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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran
und auf ein Gasströmungssystem
zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran. Die Erfindung bezieht sich
weiterhin auf einen Membranfiltrationsbehälter umfassend dieses Gasströmungssystem
zur Reinigung einer oder mehrerer Tauch-Filtrationsmembranen. Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Computerprogrammprodukt
zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung mit dem Gasströmungssystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Tauchmembranen
werden verwendet zur Behandlung einer Flüssigkeit, die feste Stoffe
enthält, um
eine gefilterte Flüssigkeit,
abgereichert oder frei von Feststoffen, und ein ungefiltertes Retentat,
reich an Feststoffen, zu erzeugen. Tauchmembranen werden z.B. verwendet,
um im Wesentlichen sauberes Wasser aus Abwasser zu gewinnen und
um Trinkwasser aus einem See oder Vorratsbehälter zu gewinnen. Die Membranen
sind im Allgemeinen in Modulen oder Einheiten angeordnet, die die
Membranen und Kopfstücke,
die mit den Membranen verbunden sind, enthalten. Die Module sind
in einem Behälter mit
Feststoffe enthaltendem Wasser eingetaucht. Üblicherweise wird ein Transmembrandruck über die Membranwände aufgebracht,
der dafür
sorgt, dass das Wasser durch die Membranoberflächen permeiert. Feststoffe
permeiern nicht durch die Membranen und verbleiben im Behälterwasser
und können
biologisch oder chemisch behandelt werden oder aus dem Behälter abgelassen
werden.
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Verschmutzung
und Verstopfung solcher Filtermembranen durch Feststoffe sollten überwacht werden.
Zu diesem Zweck werden Luftblasen durch Luftsprudler, die unterhalb
oder in den Membranmodulen montiert sind und durch Rohre mit einem Druckluftgebläse verbunden
sind, in den Tank eingeleitet. Die Luftblasen steigen an die Oberfläche des Inhalts
des Behälters
auf und erzeugen einen Luftauftrieb, der den Inhalt des Behälters um
das Membranmodul (die Membranmodule) umwälzt. Wenn die Größe der Luftströmung in
einem effektiven Bereich ist, reinigen und bewegen die aufsteigenden
Blasen und das Behälterwasser
die Poren und Oberflächen der
Membranen und verhindern, dass Feststoffe im Behälterwasser die Poren der Membranen
verschmutzen. Weiterhin gibt es auch einen Sauerstoffübergang
von den Blasen an das Behälterwasser, der
in Abwasser-Anwendungen Sauerstoff zum Wachstum von Mikroorganismen
bereitstellen kann.
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Ein
Nachteil der Verfahren zur Reinigung von Tauch-Filtrationsmembranen
gemäß dem Stand
der Technik, z.B. in
EP 0605826 und
EP 1452493 beschrieben,
ist, dass die Membranen unter Betriebsbedingungen schließlich mit
Feststoff verschmutzen, was die Betriebsdauer der Membranen verringert und
die Effizienz des Filtrationsprozesses des Wassers im Tank verringert.
Ein weiterer Nachteil der Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur
Reinigung von Tauch-Filtrationsmembranen
ist, dass große Mengen
an Luft benötigt
werden, die unter anderem die Regelung von biologischen Prozessen
erschweren. Weitere Systeme aus dem Stand der Technik sind in
US 2003/141248 ,
US 2002/139748 und
US 6280626 offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung einer
Tauch-Filtrationsmembran bereitzustellen, ein Gasströmungssystem
zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran bereitzustellen und
einen Membranfiltrationsbehälter,
der dieses Gasströmungssystem
umfasst, bereitzustellen, wobei die Membranen während des Gebrauchs im Wesentlichen
vor Verschmutzung bewahrt werden und worin während des Verfahrens weniger
Gas verwendet werden muss, um eine Reinigung der Membranen zu erzielen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Computerprogrammprodukt
zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung bereitzustellen.
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Unter
einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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Unter
einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Gasströmungssystem
gemäß Anspruch
5 bereitgestellt.
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Unter
noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Membranfiltrationsbehälter gemäß Anspruch
8 bereitgestellt.
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Unter
noch einem nächsten
Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt,
umfassend computerausführbare
Instruktionen, das, wenn es auf einem Computer geladen ist, der
mit einem Gasströmungssystem
gemäß der Erfindung
verbunden ist, die Verbindung von Computer und Gasströmungssystem
mit der Funktionalität
des Verfahrens gemäß der Erfindung
bereitstellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a und 1b stellen
schematisch Membranfiltrationssysteme gemäß dem Stand der Technik dar.
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2 stellt
schematisch einen Behälter,
umfassend eine Tauch-Filtrationsmembran und ein Gasströmungssystem
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung dar.
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3a und 3b stellen
schematisch einen Behälter,
umfassend eine Tauch-Filtrationsmembran und ein Gasströmungssystem
gemäß einer Ausführung der
Erfindung dar, wobei in dem Behälter eine
Welle auf der Oberfläche
der Flüssigkeit
im Behälter
erzeugt wird.
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4 stellt
schematisch einen Membranfiltrationsbehälter, enthaltend ein Gasströmungssystem gemäß einer
Ausführung
der Erfindung dar.
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5a bis
c stellen schematisch Ausführungsformen
einer Gasdispergiervorrichtung dar.
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Ausführliche Beschreibung
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Beim
Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran gemäß der Erfindung
wird eine Welle (periodisch) auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter erzeugt.
Die Turbulenz, die in der Flüssigkeit
in dem Behälter
durch diesen Prozess erzeugt wird, stellt einen besseren Schutz
gegen Verschmutzung der Membran bereit als Verfahren gemäß dem Stand
der Technik. Insbesondere nach einer Periode (zweite Periode) in
der kein Fluss an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird
und ein neuer Fluss (in einer ersten Periode) bereitgestellt wird,
wird ein Wasserstrahl in die Flüssigkeit
bereitgestellt, aufgrund der Tatsache, dass während der zweiten Periode,
in der kein Fluss bereitgestellt wird, die Gasdispergiervorrichtung
Wasser aufnimmt, der plötzlich
fortschnellt, wenn der Fluss wieder bereitgestellt wird.
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Tauch-Filtrationsmembranen
sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. Flachplattentauchmembrane,
Hohlfasertauchmembrane, Kapillarmembrane usw., die Porengrößen im Bereich
von 0,003 bis 10 μm
aufweisen. Anbieter solcher Membranen sind z.B. Kubota, Mitsubishi,
Norit Membrane Technology, Seghers-Toray, Zenon usw. Solche Membranen
können
z.B. in Membranbioreaktoren (MBR) angewendet werden. MBR-Technologie
basiert auf der Verbindung eines Belebtschlammverfahrens und einer
Membranfiltration in einem Behandlungsschritt. Die Trennung des
Belebtschlammes und des Abgases erfolgt durch Verwendung von Membranen,
in denen das gesamte gelöste
Material aus dem Wasser entfernt wird. Der biologische Prozess des
MBR ist vergleichbar mit konventionellen Belebtschlammverfahren,
woraus eine gute Aufarbeitung resultiert und Flexibilität erhalten
wird. MBR kann in städtischen
und industriellen Abwasserreinigungsprozessen angewendet werden.
Demzufolge kann das Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran
gemäß der Erfindung
in einem städtischen
oder industriellen Abwasserreinigungsverfahren angewendet werden.
Das Verfahren zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran gemäß der Erfindung kann
jedoch auch angewendet werden zur Herstellung von Trinkwasser, z.B.
kann die zu behandelnde Flüssigkeit
auch Wasser aus einem See oder einem Vorratsbehälter sein. Der Behälter, in
dem der Prozess der Erfindung angewendet werden kann, kann jeder
beliebige Behälter,
Kessel usw. sein, der einem Fachmann für solche Anwendungen bekannt
ist.
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Die
Gasdispergiervorrichtung zur Bereitstellung eines Gases in der Flüssigkeit
kann ein Mittel sein wie z.B. in
EP
0605826 oder
EP 1452493 beschrieben.
Es kann sich um eine Gasdispergiervorrichtung unterhalb zumindest
eines Teils der Filtrationsmembranoberfläche handeln, umfassend einen Luftsprudler
mit Öffnungen
oder Löchern
zwischen 1 und 20 mm, mehr bevorzugt Löcher mit einem Durchmesser
zwischen 5 und 10 mm. Grundsätzlich
umfasst die Gasdispergiervorrichtung einen Hohlkörper wie einen Kanal, der flach,
rechteckförmig,
rund usw. sein kann, umfassend eine Umfangsfläche mit einer Anzahl von Öffnungen,
die einen Durchmesser zwischen ungefähr 1 und 20 mm aufweisen. Die Öffnungen
können über die
Umfangsfläche
verteilt sein, aber werden im Allgemeinen vorzugsweise in dem Teil
der Umfangsfläche
verteilt sein, die, wenn in Gebrauch, in Richtung der Membran (Einheit)
in dem Behälter
gerichtet ist. Die Gasdispergiervorrichtung, der Luftsprudler, kann
ein gerader oder gekrümmter Kanal
oder Rohr sein, er kann eine Anzahl von Kanälen oder Rohren umfassen, kann
aber auch eine plattenartige Struktur sein (die zumindest einen
(beidseitigen) ersten Einlass und einen (beidseitigen) zweiten Einlass
aufweist). Der Luftsprudler kann Abzweige umfassen, beispielsweise
einen zentralen Kanal mit einer Anzahl von Abzweigungen oder mit
z.B. einer Art Weihnachtsbaumverteilung der Abzweigungen versehen
sein, wobei jede Abzweigung auch Öffnungen (Durchmesser 1-20
mm) enthalten kann. Die Gas dispergiervorrichtung hat Öffnungen,
um ein Gas in der Flüssigkeit
bereitzustellen. Gas wird dem Hohlkörper oder Kanal durch den ersten
und/oder zweiten Einlass bereitgestellt, welches durch die Öffnungen austritt,
um Gasblasen in der Flüssigkeit
zu bilden. Bezüglich
der Art der verwendeten Gasdispergiervorrichtung, wird der Begriff
Gasdispergiervorrichtung verwendet für alle oben beschriebenen Arten
von Gasdispergiervorrichtungen oder andere Gasdispergiervorrichtungen,
die dem Fachmann bekannt sind.
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Die
Gasdispergiervorrichtung wird üblicherweise
unterhalb zumindest eines Teils der Oberfläche der Filtrationsmembran
platziert. In einer Ausführungsform
ist die Gasdispergiervorrichtung ein Bestandteil des Filtrationsmembranmoduls
oder der Einheit, wie es häufig
der Fall ist für
kommerziell erhältliche
Membranmodule. Die Gasdispergiervorrichtung kann auch neben der
Filtrationsmembran angeordnet sein, z.B. auf halber Höhe der Membran
(Einheit) oder teilweise neben der Filtrationsmembran oder versetzt
in Bezug auf das Membranmodul oder die Einheit. Der Fachmann kann
eine geeignete Anordnung in Bezug auf die Membran(en) oder Einheit(en)
umfassend Membranen, wählen.
Der Ausdruck „Gasdispergiervorrichtung,
angeordnet unter zumindest einem Teil der Oberfläche der Filtrationsmembran" soll diese unterschiedlichen
Anordnungen umfassen und umfasst solche Anordnungen, die, wenn die
Tauchfiltrationsmembran in einem Behälter mit einer Flüssigkeit
verwendet wird, einen Gasfluss (Blasen) im Wesentlichen parallel
zu zumindest einem Teil der Membranoberfläche bereitstellt und einen
Luftauftrieb entlang der Oberfläche
einer Membran (Einheit) bereitstellt.
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Hierin
umfasst „Membranoberfläche" die Oberfläche der
Membran(en) oder Membraneinheit, des Membranmoduls oder Membrankassette,
die in die Flüssigkeit
gerichtet ist und die üblicherweise
im Wesentlichen vertikal (manchmal mit einem Freiheitsgrad, z.B.
Membranen mit einem kleinen Grad an Spiel) ist. Die Gasdispergiervorrichtung
der vorliegenden Erfindung hat zumindest zwei Einlässe, obwohl
mehr Einlässe
vorhanden sein können.
Filtrationsmembranen können
rechteckig sein. Filtrationsmembranen sind üblicherweise in Einheiten enthalten,
die rechteckförmig
sind. Hierin bezieht sich der Ausdruck „Membran" auch auf Membraneinheit, Modul oder
Kassette. Die Gasdispergiervorrichtung kann auch eine Struktur mit
einer größeren Länge als Breite
aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Einlass
und der zweite Einlass an gegenüberliegenden
Seiten der Gasdispergiervorrichtung angeordnet, insbesondere an
den gegenüberliegenden
Seiten in Richtung der Länge
(d.h. an den Endseiten des Kanals oder an den Endseiten des Hauptkanals
der Gasdispergiervorrichtung). Dies bedeutet nicht notwendigerweise,
dass die Einlässe an
den Kanten sein müssen;
sie können
auch in der Nähe
der Kanten sein. In einer weiteren Ausführungsform haben der erste
und zweite Einlass einen Abstand zueinander, berechnet aus den Zentren
der Einlässe
zur Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der Gasdispergiervorrichtung.
Bevorzugt liegt dieser Abstand bei zumindest ungefähr 80-90
% der Länge.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass aus dem Stand der Technik bekannte
Gasdispergiervorrichtungen verwendet werden können oder bei der, wenn notwendig,
nur ein zweiter Einlass und/oder ein zweites Rohr (das den zweiten
Einlass und eine Gasquelle wie ein Gebläse verbindet) bereitgestellt
werden braucht. Wenn die Gasdispergiervorrichtung mit Gas gespült wird
(v.i.), können
der zweite (oder erste) Einlass auch als Auslass verwendet werden.
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Die
Gasdispergiervorrichtung erhält
Gas von einer Gasquelle. Diese Quelle kann eine bekannte Quelle
sein, die Luft, Stickstoff und/oder andere, vorzugsweise inerte
Gase oder Kombinationen davon bereitstellt. Vorzugsweise wird Luft
verwendet. Das Gas wird vorzugsweise dem ersten Einlass oder den zweiten
Einlass oder sowohl dem ersten als auch dem zweiten Einlass bereitgestellt.
Das Gas wird dem Einlass (den Einlässen) auf gepulste Art bereitgestellt,
d.h. während
einer ersten Periode wird ein Gasfluss bereitgestellt und während einer
zweiten Periode wird kein Gasfluss an die Gasdispergiervorrichtung
bereitgestellt, um das Gas unterhalb zumindest eines Teils der Oberfläche der
Filtrationsmembran bereitzustellen. Die erste Periode beträgt z.B.
ungefähr
1 bis 300 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5 bis 60 Sekunden und die
zweite Periode beträgt
ungefähr
1 bis 600 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5 bis 300 Sekunden. Vorzugsweise
werden die erste und zweite Periode mehrmals wiederholt, z.B. bis
zu ungefähr
500 Zyklen oder Pulsen, z.B. ungefähr 2-100 Zyklen. In noch einer
weiteren Ausführungsform
wird ein Verfahren bereitgestellt, wobei sich die zweite Periode
im dem zeitlichen Ablauf befindet, in dem Blasen, die durch die
Gasdispergiervorrichtung erzeugt werden, an die Oberfläche der
Flüssigkeit entlang
der Filtrationsmembran aufsteigen. Auf diese Weise werden die Blasen,
die während
der ersten Periode erzeugt wurden, effizient genutzt und Gas zur
Belüftung
wird nicht exzessiv genutzt.
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Die
Erfindung stellt einen Prozess bereit, umfassend das Bereitstellen
des gepulsten Gasflusses an den ersten Einlass während eines ersten Intervalls und
Bereitstellen des gepulsten Gasflusses an den zweiten Einlass während eines
zweiten Intervalls. Dies kann zum Bespiel ein Prozess sein, bei
dem die erste Periode und die zweite Periode mehrmals während des
ersten Intervalls, zu dem ein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt
wird, wiederholt und wobei die erste und zweite Periode mehrmals
während
des zweiten Intervalls, wenn der Gasfluss an den zweiten Einlass
bereitgestellt wird, wiederholt wird. Vorzugsweise wird aufgrund
der Wiederholung der ersten und zweiten Perioden eine Welle an der Oberfläche der
Flüssigkeit
gebildet und Turbulenz in die Flüssigkeit
im Behälter
eingebracht. Dies fördert eine
gute Verteilung von festem Stoff, wie beispielsweise Biomasse in
der Flüssigkeit
im Behälter
und senkt die Anzahl der Totzonen oder vermeidet sogar Bildung von
solchen Zonen, wo keine Umwälzung auftritt.
Das erste Intervall kann z.B. bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen,
beispielsweise 2 bis 100 Zyklen den Gasfluss an den ersten Einlass bereitstellen und
das zweite Intervall kann ebenfalls bis zu ungefähr 500 Zyklen, beispielsweise
ungefähr
2 bis 100 Zyklen den Gasfluss an den zweiten Einlass bereitstellen.
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Das
erste und zweite Intervall können übereinstimmen,
entweder vollständig
oder teilweise, oder können
zeitlich vollständig
voneinander getrennt sein, so dass sich das erste und zweite Intervall
abwechseln. Nach jedem Intervall kann es ein Intervall geben, in
dem kein Gasfluss bereitgestellt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird
ein Prozess bereitgestellt, in den nach dem ersten Intervall oder
nach dem zweiten Intervall oder sowohl nach dem ersten und dem zweiten
Intervall ein drittes Intervall bereitgestellt wird, in dem kein
Gasfluss an die Gasdispergiervorrichtung bereitgestellt wird. Das
dritte Intervall kann zwischen wenigen Sekunden und mehr als einer
Stunde sein. In einer Ausführungsform
beträgt
das dritte Intervall ungefähr zwischen
1 und 600 Sekunden, vorzugsweise zwischen ungefähr 5 und 300 Sekunden. Die
Ausführungsform
kann insbesondere die Vorteile der Erfindung bereitstellen, da während des
dritten Intervalls Flüssigkeit
in die Gasdispergiervorrichtung eintreten kann und wenn das erste
oder zweite Intervall beginnen, wird ein Flüssigkeitsstrahl bereitgestellt,
der aus der Gasdispergiervorrichtung austritt, insbesondere durch
die Öffnung(en)
der Gasdispergiervorrichtung nahe dem ersten bzw. dem zweiten Einlass.
In einer Ausführungsform
weisen die Öffnungen,
die am dichtesten zum ersten bzw. zum zweiten Einlass liegen, einen
Abstand zueinander auf, der berechnet wird von den Zentren der Öffnungen
in der Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80
% der Länge
der Gasdispergiervorrichtung. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand zumindest
ungefähr
80-90 % der Länge.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Prozess bereitgestellt, umfassend:
- – Bereitstellen
an dem ersten Einlass während
eines ersten Intervalls von bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulsen,
z.B. bis zu ungefähr
2-100 Zyklen oder Pulsen, mit einer ersten Periode von ungefähr 1-300
Sekunden, vorzugsweise ungefähr 5-60
Sekunden (Gasflusspuls) und mit einer zweiten Periode von ungefähr 1-600
Sekunden, vorzugsweise ungefähr
5-300 Sekunden, während derer
kein Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt wird;
- – Bereitstellen
keines Gasflusses an dem ersten Einlass und Bereitstellen keines
Gasflusses an dem zweiten Einlass während eines Intervalls (drittes
Intervall) von zwischen ungefähr
1 und 600 Sekunden, wobei dieses Intervall vorzugsweise ungefähr 5-300
Sekunden während
der Membranfiltration beträgt;
- – Bereitstellen
an dem zweiten Einlass während eines
zweiten Intervalls bis zu ungefähr
500 Zyklen oder Pulsen, z.B. bis zu ungefähr 2-100 Zyklen oder Pulsen
mit einer ersten Perio de von ungefähr 1-300 Sekunden, vorzugsweise
ungefähr 5-60
Sekunden (Gasflusspuls) und mit einer zweiten Periode von ungefähr 1-600
Sekunden, vorzugsweise ungefähr
5-200 Sekunden, bei denen kein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt wird;
- – Bereitstellen
keines Gasflusses an dem ersten Einlass und Bereitstellen keines
Gasflusses an dem zweiten Einlass während eines Intervalls (drittes
Intervall) von zwischen ungefähr
1 und 600 Sekunden, wobei dieses Intervall vorzugsweise ungefähr 5-300
Sekunden während
der Membranfiltration beträgt;
- – Wiederholen
der vier vorhergehenden Schritte.
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Wie
vorstehend erwähnt,
stellt das erfindungsgemäße Verfahren
eine Ausführungsform
des Verfahrens bereit, in dem der gepulste Gasfluss eine Welle an
der Oberfläche
der Flüssigkeit
im Behälter bereitstellt.
Vorzugsweise wird der Gasfluss auf solche Art bereitgestellt, dass
die an der Oberfläche
erzeugte Welle eine Amplitude zwischen ungefähr 1-30 Zentimeter, beispielsweise
zwischen ungefähr
5-20 Zentimetern aufweist. Dies ist die Welle, die an der Oberfläche durch
den Flüssigkeitsstrahl
erzeugt wird, insbesondere während
des ersten einen oder der ersten mehreren Pulse an Gasstrom im ersten
Intervall und/oder des ersten einen oder der mehreren Pulse an Gasstrom
im zweiten Intervall. Während des
ersten Intervalls wird die Welle hauptsächlich an einer Seite der Filtrationsmembran
erzeugt, d.h. an der Seite der Filtrationsmembran, die am dichtesten zum
ersten Einlass angeordnet ist und während des zweiten Intervalls
wird die Welle hauptsächlich
an der anderen Seite der Filtrationsmembran erzeugt, d.h. an der
Seite der Filtrationsmembran, die am dichtesten zum zweiten Einlass
liegt. Auf diese Weise wird Turbulenz in der Flüssigkeit im Tank erzeugt, die
gesamte Oberfläche
der Filtrationsmembran wird effektiv von Verschmutzungen gereinigt
und/oder das Verschmutzen wird im Wesentlichen verhindert und die Bildung
von Konzentrationsgradienten an Feststoffen in der Flüssigkeit
wird reduziert oder verhindert. In einer bevorzugten Ausführungsform
haben die Öffnungen
der Gasdispergiervorrichtung, die am dichtesten zum ersten bzw.
zweiten Einlass liegen, einen Abstand voneinander, berechnet aus
den Zentren der Öffnungen
in der Gasdispergiervorrichtung von zumindest ungefähr 50-80
% der Länge
der Membraneinheit. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand zumindest
ungefähr
80-90 % dieser Länge.
Der Fachmann kann die erste und zweite Periode, den Gasfluss, die
Intervallzeiten usw. derart anpassen, dass die gewünschte Amplitude
der Welle an der Oberfläche,
Turbulenz, Reduktion an Verschmutzung an der Membranoberfläche usw.
erhalten wird. Weiterhin können
die Zeiten der ersten und zweiten Perioden, des ersten, zweiten
und dritten Intervalls während des
Prozesses variiert werden. Die gewählte Amplitude kann beispielsweise
vom Ausmaß der
Verschmutzung abhängen, aber
auch von den Dimensionen des Behälters,
der Höhe
der Flüssigkeit
im Behälter,
der Art der Anwendung usw.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird der gepulste Gasfluss am ersten Einlass während eines
ersten Intervalls bereitgestellt, so dass ungefähr 1-20 Wellen bereitgestellt
werden, und wobei anschließend
(oder nach einem dritten Intervall) der Gasfluss an den zweiten
Einlass während
eines zweiten Intervalls bereitgestellt wird, so dass 1-20 Wellen
bereitgestellt werden. Dieser Prozess kann während der Membranfiltration
wiederholt werden. Auf diese Weise wird die Tauchfiltrationsmembran
effektiv gegen Verschmutzung geschützt und/oder Verschmutzung
erfolgt in einem wesentlich längeren
Zeitrahmen als mit Belüftungsmethoden aus
dem Stand der Technik.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, in dem ein Gasfluss
von 0,01-0,3 Nm3/h/m2,
in Bezug auf die Fläche
der Membran bereitgestellt wird. Dieser Gasfluss beschreibt den
Gasfluss pro Stunde pro Membranfläche. Der Gasfluss kann abhängen von
der Art der Anwendung, beispielsweise kann der Gasfluss ungefähr 0,02-0,1
für Nm3/h/m2 für
eine Trinkwasserfiltrationsanwendung sein und kann ungefähr 0,05-0,25
für Nm3/h/m2 für eine Abwasserfiltrationsanwendung
sein. Verfahren gemäß dem Stand
der Technik haben üblicherweise
Gasflüsse
größer als ungefähr 0,4 für Nm3/h/m2 oder sogar
bis zu 0,7 für Nm3/h/m2. Demzufolge
stellt das Verfahren und Gasströmungssystem
der Erfindung einen weiteren Vorteil darin bereit, dass weniger
Gas verwendet werden muss. Dies stellt nicht nur Vorteile in ökonomischer Hinsicht
bereit sondern stellt weiterhin den Vorteil bereit, dass biologische
Verfahren, in denen Sauerstoff verwendet wird oder bei denen andererseits
(zuviel) Sauerstoff Verfahren stören
kann, besser gesteuert werden können.
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Das
Gasströmungssystem
zur Reinigung einer Tauchfiltrationsmembran gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise
verwendet werden in Verfahren zur Reinigung einer Tauchmembran gemäß der Erfindung.
Die Gasdispergiervorrichtung des Gasströmungssystems, beispielsweise
ein Luftsprudler, ist mit einem Vorrat für Gas über ein Rohr (erstes Rohr)
mit dem ersten Einlass und über
ein weiteres Rohr (zweites Rohr) mit dem zweiten Einlass verbunden.
In einer Ausführungsform
kann es mehr Einlässe
geben und das erste Rohr kann mit einem oder mehreren Einlässen verbunden
sein, ebenso wie das zweite Rohr mit einem oder mehreren Einlässen verbunden
sein kann. Die Anzahl der Einlässe
kann von der Art der Tauchfiltrationsmembran, ihrer Abmessung und
z.B. von der Art der verwendeten (kommerziell erhältlichen)
Gasdispergiervorrichtung oder dem verwendeten Luftsprudlersystem
abhängen.
Wie vorstehend erwähnt
wird in einer Ausführungsform
ein Gasströmungssystem
zur Reinigung einer Tauch-Filtrationsmembran bereitgestellt, wobei
der erste Einlass und der zweite Einlass an gegenüberliegenden Seiten
der Gasdispergiervorrichtung angeordnet sind, d.h. angeordnet an
den Endseiten der Gasdispergiervorrichtung (Kanal mit Vielzahl an Öffnungen zur
Bereitstellung von Gasblasen in der Flüssigkeit).
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Das
erste Rohr und das zweite Rohr des Gasströmungssystems enthalten Ventile.
Beide Rohre enthalten ein Ventil, so dass während eines ersten Intervalls
nur Gas bereitgestellt wird (auf eine gepulste Art) durch Öffnen und
Schließen
des ersten Ventils am ersten Einlass und während eines zweiten Intervalls
nur Gas bereitgestellt werden kann (auf eine gepulste Art) durch Öffnen und
Schließen
des zweiten Ventils am zweiten Einlass. Beide Ventile können auch
zur gleichen Zeit geöffnet
und geschlossen werden, was z.B. nach einem dritten Intervall ohne
Strömung,
erfolgen kann, wobei ein Strahl an beiden Seiten der Gasdispergiervorrichtung
bereitgestellt wird (d.h. das erste und zweite Intervall stimmen überein). Wenn
die Intervalle nicht übereinstimmen,
d.h. eines der Ventile geschlossen ist und das andere Ventil Gasströmungspulse
induziert, wird der Strahl an einer Seite der Gasdispergiervorrichtung
bereitgestellt.
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Der
Strahl wird hauptsächlich
bereitgestellt nach einem Intervall (drittes Intervall), in dem
keine Strömung
bereitgestellt wird. Demzufolge ist das Intervall vorzugsweise lang
genug, um die Gasdispergiervorrichtung zumindest teilweise mit Flüssigkeit
zu füllen.
Vorzugsweise ist die Zeit lang genug, um das innere Volumen der
Gasdispergiervorrichtung zumindest zu ungefähr 50-80 Vol.-% zu füllen. Der
Strahl wird hauptsächlich
durch den ersten Puls (die ersten Pule) induziert; nach einigen
Pulsen (die erste und zweite Periode wechseln sich ein paar Mal
ab) wird die Gasdispergiervorrichtung Blasen durch im Wesentlichen
alle Öffnungen
bereitstellen. Wenn jedoch die zweite Periode auch lang genug ist,
um die Gasdispergiervorrichtung zumindest teilweise zu füllen, kann
der Strahl auch durch den nachfolgenden ersten Puls (die nachfolgenden
ersten Pulse) induziert werden. In kommerziell erhältlichen
Systemen für z.B.
MBR-Anwendungen, ist eine Zeit von ungefähr 5-20 Sekunden ausreichend,
um den gewünschten Wasserstrahl
gemäß der Erfindung
bereitzustellen. Diese Zeit hängt
vom Innenvolumen der Gasdispergiervorrichtung ab und hängt auch
von z.B. der Position (Tiefe) der Gasdispergiervorrichtung in Bezug auf
die Oberfläche
der Inhalte des Behälters
ab. Es ist nicht notwendig, dass die Gasdispergiervorrichtung vollständig mit
der Flüssigkeit
des Behälters
gefüllt
ist. Wenn die Gasdispergiervorrichtung teilweise gefüllt ist
und der Gasfluss erneut bereitgestellt wird, kann ein ausreichender
Druckabfall bereitgestellt werden, so dass auch ein Strahl erzeugt
wird.
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Der
Begriff Gasvorrat umfasst auch eine Anzahl von Vorräten.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
wird ein Gasströmungssystem
gemäß der Erfindung
bereitgestellt, das weiterhin ein Spülventil umfasst, das mit dem
ersten oder mit dem zweiten Rohr verbunden ist. Dies stellt vorteilhafterweise
die Möglichkeit bereit,
die Gasdispergiervorrichtung zu spülen. Eine Spülung wird
zum Beispiel bereitgestellt durch Öffnen des ersten und dritten
Ventils und Schließen
des zweiten Ventils und Bereitstellen von Gas an die Gasdispergiervorrichtung.
Ein periodisches Spülen
kann vom erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst sein, z.B. wenn die Gasdispergiervorrichtung (zu) viele feste
Stoffe zu enthalten scheint. Die festen Stoffe und/oder Schlamm
wird durch den Gasstrom von der Gasdispergiervorrichtung zum Spülventil
gepresst, wodurch die Gasdispergiervorrichtung gereinigt wird.
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Gemäß noch einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Membranfiltrationsbehälter bereitgestellt
zur Verwendung von einer oder mehreren Tauchfiltrationsmembranen,
umfassend eine oder mehrere Tauchfiltrationsmembranen und ein oder mehrere
Gasströmungssysteme
gemäß der Erfindung
zur Reinigung der einen oder mehreren Filtrationsmembranen, wobei
das Gasströmungssystem eine
Gasdispergiervorrichtung umfasst. Die eine oder mehreren Gasdispergiervorrichtungen
zur Bereitstellung eines Gases in der Flüssigkeit können unter zumindest einem
Teil der ein oder mehreren Oberflächen der Filtrationsmembran
angeordnet sein.
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Dieser
Gesichtspunkt der Erfindung ist auf Membranfiltrationsbehälter gerichtet,
die beispielsweise in MBR-Verfahren verwendet werden, wobei das
Gasströmungssystem
zur Reinigung einer erfindungsgemäßen Tauch-Filtrationsmembran
verwendet wird, aber worin das Gasströmungssystem eine Anzahl von
Gasdispergiervorrichtungen umfasst. Üblicherweise umfasst ein Membranfiltrationsbehälter eine
Anzahl von Membraneinheiten und jede Einheit kann durch eine Gasdispergiervorrichtung
belüftet sein.
Solche Gasdispergiervorrichtungen können in der Membraneinheit
integriert sein. Weiterhin, wie vorstehend beschrieben, können der
erste Einlass und der zweite Einlass der Gasdispergiervorrichtung an
gegenüberliegenden
Seiten der Gasdispergiervorrichtung angeordnet sein. In noch einer
weiteren Ausführungsform
enthält
das Rohr zu dem einen oder mehreren ersten Einlässen und das Rohr zu dem einen
oder mehreren zweiten Einlässen
ein Ventil. Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform kann
auch ein Spülventil
bereitgestellt werden, wobei das Spülventil mit dem Rohr zu dem
einen oder mehreren ersten Einlässen
oder dem Rohr zu dem einen oder mehreren zweiten Einlässen verbunden
ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Membranfiltrationsbehälter in einem Membranbioreaktorsystem
enthalten, umfassend einen oder mehrere Reaktoren, in denen eine
Nitrifikation durchgeführt
wird und einen oder mehrere Reaktoren, in denen Denitrifikation
durch geführt
wird, und wobei ein Ausfluss aus diesen Reaktoren in den Membranfiltrationsbehälter geführt wird.
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Gemäß noch einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt,
umfassend computerausführbare
Instruktionen, das, wenn es auf einen Computer geladen ist, der
mit einem Gasströmungssystem
gemäß der Erfindung
verbunden ist, die Verbindung des Computers und des Gasströmunssystems
mit der Funktionalität
des Verfahrens gemäß der Erfindung bereitstellt.
Der Computer ist mit der Hardware der Gasversorgung (oder Gasversorgungen),
dem ersten Ventil, dem zweiten Ventil und dem dritten Ventil (und
optional weiteren Ventilen) verbunden. Dieses Computerprogrammprodukt
kann die Funktionalitäten
bereitstellen, einen Gasfluss während
einer ersten Periode bereitzustellen, z.B. durch Öffnen des ersten
und/oder zweiten Ventils, keinen Gasfluss während einer zweiten Periode
bereitzustellen, z.B. durch Schließen sowohl des ersten als auch
des zweiten Ventils. Es stellt die Funktionalität bereit, einen gepulsten Gasstrom
während
eines ersten Intervalls bereitzustellen, z.B. durch Schließen und Öffnen des
ersten Ventils (und Geschlossenhalten des zweiten Ventils) und einen
Gasfluss während
eines zweiten Intervalls bereitzustellen, z.B. durch Schließen und Öffnen des
zweiten Ventils (und Geschlossenhalten des ersten Ventils). Es kann
die Funktionalität
bereitstellen, durch Bereitstellen einer Anzahl von Pulsen des Gasflusses
während
eines ersten Intervalls und Bereitstellen einer Anzahl von Pulsen des
Gasflusses während
eines zweiten Intervalls, wobei die Intervalle teilweise oder vollständig übereinstimmen
oder nicht übereinstimmen,
oder die Intervalle zeitlich durch einen dritten Intervall getrennt sind.
Das Computerprogramm kann weiterhin die Funktionalität bereitstellen,
einen spezifischen Gasfluss an die Flüssigkeit durch die Gasversorgung
bereitzustellen und eine Welle an der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter bereitzustellen.
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Weiterhin
kann der Tank Sensoren umfassen, z.B. zur Messung von Turbulenz,
Konzentration der Substanzen in der Flüssigkeit, pH, Temperatur, Gasfluss
in den Rohren, Blasengeschwindigkeit, Fouling auf den Membranen,
Wellenhöhe
usw. Solche Sensoren können
weiterhin Hardware umfassen, die mit einem Computer verbunden sein
kann. Die Signale der Sensoren können
vom Computerprogrammprodukt genutzt werden, wenn dieses auf einen
Computer geladen ist.
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Weiterhin
kann der Behälter
Sensoren umfassen, z.B. um Turbulenz, Konzentrationen der Substanzen
in der Flüssigkeit,
pH, Temperatur, Gasfluss in den Rohren, Blasengeschwindigkeit, Verschmutzung
der Membranen, Wellenhöhe
usw. zu messen. Solche Sensoren können weiterhin Hardware umfassen,
die mit einem Computer gekoppelt sein kann. Die Signale der Sensoren
können
für das
Computerprogrammprodukt verwendet werden, wenn dieses auf einen
Computer geladen ist.
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Nachfolgend
werden einige Gasströmungssysteme
beschrieben im Stand der Technik und einige Ausführungsformen der Erfindung
detaillierter beschrieben.
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In
Bezug auf
1a ist schematisch ein Membranfiltrationssystem
10 gemäß dem Stand
der Technik dargestellt (wie z.B. durch Zenon bereitgestellt). Membranfiltrationssystem
10,
beispielsweise ein MBR-System, umfasst einen Behälter
25, der mit einer
Flüssigkeit
30 (enthaltend
Schlamm) gefüllt
ist. Der Tank enthält
eine Membran oder Membraneinheit, Membrankassette oder Membranmodul
20.
Nur eine solche Membraneinheit
20 ist dargestellt, aber der
Tank
25 kann mehr Membraneinheiten
20 enthalten.
Der Tank
25 umfasst weiter eine Gasdispergiervorrichtung
35,
die einen Einlass
36 aufweist, z.B. einen Luftsprudler,
wie beispielsweise in
EP1452493 oder
EP0605826 beschrieben. Die Öffnungen
sind in der Figur nicht dargestellt. Der Luftsprudler
35 ist
mit einer Gasversorgung
40 verbunden, beispielsweise einem
Gebläse
(z.B. Rotationsgebläse,
Zentrifugalgebläse,
ein Ventilator, ein Kompressionsgebläse, wie es dem Fachmann bekannt
ist, das beispielsweise Gasflüsse
bis zu 1000 bis 200.000 m
3/h bereitstellt),
durch ein Rohr
50, das den Einlass
36 mit einem
Auslass der Gasversorgung
40 verbindet. Weiterhin kann
ein Ventil
51 vorhanden sein. Der Luftsprudler
35 kann
unter der Oberfläche
der Membraneinheit
20 angeordnet sein, entweder integriert
in die Membraneinheit
20 oder getrennt von der Membraneinheit
20.
Der Luftsprudler
35 stellt ein Gas (von der Gasversorgung
40)
bereit, dabei stellt er Blasen
37 bereit, die im Wesentlichen
parallel zur Oberfläche der
Membran(en) (d.h. Membraneinheit
20) strömen. Die
Blasen reinigen die Membranoberfläche, aber Anwendungen gemäß dem Stand
der Technik zeigen immer noch erhebliche Verschmutzung der Membraneinheit
20.
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Ein
weiteres Membranfiltrationssystem 10 gemäß dem Stand
der Technik ist in 1b dargestellt (wie beispielsweise
durch Kubota bereitgestellt). Die Gasdispergiervorrichtung 35 umfasst
weiterhin einen Auslass 38, der mit einem Rohr 55 und einem
Spülventil 56 verbunden
ist. Durch Öffnen
des Spülventils 56,
beispielsweise periodisch, kann die Gasdispergiervorrichtung 35 gespült werden,
wodurch festes Material von der Gasdispergiervorrichtung 35 entfernt
wird. Dieses Membranfiltrationssystem kann weiterhin verwendet werden
als Ausführungsform,
die in 1a dargestellt und vorstehend beschrieben
ist.
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Ausführungsbeispiel
1
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Bezugnehmend
auf 2 ist ein Membranfiltrationssystem 10 gemäß der Erfindung
schematisch dargestellt. Für
die Bezugszeichen, die mit 1a gemeinsam
sind, wird auf 1a verwiesen. Die Gasdispergiervorrichtung 35 des
Gasströmungssystems
gemäß der Erfindung,
wie schematisch in 2 dargestellt, umfasst zusätzlich zu
Einlass 36 einen Einlass 39 (zweiter Einlass)
(der in einer Variation dieser Ausführungsform auch Auslass 38,
vgl. 1b, sein kann), der über das Rohr 60 (zweites Rohr)
mit der Gasversorgung 40 verbunden ist. Weiterhin kann
das Rohr 60 ein Ventil 61 (zweites Ventil) umfassen.
In einer Variation dieser Ausführungsform ist
weiterhin ein Spülventil 62 bereitgestellt,
welches in dieser Figur mit dem Rohr 60 verbunden ist,
aber das auch mit dem Rohr 50 (erstes Rohr) verbunden sein
kann. Auch können
zwei Spülventile
vorhanden sein, die mit beiden Rohren 50 bzw. 60 verbunden sind.
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Wenn
am ersten Einlass 36 während
eines ersten Intervalls bis zu ungefähr 500 Zyklen oder Pulse, beispielsweise
2 Zyklen oder Pulse mit einer ersten Periode von beispielsweise
ungefähr
20 Sekunden (Gasflusspuls) bereitgestellt werden und mit einer zweiten
Periode von ungefähr
20 Sekunden, in der kein Gasfluss am zweiten Einlass bereitgestellt wird,
kann ein Strahl nächst
dem Einlass 36 bereitgestellt werden, der aus der Gasdispergiervorrichtung 35 ausströmt, wodurch
eine Welle 70 auf der Oberfläche der Flüssigkeit 30 im Behälter 25 bereitgestellt wird
(siehe 3a). Blasen 37 sind
auf der linken Seite gezeichnet, um darzustellen, dass der Strahl
an dieser Seite bereitgestellt wird. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen,
dass Blasen über
einen größeren Bereich
des Kanals der Gasdispergiervorrichtung 35 gebildet werden.
Nach diesem Schritt kann der Belüftungsprozess
zur Reinigung der Oberfläche
der Tauchmembran 20 dadurch fortgesetzt werden, dass kein
Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt wird und kein Gasfluss
an den zweiten Einlass bereitgestellt wird, während eines Intervalls (drittes
Intervall) von zwischen ungefähr
1 und 600 Sekunden, beispielsweise ungefähr 20 Sekunden. Nachfolgend kann
nach diesem Schritt der Belüftungsprozess
zur Reinigung der Oberfläche
der Tauchmembran 20 fortgesetzt werden durch Bereitstellen
an dem zweiten Einlass 39 während eines zweiten Intervalls
bis zu ungefähr
500 Zyklen oder Pulse, beispielsweise 2 Zyklen oder Pulse, mit einer
ersten Periode von beispielsweise ungefähr 20 Sekunden (Gasflusspuls) und
mit einer zweiten Periode von z.B. ungefähr 20 Sekunden, während der
kein Gasfluss am ersten Einlass bereitgestellt wird, kann ein Strahl
bereitgestellt werden nächst
Einlass 39, der aus der Gasdispergiervorrichtung 35 ausströmt, wodurch
eine Welle 70 an der Oberfläche der Flüssigkeit 30 im Tank 25 (siehe 3b)
bereitgestellt wird. Blasen 37 sind auf der rechten Seite
dargestellt, um zu zeigen, dass der Strahl an dieser Seite bereitgestellt
wird. Nach diesem Schritt kann der Belüftungsprozess zur Reinigung
der Oberfläche
der Tauchmembran 20 dadurch fortgesetzt werden, dass kein
Gasfluss am ersten Einlass 36 bereitgestellt wird und kein
Gasfluss am zweiten Einlass 39 bereitgestellt wird während eines Intervalls
(drittes Intervall) zwischen ungefähr 1 und 600 Sekunden, z.B.
ungefähr
20 Sekunden. Demzufolge gibt es einen dritten Intervall ohne Gasfluss nach
dem ersten Intervall und nach dem zweiten Intervall. Während der
Membranfiltration können
diese Schritte wiederholt werden, so dass das erste, zweite und
dritte Intervall abwechselnd wiederholt werden, wobei diese Intervalle
nicht übereinstimmen.
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Gute
Ergebnisse werden erhalten mit Plattenmembranen, mit zwei Modulen übereinander,
die ein Modul 20 bilden und mit einer Biomassenkonzentration
in der Flüssigkeit 30 von
ungefähr
12 g/l. Ein Luftstrom von ungefähr
0,12 Nm3/h/m2 wurde
verwendet. Die erste und zweite Periode, die Anzahl der Zyklen,
und die Dauer des dritten Intervalls waren wie oben beschrieben.
Ein 20 Sekunden Puls/Strahl bei 36 wurde bereitgestellt
(erste Periode) gefolgt durch eine Verzögerung von 20 Sekunden (zweite
Periode). Dies wurde 10 mal wiederholt. Nach diesem ersten Intervall
wurde dieses Schema an 39 wiederholt (zweites Intervall).
Diese Intervalle wurden wiederholt. Wellenbildung 70 mit
Wellen von ungefähr
5-10 cm Höhe, über ungefähr 60 % über dem
Modul wurde von jeder Seite beobachtet. Eine Spülung wurde durch 62 einmal
am Tag bereitgestellt. Bis zu 25 g/l Biomasse wurde kein Anzeichen
von Verschlammung gesehen. DO (gelöster Sauerstoff) der Flüssigkeit
im Behälter 25 wurde
von aus dem Stand der Technik bekannten Werten von 5-6 mg/l O2 auf ungefähr 0,5-3 mg/l O2 reduziert,
was den Denitrifikationsprozess entsprechend unterstütze. Steuerungsausrüstung (Stand
der Technik) bei kontinuierlichem Fluss ergab massive Verschlammung
an den Seiten des Membranmoduls und reduzierte die Membranoberfläche um 50
%. Keine sichtbare Verschmutzung wurde beobachtet, wohingegen unter
den gleichen Bedingungen bei Verwendung von Belüftungssystemen gemäß dem Stand
der Technik Verschmutzung beobachtet wurde. Eine Energiereduzierung
von ungefähr
70 % in Bezug auf Belüftungssysteme
gemäß dem Stand
der Technik konnte erreicht werden.
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In
einer Variation dieses Ausführungsbeispiels
können
das erste und zweite Intervall vollständig übereinstimmen und ein Prozess
gemäß der Erfindung
kann verwendet werden, in dem das erste/zweite Intervall sich mit
dem dritten Intervall abwechselt. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Welle
gleichzeitig an beiden Seiten der Membran erzeugt werden (Kombination
der 3a und 3b).
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Die
Membraneinheiten 20 können
eine oder mehrere Köpfstücke (nicht
dargestellt) in fluider Verbindung mit einer Permeatseite von einer
oder mehreren Membranen aufweisen, die in der Membraneinheit 20 umfasst
sind. Die Membranen in der Membraneinheit 20 können eine
Porengröße im Bereich der
Mikrofiltration oder Ultrafiltration aufweisen, beispielsweise zwischen
0,003 und 10 μm.
Membraneinheiten 20 sind in verschiedenen Größen und
Konfigurationen mit verschiedenen Kopfstück-Konfigurationen erhältlich.
Beispielsweise können
die Membranen, die in der Membraneinheit 20 umfasst sind, Hohlfasern
sein, die in einem oder mehreren Kopfstücken (nicht dargestellt) vergossen
sind, so dass die Lumen der Hohlfasern in fluider Verbindung mit
einem oder mehreren Kopfstücken
stehen. Die Kopfstücke
können
von jeglicher zweckdienlicher Form sein, haben aber typischerweise
eine rechteckförmige
oder runde Fläche,
wo diese die Membranen berühren,
die in der Membraneinheit 20 umfasst sind. Alternativ können die
Membranen 6 flache Bogen sein, die typischerweise vertikal in einem
voneinander beabstandeten Paar mit Kopfstücken an allen vier Seiten in
fluider Verbindung mit der resultierenden inneren Oberfläche orientiert
sein. Ein Membranmodul 20 kann eine oder mehrere Mikrofiltrations- oder
Ultrafiltrationsmembranen aufweisen und viele Membranmodule können miteinander
verbunden sein, um größere Membranmodule
oder -kassetten zu bilden, aber auf all solche Konfigurationen wird durch
Membraneinheit 20 Bezug genommen. Solche Membraneinheiten
sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und das Strömungssystem
stellen vorteilhafterweise eine effiziente und effektive Reinigung
der Membranen bereit und erleichtern bessere Filtration und/oder
biologische Durchführung
des Systems. Weiterhin müssen verwendete
Membranen gemäß dem Stand
der Technik, die durch Rückwaschung
gereinigt werden, weniger häufig
und mit geringerer Intensität
rückgewaschen
werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet wird. In manchen Fällen
ist das Rückwaschen
sogar überflüssig.
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Ausführungsbeispiel
2
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Dieses
Ausführungsbeispiel
beschreibt einen Membranfiltrationsbehälter 25 zur Verwendung von
einer oder mehreren Tauch-Filtrationsmembranen, wie schematisch
in 4 dargestellt. Die Tauch-Filtrationsmembranen
sind nicht dargestellt, aber nur die Gasdispergiervorrichtungen 35 sind
dargestellt (als eine Art Blick vom Boden des Behälters 25).
Das Gasströmungssystem
zur Reinigung einer oder mehrerer Filtrationsmembranen gemäß der Erfindung
umfasst eine Anzahl von Gasdispergiervorrichtungen 35 (in
der Figur sind 4 Gasdispergiervorrichtungen dargestellt, aber es
können
mehr vorhanden sein), wobei jede Gasdispergiervorrichtung einen
Kanal mit einer Anzahl von Öffnungen
(nicht in diesem Detail dargestellt) umfasst, und wobei der Kanal
einen ersten Einlass 36 und einen zweiten Einlass 39 umfasst.
Die Luftsprudler 35 werden bezüglich der (nicht dargestellten)
Oberflächen
der Filtrationsmembranen wie oben beschrieben angeordnet. Weiterhin
umfasst diese Ausführungsform
eine Gasversorgung 40, die über ein erstes Rohr 50 mit
ersten Einlässen 36 verbunden
ist und über
ein zweites Rohr 60 mit zweiten Einlässen 39 des Luftsprudlers oder
der Gasdispergiervorrichtungen 35 verbunden ist. Rohre 50 und 60 können Ventile 51 bzw. 61 umfassen,
um die gepulsten Gasflussschemata wie oben beschrieben zu ermöglichen,
aber jetzt zur gleichen Zeit an einer Mehrzahl von Luftsprudlern 35. Die
Gasversorgung 40 kann mit einem ersten Rohr 50 und
zweiten Rohr 60 mit den Gasdispergiervorrichtungen 35 in
Serie oder parallel verbunden sein. In 4 sind die
Gasdispergiervorrichtungen 35 in Serie verbunden, wobei
die Rohre 50 und 60 an einer Position zwischen
den Gasdispergiervorrichtungen 35(2) und 35(3) verbunden
sind (d.h. in der Mitte der Anzahl der Gasdispergiervorrichtungen 35).
Andere Positionen können
auch möglich
sein. Rohre 50 und 60 können in jeder Position zwischen
den Gasdispergiervorrichtungen 35 montiert sein. Dasselbe
gilt für das
Spülventil 62,
das in 4 mit dem Rohr 60 verbunden ist, das
aber auch mit dem Rohr 50 verbunden sein kann (es kann
mehr als ein Spülventil 62 vorhanden
sein, beispielsweise ein Spülventil 62 in beiden
Rohren 50 und 60).
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Ausführungsbeispiel
3
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Dieses
Ausführungsbeispiel
beschreibt Belüftungsschemata
für den
Stand-by-Betrieb und Spülbetrieb.
Wenn der Prozessmodus nicht verlangt wird, aber das System im Stand-by-Betrieb
verbleibt („sleep"), kann dasselbe
Schema wie oben erwähnt angewendet
werden, aber es wird kein Gasfluss an den ersten Einlass bereitgestellt
und kein Gasfluss an den zweiten Einlass bereitgestellt während eines Intervalls
(drittes Intervall) von 0,05 bis 60 Minuten, vorzugsweise ungefähr 5-60
Minuten während
eines Stand-by-Modus. Im Spülmodus,
bezugnehmend auf die 3a, 3b und 4,
ist periodisch, beispielsweise einmal oder zweimal am Tag, das Ventil 51 offen,
das Ventil 62 offen und das Ventil 61 geschlossen.
Dies kann durchgeführt
werden für
eine Periode von beispielsweise ungefähr 20-600 Sekunden, wobei Schlamm
und festes Material, das in der Gasdispergiervorrichtung 35 vorhanden
und angesammelt ist, aus diesem System durch das Spülventil 62 gespült wird.
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Ausführungsbeispiel
4
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Dieses
Ausführungsbeispiel
beschreibt im Allgemeinen die Gasdispergiervorrichtung 35 gemäß dem Stand
der Technik, aber mit zumindest einem ersten Einlass 36 und
einem zweiten Einlass 39. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf
den Gebrauch der Gasdispergiervorrichtungen 35, die schematisch
in den 5a-5c dargestellt
sind.
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Jede
Gasdispergiervorrichtung 35 in 5 hat
einen ersten Einlass 36 und einen zweiten Einlass 39 und
ein Hauptrohr 131 (5a und 5c) oder
2 Hauptrohre 131(1) und 131(2) (5b).
Mehr Hauptrohre 131 können
vorhanden sein. In den Ausführungsbeispielen,
die in den 5a-5c dargestellt
sind, umfasst jede Gasdispergiervorrichtung 35 weiterhin
Abzweige oder Kanäle 130,
wie ein Weihnachtsbaum (5a), wie
eine Leiter (5b) oder ein Kamm (5c).
Jeder solche Abzweig 130 kann eine Anzahl von Löchern oder Öffnungen
(nicht in dieser Figur dargestellt) umfassen, z.B. 5-100 Öffnungen
mit Durchmessern von beispielsweise 1-20 mm. Die Öffnungen
können über die
Umfangsfläche des
Kanals 130 verteilt sein und können die gleiche Größe oder
eine Größenverteilung
aufweisen. Im Wege eines Beispiels können in jedem gegenüberliegenden
Abzweig 130 in 5a 5-20 Öffnungen
von z.B. 8-12 mm bereitgestellt sein. In einem anderen Beispiel
können
in jedem Abzweig oder Kanal 130 20-40 Öffnungen von 3-4 mm bereitgestellt
sein. Die Anzahl der Öffnungen
und deren Durchmesser können
sich unterscheiden, abhängig
vom kommerziellen Anbieter.
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Hierin
ist der Abstand eines Kanals 130 nächst dem Einlass 36 und
eines Kanals 130 nächst dem
Einlass 39 zumindest ungefähr 50-80 % der Länge der
Gasdispergiervorrichtung und/oder der Länge des Membranmoduls (so,
dass der oben beschriebene Abstand erhalten wird).
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Es
ist beabsichtigt, dass die vorstehende Beschreibung illustrativ
und nicht beschränkend
ist. Nur somit ist es für
den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen an der Erfindung,
wie beschrieben, durchgeführt
werden können,
ohne aus dem Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen. Die
Zeichnungen umfassen gewöhnlich
nur die wichtigen Elemente und Gegenstände, die notwendig sind, um
die Erfindung zu verstehen. Daneben sind die Zeichnungen schematisch
und nicht maßstabsgetreu.
Die Erfindung ist nicht auf solche Elemente beschränkt, die
in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind, da mehr Elemente
vorhanden sein können,
wie dem Fachmann bekannt ist. Z.B. kann der Behälter zur Verwendung von einer
oder mehreren Tauch-Filtrationsmembranen
weiterhin einen Einlass für
die zu behandelnde Flüssigkeit
umfassen, eine Pumpe, um das Permeat von den Membran(einheiten)
wegzupumpen, ein Ablaufventil usw., wie dies dem Fachmann bekannt
ist.