DE4239867A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Umkehrosmose - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der UmkehrosmoseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Flüs
sigkeiten nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose, insbesondere
zur Gewinnung von im wesentlichen reinem Wasser aus Leitungs
wasser, Brackwasser oder Salzwasser mittels einer ein Membranmo
dul aufweisenden Vorrichtung.
Außerdem betrifft die Erfindung eine derartige Vorrichtung, bei
der dem Membranmodul ein Verteilergefäß vorgeordnet ist, in
welches außer einer Frischwasser-Zuführleitung eine Konzentrat-
Rückführleitung und eine Permeat-Rückführleitung einmündet. Nach
einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das
Verteilergefäß mit einer Einrichtung zur Verhinderung eines
Rückflusses seines Inhalts zur Frischwasserseite hin versehen,
wobei das Verteilergefäß als Ganzes und die besondere Einrich
tung zur Rückflußverhinderung auch in anderen Vorrichtungen wie
z. B. Wasserzuführungs- und Verteilungssystemen anwendbar sind.
Vorrichtungen der betrachteten Art, die auch als Umkehrosmosege
räte oder -anlagen bezeichnet werden, dienen hauptsächlich dazu,
unter Ausnutzung der Trenneigenschaften einer semipermeablen
Membran eine Lösung in mindestens zwei Teil-Lösungen zu trennen,
von denen eine eine erhöhte Konzentration der gelösten Bestand
teile und eine andere eine verminderte Konzentration der gelö
sten Bestandteile aufweist. Wichtige Anwendungen sind die Was
serreinigung und die Aufbereitung von Abwässern. Im Folgenden
wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer bevorzugten Anwen
dung beschrieben, und zwar in Form eines Umkehrosmosegerätes zur
Gewinnung von reinem Wasser aus Leitungswasser. Solche Geräte
werden z. B. in Verbindung mit Hämodialysegeräten benötigt, um
zur Herstellung der Dialysierflüssigkeit ausreichend reines,
möglichst keimfreies Wasser zur Verfügung zu haben. Unbehandel
tes Leitungswasser ist hingegen für diesen Zweck wegen seines
Gehaltes an gelösten Salzen und sonstigen Verunreinigungen meist
nicht geeignet.
Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfin
dung nicht auf dieses spezielle Einsatzgebiet beschränkt ist.
Das Funktionsprinzip von Umkehrosmosegeräten besteht darin, daß
das aufzubereitende Rohwasser in einem sogenannten Membranmodul
unter hohem Druck an der Oberfläche einer semipermeablen Membran
entlanggeführt wird, wobei ein Teil des Wassers durch die Mem
bran tritt und auf der anderen Seite der Membran als sogenanntes
Permeat gesammelt und abgeführt wird. Entsprechend den Durch
lässigkeitseigenschaften der Membran ist die Salzkonzentration
des Permeats, das das nutzbare Reinwasser darstellt, geringer
als die des Rohwassers. Der nicht durch die Membran tretende
Teil des Rohwassers, der an der anderen Seite des Membranmoduls
ausfließt, weist dagegen eine gegenüber dem Rohwasser erhöhte
Konzentration auf und wird daher auch als Konzentrat bezeichnet.
Bei der Gestaltung und im praktischen Einsatz von Umkehrosmose
geräten ist man bestrebt, einen annehmbaren Kompromiß zwischen
den folgenden Anforderungen zu enthalten:
- a) ausreichende Reinwasserqualität,
- b) hohe Ausbeute (geringer Rohwasserbedarf),
- c) hohe Gerätelebensdauer.
Die Aufrechterhaltung eines optimalen Betriebes wird unter
anderem dadurch erschwert, daß die Salzkonzentration des Rohwas
sers im allgemeinen zeitlich nicht konstant ist, sondern sich
manchmal in weiten Grenzen verändert. Ebenso kann der Reinwas
serbedarf erheblich schwanken. Außer einer richtigen Dimensio
nierung der Teile des Gerätes sind daher Einrichtungen zur Ein
stellung und Regelung notwendig, mit denen eine Anpassung an die
jeweiligen Betriebsbedingungen möglich ist. Dabei müssen jedoch
Betriebszustände vermieden werden, die zu Schäden an Teilen des
Gerätes führen würden. Besonders empfindlich in dieser Hinsicht
ist das Membranmodul. Unter ungeeigneten Betriebsbedingungen
kommt es in kurzer Zeit zu einer Degeneration der Membran, einer
Art Verstopfung, durch die die Durchlässigkeit der Membran
erheblich vermindert wird. Aber auch unter normalen Bedingungen
ist eine allmähliche Verschlechterung (Alterung) der Membran
eigenschaften kaum zu vermeiden. Hierauf muß bei der Einstellung
und Regelung Rücksicht genommen werden.
Zur quantitativen Beschreibung der Vorgänge in einem Umkehrosmo
segerät werden folgende Abkürzungen definiert:
Zu- und Abflüsse, Durchflüsse (Volumen pro Zeiteinheit):
Qr = Rohwasserzufluß
Qk = Gesamt-Konzentratfluß
Qka = Konzentrat-Abfluß
Qkr = Konzentrat-Rezirkulationsfluß
Qp = Gesamt-Permeat
Qpa = Permeat-Abfluß
Qpr = Permeat-Rezirkulation.
Qr = Rohwasserzufluß
Qk = Gesamt-Konzentratfluß
Qka = Konzentrat-Abfluß
Qkr = Konzentrat-Rezirkulationsfluß
Qp = Gesamt-Permeat
Qpa = Permeat-Abfluß
Qpr = Permeat-Rezirkulation.
Konzentrationen:
Cr = Konzentration im Rohwasser
Cv = Konzentration im Verteilergefäß
Ck = Konzentration im Konzentrat
C1 = mittlere Konzentration auf der Konzentratseite der Membran
C1 = (Cv + Ck)/2
Cp = Konzentrat im Permeat.
Cr = Konzentration im Rohwasser
Cv = Konzentration im Verteilergefäß
Ck = Konzentration im Konzentrat
C1 = mittlere Konzentration auf der Konzentratseite der Membran
C1 = (Cv + Ck)/2
Cp = Konzentrat im Permeat.
Leistungsgrößen:
Am = Ausbeute des Moduls = Qp/(Qr + Qkr + Qpr)
Ag = Ausbeute des gesamten Gerätes = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr
E = Rückhaltekoeffizient des Moduls = C1/(C1+Cp).
Am = Ausbeute des Moduls = Qp/(Qr + Qkr + Qpr)
Ag = Ausbeute des gesamten Gerätes = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr
E = Rückhaltekoeffizient des Moduls = C1/(C1+Cp).
Am und E sind Geräteeigenschaften, die bei vorgegebener Druck
differenz zwischen Konzentrat- und Permeatseite des Moduls im
wesentlichen von der effektiven Membranfläche und den Durch
lässigkeitseigenschaften der Membran bestimmt werden.
Die Größe Am ist erheblich vom Alterungszustand des Membranmo
duls abhängig. Ursache hierfür ist die Anlagerung unlöslicher
Stoffe in den Poren der Membran und auf der Membranoberfläche.
Man spricht von einer Verdichtung der Membran, die die Ausbeute
des Moduls mehr oder weniger reduziert, was quasi einer Ver
minderung der effektiven Membranfläche gleichkommt. Diese Lei
stungsminderung tritt normalerweise in den ersten tausend Be
triebsstunden am stärksten auf. Nach dieser ersten Betriebszeit
tritt eine weitere langsame stetige Leistungsminderung ein, so
daß schließlich ein Auswechseln des Moduls nicht zu vermeiden
ist. Wegen der hohen Kosten, die dies verursacht, ist man be
strebt, Betriebsbedingungen zu schaffen, die die Membran schonen
und die Alterung möglichst verlangsamen.
Gleichzeitig soll die Ausbeute des Umkehrosmosegerätes, darge
stellt durch die Größe Ag = Qpa/Qr, möglichst hoch sein, d. h.
bei vorgegebenen Qualitätsanforderungen an das Reinwasser soll
ein bestimmter Reinwasserabfluß Qpa mit möglichst geringem
Rohwasserzufluß Qr erreicht werden, um Rohwasser zu sparen.
Es ist vorgeschlagen worden, einen Teil des Permeats und des
Konzentrats zurückzuführen und dem Rohwasser hinzuzufügen (zu
rezirkulieren). Dabei ist eine Rezirkulation eines Teiles des
Permeats insbesondere dann sinnvoll, wenn der aktuelle Rein
wasserbedarf geringer ist als die erzeugte Reinwassermenge. Eine
solche Rezirkulation kann sich von selbst ergeben, wenn der
Permeatabfluß Qpa geringer ist als der Gesamt-Permeatabfluß Qp.
Diese Permeat-Rezirkulation führt zu einer Absenkung der Salz
konzentration des Wassers stromaufwärts des Membranmoduls auf
den Betrag
Cv = (Qr × Cr + Qpr × Cp)/(Qr + Qpr),
und dies wiederum hat eine Verminderung der Salzkonzentration im
Permeat zur Folge. Mit vermindertem Permeatabfluß erhöht sich
also die Reinwasserqualität.
Für die Erfindung wesentlich ist die Rezirkulation des Konzen
trats. Ohne Permeatrezirkulation ergibt sich als Folge der
Konzentratrezirkulation analog zu der obigen Beziehung stromauf
wärts des Membranmoduls die Konzentration
Cv = (Qr × Cr + Qkr × Ck)/(Qr + Qkr).
Die durch die Konzentratrezirkulation eintretende Erhöhung der
Konzentration am Moduleingang könnte wegen der damit verbundenen
Erhöhung der Konzentration im Permeat als nachteilig erscheinen,
jedoch wird mit der Konzentratrezirkulation eine Erhöhung der
Ausbeute Ag erreicht. Dies ist dann nutzbar, wenn die Salzkon
zentration in produziertem Reinwasser noch mehr oder weniger
weit unterhalb einer vorgegebenen Grenze liegt, wofür verschie
dene Gründe einzeln oder in Verbindung miteinander in Betracht
kommen:
- - niedrige Salzkonzentration im Rohwasser,
- - hoher Rückhaltekoeffizient der Membran,
- - hohe Permeatrezirkulation bedingt durch niedrigen Reinwasser bedarf und/oder hohe Ausbeute Am des Membranmoduls.
Durch eine Steigerung der Konzentratrezirkulation kann also die
Ausbeute Ag gesteigert werden, bis die Salzkonzentration im
abfließenden Permeat einen als zulässig angesehenen Grenzwert
erreicht.
Es ist bereits bekannt, das aus dem Membranmodul austretende
Konzentrat mittels eingebauter Strömungswiderstände in die
Konzentratabflußleitung und eine Konzentratrezirkulationsleitung
in einer festen Relation zueinander aufzuteilen. Der Einbau und
die feste Einstellung der Strömungswiderstände erfordern beson
dere Sachkenntnis und geeignete Hilfsmittel und erfolgt bei der
ersten Inbetriebnahme des Gerätes unter Berücksichtigung der
oben genannten Einflußgrößen so, daß ein akzeptabler Kompromiß
zwischen Reinwasserqualität und Ausbeute erzielt wird. Das Gerät
arbeitet dann in einem Zustand, bei dem stets ein fester Anteil
des Konzentrats rezirkuliert wird.
Da sich die Voraussetzungen, unter denen diese anfängliche
Einstellung vorgenommen wurde, wesentlich verändern können, ist
auf diese Weise jedoch kein gleichbleibend optimaler Betrieb
gewährleistet. Wenn z. B. mit Rücksicht auf eine relativ hohe
Konzentratrezirkulation eingestellt wurde, kann eine der folgen
den Ursachen (oder eine Kombination davon) dazu führen, daß
nicht nur die Salzkonzentration im Permeat unzulässig ansteigt,
sondern auch die Konzentration auf der Rohwasserseite (Konzen
tratseite) der Membran so hohe Werte erreicht, daß es zur Aus
fällung gelöster Stoffe und damit zu einer raschen Verstopfung
der Membran kommt:
- - hohe Salzkonzentration im Rohwasser,
- - hoher Reinwasserbedarf (und somit minimale Permeatrezirku lation),
- - niedrige Ausbeute des Moduls (Verschlechterung der Quali tät).
Eine schon fortgeschrittene Alterung des Moduls, die in einer
niedrigeren Ausbeute des Moduls zum Ausdruck kommt, kann also
unter diesen Umständen erheblich beschleunigt werden, so daß das
Membranmodul in kurzer Zeit unbrauchbar wird.
Wenn andererseits vorsichtshalber keine oder nur eine niedrige
Konzentrationsrezirkulation eingestellt wird, ist die Ausbeute
vermindert, und das Gerät arbeitet mit unnötig hohem Rohwasser
verbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Gewinnung von
im wesentlichen reinem Wasser aus Leitungswasser anzugeben,
welches die oben angegebenen Anforderungen erfüllt. Außerdem
soll ein Umkehrosmosegerät angegeben werden, bei dem die effek
tiven Permeat- und Konzentratdurchflüsse optimal einstellbar
und/oder regelbar sind.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
der Patentansprüche 1 und 10 angegebenen Merkmale gelöst. Zweck
mäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Einstellmöglichkeit für die
Konzentratrezirkulation in einer Weise vor, daß sie auch von
ungeschulten Personen ohne den Gebrauch von besonderen Hilfs
mitteln handhabbar ist, um die Konzentratrezirkulation nach
Bedarf jederzeit geänderten Betriebsbedingungen anpassen zu kön
nen. Hierzu ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbeson
dere vorgesehen, daß in der Konzentrat-Abführleitung und der
Konzentrat-Rezirkulationsleitung Ventile angeordnet sind, die in
der Weise gegenläufig betätigbar sind, daß beim Betätigen des
einen Ventils in vorbestimmter Weise der Durchfluß zunimmt,
während der Durchfluß durch das andere Ventil in entsprechender
Weise abnimmt, wobei in vorteilhafter Ausgestaltung ferner
vorgesehen ist, daß der Benutzer anhand einer Skala oder einer
vergleichbaren Anzeigevorrichtung den aktuell eingestellten
Rezirkulationsanteil erkennen kann.
Die wichtigsten Hinweise für die Notwendigkeit einer Korrektur
der Rezirkulationseinstellung liefert eine fortlaufende oder in
regelmäßigen Zeitabständen durchgeführte Analyse des Reinwasser
und/oder des Rohwasser und/oder des Konzentrates. Diese Analyse
kann auch einfachheitshalber durch eine Messung der elektrischen
Leitfähigkeit mit Hilfe einer Leitfähigkeitsmeßzelle ersetzt
werde. Erfindungsgemäß ist hierbei die Verwendung eines Leitfä
higkeitsmessers mit einer Grenzwert-Meldeeinrichtung vorgesehen,
durch die der Benutzer aufmerksam gemacht und zu einer eventuell
notwendigen Korrektur der Einstellung der Konzentratrezirkula
tion veranlaßt wird, wenn die Leitfähigkeit einen Maximalwert
überschreitet oder einen Minimalwert unterschreitet.
In einer bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor
richtung sind die beiden gegenläufig betätigbaren Ventile zeit
abhängig gesteuerte Magnetventile, die im geöffneten Zustand
konstante, vorzugsweise gleiche Strömungswiderstände aufweisen
und so betrieben werden, daß durch Veränderung ihrer Ein- und
Ausschaltzeiten im zeitlichen Mittel eine definierte Aufteilung
des Gesamtkonzentratflusses in die beiden Teilflüsse, nämlich
Konzentrat-Rezirkulationsfluß und Konzentrat-Abfluß erfolgt.
Zur Steuerung der beiden Ventile ist erfindungsgemäß eine Steu
erungseinrichtung vorgesehen. Diese arbeitet so, daß in einem
bestimmten Zeittakt abwechselnd eines der Ventile geöffnet und
jeweils das andere Ventil geschlossen wird. Das an der Steuer
ungseinrichtung von Hand einstellbare Verhältnis der beiden
Konzentrat-Teilflüsse entspricht dann dem Verhältnis der Öff
nungszeiten der beiden Ventile. Die Steuereinrichtung weist in
weiterer Ausgestaltung eine Anzeigevorrichtung auf, an der das
aktuell eingestellte Verhältnis der Ventilöffnungszeiten ables
bar ist, welches dem Verhältnis der Teilflüsse entspricht und
zugleich ein indirektes Maß für die Ausbeute darstellt.
Die Ausbeute bzw. das Verhältnis des Konzentrat-Rezirkulations
flusses Qkr zum Konzentrat-Gesamtfluß Qk kann direkt in Prozent
angezeigt werden. Bei bekanntem Konzentrat-Gesamtfluß Qk können
die Teilflüsse Qkr und Qka direkt in einer geeigneten Maßeinheit
angezeigt werden.
Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, die minimale Ausbeute
durch die Grundeinstellung der Teilflüsse Qpa und Qka festzule
gen. Durch den Zeittakt der beiden Ventile kann die Ausbeute von
diesem Minimalwert direkt anzeigend bis zur maximalen Größe
manuell oder automatisch eingestellt werden.
Es kann hierbei zweckmäßig sein, den Einstellbereich der Aus
beute bzw. der Konzentrat-Rückführung so zu begrenzen, daß dem
Benutzer ein vorwählbarer Teilbereich zur Verfügung steht, um
eine wesentliche grob fehlerhafte Einstellung zu vermeiden.
Die erfindungsgemäße Steuerungeinrichtung zeichnet sich ferner
dadurch aus, daß sie mit einer Fernüberwachungs- und Fernsteue
rungseinrichtung versehen sein kann.
Ein wichtiger Vorteil des periodischen Schaltens der Ventile
besteht darin, daß ein pulsierender Konzentrat-Rückfluß ent
steht, wobei an der Konzentratseite der Membran während der
Öffnungszeiten des Ventils der Konzentrat-Rezirkulationsleitung
eine hohe Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Damit wird durch
Scherkräfte ein vorteilhafter mechanischer Reinigungseffekt er
zielt, mit dem Ablagerungen auf der Membran, z. B. von biologi
schem Material und Mikroorganismen (sogenannter Biofilm), abge
baut werden.
Die Pulsation und die damit einhergehende Erhöhung der Strö
mungsgeschwindigkeit des Konzentratrückflusses bzw. des Permeat
rückflusses dient jedoch nicht ausschließlich dem Abbau des
biologischen Belages auf der Membran, sondern wirkt auch dem
Polarisationseffekt entgegen.
Schematisch läßt sich der Polarisationseffekt wie folgt erklä
ren:
Über die Membran werden H2O-Moleküle von der Konzentrat- in die
Permeatseite abgedrängt. Dies führt zu einem Konzentrations
anstieg auf der Konzentratseite der Membran. Diese hochkonzen
trierte Grenzschicht bewirkt eine Wechselwirkung zwischen Perme
at und Konzentrat in der Form, daß bereits filtriertes Permeat
aufgrund des Konzentrationsgefälles rückfiltriert wird, um diese
hochkonzentrierte Grenzschicht zu verdünnen. Die Polarisation
dieser Grenzschicht ist um so geringer, je dünner sie ist. Die
Dicke der Grenzschicht läßt sich physikalisch durch hohe Strö
mungsgeschwindigkeiten z. B. durch einen pulsatilen Rückfluß auf
der Konzentratseite bewirken. Ebenso ist es möglich, die Dicke
der Grenzschicht durch den Permeatrückfluß (Verdünnungseffekt)
zu beeinflussen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Prinzip der
pulsierenden Rückführung auch auf die Permeatrezirkulation
ausgedehnt werden, und zwar derart, daß dann, wenn die Rein
wasserentnahme am Permeatanschluß geringer ist als die vom
Membranmodul gelieferte Reinwassermenge, ein zusätzlich in die
Permeatrückführungsleitung eingefügtes Magnetventil im Wechsel
mit dem Permeatentnahmeventil periodisch geöffnet wird. Das
Verhältnis der Öffnungszeiten dieser beiden Ventile ist dann
maßgebend für das Verhältnis der zeitlichen Mittelwerte der
beiden Permeat-Teilflüsse, nämlich Permeat-Abfluß und Permeat-
Rezirkulationsfluß.
Zur selbsttätigen Anpassung des Verhältnisses der beiden Perme
at-Teilflüsse ist eine Einrichtung zur Regelung des Verhältnis
ses der Öffnungszeiten der beiden Ventile in Abhängigkeit vom
Permeatdruck geeignet, der mittels Drucksensoren erfaßt wird,
die in der Permatleitung vor der Abzweigung der Permeat-Rezirku
lationsleitung sowie zwischen dieser und dem Permeatanschluß
angeordnet sein sollten. Diese Regelung wirkt in der Weise, daß
ein Absinken des Druckes in der zum Verbraucher führenden Perme
atleitung die relative Öffnungsdauer des Auslaßventils erhöht,
während umgekehrt ein Anstieg dieses Druckes die relative Öff
nungsdauer dieses Ventils vermindert.
Ein weiterer Regelmechanismus, der als Funktion des Permeatver
brauches eingesetzt werden kann, ist die Drehzahlregelung der
Förderpumpe mittels Gleichstrommotor. Das bedeutet, daß bei
geringerem Permeatverbrauch die Gesamtanlage weniger fördert.
Die durch den Gleichstromantrieb erzeugte Wärme kann mittels
Luft an einer Kühler-ähnlichen Vorrichtung vorbeigeführt werden.
Das zufließende Rohwasser wird im Kühler aufgewärmt. Dies führt
erfindungsgemäß zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades.
Vorteilhafterweise wird das periodische Schalten der beiden
Konzentrat-Ventile mit dem periodischen Schalten der beiden
Permeat-Ventile synchronisiert, und zwar so, daß sich die Öff
nungszeiten des in der Permeat-Rezirkulationsleitung befindli
chen Ventils und des in der Konzentrat-Rezirkulationsleitung
befindlichen Ventils überdecken. Dies führt zu einer weiteren
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Membranoberfläche
in der Öffnungszeit dieser beiden Ventile und somit zu einer
Verstärkung der mechanischen Reinigungswirkung. Zugleich wird
hiermit einem kurzzeitig zu hohem Anstieg der Konzentration im
Primärraum des Membranmoduls entgegengewirkt.
In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung eine selbsttätige
Regelung des Verhältnisses der Konzentrat-Teilflüsse in Abhän
gigkeit von Analysewerten vor, die mit entsprechenden Sensoren
kontinuierlich oder in gewissen Zeitabständen erfaßt werden.
Unter Analysewerten werden in diesem Zusammenhang Meßwerte
verstanden, die die Konzentrationen bestimmter gelöster Stoffe,
Ionen, Härtebildner oder dergleichen repräsentieren. Das weiter
unten im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Ausführungsbei
spiel der Erfindung bezieht sich auf eine Regelung der Konzen
tratrezirkulation in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfä
higkeit des Permeats mit dem Ziel, die Permeatleitfähigkeit
innerhalb vorgegebener Grenzen zumindest annähernd konstant zu
halten. Damit wird eine selbsttätige Maximierung der Ausbeute
erreicht, d. h. es wird ein Permeat von gleichbleibender, aus
reichend geringer Salzkonzentration mit dem kleinstmöglichen
Rohwasserverbrauch gewonnen. Zu diesem Zweck ist die Leitfähig
keitsmeßzelle in der Permeatauslaßleitung mit einem Leitfähig
keitsmesser verbunden, der seinerseits mit einer Regeleinrich
tung in Verbindung steht. Die Regeleinrichtung arbeitet dabei
so, daß bei einem Anstieg der Salzkonzentration im Permeat,
entsprechend einem Anstieg der gemessenen Leitfähigkeit, die
Öffnungsdauer des in der Konzentrat-Rezirkulationsleitung an
geordneten Ventils im Verhältnis zur Öffnungsdauer des in der
Konzentrat-Abführleitung befindlichen Ventils vermindert wird.
Bei einem Absinken der Salzkonzentration im Permeat erfolgt eine
entgegengesetzte Veränderung der Öffnungsdauer der genannten
Ventile.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Regelung des Verhältnisses
der Konzentrat-Teilflüsse in Abhängigkeit von der Salzkonzen
tration des Konzentrates und/oder von der in dem dem Membranmo
dul vorgeschalteten Verteilergefäß herrschenden Salzkonzentra
tion vorgesehen werden, um einen modulschonenden Betrieb zu
gewährleisten. Diese Regelung hat die Aufgabe, einen übermäßigen
Anstieg der Salzkonzentration auf der Konzentratseite der Mem
bran zu verhindern, also Betriebszustände zu vermeiden, in denen
eine erhöhte Gefahr des Verstopfens der Membran besteht. Sobald
die gemessene Konzentration einen voreingestellten Grenzwert
überschreitet, wird zu diesem Zweck die Konzentratrückführung
vermindert, indem die Öffnungsdauer des in der Konzentrat-Rezir
kulationsleitung befindlichen Ventils im Verhältnis zur Öff
nungsdauer des in der Konzentrat-Abführleitung angeordneten
Ventils vermindert wird. Dieser Regelfunktion wird vorzugsweise
eine übergeordnete funktionale Priorität gegen der oben be
schriebenen Regelung auf konstante Salzkonzentration im Permeat
zugeordnet.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verteilergefäß, welches sich
den oben beschriebenen Funktionen hervorragend anpaßt, jedoch
auch in anderen Leitungssystemen verwendbar ist, wie bereits
eingangs erwähnt ist.
Anstelle einer einfachen Leitungsverzweigung, die für das Zusam
menführung von Reinwasserzufluß, Konzentrat- und Permeatrückfluß
benutzt werden könnte, bietet das erfindungsgemäße Verteilerge
fäß wesentliche Vorteile, zumal sie mehrere Funktionen in sich
vereinigt, nämlich:
- a) Bildung eines Flüssigkeits-Puffervolumens zur Verminderung von Konzentrations-Schwankungen,
- b) Bildung eines (elastischen) Luft-Puffervolumens zur Ver minderung von Druckschwankungen,
- c) Rücklaufsperre,
- d) Einbau-/Anschlußmöglichkeiten von Sensoren (Füllstand, Druck, Leitfähigkeit),
- e) Anschlußstelle für Probeentnahme und-oder Zufuhr von Zu satzstoffen (z. B. Entkalkungsmittel, Desinfektionsmittel).
Die Rücklaufsperre ist vorteilhafterweise folgendermaßen ausge
staltet: die Leitung für den Wasserzulauf endet an der Innensei
te eines Deckels in einem Rohrstück, welches am Ende verschlos
sen ist, aber mindestens eine seitliche Öffnung aufweist. Über
das Rohrstück ist ein elastischer Schlauch (z. B. aus Silikon
gummi) geschoben, der durch seine Vorspannung die seitliche(n)
Öffnung(en) verschließt. Nur bei einer ausreichenden Druckdiffe
renz zwischen dem Wasserzulauf und dem Inneren des luftdichten
Gefäßes wird die Rückstellkraft des elastischen Schlauches
überwunden, so daß das Wasser durch das offene Ende des Schlau
ches in das Gefäß eintreten kann.
Die eintretende Flüssigkeit komprimiert die in dem Gefäß befind
liche Luft, wobei sich in Abhängigkeit von dem in dem Gefäß
herrschenden Druck ein bestimmter Flüssigkeitsspiegel einstellt.
Bei geeigneter Abstimmung von Gefäßvolumen, Luft-Füllmenge und
Druck-Schwankungsbereich liegt der Flüssigkeitsspiegel stets
genügend tief, so daß eine Trennstrecke zwischen dem Wasser
zulauf und der im Gerät zirkulierenden Flüssigkeit besteht.
Fällt die Wasserzufuhr aus, so verschließt der Schlauch aufgrund
seiner Rückstellkraft die seitlichen Öffnungen des Rohres und
verhindert dadurch unter allen Umständen einen Rückfluß von
Flüssigkeit aus dem Gefäß in die Versorgungsleitung.
Gegenüber einem Rückschlagventil üblicher Bauart mit einem
verschiebbar gelagerten Ventilteller oder -kegel, der unter dem
Druck einer Feder eine gegenüberliegende Öffnung verschließt,
hat die beschriebene Anordnung den Vorteil, daß ein Ausfall
durch Korrosion oder Federbruch kaum in Betracht kommt. Der
elastische Schlauch bildet ein großflächiges, in sich elasti
sches Dichtelement von großer Funktionssicherheit.
Ein in das Verteilergefäß eingebauter oder mit ihm verbundener
Drucksensor bietet neben der unmittelbaren Messung und Über
wachung des Druckes die Möglichkeit einer Funktionskontrolle der
Rücklaufsperre und die Möglichkeit einer Messung des in dem
Gefäß eingeschlossenen Luftvolumens.
Das flüssigkeits- und luftdichte Verteilergefäß hat gegenüber
Rücklaufsperren mit nach außen offener freier Einlaufstrecke den
Vorteil, daß eine Funktionsstörung nicht zu einem Austritt von
Flüssigkeit in die Umgebung führen kann. Durch eine Überwachung
des Druckes im Verteilergefäß, verbunden mit einer automatischen
Sperrung des vorgeschalteten Magnetventiles in der Rohwasser-
Zuführungsleitung bei Erreichen von Druckwerten, die außerhalb
eines zulässigen Arbeitsbereiches liegen, ist eine zusätzliche
Absicherung gegeben. Auch eine Beschädigung der dem Verteiler
gefäß nachgeordneten Pumpe, wie sie bei herkömmlichen Systemen
infolge Wassermangels (durch Trockenlauf) auftreten kann, ist
durch die Überwachung des Druckes im Verteilergefäß vermeidbar,
indem der Antrieb der Pumpe ausgeschaltet wird, wenn der Druck
unzulässige Werte erreicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Einbau eines
Leitfähigkeitssensors in das Verteilergefäß vorgesehen.
Bei richtiger Anordnung der Leitfähigkeitselektroden E1, E2
(siehe Fig. 2) ist die Leitfähigkeitsmeßzelle gleichzeitig
neben der Funktion als Leitfähigkeitsmeßinstrument auch als
Niveauwächter zu verwenden.
Da nicht auszuschließen ist, daß sich Volumen und Druck in dem
Verteilergefäß während Stillstandphasen ändern, kann zur Her
stellung eines definierten Anfangsdruckes P1 bzw. Anfangsvolumens
V1 ein Belüftungsventil hinzugenommen werden. Um Verkeimun
gen und Verblockungen des Membranmoduls während längerer Still
standszeiten zu verhindern bzw. zu vermindern, kann durch zy
klisches Takten des in der Rohwasser-Zuführungsleitung angeord
neten Eingangsventils ein Reflesh-Flow ohne Hinzunahme der dem
Verteilergefäß nachgeordneten Pumpe erreicht werden.
Das Verteilergefäß kann neben dem Anschluß für die Rohwasser
zuführungsleitung einen weiteren, ebenfalls mit einer weiter
oben beschriebenen Rückflußsperre versehenen Anschluß aufweisen,
mit dem eine gefüllte Desinfektionsspritze verbunden werden
kann. Durch Drücken einer Bedienungstaste (Desinfektion/Reini
gung) wird das Ventil in der Rohwasser-Zuführungsleitung ge
schlossen, die dem Verteilergefäß nachgeordnete Pumpe saugt
Flüssigkeit aus dem Verteilergefäß ab. Durch den so entstehenden
Unterdruck in dem Verteilergefäß kann nun mittels der Spritze
auf einfache Weise Desinfektionsmittel eingebracht werden. Das
nun ablaufende Reinigungsprogramm, das ebenfalls Bestandteil der
vorliegenden Erfindung ist, wird zunächst bei geschlossenen
Ventilen der Konzentrat-Abführleitung und Permeat-Entnahmelei
tung durchgeführt. Nach einer kurzen Rezirkulationsphase wird
das Ventil der Konzentrat-Abführleitung geöffnet und die Anlage
so lange gespült, bis die in der Permeat-Entnahmeleitung an
geordnete Leitfähigkeitszelle ein einwandfreies Permeat signali
siert. Dann wird das Ventil in der Permeat-Entnahmeleitung
wieder geöffnet und die Permeatentnahme somit freigegeben.
Die Desinfektionsmittelzugabe ist auch über ein Zusatzventil in
die Konzentrat-Rezirkulationsleitung möglich. Hierzu ist es
zweckmäßig, ein Ventil nach der Bauart des Venturi-Prinzips in
die Leitung einzubauen. Über ein Desinfektionsmittelventil kann
nun für eine vorbestimmte Zeit Desinfektionsmittel aus einem
fest angeschlossenen Kanister in den Kreislauf gebracht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in näheren Einzelheiten mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Umkehrosmosegerätes und
Fig. 2 eine weitgehend schematische Darstellung des erfin
dungsgemäßen Verteilergefäßes mit Rückflußsperre.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Hierbei fließt
Rohwasser über einen Anschluß 1 zu. Zur Rückhaltung mitgeführter
Feststoffe dient ein Feinfilter 2. Ein Druckminderventil 3
begrenzt den Druck des Rohwassers auf einen konstanten Wert. Mit
einem Magnetventil 4 wird bei Stillstand des Gerätes der Rohwas
serzufluß gesperrt. Die Leitfähigkeitsmeßzelle 5 dient der
Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Rohwassers. Über ein
weiteres Feinfilter 6 gelangt das Rohwasser zu dem Verteilerge
fäß 8, das gemäß der Erfindung zugleich als Rückflußsperre
dient. Aufgabe dieses Teiles ist es unter anderem, den Rückfluß
von Flüssigkeit aus dem Gerät in die Rohwasser-Versorgungslei
tung unter allen Umständen, einschließlich eventueller Be
triebsstörungen, zu verhindern.
Das Verteilergefäß 8 weist außerdem Anschlüsse 20, 21 zur Rück
führung von Konzentrat und/oder Permeat auf. Über eine Pumpe 10
wird die Flüssigkeit aus dem Verteilergefäß 8 dem Membranmodul
11 zugeführt. Das Modul enthält die semipermeable Membran 22,
die den Innenraum in zwei Teile unterteilt, nämlich einen Pri
märraum 23, in den von der Pumpe 10 über die Leitung 25 das
aufzubereitende Wasser eingeführt wird, und aus dem anderen Ende
über eine Leitung 26 das Konzentrat abfließt, und einen Sekun
därraum 24, aus dem über eine Leitung 27 das Permeat abgeleitet
wird.
Der in dem Primärraum des Membranmoduls herrschende Druck hängt
von der Einstellung des Druckhalteventils 16 ab, das in die
Konzentratleitung 26 eingefügt ist. Ein Teil des Konzentrats
fließt über eine Leitung 28, ein Ventil 17 und einen Anschluß 18
aus dem Gerät ab. Ein anderer Teil des Konzentrats wird über
eine Leitung 29, ein Ventil 19 und einen Anschluß 26 in das
Verteilergefäß 8 zurückgeführt.
Das über die Leitung 27 aus dem Membranmodul austretende Permeat
fließt bei voller Ausnutzung der Geräteleistung nahezu vollstän
dig über ein Ventil 13 und einen Anschluß 14 zum Reinwasserver
braucher. Der restliche Anteil des Permeats gelangt über ein
Permeat-Rückflußvetil 15 und einen Anschluß 21 in das Verteil
ergefäß 8 zurück. Das Permeat-Rückflußventil 15 ist vorzugsweise
als Druckhalteventil ausgebildet, so daß damit der in der Lei
tung 27 herrschende Druck eingestellt werden kann.
In die Permeatleitung ist eine Leitfähigkeitsmeßzelle 12 zur
Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Permeats eingefügt.
Die Mittels der Leitfähigkeitsmeßzellen 5 und 12 gemessene
Leitfähigkeiten stellen ein Maß für die an der jeweiligen Meß
stelle herrschende Salzkonzentration dar. Da die von den gelö
sten Salzen gebildete Ionen wegen ihrer unterschiedlichen Be
weglichkeiten in unterschiedlichem Maße zur Leitfähigkeit bei
tragen, ist diese Zuordnung allerdings nur mit einer gewissen
Annäherung richtig.
Um eine selbsttätige Maximierung der Ausbeute zu erreichen, d. h.
ein Permeat von gleichbleibender, ausreichend geringer Salz
konzentration mit dem kleinstmöglichen Rohwasserverbrauch zu
gewinnen, ist die Leitfähigkeitsmeßzelle 12 mit dem Leitfähig
keitsmesser 32 verbunden, der seinerseits mit der Regeleinrich
tung 30 in Verbindung steht. Die Regeleinrichtung 30 verringert
bei einem Anstieg der Salzkonzentration im Permeat, entsprechend
einem Anstieg der gemessenen Leitfähigkeit, die Öffnungsdauer
des Ventils 19 im Verhältnis zur Öffnungsdauer des Ventils 17.
Bei einem Absinken der Salzkonzentration im Permeat erfolgt
dementsprechend eine entgegengesetzte Veränderung der Öffnungs
dauer der beiden Ventile.
Mit Bezug auf Fig. 2 enthält das dort abgebildete Verteilergefäß
8 einen Deckel 52, der das Gefäß luftdicht verschließen kann,
mit einem Wassereinlaufanschluß 58 und einem weiteren Anschluß
59 mit einem Entlüftungs- und Desinfektionsventil. Die Rück
laufsperre, die auch für den Anschluß 59 vorgesehen sein kann,
besteht aus einem am Ende verschlossenen Rohrstück 53, welches
wenigstens eine seitliche Öffnung 54 aufweist. Diese Öffnung ist
von einem elastischen Schlauch 55 überdeckt, der über das Rohr
stück geschoben ist.
Ein Drucksensor 56 mißt und überwacht den Druck in dem Vertei
lergefäß und dient außerdem der Funktionskontrolle der Rück
laufsperre, wobei außerdem das in dem Gefäß eingeschlossene
Luftvolumen gemessen werden kann.
Für das Luftvolumen V in dem allseitig geschlossenen Gefäß bei
einem Druck p gilt die Beziehung V = dV × p/dp. Der Druck p und
die Druckänderung dp sind mittels des Drucksensors erfaßbar,
während die Volumenänderung dV durch Zufuhr/Entzug eines abge
messenen Flüssigkeitsvolumens definiert werden kann.
Die Leitfähigkeitselektroden E1, E2 der Leitfähigkeitsmeßzelle
werden neben ihrer Funktion als Leitfähigkeitsmeßinstrument auch
als Niveauwächter verwendet.
Der auf das Rohrstück 53 aufgeschobene Silikonschlauch 55 kann
einen geschlossenen oder auch offenen Bodenbereich haben. Im
Falle eines offenen Bodenbereichs entspricht der Rückflußverhin
derer in seinem Aufbau im wesentlichen einem Fahrradventil.
Es folgt eine Zusammenstellung der Ableitungen und Formeln, die
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von Bedeutung
sind.
Zu- und Abflüsse, Durchflüsse (Volumen pro Zeiteinheit):
Qr = Rohwasserzufluß
Qk = Gesamt-Konzentratfluß
Qka = Konzentrat-Abfluß
Qkr = Konzentrat-Rezirkulationsfluß
Qp = Gesamt-Permeatfluß
Qpa = Permeat-Abfluß
Qpr = Permeat-Rezirkulationsfluß
Qv = Zufluß vom Verteilergefäß zum Modul : Qr+Qkr+Qpr.
Qr = Rohwasserzufluß
Qk = Gesamt-Konzentratfluß
Qka = Konzentrat-Abfluß
Qkr = Konzentrat-Rezirkulationsfluß
Qp = Gesamt-Permeatfluß
Qpa = Permeat-Abfluß
Qpr = Permeat-Rezirkulationsfluß
Qv = Zufluß vom Verteilergefäß zum Modul : Qr+Qkr+Qpr.
Konzentrationen:
Cr = Konzentration im Rohwasser
Cv = Konzentration im Verteilergefäß 8
Ck = Konzentration im Konzentrat
C1 = mittlere Konzentration auf der Konzentratseite der Membran C1 = (Cv + Ck)/2
Cp = Konzentrat im Permeat.
Cr = Konzentration im Rohwasser
Cv = Konzentration im Verteilergefäß 8
Ck = Konzentration im Konzentrat
C1 = mittlere Konzentration auf der Konzentratseite der Membran C1 = (Cv + Ck)/2
Cp = Konzentrat im Permeat.
Leistungsgrößen:
Am = Ausbeute des Moduls = Qp/(Qr+Qkr+Qpr) = Qp/Qv
Ag = Ausbeute des gesamten Gerätes = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr
E = Rückhaltekoeffizient des Moduls = C1/(C1 + Cp).
Am = Ausbeute des Moduls = Qp/(Qr+Qkr+Qpr) = Qp/Qv
Ag = Ausbeute des gesamten Gerätes = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr
E = Rückhaltekoeffizient des Moduls = C1/(C1 + Cp).
Bilanz des Moduls:
a) Bilanz der gelösten Substanzen
Qv*Cv = Qk*Ck + Qp*Cp (1)
b) Mengenbilanz
Qv = Qk + Qp (1a).
a) Bilanz der gelösten Substanzen
Qv*Cv = Qk*Ck + Qp*Cp (1)
b) Mengenbilanz
Qv = Qk + Qp (1a).
Mittl. Konzentration auf der Konzentratseite (Definition):
C1 = (Cv + Ck)/2 (2).
C1 = (Cv + Ck)/2 (2).
Rückhaltekoeffizient der Membran (Definition):
E = C1/(C1 + Cp) = 1/(1+Cp/C1) (3).
E = C1/(C1 + Cp) = 1/(1+Cp/C1) (3).
Aus (3) folgt
Cp = C1*(1-E)/E (4).
Cp = C1*(1-E)/E (4).
Aus (2) und (4) folgt (Elimination von C1):
Cp = (Cv + Ck)*(1-E)/2E (5)
Cv = 2E*Cp/(1-E) - Ck (5a)
Ck = 2E*Cp/(1-E) - Cv (5b).
Cp = (Cv + Ck)*(1-E)/2E (5)
Cv = 2E*Cp/(1-E) - Ck (5a)
Ck = 2E*Cp/(1-E) - Cv (5b).
Ausbeute des Moduls (s. oben):
Am = Qp/Qv → Qp = Am*Qv (6)
Qk = (1-Am)*Qv (6a).
Am = Qp/Qv → Qp = Am*Qv (6)
Qk = (1-Am)*Qv (6a).
Aus (1), (5, 5a, 5b) und (6, 6a) folgt:
Cp = Cv*(2-Am)*(1-E)/(2E-3EAm+Am) (7)
Ck = Cv*[2K-Am*(1-E)]/(2E-3KAm+Am) (7a)
und
Cp/Ck = (2-Am)/[2E/(1-E) - Am] (7b).
Cp = Cv*(2-Am)*(1-E)/(2E-3EAm+Am) (7)
Ck = Cv*[2K-Am*(1-E)]/(2E-3KAm+Am) (7a)
und
Cp/Ck = (2-Am)/[2E/(1-E) - Am] (7b).
Wirkung von Permeat- und Konzentratrückführung auf die Konzentration
Cv am Moduleingang:
a) gelöste Substanzen
Qv*Cv = Qr*Cr + Qpr*Cp + Qkr*Ck (8)
b) Mengenbilanz
Qv = Qr + Qpr + Qkr (8a).
Rückführungskoeffizienten ("prozentuale Rückführung"), Definition:
Permeat:
Rp = Qpr/Qp (9a)
Konzentrat:
Rk = Qkr/Qk (9b).
a) gelöste Substanzen
Qv*Cv = Qr*Cr + Qpr*Cp + Qkr*Ck (8)
b) Mengenbilanz
Qv = Qr + Qpr + Qkr (8a).
Rückführungskoeffizienten ("prozentuale Rückführung"), Definition:
Permeat:
Rp = Qpr/Qp (9a)
Konzentrat:
Rk = Qkr/Qk (9b).
Ausbeute des gesamten Gerätes (s. oben):
Ag = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr (10).
Ag = Qpa/Qr = (Qp-Qpr)/Qr (10).
Einstellbare Ausbeute des gesamten Gerätes (Ag var)
Ag var = Qpa/Qpa+(Qka*tka/tges)
Erläuterung:
Qr = Qpa+Qka
tka = Offenzeit von Ventil 17
tges = Periodenzeit von Ventil 17, 19.
Ag var = Qpa/Qpa+(Qka*tka/tges)
Erläuterung:
Qr = Qpa+Qka
tka = Offenzeit von Ventil 17
tges = Periodenzeit von Ventil 17, 19.
Aus (8, 8a) folgt:
Cv = (Qr*Cr + Qpr*Cp + Qkr*Ck)/(Qr + Qpr + Qkr) (11).
Cv = (Qr*Cr + Qpr*Cp + Qkr*Ck)/(Qr + Qpr + Qkr) (11).
Claims (30)
1. Verfahren zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip
der umgekehrten Osmose, insbesondere zur Gewinnung von im we
sentlichen reinem Wasser aus Leitungswasser, mittels einer ein
Membranmodul aufweisenden Vorrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Salzkonzentration des zugeführten Rohwassers und/oder
der Flüssigkeit in einem dem Membranmodul vorgeschalteten Ver
teilerbehälter und/oder des aus dem Membranmodul austretenden
Permeats gemessen und der zum Verteilerbehälter rezirkulierte
Anteil des Konzentrats dem Meßergebnis entsprechend eingestellt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Härte gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Konzentrat-Anteil
auf einen modulschonenden Wert eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Konzentrat-Anteil
so eingestellt wird, daß ein vorgegebener Permeat-Grenzwert
nicht überschritten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Konzentrat-Anteil
auf einen Permeatgrenzwert eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Abbaus des
Biofilms und der hochkonzentrierten Grenzschicht intervallweise
jeweils der gesamte Konzentratfluß rezirkuliert oder verworfen
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Permeatfluß intervall
weise rezirkuliert oder entnommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß durch Druckmessung die benötigte
Permeatmenge erfaßt, daraus die Ausbeute ermittelt und auf einen
niedrigen Wasserverbrauch und/oder modulschonenden Wert einge
stellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Förderpumpe mittels
eines Gleichstrommotors in Abhängigkeit vom Permeatverbrauch
geregelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gleichstrommotor er
zeugte Wärme in einem Wärmetauscher das zufließende Rohwasser
erwärmt.
12. Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem
Prinzip der umgekehrten Osmose, insbesondere zur Gewinnung von
im wesentlichen reinem Wasser aus Leitungswasser, mit einer
Zulaufleitung, in der ein Verteilergefäß und eine Pumpe angeord
net sind und die zu einem Membranmodul führt, in der eine semi
permeable Membran einen das Permeat enthaltenden Primärraum von
einem das Konzentrat enthaltenden Sekundärraum trennt, ferner
mit einer Konzentrat-Abführleitung, einer zu dem Verteilergefäß
zurückführenden Konzentrat-Rezirkulationsleitung, einer Permeat-
Entnahmeleitung und einer zu dem Verteilergefäß zurückführenden
Permeat-Rezirkulationsleitung,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Konzentrat-Abführleitung (28)
und der Konzentrat-Rezirkulationsleitung (29) gegenläufig betä
tigbare Ventile (17, 19) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (17, 19) elektromagne
tische Ventile sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
gekennzeichnet durch eine Ventilschaltung für die Ventile (17,
19), die jeweils den gesamten Konzentratfluß rezirkuliert oder
abführt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschaltung mit einer Anzei
geeinrichtung (31) verbunden ist, die eine dem jeweils einge
stellten Verhältnis der Ventilöffnungszeiten entsprechende
Angabe, vorzugsweise Ausbeute oder Wirkungsgrad anzeigt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellbereich der Ventile (17,
19) elektronisch oder mechanisch begrenzbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß an die Permeat-Entnahmeleitung (27)
eine Leitfähigkeitsmeßeinrichtung (12) angeschlossen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmeßeinrichtung
(12) mit einer Grenzwert-Meldeeinrichtung versehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Permeat-Entnahmeleitung
und der Permeat-Rezirkulationsleitung (21) gegenläufig betätig
bare Ventile, vorzugsweise elektromagnetische Ventile (13, 34)
angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß auch die Ventile (13, 34) von einer
Ventilschaltung bzw. Steuereinrichtung periodisch geöffnet
werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeiten der Ventile (13,
34) selbsttätig in Abhängigkeit von dem Permeatdruck eingestellt
werden, der von Drucksensoren (33a, 33b) erfaßt wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (17, 19; 13, 34) ersetzt
werden durch
- a) 1 fernsteuerbares, kontinuierlich (analog) die Konzentrat-/Re zirkulation veränderndes Ventil, z. B. motorisch ange triebenes Ventil mit zwei gegenläufig veränderlichen Strö mungswiderständen,
- b) 1 justierbarer Strömungswiderstand + 1 getaktetes Ventil
- c) 1 justierbarer Strömungswiderstand + 1 fernsteuerbares kontinuierlich verstellbares Ventil.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergefäß (8) eine Einrich
tung (53, 54, 55) zur Verhinderung eines Rückflusses zur Frisch
wasserseite aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verhinderung des
Rückflusses ein mit der Frischwasserzulaufleitung verbundenes
Gehäuse (53) mit wenigstens einer Öffnung (54) ist, die von
einer elastischen Abdeckung, vorzugsweise einem Silikonschlauch
(55) überdeckt ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergefäß (8) als geschlos
sene Kammer mit einem lösbaren Oberteil (52) ausgebildet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergefäß (8) einen Ab
flußanschluß und im Oberteil zwei als Schlauchventile ausgebil
dete Zuflußanschlüsse (58, 59) aufweist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuflußanschluß (59) im Oberteil
mittels eines elektromagnetischen Ventils wahlweise als Belüf
tungsanschluß oder als Desinfektionsanschluß benutzbar ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels Leitfähigkeitselektroden
(E1, E2) das Flüssigkeitsniveau in dem Verteilergefäß (8) er
faßbar ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels induktiver oder kapazitiver
Messung das Flüssigkeitsniveau in dem Verteilergefäß (8) erfaß
bar ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsniveau in dem Ver
teilergefäß (8) mittels Druckmessung erfaßbar ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924239867 DE4239867C2 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Umkehrosmose |
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EP19930118870 EP0599281A3 (en) | 1992-11-27 | 1993-11-24 | Process and apparatus for treating liquids by reverse osmosis. |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924239867 DE4239867C2 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Umkehrosmose |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4239867A1 true DE4239867A1 (de) | 1994-06-01 |
DE4239867C2 DE4239867C2 (de) | 1999-02-04 |
Family
ID=6473773
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4244978A Expired - Lifetime DE4244978B4 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Reinwassergewinnungsanlage |
DE19924239867 Expired - Fee Related DE4239867C2 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Umkehrosmose |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4244978A Expired - Lifetime DE4244978B4 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Reinwassergewinnungsanlage |
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