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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein System zum Entnehmen von Permeat
aus einem Substrat durch einen Filter. Insbesondere bezieht sich
diese Erfindung auf ein System, das zum Entnehmen von Permeat aus
einem Substrat durch einen Filter und zum Reinigen des Filters in
situ ausgelegt ist. Außerdem
wird ein Verfahren geschaffen.
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Filtrationssysteme
sehen Barrieren vor, um zu ermöglichen,
dass Permeat aus einem Substrat durch den Filter abgezogen wird,
während
Konzentrat hinterlassen wird. Filtrationssysteme wurden beispielsweise
als Barrieren verwendet, um Biofeststoffe in biologischen Reaktoren
zurückzuhalten.
In solchen Filtrationssystemen wurden Membranen als Barriere vorgeschlagen.
Solche Membranen können beispielsweise
in Form von hohlen Fasern, Röhren oder
Rollen bereitgestellt werden.
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Zur
Erläuterung
können
Auszugsbehandlungssysteme für
Abwasserbehandlungsanwendungen einen Membranscheider verwenden,
um die Zuführung
in Permeat und Biomasse zu trennen. Solche Systeme stehen beispielsweise
unter der Handelsmarke ZEEWEED von Zenon Environmental Inc. in Ontario,
Kanada, zur Verfügung.
Das ZEEWEED-System verwendet eine eintauchbare Membrankassette,
um eine Biooxidation herbeizuführen, um
organischen Stoff in der Zuführung
zu oxidieren. Membranen werden verwendet, um Bakterien im System
für eine
im Wesentlichen vollständige
Oxidation zu halten und eine hohe Abflussqualität vorzusehen.
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Es
wurde erkannt, dass es wichtig ist, Membranen, die in solchen Systemen
verwendet werden, "sauber" zu halten, da sich
nach einer gewissen Verwendungsdauer ein Schmutzfilm oder "Biofilm" auf der Membran
bilden kann, wodurch der Durchfluss von Permeat durch die Membran
verringert wird. Ein Aufbau, ob organisch oder anorganisch, kann
sich auf der Außenfläche, der
Innenfläche
der Membran und/oder in den Poren der Membran, die sich durch die
Wand der Membran erstrecken, bilden. Ein solcher Aufbau auf der
Membran wurde daher als die Leistung der Membran als wertvollen
Filter verringernd erkannt.
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Das
US-Patent Nr. 5 403 479, herausgegeben an Smith u. a. ("In Situ Cleaning
System for Fouled Membranes"),
stellt einen umfassenden Hintergrund hinsichtlich der Art und des
Umfangs des Verschmutzungsproblems bereit, das gewöhnlich die
Biofiltrationsindustrie heimsucht.
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Als
eine mögliche
Lösung
für das
Problem der Membranverschmutzung schlugen Smith u. a. im '479-Patent ein Reinigungssystem
zum wesentlichen Wiederherstellen des Transmembranflusses in verschmutzten,
porösen/semipermeablen
Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsmembranen, die zum Zurückgewinnen
von gereinigtem Wasser aus verunreinigtem oder "schmutzigen" Wasser verwendet werden, vor. Insbesondere
schlugen Smith u. a. das Reinigen eines eine Membran enthaltenden
Moduls ohne Entleeren der Zuführung
vom Modul durch Einführen
eines gewählten
Reinigungsfluids in das Permeat und Zurückführen desselben durch die Hohlräume von
Hohlfasermembranen bei einem niedrigen Druck, der nicht den Blasenpunkt
der Faser übersteigt,
vor. Der von Smith u. a. im '479-Patent vorgeschlagenen
Prozess reinigt von der Permeatseite der Membran aus; d. h. durch
die Hohlräume der
hohlen Fasern hindurch.
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Das
US-Patent Nr. 5 248 424, herausgegeben an Cote u. a. ("Frameless Array of
Hollow Fiber Membranes and Method of Maintaining Clean Fiber Surfaces
While Filtering a Substrate to Withdraw a Permeate"), schlug eine weitere
Methode zum Aufrechterhalten der Leistung von Filtrationsmembranen;
insbesondere eine rahmenlose Anordnung von hohlen Fasern, vor. Cote
u. a. schlugen im '424-Patent
ein System vor, um den Aufbau von wachsenden Mikroben oder den Ablagerungen
von leblosen Teilchen auf den Oberflächen von Fasern, die in Blasen eines
Faserreinigungsgases ("Schrubbgases", insbesondere eines
Sauerstoff enthaltenden Gases ("luftgeschrubbt"), auf der Oberfläche gehalten
werden, zu verringern. Der Aufbau ist im Wesentlichen blank, wenn
die Fasern schwimmend frei in einer rahmenlosen Anordnung schwingfähig sind,
die in ein Substrat eingetaucht ist, durch das die Blasen mit ausreichender
physikalischer Stoßkraft
aufsteigen, um die Fasern von schädlichen Ablagerungen im Wesentlichen
frei zu halten. Ähnliche
Lösungen
wurden von Mahendran u. a. im US-Patent Nr. 5 639 373 ("Vertical Skein of
Hollow Fiber Membranes and Method of Maintaining Clean Fiber Surfaces
While Filtering a Substrate to Withdraw a Permeate") und von Henshaw
u. a. im US-Patent Nr. 5 783 083 ("Vertical Cylindrical Skein of Hollow
Fiber Membranes and Method of Maintaining Clean Fiber Surfaces") vorgeschlagen.
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In
der internationalen Veröffentlichung
Nr. WO 98/37950 ("Portable
Reverse Osmosis Unit for Producing Drinking Water") schlugen Daly u.
a. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Trinkwasser
aus unreinem Wasser vor, wobei hohle, röhrenförmige Membranen des Systems
periodisch mit Retentat rückgespült werden,
indem das Retentat zu den Innenflächen der Membranen gelenkt
wird und indem das Retentat durch die Membranen geleitet wird, wodurch
Teilchen von den Außenflächen verlagert
werden. Wenn eine chemische Reinigung der Membranen in dem Verfahren
und der Vorrichtung, die in der '950-Veröffentlichung
vorgeschlagen wurden, erforderlich ist, wird eine Reinigungslösung von
einem Tank in die Membranen gepumpt.
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In
der australischen Patentanmeldung Nr.
AU
9676300 (entsprechend der internationalen Veröffentlichung
Nr. WO 97/18887) beschrieben Cote u. a. ein Verfahren zum Reinigen
von eingetauchten Membranen in situ, wobei Abfluss, der im Tank
enthalten ist, zumindest teilweise entleert wird, um die Membranen
der Luft auszusetzen, und Reinigungslösungen durch die Poren der
Membranen entlang eines Strömungsweges
entgegengesetzt zur Filtrationsströmung des Abflusses geleitet
werden, indem die Reinigungslösung
zur Permeatseite der Membranen geliefert wird. Ein Absperrventil
wird geöffnet,
um den Abfluss aus einem Behandlungstank zu entleeren. Die Reinigungslösung wird
dann in die Membranen von einem Vorratsbehälter eingeleitet. In einer weiteren
Ausführungsform
werden vier Tanks mit Abfluss beliefert. Wenn die Membranen in einem
der Tanks gereinigt werden sollen, wird der Inhalt des ausgewählten Tanks
in die anderen Tanks transportiert. Reinigungslösungen werden in die Membranen des
leeren, ausgewählten
Tanks von den Vorratsbehältern
zugeführt.
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Obwohl
eine signifikante Anstrengung aufgewendet wurde, um dieses erkannte
Problem der Verschmutzung zu lösen,
sind Verbesserungen hinsichtlich der "Reinigung" von Filtrationssystemen wie z. B. jenen,
die Membranen verwenden, immer noch erforderlich, ob die Membranen
in Form von hohlen Fasern, Röhren,
Rollen oder anderen Membrankonfigurationen vorgesehen sind. Trotz
dieser signifikanten Fortschritte auf dem Fachgebiet der Filterreinigung und
trotz der vorgegebenen Fähigkeit
solcher vorgeschlagenen Systeme, die Durchsatzrate der als Filter verwendeten
Membranen zu verlängern,
wurde insbesondere entdeckt, dass die Membranen in einigen Fällen schließlich für eine gründliche
Reinigung wie z. B. tiefe chemische Reinigung aus dem Prozess entfernt
werden müssen.
Der Bedarf, einen Filter aus einem System wie z. B. einem biologischen
Reaktor zu entfernen, ist natürlich
zeitaufwändig,
teuer, arbeitsintensiv und im Allgemeinen unerwünscht. Überdies erfordert es häufig, dass
das System während des
Reinigungsprozesses zumindest teilweise stillgelegt wird, während der
Filter entfernt wird.
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Es
ist beispielsweise unerwünscht,
eine eintauchbare Membraneinheit aus einem biologischen Reaktor
zu entfernen und die eintauchbare Membraneinheit zu einem separaten
Tank für
die Reinigung zu bewegen. Membrananordnungen können ziemlich groß und ziemlich
schwer sein. Im Fall eines industriellen biologischen Reaktionssystems
können
die biologischen Reaktorgefäße, in denen
Membrananordnungen verwendet werden, auch ziemlich groß sein, wodurch
eine teure und unhandliche Aufrüstanlage zur
Entfernung erforderlich ist. Ferner müssen die verschiedenen "Armatur"-Verbindungen mit
solchen Membrananordnungen abgetrennt und anschließend wieder
verbunden werden, um eine Membrananordnungsentfernung bzw. einen
Membrananordnungsaustausch hervorzubringen. Es ist auch selbstverständlich,
dass ein Deckenraum zum leichten Entfernen solcher Membrananordnungen
nicht zur Verfügung
stehen kann, und wenn solche Systeme entfernt werden, der Prozess
dazu ein ziemliches Problem erzeugen kann. Externe Tanks, die für separate Reinigungsvorgänge für Offline-Reinigungsprozeduren
zweckgebunden sind, erfordern auch signifikanten Boden- oder Grundraum
und zahlreiche "Armaturen"-Verbindungen.
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DE 40 37 329 A1 offenbart
einen Prozess zum Behandeln von Abwässern von Glasschleifwerkstätten, in
dem die Abwässer,
die in einem Saugtank gesammelt werden, durch ein Ultrafiltrationsmodul
in Querströmung
zirkuliert werden, wobei die Strömungsrichtung
periodisch umgekehrt wird. Das Ultrafiltrationsmodul kann von Zeit
zu Zeit gereinigt werden, indem ein Objekt mit einer rauen Oberfläche über die
Ultrafiltrationsmembran bewegt wird, z. B. Kugeln aus Filz oder
Kork oder eine Schwammkugel. Die Schwammkugel kann über Schwammkugelschleusen
in das Ultrafiltrationsmodul eingeführt und aus diesem entfernt
werden.
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DE-A-4340529
offenbart eine Ultrafiltrationsvorrichtung für die Behandlung von Verunreinigungen
enthaltenden wässerigen
Lösungen.
Die Verschmutzung einer Umkehrosmose-Filtrationsmembran wird durch
die gesteuerte Umkehr der Strömung innerhalb
der Membran verhindert.
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Folglich
bleibt der Bedarf für
ein verbessertes System zum Entnehmen von Permeat aus einem Substrat
durch einen Filter und zum Reinigen des Filters in situ. Ein entsprechendes
Verfahren ist auch erforderlich.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher eine Vorrichtung,
wie im nachstehenden Anspruch 1 beansprucht, geschaffen.
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In
dem System gemäß dieser
Erfindung erleichtert das Fach die Zirkulation von Substrat während des
normalen Betriebs des Systems. Das Fach macht es auch möglich, die
Einführung
von Reinigungslösungen
vom Fach in Kontakt mit dem Substrat, das im Gefäß enthalten ist, während des
Reinigungsvorgangs des Systems im Wesentlichen zu verhindern. Folglich
ist das System dieser Erfindung zum Entnehmen von Permeat aus einem
Substrat durch den Filter und zum Reinigen des Filters in situ, um
den Bedarf für
eine periodische Entfernung des Filters zu vermeiden, ausgelegt.
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In
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
geschaffen, wie im nachstehenden Anspruch 16 beansprucht.
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Merkmale
der beanspruchten Erfindung werden nun mit Bezug auf die Fig. beschrieben.
Es ist zu erkennen, dass der Schutzbereich dieser Erfindung nicht
auf die ausgewählten
oder in 2 oder 3 dargestellten
Ausführungsformen
begrenzt ist und dass der Schutzbereich der Erfindung separat von den
beigefügten
Ansprüchen
definiert wird. Es ist auch zu erkennen, dass die Fig. nicht in
irgendeinem speziellem Verhältnis
oder Maßstab
gezeichnet sind.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems und Verfahrens nicht gemäß den Ansprüchen dieser Erfindung, das
jedoch Hintergrundinformationen bereitstellt.
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2 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Systems und
Verfahrens gemäß den Ansprüchen dieser
Erfindung.
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform eines Systems und
Verfahrens gemäß den Ansprüchen dieser
Erfindung.
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1 stellt
ein System zum Entnehmen von Permeat aus einem Substrat durch einen
Filter und zum zumindest teilweisen Reinigen des Filters in situ dar.
Das dargestellte System 10 umfasst ein Gefäß 12,
das so konfiguriert ist, dass es ein Substrat enthält. Die
Zusammensetzung des Substrats kann variieren, aber das Substrat
ist am häufigsten
eine Flüssigkeit
oder eine Aufschlämmung
von Flüssigkeit
und festen Teilchen.
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Das
System 10 umfasst auch ein Fach 14, das zum Aufnehmen
von Substraten vom Gefäß 12 verbunden
ist, wobei die Strömung
von Substrat vom Gefäß 12 zum
Fach 14 bei A in 1 angegeben
ist. Das Fach 14 ist auch verbunden, um einen Teil des aufgenommenen
Substrats während
des normalen Betriebs des Systems 10 zum Gefäß 12 zurückzuführen. Die
Rückführungsströmung des
Substrats vom Fach 14 zum Gefäß 12 ist beispielsweise
bei B in 1 angegeben. Das Fach 14 umfasst
auch eine Öffnung
zur Abführung
aus dem System 10. Insbesondere ist eine Abführungsströmung bei
C in 1 angegeben.
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Ein
Filter 16 ist zumindest teilweise innerhalb des Fachs 14 angeordnet.
Der Filter 16 ist zum Entnehmen von Permeat aus Substrat
im Fach 14 während
des normalen Betriebs des Systems 10 verbunden. Die Permeatströmung vom
Filter 16 ist beispielsweise bei D in 1 angegeben.
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Das
System 10 umfasst auch eine Quelle 18 für eine Reinigungslösung. Die
Quelle 18 ist zum Einleiten der Reinigungslösung in
das Fach 14 und in Kontakt mit dem Filter 16 während des
Reinigungsvorgangs des Systems 10 verbunden. Die Strömung der
Reinigungslösung
von der Quelle 18 zum Fach 14 ist beispielsweise
bei E in 1 angegeben.
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Das
Fach 14 des Systems 10 erleichtert die Zirkulation
von Substrat durch das System 10 während des normalen Betriebs
des Systems. Insbesondere kann das Substrat durch die Strömung bei
A vom Gefäß 12 zum
Fach 14 und durch die Strömung bei B vom Fach 14 zum
Gefäß 12 zirkuliert
werden. Das Fach 14 verhindert auch im Wesentlichen die Einleitung
der Reinigungslösung,
die von der Quelle 18 empfangen wird, vom Fach 14 in
Kontakt mit dem im Gefäß 12 enthaltenen
Substrat.
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Das
in 1 dargestellte System 10 ist zum Entnehmen
von Permeat aus einem Substrat durch einen Filter und zum zumindest
teilweisen Reinigen des Filters in situ ausgelegt. Bei der Verwendung
ist das Fach 14 so vorgesehen, dass es zumindest teilweise
den Filter 16 umgibt. Während
des normalen Betriebs des Systems 10 wird Substrat vom
Gefäß 12 in
das Fach 14 in Form der Strömung bei A eingeleitet. Das
Permeat wird durch den Filter 16 aus dem im Fach 14 empfangenen
Substrat entnommen, wie bei D angegeben. Während des normalen Betriebs
wird auch ein Teil des empfangenen Substrats vom Fach 14 zum
Gefäß 12 zurückgeführt, wie
bei B angegeben.
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Der
Reinigungsvorgang des Systems 10 ist in 1 unter
Verwendung von gestrichelten Linien dargestellt. Insbesondere wird
während
des Reinigungsvorgangs eine Strömung
von Substrat in das Fach 14 vom Gefäß 12, wie bei A angegeben,
verhindert. Das Permeat wird zum Fach 14 und/oder durch den
Filter 16 zurückgeführt, wie
bei F angegeben. Die Reinigungslösung
wird bei E von der Quelle 18 in das Fach 14 und/oder
den Filter 16 und in Kontakt mit den äußeren Oberflächen des
Filters 16 eingeleitet. Die Reinigungslösung kann dann aus dem Fach 14 entleert
werden, wie bei C angegeben, falls erforderlich.
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Das
Verfahren wird durchgeführt,
während der
Filter 16 in situ oder an Ort und Stelle in Bezug auf das
Fach 14 und Gefäß 12 gehalten
wird. Mit anderen Worten, der Filter 16 wird während des
normalen Betriebs des Systems 10 und während des Reinigungsvorgangs
des Systems 10 an der Stelle gehalten. Der Filter 16 muss
daher nicht aus dem Fach 14 entfernt werden, um eine tiefe
Reinigung durchzuführen.
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Mit
Bezug nun auf 2 ist ein schematisches Diagramm
einer Ausführungsform
eines Systems und Verfahrens gemäß dieser
Erfindung vorgesehen. Wie das System 10 ist das System 100 zum Entnehmen
von Permeat aus einem Substrat durch einen Filter 116 und
zum zumindest teilweisen Reinigen des Filters 116 in situ
ausgelegt.
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Das
System 100 umfasst ein Gefäß 112, das so konfiguriert
ist, dass es Substrat enthält.
In dieser Ausführungsform
wird das Substrat in das Gefäß 112 über eine
Zuführung
H' eingeführt. Das
System 100 umfasst auch ein Fach 114, das zum
Aufnehmen von Substrat vom Gefäß 112 verbunden
ist. In dieser Ausführungsform wird
das Substrat in das Fach 114 vom Gefäß 112 mittels einer
Zirkulationspumpe 120 geliefert, die das Substrat in Richtung
des Fachs 114 drängt,
wie bei A' angegeben.
Das Fach 114 ist zum Zurückführen eines Teils des empfangenen
Substrats zum Gefäß 112 während des
normalen Betriebs des Systems verbunden.
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In
dieser Ausführungsform
ist das Fach 114 zumindest teilweise innerhalb des Gefäßes 112 angeordnet
und weist eine zumindest teilweise offene Oberseite auf, um das Überlaufen
des Substrats aus dem Fach 114 in das Innere des Gefäßes 112 zu
ermöglichen,
wie bei B' angegeben.
Um die Tendenz für
die Konzentration von Biofeststoffen im Fach 114 zu verhindern
oder zu verringern, ist ein signifikanter Teil des im Fach 114 empfangenen
Substrats zur Rückführung, wie
bei B' angegeben,
in das Gefäß 112 vorgesehen.
Vorzugsweise wird die Mehrheit des im Fach 114 aufgenommenen
Substrats zum Gefäß 112 zurückgeführt. Das
Fach 114 umfasst auch eine Öffnung zur Abführung aus
dem System 100. In dieser Ausführungsform ist ein Ventil 126 vorgesehen, um
die Abführungsströmung zu
steuern, wie bei C' angegeben.
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Ein
Filter 116 ist zumindest teilweise innerhalb und vorzugsweise
vollständig
innerhalb des Fachs 114 angeordnet. Der Filter 116 ist
zum Entnehmen von Permeat aus dem Substrat im Fach 114 während des
normalen Betriebs des Systems verbunden. In dieser Ausführungsform
ist eine Permeatpumpe 122 mit dem Filter 116 verbunden,
um Permeat vom Filter 116 zu einem Permeattank 124 zu
liefern, wie bei D' angegeben.
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Eine
Quelle 118 für
Reinigungslösung
ist zum Einleiten der Reinigungslösung in das Fach 114 und
in Kontakt mit den äußeren Oberflächen des
Filters 116 während
des Reinigungsvorgangs des Systems 100 verbunden. In dieser
Ausführungsform
liefert die Quelle 118 Reinigungslösung, wie bei E' angegeben, so dass
sie in das Fach 114 (und/oder den Filter 116)
zum Kontakt mit dem Filter 116 eintritt.
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Das
Fach 114 erleichtert die Zirkulation des Substrats durch
das System 100 während
des normalen Betriebs des Systems und verhindert im Wesentlichen
die unbeabsichtigte Einleitung der Reinigungslösung vom Fach 114 in
Kontakt mit dem innerhalb des Gefäßes 112 enthaltenden
Substrats während
des Reinigungsvorgangs.
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Zusätzliche
Reinigungsmerkmale können auch
im System 100 vorgesehen sein. Permeat kann beispielsweise
durch den Filter 116 zurückgeführt werden, um eine periodische
Gegenpulsierung des Filters 116 vorzusehen, um die teilweise
Reinigung des Filters 116 zu erleichtern. Rührluft kann
auch nahe dem Filter 116 eingeleitet werden, um zu bewirken,
dass der Filter schwingt und sich biegt, obwohl die Quelle für eine solche
Rührluft
in 2 nicht gezeigt ist.
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Während der
Verwendung des Systems 100 und während des normalen Betriebs
wird Substrat vom Gefäß 112 in
das Fach 114 mittels einer Zirkulationspumpe 120 eingeleitet,
wie bei A' angegeben. Permeat
wird durch den Filter 116 aus dem Substrat entnommen, das
im Fach 114 empfangen wird, und wird mittels der Permeatpumpe 122 zum
Permeattank 124 geliefert, wie bei D' angegeben. Ein Teil des empfangenen
Substrats wird vom Fach 114 zum Gefäß 112 zurückgeführt, wie
bei B' angegeben.
Die Strömung
bei B' ist vorzugsweise
größer als
die Strömung
bei D'. Am bevorzugtesten
nähert
sich das Verhältnis
der Substratströmung
bei B' zur Permeatströmung bei
D' 5:1 oder übersteigt
dieses sogar.
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Der
Reinigungsvorgang des Systems 100 ist durch gestrichelte
Linien angegeben. Während
des Reinigungsvorgangs des Systems 100 wird die Strömung von
Substrat in das Fach 114 vom Gefäß 112 verhindert (durch
Deaktivierung der Zirkulationspumpe 120). Das Permeat wird
vom Permeattank 124 in das Fach 114 und/oder den
Filter 116 zurückgeführt, wie
bei F' angegeben.
Eine Reinigungslösung
wird von der Quelle 118 in das Fach 114 (und/oder
den Filter 116) und in Kontakt mit den Oberflächen des
Filters 116 eingeleitet, wie bei E' angegeben. Die Reinigungslösung wird
anschließend
aus dem Fach 114 mittels Öffnen des Ventils 126,
um eine Strömung
bei C' zu induzieren,
entleert. Um den Reinigungsvorgang zu unterstützen, kann Rührluft oder
ein anderes Gas benachbart zum Filter 116 eingeleitet werden, wie
bei G' angegeben.
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In
der Erfindungsausführungsform,
die in 2 dargestellt ist, wird eine Aufschlämmung von Biofeststoffen
von einem gut gemischten Reaktionsbereich innerhalb des Gefäßes 112 durch
das Fach 114 mit einer Rate gleich mehreren Malen der Permeatentnahmerate
zirkuliert. Die überschüssige Biofeststoff-Aufschlämmung läuft über das
Fach 114 über,
wodurch sie in den Reaktionsbereich im Gefäß 112 zurückkehrt.
Die hohe Rate, die für
den Überlauf bevorzugt
ist, verhindert eine übermäßige Konzentration
von Biofeststoffen im Fach 114. Frische zugeführte Flüssigkeit
wird zum Reaktorgefäß 112 (bei
H') mit einer Rate
zugegeben, die etwa gleich der Rate ist, mit der sie als Permeat
entnommen wird.
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Wenn
eine periodische chemische Reinigung erforderlich ist, wird das
Fach 114 von der Flüssigkeit
oder Aufschlämmung
(mittels des Ventils 126) isoliert und entleert. Das Fach 114 wird
dann mit gespeicherten Wasser, das vorher durch die Membran verarbeitet
wurde (vom Permeattank 124), zusammen mit den Reinigungschemikalien
nachgefüllt.
Wie beschrieben, kann Luft oder anderes Rühren während des Reinigungszeitraums
angewendet werden, wie bei G' angegeben.
Nach dem Reinigungszeitraum kann die Reinigungslösung aus dem Fach 114 entleert
werden, falls erforderlich, und das Fach 114 kann mit Biofeststoffen,
Flüssigkeit
oder Aufschlämmung
nachgefüllt
werden. Der Filter 116 kann in den normalen Betrieb zurückgeführt werden.
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Diese
Ausführungsform
der Erfindung verleiht mehrere signifikante Vorteile. Insbesondere muss
der Filter nicht aus dem Reaktorgefäß zur Reinigung entfernt werden.
Folglich ist eine Aufrüstanlage
zur Filterentfernung nicht erforderlich und die Armaturenverbindungen
für den
Filter müssen
nicht abgetrennt/wieder verbunden werden. Das System 100 beseitigt
auch den Bedarf für
einen externen Reinigungstank, in den der Filter verlagert werden
soll, wodurch Bodenraum und die zugehörige Armatur eingespart werden.
Die zum Reinigen erforderliche Zeit wird folglich verringert. Außerdem macht
es die Einführung
des Fachs, das zumindest teilweise den Filter umgibt, in das Gefäß unnötig, ein
großes
Volumen von Biofeststoff-Flüssigkeit
oder -Aufschlämmung
zu verwerfen oder zu transportieren oder ein großes Volumen von Reinigungslösung bereitzustellen.
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Mit
Bezug nun auf 3 ist ein schematisches Diagramm
einer weiteren Ausführungsform
eines Systems und Verfahrens gemäß dieser
Erfindung dargestellt. Wie die Systeme 10 und 100 ist
das in 2 dargestellte System 200 zum Entnehmen von
Permeat aus einem Substrat durch einen Filter und zum zumindest
teilweisen Reinigen des Filters in situ ausgelegt. Wie das System 100 verwendet
das System 200 auch ein Gefäß 212, ein Fach 214,
einen Filter in Form einer Membrankassette 216, eine Quelle 218 für eine Reinigungslösung, eine
Zirkulationspumpe 220, eine Permeatpumpe 222 und
einen Permeattank 224.
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Das
System 200 ist mit einer Zufuhrquelle oder einer Substratquelle 254 versehen.
Die Zufuhrquelle 254 ist mit einer Leitung 256 verbunden,
durch die eine Zuführung
oder Substrat in das Innere des Gefäßes 212 eingeleitet
wird, wie in 3 angegeben. Das Substrat wird
in das Fach 214 vom Gefäß 212 mittels
einer Zirkulationspumpe 220 geliefert. Insbesondere erstreckt
sich eine Leitung 202 von der Wand des Gefäßes 212 zur
Zirkulationspumpe 220 und Leitungen 204 und 206 erstrecken
sich von der Zirkulationspumpe 220 zu einer Stelle innerhalb
des Fachs 214, wie beschrieben wird. Ein Ventil 208 ist entlang
der Leitung 206 angeordnet, um die Strömung des Substrats zwischen
der Zirkulationspumpe 220 und dem Fach 214 durch
die Leitung 206 zu steuern.
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Innerhalb
des Fachs 214 ist ein Diffusorrohr 210 mit einer
Reihe von Öffnungen
angeordnet, um die Strömung
des Substrats aus dem Diffusorrohr 210 in das Innere des
Fachs 214 zu ermöglichen.
Die Leitung 206 ist mit einem Endabschnitt des Diffusorrohrs 210 verbunden,
um Substrat in das Innere des Diffusorrohrs 210 einzuleiten.
Das Diffusorrohr 210 ist vorzugsweise ein gerades Rohr,
das sich in Bezug auf die Bodenfläche des Fachs 214 im
Wesentlichen horizontal erstreckt.
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Das
System 200 umfasst auch Mittel zum Liefern von Materialien
wie z. B. Abfallfeststoffen vom Fach 214 oder zum Entleeren
des Fachs 214. Insbesondere erstreckt sich eine Leitung 226 von
einem Ende des Diffusorrohrs 210 (einem Ende entgegengesetzt
zu dem mit der Leitung 206 verbundenen Ende) für die Ausströmung von
Abfallfeststoffen sowie Reinigungslösungen aus dem Fach 214,
wie später beschrieben
wird. Die Leitung 226 ist mit einer Leitung 228 verbunden,
die wiederum mit einem Abfallfeststoff-Behälter 230 verbunden
ist. Ein Ventil 232, das entlang der Leitung 228 angeordnet
ist, steuert die Strömung
von Materialien vom Fach 214 und vom Diffusorrohr 210 durch
die Leitung 228 zu dem Abfallfeststoff-Behälter 230.
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Eine
Leitung 234 ist auch mit der Leitung 226 verbunden,
die wiederum mit einer Fachentleerung 236 verbunden ist.
Ein Ventil 238, das entlang der Leitung 234 angeordnet
ist, steuert die Strömung
von Materialien vom Fach 214 und vom Diffusorrohr 210 in
Richtung der Fachentleerung 236 durch die Leitung 234.
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Das
Gefäß 212 wird
als "gut gemischter Tank" betrachtet, da es
mit einer Mischpumpe versehen ist, die eine Zirkulation von Substrat
im Gefäß 212 herbeiführt. Der
Zweck besteht darin, Biofeststoffe im Substrat während des Betriebs des Systems 200 suspendiert
zu halten. Insbesondere erstreckt sich eine Leitung 240 von
der Wand des Gefäßes 212,
um Substrat vom Gefäß 212 zu
einer Misch pumpe 242 zu liefern. Die Mischpupe 242 drängt das Substrat
entlang einer Leitung 244 von der Leitung 240,
so dass es in einen Mischer wie z. B. einen Mischabzug 248 eintritt.
Der Mischabzug 248 kann in Form eines Moduls wie z. B.
einer Kapsel mit radial orientierten Düsen vorgesehen sein, wie z.
B. die in 3 gezeigte Ausführungsform.
Alternativ kann der Mischabzug 248 in Form eines Rohrs
wie z. B. eines geraden Rohrs vorgesehen sein, das sich zumindest teilweise über den
Durchmesser des Gefäßes 212 mit
einer Reihe von Auslassöffnungen
erstreckt. Die Verwendung eines geraden Rohrs im Gegensatz zu einer
Kapsel kann für
größere Tanks
bevorzugt sein, die einen übermäßigen Durchmesser
aufweisen können.
Andere Formen eines Einlasses wie z. B. des Abzugs 248 sind
auf dem Fachgebiet bekannt und diese können gegen die in 3 dargestellte
Form ausgetauscht werden. Auf dem Fachgebiet sind auch andere Formen
von Mischen mit oder ohne Verwendung von Luft oder anderen Gasen
bekannt.
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Das
System 200 umfasst auch eine Quelle 250 für Mischluft
oder ein anderes Gas, die/das sich entlang der Leitung 252 bewegt,
in den Mischabzug 248 eintritt und in das Innere des Gefäßes 212 eingeleitet
wird. Die Einleitung von Mischluft in den Mischabzug 248 zum
Mischen mit dem Substrat erzeugt ein Rühren, das das Mischen des Substrats und
der Suspension der Biofeststoffe innerhalb des Gefäßes 212 fördert. Die
Einleitung von Luft, falls Luft verwendet wird, stellt auch eine
Sauerstoffquelle bereit, um die biologische Aktivität zu unterstützen, die innerhalb
des Gefäßes 212 auftritt.
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Das
System 200 umfasst auch eine Membrankassette 216,
die sich zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig innerhalb
des Inneren des Fachs 214 erstreckt. Die Membrankassette
dieser Ausführungsform
ist ein eintauchbarer Membranfilter mit einer Reihe von Hohlfasermembranen,
die sich zwischen Rohrverteilern erstrecken. Permeat wird durch
die Membrankassette 216 durch Permeation durch die Wände der
Hohlfasermembranen, Transport des Permeats durch die Membranen zu
den angeschlossenen Rohrverteilern und Entfernung des Permeats durch
ein Rohrleitungssystem mit verringertem Druck extrahiert. Insbesondere
besitzt die Membrankassette 216 des Systems 200 einen
unteren Rohrverteiler 264, einen oberen Rohrverteiler 266 und
eine Reihe von Membranen wie z. B. die Hohlfasermembranen 268,
die sich im Wesentlichen vertikal zwischen dem unteren Rohrverteiler 264 und dem
oberen Rohrverteiler 266 erstrecken. Die Fasern 268 sehen
eine Barriere vor, durch die das Permeat während des normalen Betriebs
des Systems 200 gesaugt wird, um das Permeat aus dem Substrat zu
extrahieren.
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Wie
verständlich
ist, wird, wenn ein Vakuum im Inneren der Fasern 268 gesaugt
wird, das Permeat durch die Wände
der hohlen Fasern 268 und in das Innere der hohlen Fasern 268 gesaugt,
so dass das Permeat über
den unteren und den oberen Rohrverteiler 264 und 266 zur
Extraktion aus dem System 200 extrahiert werden kann. Mit
anderen Worten, durch Erzeugen einer Druckdifferenz über der
Dicke der Wände
der hohlen Fasern 268, wobei der Druck an der Außenseite
der Fasern 268 größer ist
als der Druck innerhalb des Inneren der Fasern 268, wird veranlasst,
dass das Permeat durch die Poren in den Wänden der hohlen Fasern 268 und
in deren Inneres zur Extraktion aus dem System 200 fließt. Biofeststoffe
wie z. B. Biomasse werden durch die Fasern 268 blockiert
und bleiben im Fach.
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Das
System 200 umfasst auch eine Membranluft- oder andere Gasquelle 258,
die Luft oder anderes Gas in eine Leitung 260 einleitet,
so dass es zu einem Luftrohrverteiler 262 transportiert
werden kann, der benachbart zu oder zumindest teilweise innerhalb
der Membrankassette 216 angeordnet ist. Der Luftrohrverteiler 262 umfasst
Luftauslässe
oder -düsen
(nicht dargestellt), die die Strömung
von Luftblasen benachbart zu den Membranen 268 der Membrankassette 216 ermöglichen.
Solche Luftblasen können
helfen, die Rate zu verringern, mit der eine dünne Schicht von Biomasse auf
den äußeren Oberflächen der
Membranen 268 gebildet wird. Luft von der Membranluftquelle 258 fördert auch
gewöhnlich das
Mischen des Substrats (und der Reinigungslösung, wie beschrieben wird)
innerhalb des Fachs 214.
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Immer
noch mit Bezug auf 3 erstrecken sich ein Paar von
Leitungen 270, 272 von der Membrankassette 216 nach
oben, wobei die Leitung 270 zum Ermöglichen der Strömung von
Permeat vom unteren Rohrverteiler 264 nach oben verbunden
ist und die Leitung 272 zum Ermöglichen der Strömung von
Permeat vom oberen Rohrverteiler 266 nach oben verbunden
ist. Die Leitungen 270 und 272 sind mit einer
Leitung 274 verbunden und ein Ventil 276 ist entlang
der Leitung 274 vorgesehen, um die Strömung von Permeat durch die
Leitung 274 zu steuern.
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Mit
der Leitung 274 ist eine Leitung 278 verbunden,
die wiederum mit einer Lüftungsöffnung 280 für die Entlüftung von
ungelöster
Luft aus dem Permeat verbunden ist, die in das Permeat von einer äußeren Quelle
wie z. B. der Memb ranluftquelle 258 eingeführt worden
sein kann. Mit der Leitung 274 ist auch eine Leitung 282 verbunden,
die sich nach oben erstreckt, und eine Permeatpumpe 222 ist
entlang der Leitung 282 angeschlossen, um die Strömung von
Permeat durch die Leitung 282 zu drängen.
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Als
Alternative zur Verwendung der Permeatpumpe 222 wurde entdeckt,
dass eine Schwerkraftströmung
verwendet werden kann, um Permeat von der Membrankassette 216 zu
einem Permeattank 224 (oder direkt zu einer Abführung) zu
transportieren. Insbesondere wenn die Höhe der Membrankassette 216 über jener
des Permeats im Permeattank 224 gehalten wird, strömt das Permeat
dann von der Membrankassette 216 zum Permeattank 224 durch die
Wirkung des Atmosphärendrucks
und eines Siphoneffekts. Die Konfiguration des Fachs 214 und der
Membrankassette 216 in der in 3 dargestellten
Ausführungsform
macht es daher möglich,
die Permeatpumpe 222 und die zum Betreiben der Pumpe erforderliche
Energie zu beseitigen, wenn zumindest ein Teil des Permeattanks 224 unter
den Filter umgeordnet wird.
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Wenn
eine "gepulste Reinigung" durchgeführt wird
(wie später
beschrieben), ist zu erkennen, dass eine Pumpe erforderlich sein
kann, um Permeat vom Permeattank 224 zur Membrankassette 216 zurückzuführen, wenn
der Permeattank 224 in einer Höhe unter dem Filter angeordnet
ist. Eine solche Pumpe würde
auf Grund der bevorzugten unstetigen Art des Vorgangs der "gepulsten Reinigung" (wie später beschrieben)
im Vergleich zum im Wesentlichen kontinuierlichen Betrieb der Permeatpumpe 222 während des
Reinigungsvorgangs weniger laufen als die Permeatpumpe 222.
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Mit
der Leitung 282 ist eine Leitung 284 verbunden,
an der ein Ventil 286 vorgesehen ist, um den Durchfluss
durch die Leitung 284 zu steuern. Die Leitung 284 ist
wiederum mit einem Permeattank 224 verbunden, der so ausgelegt
ist, dass er Permeat enthält
und sammelt, das aus dem Substrat im Gefäß 212 extrahiert wird.
Das Permeat innerhalb des Permeattanks 224 läuft in eine
Prallwanne 225 über,
aus der das Permeat oder der Abfluss vom System 200 zur
Verwendung oder zur Weiterverarbeitung entfernt wird.
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Mit
dem unteren Abschnitt des Permeattanks 224 ist eine Leitung 288 zum
Liefern von Permeat zur Leitung 282 verbunden. Ein Ventil 290 ist
entlang der Leitung 288 vorgesehen, um die Strömung von
Permeat vom Permeattank 224 zur Leitung 282 zu
steuern. Mit der Leitung 282 ist auch eine Leitung 292 für die Strömung von
Permeat von der Leitung 282 zu den Leitungen 294 und 296 verbunden.
Die Leitung 294 ist mit einem Ventil 295 versehen,
um die Strömung
von Permeat durch diese zu steuern, und die Leitung 296 ist
mit einem Ventil 297 versehen, um die Strömung von
Permeat durch diese zu steuern. Die Leitung 294 ist zwischen
der Leitung 292 und der Leitung 274 angeschlossen.
Im Gegensatz dazu ist die Leitung 296 zwischen der Leitung 292 und
dem Fach 214 für
die Lieferung der Strömung
in das Fach 214 angeschlossen.
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Die
Quelle 218 für
die Reinigungslösung
ist mit der Leitung 292 mittels einer Leitung 298 verbunden,
die sich zwischen der Quelle 218 und der Leitung 292 erstreckt,
um die Strömung
von Reinigungslösung
von der Quelle 218 zum Rest des Systems 200 zu
ermöglichen.
Unter anderen bekannten Reinigungslösungen sind Chlorlösungen bevorzugt.
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Der
bevorzugte Betrieb des Systems 200 wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben.
Drei allgemeine Betriebe des Systems werden hinsichtlich des "normalen Betriebs" des Systems 200,
während dessen
Permeat aus dem Substrat extrahiert wird, einer "gepulsten Reinigung" des Systems 200, die vorzugsweise
periodisch während
des normalen Betriebs stattfindet, und einer "tiefen Reinigung" des Systems 200, die vorzugsweise
während
einer Unterbrechung des normalen Betriebs stattfindet, beschrieben.
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Im
Allgemeinen wird das Substrat in das Gefäß 212 zugeführt, zum
Fach 214 zirkuliert und das Permeat wird durch die Membrankassette 216 während des
normalen Betriebs des Systems 200 entfernt. Das Permeat
wird zum Permeattank 224 oder alternativ direkt zur Abführung geliefert.
Gleichzeitig wird das Substrat im Gefäß 212 gemischt, um
einen gut gemischten Tank aufrechtzuerhalten.
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Während der
gepulsten Reinigung, die vorzugsweise periodisch während des
normalen Betriebs des Systems 200 stattfindet, wird das
Permeat in die Membrankassette 216 in einer umgekehrten Strömungsrichtung
(durch eine Pumpe oder durch Atmosphärendruck) zurückgepulst,
um zu helfen, die Ansammlung von Biofeststoffen oder anderen organischen
oder anorganischen Verschmutzungen auf den Oberflächen der
Fasern 268 der Membrankassette 216 zu verringern.
Ein solcher gepulster Reinigungsvorgang kann in zeitlich gesteuerten
Intervallen für
eine kurze Dauer durchgeführt
werden. Die gepulste Reinigung kann beispiels weise und nur für Erläuterungszwecke
zweimal pro Stunde, jedes Mal für
eine vorbestimmte Dauer von etwa einer Minute durchgeführt werden.
Andere Intervalle (mehr oder weniger häufig) und Dauern (länger oder
kürzer)
werden natürlich
in Betracht gezogen.
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Während der
tiefen Reinigung wird das im Fach 214 enthaltene Substrat
entleert und gegen eine Reinigungslösung für einen vorbestimmten Zeitraum
ausgetauscht, um eine chemische Reinigung der Fasern 268 der
Membrankassette 216 herbeizuführen. Anschließend kann
die Reinigungslösung entleert
und gegen Substrat aus dem Gefäß 212 ausgetauscht
werden, falls erforderlich, um das System 200 zum normalen
Betrieb zurückzubringen.
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Jede
der normalen, gepulsten Reinigungs- und tiefen Reinigungsvorgänge wird
nachstehend genauer beschrieben. Im Hinblick auf den normalen Betrieb
wird die Zirkulationspumpe 220 betätigt und das Ventil 208 wird
geöffnet,
so dass das Substrat vom Gefäß 212 in
das Diffusorrohr 210 zur Einleitung in das Innere des Fachs 214 gedrängt werden
kann. Das Ventil 232 an der Leitung 228 kann während des normalen
Betriebs periodisch geöffnet
werden, um einiges der Biofeststoffe, die sich ansonsten innerhalb
des Fachs 214 ansammeln können, zu extrahieren. Während des
normalen Betriebs wird das Ventil 238 an der Leitung 234 geschlossen,
um eine Strömung
von Substrat aus dem Fach 214 in Richtung der Fachentleerung 236 zu
verhindern.
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Das
System 200 ist so ausgelegt, dass die Durchflussrate des
Substrats aus dem Gefäß 212 in das
Fach 214 die Durchflussrate des Permeats von der Membrankassette 216 für die Entfernung
aus dem System 200 übersteigt.
Folglich ist die Durchflussrate des Substrats durch das Diffusorrohr 210 in das
Fach 214 größer als
die Durchflussrate des Permeats aus dem Fach 214. Daher
besteht ein Überlauf des
Substrats über
die obere Kante oder Lippe des Fachs 214 in das Gefäß 212.
Für die
Zwecke der Erläuterung
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung ist, wenn die Durchflussrate des Permeats von der
Membrankassette 216 "X" ist und wenn die Durchflussrate
des Substrats aus dem Gefäß 212 in das
Fach 214 "6X" ist, dann die Überlaufrate
des Substrats aus dem Fach 214 zurück in das Gefäß 212 ungefähr "5X" (6X – X = 5X).
Es sollte beachtet werden, dass ein gewisser zusätzlicher Auslauf von Material
durch das Ventil 232 und in den Abfallfeststoff-Behälter 230 während des
normalen Betriebs des Systems stattfindet. Folglich würde in dem
bereitgestellten Beispiel erwartet werden, dass der Überlauf
des Substrats aus dem Fach 214 in das Gefäß 212 zurück tatsächlich geringfügig kleiner
als 5X wäre.
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Es
wurde entdeckt, dass der Überlauf
von überschüssigem Substrat
aus dem Fach zurück
in das Gefäß mehrere
Vorteile verleiht. Hauptsächlich sieht
ein solcher Überlauf
eine zusätzliche
Zirkulation für
das System 200 vor, wodurch eine gleichmäßigere Suspension
von Biomasse im Substrat aufrechterhalten wird. Der Überlauf
hilft auch, die Membrankassette innerhalb des Substrats im Fach
so zu halten, dass sie vollständig
eingetaucht bleibt. Der Überlauf erzeugt
auch ein Strömungsmuster
benachbart zur Membrankassette, um die Ansammlung von Biomasse im
Fach und auf den Membranoberflächen
zu verringern.
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Immer
noch während
des normalen Betriebs wird die Permeatpumpe 222 betätigt und
die Ventile 276 und 286 werden geöffnet, um
das Permeat durch die Grenze, die durch die Fasern 268 bereitgestellt ist,
in den unteren und den oberen Rohrverteiler 264 und 266,
durch die Leitungen 270 und 272 zur Leitung 274,
durch die Leitung 282 und die Leitung 284 zur
Lieferung in das Innere des Permeattanks 224 zu saugen.
Alternativ, wie vorher beschrieben, muss die Permeatpumpe 222 nicht
verwendet werden, wenn die Höhen
der Fasern 268 und des Permeattanks 224 derart
eingestellt sind, dass der Atmosphärendruck bewirkt, dass das
Permeat von den Fasern zum Tank strömt.
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Das
Permeat verlässt
dann den Permeattank 224 durch den mit Prallwanne versehenen
Bereich 225 zur Verwendung oder zur Weiterverarbeitung.
Alternativ kann das Permeat direkt zu einer Abführung geliefert werden, wenn
der Permeattank gefüllt
ist, oder es kann den Permeattank vollständig umgehen. Während eines
solchen normalen Betriebs werden die Ventile 290, 295 und 297 geschlossen
(außer
wie nachstehend während
der gepulsten Reinigung angegeben), um die Rückkehr von Permeat in Richtung der
Membrankassette 216 zu verhindern.
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Auch
während
des normalen Betriebs des Systems 200 wird eine Zuführung von
Substrat von der Zuführungsquelle 254,
durch die Leitung 256 und in das Gefäß 212 eingeleitet.
Um das eingeleitete Substrat in einem gut gemischten Zustand zu
halten, wird die Mischpumpe 242 entweder periodisch oder kontinuierlich
betätigt,
um das Substrat vom Gefäß 212 durch
die Leitungen 240 und 244 und in den Mischabzug 248 zu
transportieren. Gleichzeitig wird Mischluft von einer Quelle 250 für Mischluft
oder anderes Gas durch die Leitung 252 und in den Mischabzug 248 eingeleitet,
um sie/es mit dem Substrat zu vermischen. Die Düsen am Mischabzug 248 liefern ein
Gemisch von Substrat und Mischluft vom Mischabzug 248 in
das Gefäß 212 zurück, um einen gut
gemischten Tank aufrechtzuerhalten.
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Membranluft
wird auch während
des normalen Betriebs des Systems 200 von der Membranluftquelle 258 durch
die Leitung 260, durch den Luftrohrverteiler 262 und
in das Fach 214 benachbart zu den Fasern 268 der
Membrankassette 216 eingeleitet. Die so eingeleitete Membranluft
hilft, ein Rühren
im Substrat benachbart zu den Fasern vorzusehen, um die Tendenz
der Biomasse, sich in Form einer dünnen Schicht auf der Oberfläche der
Fasern abzusetzen, zu verringern. Während des normalen Betriebs des
Systems 200 wird auch Luft von der Leitung 274, durch
die Leitung 278 zur Lüftungsöffnung 280 entlüftet, um
ungelöste
Luft aus dem System abzuführen.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird die gepulste Reinigung vorzugsweise
in vorbestimmten Intervallen und für vorbestimmte Dauern während des ganzen
normalen Betriebs des Systems 200 durchgeführt. Insbesondere
werden in den festgelegten Intervallen und für die festgelegte Dauer die
Ventile 290 und 295 geöffnet und die Ventile 276 und 286 werden geschlossen,
so dass die Permeatpumpe 222 (oder Atmosphärendruck,
wie vorstehend beschrieben) das Permeat aus dem Tank 224;
durch die Leitungen 288, 282, 292, 294, 270 und 272;
und in die Rohrverteiler 264 und 266 für die Strömung in
die Fasern 268 drängen
kann. Diese Umkehrströmung
bewirkt, dass das Permeat in der entgegengesetzten Richtung des normalen
Betriebs durch die Faserwände
in einer solchen Weise strömt,
dass der Aufbau von Biomasse auf den Außenwänden der Fasern verringert
wird. Wenn das Permeat entlang der Leitung 292 eingeleitet
wird, wird es vorzugsweise mit Reinigungslösung vermischt, die von der
Quelle 218 entlang der Leitung 298 eingeleitet
wird.
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Der
tiefe Reinigungsvorgang des Systems 200 wird nun wieder
mit Bezug auf das in 3 dargestellte System 200 beschrieben.
Anfänglich
wird zum Beenden des normalen Betriebs des Systems 200 die
Lieferung von Substrat vom Gefäß 212 in
das Fach 214 durch Deaktivieren der Zirkulationspumpe 220 und
Schließen
des Ventils 208 unterbrochen. Das Substrat innerhalb des
Fachs 214 wird dann durch Schließen des Ventils 232 und Öffnen des
Ventils 238 entleert, so dass das Substrat im Fach 214 entlang
der Leitungen 226 und 234 in die Fachentleerung 236 entleert
wird. Diese Entleerungsprozedur wird durch die Strömung von Substrat
durch die Öffnungen
im Diffusorrohr 210 für
die Strömung
vom Inneren des Diffusorrohrs 210 in die angeschlossene Leitung 226 erleichtert.
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Die
Ventile 276, 286 und 295 werden geschlossen
und die Permeatpumpe 222 wird betätigt, um Permeat vom Permeattank 224;
durch die Leitungen 288, 282, 292 und 296;
und in das Fach 214 zu liefern. Die Reinigungslösung wird
gleichzeitig von der Quelle 218 entlang der Leitung 298 geliefert,
um sie mit dem eingeleiteten Permeat in der Leitung 292 zu
vermischen. Das Fach 214 wird mit einem Gemisch von Permeat
und Reinigungslösung
gefüllt,
bis es vorzugsweise eine Höhe über dem
oberen Rohrverteiler 266 der Membrankassette 216 erreicht
(so dass die Membrankassette vollständig in das Permeat/Reinigungslösungs-Gemisch
eingetaucht ist), aber unter der oberen Lippe des Fachs 214 (so
dass das Permeat/Reinigungslösungs-Gemisch
nicht über
die Kante des Fachs in das Innere des Gefäßes 212 für das Mischen
mit dem Substrat, das sich noch im Inneren des Gefäßes 212 befindet, überläuft). Folglich wird
das Substrat innerhalb des Gefäßes 212 nicht von
einer beträchtlichen
Menge von Reinigungslösung
kontaktiert und daher wird verhindert, dass die Reinigungslösung die
Biomasse im Substrat angreift, was ansonsten die Fähigkeit
der Biomasse, das Substrat zu behandeln, beeinträchtigen könnte.
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Die
Membrankassette 216 wird dann in der Reinigungslösung für einen
vorbestimmten Zeitraum "getränkt", um die Menge an
Biomasse, die sich auf den Oberflächen der Fasern 268 der
Membrankassette 216 angesammelt haben kann, zu beseitigen oder
zu verringern. Obwohl verschiedene Dauern in Abhängigkeit von den speziellen
Bestandteilen des Substrats und der Biomasse und anderen Faktoren ausgewählt werden
können,
ist die Dauer des Reinigungsvorgangs vorzugsweise mehrere Stunden
und vorzugsweise nicht kürzer
als vier Stunden oder länger.
Eine solche "tiefe
Reinigung" kann
vorteilhafterweise einmal pro Monat des normalen Betriebs oder in
mehr oder weniger häufigen
Intervallen in Abhängigkeit
von den Bedürfnissen
des Systems und der Rate, mit der ein Biofilm auf den Fasern erzeugt
wird, durchgeführt
werden. In Verbindung mit dem Tränken der
Membrankassette 216 in der Reinigungslösung für die vorbestimmte Dauer kann
Membranluft wahlweise von der Membranluftquelle 258 entlang
der Leitung 260 und durch den Luftrohrverteiler 262 zugegeben
werden, um zusätzliches
Rühren
für die Entfernung
von Biomasse von der Oberfläche
der Fasern 268 vorzusehen.
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Zusätzlich zur
Zugabe von Membranluft (oder als Alternative zur Membranluft) kann
der vorher beschriebene gepulste Reinigungsvorgang während des
Reinigungsvorgangs durchgeführt
werden, um Permeat (mit oder ohne Reinigungslösung) in das Innere der Fasern 268 für die Rückströmung durch die
Membrankassette 216 einzuleiten. Eine solche Kombination
von gepulster Reinigung und tiefer Reinigung kann vorteilhaft sein,
um die Beseitigung von Biomasse von den Faseroberflächen zu
beschleunigen.
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Nachdem
die ausgewählte
Dauer des Reinigungszyklus abgelaufen ist, kann das Ventil 238 geöffnet werden,
so dass die Reinigungslösung
aus dem Fach 214 durch das Diffusorrohr 210, die
Leitungen 226 und 234 zur Lieferung zur Fachentleerung 236 entleert
werden kann. Nachdem die Reinigungslösung aus dem Fach 214 entleert
wurde, kann der normale Betrieb des Systems 200 (vorstehend
beschrieben) erneut gestartet werden, indem wiederum Substrat vom
Gefäß 212 in
das Fach 214 eingeleitet wird.
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Wenn
die Reinigungslösung
während
der Dauer des Reinigungsvorgangs neutralisiert oder verbraucht wird,
dann ist es alternativ möglich,
direkt zum normalen Betrieb des Systems 200 weiterzugehen,
ohne das Fach 214 zu entleeren. Mit anderen Worten, wenn
die Toxizität
der Reinigungslösung während des
Reinigungsvorgangs ausreichend abgebaut wird, so dass sie nicht übermäßig die
Aktivität der
Biomasse hemmt, dann kann das Substrat einfach in das Fach 214 und
in Kontakt mit der Reinigungslösung
eingeleitet werden, um den normalen Betrieb des Systems 200 herbeizuführen. Die
verbrauchte Reinigungslösung
wird dann im Substrat zum Mischen im Fach 214 und Gefäß 212 verdünnt. Die
Fähigkeit,
den Entleerungsschritt zu beseitigen, durch den die Reinigungslösung aus
dem Fach 214 entleert wird, wie vorstehend beschrieben,
hängt von der
Art der verwendeten Reinigungslösung,
vom Volumen der Reinigungslösung,
das im Fach 214 enthalten ist, vom Bestandteil der Biomasse,
von der Dauer des Reinigungsvorgangs und von anderen Faktoren ab.
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Diese
Erfindung wurde mit Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen,
die für
die Erläuterung
ausgewählt
wurden, in 2 und 3 der Zeichnungen
beschrieben. Es ist jedoch zu erkennen, dass viele Veränderungen
und Modifikationen der Ausführungsformen,
die zur Erläuterung
ausgewählt
wurden, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden
können.
Die Struktur der Gefäße und Fächer, die
schematisch in 2 und 3 dargestellt
sind, kann breit variieren, während
dieselbe Funktion aufrechterhalten wird. Die relative Positionierung
des Fachs in Bezug auf das Gefäß, vorausgesetzt,
dass das Fach ganz oder teilweise innerhalb des Gefäßes angeordnet
ist, ist für
die Erfindung nicht entscheidend, obwohl die schematisch in 2 und 3 dargestellten
Konfigurationen bevorzugt sind. Die Rohr- und Ventilschemen, die
in 3 aufgezeichnet sind, können auch modifiziert werden,
damit sie an eine spezielle Verwendung oder ein spezielles System
angepasst werden. Die Art von verwendetem Filter zum Entnehmen von
Permeat kann variieren, selbst wenn bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf eintauchbare Filter wie z. B. Hohlfasermembranen
beschrieben wurden.