DE60104720T2 - Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage - Google Patents

Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage Download PDF

Info

Publication number
DE60104720T2
DE60104720T2 DE60104720T DE60104720T DE60104720T2 DE 60104720 T2 DE60104720 T2 DE 60104720T2 DE 60104720 T DE60104720 T DE 60104720T DE 60104720 T DE60104720 T DE 60104720T DE 60104720 T2 DE60104720 T2 DE 60104720T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mass flow
quality
filtration
permeability
der
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60104720T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60104720D1 (de
Inventor
Nathalie Vincent
Corrine Cabassud
Michel Cabassud
Laurence Durand-Bourlier
Jean-Michel Laine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ondeo Services
Original Assignee
Ondeo Services
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ondeo Services filed Critical Ondeo Services
Application granted granted Critical
Publication of DE60104720D1 publication Critical patent/DE60104720D1/de
Publication of DE60104720T2 publication Critical patent/DE60104720T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22Controlling or regulating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/444Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2321/00Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/02Forward flushing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2321/00Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/20By influencing the flow
    • B01D2321/2033By influencing the flow dynamically
    • B01D2321/2058By influencing the flow dynamically by vibration of the membrane, e.g. with an actuator

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb von Anlagen zum Filtrieren auf Membranen und spezieller die Regelung von solchen Anlagen durch Erstellen von voraussagenden Modellen der Verstopfung durch neuronale Netzwerke, gemäß dem Patentanspruch 1.
  • Man weiß, dass der Gebrauch von Membranen, insbesondere zur Ultrafiltration, im Laufe der letzten Jahre allgemein üblich geworden ist, insbesondere auf dem Gebiet der Produktion von Trinkwasser oder Industriewasser. Die dazu verwendeten Hohlfasermembranen erlauben es, den Anforderungen an die Qualität der Wässer selbst im Falle einer Verschlechterung der Ressourcen gerecht zu werden.
  • Umfangreiche Forschungen haben derzeit das Ziel, die Produktivität der Anlagen zur Trink- oder Industriewassergewinnung zu verbessern, die solche Membranen verwenden. Diese Forschungen beruhen auf der Kenntnis verschiedener Faktoren und Erscheinungen, die mit der Filtration von Oberflächenwässern oder anderen Fluiden von variabler Qualität zusammenhängen. Der erste Faktor, der die Leistung der Membranen begrenzt, liegt in der Ablagerung von Partikeln auf der Oberfläche und/oder in den Poren der Membranen. Dieser erste Faktor ist eine kurzfristige Erscheinung. Um diese Partikel, die sich auf den Membranen in Form einer Schicht oder eines Belags ablagern, zu entfernen, führt man periodisch hydraulische, pneumatische oder hydropneunatische Waschungen durch. Der zweite begrenzende Fakter ist die Absorption von organischen Materien an der Oberfläche der Membranen und in den Poren dieser letzteren, wobei dieser Faktor eine Langzeit-Erscheinung bildet.
  • Der Anteil der Verstopfung der Membranen, der durch hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Waschungen entfernt werden kann, wird oft als reversible Verstopfung bezeichnet, während der andere Anteil irreversible Verstopfung genannt wird.
  • Es gibt zahlreiche Parameter, die mit der Verstopfung der zur Behandlung des Wassers verwendeten Membranen im Zusammenhang stehen. Es handelt sich einerseits um Parameter bezüglich der Qualität der zu behandelnden Flüssigkeit und andererseits um Arbeitsparameter, wobei diese beiden Typen von Parametern voneinander abhängen.
  • Man versteht, dass eine der Vorgehensweisen, die es erlauben zu wissen, wie die Produktivität der Filtrations-Anlage erhöht werden kann, in einem besseren Verständnis der Erscheinungen liegt, die mit der Verstopfung der Membranen im Zusammenhang stehen. Zu diesem Zweck gelangt man zu einer Erstellung eines Modells der Membran-Anlage. Wenn auch eine sehr große Anzahl von der Verstopfung gewidmeten Untersuchungen existiert, so sind doch die Modelle, die realisiert wurden, nicht dazu anwendbar, die Verstopfung der Membranen durch komplexe Flüssigkeiten wie natürliche Wässer zu beschreiben. Es gibt jedoch eine gewisse Anzahl von viel versprechenden Werkzeugen, die es erlauben, Simulationsmodelle zu entwickeln. Unter diesen kann man die künstlichen neuronalen Netzwerke angeben. Solche Netzwerke sind mit Erfolg bei der Voraussage von Leistungen im Kurzzeitbereich benutzt worden. Außerdem hat man sich vorgenommen, ein Modell zu entwickeln, das es ermöglicht, eine Voraussage der Produktivität einer Trinkwasser-Gewinnungsanlage zu treffen, wobei diese Voraussage zugleich auf der Qualität des zu behandelnden Wassers und auf den Langzeit-Arbeitsparametern beruht, wobei eine minimale Anzahl von Parametern berücksichtigt wird. Zu diesem Thema kann man sich auf die Veröffentlichung „NEURAL NETWORKS FOR LONG TERM PREDICTION OF FOULING AND BACKWASH EFFICIENCY IN ULTRAFILT-RATION FOR DRINKING WATER PRODUCTION" von N. Delgrange-Vincent et al. Beziehen, erschienen in „Désalination" (Entsalzung), 131, Seiten 353 – 362, 2000.
  • Man bezieht sich nun auf die 1 der beigefügten Zeichnungen, die schematisch eine Pilot-Anlage zur Ultrafiltration darstellt, die zur Trinkwassergewinnung benutzt wird.
  • In dieser Figur wurde schematisch der Modul der Ultrafiltration des Hohlfaser-Typs dargestellt. Das zu behandelnde Wasser wird zuvor vorgefiltert, dann mithilfe einer Pumpe P1 in die Umlaufschleife des Moduls eingeführt, wobei eine Pumpe P2 den Umlauf in der Schleife sicherstellt.
  • Die auf die Qualität des Wassers bezogenen Faktoren sind die folgenden:
    • – Temperatur T;
    • – Leitfähigkeit;
    • – pH-Wert;
    • – Konzentration des gelösten Sauerstoffs (O2);
    • – COT (Gesamtmenge des organischen Kohlenstoffs);
    • – Redoxpotenzial EH;
    • – Trübung (Tur);
    • – Ultraviolett-Absorption (uv).
  • Die Arbeitsparameter der Anlage sind die folgenden:
    • – Druckabfall über die Membranen, Ptm ;
    • – Massenstrom des Permeats, QP;
    • – Umlauf-Massenstrom, QC;
    • – Reinigungsstrom der Umlauf-Schleife, QPruge;
    • – Filtrationsdauer, tF;
    • – Rückspülungsdruck, PRL;
    • – Rückspülungsdauer, tRL;
    • – Massenstrom der hydraulischen Rückspülung, QRL;
    • – die Konzentration von Chlor (oder anderer chemischer Zusatzstoffe) des Rückspülwassers, [Cl2]RL ;
    • – die charakteristischen Parameter der Einspritzung von Zusatzstoffen während des Filtrationszyklus, zu dem Zweck, die Leistungen der Filtration und/oder die Qualität des gefilterten Ausflusses zu erhöhen.
  • Die Anlage produziert einen konstanten Massenstrom von Permeat QP, was eine Zunahme des Drucks während der Filtrationsperiode mit sich bringt. Der Umlauf- Massenstrom QC gibt die Zulaufgeschwindigkeit am Einlass des Moduls wieder. Man führt periodisch hydraulische Waschungen der Membranen mit gefiltertem und mit Chlor versetztem Wasser durch. Man kann so das Verstopfungsniveau der Membran senken.
  • Der hydraulische Gesamt-Widerstand des Ultrafiltrationsmoduls wird ausgedrückt durch die Beziehung: R = Tmp / (μ · QP / S),worin μ die Viskosität des Wassers ist, abhängig von der Temperatur, Tmp der mittlere Druckabfall über die Membran und S die Membranoberfläche.
  • Der Gesamtwiderstand umfasst den Widerstand der Membran, den Widerstand aufgrund von reversibler Verstopfung und den Widerstand aufgrund von irreversibler Verstopfung. Bei einem konstanten Permeat-Massenstrom nimmt der Widerstand während der Filtrationsperiode zu, und er nimmt nach einer Rückspülung ab, so wie es in der 2 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
  • Folglich wird eine Produktionskurve aus Zyklen gebildet, deren jeder durch den Widerstand (Rf) am Ende des Filtrationszyklus und am Beginn des folgenden Zyklus, d. h. nach hydraulischer Spülung (Rd), gekennzeichnet ist. Schwankungen der Zeitdauern der Zyklen (Rf) und (Rd) genügen also, um die Variationen des Filtrationsprozesses zu kennzeichnen und zu beschreiben.
  • Die Leistungen einer Anlagensteuerung können ausgedrückt werden durch:
    • – die Rohproduktion, d. h. den Permeat-Massenstrom am Ausgang des Moduls, und
    • – die Netto-Produktion, die die Wasserverluste bei den Spülungen und den Produktionsausfall während der Spülzeiten berücksichtigt.
  • Im Fall einer Rückspülung wird der Netto-Massenstrom ausgedrückt durch die Beziehung: QPnetto = (VF – VRL) / (tF + tRL) in der bedeuten:
    • VF das filtrierte Volumen;
    • VRL das Rückspülvolumen;
    • tF die Filtrationsdauer und
    • tRL die Rückspüldauer.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regeln einer Anlage zur Filtration auf Membranen zu schaffen, das so gestaltet ist, dass die irreversible Verstopfung der Membranen vermieden wird, wobei zugleich die Produktivität maximiert wird (die durch ein geeignetes Kriterium wie die Netto-Produktion bewertet wird), welcher Qualität auch immer die Flüssigkeit am Einlauf der Anlage ist. In anderen Worten besteht das zu lösende Problem darin, die Leistungen einer Filtrationsanlage auf die Qualität der einlaufenden Flüssigkeit einzusteuern; diese Einsteuerung ist direkt abhängig von der Entwicklung der Verstopfung der besagten Anlage, wobei diese Entwicklung durch Modellerstellung in neuronalen Netzwerken vorausgesagt wird, derart, dass die Langzeit-Funktion der Filtrationsanlage simliert wird, wobei das Modell es erlaubt, die Anlage in Echtzeit zu überwachen und zu steuern.
  • Wenn man sich auf das Konzept des kritischen Flusses bezieht, so wie es in der Literatur erörtert wird, ist es zu bevorzugen, mit einem hinreichend geringen Fluss zu arbeiten, um eine reversible Verstopfung vollständig zu vermeiden. Außerdem hat man beobachtet, dass die Intensität der irreversiblen Verstopfung mit der Zeit zunimmt, wenn der hydraulische Widerstand der Membranen am Zyklusbeginn ansteigt. Diese Feststellung bedeutet, dass, je mehr die Membran verstopft ist, desto mehr die Intensität der irreversiblen Verstopfung zunimmt. Es stellt sich dann ein Problem, das durch die Tatsache verursacht ist, dass der produzierte Fluss extrem schwach ist, wenn das behandelte Wasser von schlechter Qualität ist. Ein Kompromiss besteht darin, in jedem Zyklus die operativen Bedingungen so zu finden, dass es selbst bei aufkommender Verstopfung möglich ist, diese durch hydraulische Waschung zu beseitigen, und außerdem dafür zu sorgen, dass diese Verstopfung nicht irreversibel ist.
  • Um diese Regelung auszuführen, ist es möglich, auf eine gewisse Anzahl von Arbeitsparametern einzuwirken, welche, wie man weiter oben gesehen hat, ausgewählt werden können aus:
    • – dem Druckabfall über die Membran, Ptm;
    • – dem Permeat-Massenstrom, QP;
    • – dem Umlauf-Massenstrom, QC, ggf. mit Übergang von einem Umlauf-Modus zu einem Frontal-Modus;
    • – dem Reinigungsstrom der Umlauf-Schleife, QPurge;
    • – der Filtrationsdauer, tF;
    • – dem Rückspüldruck, PRL;
    • – der Rückspüldauer, tRL;
    • – dein Massenstrom der hydraulischen Rückspülung, QRL;
    • – der Konzentration von Chlor (oder anderer chemischer Zusatzstoffe) des Rückspülwassers, [Cl2]RL;
    • – den charakteristischen Parametern der Einspritzung von Zusatzstoffen während des Filtrationszyklus, zu dem Zweck, die Leistungen der Filtration und/oder die Qualität des gefilterten Ausflusses zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung hat, zu Beispielzwecken, für diese Regelung einerseits die Filtrationsdauer und andererseits den Permeat-Massenstrom aufgegriffen, wobei wohlgemerkt auch andere Kombinationen von Arbeitsparametern ins Spiel gebracht werden können, ohne insoweit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Man hätte auch sich vornehmen können, mit minimalem Permeat-Massenstrom und minimaler Filtrationsdauer zu arbeiten, um so die vorsichtigste Annäherung bezüglich der Verstopfungs-Erscheinung auszuwählen, aber in diesem Fall wäre die Produktivität zu gering. Erfindungsgemäß beeinflusst man also die Parameter der Produktivität, wie z. B. Permeat-Massenstrom und Filtrationsdauer, um einen Kompromiss zwischen der höchsten Produktion von Wasser einerseits und der Intensität der Verstopfung andererseits zu finden, wobei die Quantifizierung dieses Kompromisses mithilfe eines Modells in neuronalen Netzwerken erhalten wird, welches in Abhängigkeit von der Qualität der zu behandelnden Flüssigkeit und von dem Zu stand der Membran in einem gegebenen Zyklus die Entwicklung der Permeabilität der Membran über der Zeit auf einem bestimmten Horizont berechnet, wobei die Qualität der Flüssigkeit auf diesem Horizont simuliert wird (konstant oder variabel).
  • A priori können zwei Fälle sich darstellen:
    • 1.) die Qualität der zu behandelnden Flüssigkeit ist so beschaffen, dass die Verstopfung der Membran in dem Voraussage-Horizont stark zunimmt, wobei der Stand der Verstopfung der Membran durch Parameter wie den hydraulischen Widerstand, die Permeabilität oder den Druckabfall über die Membran beschrieben werden kann. Es ist dann notwendig, die Leistungen, die man vom Modul der Membran-Filtration verlangt (solche wie z. B. Massenstrom und/oder Filtrationsdauer), zu verringern, um abzuwarten, dass die Qualität der behandelten Flüssigkeit sich verbessert;
    • 2.) die Qualität der Flüssigkeit ist relativ gut und die Intensität der Verstopfung der Membran bleibt gering. Dann kann man die Produktion des folgenden Zyklus erhöhen.
  • Man hat zuvor gesehen, dass der Zustand der Membran in einem gegebenen Zyklus durch ihre Permeabilität gekennzeichnet werden kann, durch ihren hydraulischen Widerstand am Beginn des Zyklus oder ihren Druckabfall. Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren setzt sich zum Ziel ein Grenzniveau der Verstopfung am Zyklusbeginn, das durch eine Grenz-Permeabilität (Lp_c) gekennzeichnet ist, und man bewirkt, dass die Anlage mit einer Permeabilität arbeitet, die gleich oder höher als dieser Wert ist.
  • So wird man gemäß der Erfindung in jedem Zyklus k:
    • 1.) in der Steuerung die Werte aller Parameter erfassen, die für die Qualität und die Betriebsbedingungen in dem Modell notwendig sind;
    • 2.) diese an den Eingang des Modells der neuronalen Netzwerke eingeben, welches den Widerstand auf einen gewissen Voraussage-Horizont berechnen wird, was es erlaubt, die Permeabilität am Ende von H Zyklen vorauszusehen, also Lp(k+H). Für diese Berechnungen geht man davon aus, dass die Qualitätsparameter und die Arbeitsbedingungen des Moduls für H Zyklen konstant und gleich den entsprechenden Werten des Zyklus k sind. Es ist auch möglich, einen konstanten Wert anzunehmen, der gleich den Mittelwerten in n Zyklen ist, die dem Zyklus k vorausgehen. Man kann auch so verfahren, dass ein Profil von Veränderungen der Werte dieser Parameter über H Zyklen in Betracht gezogen wird.
    • Zwei Fälle können sich darstellen:
    • – Fall A : Lp(k+H) < Lp_c : dies bedeutet, dass sich die Membran über die festgesetzten Grenzen hinaus verstopft. Es ist also notwendig, die vorgegebene Produktivität zu verringern.
    • – Fall B : Lp(k+H) > Lp_c : dies bedeutet, dass es kein unmittelbares Risiko der Verstopfung der Membran gibt. Es ist also möglich, die den Modulen vorgegebene Produktivität zu erhöhen, indem man auf einen oder mehrere der Arbeitsparameter einwirkt, so in diesem nicht einschränkenden Beispiel auf den Permeat-Massenstrom und/oder die Filtrationsdauer.
    • 3.) Man berechnet mithilfe des Modells die Permeabilität am Ende von H Zyklen, d. h. Lp(k+H) für alle Paare: Permeat-Massenstrom Qp und Filtrationsdauer tF, und man wählt das Paar aus, für das man Lp(k+H) > Lp_c erhält und für das die Produktivität am höchsten ist. Man könnte auch eine Methode zum Optimieren des Netto-Massenstroms benutzen.
  • Es bleibt zu bestimmen, welche Parameter sinnvollerweise für die Anwendung dieser Regelung auszuwählen sind. Es ist notwendig auszuwählen:
    • – den Voraussage-Horizont H;
    • – die minimalen und maximalen zulässigen Werte der Parameter der Produktivität, wie z. B. Permeat-Massenstrom und Filtrationsdauer;
    • – die Schritte der Veränderung dieser Parameter und
    • – den Wert der Grenz-Permeabilität Lp_c.
  • Diese Auswahl der Regelungs-Parameter wird mithilfe von Regelungs-Simulationen der Steuerung durchgeführt.
  • Man hat diese Simulationen nach der hiervor erörterten Vorgehensweise ausgeführt. Um die Antwort des Modells zu testen, hat man sechs Manipulationen ausgeführt, während denen es Abweichungen des hydraulischen Widerstands des Moduls gab oder nicht. Man hat die entsprechenden Kurven der Qualität des Wassers über der Zeit aufgezeichnet.
  • In jedem Zyklus k hat man dem Eingang des Modells die experimentellen Parameter und die Arbeitsbedingungen am Beginn des Zyklus zugeführt, und das neuronale Netzwerk hat im Schleifenmodus den hydraulischen Widerstand auf einem Horizont von H Zyklen berechnet, wobei es von der Hypothese ausging, dass alle Eingangsparameter während dieser Zyklen konstant seien. Man hat so die Permeabilität Lp_i(k+H) am Ende von H Zyklen erhalten, und man berechnet den Netto-Massenstrom Qp_net_i.
  • Man hat sodann alle Paare (Qp; tF) getestet, die man auf den folgenden Zyklus anwenden konnte, und man hat für jeden die Permeabilität Lp(k+H) am Ende von H Zyklen berechnet.
    • – Wenn Lp_i(k+H) > Lp_c, behält man das Paar bei, für das der Netto-Massenstrom höher als Qp_net_i ist, aber mit der Bedingung, dass Lp(k+H) > Lp_c ;
    • – Wenn Lp_i(k+H) < Lp_c, behält man das Paar bei, für das man erhält Lp(k+H) > Lp_c, wobei der Netto-Massenstrom, wenn möglich, erhöht wird.
  • Sodann wird das neuronale Netzwerk benutzt, um die reelle Antwort der Steuerung im folgenden Zyklus k+1 zu simulieren, man gibt dort die Vorgaben für den Permeat-Massenstrom Qp und der Filtrationsdauer tF ein, die zuvor berechnet wurden, so wie die neuen Parameter der Qualität des Wassers und der Betriebsbedingungen. Das Netzwerk berechnet den Widerstand am Ende des Zyklus und am Beginn des folgenden Zyklus.
  • Um eventuelle wesentliche Veränderungen der Qualität der zu behandelnden Flüssigkeiten zu berücksichtigen, ist es notwendig, einen hinreichend großen Horizont zu bestimmen, damit eine Abweichung des hydraulischen Widerstands einbezogen wird, der jedoch genügend gering sein muss, damit man annehmen kann, dass die Wasserqualität auf dem Horizont H konstant bleibt.
  • Auch die Schritte der Veränderungen und Grenzen des Permeat-Massenstroms und der Filtrationsdauer wurden bestimmt, die zum Anwenden der Regelung ausgewählt werden müssen. Die Schritte der Veränderung sind die Intervalle zwischen den unterschiedlichen Massenstrom-Werten und Zeiten, die zum Optimieren des Netto-Massenstroms getestet wurden.
  • Schließlich hat man den Einfluss der Auswahl des Wertes der Grenz-Permeabilität Lp_c auf die Steuerbefehle und auf die Drift der Permeabilität getestet.
  • Diese Simulationen haben es erlaubt, das Regelungsverfahren gemäß der Erfindung zu bewerten, indem man sich des Modells der neuronalen Netzwerke bediente, um die Antwort der Steuerung zu simulieren. Man konnte so nachweisen, dass die Permeabilität auf einem besonders hohen Niveau gehalten wurde und dass der Netto-Massenstrom in Bezug auf eine konventionelle Arbeitsweise ohne Regelung erhöht wurde.
  • Diese Technik wurde sodann direkt vor Ort auf der Pilotanlage der Ultrafiltration ausgewertet.
  • Man hat den Algorithmus der Regelung konstruiert. Die wesentlichen Punkte der Strategie, von der ausgehend dieser Algorithmus konstruiert wurde, waren die folgenden:
    • – Veränderungen der Regelung der Filtrationsdauer und des Permeat-Massenstroms (jeweils tF und Qp) zwischen den festgesetzten Minimal- und Maximal-Grenzen;
    • – für den Permeat-Massenstrom die Veränderung von einem Zyklus zum nächsten begrenzt auf 5 l / h m2 ;
    • – Ermittelung für jeden Zyklus des Paares (tF und Qp), das den höchsten Netto-Massenstrom produziert mit der Bedingung Lp(k+H) > Lp_c, wobei Lp_c fest ist;
    • – im Falle dass tF = tF_min., Qp = Qp_min und sobald Lp(k+H) < Lp_c,
    Erzeugung eines Alarms. In einer Ausführungsform bewirkt der Alarm ein generelles Anhalten der Pilotanlage. Man kann jedoch eine eher fortschreitende Folge von Aktionen vorsehen, wie eine Alarmschwelle, von der an man die Regelungen während einiger Zyklen auf einem Minimum hält, und eine andere Schwelle, von der an man die Pilotanlage anhält oder auch den Eingriff einer Bedienperson anfordert.
  • Das Schema des Algorithmus ist in 3 dargestellt.
  • Die bei dem Algorithmus verwendeten Konstanten sind:
    • – die Vorgabe der Permeabilität : Lp_c;
    • – die Länge, in Zyklen, des Voraussage-Horizontes : H;
    • – die Minimal- und Maximal-Grenzen der Veränderung von Qp und tF Qp min, Qp max, tF_min, tF_max ;
    • – die Schritte der Veränderung von Qp und tF beim Testen aller Paare (Qp, tF) : ΔQp und ΔtF.
  • Die lokalen Variablen sind
    • – der Permeat-Massenstrom Qp und die Filtrationsdauer tF;
    • – Qp_net0, der Netto-Massenstrom, der als Bezugswert zum Vergleichen der Leistungen der Paare (Qp und tF) beibehalten wird;
    • – die Veränderungen von Qp, die von einem Zyklus zum nächsten begrenzt sind auf 5 l / h · m2, Qp_tief und Qp hoch sind die Werte der Grenzen, zwischen denen Qp variieren kann,
    • – Qp_i und Qp_net_i und Lp_i sind der Massenstrom, der Netto-Massenstrom und die Permeabilität jeweils zum Beginn;
    • – Lp ist der Vektor der Permeabilitäten, die durch das neuronale Netzwerk berechnet werden;
    • – Qp_net ist der Netto-Massenstrom, der mit den aktuellen Werten von Qp und tF berechnet wird;
    • – Qp_c und tF_c sind die Werte der Regelungen, die vom Massenstrom und der Dauer beibehalten werden, die in Aufruf-Variablen am Ausgang des Programms übergeben werden;
    • – Alarm ist eine boolesche Variable, die am Ausgang des Programms ausgegeben wird, und die angibt, ob man sich in einem kritischen Arbeitsbereich befindet oder nicht.
  • Die Aufruf-Variablen sind:
    • – am Eingang : T, Qp, tF , Qc, Tur, COT, O2, pH, UV, EH, Xi, PRL, [Cl2]RL, tRL, Ptm;
    • – am Asgang : Qp, tF, Alarm.
  • In dem Block „Initialisierungen" initialisiert man Qp_c und tF_c jeweils zu Qp_min und tF_min und den Alarm zu 0.
  • Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ist vor Ort ausgetestet worden. Ein Beispiel der während ungefähr einer Woche von Versuchen erhaltenen Resultate wird durch die Kurven der 4a bis 4c und 5a bis 5c dargestellt, in denen man auf den Abszissen die Anzahl von Arbeits-Zyklen findet und auf den Ordinaten die unterschiedlichen gemessenen Parameter der Qualität des Wassers, der Permeabilität, der Voraussage der Permeabilität nach H Zyklen durch das Modell und die Regelungen des Permeat-Massenstroms und der Filtrationsdauer.
  • Es war dank der Erfindung möglich, eine Permeabilität oberhalb einer festgesetzten Grenze während mehrerer Tage beizubehalten, indem auf die Filtrationsdauer tF und auf den Permeat-Massenstrom Qp eingewirkt wurde, um das Auftreten von Verstopfungen der Ultrafiltrations-Membranen zu begrenzen.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Regeln einer Anlage zur Filtration auf Membranen, insbesondere in einer Anlage zum Gewinnen von Trinkwasser, das so gestaltet ist, dass die irreversible Verstopfung der Membranen vermieden wird, wobei zugleich die Produktivität maximiert wird, welcher Qualität auch immer die Flüssigkeit am Einlauf der Anlage ist, wobei ein Grenz-Verstopfungsniveau vorgegeben wird und die Regelung so arbeitet, dass die Anlage mit einem Verstopfungsniveau arbeitet, das gleich oder geringer als diese Grenze ist, wobei dieses Verfahren darin besteht, die Arbeitsparameter der Anlage auf die von der Qualität der zu behandelnden Flüssigkeit vorgegebenen Anforderungen zu steuern, in Funktion von Voraussagen über die Entwicklung der Verstopfung der Membranen, welche durch Modellerstellung in neuronalen Netzen derart ausgeführt werden, dass die Langzeit-Funktion der Anlage bei der Filtration auf Membranen simuliert wird, wobei das Modell es erlaubt: – in Funktion von der Qualität der einfließenden Flüssigkeit und vom Zustand der Membranen während eines gegebenen Zyklus die Entwicklung des Zustandes der Verstopfung besagter Membranen über der Zeit für einen vorbestimmten Horizont zu berechnen, wobei diese Berechnung für eine simulierte, konstante oder variable Qualität der einfließenden Flüssigkeit auf diesem Horizont (H) durchgeführt wird, und – die Arbeitsparameter der Anlage zu regeln und einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Produktionszyklus: – in der Anlage die experimentellen Werte aller Parameter der Qualität und der Betriebsbedingungen bestimmt werden; – die Parameter am Eingang des in neuronalen Netzen behandelten Modells der Voraussage der Verstopfung eingespeist werden, welches die Entwicklung der Verstopfung auf einen Voraussage-Horizont (H) berechnet, was es erlaubt, die Permeabilität am Ende von H Zyklen der Produktion vorher zu sehen; – der Netto-Zuflussstrom vermindert wird, wenn die Permeabilität am Ende von H Zyklen geringer ist als die Grenz-Permeabilität (Lp_c) und – der Netto-Zuflussstrom erhöht wird, wenn die Permeabilität am Ende von H Zyklen höher ist als die Grenz-Permeabilität (Lp_c), indem man auf den Massenstrom des Permeats und/oder auf die Zeit für die Filtrierung einwirkt, und – die jeweiligen Werte des Paares: Massenstrom des Permeats – Zeit für die Filtrierung derart eingesteuert werden, dass die Permeabilität am Ende von H Zyklen gleich oder höher ist als die Grenz-Permeabilität (Lp_c) und dass der Netto-Massenstrom so hoch wie möglich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die jeweiligen Werte eines oder mehrerer der folgenden Arbeitsparameter einsteuert – Massenstrom des Permeats oder Druckabfall über die Membran, je nachdem, ob in der Produktion mit konstantem Druck oder mit konstantem Massenstrom gearbeitet wird; – Zeit für die Filtrierung; – Umlauf-Massenstrom, mit möglichem Durchlauf eines Modus der Rezirkulation zu einem Frontal-Modus; – Auswaschungs-Massenstrom der Umlaufschleife; – Dauer der Rückspülung; – Druck der Rückspülung oder Massenstrom der Rückspülung, je nachdem, ob bei der Rückspülung mit konstantem Druck oder mit konstantem Massenstrom gearbeitet wird; – Konzentration von gelöstem Chlor oder jedes anderen Additivs in dem Wasser für die Rückspülung und – Einspritz- oder Dosierungsparameter eines Additivs während des Filtrierungs-Zyklus.
DE60104720T 2000-12-13 2001-12-04 Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage Expired - Fee Related DE60104720T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0016249A FR2817768B1 (fr) 2000-12-13 2000-12-13 Procede de regulation d'une installation de filtration sur membranes
FR0016249 2000-12-13
PCT/FR2001/003828 WO2002047800A1 (fr) 2000-12-13 2001-12-04 Procede de regulation d'une installation de filtration sur membranes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60104720D1 DE60104720D1 (de) 2004-09-09
DE60104720T2 true DE60104720T2 (de) 2005-08-04

Family

ID=8857608

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE0001343575T Pending DE01270376T1 (de) 2000-12-13 2001-12-04 Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage
DE60104720T Expired - Fee Related DE60104720T2 (de) 2000-12-13 2001-12-04 Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE0001343575T Pending DE01270376T1 (de) 2000-12-13 2001-12-04 Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage

Country Status (16)

Country Link
US (1) US20050258098A1 (de)
EP (1) EP1343575B1 (de)
JP (1) JP2004515350A (de)
KR (1) KR20030064815A (de)
CN (1) CN1214852C (de)
AT (1) ATE272437T1 (de)
AU (2) AU1616702A (de)
BR (1) BR0115432A (de)
CA (1) CA2431305A1 (de)
DE (2) DE01270376T1 (de)
ES (1) ES2209672T3 (de)
FR (1) FR2817768B1 (de)
PL (1) PL362113A1 (de)
PT (1) PT1343575E (de)
TR (1) TR200301649T3 (de)
WO (1) WO2002047800A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012202111A1 (de) * 2012-02-13 2013-08-14 Krones Ag Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Filteranlagen zur Ultrafiltration

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPR421501A0 (en) 2001-04-04 2001-05-03 U.S. Filter Wastewater Group, Inc. Potting method
AUPR692401A0 (en) 2001-08-09 2001-08-30 U.S. Filter Wastewater Group, Inc. Method of cleaning membrane modules
AUPS300602A0 (en) 2002-06-18 2002-07-11 U.S. Filter Wastewater Group, Inc. Methods of minimising the effect of integrity loss in hollow fibre membrane modules
NZ545206A (en) 2003-08-29 2009-03-31 Siemens Water Tech Corp Backwash
US8808540B2 (en) 2003-11-14 2014-08-19 Evoqua Water Technologies Llc Module cleaning method
WO2005092799A1 (en) 2004-03-26 2005-10-06 U.S. Filter Wastewater Group, Inc. Process and apparatus for purifying impure water using microfiltration or ultrafiltration in combination with reverse osmosis
JP4094584B2 (ja) * 2004-07-07 2008-06-04 株式会社日立製作所 膜ろ過処理装置の運転支援装置
CN101043933B (zh) 2004-09-07 2012-09-05 西门子工业公司 反洗废液的减少
CA2579857A1 (en) 2004-09-14 2006-03-23 Siemens Water Technologies Corp. Membrane filtration module and cleaning process
CA2579894A1 (en) 2004-09-15 2006-03-23 Siemens Water Technologies Corp. Continuously variable aeration
NL1027050C2 (nl) * 2004-09-16 2006-03-20 Norit Membraan Tech Bv Werkwijze voor het filtreren van een fluïdum.
CA2589630C (en) 2004-12-03 2010-11-23 Asahi Kasei Chemicals Corporation Method of estimating stable state membrane filtration flux
WO2006066350A1 (en) 2004-12-24 2006-06-29 Siemens Water Technologies Corp. Simple gas scouring method and apparatus
CA2591408C (en) 2004-12-24 2015-07-21 Siemens Water Technologies Corp. Cleaning in membrane filtration systems
JP2008539054A (ja) 2005-04-29 2008-11-13 シーメンス・ウォーター・テクノロジーズ・コーポレイション 膜フィルターのための化学洗浄
AU2006269733B2 (en) 2005-07-12 2011-10-20 Zenon Technology Partnership Process control for an immersed membrane system
SG164499A1 (en) 2005-08-22 2010-09-29 Siemens Water Tech Corp An assembly for water filtration using a tube manifold to minimise backwash
JP2009523062A (ja) * 2006-01-12 2009-06-18 シーメンス・ウォーター・テクノロジーズ・コーポレーション ろ過プロセスにおける改良型運転方法
US8293098B2 (en) 2006-10-24 2012-10-23 Siemens Industry, Inc. Infiltration/inflow control for membrane bioreactor
US8318028B2 (en) 2007-04-02 2012-11-27 Siemens Industry, Inc. Infiltration/inflow control for membrane bioreactor
US9764288B2 (en) 2007-04-04 2017-09-19 Evoqua Water Technologies Llc Membrane module protection
WO2008132186A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-06 Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek (Vito) Supervisory control system and method for membrane cleaning
KR20170092708A (ko) 2007-05-29 2017-08-11 에보쿠아 워터 테크놀로지스 엘엘씨 수처리 시스템
CN105921017B (zh) * 2008-02-19 2019-08-13 Abb研究有限公司 膜分离过程的在线性能管理
CN102112213B (zh) 2008-07-24 2016-08-03 伊沃夸水处理技术有限责任公司 用于膜过滤模块的框架系统
FR2934853B1 (fr) * 2008-08-06 2012-07-27 Otv Sa Procede de traitement d'eau optimise.
AU2009282912B2 (en) 2008-08-20 2014-11-27 Evoqua Water Technologies Llc Improved membrane system backwash energy efficiency
AU2010101488B4 (en) 2009-06-11 2013-05-02 Evoqua Water Technologies Llc Methods for cleaning a porous polymeric membrane and a kit for cleaning a porous polymeric membrane
KR101133664B1 (ko) * 2009-12-16 2012-04-12 한국건설기술연구원 분리막을 이용한 수처리 시스템에서 유전자 알고리즘/프로그래밍을 이용한 막오염지수 예측모델 기반 완화 세정 방법 및 시스템
US9914097B2 (en) 2010-04-30 2018-03-13 Evoqua Water Technologies Llc Fluid flow distribution device
WO2011153625A2 (en) * 2010-06-10 2011-12-15 Ramila Hishantha Peiris Method for fluorescence-based fouling forecasting and optimization in membrane filtration operations
CN103118766B (zh) 2010-09-24 2016-04-13 伊沃夸水处理技术有限责任公司 膜过滤系统的流体控制歧管
CA2850522C (en) 2011-09-30 2021-03-16 Evoqua Water Technologies Llc Shut-off valve for isolation of hollow fiber membrane filtration module
SG11201401089PA (en) 2011-09-30 2014-04-28 Evoqua Water Technologies Llc Improved manifold arrangement
WO2013093537A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Abb Technology Ltd A method and a system for monitoring and control of fouling and and optimization thereof of two side membrane fouling process
KR102108593B1 (ko) 2012-06-28 2020-05-29 에보쿠아 워터 테크놀로지스 엘엘씨 포팅 방법
DE112013004713T5 (de) 2012-09-26 2015-07-23 Evoqua Water Technologies Llc Membransicherungsvorrichtung
US9962865B2 (en) 2012-09-26 2018-05-08 Evoqua Water Technologies Llc Membrane potting methods
EP2900356A1 (de) 2012-09-27 2015-08-05 Evoqua Water Technologies LLC Gaswäscher für tauchmembranen
KR101542617B1 (ko) 2012-12-03 2015-08-06 삼성에스디아이 주식회사 분리막 세정 시스템 및 이를 이용한 분리막 세정 방법
US10427102B2 (en) 2013-10-02 2019-10-01 Evoqua Water Technologies Llc Method and device for repairing a membrane filtration module
CN104162363B (zh) * 2014-07-23 2016-08-17 常州大学 一种用于优化膜洗滤过程处理时间的控制方法
CA2957927C (en) 2014-08-12 2022-07-12 Water Planet, Inc. Intelligent fluid filtration management system
EP3322511B1 (de) 2015-07-14 2022-09-07 Rohm & Haas Electronic Materials Singapore Pte. Ltd Belüftungsvorrichtung für filtrationssystem
KR102097552B1 (ko) * 2018-03-28 2020-04-07 광주과학기술원 역삼투막 오염 예측 모델의 표본 입력 데이터 양 결정 방법 및 이를 이용한 장치
DE102018218440A1 (de) * 2018-10-19 2020-04-23 Krones Ag Membranfilteranlage und Verfahren zur Regelung derselben
EP3789104A1 (de) * 2019-09-09 2021-03-10 SUEZ Groupe Verfahren und system zur filtration einer flüssigkeit
CN113979494A (zh) * 2021-12-08 2022-01-28 珠海格力电器股份有限公司 净水机及净水机控制方法
WO2024083714A1 (en) * 2022-10-18 2024-04-25 F. Hoffmann-La Roche Ag Filtration system, method for predicting a maintenance condition of the filtration system and method for predicting a recovery condition of the filtration system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4921610A (en) * 1986-09-04 1990-05-01 Memtec Limited Cleaning of hollow fibre filters
EP0589890B1 (de) * 1992-04-09 1995-12-20 BUCHER-GUYER AG Maschinenfabrik Verfahren zur qualitätsoptimierung beim entfernen von zucker aus getränken und anlage zur durchführung des verfahrens
DE4332175C2 (de) * 1993-09-22 1996-04-18 Seitz Filter Werke Verfahren und Vorrichtung zur Cross-Flow-Filtration von Flüssigkeiten mittels CMF-Modulen
JP2876978B2 (ja) * 1994-02-02 1999-03-31 日立プラント建設株式会社 浄水製造方法
JP3311139B2 (ja) * 1994-04-20 2002-08-05 株式会社東芝 膜モジュールシステム
JP3311158B2 (ja) * 1994-08-01 2002-08-05 東芝アイティー・コントロールシステム株式会社 造水プラントの運転制御装置
JPH08126882A (ja) * 1994-10-28 1996-05-21 Toshiba Corp 造水プラントの運転制御装置
CN1228008A (zh) * 1996-06-24 1999-09-08 德克萨斯州立大学董事会 自动化的闭路循环水产养殖过滤系统
JP3601015B2 (ja) * 1996-11-26 2004-12-15 前澤工業株式会社 膜を用いた濾過方法
JP3445916B2 (ja) * 1997-04-07 2003-09-16 オルガノ株式会社 水処理装置
JPH1119485A (ja) * 1997-07-03 1999-01-26 Fuji Electric Co Ltd 膜を用いた水処理における運転制御法
JP3572992B2 (ja) * 1999-04-21 2004-10-06 日立プラント建設株式会社 膜濾過装置の運転方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012202111A1 (de) * 2012-02-13 2013-08-14 Krones Ag Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Filteranlagen zur Ultrafiltration

Also Published As

Publication number Publication date
ATE272437T1 (de) 2004-08-15
JP2004515350A (ja) 2004-05-27
BR0115432A (pt) 2004-07-06
CN1214852C (zh) 2005-08-17
DE01270376T1 (de) 2004-04-15
CN1476348A (zh) 2004-02-18
PL362113A1 (en) 2004-10-18
FR2817768B1 (fr) 2003-08-29
PT1343575E (pt) 2004-10-29
AU2002216167B2 (en) 2006-12-21
TR200301649T3 (tr) 2003-11-21
FR2817768A1 (fr) 2002-06-14
US20050258098A1 (en) 2005-11-24
ES2209672T3 (es) 2005-02-01
CA2431305A1 (fr) 2002-06-20
KR20030064815A (ko) 2003-08-02
EP1343575B1 (de) 2004-08-04
AU1616702A (en) 2002-06-24
WO2002047800A1 (fr) 2002-06-20
ES2209672T1 (es) 2004-07-01
EP1343575A1 (de) 2003-09-17
DE60104720D1 (de) 2004-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60104720T2 (de) Verfahren zur regulierung einer membranfilteranlage
DE69628824T2 (de) Filtrationskontroll- und regulationssystem
DE102016010064B4 (de) Numerische Steuerung mit Bearbeitungsbedingungsanpassungsfunktion zum Verringern des Auftretens von Rattern oder Werkzeugverschleiss/-bruch
DE69907722T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von schwimmstoffen und salzen aus einer flüssigkeit mittels membranfiltration
EP2626126B1 (de) Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung von Filteranlagen zur Ultrafiltration
WO1999002245A1 (de) Verfahren zum betrieb einer querstrom-filtrationsanlage, sowie anlage zu dessen durchführung
WO2012013411A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung und/oder regelung einer filtrationsanlage
DE10341762B4 (de) Handhabung der Realisierbarkeit von Beschränkungen und Grenzen in einem Optimierer für Prozesssteuerungssysteme
EP2626120B1 (de) Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Reinigungsprozesses eines Medienfilters
CN101678278A (zh) 过滤流体的方法
DE102011056633A1 (de) Verfahren zum Reinigen eines Filters
DE69109763T2 (de) Verfahren zur Reinigung in Querstrom-Mikrofiltration.
WO1999063134A1 (de) Einrichtung und verfahren zum züchten von kristallen
DE102005033314A1 (de) Verfahren und Filteranlage zum Filtern von Rohwasser
EP3866954A1 (de) Membranfilteranlage und verfahren zur regelung derselben mittels fuzzy-logik und/oder künstlicher neuronaler netze
DE102020107587A1 (de) Verfahren zum Reinigen einer Flüssigkeit sowie Ultrafiltrationsvorrichtung
DE102004048416B4 (de) Verfahren zum Begasen von Membranmodulen
DE3035658A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum steuern der behandlung eines fluessigkeit-feststoff-gemisches, insbesondere zum steuern der entwaesserung von schlaemmen
DE102005035044A1 (de) Verfahren zum Rückspülen von Kapillarmembranen einer Membrananlage
DE2457844A1 (de) Steuervorrichtung fuer periodisch arbeitende filter
DE4409192C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Rückspülung und Entsäuerung von Wasser
KR101692789B1 (ko) 막유니트를 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법
DE19823670A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Enthärtung von wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser aus Wasserleitungsrohrnetzen
Jusic et al. Model based control of filter run time on potable water treatment plant
EP4221776A1 (de) Vorrichtung zur herstellung eines dialysekonzentrats

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: BOCKHORNI & KOLLEGEN, 80687 MUENCHEN

8339 Ceased/non-payment of the annual fee