DE3828906C1

DE3828906C1 - Process and apparatus for reverse osmosis

Info

Publication number: DE3828906C1
Application number: DE3828906A
Authority: DE
Inventors: Michael 6227 Oestrich-Winkel De Bischoff
Original assignee: AQUAQUELL HANDELSGESELLSCHAFT MBH 8701 REICHENBERG DE
Current assignee: AQUOSMONIC WASSERREINIGUNGSGERAETE GMBH, 8701 REIC
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1989-07-06

Abstract

Reverse osmosis process, in particular for water treatment, in which a solution is fed to a semipermeable membrane, separating it into concentrate on the entry side and permeate on the exit side of the membrane, which, to remove or prevent deposits, precipitations, blockages or the like and to conduct away the concentrate, is flushed with the solution, the flushing being carried out periodically and only within a wash time (t) which is considerably smaller than the flushing period.

Description

Die Erfindung betrifft ein Umkehr-Osmoseverfahren, insbesondere zur Wasseraufbereitung, bei dem eine Rohlösung einer semipermeablen Membran zugeführt und dabei in Konzentrat auf der Eingangsseite und Permeat auf der Ausgangsseite der Membran getrennt wird, wobei die Membran konzentratseitig zur Besei tigung bzw. Verhinderung von Ablagerungen, Ausfällun gen, Verstopfungen oder dergleichen und zur Abfuhr des Konzentrats mit der Rohlösung periodisch und nur innerhalb einer Süplzeit, welche wesentlich kleiner ist als die Durchspül-Periodendauer, gespült wird.The invention relates to a reverse osmosis process, especially for water treatment, where a Raw solution fed to a semipermeable membrane and in concentrate on the input side and Permeate separated on the outlet side of the membrane is, the membrane on the concentrate side to the Besei formation or prevention of deposits, precipitation conditions, blockages or the like and for removal the concentrate with the raw solution periodically and only within a sweeping time, which is much smaller is the rinsing period.

Die Umkehr-Osmose als Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen in deren Bestandteile mit Hilfe semi permeabler Membranen sowie deren technische Anwendung, insbesondere zur Wasserreinigung, ist allgemein be kannt (vgl. z. B. "Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik", Verlag Moderne Industrie, 1979, Stichwort "umgekehrte Osmose"). Beim Einsatz der Umkehr-Osmose zur Wasserreinigung werden vorzugsweise patentierte Wickelmembranmodule verwendet. Diese sind vor allem gegen Verunreinigungen und Ausfällungen aus der zu behandelnden Lösung sehr empfindlich.Reverse osmosis as a method of separating Mixtures of substances in their components with the help of semi permeable membranes and their technical application, especially for water purification, is generally be knows (see, for example, "Encyclopedia of Natural Sciences and Science Technology ", Verlag Moderne Industrie, 1979, keyword "reverse osmosis"). When using reverse osmosis patented are preferred for water purification Winding membrane modules used. Above all, these are against contamination and precipitation from the treating solution very sensitive.

Um Ablagerungen auf der semipermeablen Membran zu beseitigen und deren Verstopfung zu verhindern, sind bekannte nach dem Prinzip der Umkehr-Osmose arbei tende Wasserreinigungsgeräte (z. B. Hydor T1 erhält lich bei der Anmelderin) mit einem Spülventil versehen, welches der Konzentrat-Auslaßöffnung der Membrankam mer nachgeschaltet ist. Dieses muß im Normalbetrieb mindestens zweimal am Tag vollständig geöffnet wer den, damit die Membran unter Wasserleitungsdruck mit Rohwasser nicht erhöhter Konzentration durchspült wird. Dabei werden die Membran beeinträchtigende Keime, Mineralien und sonstiger Schmutz wegtransportiert. Zum Abbau von Konzentrationserhöhungen im Rohwasser in der Membrankammer ist ferner das Spülventil so ausgebildet, daß es in der "Produktionsstellung" (im Gegensatz zur "Spülungsstellung") die Membrankam mer nicht vollständig abschließt, sondern noch eine gewisse Rest-Undichtigkeit aufweist. Dadurch kann in der Produktionsstellung, in der Permeat erzeugt wird, Rohwasser erhöhter Konzentration kontinuierlich in verhältnismäßig geringem Durchfluß abtropfen. Dieses ständige "Tröpfeln" führt allerdings zu einem erhöh ten Verbrauch an Rohwasser und erweckt beim Benutzer den Eindruck, das Gerät oder das Spülventil sei de fekt.To prevent deposits on the semipermeable membrane eliminate and prevent their constipation known to work on the principle of reverse osmosis water purification devices (e.g. Hydor T1 provided with a rinsing valve, which came to the concentrate outlet of the membrane is always connected. This must be in normal operation fully open at least twice a day the so that the membrane with water pipe pressure Raw water not rinsed at an increased concentration becomes. Thereby, germs that impair the membrane, Minerals and other dirt transported away. For reducing concentration increases in raw water in the membrane chamber is also the flush valve trained that in the "production position" (in contrast to the "flushing position") the membrane came not always complete, but one more has some residual leakage. This allows in the production position in which permeate is produced Raw water of increased concentration continuously in drain relatively low flow. This constant "dribble" leads to an increase consumption of raw water and awakens the user the impression that the device or the flush valve is de fect.

Bei einem anderen bekannten Wasserreinigungssystem (vgl. das Bedienungs-, Montage- und Service-Handbuch "purolux" sowie die Zeitschrift "Öko-Testmagazin" 3/88 zu dem purolux-Gerät) wird zwar in regelmäßigen Abständen (Durchspül-Periodendauer: vier Stunden) elektronisch gesteuert ein Spülzyklus von dreißig Sekunden durchgeführt, um Ablagerungen auf der Mem brane freizuspülen und deren Oberfläche partikelfrei zu halten. Diese vierstündige Periodendauer, mit der der Spülzyklus jedesmal neu gestartet wird, ist allerdings zu lang, als daß man außerhalb der Spül zeiten auf eine weitere Abfuhr von Konzentrat von der Membran verzichten könnte. Mithin fällt auch außer halb der Spülzeit abzuführendes Konzentrat an, dessen ständige Abfuhr (Abtropfen) notwendig ist, was zu einem besonders hohen Verbrauch an Rohwasser führt.In another known water purification system (see the operating, assembly and service manual "purolux" and the magazine "Öko-Testmagazin" 3/88 to the purolux device) is in regular use Intervals (flushing period: four hours) electronically controlled a rinse cycle of thirty Seconds to remove deposits on the mem Flush the brane and its surface free of particles to keep. This four hour period with which the rinse cycle is restarted each time however too long to be outside of the sink times for further removal of concentrate from the Membrane could do without. Therefore falls outside half of the rinsing time to concentrate, whose constant removal (dripping) is necessary, too leads to a particularly high consumption of raw water.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein (Was serreinigungs-) Gerät zu dessen Durchführung zu schaffen, bei welchen ein geringer Verbrauch an Rohlösung gewährleistet ist und die semipermable Membran zuverlässig und mit hoher Lebensdauer arbei tet. Zur Lösung wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorge schlagen, daß eine Konzentratableitung aus der Kon zentratkammer ausschließlich während der Spülzeit erfolgt und die Durchspül-Periodendauer maximal fünf zehn Minuten beträgt.The invention is therefore based on the object Procedure of the type mentioned at the beginning and a (What device) to carry it out create where low consumption Raw solution is guaranteed and the semipermable Membrane reliable and with a long service life tet. The solution is in a process with the initially mentioned features according to the invention suggest that a concentrate drain from the Kon concentrate chamber only during the rinsing time and the flushing period is a maximum of five is ten minutes.

Mit anderen Worten, zur Beseitigung des ständigen Aus laufens von Lösung erhöhter Konzentration wird die Membran in bestimmten Zeitabständen stoßweise, das heißt für eine relativ kurze Zeitdauer, durchspült. Die Spülung erfolgt zweckmäßig unter dem vollen Druck der zur Membran führenden Eingangsleitung für die Rohlösung. So bilden sich keine Ablagerungen (Verstopfungen) und keine Totzonen verminderten Wasserflusses auf der Membrane. Mithin ergibt sich eine Verlängerung der Membranlebensdauer. Das stän dige Tröpfeln wird erfindungsgemäß durch eine kurz zeitig unter vollem Leitungsdruck erfolgende Abfuhr von Konzentrat ersetzt. Der Benutzer hat nicht mehr das psychologisch bedingte Gefühl, das Gerät sei wegen "Tröpfelns" defekt. Der genannte Verfahrens ablauf läßt sich vorteilhaft mit einer sehr einfachen, insbesondere elektronisch ausgeführten Steuerung re alisieren.In other words, to eliminate the constant out running solution of increased concentration Membrane intermittently at certain intervals, that means rinsed for a relatively short period of time. The flushing is conveniently carried out under the full Pressure of the inlet line leading to the membrane for the raw solution. This way, no deposits are formed (Blockages) and no dead zones reduced Water flow on the membrane. So it follows an extension of the membrane life. That would be The trickle is briefly according to the invention early removal under full line pressure replaced by concentrate. The user has no more the psychological feeling that the device is broken because of "dribbling". The procedure mentioned process can be advantageous with a very simple, especially electronic control right alize.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Spülung mit einer vorbestimmten Menge an Rohlösung nicht erhöh ter Konzentration durchgeführt. Damit läßt sich der Verbrauch von beispielsweise Rohwasser kontrollieren und auch gegebenenfalls minimieren. Zweckmäßigerweise liegt die Spülzeit zwischen zwei und fünfzehn Sekun den.In a further development of the invention, the flushing is carried out do not increase a predetermined amount of raw solution ter concentration. So that the Check consumption of raw water, for example and minimize if necessary. Conveniently the rinsing time is between two and fifteen seconds the.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungs gemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Durchspül- Periodendauer fünf Minuten, die Spülzeit sechs Sekun den und die vorbestimmte Menge an frisch zugeführter Rohlösung 0,2 Liter beträgt. Diese Menge wird bei der genannten Spülzeit unter gewöhnlichem Wasserleitungs druck ungefähr erzielt. Die genannte Durchspül-Perio dendauer ergibt 288 Spülzyklen pro Tag mit jeweils 0,2 Liter zur Spülung verwendetes Rohwasser. Dies führt zu einem täglichen Rohwasserverbrauch von 57,6 Litern bei einem Permeatgewinn von 20 Litern täglich. Demgegenüber wird bei dem bisher bekannten Verfahren auf dem Wasserreinigungsgerät Hydor T2 zur Erzielung einer täglichen Permeatmenge von 20 Li tern 200 Liter Rohwasser pro Tag benötigt.A particularly advantageous embodiment of the Invention according to the method is that the rinsing Period duration five minutes, the rinsing time six seconds the and the predetermined amount of freshly supplied Raw solution is 0.2 liters. This amount is at the mentioned rinsing time under ordinary water pipe pressure approximately achieved. The so-called rinsing perio The duration is 288 wash cycles per day with each 0.2 liters of raw water used for rinsing. This leads to daily raw water consumption of 57.6 liters with a permeate gain of 20 liters Every day. In contrast, the previously known Process on the Hydor T2 water purifier to achieve a daily permeate amount of 20 Li 200 liters of raw water are required per day.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens geeignete Geräte-Anordnung besteht aus einer die semipermeable Membran umgebenden Kammer, welche für die Zuleitung der Lösung eine Einlaßöffnung und für die Ableitung des Konzentrats und Permeats je eine Auslaßöffnung aufweist. Der Permeat-Auslaßöffnung ist ein Spülventil nachgeschaltet, welches erfindungs gemäß zu dessen Öffnung periodisch von einem Zeitglied angesteuert wird, welches sowohl die Durchspül-Perioden dauer als auch die demgegenüber wesentlich kürzere Spülzeit generiert. Aufgrund der nach der Erfindung in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen, vorzugs weise nach Ablauf weniger Minuten sich regelmäßig wiederholenden Spülung kann das Spülventil außerhalb der Spülzeit dicht abgeschlossen und somit ein "Tröp feln" vermieden sein.One for carrying out the method according to the invention rens suitable device arrangement consists of a semipermeable membrane surrounding chamber, which for the supply of the solution has an inlet opening and for the derivation of the concentrate and permeate one each Has outlet opening. The permeate outlet is a flush valve downstream, which fiction according to its opening periodically by a timer is controlled, which both the flushing periods duration as well as the much shorter Rinse time generated. Because of the invention at relatively short intervals, preferably be regular after a few minutes Repeated flushing can cause the flush valve outside the rinsing time is tight and thus a "trickle feln "should be avoided.

Eine zweckmäßige Realisierung des Spülventils besteht in einem elektrisch ansteuerbaren Magnetventil, des Zeitglieds in einem Zeitrelais oder einem elektronischen Timer. Insbesondere kann das Zeitglied als astabiler Multivibrator auf der Basis des integrierten Timer- Bausteins NE 555 ausgeführt sein. Diese Anordnung eignet sich vor allem zum Einsatz in einem nach dem Prinzip der Umkehr-Osmose arbei tenden Wasserreinigungsgerät, dessen Spülventil erfindungsgemäß entweder innerhalb der Spülzeit vollständig geöffnet oder dicht geschlossen ist.There is a suitable realization of the flush valve in an electrically controllable solenoid valve, the Timer in a time relay or electronic Timer. In particular, the timing element can be considered astable Multivibrator based on the integrated timer NE 555 module. This arrangement is particularly suitable for use work in one on the principle of reverse osmosis tendency water purification device, its flush valve according to the invention either within the rinsing time is fully open or tightly closed.

Um beispielsweise bei Defekt der Ablauf-Steuerung für das Spülventil die Ausfallzeit überbrücken zu können, besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, dem automatisch gesteuerten Spülventil ein handbetätigbares Spülventil in Parallelschaltung nebenzuordnen, so daß eine Spülung auch manuell herbeigeführt werden kann.For example, if the sequence control is defective bridge the downtime for the flush valve can, there is a development of the invention in the automatically controlled flush valve manually operated flush valve in parallel connection subordinate, so that a rinse also manually can be brought about.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigtOther features, details and advantages of Invention result from the following description Exercise a preferred embodiment of the inven as well as the drawing. Here shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktion eines auf der Basis der Umkehr-Osmose arbei tenden Wasserreinigungsgeräts, Fig. 1 is a schematic representation of the function on the basis of a reverse osmosis water purification Tenden processing device,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des im Was serreinigungsgerät nach Fig. 1 verwendeten Membranmoduls, Fig. 2 is a perspective view of the What serreinigungsgerät of FIG. 1 membrane module used,

Fig. 3 eine Darstellung einer Anordnung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 3 shows an arrangement for carrying out the method according to the invention and

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Steuerungsmoduls zur Durchführung der Erfindung. Fig. 4 is a block diagram of a control module for performing the invention.

Gemäß Fig. 1 weist ein Wasserreinigungsgerät 1 ein Gehäuse 2 auf, auf welchem ein Tank 3 für Permeat, zum Beispiel membrangefiltertes Wasser, aufgesetzt ist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Membran-Kam mer 4 angeordnet. In deren Einlaufseite führt eine Leitung 5 für aufzubereitendes Rohwasser. Die Lei tung 5 ist an ein Hauswasserleitungsnetz 6 gekop pelt, deren Druck von beispielsweise 3-6 bar in das Innere der Membran-Kammer 4 übertragen wird. Referring to FIG. 1, a water purification device 1 has a housing 2 on which a tank 3 for permeate, for example, membrane-filtered water, is placed. Within the housing 2 , a membrane chamber 4 is arranged. In the inlet side leads a line 5 for raw water to be treated. The Lei device 5 is coupled to a domestic water supply network 6 , the pressure of which is transmitted, for example, 3-6 bar into the interior of the membrane chamber 4 .

Aus deren Auslaufseite führt eine Permeat-Leitung 7 in den Tank 3 sowie eine Konzentrat-Leitung 8 zu einem (nicht gezeichneten) Ablaufkanal. Mit Hilfe eines am Tank 3 angebrachten Auslaufhahns 9 kann Permeat (gereinigtes Wasser) entnommen werden.From the outlet side, a permeate line 7 leads into the tank 3 and a concentrate line 8 to a drain channel (not shown). Permeate (purified water) can be removed using an outlet tap 9 attached to the tank 3 .

In Fig. 2 ist die semipermeable Membran 10, wie sie in der Membran-Kammer 4 gemäß Fig. 1 verwen det wird, dargestellt. Hiernach ist sie als zylin derförmiger Spiralwickelmodul ausgebildet, in des sen Innerem ein Rohr 11 zur Abführung des Permeats axial verläuft. Eingangsseitig wird die Membran 10 mit einem Zufluß von aufzubereitender Rohlösung 12 beaufschlagt, ausgangsseitig entweicht ein Konzen trat 13 (Rohlösung mit erhöhter Konzentration). Mittels des Rohres 11 wird der Permeatfluß 14 aus dem Membranmodul geführt.In Fig. 2, the semipermeable membrane 10 , as used in the membrane chamber 4 shown in FIG. 1, is shown. Thereafter, it is designed as a cylindrical spiral winding module, in the interior of which a tube 11 for axially discharging the permeate extends axially. On the input side the membrane is applied with a flow of 10 aufzubereitender raw solution 12, the output side emits a stepped concentrator 13 (crude solution with an increased concentration). The permeate flow 14 is guided out of the membrane module by means of the tube 11 .

In Fig. 3 ist die Funktion eines erfindungsgemäß weiterentwickelten Wasserreinigungsgeräts gemäß Fig. 1 veranschaulicht. Übereinstimmende Bezugs zeichen bezeichnen dabei entsprechende Teile. FIG. 3 illustrates the function of a water purification device according to FIG. 1 which has been further developed according to the invention. Corresponding reference symbols denote corresponding parts.

Gemäß Fig. 3 ist der Konzentrat-Ausgangsleitung 8 ein Spülventil 15 nachgeschaltet, welches von einem dazugehörigen, schematisch dargestellten Steuer eingangsteil 16 so beeinflußt wird, daß es die Konzentrat-Leitung 8 entweder vollständig öffnet oder dicht abschließt. Um auch eine handbetätigte Spülung zu ermöglichen, ist ein weiteres manuell betätigbares Spülventil 17 dem ersten Spülventil 15 parallel geschaltet.According to FIG. 3, the concentrate output line 8 is connected downstream of a purge valve 15, which is input section 16 influenced by an associated schematically illustrated control so that it either completely opens the concentrate conduit 8 or sealed tightly. In order to enable a manually operated flushing, a further manually operated flushing valve 17 is connected in parallel with the first flushing valve 15 .

Gemäß Fig. 4 ist der Eingang 18 des Steuereingangs teils 16 des erstgenannten Spülventils 15 mit dem Ausgang eines elektronischen Steuerungsmoduls verbunden. Dieser weist einen Stromversorgungsteil 19, ein Zeitglied 20 und einen Stromtreiber 21 auf. According to FIG. 4, the input 18 of the control input portion 16 of the first-mentioned purge valve 15 connected to the output of an electronic control module. This has a power supply part 19 , a timer 20 and a current driver 21 .

Der Stromversorgungsteil 19 erzeugt aus dem Wech selstromnetz eine Gleichspannung für das gemäß Fig. 4 elektronisch ausgeführte Zeitglied 20. Dieses ist schaltungstechnisch als astabiler Mul tivibrator ausgebildet, welcher eine periodische Rechteckspannung ausgibt. Zweckmäßig ist das Zeit glied 20 derart ausgelegt beziehungsweise dimensio niert, daß es Rechteckimpulse mit einer Pulsdauer von sechs Sekunden und einer Periodendauer von fünf Minuten ausgibt. Dies entspricht der Spülzeit beziehungsweise der Durchspül-Periodendauer, mit welcher die Membran gemäß Fig. 2 innerhalb der Membran-Kammer 4 gemäß Fig. 1 beaufschlagt wird. Der Ausgang des Zeitglieds 20 ist mit dem Eingang des Stromtreibers 21 verbunden, welcher ausgangs seitig mit hohem Innenwiderstand ein Stromsignal erzeugt, welches in der Lage ist, das beispielswei se elektromagnetisch mit einer Steuerspule ausge führte Spülventil 15 anzusteuern.The power supply part 19 generates a DC voltage from the AC network for the electronic timer 20 according to FIG. 4. In terms of circuitry, this is designed as an astable Mul tivibrator, which outputs a periodic square-wave voltage. The timer 20 is expediently designed or dimensioned such that it outputs rectangular pulses with a pulse duration of six seconds and a period of five minutes. This corresponds to the flushing time or the flushing period with which the membrane according to FIG. 2 is acted upon within the membrane chamber 4 according to FIG. 1. The output of the timer 20 is connected to the input of the current driver 21 , which generates a current signal on the output side with high internal resistance, which is capable of driving the purge valve 15 , which is carried out, for example, electromagnetically with a control coil.

Claims

1. Reverse osmosis process, in particular for water treatment, in which a crude solution is supplied to a semiper meable membrane ( 10 ) and thereby came into concentrate ( 13 ) on the inlet side and permeate ( 14 ) on the outlet side of the membrane ( 10 ) is separated, the membrane ( 10 ) on the concentrate side to remove or prevent deposits, precipitations, blockages or the like and to discharge the concentrate with the crude solution periodically and only within a rinsing time (t) , which is significantly less than the rinsing Periods, is rinsed, characterized in that a concentrate is removed from the concentrate chamber only during the rinsing time and the rinsing period is a maximum of 15 minutes.

2. The method of claim 1, wherein the rinsing with a predetermined amount of solution.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the rinsing time (t) is between 2 and 15 seconds.

4. The method according to any one of claims 1-3, in which 0.2 liters of solution every 5 minutes within rinsed for six seconds.

5. Working on the principle of reverse osmosis water purification device ( 1 ) for performing the method according to at least one of claims 1-4, with a semipermeable membrane ( 10 ) receiving chamber ( 4 ), which on the input side with a water pipe ( 5 ) and the output side is connected to a drain line ( 7, 8 ) for concentrate ( 13 ) and permeate ( 14 ), characterized by a tightly arranged flush valve ( 15 ) in the concentrate drain line ( 13 ), whose Control input ( 18 ) is connected to a timer ( 20 ), which opens the flush valve ( 15 ) for water flushing the membrane ( 10 ) only periodically within a flushing time (t) , which is significantly shorter than the flushing periods.

6. Water purification device according to claim 5, with a further, manually operable flushing valve ( 17 ) which is connected in parallel with the flushing valve ( 15 ) connected to the timing element ( 20 ).

7. Water purification device according to claim 5 or 6, with an electronically controllable flushing valve ( 15 ), in particular a solenoid valve, and a signal generating the taxis, astable multivibrator as a time element ( 20 ).