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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Filtration von Fluids,
insbesondere einschließlich der
Filtration von Wasser.
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Hintergrund
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Es
besteht ein starker weltweiter Bedarf an aufbereiteten Fluids, von
denen die Produktion von Frischwasser kommerziell am wichtigsten
ist. Viele Gegenden auf der Welt haben ungenügendes Frischwasser zur Verwendung
zum Trinken oder für
die Landwirtschaft, und in anderen Gegenden, wo es reichliche Bestände an Frischwasser
gibt, ist das Wasser häufig
mit chemischen oder biologischen Schadstoffen, Metallionen und ähnlichem
verunreinigt. Es besteht auch eine stetige Nachfrage nach einer
kommerziellen Aufbereitung von anderen Fluids wie industriellen
Chemikalien und Lebensmittelsäften.
Die
US-Patentschrift Nr. 4,759,850 diskutiert
z. B. die Verwendung von Umkehrosmose zum Entfernen von Alkoholen
aus Kohlenwasserstoffen in der zusätzlichen Anwesenheit von Ethern,
und die
US-Patentschrift Nr. 4,959,237 diskutiert
die Verwendung von Umkehrosmose für Orangensaft.
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Außer Destillationstechniken
wird die Aufbereitung von Wasser und anderen Fluids üblicherweise
durch Filtration erfüllt.
Es gibt viele Filtrationstypen, einschließlich von Umkehrosmose (RO),
Ultrafiltration und Hyperfiltration, und alle solchen Technologien
werden hier innerhalb des generischen Begriffs „Filtration" betrachtet.
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Die
Umkehrosmose beinhaltet die Trennung von Bestandteilen unter Druck
bei Verwendung einer halbdurchlässigen
Membran. In der vorliegenden Verwendung bezeichnet der Begriff Membran
eine funktionelle Filtereinheit und kann eine oder mehrere halbdurchlässige Schichten
und eine oder mehrere Trägerschichten
umfassen. Je nach der Feinheit der verwendeten Membran kann die
Umkehrosmose Teilchen entfernen, deren Größe von makromolekular zu mikroskopisch
variiert, und moderne Umkehrosmoseeinheiten sind in der Lage, Teilchen,
Bakterien, Sporen, Viren und sogar Ionen wie Cl– oder
Ca++ zu entfernen.
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Es
gibt mehrere Probleme im Zusammenhang mit Umkehrosmose (RO), einschließlich übermäßiger Verschlammung
der Membranen und hoher Kosten im Zusammenhang mit der Erzeugung
des erforderlichen Drucks über
die Membranen. Diese zwei Probleme hängen insofern zusammen, als
die meisten oder alle bekannten RO-Einheiten während des Betriebs ein Spülen mit
einer relativ großen
Menge an Speiseflüssigkeit
relativ zu dem erzeugten Permeat erfordern. Das Verhältnis von
Spülflüssigkeitausschuß zur Permeatwiedergewinnung
bei der Meerwasserentsalzung liegt z. B. bei etwa 3:2. Da nur etwas
des verwendeten Meerwassers als aufbereitetes Wasser wiedergewonnen
wird, wird für
das verbleibende Wasser verwendete Energie verschwendet, womit eine
immanente Ineffizienz geschaffen wird.
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Es
ist bekannt, die Energiekosten für
das Filtrationspumpen abzumildern, indem eine Arbeitsaustauschpumpe
wie die in der
US-Patentschrift 3,489,159 (Cheng
et al.; Januar 1970) verwendet wird, die hier bezugsweise aufgenommen
ist. In solchen Systemen wird Druck in dem „Abfall"-Fluid, das an den Filterelementen vorbei
strömt,
dazu verwendet, das Speisefluid mit Druck zu beaufschlagen. Leider
verwenden Arbeitsaustauschpumpen ein relativ kompliziertes Leitungssystem
und sind auf jeden Fall diskontinuierlich in ihrem Betrieb. Diese
Faktoren addieren sich stark zu den Gesamtkosen der Anlage und des
Betriebs.
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Es
ist auch bekannt, die Energiekosten für das Filtrationspumpen abzumildern,
indem eine oder mehrere Turbinen verwendet werden, um in dem „Abfall"-Fluid enthaltene
Energie wiederzugewinnen. Ein typisches Beispiel ist als
3 in
der
PCT/ES96/00078 (Vanquez-Figueroa;
veröffentlicht Oktober
1996) aufgenommen. Bei diesem Beispiel wird ein Speisefluid einen
Berghang hochgepumpt, und dann läßt man es
den Berg halb hinunterströmen,
und das Abfallfluid wird durch eine Turbine geführt, um etwas von der Pumpenergie
wiederzugewinnen.
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Ein
verallgemeinerteres Schema eines Filtrationssystems aus dem Stand
der Technik, das eine Energierückgewinnungsturbine
verwendet, ist in 1 gezeigt. Dort weist ein Filtrationssystem 10 allgemein
eine Pumpe 20, mehrere parallele Permeatoren 30,
eine Energierückgewinnungsturbine 40 und einen
Tank 50 zum Halten des Permeats oder gefilterten Fluids.
Die Fluidspeiseleitungen sind gerade, wobei eine (nicht gezeigte)
Einlaßleitung
ein Speisefluid von einer (nicht gezeigten) Vorbehandlungseinrichtung
zu der Pumpe 20 führt,
eine Speisefluidleitung 22 mit Druck beaufschlagtes Fluid
von der Pumpe 20 zu den Permeatoren 30 befördert, eine
Permeatsammelleitung 22 druckloses Permeat von den Permeatoren 30 zu
dem Haltetank 50 befördert,
eine Abfallfluidsammelleitung 34 mit Druck beaufschlagtes
Abfallfluid von den Permeatoren 30 zu der Energierückgewinnungsturbine 40 befördert und
eine Abfallfluidabgabeleitung 42 druckloses Abfallfluid
von der Energierückgewinnungsturbine 40 weg
von dem System befördert.
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Ein
System nach 1 kann relativ energieeffizient
sein, ist aber unter dem Gesichtspunkt des Leitungssystems etwas
kompliziert. Unter anderem hat jeder Permeator 30 wenigstens
drei Druckverbindungen – eine
für das
Speisefluid, eine für
das Abfallfluid und eine für
das Permeat. In einem großen
System können
solche Fluidverbindungen teuer zu unterhalten sein, insbesondere
wo Filtrationselemente in den Permeatoren alle paar Jahre ersetzt
werden müssen.
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Die
WIPO-Veröffentlichung
98/46338 offenbart eine
Verbesserung, bei welcher Produktionsmodule, die spiralgewickelte
Filter enthalten, in Reihe mechanisch gekoppelt sind, während die
Strömungspfade
für Speisefluid,
gefiltertes Fluid und Abfallfluid parallel vorgesehen sind. Diese
Anordnung, die hier manchmal als S/P-Modularisierung bezeichnet wird, ermöglicht,
daß eine
Reihe von gekoppelten Modulen bequem installiert, angesteuert und
entfernt werden können.
Die
WO 98/46338 schlägt zahlreiche Wege
vor, die Module auf raumeffiziente Weise einzusetzen, wie durch
Einfügung
in einen tiefen oder seichten Brunnen, einen Turm, entlang des Bodens, in
die Seite eines Hügels
oder Berges oder sogar unter einer Straße oder einem Parkplatz. Es
wird auch vorgeschlagen, daß der
Wirkungsgrad bei Einbau und Entfernung verbessert werden kann, indem
angrenzende Produktionsmodule durch Verwendung eines Gleitgelenks
aneinander angepaßt
werden, und daß die
Produktionsmodule in passender Beziehung zu Tragkabeln oder Tragstangen
gehalten werden können.
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Die
WIPO-Veröffenlichung
WO 98/46338 lehrte jedoch
nicht die Milderung der Energiekosten von modularisierten S/P-Produktionsmodulen
durch Verwendung einer modularisierten Energierückgewinnungseinrichtung. Es
gibt also weiterhin einen Bedarf an einem vereinfachten Ansatz zur
Wiedergewinnung von Energiekosten, die bei solchen Systemen anfallen,
besonders bei großtechnischen
Systemen (wenigstens 1 Million Gallonen pro Tag), bei welchen Ineffizienzen
sehr signifikant sein können. Andere
Filtrationssysteme sind in der
WO
98/09718 und in der
US-A-5366635 offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf modularisierte Filtrationssysteme
mit einer Energierückgewinnungseinrichtung
gerichtet. Das Filtrationssystem umfaßt: wenigstens zwei Produktionsmodule,
die mechanisch in Reihe gekoppelt und fluidmäßig parallel gekoppelt sind,
um eine Produktionskette zu bilden, wobei jedes Produktionsmodul
einen gemeinsamen Speisefluidströmungspfad,
einen gemeinsamen Abfallfluidströmungspfad
und einen gemeinsamen Produktströmungspfad
hat, die entlang der Produktionskette geführt sind, wobei ein Anteil
des Speisefluids in ein stromabwärts
gelegenes Produktionsmodul strömt,
ohne zuerst durch ein stromaufwärts
gelegenes der Produktionsmodule zu strömen; und eine Energierückgewinnungseinrichtung,
die fluidmäßig mit den
wenigstens zwei Produktionsmodulen gekoppelt ist und Energie aus
dem Abfallfluid in dem Abfallfluidströmungspfad ableitet.
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Das
Filtrationssystem kann ferner eine mit der Energierückgewinnungseinrichtung
gekoppelte Antriebswelle umfassen, wobei wenigstens ein Teil der
aus dem Abfallfluid abgeleiteten Energie verwendet wird, um das
Speisefluid mit Druck zu beaufschlagen. Das Filtrationssystem kann
ferner eine Druckbeaufschlagungseinrichtung aufweisen, die modular
mit der Energierückgewinnungseinrichtung
gekoppelt ist und die Druckbeaufschlagung des Speisefluids unterstützt. Die
Energierückgewinnungseinrichtung kann
ein Pelton-Rad oder eine Turbine umfassen. Die Produktionskette
kann wenigstens drei der Produktionsmodule und wenigstens fünf der Module
umfassen. Das Filtrationssystem kann auch ein längliches Gehäuse aufweisen,
wobei die Produktionskette in das längliche Gehäuse eingefügt ist.
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Verschiedene
Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, in
denen gleiche Bezugsziffern gleiche Komponente darstellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schema eines Filtrationssystems aus dem Stand der Technik, das
eine Energierückgewinnungsturbine
verwendet.
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2 ist
ein Schema eines Filtrationssystems nach der vorliegenden Erfindung,
das eine Energierückgewinnungsturbine
verwendet.
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3 ist
ein Schema eines Feldes von Filtrationssystemen nach der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
ein Schema eines Filtrationssystems nach der vorliegenden Erfindung,
das eine Energierückgewinnungseinrichtung
und eine untertauchbare Pumpe verwendet.
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5 ist
ein Schema eines Filtrationssystems nach der vorliegenden Erfindung
in horizontaler Konfiguration, das eine Arbeitsaustauschpumpe verwendet.
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6 ist
ein Schema eines Filtrationssystems nach der vorliegenden Erfindung
in vertikaler Konfiguration, das eine Arbeitsaustauschpumpe verwendet.
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Detaillierte Beschreibung
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In 2 weist
ein bevorzugtes Filtrationssystem 110 allgemein eine Druckbeaufschlagungseinrichtung 120,
mehrere Umkehrosmosefilter 130 oder andere Filter, eine
Energierückgewinnungseinrichtung 140 und
einen Tank 150 zum Halten eines Permeats oder gefilterten
Fluids. Analog zu 1 tritt ein Speisefluid aus
der Leitung 112 in eine Vorbehandlungseinrichtung 114 ein
und läuft
dann über
die Leitung 116 zu der Druckbeaufschlagungseinrichtung 120.
Bei Druckbeaufschlagung befördert
eine Speisefluidleitung 122 mit Druck beaufschlagtes Speisefluid
von der Druckbeaufschlagungseinrichtung 120 zu den Permeatoren 130,
eine Permeatsammelleitung 132 befördert druckloses Permeat von
den Permeatoren 130 zu dem Haltetank 50, eine Abfallfluidsammelleitung 134 befördert mit
Druck beaufschlagtes Abfallfluid von den Permeatoren 130 zu der
Energierückgewinnungsturbine 140,
und eine Abfallfluidabgabeleitung 142 befördert druckloses Abfallfluid
von der Energierückgewinnungsturbine 140 weg
von dem System 110. Ebenfalls analog zu 1 wird
in Erwägung
gezogen, daß das
Speisefluid jedes Fluid sein kann, das einer Behandlung durch Filtration
zugänglich
ist. In sehr vielen Fällen
wird das Speisefluid Wasser oder wenigstens eine wäßrige Lösung wie
Salz- oder Lakenwasser aufweisen. In anderen Fällen kann das Speisefluid ein
Nahrungsmittel wie Orangensaft oder vielleicht einen Erdölvermittler
aufweisen, der eine Aufbereitung erfordert.
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Ganz
anders als das Filtrationssystem 10 von 1 zieht
jedoch das Filtrationssystem 110 von 2 in
Erwägung,
daß die
verschiedenen Filter 130 und wenigstens Abschnitte der
Speisefluidleitung 122, die Permeatsammelleitung 132 und
die Abfallfluidssammelleitung 134 in einer Reihe von Produktionsmodulen 160 enthalten
oder wenigstens teilweise davon gebildet sind, die in einer Produktionskette
zusammengekoppelt sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann die Produktionskette
innerhalb eines Kanals oder eines Gehäuses enthalten sein, um eine
große
Rohranordnung 170 zu bilden, wobei die Innenwände des
Kanals oder Gehäuses
mit den Produktionsmodulen zusammenwirken, um wenigstens eine der
verschiedenen Fluidleitungen 122, 132 und 134 zu
bilden. In jeder Kombination oder Umsetzung solcher Ausführungsformen
gilt, daß der
Speisefluidströmungspfad,
der Abfallfluidströmungspfad
und der Produktströmungspfad
alle entlang der Produktionskette „mitgeführt" werden.
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Die
Produktionsmodule
160 können
vorteilhaft in vieler Hinsicht den Produktionsmodulen
40 ähnlich sein,
die in den Veröffentlichungen
WO 98/09718 bzw.
WO 98/46338 beschrieben
sind, obwohl es hier weniger Zwang auf Durchmesser gibt, als dies
früher
in Erwägung
gezogen wurde. Außerdem
wird ins Auge gefaßt,
daß die
Produktionsmodule
160 in jeder Beziehung zur Vertikalen,
einschließlich
vertikal, nicht vertikal und sogar horizontal angeordnet sein können. Als
solche kann die große
Rohranordnung
170 mehr oder weniger horizontal auf, über oder
unter der Fläche
des Bodens oder in irgend einer anderen Konfiguration wie einer
teilweise vergrabenen Anordnung angeordnet sein. Bei anderen betrachteten
Ausführungsformen
kann die große Rohranordnung
170 in
einen seichten Schacht gesetzt sein, der vielleicht weniger als
100 oder sogar weniger als 50 Fuß tief ist. Bei weiteren Ausführungsformen
kann die große
Rohranordnung
170 innerhalb oder als Teil eines Turms,
Hangs oder Berges angeordnet sein. Bei noch einem weiteren Gesichtspunkt können mehrere
große
Rohranordnungen
170 zusammengekoppelt sein, um ein (nicht
gezeigtes) Feld von Anordnungen in jeder Kombination von Aufstellungen
zu bilden.
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Der
Filterabschnitt ist bevorzugt spiralgewickelt, wie dies z. B. in
der
WO 98/09718 abgebildet ist.
Bei anderen Ausführungsformen
können
jedoch andere Typen von Filtern verwendet werden. So wird ausdrücklich in
Erwägung
gezogen, Filter vom Typ flache Membran, rohrförmig, spiralförmig und/oder Hohlrohr
zu verwenden. Hohle Filter können
z. B. auf ähnliche
Weise eingesetzt werden, wie dies in der
US-Patentschrift
5,470, 469 (Eckman; November 1995) beschrieben ist.
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Wenden
wir uns im einzelnen der Druckbeaufschlagungseinrchtung 120 zu,
dann wird in Erwägung
gezogen, daß jede
Pumpe oder jedes Pumpensystem in dem Filtrationssystem 110 verwendet
werden kann, das adäquates
Pumpvolumen und Druck liefert, um das Speisefluid mit Druck zu beaufschlagen.
Dies umfaßt
Verdrängerpumpen,
Impellerpumpen, Kopfdruckvorrichtungen und viele andere. Anderseits
werden manche Pumpen und Pumpsysteme effizienter als andere sein,
und solche Pumpen und Systeme werden besonders in Erwägung gezogen. Ein
besonders effizientes Pumpsystem ist eine zweistufige Turbinenpumpe
wie die in 2 abgebildete. Hier strömt Speisefluid
zunächst
zu einer Turbine 120A mit relativ niedrigem Druck und dann
weiter zu einer Turbine 120B mit relativ hohem Druck. Die
Nieder- und Hochdruckturbinen 120A, 120B können vorteilhaft
Leistung aus einer einzigen Antriebswelle 120C und dem
Motor 120D ableiten, obwohl andere Ausführungsformen mit mehreren Antriebswellen und/oder
mehreren Motoren auch in Erwägung
gezogen werden.
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Die
Energierückgewinnungseinrichtung 140 kann
viele verschiedene Formen einschließlich (nicht gezeigter) Verdrängervorrichtungen
annehmen. In 2 umfaßt die Energierückgewinnungseinrichtung 140 die
Turbine 140A, die mit Druck beaufschlagtes Abfallfluid
von den Produktionsmodulen 160 aufnimmt.
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Die
Energierückgewinnungseinrichtung 140 kann
viele verschiedene Formen einschließlich (nicht gezeigter) Verdrängervorrichtungen,
(nicht gezeigter) Turbinenvorrichtungen oder eines Pelton-Rades 130A (in 4 abgebildet)
annehmen. Die Energierückgewinnungseinrichtung 140 ist
auch bevorzugt modular mit Druckbeaufschlagungseinrichtung 120 gekoppelt.
Bei der speziellen Ausführungsform
von 2 und 3 findet die Modularisierung
statt, indem sowohl die Druckbeaufschlagungseinrichtung 120 als
auch die Energierückgewinnungseinrichtung 140 in
einem gemeinsamen Leistungsmodul 165 angeordnet werden
und ferner die Pumpenantriebswelle verwendet wird, um die Welle 120C anzutreiben und
Leistung von der Energierückgewinnungseinrichtung
zu der Pumpe 120A, 120B zu übertragen. Bei alternativen
Ausführungsformen
kann die Modularisierung auch stattfinden, indem die Druckbeaufschlagungseinrichtung 120 und
die Energierückgewinnungseinrichtung 140 in
(nicht gezeigten) getrennten Leistungsmodulen angeordnet werden,
die vorteilhaft durch einen gemeinsamen Antriebsstrang gekoppelt
sein können.
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Zahlreiche
Vorteile an der Modularisierung sind erwogen werden. Die Modularisierung
der Filter und Strömungsleitungen
in Produktionsmodule ist beispielsweise sehr vorteilhaft, da sie
die Konstruktion von Filtrationssystemen vereinfacht, die physisch auf
serielle Weise, aber fluidmäßig auf
parallele Weise angeordnet sind. Solche Systeme sind relativ zu herkömmlichen
Systemen wie dem in 1 abgebildeten immanent kostengünstig zu
bauen und zu warten. Die Modularisierung der Druckbeaufschlagungs- und
Energierückgewinnungseinrichtungen
ist auch unter Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit vorteilhaft.
Unter anderem können
solche Leistungsmodule leicht in ein gegebenes Filtrationssystem
eingefügt und
ersetzt und austauschbar in einem Feld solcher Filtrationssysteme
gegen entsprechende Module ausgewechselt werden.
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Von
einigen dieser Vorteile kann man sich aus der Betrachtung von 3 leichter
ein Bild machen. In 3 weist ein Feld 200 von
Filtrationssystemen ein erstes Mikrofiltrationssystem 202,
ein zweites, nämlich
ein Ultrafiltrations- oder Nichtfiltrationssystem 204 und
ein drittes, nämlich
ein Hyperfiltration- oder Umkehrosmosesystem 206 auf. Viele
der Teile können
vorteilhaft modularisiert sein, um die Austauschbarkeit und Wirtschaftlichkeit
zu verbessern. Beispielsweise kann jedes der Filtrationssysteme
eine Vorbehandlungseinrichtung 214A, 214B und 214C haben,
die in diesem Fall eine Ultravioletteinheit oder eine andere Bakterizideinheit
sein kann. Speisefluid für
alle Filtrationssysteme 202, 204 und 206 in
dem Feld 200 wird von einem Brunnen 209 geliefert
und von einer Pumpe 208 zu der ersten Vorbehandlungseinrichtung 214A gepumpt.
Das Speisefluid läuft
dann über
die Leitung 216A zu dem ersten Filtrationssystem 202,
wo das Speisefluid in den Produktionsmodulen 260A gefiltert
wird. Abfallfluid verläßt das erste
Filtrationssystem 202 über
die Leitung 234A. Permeat aus dem ersten Filtrationssystem 202 wird über eine
Leitung zu dem zweiten Filtrationssystem 204 geführt, wo
eine weitere Filtration in den Produktionsmodulen 260B stattfindet.
Abfallfluid verläßt das zweite
Filtrationssystem 204 über
die Leitung 234B. Permeat aus dem zweiten Filtrationssystem 204 wird über die
Leitung 216C zu dem dritten Filtrationssystem 206 geführt. An
dem dritten Filtrationssystem 206 wird das relativ gereinigte
Fluid von der Druckbeaufschlagungseinrichtung 220 mit Druck beaufschlagt
und weiter in den Produktionsmodulen 260C gefiltert. Abfallfluid
verläßt das dritte
Filtrationssystem 206 über
die Leitung 234C. Permeat aus dem dritten Filtrationssystem 206 wird
unter Verwendung der Energierückgewinnungseinrichtung 240 drucklos gemacht
und läuft
dann zu dem Haltetank 250.
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Selbstverständlich sind
die in 2 und 3 dargelegten Anordnungen der
System nur beispielhaft und viele andere Anordnungen werden erwogen.
Beispielsweise bildet 3 ein Feld 200 ab, in
welchem ein Speisefluid fortschreitend über mehrere seriell angeordnete
Filtrationssysteme immer mehr gefiltert wird. Bei alternativen Ausführungsformen
kann es angebrachter sein, ein Speisefluid nur einmal zu filtern,
so daß die
verschiedenen Filtrationssysteme parallel und nicht seriell wirken.
Bei zusätzlichen
alternativen Ausführungsformen
kann ein Feld zahlreiche Quellen von Speisefluid wie über mehrere
Brunnen anstatt eines gemeinsamen Brunnens verwenden. Bei weiteren
alternativen Ausführungsformen
können
die verschiedenen Filtrationssysteme in unterschiedlichen Lagen
relativ zur Landschaft angeordnet sein. Beispielsweise können einige
der Systeme im wesentlichen unterirdisch verlegt sein, während andere
nahe am Grundniveau liegen oder in einem Turm angeordnet sein können.
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Viele
der Teile können
vorteilhaft modularisiert sein, um die Austauschbarkeit und die
Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Z. B. kann jedes der Filtrationssysteme
eine Vorbehandlungseinrichtung 214A, 214B, 214C haben,
die in diesem Falle eine UV- oder
eine andere Bakterizid-Einheit sein kann. Speisefluid für alle Filtrationssysteme 202, 204, 206 in
dem Feld wird von dem Brunnen 209 geliefert und von der
Pumpe 208 zu der ersten Vorbehandlungseinrichtung 214A gepumpt.
Das Speisefluid läuft dann über die
Leitung 216A zu dem ersten Filtrationssystem 202,
wo das Speisefluid in den Produktionsmodulen 260A gefiltert
wird. Abfallfluid verläßt das erste
Filtrationssystem 202 über
die Leitung 234A. Permeat von dem ersten Filtrationssystem 202 wird über die
Leitung 216B zu dem zweiten Filtrationssystem 204 geführt. Abfallfluid
verläßt das dritte Filtrationssytem 206 über die
Leitung 234C, wobei es durch die Energierückgewinnungseinrichtung 240 läuft. Permeat
von dem dritten Filtrationssystem 206 läuft zu dem Haltetank 250.
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In 4 umfaßt ein Filtrationssystem 310 eine
Druckbeaufschlagungseinrichtung 320 und eine Energierückgewinungseinrichtung 340,
die in einem gemeinsamen Leistungsmodul 365 angeordnet
sind. Das Pelton-Rad oder ERT 340A gewinnt Energie aus dem
Abfallfluid in der Abfallfluidsammelleitung 134 zurück und liefert
zusätzliche
Leistung zum Antreiben der untertauchbaren Pumpe 320A, 320B über die Antriebswelle 320C.
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In 5 sind
eine Reihe von Produktionsmodulen 522 zusammengekoppelt,
um eine große Rohranordnung 510 zu
bilden. Es wird erwogen, daß die
Produktionsmodule 522 in jeder Beziehung zur Vertikalen
angeordnet sein können,
einschließlich vertikal,
von der Vertikalen versetzt und sogar horizontal. Als solche kann
die große
Rohranordnung 510 mehr oder weniger horizontal auf, über oder
unter der Fläche
des Bodens oder in irgend einer anderen Konfiguration wie einer
teilweise vergrabenen Anordnung angeordnet sein. Bei anderen betrachteten
Ausführungsformen
kann die große
Rohranordnung 510 in einen seichten Schacht gesetzt sein,
der vielleicht weniger als 100 oder sogar weniger als 50 Fuß tief ist.
Bei weiteren Ausführungsformen
kann die große
Rohranordnung innerhalb oder als Teil eines Turms, Hangs oder Berges
angeordnet sein. Bei noch einem weiteren Gesichtspunkt können mehrere große Rohranordnungen 510 zusammengekoppelt sein,
um ein Feld von Anordnungen in jeder Kombination von Aufstellungen
zu bilden.
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Der
bevorzugte Betrieb ist ähnlich
demjenigen, der in der Anmeldung
WO
98/09718 beschrieben ist, davon abgesehen, daß erwogen
wird, daß der
größte Teil
des Drucks, der zum Betreiben der Membranen erforderlich ist, von
einer anderen Quelle als Kopfdruck abgeleitet wird. So kann in
5 eine
Flüssigkeit
aus einem Brunnenkopf oder einer anderen Quelle
512 durch
eine Eingangsleitung
513 und in eine optionale Vorbehandlungseinheit
514 gesaugt
oder hochgepumpt werden. Während
die Flüssigkeit
allgemein Wasser oder wenigstens eine wäßrige Lösung wie Salz- oder Lakenwasser
sein wird und Abschnitte der vorliegenden Beschreibung Salz- oder Lakenwasser
als ein Beispiel verwenden, wird man verstehen, daß praktisch
jede Flüssigkeit
durch die Vorrichtung und die Verfahren, die hier beschrieben sind,
aufbereitet werden kann.
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Aus
der Vorbehandlungseinheit 514 läuft das Salz- oder Lakenwasser
durch eine Hochdruckarbeitsaustauschpumpe 516, die dazu
verwendet werden kann, dem Wasser zusätzlichen Druck zu verleihen,
und das Wasser in die Produktionsmodule 522 führt. Bei
diesem speziellen Beispiel strömt
das Salz- oder Lakenwasser entlang der Durchgänge 524, wobei etwas
Wasser durch eine Membran strömt,
um ein Permeat zu bilden, das durch den Durchgang 526 läuft, während das
restliche Wasser aus dem Abzugsrohr 536 läuft. Das
Permeat in dem Durchgang 526 strömt dann durch das Rohr 532 zu
dem Lagertank 534.
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Wie
oben erörtert,
kann die große
Rohranordnung 520 in praktisch jeder Position angeordnet sein,
ist aber hier durch die Stützen 542 einige
Fuß über den
Boden angehoben. Es kann auch einen Stützboden 544 aus Beton
oder einer anderen Bodenabdeckung geben.
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6 bildet
eine ähnliche
Anordnung ab, wo die große
Rohranordnung 610 vertikal in einem seichten Brunnen angeordnet
ist. Zum leichteren Vergleich wurde jedes der Elemente mit dem gleichen
Numerierungssystem wie für 5 bezeichnet, davon
abgesehen, daß jede
Ziffer um 100 erhöht wurde.
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Wenden
wir uns im einzelnen den Hochdruckpumpen
516,
616 zu,
dann wird in Erwägung gezogen,
daß jede
Pumpe oder jedes Pumpensystem verwendet werden kann, das adäquates Pumpvolumen
und Druck liefert. Dies umfaßt
Verdrängerpumpen,
Impellerpumpen und viele andere. Anderseits werden manche Pumpen
und Pumpsysteme effizienter als andere sein, und solche Pumpen und Systeme
werden besonders in Erwägung
gezogen. Pumpsysteme wie die in der
US-Patentschrift 3,489,159 offenbarten
Arbeitsaustauschpumpen sind gegenwärtig bevorzugt.
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Es
sind also spezifische Ausführungsformen und
Anwendungen eines Filtrationssystems mit einem modularisierten Energierückgewinnungssystem offenbart
worden. Dem Fachmann sollte jedoch klar sein, daß viel mehr als die bereits
beschriebenen Modifizierungen möglich
sind, ohne von den vorliegenden erfinderischen Konzepten abzuweichen.
Der Erfindungsgegenstand soll deshalb nicht über die vorliegende Offenbarung
hinaus eingeschränkt
sein.