkeit, das Permeat, fließt im Innern der Kapillarmembranen ab und gelangt am offenen Ende der Kapillarmembranen in einen Permeatraum, der mit einem Auslass für das Permeat ausgebildet ist.membrane plants for membrane filtration u. a. for drinking water treatment and used for cleaning of municipal wastewater and industrial wastewater. The capillary membranes have a diameter of less than 5 mm, where a diameter range between 0.5 mm and 3 mm for many Applications is preferred. The capillary membranes are on the outside from a liquid to be cleaned flows around or are in a basin with the liquid to be cleaned submerged. The driving force for The membrane filtration is a pressure difference, the raw water side by an overpressure and / or realized by a permeatseitige pressure reduction can be. The purified liquid, the permeate flows inside the capillary membranes and arrives at the open end of the Capillary membranes in a permeate space, with an outlet for the permeate is trained.
Die Kapillarmembranen verschmutzen im Laufe der Betriebszeit. Um einen dauerhaft stabilen Permeatfluss der Membrananlage sicher zu stellen, erfolgt in vorgegebenen Intervallen einer Rückspülung der Kapillarmembranen. Hierbei wird eine Reinigungsflüssigkeit unter Druck dem Permeatraum der Membrananlage zugeführt, strömt in die Kapillarmembranen ein und permeiert durch die Kapillarmembranen hindurch nach Außen. Durch die Rückspülung, also die Umkehrung des Permeatflusses, werden an den Kapillarmembranen anhaftende Deckschichten gelöst und Verschmutzungen aus den Poren der Membranen entfernt. Verfahren zum Rückspülen von Membranen sind in JP-A 11-033 372, JP-A 11-128 701 und JP-A 04-161 232 beschrieben.The Capillary membranes pollute during operation. To one permanently stable permeate flow of the membrane plant to make sure takes place at predetermined intervals of backwashing the capillary membranes. This is a cleaning fluid fed under pressure to the permeate space of the membrane system, flows into the Capillary membranes and permeates through the capillary membranes through to the outside. By backwashing, so the reversal of the permeate flux, become on the capillary membranes adhering cover layers solved and removes contaminants from the pores of the membranes. method for backwashing Membranes are disclosed in JP-A 11-033 372, JP-A 11-128701 and JP-A 04-161 232 described.
Die Reinigungswirkung der Rückspülung ist nicht nur abhängig von der Rückspüldauer, der Art und Konzentration der Reinigungschemikalien sowie der Temperatur, sondern auch von der Verfahrensführung bei der Rückspülung. Vor allem in der Praxis ist eine Betriebsweise gebräuchlich, bei der der Permeatraum zunächst mit Reinigungsflüssigkeit befüllt wird und anschließend mit mehreren kurzen Rückspülpulsen eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge durch die Membranwände der Kapillarmembranen nach Außen verdrängt wird. Zwischen den Rückspülpulsen ist eine mehrminütige Einwirkzeit ohne Druckbeaufschlagung der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Der aus mehreren Rückspülpulsen bestehende Reinigungszyklus wird zumeist in Abständen zwischen einer Woche und mehreren Wochen wiederholt.The Cleaning effect of backwashing is not only dependent from the backwashing period, the type and concentration of cleaning chemicals and the temperature, but also of the procedure during backwashing. In front In practice, a mode of operation is common in which the permeate space first with cleaning fluid is filled and subsequently with several short backwash pulses a predetermined amount of liquid through the membrane walls the capillary membranes to the outside repressed becomes. Between the backwash pulses is a multi-minute Contact time without pressurizing the cleaning fluid intended. The from several backwash pulses existing cleaning cycle is usually at intervals between a week and repeated several weeks.
Das mit Rückspülpulsen arbeitende Rückspülverfahren kann nicht verhindern, dass die Durchlässigkeit der Membranen, die als Permeabilität bezeichnet wird, im Laufe der Zeit abnimmt, wobei signifikante Unterschiede bezüglich der Permeabilität in Längsrichtung der Kapillarmembranen feststellbar sind. Die Permeabilität der Kapillarmembranen nimmt mit zunehmendem Abstand vom offenen Ende der Kapillarmembranen ab. Die Erfindung setzt ein mit der Erkenntnis, dass die sich ändernde Permeabilität der Kapillarmembranen auf die Betriebsweise bei der Rückspülung zurückzuführen ist. Ein Bündel aus Kapillarmembranen weist eine große Membranoberfläche auf. Während der Einwirkzeit verlässt ein Teil der Reinigungsflüssigkeit durch Diffusion die Membranen bzw. wird die Konzentration der Reinigungschemikalien durch eintretende Flüssigkeit von Außen verdünnt. Wird nun bei einem Rückspülungspuls den Kapillarmembranen weniger Reinigungsflüssigkeit zugeführt, als benötigt wird, um die in den Kapillarmembranen enthaltene Flüssigkeit vollständig zu verdrängen, nimmt die Reinigerkonzentration in den Kapillarmembranen ab und werden Bereiche der Kapillarmembranen, die einen großen Abstand vom offenen Ende der Kapillarmembranen haben, schlechter gereinigt.The with backwash pulses working backwashing can not prevent the permeability of the membranes that as permeability referred to decreases over time, with significant differences in terms of the permeability longitudinal the capillary membranes are detectable. The permeability of the capillary membranes decreases with increasing distance from the open end of the capillary membranes. The invention begins with the recognition that the changing permeability the capillary membranes is due to the operation in the backwashing. A bunch out Capillary membranes have a large membrane surface area. While leaves the contact time a part of the cleaning fluid by diffusion the membranes or the concentration of the cleaning chemicals by entering liquid from the outside diluted. Will now be at a backwash pulse the capillary membranes less cleaning fluid supplied as needed becomes the liquid contained in the capillary membranes Completely to displace decreases the detergent concentration in the capillary membranes and Be areas of the capillary membranes, which are a long distance from open end of the capillary membranes have cleaned worse.
Der Effekt ist insbesondere bei Membranfaserbündeln ausgeprägt, deren Kapillarmembranen nur an einem Ende offen sind und an ihrem anderen Ende verschlossen sind. Auf Dauer kann durch die beschriebene Rückspülung nicht verhindert werden, dass die Permeabilität der Membranen sich in Längsrichtung der Kapillarmembranen deutlich verschlechtert.Of the Effect is particularly pronounced in membrane fiber bundles whose Capillary membranes are only open at one end and at their other end are closed. In the long run can not by the described backwashing prevents the permeability of the membranes in the longitudinal direction the capillary membranes significantly deteriorated.
Ausgehend von der vorstehend erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Rückspülen von Kapillarmembranen anzugeben, das mit einem möglichst geringen Verbrauch an Reinigungsflüssigkeit eine wirkungsvolle Reinigung der Kapillarmembranen über deren gesamte Länge gewährleistet. Das Rückspülverfahren soll insbesondere auch für Membranmodule geeignet sein, deren Kapillarmembranen nur an einem Ende offen sind.outgoing from the problem explained above the invention has the object, a method for backwashing of Capillary membranes indicate that with the lowest possible consumption on cleaning fluid an effective cleaning of the capillary membranes over their whole length guaranteed. The backwashing process especially for Be suitable membrane modules whose capillary membranes only on one End are open.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Rückspülen von Kapillarmembranen gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird mit einer Reinigungsflüssigkeit, die Reinigungschemikalien enthält, zunächst der Permeatraum befüllt und die in den Kapillarmembranen enthaltene Flüssigkeit verdrängt. Anschließend wird durch Einstellung eines Druckes im Permeatraum, der größer ist als der Druck an der Außenseite der Kapillarmembranen, in einem Rückspülvorgang ein Teil der Reinigungsflüssigkeit durch die Membranwände der Kapillarmembranen in die zu filtrierende Flüssigkeit verdrängt, wobei ein kleiner kontinuierlicher Rückspülmengenstrom durch die Membranen eingestellt wird, der so bemessen ist, dass die Konzentration der Reinigungschemikalien in Längsrichtung der Kapillarmembranen während des Rückspülvorganges im Wesentlichen konstant bleibt. Erfindungsgemäß wird nicht mit kurzen Rückspülpulsen, wie im Stand der Technik, gearbeitet, sondern ein konstanter Rückspülmengenstrom eingestellt. Um die benötigte Menge an Reinigungsflüssigkeit nicht zu vergrößern, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein kleiner Rückflussmengenstrom eingestellt, der Diffusionsverluste an Reinigungschemikalien ausgleicht und eine Rückverdünnung der in den Kapillarmembranen enthaltenen Reinigungsflüssigkeit durch Flüssigkeit, die von außen nach innen durch Diffusion, Fehlstellen in den Membranen und dgl. eintritt, verhindert. Der Rückflussmengenstrom ist auf die Permeabilität der Membranen und die Membranoberfläche abzustimmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird mit einem Rückflussmengenstrom gearbeitet, der bezogen auf die von der Reinigungsflüssigkeit beaufschlagten Membranfläche kleiner als 20 l/(m2h) und vorzugsweise kleiner als 10 l/(m2h) ist. Bei Kapillarmembranen, die für die Membranfiltration in der Abwasserreinigung zur Anwendung kommen, erweist sich ein kontinuierlicher Rückflussmengenstrom von weniger als 5 l/(m2h) bereits als ausreichend.The invention and solution to this problem is a method for backwashing capillary membranes according to claim 1. According to the invention, the permeate space is first filled with a cleaning liquid containing cleaning chemicals and ent in the capillary displaced liquid. Subsequently, by adjusting a pressure in the permeate space, which is greater than the pressure on the outside of the capillary membranes, in a backwashing a part of the cleaning liquid displaced by the membrane walls of the capillary in the liquid to be filtered, with a small continuous Rückspülmengenstrom is set by the membranes sized so that the concentration of cleaning chemicals in the longitudinal direction of the capillary membranes remains substantially constant during the backflushing process. According to the invention, work is not carried out with short backwash pulses, as in the prior art, but a constant backwash flow rate is set. In order not to increase the required amount of cleaning liquid, the process of the invention, a small reflux flow is adjusted, the diffusion losses of cleaning chemicals compensated and a re-dilution of the cleaning liquid contained in the capillary membranes by liquid from the outside to the inside by diffusion, flaws in the membranes and Like. Occurs prevented. The return flow rate must be matched to the permeability of the membranes and the membrane surface. According to a preferred embodiment of the invention, a reflux flow is used, which is less than 20 l / (m 2 h) and preferably less than 10 l / (m 2 h) relative to the membrane area acted upon by the cleaning fluid. For capillary membranes, which are used for membrane filtration in wastewater treatment, a continuous flow rate of less than 5 l / (m 2 h) already proves to be sufficient.
Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der dem Permeatraum zugeführte Mengenstrom an Reinigungsflüssigkeit variiert wird, wobei zunächst zur Befüllung des Permeatraumes und zur Verdrängung der in den Kapillarmembranen enthaltenden Flüssigkeit ein großer Flüssigkeitsmengenstrom eingestellt wird und dieser danach auf einen für die Rückspülung niedrigeren Wert gedrosselt wird. Zur Regelung des Rückspülmengenstromes kann der Druck im Permeatraum gesteuert werden.A preferred embodiment the method according to the invention provides that the volume flow of cleaning fluid supplied to the permeate space varies, being first for filling of the permeate space and to the displacement the liquid contained in the capillary membranes a large amount of liquid flow is set and then throttled to a lower value for the backwashing becomes. For controlling the backwash flow rate The pressure in the permeate space can be controlled.
Die Rückspülung wird zweckmäßig über einen Zeitraum von etwa 10 Minuten bis 120 Minuten kontinuierlich betrieben. Zumindest in der Abwasserreinigung ist es ausreichend, wenn die Rückspülung alle ein bis zwei Wochen wiederholt wird.The Backwashing is appropriate over a Period of about 10 minutes to 120 minutes continuously operated. At least in wastewater treatment, it is sufficient if the Backwash all one to two weeks is repeated.
Der Reinigungseffekt kann noch verbessert werden, wenn während der Rückspülung der Kapillarmembranen in die zu filtrierende Flüssigkeit ein Luft- oder Gasstrom eingeleitet wird, der an der Außenseite der Kapillarmembranen Strömungsturbolenzen erzeugt. Die aufsteigenden Gasblasen verbessern den Stoffaustausch an der Außenseite der Kapillarmembranen und fördern den Abtransport der sich unter der Wirkung der Rückspülung lösenden Beläge an den Kapillarmembranen.Of the Cleaning effect can be improved if during the Backwashing the Capillary membranes introduced into the liquid to be filtered an air or gas stream that's on the outside the capillary membranes flow turbulence generated. The rising gas bubbles improve the mass transfer on the outside the capillary membranes and promote the removal of the dissolving under the action of backwashing deposits on the capillary membranes.
Gegebenenfalls kann gegen Ende des Reinigungszyklusses auch wieder mit deutlich erhöhter Rückspülleistung und reinem Permeat der permeatseitige Raum in Richtung Rohwasser freigespült werden, so dass dieser wieder schnell betriebsbereit wird.Possibly can at the end of Reinigungszyklusses again with clearly increased backwash performance and pure permeate the permeate-side space towards raw water flushed so that it will be ready for use again quickly.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematischin the The invention will be described below with reference to a purely exemplary embodiment illustrative drawing explained. It show schematically
Die
in
Im
Filtrationsbetrieb ist der rohwasserseitige Druck, d. h. der Druck
in der Flüssigkeit
Vor
einer Rückspülung der
Kapillarmembranen wird zunächst
die Permeatpumpe
In
einem ersten Verfahrensschritt wird der Permeatraum
Der
Zur
Beendigung der Rückspülung wird
die Rückspülpumpe
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2007017017A1 (en) | 2007-02-15 |
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