DE69903136T2

DE69903136T2 - Verfahren zur überwachung der unversehrtheit von hohlfaserfiltermodulen

Info

Publication number: DE69903136T2
Application number: DE69903136T
Authority: DE
Inventors: Marie-Reine Chevalier; Karl Glucina; Jean-Michel Laine; Pierre Moulart
Original assignee: Suez Lyonnaise des Eaux
Current assignee: Suez Lyonnaise des Eaux
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: US6370943B1; EP1060006A1; WO1999044728A1; ES2152203T3; ID25813A; EP1060006B1; FR2775440B1; PT1060006E; CN1099903C; AU737828B2; DE1060006T1; JP2002505438A; DE69903136D1; ES2152203T1; CN1291911A; CA2321885A1; FR2775440A1; AU2525999A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche zur Überprüfung der Unversehrtheit von Mikrofiltrations- bzw. Ultrafiltrationsmodulen vorgesehen sind, die in Verfahren zur Auftrennung und Aufkonzentrierung von Lösungen und insbesondere auf dem Gebiet der Wasserbehandlung verwendet werden.
Es ist bekannt, dass für solche Module eine Vielzahl von Hohlfasern verwendet wird, die zu Bündeln zusammengefasst sind, wobei das Problem, das erfindungsgemäß gelöst wird, im Nachweis eines Bruchs von Fasern besteht, der sich in einem Durchtritt des Fluids direkt von der schmutzigen Seite der Membran (Konzentrat) auf die reine Seite (Permeat) durch die Fasern, die vollständig oder teilweise gebrochen ist/sind, bemerkbar macht.
Bisher steht eine gewisse Anzahl von Verfahren zum Nachweis einer Veränderung der Unversehrtheit von Mikro- bzw. Ultrafiltrationsmodulen zur Verfügung, die in zwei Kategorien unterteilt werden können:
- Verfahren, bei welchen eine Kontrolle der Qualität des behandelten Wassers durchgeführt wird, und
- Verfahren, in welchem ein Nachweis von Austritten mit Hilfe eines physikalischen Vorgangs durchgeführt wird.
Anschließend wird der Stand der Technik näher erläutert, der den Verfahren entspricht, die zu den zuvor genannten Kategorien gehören.

Qualitätskontrolle des behandelten Wassers

Trübungsmessung

Das an der Membran behandelte Wasser weist im Allgemeinen eine Trübung von weniger als 0,1 NTU (nephelometrische Trübungseinheit) auf. Ein Fehler in der Unversehrtheit des Moduls muss sich daher in einer Erhöhung der Trübung ausdrücken. Jedoch macht, wenn das zu behandelnde Wasser wenig trüb ist, der Verdünnungseffekt den Nachweis eines Austritts aus einer gebrochenen Faser von einigen zehntausend Fasern, das heißt von einigen Modulen, unmöglich. Der Nachweis wird nur effizient, wenn das zu behandelnde Wasser sehr belastet ist. So wird beispielsweise, wenn Wasser, das mit 0,8 g/l pulverförmiger Aktivkohle belastet ist, eine gebrochene Faser aus 120 000 (8 Module) leicht nachgewiesen. Bei Rohwasser mit geringer Trübung, beispielsweise von 0,5 NTU, ist der Nachweis einer gebrochenen Faser aus 15 000 (ein einziges Modul) nicht sichergestellt.

Zählung der Teilchen

Dieses Verfahren ist viel sensibler als dasjenige der Trübungsmessung, hat aber ebenfalls Grenzen. Bei diesem Verfahren kann eine gebrochene Faser aus 420 000 Fasern nachgewiesen werden, die relativ belastetes Wasser (0,15 mg/l Aktivkohle) behandeln und im Tangentialmodus arbeiten. Im Frontalmodus und mit nur wenig trübem Wasser kann nur eine gebrochene Faser auf einige Module, d. h. aus etwa 100 000 Fasern, nachgewiesen werden. Außerdem erfordert dieses Verfahren viel Pflege und Wartung.

Bakteriologische Analysen

Hier handelt es sich um ein Verfahren, das schwierig und langwierig durchzuführen ist und äußeren Kontaminationen unterliegt. Man muss mindestens zwei aufeinanderfolgende negative Ergebnisse haben, um einen Austritt nachzuweisen. In diesem Verfahren können Colibakterien nachgewiesen werden, wobei jedoch festzustellen ist, dass selbst nicht unversehrte Membranen im Allgemeinen ein Wasser erzeugen, das frei von Escherichia Coli ist. Dieses System kann daher nicht angewendet werden. Außerdem benötigt dieser Nachweis mehrere Tage.
Demzufolge sind die Methoden, die auf einer Qualitätskontrolle des behandelten Wassers beruhen, mehr oder weniger zuverlässig und haben eine begrenzte Genauigkeit. Sie sind global, vorausgesetzt, dass die Messung an einer Anlage, einer Gruppe von Filtrationsapparaten und am besten einem einzigen Apparat, der mehrere Module umfasst, durchgeführt wird. Deshalb müssen anschließend weitere Verfahren durchgeführt werden, um das defekte Modul zu finden. Das Überprüfungsverfahren dauert deshalb zu lange.

Nachweis von Austritten

Tests unter Verwendung von Druckluft

Dabei handelt es sich um den bekanntesten Test, der darin besteht, ein unter Druck stehendes Luftvolumen auf einer Seite der Membran einzuschließen und den Zeitraum zu messen, der für einen festgelegten Druckabfall durch die Membran erforderlich ist. Die Poren der Membran sind mit Wasser gefüllt und die Luft diffundiert langsam durch dieses Wasser hindurch und der Luftdruck sinkt langsam gemäß einem kalibrierten Druckabfall. Geht der Druckabfall schneller, bedeutet das, dass die Membran undicht und somit mindestens eine Faser gebrochen ist. Diese Methode ist relativ genau, da sie Modul pro Modul durchgeführt wird. Jedoch muss in diesem Fall ein manueller Arbeitsgang durchgeführt werden, um das Modul abzuklemmen und den Luftanschluss durchzuführen Diese Methode ist eine näherungsweise, da sie im Maßstab eines Filtrationsapparats durchgeführt wird. Außerdem lässt die Alterung der Module die Diffusionsgeschwindigkeit der Luft variieren, wobei es deshalb schwierig wird, zwischen einer gebrochenen Faser und einer allgemeinen Erhöhung der Porosität der Membran zu unterscheiden.

Luftdiffusionstest

Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird eine Seite der Membran unter Wasser und die andere unter einem niedrigen Luftdruck gehalten. Ist die Membran nicht unversehrt, verursacht die Luft, die durch die Leckstelle hindurchströmt, eine schnelle Druckerhöhung auf der Wasserseite. Durch dieses Verfahren wird der Einfluss der Diffusion der Luft beseitigt, die in diesem Fall viel langsamer ist, da die Sättigung mit Luft, die in Wasser gelöst ist, und anschließend dessen Entgasung erreicht werden muss, bevor sie sich manifestiert.

Akustischer Nachweis

Dieses Verfahren besteht in der Verwendung eines Stethoskops, um ein undichtes Modul zu identifizieren, da durch eine gebrochene Faser Luft austritt. Das "Blubbern", das so auf der Wasserseite verursacht wird, ist leicht hörbar. Diese Auskultation wird vom Anlagenfahrer durchgeführt.
In WO 94/09890 ist ein Verfahren zum Nachweis einer defekten Faser in einem Filtrationssystem mit Mikrofiltrationsmembranen beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird ein Druckgas in den Raum gefüllt, der zwischen den Fasern der Membran und der Filterwand vorhanden ist, und an den Faserenden die Bildung von Bläschen detektiert, die das Vorhandensein einer defekten Faser anzeigen. In diesem Verfahren wird daher ein "Bläschenbildungspunkt" nach Isolation des Moduls oder der Gruppe aus mehreren Modulen verwendet. Dabei handelt es sich um ein zweiphasiges Gas/Flüssigkeits-System, das nur nach Anhalten der Anlage verwendbar ist.
WO 94/11729 betrifft ebenfalls ein Nachweisverfahren, das ein Anhalten der Anlage mit Vorhandensein von Gas auf beiden Seiten der Membran erfordert.
US-A-4 744 240 betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Mikrofiltrationsmodulen, in welchem ebenfalls das Leiten eines Gases durch eine Membran und eine Messung des "Bläschenbildungspunkts" angewendet wird, der für die Größe der Poren oder Löcher, die in der Membran vorhanden sind, repräsentativ ist,. In diesem System, das ein zweiphasiges Gas/Flüssigkeits-System ist, muss ebenfalls die Anlage angehalten werden, um die Messung durchführen zu können.
Demzufolge kann das Verfahren zur Überprüfung der Unversehrtheit von Modulen, das auf einem Nachweis eines Austritts beruht, nur während eines Produktionsstillstands durchgeführt werden und erfordert mehrere Minuten. Darüber hinaus ist es, wenn dieses Verfahren auf eine Gruppe von Modulen (einen Filtrationsapparat) angewendet wird, notwendig, bei einer festgestellten Störung einen zusätzlichen Arbeitsgang (beispielsweise Abhören mit einem Stethoskop) durchzuführen, um das defekte Modul zu identifizieren, wobei dieser Abhörvorgang ebenfalls nur nach Anhalten der Produktion durchgeführt werden kann.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile der zuvor genannten Lösungen nicht aufweist.
Die Erfindung hat daher ein Verfahren zur Überprüfung der Unversehrtheit von Hohlfaserfiltermodulen und zum Nachweis von Austritten der behandelten Flüssigkeit aus einer vollständig oder teilweise gebrochenen Faser zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass es während des Filtrationsvorgangs, ohne dabei die Produktion zu unterbrechen, im kontinuierlichen
- Messen des Lärms, der vom Austritt der Flüssigkeit aus einer gebrochenen Faser verursacht wird,
- Verstärken des so erhaltenen Lärmsignals und
- Vergleichen des so erhaltenen verstärkten Signals mit einem Lärmgrenzwert im selben Frequenzbereich, der für die intakten Module charakteristisch ist, wobei es dieser Vergleich erlaubt, festzustellen, ob das Modul gegebenenfalls beschädigt ist,
besteht.
Die Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens gerichtet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
- ein Hydrophon, das am unteren Ablaß des jeweiligen Filtrationsmoduls in Berührung mit dem Permeat derart angebracht ist, dass es kontinuierlich den Lärm des Durchlaufs der Flüssigkeit im Filtrationsmodus hört,
- einen Verstärker für die von diesem Sensor gelieferten Signale und
- einen Vergleichsmesser, der den Vergleich des verstärkten aufgenommenen Lärmsignals mit einem Lärmgrenzwert sicherstellt, der für ein intaktes Modul charakteristisch ist, wobei die Analyse des Vergleichs den Nachweis eines eventuellen Flüssigkeitsaustritts aus dem Modul erlaubt,
umfasst.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
- Fig. 1 eine Kurve, welche die akustische Kennlinie eines Moduls darstellt, und
- Fig. 2 eine schematische Ansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht,
zeigt.
Somit beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf dem Nachweis des Lärms, der vom direkten Durchtritt des behandelten Fluids von der schmutzigen Seite der Membran (Konzentrat) auf die saubere Seite (Permeat) durch eine Faser des Filtrationsmoduls, die vollständig oder teilweise gebrochen ist, verursacht wird.
Dabei ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Mikrorechners zur Analyse der Signale beschränkt. Die Signale können in der Anlage empfangen und in einem zentralen programmierbaren Automaten analysiert werden.
In Fig. 2 ist ein Filtrationsmodul 10 des Typs dargestellt, der eine Vielzahl von Hohlfasern enthält, die zu Bündeln angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird am unteren Ablass 12 eines Moduls 10 ein Sensor 14 angebracht, der in Form eines Hydrophons ausgeführt ist und es erlaubt, direkt im Kontakt mit dem reinen Wasser (Permeat) den Lärm des Durchtritts des Fluids zu hören. Dabei ist jedes Modul 10 mit einem Hydrophon 14 versehen.
Das vom Hydrophon gelieferte Signal wird von einer elektronischen Vorrichtung, die in Form eines Mikrorechners 16 ausgeführt ist, verstärkt und analysiert, um die Stärke des Lärms in einem Bereich von vorher ausgewählten Frequenzen zu messen, der für die unversehrten Module charakteristisch ist. Das Messergebnis wird anschließend mit einem Lärmgrenzwert im selben Frequenzbereich verglichen, wobei es dieser Vergleich erlaubt, zu erkennen, ob das Modul gegebenenfalls nicht mehr unversehrt ist.
Die Kurve in Fig. 2 lässt deutlich die Art und Weise erkennen, auf welche sich das Vorhandensein einer gebrochenen Faser im Filtrationsmodul manifestiert, wobei es die charakteristische Erhöhung der Lärmstärke der akustischen Kennlinie des Moduls erlaubt, eine Anomalie der Unversehrtheit des Moduls sofort nachzuweisen.
Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die Stärke des Referenzlärms für die unversehrten Module homogen war und weder von einer Anlage zur anderen noch von einer Lage im Filtrationsapparat zur anderen wesentlich variierte. Somit ist gezeigt worden, dass die Feststellung der akustischen Kennlinie Modul für Modul, Lage für Lage oder Anlage für Anlage nicht entscheidend ist und die Aufzeichnung der Stärke des Anfangslärms für den Nachweis nicht erforderlich ist.
Erfindungsgemäß können verschiedene Verwendungen vorgesehen werden, von welchen insbesondere folgende genannt wird:
- Anwendung im Filtrationsmodus ohne Unterbrechung der Produktion, wobei der Lärm gemessen wird, der vom Durchtritt des Wassers durch eine eventuelle Leckstelle verursacht wird.
Der bisherigen Beschreibung ist zu entnehmen, dass es das erfindungsgemäße Verfahren im Filtrationsmodus erlaubt, eine praktisch kontinuierliche Überwachung der Unversehrtheit der Module durchzuführen, vorausgesetzt, dass innerhalb von einigen Sekunden, automatisch und in jedem Filtrationszyklus, das heißt etwa alle Stunden, Modul pro Modul die Unversehrtheit der Fasern dieser Module nachgewiesen werden kann. Dabei erlaubt der Nachweis einer Beschädigung die Identifizierung des defekten Moduls. Dieses Ergebnis kann keinesfalls durch die Durchführung der weiter oben genannten bisher bekannten Verfahren erhalten werden, welche eine Produktionsunterbrechung erfordern, um den Nachweis und die Durchführung der verschiedenen Verfahren zur Identifizierung eines defekten Moduls nach dem Nachweis einer Leckstelle in der Gesamtheit der Module des Filtrationsapparats durchzuführen, während die Erfindung die sofortige Identifizierung eines schadhaften Moduls ermöglicht.

Claims

1. Verfahren zur Überprüfung der Unversehrtheit von Hohlfaserfiltermodulen in situ und zum Nachweis von Austritten der behandelten Flüssigkeit aus einer vollständig oder teilweise gebrochenen Faser, dadurch gekennzeichnet, dass es während des Filtrationsvorgangs, ohne dabei die Produktion zu unterbrechen, im kontinuierlichen

- Messen des Lärms, der vom Austritt der Flüssigkeit aus einer gebrochenen Faser verursacht wird,

- Verstärken des so erhaltenen Lärmsignals und

- Vergleichen des so erhaltenen verstärkten Signals mit einem Lärmgrenzwert im selben Frequenzbereich, der für die intakten Module charakteristisch ist, wobei es dieser Vergleich erlaubt, festzustellen, ob das Modul gegebenenfalls beschädigt ist,

besteht.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie

- ein Hydrophon (14), das am unteren Ablaß (12) des jeweiligen Filtrationsmoduls (10) in Berührung mit der sauberen Flüssigkeit bzw. dem Permeat derart angebracht ist, dass es kontinuierlich den Lärm des Durchlaufs der Flüssigkeit im Filtrationsmodus hört,

- einen Verstärker für die von diesem Sensor gelieferten Signale und

- einen Vergleichsmesser, der den Vergleich des verstärkten aufgenommenen Lärmsignals mit einem Lärmgrenzwert sicherstellt, der für ein intaktes Modul charakteristisch ist, wobei die Analyse des Vergleichs den Nachweis eines eventuellen Flüssigkeitsaustritts aus dem Modul erlaubt,

umfasst.