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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Ultrafiltrationsvorrichtung für ein solches Verfahren, mit zumindest einer Cross-Flow-Ultrafiltrationseinheit, die zumindest eine Membran zum Filtern der Flüssigkeit aufweist, wobei ein gefiltertes Permeat und ein ungefiltertes Retentat erhalten werden, einer Zuleitung für die Flüssigkeit, die strömungstechnisch mit einem Eingang der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit verbunden ist, und einer Rezirkulationsleitung, die strömungstechnisch mit einem Retentatausgang der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit und der Zuleitung oder dem Eingang der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit verbunden ist.
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Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten werden beispielsweise beim Übergang von öffentlichen Trinkwasserversorgungsnetzen zu Trinkwasserinstallationen, die auch als Hausinstallationen bezeichnet werden, eingesetzt. Die hierfür beispielsweise eingesetzten Ultrafiltrationsvorrichtungen dienen der Reinigung des von den Wasserversorgern eingespeisten Kaltwassers. Die der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführte, beispielsweise aus dem öffentlichen Trinkwasserversorgungsnetzen stammende, zu reinigende Flüssigkeit wird auch als Zulauf bezeichnet.
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Zudem werden solche Ultrafiltrationsverfahren und -vorrichtungen auch innerhalb von Trinkwasserinstallationen eingesetzt, insbesondere entnahmenah. Dies bedeutet, dass einer Wasserentnahmestelle eine Reinigungsvorrichtung räumlich möglichst nah vorgeschaltet ist, um Verunreinigungen, die sowohl aus dem öffentlichen Versorgungsnetz als auch aus vorgelagerten Teilen der Trinkwasserinstallation stammen, kurz vor der Entnahme durch einen Verwender herauszufiltern.
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Solche entnahmenahen Ultrafiltrationssysteme sind beispielsweise aus
EP 2 474 506 A1 und
EP 2 883 844 A1 bekannt. In diesen ist einer Entnahmestelle eine Ultrafiltrationsvorrichtung vorgeschaltet. Diese soll das Wasser entnahmenah reinigen. Es ist jedoch möglich, dass dieses gereinigte Wasser zwischen Ultrafiltrationseinheit und Entnahmestelle rekontaminiert, beispielweise durch in der Rohrleitung befindliche Mikroorganismen. Um eine solche Rekontamination abzubauen wird deswegen ein Bypass vorgeschlagen, der das bereits einmal gereinigte Wasser, beispielsweise nach längerer Stagnation, erneut derselben oder einer weiteren Ultrafiltrationseinheit zuführt. Es wird also das bereits erhaltene Permeat erneut gefiltert.
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Ultrafiltrationsvorrichtungen weisen üblicherweise Membranen mit einer Porengröße von 10 nm bis 100 nm aufweisen auf, welche auch als Ultrafiltrationsmembranen bezeichnet werden. Diese können Bakterien und andere Mikroorganismen sowie bestimmte Makromoleküle, beispielsweise Huminstoffe, aus dem Trinkwasser herausfiltern. Eine Elektrolytveränderung findet insbesondere nicht statt, da die im Wasser befindlichen Elektrolyte die Poren ungehindert durchqueren können. Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einer Ultrafiltrationsvorrichtung insbesondere auch eine solche Filtrationsvorrichtung verstanden, die auch angrenzende Bereiche wie die Nanofiltration und/oder die Mikrofiltration teilweise abdeckt. Bevorzugt weist die zumindest eine Membran Poren mit einer Porengröße von 0,1 bis 1000 nm, weiter bevorzugt von 1 bis 500 nm, insbesondere bevorzugt von 5 bis 200 nm, besonders bevorzugt von 10 bis 100 nm auf.
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Eine Cross-Flow-Ultrafiltrationseinheit weist üblicherweise eine Mehrzahl von Kapillaren mit Poren auf. Diese porenhaltigen Kapillaren bilden unmittelbar die zumindest eine Membran.
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Steigende Kaltwassertemperaturen, beispielsweise durch die Erderwärmung und steigende Erwärmung des Kaltwassers in Gebäuden machen zunehmend Schutzmaßnahmen vor unzulässiger Vermehrung von Mikroorganismen in der Trinkwasserinstallation notwendig.
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Bei den sogenannten Point-of-Entry-Reinigungsvorrichtungen, die zwischen öffentlichem Wasserversorgungsnetz und Trinkwasserinstallation angeordnet sind, wird üblicherweise eine sogenannte Dead-End-Filtration vorgenommen. Hierbei strömt das zu reinigende Wasser nahezu senkrecht auf eine Ultrafiltrationsmembran, die den Querschnitt der Leitung, durch die das Wasser strömt, vollständig verschließt. Mit anderen Worten kann keine Flüssigkeit ungefiltert passieren. Gleichzeitig besteht jedoch das Risiko, das durch auf den Membranen abgelagerte Mikroorganismen oder Makromoleküle die Filtrationsleistung sinkt und eine Biofilmbildung oder Fouling stattfindet.
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Daher müssen Dead-End-Filtrationsvorrichtungen, um eine ausreichend lange Standzeit der Filtrationsvorrichtung zu gewährleisten, gespült werden. Hierzu wird Wasser von der Reinwasserseite, also in Strömungsrichtung hinter der Membran, entgegen der eigentlichen Flussrichtung durch die Membran gedrückt. Hierbei werden die auf der Membran aufgelagerten Verunreinigungen mitgerissen und die Membran auf diese Weise gereinigt.
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Nachteilig ist jedoch, dass für die Spülvorgänge die Vorrichtung außer Betrieb genommen werden muss, sodass eine Trinkwasserversorgung in Spülzeiten nicht mehr gegeben ist. Um die Funktion auch während der Spülung aufrechtzuerhalten müssen weitere, redundante Ultrafiltrationssysteme vorgehalten werden. Zudem kann trotz der regelmäßig vorzunehmenden Spülungen nicht jedwede Verunreinigung beseitigt werden, so dass die Einsatzdauer der Dead-End-Filtrationssysteme begrenzt sind.
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Alternativ werden zur Reinigung von Flüssigkeiten auch Cross-Flow-Ultrafiltrationseinheiten eingesetzt. Diese arbeiten nach dem sogenannten Cross-Flow-Prinzip, bei welchem die zu reinigende Flüssigkeit, insbesondere Trinkwasser, an zumindest einer Membran vorbeigeleitet wird. Die Flüssigkeit streicht also entlang der zumindest einen Membran und strömt nicht, wie beim Dead-End-Verfahren, nahezu im rechten Winkel auf diese zu. Ein Teil der zu reinigenden Flüssigkeit durchtritt die Membran dabei und bildet das Permeat. Der übrige Teil der zu reinigenden Flüssigkeit durchtritt die Membran nicht und bildet das Retentat.
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Es werden bei dem Cross-Flow-Verfahren also zwei verschiedene Fraktionen erhalten, nämlich Permeat, also die gefilterte und damit gereinigte Flüssigkeit, und Retentat, die nicht gefilterte und damit ungereinigte Flüssigkeit. Das Retentat wird dabei entsprechend um die Verunreinigungen angereichert, die die Membran nicht durchtreten können. Bei der Cross-Flow-Filtration setzen sich aufgrund des Flüssigkeitsstroms in der Ultrafiltrationseinheit weniger Verunreinigungen an der Membran ab.
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Das Retentat könnte anschließend einfach vollständig verworfen werden, was jedoch aus ökologischer und ökonomischer Sicht nachteilig ist. Daher wird zumindest ein Teil des Retentats mittels der Rezirkulationsleitung erneut verwendet. Hierzu wird es über die Rezirkulationsleitung der zu reinigenden Flüssigkeit erneut zugemischt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Rezirkulationsleitung in eine Zuleitung der zu reinigenden Flüssigkeit mündet, sodass das Retentat entsprechend dort in die zu reinigende Flüssigkeit eingespeist wird.
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Es ist gemäß einer alternativen Ausführungsform ebenfalls möglich, dass die Rezirkulationsleitung direkt in der Ultrafiltrationseinheit, insbesondere in einen Eingang der Ultrafiltrationseinheit mündet, sodass das Retentat der Ultrafiltrationseinheit direkt zugeführt wird und der zu reinigenden Flüssigkeit entsprechend innerhalb der Ultrafiltrationseinheit zugemischt wird.
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Jede Ultrafiltrationseinheit einer Ultrafiltrationsvorrichtung weist einen Eingang für die zu reinigende Flüssigkeit, einen Permeatausgang sowie einen Retentatausgang auf. An dem Retentatausgang und dem Permeatausgang sind vorzugsweise jeweils eine Retentatleitung und eine Permeatleitung angeordnet, durch die Retentat und Permeat aus der Ultrafiltrationseinheit abgeleitet werden. Zudem ist eine Zuleitung mit dem Eingang strömungstechnisch verbunden, wobei die zu reinigende Flüssigkeit über die Zuleitung in die Ultrafiltrationseinheit eingebracht wird. Üblicherweise ist die Zuleitung eine Rohrleitung, die mit dem Eingang der Ultrafiltrationseinheit oder den Eingängen der Ultrafiltrationseinheiten strömungstechnisch verbunden ist. Diese Rohrleitung ist wiederum beispielsweise mit einem öffentlichen Versorgungsnetz strömungstechnisch verbunden, sodass Flüssigkeit aus diesem über die Zuleitung in die Ultrafiltrationsvorrichtung eingebracht wird. Im einfachsten Fall ist die Zuleitung lediglich ein Anschlussstück zum Anschließen einer Rohrleitung. Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet strömungstechnisch verbunden nicht, dass eine dauerhaft geöffnete und für Flüssigkeit durchströmbare Verbindung besteht. Vielmehr können auch Ventile vorhanden sein, die einen Flüssigkeitsstrom, insbesondere zeitweise, vollständig absperren können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit, mit den Schritten a) Leiten der zu reinigenden Flüssigkeit in zumindest eine Cross-Flow-Ultrafiltrationseinheit einer Ultrafiltrationsvorrichtung, b) Filtern eines Teils der Flüssigkeit über zumindest eine Membran der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit, sodass ein gefiltertes Permeat und ein ungefiltertes Retentat erhalten werden, c) Erfassen zumindest eines Parameters der Flüssigkeit, des Permeats und/oder des Retentats mittels zumindest eines Sensors, und d) Zumischen zumindest eines Teils des Retentats zu der zu reinigenden Flüssigkeit über eine Rezirkulationsleitung, wobei die Menge an pro Zeiteinheit zugemischtem Retentat durch Verändern der Leistung einer Pumpe mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit des zumindest einen erfassten Parameters verändert wird.
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Der Anteil an Retentat, der der zu reinigenden Flüssigkeit zugemischt wird, ist variabel und wird über die Leistung der Pumpe eingestellt. Die Pumpe ist eine leistungsvariable Pumpe deren Leistung also verändert, beispielsweise geregelt und/oder gesteuert werden kann. Bevorzugt handelt es sich um eine drehzahlvariable Pumpe, bei der die Pumpleistung über eine Variation der Drehzahl verändert wird. Eine Pumpe, die lediglich ein- oder ausgeschaltet werden kann, ohne dass eine darüberhinausgehende Leistungsvariation möglich ist, ist keine leistungsvariable Pumpe im Sinne der Erfindung. Bevorzugt kann die Leistung der Pumpe stufenlos verändert werden, beispielsweise durch Erhöhen oder Verringern der Drehzahl. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Leistung inkrementell verändert werden kann, die Pumpe also eine Mehrzahl von Leistungsstufen aufweist, die ausgewählt werden können.
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Durch die Leistungsvariabilität der Pumpe ist es möglich, den Energieverbrauch der Pumpe möglichst gering zu halten, da diese an die konkreten Bedingungen und Notwendigkeiten angepasst werden kann. Zudem ist es insbesondere möglich, die gesamte Rezirkulation des Retentats und die Variation von dessen Menge ausschließlich über die Pumpe zu gewährleisten, ohne hierzu beispielsweise zusätzliche Regelventile zum Einstellen eines Durchflusses zu benötigen. Die Erfindung ermöglicht damit einen besonders einfachen Aufbau der Ultrafiltrationsvorrichtung sowie einen besonders effizienten Betrieb.
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Insbesondere dann, wenn das Verfahren am Point-of-Entry, also am Übergang von einem Versorgungsnetzwerk zu einer Trinkwasserinstallation ausgeführt werden soll, unterliegt die zugeleitete, zu reinigende Flüssigkeit teils gravierenden Schwankungen. So kann beispielsweise der Druck innerhalb des Versorgungsnetzes schwanken. Auch die Wasserzusammensetzung schwankt, teilweise sogar im Tagesverlauf, deutlich. Dies liegt beispielsweise daran, dass die Wasserwerke je nach Füllzustand unterschiedlicher Wasserspeicher die Mischung des Trinkwassers verändern. Hierdurch schwankt der Anteil an huminstoffreichem Wasser, beispielsweise aus oberflächennahen Trinkwasserquellen. Somit schwankt auch die pro Zeiteinheit in die Ultrafiltrationseinheit eingebrachte Menge an Verunreinigungen.
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Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Membran, die auch im Cross-Flow-Betrieb nicht vollständig frei von Ablagerungen bleibt, unterschiedlich stark mit Verunreinigungen beladen wird. Um hier eine Selbstreinigung herbeizuführen, sollte der durch die Ultrafiltrationseinheit strömende Volumenstrom eine Mindestgröße aufweisen, um hinreichend viele Verunreinigungen mitzureißen. Dieser Selbstreinigungs-Volumenstrom wird bevorzugt durch die dem Zulauf zugemischte Menge an Retentat erreicht oder überschritten. Die Leistung der Pumpe wird also mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung bevorzugt so verändert, dass der kumulierte Volumenstrom aus zu reinigender Flüssigkeit und dieser zugemischtem Retentat den vorgegebenen Selbstreinigungs-Volumenstrom erreicht oder überschreitet.
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Die elektronische Datenverarbeitungseinreichung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Teil der Ultrafiltrationsvorrichtung, beispielsweise Teil einer Steuereinheit der Ultrafiltrationsvorrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die beispielsweise in großindustriellen Anlagen vorteilhaft ist, ist die der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeordnete elektronische Datenverarbeitungseinrichtung separat, beispielsweise als Steuerzentrale, ausgebildet. Dann erfolgt eine Übertragung der Sensorsignale und entsprechender Steuer- und/oder Regelsignale der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung für die Pumpe vorzugsweise drahtlos zu der Ultrafiltrationsvorrichtung. Hierbei ist es möglich, dass mittels einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung eine Mehrzahl von Ultrafiltrationsvorrichtungen versorgt wird.
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Die Ultrafiltrationsvorrichtung weist zumindest einen Sensor auf, mit dem zumindest ein Parameter von der zu reinigenden Flüssigkeit, des Permeats und/oder des Retentats erfasst werden. Anhand dieses oder dieser Parameter wird dann die Leistung der Pumpe, insbesondere die Drehzahl der Pumpe verändert, sodass beispielsweise der Volumenstrom aus zu reinigender Flüssigkeit und zugemischtem Retentat größer oder gleich dem Selbstreinigungs-Volumenstrom ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Volumenstrom des in die Ultrafiltrationsvorrichtung einströmenden Zulaufs mittels eines Sensors bestimmt. Sofern dieser Volumenstrom unterhalb des Selbstreinigungs-Volumenstroms liegt, wird entsprechend mittels der Pumpe Retentat zugemischt. Die Menge an zugemischtem Retentat und damit der zu wählenden Pumpenleistung hängt von der Differenz zwischen dem Volumenstrom des Zulaufs und dem Selbstreinigungs-Volumenstrom ab. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Permeat-Volumenstrom mittels eines Sensors bestimmt, also der Volumenstrom an Permeat aus der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit. Bevorzugt wird der Permeat-Volumenstrom in einer Permeatleitung für jede Ultrafiltrationseinheit separat erfasst. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Volumenstrom in einer Permeatsammelleitung zu erfassen, in die alle Permeatleitungen der Ultrafiltrationsvorrichtung einmünden. Dann wird nicht der Permeat-Volumenstrom für jede einzelne Ultrafiltrationseinheit erfasst, sondern ein kumulierter Permeat-Volumenstrom. Sinkt der Permeat-Volumenstrom beispielsweise unterhalb eines vorgegeben Wertes, wird die Leistung der Pumpe erhöht, um den Volumenstrom durch die zumindest eine Ultrafiltrationseinheit zu erhöhen, wodurch auch der Permeat-Volumenstrom erhöht wird.
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Bevorzugt weist die Ultrafiltrationsvorrichtung sowohl zumindest einen Sensor zum Erfassen des Volumenstroms des Zulaufs als auch zumindest einen Sensor zum Erfassen des Permeat-Volumenstroms auf. Dann kann beispielsweise differenziert werden, ob eine Abnahme des Permeat-Volumenstroms auf eine Abnahme des Volumenstroms des Zulaufs zurückzuführen ist. Wenn der Permeat-Volumenstrom bei gleichbleibendem Zulauf geringer wird, so spricht dies für eine stärkere Verunreinigung des Filters, der dann einen höheren Filtrationswiderstand bietet. Sofern dies durch die Sensoren erfasst wird, wird bevorzugt die Leistung der Pumpe erhöht, sodass dem Zulauf mehr Retentat zugemischt wird und der Volumenstrom durch die Ultrafiltrationseinheiten steigt. Hierdurch wird die Reinigung der Membranen erhöht. Bevorzugt wird die Leistung der Pumpe so lange erhöht, bis der Permeat-Volumenstrom seinen Ausgangswert und/oder einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet.
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Sinkt der Volumenstrom des Zulaufs, muss entsprechend ebenfalls eine größere Menge an Retentat pro Zeiteinheit zugemischt werden und die Leistung der Pumpe folglich erhöht werden. Sofern bereits durch die zu reinigende Flüssigkeit ein hinreichender Volumenstrom oberhalb des Selbstreinigungs-Volumenstroms oder oberhalb des vorgegebenen Permeat-Volumenstroms vorliegt, kann die Pumpe bevorzugt abgeschaltet werden, um Energie zu sparen. Die Menge an zugemischtem Retentat beträgt dann null.
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Der oder die vorgegebenen Werte können dauerhaft in der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt sein. Sie hängen beispielsweise von den konkreten Spezifikationen der verwendeten Ultrafiltrationseinheit ab, sind also typabhängig. Daneben ist es auch möglich, dass der oder die Werte in Abhängigkeit des Verwendungszwecks des Permeats vorgegeben werden. Sofern beispielsweise für eine bestimmte Anwendung ein bestimmter Permeat-Volumenstrom erzielt werden soll oder muss, kann dieser entsprechend als zu erreichender Wert vorgegeben werden. Daneben kann als vorgegebener Wert auch der Wert eines Parameters vorgegeben werden, der als solcher nicht oder nur wenig relevant ist, aber mit einem relevanten Parameter korreliert. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn der relevante Parameter nur mit größerem Aufwand direkt erfasst werden kann. Es ist ebenfalls möglich und in bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft, wenn der oder die vorgegeben Werte variabel einstellbar ist.
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Bevorzugt ist der zumindest eine Parameter ein Volumenstrom der Flüssigkeit, ein Volumenstrom des Permeats, ein Volumenstrom des Retentats, ein Druck innerhalb einer Zuleitung für die Flüssigkeit, ein Druck innerhalb einer Retentatleitung und/oder ein Druck innerhalb einer Permeatleitung. Zudem ist es bevorzugt möglich, dass nicht nur die momentan gemessenen Volumenströme als Parameter verwendet werden, sondern alternativ oder zusätzlich auch die stündlichen oder täglichen Summenvolumenströme.
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Neben den genannten Parametern, die auch als Fließparameter bezeichnet werden, können zur Veränderung der Pumpenleistung auch weitere Parameter einbezogen werden. Hierzu werden beispielsweise die Temperatur des Zulaufs, die Trübung des Zulaufs, die Trübung des Retentats, der Huminstoffanteil des Zulaufs, die Menge an gelöstem Kohlenstoff und/oder die Wasserhärte des Zulaufs mittels zumindest eines Sensors erfasst. Die hierbei erhaltenen Sensordaten können von der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung unmittelbar genutzt werden, um in Abhängigkeit von diesen und gegebenenfalls weiteren Parametern die Pumpenleistung zu erhöhen oder zu verringern. Daneben ist es bevorzugt auch möglich, dass die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit dieser Parameter den vorgegebenen Wert, insbesondere für den Selbstreinigungs-Volumenstrom oder den Permeat-Volumenstrom verändert, sodass diese Parameter mittelbar Einfluss auf die Pumpenleistung haben.
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Die Menge an gelöstem Kohlenstoff ist ein Maß für organische Verunreinigungen. Eine größere Menge zeigt daher eine größere Verunreinigung des Wassers an, sodass bevorzugt eine erfasste Erhöhung der Menge an gelöstem Kohlenstoff zu einer Erhöhung der Pumpenleistung führt, und umgekehrt eine erfasste Verringerung der Menge an gelöstem Kohlenstoff zu einer Verringerung der Pumpenleistung führt.
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Auch die Trübung ist ein Indikator für die Verunreinigung, sodass bevorzugt bei einer Erhöhung des Trübungsgrads die Pumpenleistung erhöht wird, und umgekehrt bei einer Verringerung des Trübungsgrads die Pumpenleistung verringert wird.
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Bei der Wasserhärte ist der Zusammenhang weniger eindeutig. Daher ist es in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft, die Pumpenleistung bei steigender Wasserhärte zu erhöhen und in anderen Anwendungsfällen vorteilhaft die Pumpenleistung bei steigender Wasserhärte zu verringern und jeweils umgekehrt.
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Es ist zudem möglich, bestimmte Parameter zur Veränderung der Pumpenleistung heranzuziehen, die nicht mittels Sensoren erfasst wurden. So können beispielsweise Parameter der Flüssigkeit, die im zeitlichen Verlauf nicht oder nur wenig schwanken, als solche in der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt werden. Ein solcher Parameter kann beispielsweise die lokale Wasserhärte sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Einstellung der Pumpenleistung zumindest die folgenden Parameter verwendet: Volumenstrom des Zulaufs, die Temperatur des Zulaufs und der tägliche und/oder stündliche Summenvolumenstrom des Zulaufs.
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Mit steigender Temperatur des Zulaufs sinkt der Durchflusswiderstand der zumindest einen Membran insbesondere überproportional. Bevorzugt führt eine steigende Temperatur daher zu einer Verringerung der Pumpenleistung und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Volumenstrom direkt über einen oder mehrere Sensoren innerhalb der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit gemessen. Dieser Volumenstrom dient dann als ein Parameter, der zur Veränderung der Leistung der Pumpe herangezogen wird. Bevorzugt wird hierzu nur dieser Parameter verwendet.
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In den Leitungen, also insbesondere in der Zuleitung, Permeatleitung und/oder Retentatleitung sind bevorzugt Sensoren angeordnet, die unmittelbar den Volumenstrom messen. Diese Parameter können dann zur Veränderung der Pumpenleistung herangezogen werden.
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Darüber hinaus können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere und/oder weitere Parameter gemessen und herangezogen werden. So können beispielsweise die Temperaturen von Retentat und/oder Permeat erfasst werden. Auch mögliche Spülvolumina in gegebenenfalls durchzuführenden Spülschritten können erfasst werden. Daneben ist es möglich, die dynamischen Drücke innerhalb der genannten Leitungen zu erfassen. Diese können als Einflussgrößen für die Pumpenleistung und/oder für den vorgegebenen Wert verwendet werden.
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Wenn das Erfassen des Volumenstromes, insbesondere innerhalb der Ultrafiltrationseinheit, mittels der verwendeten Sensoren unmittelbar nicht möglich ist, so kann beispielsweise über bekannte Zusammenhänge dennoch auf diesen geschlossen werden. So ist es beispielsweise möglich, Kennlinien für bestimmte Ultrafiltrationseinheiten im Vorhinein zu ermitteln. Hierzu wird ermittelt, welche gemessenen Parameter beispielsweise mit welchem Volumenstrom innerhalb der Ultrafiltrationseinheit oder welchem Permeat-Volumenstrom korrelieren. Diese Kennlinien können dann in der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt sein, so dass über die gemessenen Parameter auf den Volumenstrom zurückgeschlossen werden kann und die Pumpenleistung entsprechend variiert werden kann.
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Anhand der erfassten und zur Auswertung herangezogenen Parameter ermittelt die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung vorzugsweise anhand eines vorgegebenen Algorithmus die zu wählende Leistung der Pumpe. Hierzu werden beispielsweise bestimmte Ist-Parameter mit zugeordneten Soll-Parametern verglichen und die Leistung der Pumpe entsprechend geregelt, dass Ist- und Soll-Parameter möglichst übereinstimmen.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Spülschritt, in dem der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit Permeat erneut zugeführt wird. Der Spülschritt wird bevorzugt über eine Zeitdauer von 5 bis 60, besonders bevorzugt von 10 bis 30 Sekunden durchgeführt.
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Es ist zwar durch das Cross-Flow-Prinzip sichergestellt, dass die Verunreinigung der Membran geringer ausfällt als bei der Dead-End-Filtration, es ist jedoch nicht vollständig ausgeschlossen, dass auch bei einem hinreichenden Volumenstrom durch die Ultrafiltrationseinheit eine Verschmutzung der zumindest einen Membran stattfindet. Um diese Verschmutzungen ebenfalls zumindest teilweise, insbesondere vollständig zu entfernen, wird der Spülschritt durchgeführt. Hierbei wird Permeat, also bereits gereinigte Flüssigkeit, der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit erneut zugeführt. Dies erfolgt zum Spülen der Membran bevorzugt von der Permeatseite durch die Membran zur Retentatseite hin. Mit anderen Worten wird die Filtrationsrichtung umgekehrt.
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Bevorzugt wird das Permeat in dem Spülschritt in die Rezirkulationsleitung geleitet oder der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit durch den Permeatausgang erneut zugeführt. Dies hängt insbesondere davon ab, aus welchem Grund der Spülschritt durchgeführt wird.
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Wird der Spülschritt zur Reinigung der Membran durchgeführt, so erfolgt das Zuführen vorzugsweise durch den Permeatausgang der Ultrafiltrationseinheit. Dieser ist eigentlich, nach der Filtration, als Ausgang für das Permeat vorgesehen. Beim Spülschritt dient er jedoch, unter Umkehrung der Fließrichtung, als Eingang für das jetzt zur Reinigung eingesetzte Permeat.
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Wenn die Ultrafiltrationsvorrichtung nur genau eine Ultrafiltrationseinheit aufweist, was eine Ausführungsform der Erfindung ist, dann weist die Ultrafiltrationsvorrichtung vorzugsweise zumindest einen Ausgleichsbehälter auf, der beispielsweise strömungstechnisch mit der Permeatleitung oder einer der Permeatleitung nachgelagerten Flüssigkeitsableitung verbunden ist. Der zumindest eine Ausgleichsbehälter dient dazu, dass auch während des Spülschritts Flüssigkeit aus einer Entnahmestelle entnehmbar ist. Während des Spülschritts liegt insbesondere kein nutzbarer Permeatstrom vor, da das Permeat für die Spülung verwendet wird. Dann kann weiterhin Permeat entnommen werden, welches in dem zumindest einen Ausgleichsbehälter bereitgestellt ist. Der zumindest eine Ausgleichsbehälter ist bevorzugt derart dimensioniert, dass er Permeat über einen der Spüldauer entsprechenden Zeitraum, also insbesondere 5 bis 60 Sekunden, weiter insbesondere 10 bis 30 Sekunden bereitstellen kann. Dies hängt natürlich auch von einer durchschnittlichen Entnahme und/oder einer pro Zeiteinheit maximal möglichen Entnahme in einem der Ultrafiltrationsvorrichtung nachgelagerten System ab. Hierauf ist die Ultrafiltrationsvorrichtung und insbesondere der zumindest eine Ausgleichsbehälter bevorzugt ausgelegt. Auch wenn die Ultrafiltrationsvorrichtung mehr als eine Ultrafiltrationseinheit aufweist, weist sie bevorzugt zumindest einen Ausgleichsbehälter auf.
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Sofern die Ultrafiltrationsvorrichtung mehrere Ultrafiltrationseinheiten aufweist, wird vorzugsweise Permeat von einer oder mehrerer anderer Ultrafiltrationseinheiten verwendet, um eine bestimmte Ultrafiltrationseinheit der Ultrafiltrationsvorrichtung zu reinigen. Mit anderen Worten wird das Permeat, mit dem die Spülung durchgeführt wird, nicht innerhalb derselben Ultrafiltrationseinheit erzeugt. Sind beispielsweise zwei Ultrafiltrationseinheiten vorhanden, wird zur Spülung der ersten Filtrationseinheit Permeat der zweiten Filtrationseinheit verwendet, welche dann hierzu weiter normal betrieben wird, und umgekehrt. Das gewonnene Permeat wird dann entweder vollständig der jeweils anderen Ultrafiltrationseinheit zur Spülung zugeleitet oder nur teilweise. Sofern nur ein Teil des Permeats zum Spülen verwendet wird, kann der verbleibende Teil weiter an einem Ausgang der Ultrafiltrationsvorrichtung zur Entnahme zur Verfügung stehen. Hierdurch ist die Funktion der Ultrafiltrationsvorrichtung auch bei Durchführung des Spülschritts noch gewährleistet.
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Daneben ist es möglich, dass Flüssigkeit innerhalb der Ultrafiltrationsvorrichtung über einen bestimmten Zeitraum stagniert, da keine der Ultrafiltrationsvorrichtung nachgelagerte Entnahmestelle geöffnet wird. Um hier einer zu langen Stagnation und damit möglicher Rekontamination der bereits gereinigten Flüssigkeit vorzubeugen, kann beispielsweise in regelmäßigen Zeitabschnitten eine Spülung durchgeführt werden. Hierzu wird bevorzugt über zumindest einen Sensor erfasst, dass ein Volumenstrom des Zulaufs, Retentats und/oder Permeats null beträgt. Sofern dies über einen bestimmten und vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise zumindest einer halben Stunde oder einer Stunde, erfasst wird, wird der Spülschritt durchgeführt.
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Zur Durchführung des Spülschritts wird das Permeat vorzugsweise in die Rezirkulationsleitung geleitet. Dies geschieht beispielsweise mittels einer Permeatzuführleitung, die mit der Rezirkulationsleitung und der Permeatleitung oder der Permeatsammelleitung in strömungstechnischer Verbindung steht. Die Permeatzuführleitung weist dabei zumindest ein schaltbares Ventil auf, welches bei dem Spülschritt geöffnet wird und im normalen Betrieb geschlossen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ist die Permeatzuführleitung nah an einem Ausgang der Ultrafiltrationsvorrichtung, also einem Übergang zu einer Installation, insbesondere einer Trinkwasserinstallation, mit der Permeatsammelleitung verbunden. Hierdurch werde Totvolumina, die auch bei dem Spülschritt stagnieren oder wenig bewegt werden, in der Ultrafiltrationsvorrichtung nahezu vollständig vermieden.
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Bevorzugt ist die Permeatzuführleitung in Strömungsrichtung hinter dem zumindest einen Ausgleichsbehälter mit der Permeatsammelleitung verbunden. Hierdurch wird bei dem Spülschritt auch der zumindest eine Ausgleichsbehälter gespült, sodass auch eine Stagnation in diesem verringert oder unterbunden wird. Ausgleichsbehälter weisen häufig Gummimembranen auf. Diese sind für eine Verunreinigung, insbesondere eine Verkeimung besonders anfällig. Um beispielsweise eine Biofilmbildung auf einer solchen Gummimembran zu verringern oder sogar vollständig zu vermeiden, ist die regelmäßige Spülung des zumindest einen Ausgleichsbehälters sinnvoll. Dies wird durch diese Ausgestaltung besonders einfach sichergestellt.
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Die in dieser genannten Beschreibung genannten Ventile sind dabei, sofern dies nicht explizit anders beschrieben ist, mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung schaltbar, können also insbesondere mittels dieser geöffnet oder geschlossen werden. Die Durchführung des Spülschritts wird folglich auch durch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung automatisch initiiert und die entsprechenden Ventile geöffnet und/oder geschlossen.
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In diesen Varianten des Spülschritts wird das Permeat der Rezirkulationsleitung zugeführt und anschließend wieder über die zumindest eine Ultrafiltrationseinheit gereinigt, so dass es zu einem Flüssigkeitsstrom innerhalb des Systems kommt. Mit anderen Worten, wird die bereits einmal gereinigte Flüssigkeit erneut gereinigt. Dies baut vorteilhafterweise eine etwaige Rekontamination des Permeats infolge längerer Stagnation innerhalb der Ultrafiltrationsvorrichtung ab.
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Ein über einen Abfluss im Rahmen des Spülschritts verworfener Anteil an Flüssigkeit beträgt bevorzugt weniger als 5 % des Zulaufvolumens, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 %.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt zur Integritätsüberwachung der zumindest einen Membran. Die Integritätsüberwachung, die auch als Integritätstest bezeichnet wird, dient dazu, Defekte der zumindest einen Membran zu detektieren. Solche Defekte führen im schlimmsten Fall dazu, dass eigentlich herauszufilternde Verunreinigungen die Membran dennoch durchtreten können, da die Porengröße lokal deutlich oberhalb der Spezifikationen liegt. Ein solcher Defekt kann einerseits auf einem Herstellungsfehler basieren oder aber im Betrieb auftreten, beispielsweise bei kurzzeitigen starken Überdrücken oder der Behandlung mit ungeeigneten chemischen Reinigungsmitteln auftreten.
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Für den Integritätstest ist bevorzugt jeder Ultrafiltrationseinheit ein Kompressor zugeordnet, über den die zumindest eine Membran mit einem Druck beaufschlagbar ist. Bevorzugt ist der Kompressor räumlich nah an dem Eingang oder einem der Ausgänge der Ultrafiltrationseinheit angeordnet. Wenn der Druck von insbesondere etwa 2 bar über einen vorgegebenen Zeitraum konstant gehalten wird oder einen vorgegebenen Grenzwert nicht unterschreitet, gilt die zumindest eine Membran als intakt. Sofern der Druck stärker abfällt zeigt dies einen Defekt der zumindest einen Membran an. Dann sollte die zumindest eine Membran, insbesondere die gesamte Ultrafiltrationseinheit ausgewechselt werden. Dass jeder Ultrafiltrationseinheit ein Kompressor zugeordnet ist bedeutet nicht notwendigerweise, dass für jede Ultrafiltrationseinheit ein Kompressor vorhanden ist. Es ist ebenfalls möglich und Gegenstand einer bevorzugten Ausführungsform, dass sich zumindest zwei Ultrafiltrationseinheiten einen Kompressor teilen.
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Der Schritt zur Integritätsüberwachung kann manuell durchgeführt werden. Bevorzugt ist jedoch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung eingerichtet, den Schritt automatisch beispielsweise in bestimmten, vorgegebenen Zeitabständen durchzuführen.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch eine Ultrafiltrationsvorrichtung der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, dass die Ultrafiltrationsvorrichtung eine Pumpe zum Fördern des Retentats durch die Rezirkulationsleitung , und zumindest einen Sensor zum Erfassen zumindest eines Parameters der Flüssigkeit, des Permeats und/oder des Retentats aufweist, wobei der Ultrafiltrationsvorrichtung eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung zugeordnet ist, die eingerichtet ist, die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit des zumindest einen Parameters zu verändern.
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Dass die Rezirkulationsleitung strömungstechnisch mit dem Retentatausgang der zumindest einen Ultrafiltrationseinheit verbunden ist, bedeutet im einfachsten Fall, dass diese direkt an den Retentatausgang angeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mit dem Retentatausgang jedoch eine Retentatleitung strömungstechnisch verbunden. Die Retentatleitung ist dann wiederum strömungstechnisch mit der Rezirkulationsleitung verbunden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Pumpe in der Rezirkulationsleitung angeordnet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der Zuleitung keine Pumpe angeordnet ist oder angeordnet werden kann, wie dies beispielsweise bei bestimmten Point-of-Entry-Anlagen der Fall ist. Daneben kann die Pumpe in der Rezirkulationsleitung räumlich kleiner dimensioniert und nur für geringere Leistungen ausgelegt werden, da sie nur zur Förderung des Retentats ausgelegt sein muss und nicht noch andere Flüssigkeitsströme, beispielsweise den Zulauf fördern muss.
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Bevorzugt weist die Ultrafiltrationsvorrichtung zumindest zwei Ultrafiltrationseinheiten auf, wobei die Retentatausgänge der Ultrafiltrationseinheiten strömungstechnisch mit einer Retentatsammelleitung verbunden sind, die strömungstechnisch mit der Rezirkulationsleitung verbunden ist. In dieser Ausführungsform münden die Retentatleitungen nicht direkt in der Rezirkulationsleitung, sondern jeweils in einer Retentatsammelleitung. Es ist ebenfalls möglich, dass die Retentatsammelleitung einstückig mit zumindest einer Retentatleitung der Ultrafiltrationseinheiten verbunden ist. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, dass auch bei mehreren Ultrafiltrationseinheiten nur genau eine Rezirkulationsleitung vorhanden ist.
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Bevorzugt weist die Ultrafiltrationsvorrichtung eine Permeatsammelleitung auf, über welche das Permeat aus den mehreren Ultrafiltrationseinheiten zusammengeführt wird und dann beispielsweise zu einem Ausgang der Ultrafiltrationsvorrichtung, einer Entnahmestelle oder in eine Trinkwasserinstallation geleitet wird.
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Bevorzugt weist die Ultrafiltrationsvorrichtung zumindest zwei, weiter bevorzugt zumindest drei, besonders bevorzugt zumindest vier Ultrafiltrationseinheiten auf. Insbesondere für kleinere Hausinstallationen sind Ultrafiltrationsvorrichtungen mit genau zwei oder genau drei Ultrafiltrationseinheiten ausreichend und stellen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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Bevorzugt ist die Ultrafiltrationsvorrichtung als Point-of-Entry-Ultrafiltrationsvorrichtung zwischen einem öffentlichen Wasserversorgungsnetz und einer Trinkwasserinstallation angeordnet.
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Unter einer Trinkwasserinstallation, die auch als Hausinstallation bezeichnet wird, wird insbesondere die Gesamtheit aller Rohrleitungen und Rohrleitungsbestandteile innerhalb eines Gebäudes oder eines Gebäudekomplexes verstanden. Point-of-Entry-Ultrafiltrationsvorrichtungen stellen somit die Schnittstelle zwischen dem öffentlichen Versorgungsnetz und den, insbesondere privaten, Rohrleitungsnetzen innerhalb von Gebäuden oder Gebäudekomplexen dar. Dies ist beispielsweise daher vorteilhaft, da üblicherweise der Gebäudeeigentümer für die Qualität des Trinkwassers ab dieser Schnittstelle verantwortlich ist. Mittels einer Point-of-Entry-Ultrafiltrationsvorrichtung ist es möglich, die Reinigung des Trinkwassers so früh wie möglich durchzuführen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - das Schaltschema einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei Ultrafiltrationseinheiten,
- 2 - das Schaltschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit zwei Ultrafiltrationseinheiten, und
- 3 - das Schaltschema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit drei Ultrafiltrationseinheiten.
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In 1 ist eine Ultrafiltrationsvorrichtung 2 dargestellt, die zwei Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 aufweist. Durch die Zuleitung 6 wird die zu reinigende Flüssigkeit, insbesondere Kaltwasser, zu den Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 geleitet. In der Zuleitung 6 ist ein Rückschlagventil 8 eingebaut. Dieses ist bevorzugt als sogenanntes KFR-Ventil, also kombiniertes Freistromventil mit Rückflussverhinderer, ausgebildet.
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In Strömungsrichtung dahinter befindet sich ein Sensor 10. Dieser Sensor 10 ist vorliegend ein Volumenstrommesser, der den durch die Zuleitung 6 strömenden Volumenstrom, insbesondere permanent, erfasst und mittels einer angedeuteten Datenübertragungsleitung zu einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 12 leitet. Es ist dabei selbstverständlich so, dass die Datenübertragungsleitung als Kabel ausgebildet sein kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich und entspricht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dass die Datenübertragung drahtlos erfolgt.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Ultrafiltrationsvorrichtung 2 sind die beiden Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 parallel geschaltet. In den zu den Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 führenden Leitungen ist jeweils ein schaltbares Ventil 14 angeordnet, welches mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 12 schaltbar ist. Im normalen Betrieb sind diese Ventile geöffnet, damit die zu reinigende Flüssigkeit zu den Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 strömen kann.
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Die Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 weisen Kapillaren mit Poren in der Größe von etwa 10 nm bis 100 nm auf. Diese bilden unmittelbar die Membranen, an denen die zu reinigende Flüssigkeit gefiltert wird. Die Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 weisen jeweils einen Retentatausgang und einen Permeatausgang auf. Der Retentatausgang ist jeweils strömungstechnisch mit einer Retentatleitung 16 verbunden. Die Retentatleitungen 16 führen zu einer Retentatsammelleitung 18, über die das Retentat einem Abfluss 20 zuführbar ist.
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Innerhalb der Retentatleitung 16 sind ebenfalls schaltbare Ventile 14 angeordnet, die mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 12 schaltbar sind. Hierdurch kann das Abfließen des Retentats in den Abfluss 20 ermöglicht oder blockiert werden. In Strömungsrichtung vor den schaltbaren Ventilen 14 ist eine Rezirkulationsleitung 22 strömungstechnisch mit den Retentatleitungen 16 verbunden. Die Rezirkulationsleitung 22 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform zweiteilig aufgebaut, nämlich aus einer gemeinsamen Rückführleitung 24 und zwei Retentatzuleitungen 26, über die die gemeinsame Rückführleitung 24 mit Retentat aus den Retentatleitungen 16 gespeist wird. In den beiden Retentatzuleitungen 26 ist jeweils ein Rückschlagventil 8 eingebaut. Die gemeinsame Rückführleitung 24 weist wiederum ein schaltbares Ventil 14 auf, welches mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung schaltbar ist. Zudem weist die gemeinsame Rückführleitung 24 der Rezirkulationsleitung 22 eine Pumpe 28 auf, bei der es sich bevorzugt um eine drehzahlvariable Pumpe handelt.
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In Strömungsrichtung hinter der Pumpe 28 ist ein Absperrventil 30 angeordnet, welches vorliegend nicht mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung, sondern lediglich manuell schaltbar ist. In einer alternativen Ausführungsform sind dieses und die weiteren Absperrventils 30 jedoch ebenfalls mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 12 schaltbar.
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Die Rezirkulationsleitung 22 mündet in der Zuleitung 6, so dass der durch die Zuleitung 6 strömenden und zu reinigenden Flüssigkeit Retentat zugemischt werden kann. Die Menge des pro Zeiteinheit der zu reinigenden Flüssigkeit zugemischten Retentats wird über die Leistung der Pumpe 28 geregelt. Hierzu kann die Pumpe 28 mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 12 angesteuert und ihre Leistung verändert werden. Dies erfolgt bevorzugt stufenlos. Wenn es sich, wie bevorzugt, um eine drehzahlvariable Pumpe handelt, wird folglich die Drehzahl der Pumpe 28 durch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 12 unter anderem in Abhängigkeit der erfassten Parameter des Sensors 10 geregelt
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Zudem weisen die Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 jeweils einen Permeatausgang auf. Mit diesen Permeatausgängen ist jeweils eine Permeatleitung 32 strömungstechnisch verbunden. Die Permeatleitungen 32 sind strömungstechnisch mit einer Permeatsammelleitung 34 verbunden. Über die Permeatsammelleitung 34 wird das Permeat, also vorliegend das gereinigte Wasser, einer Trinkwasserinstallation zugeführt. Daneben ist die Permeatsammelleitung 34 jedoch auch strömungstechnisch mit dem Abfluss 20 verbunden, so dass bei Bedarf auch Permeat über diesen verworfen werden kann. Hierzu befindet sich in Strömungsrichtung vor dem Abfluss ein schaltbares Ventil 14, welches mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung schaltbar und im normalen Betrieb geschlossen ist.
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Die Permeatleitungen 32 weisen in Strömungsrichtung vor der Permeatsammelleitung 34 jeweils ein manuell bedienbares Absperrventil 30 auf. Dieses kann beispielsweise genutzt werden, wenn die Ultrafiltrationseinheiten 4 und/oder 4.2 getauscht oder gewartet werden sollen.
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Der Permeatsammelleitung 34 ist zudem ein Ausgleichsbehälter 36 zugeordnet, über den beispielsweise ein schwankender Volumenstrom des erhaltenen Permeat ausgeglichen werden kann.
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Zudem sind die Permeatleitungen 32 und vorliegend auch die Permeatsammelleitung 34 strömungstechnisch über eine Permeatzuführleitung 38 mit der gemeinsamen Rückführleitung 24 der Rezirkulationsleitung 22 verbunden. Mittels der Permeatzuführleitung 38 ist es möglich, der Rezirkulationsleitung 22 Permeat zuzuführen. Die strömungstechnische Verbindung der Permeatzuführleitung 38 zu der Rezirkulationsleitung 22 befindet sich in Strömungsrichtung vor der Pumpe 28.
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Die Permeatzuführleitung weist sowohl ein schaltbares Ventil 14 auf als auch ein Rückschlagventil 8. Die Permeatzuführleitung 38 wird dann verwendet und hierzu das schaltbare Ventil 14 geöffnet, wenn zur Vermeidung von Stagnation eine Spülung des Systems durchgeführt wird. Hierzu wird dann Permeat über die Rezirkulationsleitung 22 zurück zu der Zuleitung 6 geleitet und in der Folge den Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 erneut zugeleitet. Hierdurch entsteht ein Flüssigkeitskreislauf, der die Stagnation beendet.
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Ein solcher Spülschritt wird beispielsweise in festen oder variablen Zeitintervallen durchgeführt. Bevorzugt wird der Spülschritt immer dann durchgeführt, wenn eine Stagnation der Flüssigkeit beispielsweise in den Permeatleitungen 32 oder der Permeatsammelleitung 34 über einen bestimmten Zeitraum mittels zumindest eines Sensors 10 erfasst wird. Hierzu wird das der Rezirkulationsleitung 22 zugeordnete schaltbare Ventil 14 vorzugsweise geschlossen und das der Permeatzuführleitung 38 zugeordnete schaltbare Ventil geöffnet. Die Pumpe 28 ist während des Spülschritts bevorzugt zumindest zeitweise, insbesondere dauerhaft eingeschaltet.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform der Ultrafiltrationsvorrichtung 2 ist nahezu identisch zu der in 1 dargestellten Ausführungsform. Die Permeatzuführleitung 38 ist allerdings nicht, wie in 1, relativ nah an den Ultrafiltrationseinheiten 4 und 4.2 strömungstechnisch mit den Permeatleitungen 32 sowie der Permeatsammelleitung 34 verbunden.
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In 2 ist die Permeatzuführleitung 38 in Strömungsrichtung hinter dem Ausgleichsbehälter 36 mit der Permeatsammelleitung 34 verbunden und damit erst sehr spät in der Ultrafiltrationsvorrichtung, also nahe eines Ausgangs in eine Installation, insbesondere eine Trinkwasserinstallation. Bei dem stagnationsbeendenden Spülschritt, in dem Permeat der Rezirkulationsleitung 22 durch die Permeatzuführleitung 38 zugeleitet wird, kann in dieser Ausgestaltung ein größerer Kreislauf geschaffen werden. Das Permeat wird erst kurz vor einem Ausgang zu einer angeschlossenen Installation zu der Rezirkulationsleitung 22 geführt, wodurch deutlich weniger Permeat während des Spülschritts fortwährend stagniert. Insbesondere wird eine Stagnation in dem Ausgleichsbehälter 36 während des Spülschritts vermieden.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform einer Ultrafiltrationsvorrichtung 2 im Sinne der Erfindung sind drei Ultrafiltrationseinheiten 4, 4.2 und 4.3 vorhanden.
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Diese sind, wie auch in der in 1 dargestellten Ausführungsform, parallel geschaltet. Bis auf die aufgrund der zusätzlichen Ultrafiltrationseinheit 4 notwendigen konstruktiven Anpassungen, ist die Ultrafiltrationsvorrichtung 2 identisch zu der Ausführungsform aus 1 aufgebaut.
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Entsprechend sind drei Permeatleitungen 32 mit zugeordneten Absperrventilen 30 vorhanden. Die Permeatleitungen 32 münden dabei nicht jede für sich in der Permeatsammelleitung 34. Vielmehr mündet die der Ultrafiltrationseinheit 4 zugeordnete Permeatleitung 32 in der der Ultrafiltrationseinheit 4 zugeordneten Permeatleitung 32.
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Auch sind entsprechend drei Retentatleitungen 26 vorhanden, die jeweils in der gemeinsamen Rückführleitung 24 der Rezirkulationsleitung 22 münden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Ultrafiltrationsvorrichtung
- 4
- Ultrafiltrationseinheit
- 6
- Zuleitung
- 8
- Rückschlagventil
- 10
- Sensor
- 12
- Elektronische Datenverarbeitungseinrichtung
- 14
- Schaltbares Ventil
- 16
- Retentatleitung
- 18
- Retentatsammelleitung
- 20
- Abfluss
- 22
- Rezirkulationsleitung
- 24
- gemeinsame Rückführleitung
- 26
- Retentatzuleitung
- 28
- Pumpe
- 30
- Absperrventil
- 32
- Permeatleitung
- 34
- Permeatsammelleitung
- 36
- Ausgleichsbehälter
- 38
- Permeatzuführleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2474506 A1 [0004]
- EP 2883844 A1 [0004]
