DE112014001292T5

DE112014001292T5 - Verfahren zur Wasseraufbereitung vor der Umkehrosmose

Info

Publication number: DE112014001292T5
Application number: DE112014001292.0T
Authority: DE
Inventors: Stanton Smith; Benoit Tranape; Richard Higgins; Jeremy Cardin
Original assignee: Veolia Water Technologies Inc
Current assignee: Veolia Water Technologies Inc
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-11-26
Also published as: CA2905926A1; AU2014235024A1; AU2014235024B2; US20140263056A1; WO2014151354A1; ZA201507200B; CL2015002704A1; CA2905926C

Abstract

Verfahren zur Behandlung von Speisewasser mit einer Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembraneinheit und einer in Strömungsrichtung nachgeschalteten Umkehrosmoseeinheit. Ein Aluminiumsalz-Koagulans wird zu dem Speisewasserstrom zugegeben, und zwar an einer Stelle in Strömungsrichtung vor Membrantrenneinheit. Das Aluminiumsalz-Koagulans wird in Strömungsrichtung vor der Membrantrenneinheit zugemischt. Eine ausreichende Menge des Aluminiumsalz-Koagulans wird mit dem Speisewasser vermischt, um eine ausreichende Verweilzeit zu erhalten, um die Konzentration des Aluminiums in dem aus der Membrantrenneinheit abgegebenen Permeat zu steuern.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorbehandlungsverfahren zum Entfernen von Aluminium aus einem Speisewasser, das zu einer Umkehrosmoseeinheit geleitet wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Umkehrosmose (UO) wird eingesetzt als ein Schlüsselschritt in der Produktion von kommunalem Trinkwasser und für die Behandlung von verschiedenen industriellen Abwässern zwecks Erzielung einer Qualität
für die Wiederverwendung und/oder Freisetzung in die Umwelt. Die Produktivität (gemessen als Durchlässigkeit oder Druck- normalisierter Fluss) von kommerziellen UO-Prozessen ist abhängig von der Minimierung der Konzentrationen von UO-Membranverschmutzungsstoffen in dem dem UO-Verfahren zugeführten Speisewasser. Ein üblicher UO-Membranverschmutzungsstoff sind gelöste Aluminiumionen, die in dem zu behandelnden Ausgangswasser vorhanden sein können und/oder in das UO-Speisewasser freigesetzt werden können durch geeignete Vorbehandlungsverfahren, die Aluminiumsalze als Koagulans verwenden, um gelöste organische Stoffe zu entfernen, die im Ausgangswasser vorhandenen sind. UO-Prozesse erfordern UO-Speisewasser, das nicht mehr als etwa 0,1 ppm gelöstes Aluminium enthält, um den UO-Membran-Verschmutzungs-Effekt durch die Aluminiumionen zu minimieren. Wasserbehandlungsverfahren, die Aluminiumsalz-basierte Koagulation vor einem UO-Membran-Verfahrensschritt nutzen, verwenden allgemein eine Membran-Mikrofiltration oder Ultrafiltration als Vorbehandlungsschritt, um suspendierte Feststoffe zu entfernen und einen Bruchteil der in dem Prozesswasser gelösten organischen Substanzen zu koagulieren und/oder auszuflocken, so dass das Permeat aus dem Membran-Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsverfahren das Speisewasser für das UO-Verfahren wird. Für solche integrierte Prozesse war es im allgemeinen notwendig, ein pH-modifizierendes Additiv gleichzeitig mit der Aluminiumsalz-Koagulation bereitzustellen, um zu gewährleisten, dass die Aluminiumkonzentration in dem UO-Speisewasser unterhalb des Niveaus von 0,1 ppm gehalten wird. Die Verwendung des pH-modifizierenden Zusatzstoffs erhöht die Kosten und die Komplexität des integrierten Verfahrens.
Koagulation und/oder Flockung von gelösten und suspendierten Verbindungen in Prozessströmen unmittelbar vor der Membran-Mikrofiltration oder Ultrafiltration ist auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung bekannt (Water Treatment: Principles and Design, 2. Aufl. rev. von J. C. Crittenden et al., Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2005, S. 1012). Die am häufigsten verwendeten Koagulations- und Flockungs-Hilfsmittel umfassen organische Polymerverbindungen, Eisensalze und Aluminiumsalze. Die spezifische Wahl der Koagulationsmittel/Flockungsmittel für einen bestimmten Verfahrens-Strom erfolgt unter Beachtung der relativen Kosten, der relativen Wirksamkeit effektiv koagulierender/ausflockender Verbindungen in dem Prozess-Strom und des Durchlässigkeitsgrads des aufgenommenen Filterkuchens auf der Mikrofiltrations-/Ultrafiltrationsmembranoberfläche. Zum Beispiel kann zur Klärung von Tailings-Wasser aus der Ölsandgewinnung, die Membran-Ultrafiltration eingesetzt werden, und zwar mit Aluminiumsulfat (Alaun), das bekannt ist als bevorzugtes Koagulans wegen der hohen Feststoffentfernungseffizienz (ES. Kim et al., Sep. Purif. Techn, 81 (2011) 418–428). In ähnlicher Weise ist die Alaun-Koagulation vor der Keramikmembranultrafiltration bekannt (K. Guerra et al., Sep. Purif. Techn, 87 (2012) 47–53).
Weitere Überlegungen können andere Prozesseffekte sein, die kennzeichnend sind für spezifische Koagulationsmittel/Flockungsmittel, wie die relative Einfachheit der Entfernung von der Membranoberfläche, und Einflüsse auf nachgelagerte Prozesse. Ein spezifisches Beispiel für eine nachteilige Wirkung auf einen nachgeschalteten Prozess ist die Wirkung von restlicher Aluminiumsalzlöslichkeit auf nachgeschaltete Umkehrosmose-(UO-)Membranen, bei denen gelöste Aluminiumkationen eine starke Verschmutzung der UO-Membran verursachen können. Bei integrierten Wasserbehandlungsverfahren mit Koagulation/Ausflockung, kombiniert mit Membranfiltration oder Ultrafiltration, gefolgt von einem UO-Schritt zur Herstellung von hochreinem Wasser, wird daher in der Regel die Verwendung von Aluminium-Salzen als Koagulantien vermieden werden aufgrund des Nebeneffekts der UO-Membranverschmutzung. Während es möglich ist, einen pH-modifizierenden Zusatzstoff gleichzeitig mit oder unmittelbar nach der Aluminiumsalz-Koagulation hinzuzufügen, führt dies zu zusätzlichen Kosten und zusätzlicher Komplexität des Prozesses. Andere praktische Mittel zur Minderung der Verschmutzung von UO-Membranen durch gelöste Aluminiumionen aus vorgelagerten Aluminiumsalz-Koagulationsverfahren sind im Stand der Technik nicht in Betracht gezogen worden. Gegenstand dieser Erfindung ist ein solches Verfahren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Speisewasser mit einer Mikro- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit und einer nachgeschalteten Umkehrosmoseeinheit. Ein Koagulans in Form eines Aluminiumsalzes wird dem Speisewasser an einer der Membrantrenneinheit vorgelagerten Stelle zugegeben. Dies erhöht die gelöste Aluminium-Konzentration in dem Speisewasser und hat das Potential, Membranen der UO-Einheit zu verunreinigen. Zur Lösung dieses Problems reduziert das Verfahren in einer Ausführungsform, ohne wesentliche pH-Einstellung durch die Zugabe von zusätzlichen pH-modifizierenden Verbindung(en), die Aluminiumkonzentration in dem Zustrom zu der UO-Einheit auf weniger als 0,1 ppm, und zwar durch Steuern der hydraulischen Verweilzeit des koagulierten Speisewassers zwischen dem Zeitpunkt der Zugabe des Aluminiumsalz-Koagulans und dem Zeitpunkt, zu dem das Speisewasser durch die Membrantrenneinheit als Permeat abgeführt wird.
In einer Ausführungsform beträgt die hydraulische Verweildauer zwischen Initiieren der Koagulation und Ableiten von Abwasser als Permeat aus der Membrantrenneinheit weniger als 25 Minuten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine weitere schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Bezug auf die Zeichnungen ist das Abwasserbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung darin gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Wie aus nachfolgenden Teilen der Beschreibung ersichtlich werden wird, fügt das Abwasserreinigungsverfahren ein Aluminiumsalz als Koagulans zu dem Abwasser zu. Der Zweck des Aluminiumsalzes ist, Partikel in dem Abwasser zu destabilisieren, um eine Aggregation und Ausflockung dieser Teilchen zu bewirken. Mit anderen Worten, das Koagulans, das in diesem Fall ein Aluminiumsalz ist, erleichtert die nachgeschaltete Entfernung von Schwebstoffen und Niederschlägen.
Nachdem das Aluminiumsalz-Koagulans zugegeben und mit dem Abwasser gründlich gemischt wird, wird das Abwasser zu einer durch das Bezugszeichen 12 bezeichneten Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit geleitet. Die Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit kann von verschiedenen Formen sein. In einer Ausführungsform ist die Membrantrenneinheit 12 eine Keramikmembran und insbesondere eine Keramikmembran vom Cross-Flow-Ultrafiltrationstyp. In einem Beispiel umfasst die Trennschicht Titandioxid und hat eine mittlere Porengröße von 0,01 Mikrometer. In einem anderen Beispiel umfasst die Trennschicht Titandioxid und hat eine mittlere Porengröße von 0,1 Mikrometer. Wie oben erwähnt, können andere Arten von Mikro- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheiten in dem Abwasserreinigungsverfahren verwendet werden.
Die Keramikmembran 12 produziert einen Permeat-Strom und ein Retentat- oder Ausschuss-Strom. Die Keramikmembran bewirkt, im Wesentlichen alle suspendierten Teilchen und Niederschläge zu entfernen. Die Keramikmembran kann in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, um Schwebstoffe und Niederschläge zu entfernen. Insbesondere ist die Keramikmembran wirksam zur Behandlung von Wasser, das aus Öl- und Gas-Recovery-Prozessen resultiert. Typischerweise enthalten diese Abfallströme freies Öl und emulgiertes Öl. Die Keramikmembran ist wirksam, um sowohl freies Öl als auch emulgiertes Öl aus dem Speisewasser zu entfernen.
Weiter unter Bezug auf die Zeichnungen, befindet sich der Keramikmembran 12 nachgeschaltet eine Umkehrosmoseeinheit 14. Bei diesem Verfahren ist die Umkehrosmoseeinheit 14 wirksam, um das durch die Membrantrenneinheit oder die Keramikmembran 12 erzeugte Permeat aufzunehmen. Die Umkehrosmoseeinheit 14 erzeugt ein UO-Permeat und einen UO-Ausschuss-Strom. Die Umkehrosmoseeinheiten entfernen gelöste Feststoffe, wie gesamten organischen Kohlenstoff, lösliche Kieselsäure und einer Vielzahl von gelösten Feststoffen.
Wie oben erwähnt, umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Mischen eines Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Abwasser an einer der Membrantrenneinheit 12 vorgelagerten Stelle, um Partikel in dem Abwasser zu destabilisieren und die Aggregation und Ausflockung dieser Teilchen zu fördern. Dieses Verfahren konditioniert das Abwasser vor der Membrantrenneinheit 12, so dass suspendierte Teilchen und Niederschläge in der Membrantrenneinheit oder Keramikmembran 12 leicht entfernt werden können.
Wie in 1 gezeigt, wird ein Aluminiumsalz als Koagulans zugegeben und wird gerührt und gemischt, und zwar in einem Reaktor (Reaktionsvolumen). In einem Beispiel fügt die Zugabe eines Aluminiumsalz-Koagulans zu dem Abwasser dem Abwasser etwa 8 ppm an gelöstem Aluminium zu. Während dies wichtig ist für den Zweck der Entfernung von Feststoffen aus dem Abwasser, ist diese relativ hohe Aluminiumkonzentration im Abwasser ein Problem, wenn sie in dem Abwasser hinter der Keramikmembran 12 verbleibt und in die Umkehrosmoseeinheit 14 eintritt. Dies liegt daran, dass signifikante Aluminiumkonzentrationen die Membranen der Umkehrosmoseeinheit 14 verschmutzen und beschädigen. Somit entfernt das Verfahren der vorliegenden Erfindung Aluminium aus dem Abwasser vor dem Eintritt in die Umkehrosmoseeinheit 14.
Es sollte beachtet werden, dass einige Abwässer erhebliche Konzentrationen an Aluminium enthalten, Konzentrationen von über 0,1 ppm. Das vorliegende Verfahren ist auch anwendbar auf diese Abwässer.
Deshalb richtet sich die Aufmerksamkeit im Fall der hier dargestellten Ausführungsformen auf die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom aus der Membrantrenneinheit 12. Um eine signifikante Aluminiumverschmutzung der Umkehrosmoseeinheit 14 zu vermeiden, ist festgestellt worden, dass die Aluminiumkonzentration aus dem Permeat-Strom der Membrantrenneinheit 12 bei einer Ausführungsform weniger als 0,1 ppm betragen sollte. Es ist festgestellt worden, dass die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom der Membrantrenneinheit 12 gesteuert werden kann durch Steuern der Verweilzeit oder manchmal bezeichnet als hydraulische Verweilzeit des koagulierten Abwassers. In diesem Fall definieren wir die hydraulische Verweilzeit als die Zeit-gemittelte Permeatflussgeschwindigkeit durch die Membran, dividiert durch das kombinierte Volumen des Abwassers in der Membrantrenn-Retentatschleife, in dem Koagulierungsmittelzudosierungsreaktor und in etwaigen dazwischen liegenden Tanks und/oder Rohren zwischen dem Koagulierungsmittelzudosierungsreaktor und der Membrantrenn-Retentatschleife, dividiert durch die zeitgemittelte Permeatflussgeschwindigkeit durch die Membran. Das Problem mit einer langen Verweilzeit des Salzes in der Konzentratschleife (äquivalent zur Verweilzeit von koaguliertem Abwasser) beruht auf folgendem: sofortige Auflösung des Salzes tritt mit entsprechender Absenkung des pHs des Zustroms/Konzentrats auf ein Niveau ein, das verursacht, dass der Hauptteil des Aluminiums sofort unlöslich wird – dieses Aluminium bildet Hydroxidniederschläge/Koagulate, die auf der Keramikmembran aufgefangen werden und dadurch nicht in das Permeat abgegeben werden. Über längere Verweilzeiten, d. h. größer als 20 bis 30 Minuten, steigt der pH des Zustroms/Konzentrats an aufgrund der stattfindenden Hydratisierungsreaktionen und dieser Anstieg des pH-Werts verursacht, dass ein Teil des aufgefangenen unlöslichen Aluminiums wieder löslich wird, so dass es in das Permeat abgegeben wird. Es sollte beachtet werden, dass, bei einer Ausführungsform, kein pH-modifizierendes Additiv in Verbindung mit dem Koagulierungsmittel verwendet wird. Das heißt, das Verfahren verwendet keine pH-Wert-einstellende chemische Behandlung, um die Konzentration an Aluminium in dem zu der UO-Einheit geleiteten Speisewasser zu reduzieren. Genauer gesagt ist die koagulierte Verweilzeit definiert als die Zeit zwischen dem Vermischen des Aluminiumsalzes mit dem Abwasser und der Zeit, zu der das Permeat aus der Membrantrenneinheit 12 abgegeben wird. Insbesondere ist festgestellt worden, dass diese koagulierte Verweilzeit weniger als etwa 20–25 Minuten betragen sollte, oder, bei einigen Ausführungsformen, weniger als 30 Minuten. Die vorliegende Erfindung umfasst somit ein System und ein Verfahren, die speziell die Zeit kontrollieren zwischen dem Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Abwasser und dem Abgeben des Permeats aus der Membrantrenneinheit 12. Diese wird gesteuert durch die spezielle Konfiguration der Systemkomponenten und die Flussgeschwindigkeit des Abwassers zwischen dem Reaktor, wo die Koagulation initiiert wird und der Membrantrenneinheit 12.
Beispiel

Prozesswasser wurde aus einem Tailings-Becken einer Ölsandgewinnung entnommen und per Lastwagen zu einem Labor verbracht zur Verwendung in Pilotprozess-Testversuchen. Dieses Wasser hatte einen pH von 8,16 und enthielt eine Konzentration an gelöstem Aluminium von 0,39 ppm und eine Gesamtkonzentration an (gelöstem und suspendiertem) Aluminium von 3,5 ppm. Eine konzentrierte Lösung wurde hergestellt unter Verwendung von Aluminiumsulfat-Dodecahydrat (”Alaun”), das unter schnellem Rühren zu dem Prozesswasser zudosiert wurde, und zwar in einem Verhältnis, das eine zusätzliche Konzentration an gelöstem Aluminium von 8 ppm in dem Prozesswasser ergab. Das Prozesswasser mit zudosietem Alaun wurde als Speisewasser zu einer keramischen Querstromultrafiltrations-Membran (0,1 μm Porengröße, Titandioxid-Trennschicht) geleitet und in einen Permeat-Strom und einen Konzentrat-Strom getrennt. Der pH des Permeats, der pH des Membrankonzentrats und die Konzentration an gelöstem Aluminium wurden überwacht als Funktion der Verweilzeit, definiert als das Zeitintervall zwischen der Einführung der konzentrierten Alaunlösung in das Ausgangsprozesswasser und der Entfernung des Permeats aus der keramischen Ultrafiltrationsmembran. Tabelle I stellt diese Werte dar als Funktion der Verweilzeit in den Pilotprozessversuchen. Diese Daten zeigen, dass Konzentrationen an gelöstem Aluminium unter einem Wert von 0,1 ppm erhalten werden für Verweilzeiten von weniger als etwa 20 bis 25 Minuten. TABELLE I

Verweilzeit (Min.)	pH des Konzentrats	pH des Permeats	Al-Konzentration im Permeat (mg/L)
vor der Dosierung	8,16	N/A	N/A
0,33	7,32	7,64	0,039
0,67	7,30	7,60	0,027
1,08	NM	7,58	0,076
1,77	NM	7,59	0,042
2,5	NM	7,64	0,055
3	NM	7,59	0,013
3,17	7,34	7,64	0,035
5	7,36	NM	NM
6	NM	7,71	0,028
10	7,43	NM	NM
12	NM	7,79	0,026
15	7,51	NM	NM
20	7,56	NM	NM
30	NM	8,02	0,112
60	NM	8,25	0,231

Unter Bezugnahme auf die 2 und eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist zu erkennen, dass das Prozesswasser oder das behandelte Abwasser zu einem gerührten Reaktionstank oder einem Reaktor geleitet werden. In diesem Fall wird zum Beispiel ein Aluminiumsulfat-Hydrat (Alaun) zu dem Abwasser zugegeben. Es wird gerührt und in dem Reaktionstank vermischt und die Gesamtkonzentration an Aluminium in dem Abwasser in dem Reaktionstank beträgt bei einem Beispiel 1–12 ppm. Das Abwasser in dem Reaktionstank wird zu der Keramikmembran 12 gepumpt. Die Keramikmembran erzeugt ein Retentat, das in der 2 als Membrankonzentrat bezeichnet wird. Das Membrankonzentrat wird geleitet zu einem Feststoffabtrennverfahren, wie zum Beispiel einer Filterpresse, wo die Feststoffe von dem Membrankonzentrat abgetrennt werden. Das geklärte Abwasser, das durch das Feststoffabtrennverfahren erzeugt wird, wird zu dem Hauptstrom zurückgeführt, und zwar vor dem Punkt, wo das Aluminiumsalz zugegeben wird.
Die Keramikmembran erzeugt auch ein Permeat, das als Produktwasser bezeichnet wird. Wie voranstehend erläutert wurde, ist das durch die Keramikmembran 12 erzeugte Produktwasser oder Permeat im Wesentlichen frei von suspendierten Feststoffen. In diesem Fall beträgt die Aluminiumkonzentration in dem durch die Keramikmembran erzeugten Produktwasser oder Permeat-Strom bei einigen Ausführungsformen weniger als 0,1 ppm und bei anderen Ausführungsformen weniger als 0,12 ppm. Der Grund hierfür ist, dass das System und das Verfahren so gesteuert werden, dass die Zeit zwischen dem Vermischen des Aluminiumsulfathydrats und der Zeit, zu der der Permeat-Strom aus der Keramikmembran 12 austritt, weniger als etwa 20–25 Minuten beträgt. Bei anderen Ausführungsformen werden das System und das Verfahren so gesteuert, dass die Zeit zwischen dem Vermischen des Aluminiumsulfathydrats oder des Aluminiumsalzkoagulans und der Zeit, zu der der Permeat-Strom aus der Membrantrenneinheit oder der Keramikmembran austritt, weniger als 30 Minuten beträgt.
Produktwasser oder Permeat von der Keramikmembran wird zu der Umkehrosmoseeinheit 14 geleitet, die einen Ausschuss-Strom (UO-Konzentrat) und ein UO-Produktwasser, das ein UO-Permeat-Strom ist, erzeugt. Die Umkehrosmoseeinheit 14 entfernt eine Vielzahl von gelösten Feststoffen aus dem Abwasserbehandlungsstrom.
Details der Keramikmembran, die hierin beschrieben wird, werden hier nicht behandelt, da dies für die vorliegende Erfindung nicht relevant ist und des Weiteren sind Keramikmembranen im Stand der Technik bekannt. Für einen Überblick über allgemeine keramische Membrantechnologie wird auf die Offenbarung in den US-Patenten Nr. 6,165,553 und 5,611,931 verwiesen, deren Inhalt hier ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen wird. Diese Keramikmembranen, die für das hier beschriebene Verfahren geeignet sind, können von verschiedenen Typen sein. In einigen Fällen kann die Keramikmembran von dem Typ sein, der sowohl einen Permeat-Strom als auch einen Ausschuss-Strom erzeugt. Andererseits kann die Keramikmembran von dem Kopftyp sein, der nur einen Permeat-Strom erzeugt, wobei von Zeit zu Zeit das Retentat zurückgespült oder auf andere Weise von der Membran entfernt wird.
Die Struktur und Materialien von Keramikmembranen sowie die Fließeigenschaften von Keramikmembranen variieren. Wenn Keramikmembranen verwendet werden, um erzeugtes Wasser zu reinigen, werden die Keramikmembranen so ausgelegt, dass sie relativ hohen Temperaturen standhalten, da es nicht ungewöhnlich ist, dass das erzeugte Wasser durch die Keramikmembranen filtriert wird, um eine Temperatur von etwa 90°C oder höher aufzuweisen.
Keramikmembranen weisen normalerweise eine asymmetrische Struktur auf, die aus mindestens zwei, meistens drei, verschiedenen Porositätsniveaus besteht. Tatsächlich wird vor dem Aufbringen der aktiven, mikroporösen Deckschicht, eine Zwischenschicht gebildet, und zwar mit einer Porengröße zwischen der des Trägers und einer Mikrofiltrationstrennschicht. Der makroporöse Träger garantiert die mechanische Beständigkeit des Filters.
Keramikmembranen werden häufig zu einem asymmetrischen Mehrkanalelement ausgebildet. Diese Elemente werden gruppiert in Gehäuse und diese Membranmodule können hohen Temperaturen, extremer Azidität oder Alkalinität und hohen Betriebsdrücken widerstehen, was sie geeignet macht für zahlreiche Anwendungen, bei denen polymere oder andere anorganische Membranen nicht verwendet werden können. Es sind verschiedene Membranporengrößen verfügbar, die speziellen Filtrationsbedürfnissen gerecht werden und die Mikrofiltrations- und Ultrafiltrationsbereiche abdecken.
Keramikmembranen decken heute den Bereich von Materialien (von Alpha-Aluminiumoxid bis zu Zirkon) ab. Die häufigsten Membranen werden hergestellt aus Al-, Si-, Ti- oder Zr-Oxiden, wobei Ti- und Zr-Oxide stabiler sind als Al- oder Si-Oxide. In einigen weniger häufigen Fällen werden Sn oder Hf als Basiselemente verwendet. Jedes Oxid weist in Lösung eine andere Oberflächenladung auf. Andere Membranen können bestehen aus Mischoxiden aus zwei der vorgenannten Elemente oder werden gebildet, indem zusätzliche Verbindungen in geringer Konzentration vorhanden sind. Außerdem sind Polymerbeschichtungen mit geringer Verschmutzung für Keramikmembranen verfügbar.
Keramikmembranen werden typischerweise in dem Querstromfiltrationsmodus betrieben. Dieser Modus weist den Vorteil auf, dass eine hohe Filtrationsrate für Membranfilter aufrechterhalten wird, verglichen mit dem Direktflussfiltrationsmodus von herkömmlichen Filtern. Die Querstromfiltration ist ein kontinuierliches Verfahren, bei dem der Zufuhrstrom parallel (tangential) zu der Membranfiltrationsoberfläche strömt und zwei ausgehende Ströme erzeugt.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich auf andere Weisen als die hier beschriebenen ausgeführt werden, ohne von dem Umfang und den wesentlichen Charakteristika der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in allen Aspekten als erläuternd und nicht als einschränkend zu verstehen und alle Abwandlungen, die im Bereich der Bedeutung und Äquivalenz der nachfolgenden Ansprüche liegen, sollen davon umfasst sein.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines Speisewassers mit einer Umkehrosmose-(UO-)Membran und Verringerung der Tendenz der UO-Membran zu verschmutzen aufgrund von Aluminium, das in dem Speisewasser enthalten ist oder als Teil der Vorbehandlung zugegeben wird, wobei das Verfahren umfasst: Vermischen eines Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser und Ausfällen von Niederschlägen auf Aluminiumhydroxid-Basis aus dem Speisewasser; nach dem Mischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser, Leiten des Speisewassers zu einer Mikro- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit und Erzeugen eines Permeat-Stroms und eines Ausschuss-Stroms, wobei der Ausschuss-Strom die Niederschläge auf Aluminiumhydroxid-Basis umfasst; wobei das Mischen des Aluminiumsalz-Koagulans vor der Mikro- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit umfasst: das Mischen einer ausreichenden Menge des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser für eine ausreichende Verweilzeit, um die Konzentration von Aluminium in dem Permeat-Strom so zu steuern, dass im Allgemeinen die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom weniger als 0,1 ppm ist; und Leiten des Permeat-Stroms zu der UO-Membran und das Filtern des Permeat-Stroms, um einen UO-Permeat-Strom und einen UO-Ausschuss-Strom zu produzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, abgesehen von dem Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser, das in Strömungsrichtung vor der Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit durchgeführte Verfahren durchgeführt wird in Abwesenheit einer pH-Einstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Vermischen von Aluminiumsulfat mit dem Speisewasser, und zwar in Strömungsrichtung vor der Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit eine Keramikmembran umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Verweilzeit des Aluminiumsalz-Koagulans in dem Speisewasser vor der Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit etwa 5 Sekunden bis etwa 25 Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Einstellen des pH-Werts des Speisewassers in Strömungsrichtung vor der Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit auf weniger als 7,8.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend das Zugeben von Aluminiumsulfat zu dem Speisewasser in Strömungsrichtung vor der Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembrantrenneinheit, so dass die Aluminiumsulfatkonzentration im Bereich von 1 ppm bis 12 ppm liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei keine pH-Einstellung bezüglich des Abwassers vorgenommen wird, bevor das Abwasser in die Membrantrenneinheit eintritt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei kein pH-modifizierendes Additiv in Verbindung mit dem Aluminiumsalz-Koagulans verwendet wird.
Verfahren zur Behandlung eines Speisewassers mit einer Umkehrosmose-(UO-)Membran und Verringerung der Tendenz der UO-Membran zu verschmutzen aufgrund von Aluminium, das in dem Speisewasser enthalten ist oder als Teil der Vorbehandlung zugegeben wird, wobei das Verfahren umfasst: Vermischen eines Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser und Ausfällen von Niederschlägen auf Aluminiumhydroxid-Basis aus dem Speisewasser; nach dem Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser, Entfernen der Niederschläge auf Aluminiumhydroxidbasis aus dem Speisewasser durch Leiten des Speisewassers und der Niederschläge auf Aluminiumhydroxidbasis durch eine Keramikmembran und Erzeugen eines Permeat-Stroms und eines Ausschuss-Stroms, wobei der Ausschuss-Strom die Niederschläge auf Aluminiumbasis enthält; Steuern der Konzentration des Aluminiums in dem Permeat-Strom aus der Keramikmembran durch Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser, und zwar für eine Verweilzeit von 30 Minuten oder weniger und Steuern der Konzentration des Aluminiums in dem Permeat-Strom, so dass die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom 0,12 ppm oder weniger beträgt; und Leiten des Permeat-Stroms zu der UO-Membran und das Filtern des Permeat-Stroms, um einen UO-Permeat-Strom und einen UO-Ausschuss-Strom zu produzieren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei, abgesehen von dem Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser, das in Strömungsrichtung vor der Keramikmembran durchgeführte Verfahren durchgeführt wird in Abwesenheit einer pH-Einstellung.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Vermischen von Aluminiumsulfat mit dem Speisewasser, und zwar in Strömungsrichtung oberhalb der Keramikmembran.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Steuern der hydraulischen Verweilzeit des Aluminiumsalzes in dem Speisewasser, bevor das Speisewasser die Keramikmembran erreicht, auf etwa 5 Sekunden bis etwa 25 Minuten.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Steuern der Aluminiumkonzentration in dem Speisewasser, und zwar in Strömungsrichtung oberhalb der Keramikmembran, auf etwa 1 bis etwa 12 ppm.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Speisewasser umfasst: erzeugtes Wasser mit freiem Öl und emulgiertem Öl, und wobei das Verfahren umfasst: das Entfernen des freien Öls und des emulgierten Öls aus dem erzeugten Wasser in der Keramikmembran.
Verfahren nach Anspruch 10, steuernd die Konzentration an Aluminium in dem Permeat-Strom durch Steuern der Zeit zwischen dem Vermischen des Aluminiumsalz-Koagulans mit dem Speisewasser und der Abgabe des Permeats aus der Keramikmembran.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aluminiumsalz-Koagulans vermischt wird mit dem Speisewasser in einem Reaktor und das Verfahren umfasst: das Steuern der Fließgeschwindigkeit des Speisewassers zwischen dem Reaktor und der Keramikmembran, so dass die Aluminiumkonzentration im Permeat-Strom 0,12 ppm oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Steuern des Zeitintervalls zwischen dem Einführen des Aluminiumsalz-Koagulans in das Speisewasser und der Entfernung des Permeats aus der Keramikmembran.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumsalz-Koagulans vermischt wird mit dem Speisewasser in einem Reaktor, und das Verfahren umfasst: das Steuern der Fließgeschwindigkeit des Speisewassers aus dem Reaktor zu der Membrantrenneinheit, so dass die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom weniger als 0,1 ppm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Steuern des Zeitintervalls zwischen der Einführung des Aluminiumsalz-Koagulans in das Speisewasser und der Entfernung des Permeats aus der Membrantrenneinheit, so dass die Aluminiumkonzentration in dem Permeat-Strom aus der Membrantrenneinheit 0,1 ppm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Speisewasser umfasst: Ölsandabbauabwasser mit freiem Öl und emulgiertem Öl, und das Verfahren umfasst: das Entfernen des freien Öls und emulgierten Öl aus dem erzeugten Wasser in der Keramikmembran.