DE102015107455B3

DE102015107455B3 - Verfahren zur chemischen Reinigung eines getauchten Membranfilters und Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015107455B3
Application number: DE102015107455.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Vossenkaul; Dirk Volmering
Original assignee: Vovo-Tec GmbH
Current assignee: Vovo-Tec GmbH
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: WO2016180628A1

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur chemischen Reinigung eines Membranfilters (1), der in einem Tank (2) mit einer zu filtrierenden Flüssigkeit (3) eingetaucht ist und ein Gehäuse (4) aufweist, in dem sich Membranen (5) befinden und das oben und unten Öffnungen (6) aufweist zur Durchströmung der Flüssigkeit (3) während eines Filtrationsbetriebs, wobei eine Reinigungsfolge durchgeführt wird mit mindestens einem Reinigungsschritt, bei dem eine Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) dem Membranfilter (1) zugeführt wird, die Membranen (5) während einer Kontaktzeit mit der Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) gereinigt werden und anschließend die Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) aus dem Membranfilter (1) abgeführt wird. Offenbart ist weiterhin eine Vorrichtung zur Anwendung eines solchen Verfahrens. Um die Effizienz der Reinigung im eingebauten Zustand der Membranfilter zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse (4) während der Reinigungsfolge oben aus einem Flüssigkeitsspiegel (7) der Flüssigkeit (3) im Tank (2) herausragt, während die Membranen (5) mindestens überwiegend unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (7) bleiben, und dass die Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) oben in das Gehäuse (4) zugeführt wird und dabei die in ihm befindliche Flüssigkeit (3) so weit nach unten verdrängt, dass die Membranen (5) während der Kontaktzeit von der Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) umgeben sind. Bei der Vorrichtung zur Anwendung eines solchen Verfahrens weist der Membranfilter (1) einen Reinigungsanschluss (22) zum feedseitigen Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit (19a, b, c) oben in das Gehäuse (4) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Reinigung eines Membranfilters, der in einem Tank mit einer zu filtrierenden Flüssigkeit eingetaucht ist und ein Gehäuse aufweist, in dem sich Membranen befinden und eine Vorrichtung zur Anwendung eines solchen Verfahrens.
Aus DE 10 2005 035 044 A1 ist ein solches Verfahren bekannt, an der auch die beiden Erfinder beteiligt waren: Das Gehäuse weist oben und unten Öffnungen auf zur Durchströmung der Flüssigkeit während eines Filtrationsbetriebs, wobei eine Reinigungsfolge durchgeführt wird mit mindestens einem Reinigungsschritt, bei dem eine Reinigungsflüssigkeit dem Membranfilter zugeführt wird, die Membranen während einer Kontaktzeit mit der Reinigungsflüssigkeit gereinigt werden und anschließend die Reinigungsflüssigkeit aus dem Membranfilter abgeführt wird.
CN 202148216 U offenbart eine Vorrichtung zum Filtern mit einem Tank für eine zu filtrierenden Flüssigkeit. In dem Tank befindet sich ein Membranfilter mit einem Gehäuse, mit Membranen, unten und oben Öffnungen zum Durchströmen der Flüssigkeit sowie oben einem Reinigungsanschluss zum feedseitigen Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit.
JP H-09 57075A beschreibt das Verdrängen der zu filtrierenden Flüssigkeit durch eine von oben zugeführte Reinigungsflüssigkeit, WO 00/76640 A1 offenbart die chemische Reinigung eines Membranfilters, wobei die zu filtrierende Flüssigkeit zunächst aus dem Membranfilter abgelassen wird.
Technologischer Hintergrund der Erfindung ist aus DE 10 2013 218 188 B3 und Wang et al.: Membrane cleaning in membrane bioreactors, Journal of Membrane Science bekannt.
Einen weiteren Stand der Technik offenbart das Buch „Membrane Systems for Wastewater Treatment” (ISBN 0-07-146419-0 WEF Press McGraw-Hill) im Kapitel Recovery Cleaning (Seiten 103 bis 106).
Getauchte Membranfilter werden u. a. eingesetzt zur Trinkwasseraufbereitung und zur Reinigung von kommunalem Abwasser und Industrieabwässern. Die dabei in den Membranfiltern eingesetzten Membranen sind häufig außenumströmte Hohlfasermembranen mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm oder Plattenmembranen. Je nach Bauform weisen die Membranfilter ein Gehäuse auf, das die Membranen umgibt, wie z. B. seitlich angeordnete Platten oder Rohrelemente. Die Membranfilter werden vollständig in einem Becken mit der zu filtrierenden Flüssigkeit abgetaucht, d. h. sowohl die Membranen als auch die Gehäuse. Im Filtrationsbetrieb wird gereinigte Flüssigkeit, das Permeat, aus dem Inneren der Membranen abgezogen. Die Triebkraft für die Membranfiltration ist eine Druckdifferenz über die Membran, die in der Regel durch eine permeatseitige Druckerniedrigung (Saugbetrieb), oder einen statischen Höhenunterschied zwischen der Seite der zu filtrierenden Flüssigkeit und der Permeatseite (Gravity-Flow) realisiert wird.
Um eine Verblockung der Membranfilter durch abfiltrierte Stoffe zu vermeiden, werden die Membranfilter kontinuierlich oder in periodischen Intervallen gespült. Üblicherweise verwendete Methoden zur physikalischen Spülung der Membranfilter arbeiten mit einer permeatseitigen Rückspülung der Membranen mit Flüssigkeit oder Gas kombiniert mit einer Gasblasenspülung auf der Außenseite der Membranen. Bei letzterer werden Gasblasen von unten in den Membranfilter eingetragen, die dann entlang der Membranen aufsteigen und dadurch eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit erzeugen. Die Scherkraft der Zweiphasenströmung aus Gas und Flüssigkeit hat eine hohe Turbulenz, wodurch Beläge von den Membranen mechanisch abgelöst und ausgespült werden. Als Gas wird üblicherweise Luft verwendet.
Die in getauchten Membranfiltern zum Einsatz kommenden Membranen der Ultra- und Mikrofiltration bestehen aus porösen Materialien, in der Regel Kunststoffen, die wie ein Schwamm winzige Poren besitzen. Ihre Struktur ist häufig asymmetrisch, d. h. die Größe der Membranporen nimmt zur Außenseite der Membranen hin ab. Somit kommen die kleinsten Poren, die auch für den Trenneffekt verantwortlich sind, direkt mit den zurückgehaltenen und an der Membran aufkonzentrierten Wasserinhaltstoffen in Kontakt.
Trotz der beschriebenen Methoden zur mechanischen Spülung der Membranfilter, verblocken die Membranporen mit zunehmender Betriebszeit, wodurch ihre Durchlässigkeit abnimmt und die Filtrationsleistung sinkt. Hierfür sind vor allem adsorptive Prozesse verantwortlich, bei denen sich gelöste Inhaltstoffe der zu filtrierenden Flüssigkeit an der Außenseite der Membran bzw. an und in den Membranporen ablagern und diese zunehmend verblocken. Besonders kritisch sind dabei die kleinsten Poren auf der Membranaußenseite. Zudem können zwischen den Membranen Ablagerungen auftreten, die bei der üblichen mechanischen Spülung nicht entfernt werden. Um solchen Ablagerungen und der Verblockung der Membranporen entgegenzuwirken und die Leistung der Membranfilter wieder zu regenerieren, bzw. nicht zu weit absinken zu lassen, werden zusätzlich zu den mechanischen Spülungen in festgelegten Intervallen oder bei besonderem Bedarf chemische Reinigungen durchgeführt.
Dabei werden für die Entfernung anorganischer Ablagerungen in der Regel saure Chemikalien und für organische Ablagerungen in der Regel oxidierende Chemikalien eingesetzt. Die Effektivität einer chemischen Reinigung hängt immer von dem Zusammenspiel der drei wesentlichen Einflussfaktoren Dauer, Konzentration und Temperatur ab.
Bei getauchten Membranfiltern, solange sie im eingebauten Zustand in der Membrananlage verbleiben, besteht grundsätzlich das Problem, dass die Außenseite der Membranen schwer zugänglich ist für Reinigungschemikalien, da sich dort die zu filtrierende Flüssigkeit befindet. Dieses Problem ist vor allem bei sogenannten Membranbioreaktoren (MBR) eklatant, da es sich bei der zu filtrierenden Flüssigkeit hier um einen hoch konzentrierten Schlamm aus Bakterienflocken und unterschiedlichsten Abwasserinhaltstoffen handelt.
Eine mögliche Lösung des Problems besteht darin wie es bei sogenannten Intensivreinigungen üblich ist, den Tank, in dem die Membranfilter installiert sind, komplett von der zu filtrierenden Flüssigkeit zu entleeren und anschließend mit Reinigungsflüssigkeit aufzufüllen. Dabei ist es vorteilhaft, den Schlamm, der nach der Tankentleerung noch an den Membranfiltern haftet, zunächst mit Wasser, bzw. Permeat grob mechanisch zu entfernen, bevor der Tank mit Reinigungschemikalien befüllt wird. Dadurch kann vermieden werden, dass ein Teil der Reinigungschemikalien bereits am Schlamm abgebaut und dadurch die Effektivität der Reinigung reduziert wird. Die Methode der Tankentleerung, Zwischenspülung und Auffüllung mit Reinigungschemikalien ist einerseits sehr effektiv, andererseits jedoch sehr aufwändig hinsichtlich Zeit sowie Menge und Kosten der Reinigungschemikalien. Daher wird diese Methode in der Regel nur bei den seltener stattfindenden Intensivreinigungen durchgeführt.
Eine weitere Möglichkeit die Reinigungsflüssigkeit an die Außenseite der Membranen zu bringen wird in DE 10 2005 035 044 A1 beschrieben. Dabei werden die Membranfilter mit Reinigungsflüssigkeit von der Permeatseite her befüllt und anschließend zurückgespült. So gelangen die Reinigungschemikalien von der Rückseite her durch die Membranstruktur schließlich auch zu den kleinsten Membranporen an der Außenseite der Membranen. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Poren auch von der Reinigungsflüssigkeit durchströmt werden. D. h. einmal vollständig verstopfte Poren einer Membran oder Bereiche auf denen auf der Außenseite der Membranen Ablagerungen ganze Bereiche der Membranporen verblocken werden nur unzureichend von der Reinigungsflüssigkeit erreicht und daher auch nicht effektiv gereinigt.
Hinzu kommt das Problem, dass die Befüllung der Permeatseite mit Reinigungsflüssigkeit zwei generelle Schwierigkeiten aufweist. An den Einspannstellen der Membranen, an denen die Reinigungsflüssigkeit zugeführt wird, kommen die Membranporen früher mit Reinigungsflüssigkeit in Berührung und werden dadurch besser gereinigt als in von der Einspannstelle weiter entfernten Bereichen. Dies begünstigt ein Entweichen der Reinigungsflüssigkeit aus dem Permeatsystem noch bevor die letzten Winkel der Membranen erreicht sind. Verstärkt wird dieses Problem durch die bei der Rückspülung auftretenden permeatseitigen Druckverluste bei der Durchströmung der Permeatseite. In den Einströmbereichen herrscht ein höherer Druck und dementsprechend eine größere Triebkraft für die Permeation der Reinigungsflüssigkeit durch die Membranen. Diese Effekte führen häufig zu einer lokalen Ungleichmäßigkeit des Reinigungserfolges bei der permeatseitigen Rückspülung von Reinigungsflüssigkeit.
Zudem landen bei dieser Methode alle eingesetzten Chemikalien direkt nach dem Durchströmen der kleinsten Membranporen auf der Membranaußenseite in der zu filtrierenden Flüssigkeit. Dies hat den Nachteil, dass die Reinigungschemikalien von der zu filtrierenden Flüssigkeit abgebaut werden und dadurch nicht mehr für die Reinigung der Membranen zur Verfügung stehen.
Bei der Reinigung von Membranbelebungsanlagen entsteht zudem häufig das besondere Problem der sogenannten AOX-Bildung. Im Falle von chlorhaltigen Reinigungschemikalien sind dies chlorierte Kohlenwasserstoffe, die durch die Reaktion des Chlors mit den organischen Bestandteilen des Schlammes entstehen. Diese wiederum stellen nicht nur ein Entsorgungsproblem dar sondern beeinträchtigen zudem bei hohen Mengen auch die Effektivität der biologischen Stufe der Membranbelebungsanlage.
Alternativ können die Membranfilter auch aus dem Tank herausgenommen werden und in eigene Reinigungscontainer eingebracht werden, was hinsichtlich der Reinigungsleistung sehr wirkungsvoll ist, auf der anderen Seite jedoch sehr aufwendig vom Handling und auch vom Chemikalienverbrauch ist.
Eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus DE 10 2013-218 188 B3 bekannt, die auch von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung zum Patent angemeldet wurde. Der darin zugrunde gelegte Stand der Technik beschreibt einen Membranfilter, der in einem Tank eingetaucht ist und ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse besteht in diesem Fall aus einem auf den Mantel eines Fußelementes aufgesetzten, durchgängigen und umfangseitig vollständig geschlossenen Rohr, dass die Membranen umgibt, und das oben und unten Öffnungen aufweist zur Durchströmung der zu filtrierenden Flüssigkeit während des Filtrationsbetriebs.
Die Membranen werden dabei im Membranfilter häufig zu Membranelementen zusammengefasst. Dies können bei Hohlfasermembranen sogenannte Membranbündel sein oder bei Plattenmembranen Stacks mit einer definierten Anzahl von Platten. In den Membranelementen sind die Membranen mit ihrer Permeatseite an einen gemeinsamen Permeat-Sammelraum angeschlossen.
Das die Membranen umgebende Gehäuse kann wie im oben beschriebenen Stand der Technik aus einem Rohr bestehen, kann jedoch auch ein Kasten sein oder ein Gestell, an dem seitlich Platten befestigt sind.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranreinigung anzugeben, bei der die Effizienz der Reinigung im eingebauten Zustand der Membranfilter erhöht ist.
Zudem ist es die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Filtern anzugeben, die das Anwenden eines solchen Verfahrens ermöglicht.
Lösung
Vorgeschlagen wird ein Verfahren nach Anspruch 1.
Dadurch dass das Gehäuse oben aus der zu filtrierenden Flüssigkeit herausragt, entsteht ein System nach dem Prinzip kommunizierender Röhren zwischen Außen- und Innenseite des Gehäuses, d. h. zwischen den Flüssigkeitsspiegeln im Tank und im Membranfilter. Wird nun von oben in das Gehäuse Reinigungsflüssigkeit zugegeben, so wird dadurch die im Gehäuse vorhandene Flüssigkeit nach unten verdrängt und durch Reinigungsflüssigkeit ausgetauscht. Die Zufuhr an Reinigungsflüssigkeit erfolgt dabei so lange, bis die Membranen wie bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Intensivreinigung vollständig von Reinigungsflüssigkeit umgeben sind. Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei, dass maximal das in den Gehäusen der Membranfilter befindliche Volumen der zu filtrierenden Flüssigkeit und nicht des ganzen Tanks durch Reinigungsflüssigkeit ersetzt werden muss. Dadurch kann die Effektivität einer Intensivreinigung erreicht werden bei deutlich geringerem Chemikalienaufwand, weniger Handling und reduziertem Zeitaufwand für die Zu- und Abfuhr der Chemikalien. Somit wird die Effizienz der Reinigung insgesamt deutlich erhöht.
Da die Reinigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht so viel Zeit für den Austausch der Flüssigkeiten im Tank beansprucht, kann sie auch ähnlich den Zwischenreinigungen nach dem Stand der Technik in kürzeren Zeitintervallen und dann mit niedrigeren Konzentrationen durchgeführt werden. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Reinigung liegt dann darin, dass die Membranen anders als bei einer zur Zwischenreinigung nach dem Stand der Technik üblichen Rückspülung von Reinigungsflüssigkeit vollständig von der Reinigungsflüssigkeit umgeben sind. Bei dem feedseitigen Austausch der zu filtrierenden Flüssigkeit durch Reinigungsflüssigkeit werden die bei der Rückspülung von Membranen beschriebenen Probleme der Abhängigkeit von permeatseitigen Druckverlusten, der Ungleichverteilung der Reinigungsflüssigkeit sowie der daraus folgenden lokalen Ungleichmäßigkeit der Reinigungswirkung vermieden. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Reinigung über die gesamte Membranfläche verbessert. Auch aus diesem Grund ist die feedseitige Befüllung mit Reinigungsflüssigkeit wie im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Gleichmäßigkeit und damit auch für die Effizienz der Reinigung vorteilhaft.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in jeder Anlage mit eingetauchten Membranfiltern durchgeführt werden kann, die ein Gehäuse aufweisen, in dem sich Membranen befinden und das oben und unten Öffnungen zur Durchströmung der zu filtrierenden Flüssigkeit im Filtrationsbetrieb hat, wird es vorteilhafterweise in solchen Anlagen verwendet, in denen die Membranen im Gehäuse vertikal ausgerichtet sind. Diese Position begünstigt nämlich das Verdrängen der Flüssigkeit nach unten und deren Austausch durch von oben nachströmende Reinigungsflüssigkeit.
Bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass die Membranen während der Kontaktzeit vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bleiben. Dadurch wird gewährleistet, dass die Membranen gleichmäßig von der Reinigungsflüssigkeit benetzt und daher auch gleichmäßig gereinigt werden.
Zum Wesensmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens gehört es, dass das Gehäuse während der Reinigungsfolge oben aus dem Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit im Tank herausragt. Um diesen Zustand zu erreichen, gehört es zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass vor Beginn der Reinigungsfolge der Flüssigkeitsspiegel im Tank gesenkt wird und nach Beendigung der Reinigungsfolge der Flüssigkeitsspiegel wieder angehoben wird, um die Membranfilter anschließend im normalen Filtrationsbetrieb komplett untergetaucht weiterbetreiben zu können.
Eine Möglichkeit, den Flüssigkeitsspiegel im Tank abzusenken besteht erfindungsgemäß darin, dass ein Teil der Flüssigkeit aus dem Tank abgeführt wird, beispielsweise dadurch, dass zu filtrierende Flüssigkeit aus dem Tank mit Hilfe von Pumpen oder im freien Ablauf ausströmt.
Es gehört weiterhin zum Umfang der Erfindung, dass das Absenken des Flüssigkeitsspiegels im Tank alternativ oder ergänzend dadurch erreicht wird, dass die Membranen noch eine Zeit lang weiter filtrieren, ohne dass zu filtrierende Flüssigkeit in den Tank nachgeführt wird. Dadurch wird dem Gesamtsystem bestehend aus Tank mit eingetauchtem Membranfilter Flüssigkeit in Form von Permeat entzogen ohne die kompensierende Zufuhr von zu filtrierender Flüssigkeit. Die Folge ist ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels im Tank.
Das Absenken des Flüssigkeitsspiegels geschieht erfindungsgemäß nur so weit, bis dass die Membranen weitgehend unterhalb des Flüssigkeitsspiegels verbleiben. Die Mengen an abzulassender Flüssigkeit, um diesen Zustand zu erreichen, sind daher vergleichsweise gering, vor allem im Vergleich zu der vollständigen Tankentleerung, wie sie bei einer Intensivreinigung nach dem Stand der Technik üblich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, dass auch nur geringe Puffervolumina erforderlich sind, um die aus dem Tank abgeführte zu filtrierende Flüssigkeit während der Reinigung zwischenzulagern. Dies ist insbesondere auch bei kleineren Membrananlagen mit nur einem Membrantank vorteilhaft. Die Größe der Puffervolumina hängt beim erfindungsgemäßen Verfahren weniger von der Tankgestaltung als vielmehr von der Packungsdichte der Membranen im Membranfilter ab.
Zum Umfang der Erfindung gehört ferner, dass das Herausragen des Gehäuses aus dem Flüssigkeitsspiegel im Tank alternativ dadurch erreicht wird, dass die Membranfilter geringfügig angehoben werden. Diese Methode erfordert allerdings zusätzlichen apparativen und betriebstechnischen Aufwand und wird daher an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt.
Zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gehört weiterhin, dass am Ende der Reinigung der Flüssigkeitsspiegel im Tank wieder angehoben wird. Dies erfolgt beispielsweise über die Zufuhr von zu filtrierender Flüssigkeit in den Tank.
Bei der Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit von oben kann je nach Größe und Bauform des Membranfilters eine Kanalbildung der Reinigungsflüssigkeit auf ihrem Weg durch das Gehäuse auftreten, die dazu führt, dass nicht alle im Gehäuse vorhandene Flüssigkeit durch die Reinigungsflüssigkeit verdrängt wird. Ziel ist es, die Vermischungszone aus verdrängter Flüssigkeit im Gehäuse und von oben einströmender Reinigungsflüssigkeit möglichst gering zu halten. Bei der erfindungsgemäßen Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit oben in das Gehäuse des Membranfilters ist es daher vorteilhaft, wenn die Reinigungsflüssigkeit oben am Gehäuse verteilt wird. Dadurch wird die Gefahr von Kanalbildung der Reinigungsflüssigkeit im Gehäuse reduziert und die Vermischungszone aus verdrängter Flüssigkeit und von oben zugeführter Reinigungsflüssigkeit gering gehalten.
Die Reinigungsflüssigkeit kann erfindungsgemäß von oben über eine nicht zum Membranfilter gehörende Einheit erfolgen. So sind beispielsweise auch mobile Einheiten zur Zugabe von Reinigungsflüssigkeit denkbar, die im Rahmen der chemischen Reinigung oberhalb der Module installiert werden und die Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reinigungsflüssigkeit über einen Reinigungsanschluss des Membranfilters von oben den Membranen feedseitig zugeführt.
Zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann es gehören, dass die Reinigungsfolge mehrere aufeinanderfolgende Reinigungsschritte mit unterschiedlichen Reinigungsflüssigkeiten aufweist. Dabei ist es häufig vorteilhaft, in einem ersten Reinigungsschritt Wasser als Reinigungsflüssigkeit einzusetzen, um zum Beispiel im Falle von Membranbioreaktoren zunächst den an den Membranen anhaftenden Schlamm abzuspülen.
In weiteren Reinigungsschritten können unterschiedliche Chemikalien zum Einsatz kommen, wie sie aus dem Stand der Technik zur Membranreinigung bekannt sind. So wird in DE 696 04 818 T2 beispielsweise im Hintergrund der Erfindung beschrieben, dass es vorteilhaft ist, wenn die Durchführung der Reinigungsfolge mindestens einen Reinigungsschritt umfasst, bei dem mindestens eine alkalische Reinigungsflüssigkeit und mindestens einen Reinigungsschritt bei dem mindestens eine saure Reinigungsflüssigkeit den Membranen zugeführt wird. Bei der Durchführung saurer und alkalischer Reinigungsschritte in einer Reinigungsfolge kann je nach Anwendungsfall die Reinigungsleistung gesteigert werden. Bevorzugter Weise umfasst die Reinigungsfolge ebenfalls mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine Reinigungsflüssigkeit eingesetzt wird, die ein Oxidationsmittel enthält, wie zum Beispiel Natriumhypochlorit (Natronbleichlauge) oder Wasserstoffperoxid. Da in der Literatur zum Stand der Technik viele Ausführungsbeispiele für die Wirkung unterschiedlicher Reinigungschemikalien bei verschiedenen Anwendungen ausführlich beschrieben sind, wird an dieser Stelle auf eine weitere Detaillierung zur Verwendung von Chemikalien und Konzentrationen verzichtet.
Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zudem vorteilhaft, wenn bei einzelnen Reinigungsschritten während der Kontaktzeit Gasblasen in den Membranfilter eingetragen werden und die Membranen zusätzlich mechanisch reinigen. Die Zufuhr von Gas erfolgt dabei bevorzugt während der Kontaktzeit eines Reinigungsschrittes, kann jedoch erfindungsgemäß auch während der anderen Zeiten der Reinigung erfolgen.
Die Begasung ist insbesondere bei Reinigungsschritten vorteilhaft, bei denen Wasser als Reinigungsflüssigkeit eingesetzt wird. Die chemische Reinigung der Membranen ist umso effektiver, je besser die Membranen zuvor von Resten der zu filtrierenden Flüssigkeit befreit sind. Zu Zwecken einer solchen Spülung kann es insbesondere bei Membranbioreaktoren günstig sein, zu Beginn der Reinigungsfolge mehrere Reinigungsschritte mit Wasser durchzuführen und die Membranen dabei immer wieder zu begasen, um eine gute mechanische Spülwirkung vor der Zugabe von kostenintensiven und häufig umweltbelastenden Chemikalien als Reinigungsflüssigkeit zu erreichen. Über derartige Vorspülungen kann der Bedarf an Reinigungschemikalien minimiert werden.
Bei der Begasung während der Kontaktzeit steigt der Flüssigkeitsspiegel im Gehäuse aufgrund der eingetragenen Gasblasen an. Es ist vorteilhaft, dass das Gehäuse so weit aus dem Flüssigkeitsspiegel herausragt, dass ein Überschwappen der Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse vermieden wird.
Da mit jeder Zugabe von Reinigungsflüssigkeit von oben in das Gehäuse nach dem Prinzip kommunizierender Röhren auch der Flüssigkeitsspiegel im Tank je nach Tankgestaltung mehr oder weniger ansteigt, ist darauf zu achten, dass das Gehäuse trotz mehrmaliger Zufuhr von Reinigungsflüssigkeit während der Reinigung immer noch oben aus dem Flüssigkeitsspiegel herausragt. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass während der Zugabe der Reinigungsflüssigkeit ein Teil der Flüssigkeit aus dem Tank abgelassen wird, um den Flüssigkeitsspiegel konstant zu halten. Alternativ zu dieser Methode kann erfindungsgemäß auch zu Beginn der Reinigung der Flüssigkeitsspiegel weiter abgesenkt werden, so dass die Membranen oben aus ihm herausragen, jedoch überwiegend untergetaucht bleiben. Dadurch kann auch bei einer mehrmaliger Zugabe von Wasser zu Spülzwecken des Membranfilters zu Beginn der Reinigung auf den ausgleichenden Flüssigkeitsablass aus dem Tank verzichtet werden, was den Prozess vereinfacht.
Bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem die Reinigungsflüssigkeit vor der Zugabe in das Gehäuse erwärmt werden. Dadurch wird der Vorteil genutzt, dass bei höheren Temperaturen die Wirkung der Reinigungschemikalien beschleunigt und intensiviert wird. So kann auch bereits beim Spülen mit Wasser in ersten Reinigungsschritten dieses erwärmt zugegeben werden, um sowohl die Spülwirkung als auch die Effektivität der nachfolgenden Reinigungschemikalien zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Teil der Reinigungsflüssigkeit zusätzlich von der Permeatseite durch die Membranen geleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Poren der Membranen von der Reinigungsflüssigkeit durchströmt werden, was eine Reinigung von adsorptiven Ablagerungen innerhalb der Membranporen begünstigt. Diese Methode der Membran-Rückspülung mit Reinigungsflüssigkeit wurde bereits bei den Erläuterungen zum Stand der Technik erwähnt. An dieser Stelle sei daher angemerkt, dass sie auch bei dem hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zum Einsatz kommen kann. Gleiches gilt auch für das Filtrieren von Reinigungslösung durch die Membranen. Auch dabei werden die Poren der Membranen von Reinigungsflüssigkeit durchströmt und dabei von innen gereinigt.
Zu einer erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens gehört es zudem, dass eine erste Reinigungsflüssigkeit unten aus dem Membranfilter abgeführt wird, indem eine zweite Reinigungsflüssigkeit von oben in den Membranfilter zugeführt wird und die erste Reinigungsflüssigkeit nach unten verdrängt. Die Verdrängung nach unten kann dabei durch die untere Öffnung im Gehäuse in den Tank erfolgen. Eine solche Verdrängung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die verdrängte Reinigungsflüssigkeit die zu filtrierende Flüssigkeit im Tank nicht negativ beeinflusst, wie dies zum Beispiel nach einem Reinigungsschritt mit Wasser der Fall ist.
In einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die Verdrängung der Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse dadurch erreicht, dass die Reinigungsflüssigkeit über einen Reinigerablass unten am Membranfilter abgeführt wird. Dies geschieht in der Regel über eine Pumpe, wobei gleichzeitig von oben eine Flüssigkeit in das Gehäuse nachgeführt wird.
Es kann weiterhin zum Umfang eines erfindungsgemäßen Verfahrens gehören, dass die Reinigungsflüssigkeit durch den Membranfilter zirkuliert, indem Reinigungsflüssigkeit über den Reinigungsanschluss zugeführt und gleichzeitig über den Reinigerablass abgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Reinigungschemikalien während der Zirkulation nachgeschärft oder erwärmt werden können.
Zu einer weiteren alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehört es, dass die Reinigungsflüssigkeit über den Reinigungsanschluss oben abgeführt wird. Dabei wird der Flüssigkeitsspiegel im Tank angehoben, wodurch nach dem Prinzip kommunizierender Röhren zu filtrierende Flüssigkeit von unten in den Membranfilter einströmt und die im Gehäuse befindliche Reinigungsflüssigkeit über den Reinigungsanschluss oben aus dem Membranfilter verdrängt. Dies kann je nach geometrischer Lage und Gestaltung des Reinigungsanschlusses erfindungsgemäß über Abpumpen oder im freien Auslauf erfolgen.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren, bei denen die Reinigungsflüssigkeit nach der Kontaktzeit oben über den Reinigungsanschluss oder unten über den Reinigerablass abgeführt wird, kann die Reinigungsflüssigkeit aufgefangen und wiederverwendet werden. Auch das ist ein Vorteil im Vergleich zur Rückspülung von Reinigungsflüssigkeit nach dem Stand der Technik.
Es ist vorteilhaft, zwischen den Reinigungsschritten mit Chemikalien jeweils einen oder mehrere Reinigungsschritte mit Wasser als Reinigungsflüssigkeit durchzuführen, um eine Vermischung und mögliche Beeinträchtigung der Reinigungswirkungen unterschiedlicher Chemikalien zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Membranreinigung hat bei großen Membrananlagen zudem den Vorteil, dass bei Bedarf auch einzelne Membranfilter separat mit Wasser gespült oder chemisch gereinigt werden können. So ist beispielsweise auch eine reine Spülung mit Wasser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft vor der Entnahme der Filter, da diese bei Membranbelebungsanlagen dadurch von dem an den Membranen anhaftenden Schlamm befreit werden können.
Je nach Packungsdichte der Membranfilter liegt das pro Reinigungsschritt auszutauschende spezifische Volumen im Gehäuse in der Regel nur bei 1 bis 3 Litern pro Quadratmeter Membranfläche.
Bevorzugterweise liegt die Gesamtdauer der Reinigung zwischen 30 Minuten und 4 Stunden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass je nach Gestaltung der Anteil der Luftzuführungsleitungen zum Membranfilter, der sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet, auch durch Reinigungsflüssigkeit gereinigt wird.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird zudem eine Vorrichtung nach Anspruch 10.
Dabei kann der Reinigungsanschluss erfindungsgemäß oben an das Gehäuse anschließen oder alternativ von diesem losgelöst und beispielsweise nur an dem Gestell des Membranfilters befestigt sein. Zum Umfang der Erfindung gehört es zudem, dass der Reinigungsanschluss Teil einer mobilen Chemikalienzuführeinheit ist, die nur bei Bedarf oben auf den Membranfilter aufgesetzt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Membranen vertikal im Membranfilter installiert sind, um das Verdrängen der zu filtrierenden Flüssigkeit nach unten durch das Einströmen der Reinigungsflüssigkeit von oben zu erleichtern.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung ist es vorteilhaft, dass der Reinigungsanschluss in ein Verteilsystem mündet zum Verteilen der Reinigungsflüssigkeit oben am Gehäuse des Membranfilters. Je nach Größe und Querschnitt des Membranfilters kann das Problem auftreten, dass die Reinigungsflüssigkeit, wenn sie nur punktuell oben am Modul zugeführt wird, einer Kurzschlussströmung durch den Membranfilter unterliegt und somit der Verdrängungsprozess der zu filtrierenden Flüssigkeit aus dem Gehäuse nur unvollständig erfolgt. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Reinigungsflüssigkeit über ein Verteilsystem möglichst gleichmäßig oben am Gehäuse zu verteilen. Dies kann bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Membranfilters über eine Art Duschkopf erfolgen, in den der Reinigungsanschluss mündet und der über dem Gehäuse installiert wird, um dessen Querschnitt mit Reinigungsflüssigkeit zu beregnen. Ein solches Beregnungssystem kann auch losgelöst vom Gehäuse installiert sein.
Alternativ weist der Membranfilter der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Verteilsystem auf, das die Reinigungsflüssigkeit oben am Umfang des Gehäuses verteilt. Dies kann beispielsweise ein Ringkanal mit Überlaufwehren oben am Gehäuse sein, in den der Reinigungsanschluss mündet, zur Verteilung der Reinigungsflüssigkeit über den Umfang des Gehäuses.
Das Verteilsystem kann erfindungsgemäß auch Teil eines zum Membranfilter gehörenden Kopfelementes sein, das sich oben an das Gehäuse anschließt.
Bei der Ausgestaltung des Membranfilters der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse mindestens über eine gesamte vertikale Ausdehnung der Membranen in seinem Umfang seitlich geschlossen ist und die Membranen seitlich vollständig umgibt. Prinzipiell funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren zur Membranreinigung auch wenn das Gehäuse kleinere seitliche Öffnungen aufweist, aus denen ein Teil der Reinigungsflüssigkeit in den Tank ausströmen kann. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn solche Leckage-Strömungen vermieden werden, indem das Gehäuse seitlich vollständig geschlossen ist. Dadurch können der Bedarf an Reinigungschemikalien gesenkt und die Effizienz der Reinigung weiter gesteigert werden. Auch der als Stand der Technik zugrunde gelegte Membranfilter weist ein seitlich über seine gesamte Länge geschlossenes Gehäuse auf in Form eines Rohres, das an den rohrförmigen Mantel eines Fußelementes oben dicht anschließt.
Der Membranfilter der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist unten einen Reinigerablass auf zum Ablassen der Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Reinigungsflüssigkeit nicht über den Reinigungsanschluss abgeführt werden kann, wie beispielsweise im Falle einer Beregnung. Der Reinigerablass hat zudem den Vorteil, dass darüber auch eine Zirkulation von Reinigungsflüssigkeit durch den Membranfilter ermöglicht wird.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
1a bis 1j ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur Membranreinigung, das eine Reinigungsfolge mit 5 Reinigungsschritten aufweist,
2a bis 2d Details weiterer erfindungsgemäßer Verfahren,
3a bis 3b eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung während des Filtrationsbetriebs und während der Zuführung von Reinigungsflüssigkeit im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung mit vom Gehäuse separiertem Reinigungsanschluss und Verteilsystem
Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind nicht maßstäblich. Alle nicht angegebenen Details von im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren oder Membranfiltern sind identisch mit den Ausführungen bereits zuvor beschriebener erfindungsgemäßer Verfahren oder Membranfilter.
Die 1a bis 1j zeigen die Verfahrensschritte eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur chemischen Reinigung eines Membranfilters 1, der in einem Tank 2 mit einer zu filtrierenden Flüssigkeit 3 eingetaucht ist und ein Gehäuse 4 aufweist, in dem sich Membranen 5 befinden und das oben und unten Öffnungen 6 aufweist zur Durchströmung der Flüssigkeit 3 während eines Filtrationsbetriebs (1a). Der Membranfilter 1 wird in einem Membranbioreaktor betrieben, wobei die zu filtrierende Flüssigkeit 3 ein biologischer Schlamm zur Abwasserreinigung ist und für die Begasung Luft eingesetzt wird.
Während des Filtrationsbetriebs befindet sich der Membranfilter 1 vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 7 der Flüssigkeit 3 im Tank 2. Dabei wird Flüssigkeit 3 über den Zulauf 8 von oben in den Tank 2 zugegeben, während ein Teil der zu filtrierenden Flüssigkeit 3 durch die Membranen 5 als gereinigtes Permeat 9 über einen Permeatanschluss 10 des Membranfilters 1 abgeführt wird. Um eine Verblockung des Membranfilters 1 mit Schlammpartikeln der zu filtrierenden Flüssigkeit 3 zu vermeiden, wird über einen Gaseinlass 11 mit angeschlossenem Gasverteilsystem 12 Gas 13 von unten in den Membranfilter 1 eingetragen. Die Gasblasen 14 steigen im Membranfilter auf und verhindern aufgrund der hohen Turbulenz der Zweiphasenströmung aus zu filtrierender Flüssigkeit 3 und Gas 13 eine Verblockung der Membranen 5 durch anhaftenden Schlamm. Durch die aufsteigenden Gasblasen 14 entsteht eine Aufwärtsströmung im Membranfilter 1 mit einem Schlammeintritt 15 unten in den Membranfilter und einem Schlammaustritt 16 oben aus dem Membranfilter jeweils durch die Öffnungen 6 des Gehäuses 4.
Da die rein mechanische Spülung der Membranen 5 durch Gas 13 auf Dauer nicht ausreicht, um die Filtrationsleistung stabil zu halten, sind von Zeit zu Zeit chemische Reinigungen des Membranfilters 1 erforderlich.
Vor Beginn der chemischen Reinigung wird zunächst der Filtrationsbetrieb des Membranfilters 1 unterbrochen. Dazu werden die Zufuhr von Gas 13, die Zufuhr von Flüssigkeit 3 über den Zulauf 8 sowie die Abfuhr von Permeat 9 abgeschaltet.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren zur chemischen Reinigung des Membranfilters 1 weist eine Reinigungsfolge mit 5 Reinigungsschritten auf. Die ersten beiden Reinigungsschritte erfolgen mit Wasser (Reinigungsflüssigkeit 19a), um die Membranen zunächst von anhaftendem Schlamm zu befreien. Dann folgt ein oxidierender Reinigungsschritt mit Natriumhypochlorit-Lösung (NaOCl, Reinigungsflüssigkeit 19b) gefolgt von einem weiteren Reinigungsschritt mit Wasser zur Zwischenspülung (Reinigungsflüssigkeit 19a). Der letzte Reinigungsschritt erfolgt mit verdünnter Zitronensäure (Reinigungsflüssigkeit 19c).
Vor Beginn dieser Reinigungsfolge wird zunächst eine Absenkung 17 des Flüssigkeitsspiegels 7 im Tank 2 vorgenommen (1b). Dies geschieht dadurch, dass ein Teil der Flüssigkeit 3 aus dem Tank 2 über einen Tankablass 18 abgelassen wird. Die Absenkung 17 erfolgt so weit bis das Gehäuse 4 oben aus dem Flüssigkeitsspiegel 7 herausragt, die Membranen 5 aber noch vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 7 verbleiben. Ist die Absenkung 17 des Flüssigkeitsspiegels 7 beendet, so wird der Tankablass 18 geschlossen und die Reinigungsfolge kann beginnen.
Jeder Reinigungsschritt der Reinigungsfolge besteht aus drei Teilschritten, wobei

a. eine Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) dem Membranfilter zugeführt wird, indem diese aus einem Vorlagebehälter 20 (a, b, c) mit Hilfe einer Pumpe 21 durch einen Reinigungsanschluss 22 in ein Verteilsystem 23 geleitet wird und aus diesem über den Umfang des Gehäuses 4 verteilt oben in das Gehäuse 4 einströmt,
b. die Membranen 5 während einer Kontaktzeit mit der Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) gereinigt werden und
c. anschließend die Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) aus dem Membranfilter 1 abgeführt wird, wobei bei den ersten 4 Reinigungsschritten die Abfuhr der Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b) durch Zugabe der nächsten Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) und Verdrängung der im Gehäuse vorhandenen erfolgt.

Bei der Zuführung der Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) in den Membranfilter 1 wird über den Tankablass 18 so viel Flüssigkeit 3 aus dem Tank 2 abgeführt, dass der Flüssigkeitsspiegel 7 konstant bleibt. Die Dauer für die Zuführung der Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) beträgt jeweils ca. eine bis drei Minuten und die dabei zugeführte spezifische Menge an Reinigungsflüssigkeit 19 (a, b, c) beträgt pro Reinigungsschritt etwa 2 Liter pro Quadratmeter Membranfläche.
1c zeigt die Zufuhr von Reinigungsflüssigkeit 19a (Wasser) von oben in das Gehäuse 4. Dabei wird die im Gehäuse 4 befindliche Flüssigkeit 3 nach unten in den Tank 2 verdrängt.
1d zeigt den nächsten Teilschritt, die Kontaktzeit der Reinigungsflüssigkeit 19a (Wasser) mit den Membranen. Während dieser Kontaktzeit, die 2 Minuten beträgt, wird der Membranfilter von unten begast. Dabei steigt der Gehäuse-Flüssigkeitsspiegel 24 durch die eingetragenen Gasblasen 14 an. Das Gehäuse 4 ragt jedoch so weit aus dem Flüssigkeitsspiegel 7 heraus, dass auch während der Begasung keine Reinigungsflüssigkeit 19a aus dem Gehäuse 4 überschwappt.
Nach Beendigung der Kontaktzeit dieses ersten Reinigungsschrittes, erfolgt der zweite Reinigungsschritt mit Wasser. Dabei wird erneut Reinigungsflüssigkeit 19a (Wasser) dem Membranfilter 1 von oben zugeführt, wobei die im Gehäuse 4 vorhandene Reinigungsflüssigkeit 19a (Wasser aus dem ersten Reinigungsschritt) nach unten in den Tank 2 verdrängt wird (1c). Es folgt eine erneute Kontaktzeit mit Begasung (1d) für die Dauer von weiteren 2 Minuten.
Mit der Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit 19b (NaOCl-Lösung) des nächsten Reinigungsschrittes wird die im Gehäuse 4 vorhandene Reinigungsflüssigkeit 19a nach unten in den Tank 2 verdrängt (1e). Es folgt eine Kontaktzeit von 30 Minuten in der die Membranen 5 durch die oxidierende Reinigungsflüssigkeit 19b gereinigt werden. Dabei verbleiben die Membranen 5 ohne Begasung in der Reinigungsflüssigkeit 19b (1f).
Nach Abschluss der Kontaktzeit dieses dritten Reinigungsschrittes beginnt mit der erneuten Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit 19a (Wasser) der vierte Reinigungsschritt (1g). Durch Zugabe der Reinigungsflüssigkeit 19a von oben in das Gehäuse 4 wird die im Gehäuse vorhandene Reinigungsflüssigkeit 19b nach unten verdrängt. Um zu vermeiden, dass die oxidierende Reinigungsflüssigkeit 19b in den biologischen Schlamm im Tank 2 geleitet wird, wird diese über einen Reinigerablass 25 unten am Membranfilter 1 aus dem Gehäuse 4 mit Hilfe einer Pumpe 26 abgeführt. Nachdem die Reinigungsflüssigkeit 19b aus dem Gehäuse 4 verdrängt und durch Reinigungsflüssigkeit 19a ersetzt ist, folgt eine weitere Kontaktzeit mit Begasung für 2 Minuten zur Zwischenspülung der Membranen 5 mit Wasser (1d).
Nach Ablauf dieser Kontaktzeit, wird die Zufuhr von Gas 13 wieder abgestellt und es beginnt mit der Zufuhr von Reinigungsflüssigkeit 19c von oben in das Gehäuse 4 der fünfte und letzte Reinigungsschritt. Durch die Zugabe der Reinigungsflüssigkeit 19c (verdünnte Zitronensäure) wird die im Gehäuse 4 vorhandene Reinigungsflüssigkeit 19a nach unten in den Tank 2 verdrängt (1h). Nach Beendigung der Zufuhr erfolgt eine weitere Kontaktzeit von 30 Minuten, in der die Reinigungsflüssigkeit 19c die Membranen 5 reinigt (1f). Auch während dieser Kontaktzeit werden die Membranen 5 nicht begast.
Der fünfte Reinigungsschritt wird beendet, indem die Reinigungsflüssigkeit 19c nach oben über den Reinigungsanschluss 22 abgeführt wird (1i). Hierzu wird zu filtrierende Flüssigkeit 3 über den Zulauf 8 in den Tank 2 gegeben, so dass der Flüssigkeitsspiegel 7 im Tank 2 beginnt zu steigen. Hat dieser den Level des Reinigungsanschlusses 22 erreicht, so wird über diesen Reinigungsflüssigkeit 19c mit Hilfe einer Pumpe 21 abgeführt. Dabei wird der Flüssigkeitsspiegel 7 so lange konstant gehalten, bis die Reinigungsflüssigkeit 19c vollständig nach oben aus dem Gehäuse 4 abgeführt wurde.
Nach Abführen der Reinigungsflüssigkeit 19c wird der Reinigungsanschluss 22 geschlossen. Durch die weitere Zugabe von zu filtrierender Flüssigkeit 3 über den Zulauf 8 steigt der Flüssigkeitsspiegel 7 (1j) im Tank 2 bis er das Ausgangsniveau erreicht hat und der Filtrationsprozess wieder beginnt.
Die abgeführten Reinigungsflüssigkeiten 19b und 19c können bei Bedarf wiederverwendet werden.
Damit ist die Chemische Reinigung des Membranfilters nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren beendet. Die Gesamtdauer der Reinigung beträgt ca. 1,5 Stunden, wobei als Reinigungsflüssigkeiten etwa 6 l/m² Wasser, 2 l/m² NaOCl-Lösung und 2 l/m² verdünnte Zitronensäure eingesetzt werden.
Die im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiele weiterer erfindungsgemäßer Verfahren bedienen sich der gleichen Vorrichtung wie bereits im ersten erfindungsgemäßen Verfahren. Daher wird die Nummerierung der gleichen Begriffe aus der Darstellung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens übernommen. Da die dargestellten Verfahrensschritte mit allen drei Reinigungsflüssigkeiten 19 (a, b, c) aus dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar sind, wird im Folgenden der Zusatz (a, b, c) weggelassen.
Die 2a zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren, wobei während einer Kontaktzeit ein Teil der Reinigungsflüssigkeit 19 von der Permeatseite der Membranen 5 zurückgespült wird. Dabei wird erfindungsgemäß aus einem Vorlagebehälter 20 die Reinigungsflüssigkeit 19 mit Hilfe einer Rückspülpumpe 27 durch den Permeatanschluss 10 auf die Permeatseite der Membranen 5 geleitet und strömt durch diese in das Gehäuse 4 des Membranfilters 1. Die zurückgespülte Reinigungsflüssigkeit 19 verdrängt dann einen Teil der Flüssigkeit 28 unten aus dem Gehäuse 4 in den Tank 2. Vorteil der Membranrückspülung ist, dass die Poren der Membranen 5 auch von innen von Reinigungsflüssigkeit 19 durchspült werden, und daher auf der Innenseite effektiver gereinigt werden können. Übliche Mengen zur Rückspülung von Reinigungsflüssigkeit liegen bei 0,2 bis 1,0 Litern pro Quadratmeter Membranfläche.
In 2b wird ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt, bei dem während einer Kontaktzeit ein Teil der Reinigungsflüssigkeit 19 zirkuliert wird. Dabei wird erfindungsgemäß Reinigungsflüssigkeit 19 von unten durch den Reinigerablass 25 mit Hilfe einer Rezirkulationspumpe 29 abgesaugt und dem Reinigungsanschluss 22 zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Chemikalienkonzentration in der Reinigungsflüssigkeit 19 bei längeren Kontaktzeiten nachgeschärft oder die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit 19 erhöht werden kann.
Die 2c und 2d zeigen alternative Verfahrensschritte eines vierten und fünften erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abführung der Reinigungsflüssigkeit 19 aus dem Gehäuse 4. In beiden Fällen wurde der Flüssigkeitsspiegel 7 im Tank 2 zuvor durch Zugabe von zu filtrierender Flüssigkeit 3 auf das Ausgangsniveau angehoben. Beim dritten erfindungsgemäßen Verfahren (2c) wird dann die Permeatpumpe eingeschaltet, wodurch die im Gehäuse 4 vorhandene Reinigungsflüssigkeit 19 über den Permeatanschluss 10 aus dem Membranfilter 1 abgeführt wird. Alternativ hierzu wird im vierten erfindungsgemäßen Verfahren (2d) nach erfolgter Anhebung des Flüssigkeitsspiegels 7 Gas 13 in den Membranfilter 1 eingetragen. Die aufsteigenden Gasblasen 14 generieren eine Aufwärtsströmung 30 im Gehäuse 4 wodurch die Reinigungsflüssigkeit 19 aus dem Membranfilter 1 in den Tank 2 abgeführt wird. Die beiden zuletzt beschriebenen sehr einfachen Verfahrensvarianten können auch kombiniert zum Einsatz kommen und eignen sich besonders für die Abführung der Reinigungsflüssigkeit 19 des letzten Reinigungsschrittes einer Reinigungsfolge, da nach Abschluss der Reinigungsfolge sowieso der Flüssigkeitsspiegel 7 angehoben wird.
In 3a ist eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt zum Filtern mit einem Tank 31 mit einer zu filtrierenden Flüssigkeit 32, in die mindestens ein Membranfilter 33 eingetaucht ist, der ein Gehäuse 34 aufweist, in dem sich Membranen 35 befinden und das oben und unten Öffnungen 36 aufweist zur Durchströmung der Flüssigkeit 32 während eines Filtrationsbetriebs.
Die Membranen 35 in dem Membranfilter 33 sind Hohlfasermembranen, die in einem Membranträger 37 eingebettet sind. Der Membranträger 37 ist Teil eines Fußelementes 38 des Membranfilters 33, das einen rohrförmigen Mantel 39 aufweist, in dem sich der Membranträger 37 befindet. Membranträger 37 und Mantel 39 sind nur über eine Ankerstelle 40 miteinander verbunden, durch die auch der Permeatanschluss 41 verläuft, an den die Membranen 35 lumenseitig angeschlossen sind zur Abfuhr des während des Filtrationsbetriebs erzeugten Permeats 42.
Der Membranfilter 33 weist ein Gehäuse 34 auf, das sich als umfangseitig geschlossenes Rohr oben an den Mantel 39 des Fußelementes 38 dicht anschließt und oben über die Membranen 35 herausragt. Somit sind die Membranen 35 im Membranfilter 33 vollständig von dem Gehäuse 34 seitlich umgeben.
Weiterhin weist der Membranfilter einen Gaseinlass 43 auf zur Zuführung von Gas 44 in das Fußelement 38 des Membranfilters 33 unterhalb des Membranträgers 37. Erfindungsgemäß weist der Membranfilter 33 einen Reinigungsanschluss 45 zum feedseitigen Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit 46 oben in das Gehäuse 34 auf. Dieser ist als Rohrstutzen direkt oben seitlich an das Gehäuse 34 angeschlossen.
3a zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Filtrationsbetrieb, auf den an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird, da hierbei die Funktionsweise identisch ist zum zugrunde gelegten Stand der Technik.
Erst bei dem in 3b gezeigten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Zuführung der Reinigungsflüssigkeit 46 während einer chemischen Reinigung des Membranfilters 33 werden die Unterschiede zum Stand der Technik deutlich. Dazu ist der Flüssigkeitsspiegel 47 im Tank 31 so weit abgesenkt, dass das Gehäuse 34 oben aus ihm herausragt und der Reinigungsanschluss 45 sich auf etwa gleicher Höhe befindet wie der Flüssigkeitsspiegel 47. Über den Reinigungsanschluss 45 strömt Reinigungsflüssigkeit 46 von oben feedseitig in das Gehäuse 34 ein und verdrängt dabei die zu filtrierende Flüssigkeit 32 nach unten aus dem Membranfilter 33 in den Tank 31. Dadurch sind die Membranen 35 während der Kontaktzeit einer chemischen Reinigung von der Reinigungsflüssigkeit 46 umgeben. Um den Flüssigkeitsspiegel 47 während der Zugabe der Reinigungsflüssigkeit 46 konstant zu halten, wird ein Teil der zu filtrierenden Flüssigkeit 32 über einen Tankablass 48 abgeführt.
Der Gaseinlass 43 kann während der Reinigung auch als Reinigerablass genutzt werden, über den nach unten strömende Reinigungsflüssigkeit 46 am Ende eines Reinigungsschrittes aus dem Membranfilter 33 abgeführt werden kann.
4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der wesentliche Unterschied zum ersten Membranfilter darin besteht, dass der Reinigungsanschluss 49 nicht an das Gehäuse 50 des Membranfilters 51 anschließt, sondern separat von diesem ausgebildet ist. Der Reinigungsanschluss 49 weist zudem ein Verteilsystem 52 für die Reinigungsflüssigkeit 53 auf, das als Duschkopf ausgebildet ist, über den die zugeführte Reinigungsflüssigkeit 53 die Querschnittsfläche des Gehäuses 50 gleichmäßig beregnet und dadurch die Gefahr einer Kanalbildung der Reinigungsflüssigkeit 53 im Gehäuse 50 des Membranfilters 51 minimiert. Dadurch wird die zu filtrierende Flüssigkeit 54 aus dem Gehäuse 50 des Membranfilters 51 erfindungsgemäß nach unten in den Tank 55 verdrängt und durch Reinigungsflüssigkeit 53 ersetzt.
Bezugszeichenliste

1: Membranfilter
2: Tank
3: zu filtrierende Flüssigkeit
4: Gehäuse
5: Membranen
6: Öffnungen
7: Flüssigkeitsspiegel
8: Zulauf
9: Permeat
10: Permeatanschluss
11: Gaseinlass
12: Gasverteilsystem
13: Gas
14: Gasblasen
15: Schlammeintritt
16: Schlammaustritt
17: Absenkung
18: Tankablass
19: Reinigungsflüssigkeit (19a, 19b, 19c)
20: Vorlagebehälter (20a, 20b, 20c)
21: Pumpe
22: Reinigungsanschluss
23: Verteilsystem
24: Gehäuse-Flüssigkeitsspiegel
25: Reinigerablass
26: Pumpe
27: Rückspülpumpe
28: Flüssigkeit
29: Rezirkulationspumpe
30: Aufwärtsströmung
31: Tank
32: zu filtrierende Flüssigkeit
33: Membranfilter
34: Gehäuse
35: Membranen
36: Öffnungen
37: Membranträger
38: Fußelement
39: Mantel
40: Ankerstelle
41: Permeatanschluss
42: Permeat
43: Gaseinlass
44: Gas
45: Reinigungsanschluss
46: Reinigungsflüssigkeit
47: Flüssigkeitsspiegel
48: Tankablass
49: Reinigungsanschluss
50: Gehäuse
51: Membranfilter
52: Verteilsystem
53: Reinigungsflüssigkeit
54: zu filtrierende Flüssigkeit
55: Tank

Claims

Verfahren zur chemischen Reinigung eines Membranfilters (1, 33, 50), der in einem Tank (2, 31, 54) mit einer zu filtrierenden Flüssigkeit (3, 32, 53) eingetaucht ist und ein Gehäuse (4, 34, 49) aufweist, in dem sich Membranen (5, 35) befinden und das oben und unten Öffnungen (6, 36) aufweist zur Durchströmung der Flüssigkeit (3, 32, 53) während eines Filtrationsbetriebs, wobei eine Reinigungsfolge durchgeführt wird mit mindestens einem Reinigungsschritt, bei dem a. eine Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) oben in das Gehäuse (4, 34, 49) dem Membranfilter (1, 33,50) zugeführt wird und dabei die in ihm befindliche Flüssigkeit (3, 32, 53) so wett nach unten verdrängt, dass die Membranen (5, 35) von der Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19c, 46, 52) umgeben sind, b. die Membranen (5, 35) während einer Kontaktzeit mit der Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) gereinigt werden und c. anschließend die Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) aus dem Membranfilter (1, 33,50) abgeführt wird, wobei vor Beginn der Reinigungsfolge der Flüssigkeitsspiegel (7, 47) im Tank (2, 31, 54) gesenkt wird, so dass das Gehäuse (4, 34, 49) während der Reinigungsfolge oben aus einem Flüssigkeitsspiegel (7, 47) der Flüssigkeit (3, 32, 53) im Tank (2, 31, 54) herausragt, während die Membranen (5, 35) mindestens überwiegend unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (7, 47) bleiben und nach Beendigung der Reinigungsfolge der Flüssigkeitsspiegel (7, 47) wieder angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (5, 35) während der Kontaktzeit vollständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (7, 47) bleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) über einen Reinigungsanschluss (22, 45, 48) des Membranfilters (1, 33,50) von oben den Membranen (5, 35) feedseitig zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsfolge mehrere aufeinanderfolgende Reinigungsschritte mit unterschiedlichen Reinigungsflüssigkeiten (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kontaktzeit Gasblasen (14) in den Membranfilter (1, 33, 50) eingetragen werden und die Membranen (5, 35) zusätzlich mechanisch reinigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 46, 52) unten aus dem Membranfilter (1, 33, 50) abgeführt wird, indem eine zweite Reinigungsflüssigkeit (19, 19b, 19c, 46, 52) von oben in den Membranfilter (1, 33, 50) zugeführt wird und die erste Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 46, 52) nach unten verdrängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) über einen Reinigerablass (25) unten am Membranfilter (1, 33, 50) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) durch den Membranfilter (1, 33, 50) zirkuliert, indem Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) über den Reinigungsanschluss (22, 45, 48) zugeführt und gleichzeitig über den Reinigerablass (25) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) über den Reinigungsanschluss (22, 45, 48) oben abgeführt wird.
Vorrichtung zum Filtern mit einem Tank (2, 31, 54) für eine zu filtrierende Flüssigkeit (3, 32, 53), in die mindestens ein Membranfilter (1, 33,50) eingetaucht ist, der ein Gehäuse (4, 34, 49) aufweist, in dem sich Membranen (5, 35) befinden und das oben und unten Öffnungen (6, 36) aufweist zur Durchströmung der Flüssigkeit (3, 32, 53) während eines Filtrationsbetriebs, wobei der Membranfilter (1, 33,50) einen Reinigungsanschluss (22, 45, 48) zum feedseitigen Zuführen einer Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) oben in das Gehäuse (4, 34, 49) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranfilter (1, 33,50) unten einen Reinigerablass (25) aufweist zum Ablassen der Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) aus dem Gehäuse (4, 34, 49), sowie eine Rezirkulationspumpe (29), um die Reinigungsflüssigkeit dem Reinigungsanschluss zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsanschluss (22, 45, 48) in ein Verteilsystem (23, 51) mündet zum Verteilen der Reinigungsflüssigkeit (19, 19a, 19b, 19c, 46, 52) bei der Zuführung oben in das Gehäuse (4, 34, 49).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4, 34, 49) mindestens über eine gesamte vertikale Ausdehnung der Membranen (5, 35) in seinem Umfang seitlich geschlossen ist und die Membranen (5, 35) seitlich vollständig umgibt.