EP4200256A1 - Ultrafiltrationsanlage und rückspülverfahren - Google Patents

Ultrafiltrationsanlage und rückspülverfahren

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Publication number
EP4200256A1
EP4200256A1 EP20841708.9A EP20841708A EP4200256A1 EP 4200256 A1 EP4200256 A1 EP 4200256A1 EP 20841708 A EP20841708 A EP 20841708A EP 4200256 A1 EP4200256 A1 EP 4200256A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrafiltration
filtrate
line
pressure
raw water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20841708.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arne Götzel
Marcel HAMMER
Michael KSOLL
Michael Reichelt
Danny RÖSLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wilo SE filed Critical Wilo SE
Publication of EP4200256A1 publication Critical patent/EP4200256A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/004—Seals, connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/005—Valves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/14—Treatment of water in water supply networks, e.g. to prevent bacterial growth

Definitions

  • the invention relates to an ultrafiltration system for the production of drinking water in a building with consumers, comprising a number of parallel ultrafiltration modules which can be operated selectively and independently of one another in a filtration mode to supply the consumers with filtrate and in a backwash mode in which the filtrate of at least one first of the ultrafiltration modules is used for backwashing at least a second of the ultrafiltration modules. Furthermore, the invention relates to a backwashing method for such an ultrafiltration system.
  • Ultrafiltration systems for drinking water supply in buildings with filter modules working in parallel are known per se. They are used where a central supply of water of potable quality is not possible or not permanently possible.
  • Residential and multi-family houses, hotels, hospitals, office buildings and public facilities are particularly noteworthy as buildings with such systems, which include a large number of water consumers such as washbasins, toilets, showers, bathtubs, etc. and therefore have extremely dynamic water consumption over the course of the day .
  • a cruise ship is also to be understood as a building in the sense of a mobile hotel.
  • Filter modules of an ultrafiltration system have an inlet connection on the raw water side for supplying raw water and an outlet connection on the filtrate side for supplying filtered water, referred to below as filtrate.
  • filter membranes between the inlet and outlet connections, which filter out microorganisms and dirt particles in the raw water supplied.
  • the filter membrane spatially separates the raw water side from the filtrate side.
  • particles and microorganisms accumulate as filter cakes on the membrane surface, which is known to those skilled in the art as “fouling”. This progressively reduces the filter performance and it becomes necessary to clean the membrane. This can be done by what is known as backwashing, in which the flow through the filter membrane is in the opposite direction to the filter operation, ie from the filtrate side to the raw water side.
  • filtrate is collected in a container and, if necessary, pumped back to the filtrate side for filter cleaning. There it flows through the filter membrane to the raw water side, detaches the particles and microorganisms from the membrane, is removed from the raw water side as so-called retentate and then separated. Appropriate valves are actuated and opened and closed in order to release the pipeline routes required for this or to block certain routes, such as the raw water supply to the filter module to be cleaned or the filtrate supply to the consumers.
  • the disadvantage here is that the filtrate tank and the backflushing pump are required, which take up space, have to be integrated into the system by pipes and lead to corresponding costs. Furthermore, the filter operation of the entire system usually has to be interrupted for backwashing.
  • a challenge when backwashing a first filter module using filtrate from a second filter module is to avoid damaging the membrane from the supply pressure and pressure peaks superimposed on it.
  • the retentate is separated into a free outlet (e.g. according to DIN EN 1717), as a result of which the raw water side is open to the atmosphere during backwashing.
  • the supply pressure can be around 10 bar, for example.
  • the housing of the filter modules can withstand this pressure, such a differential pressure across the membrane, i.e. between the filtrate side and the raw water side, hereinafter referred to as transmembrane pressure or TMP, can destroy the membrane - it bursts.
  • the membrane is designed for a differential pressure of less than 2 bar and can withstand a maximum pressure of approx. 4 bar for a short time.
  • FIG. 1 illustrates this using an exemplary ultrafiltration layer 1 with three parallel ultrafiltration units 3, each consisting of an ultrafiltration module 3a, 3b, 3c, with the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c being identical.
  • the supply pressure is 10 bar above the series connection from the Number of filtering ultrafiltration units 3, here ultrafiltration modules 3b, 3c, and the number of ultrafiltration units 3 to be backwashed, here only ultrafiltration module 3a.
  • the TMP above the two parallel, filtering ultrafiltration modules 3b, 3c is 33.3% of the supply pressure, ie approx. 3.3 bar
  • the TMP above the ultrafiltration module 3a to be backwashed is 66.7% of the supply pressure, ie approx. 6.7 bars.
  • FIG. 1 illustrates the possible use of such disposable filter modules 3a, 3b, 3c, with the baffle plate 9 being arranged in the respective local retentate line 7a, 7b, 7c, i.e. the line between the inlet connection 4a and the central retentate line 7, which leads to free drainage 30 leads.
  • the pressure loss on the ultrafiltration modules increases and on the baffle plate decreases until it becomes ineffective. .
  • baffle plate 9 cannot be set to a desired back pressure. This means that if there is a structural change in the ultrafiltration system 1, the baffle plate 9 will have to be replaced by another suitable baffle plate. Another disadvantage of the baffle plate 9 is that pressure peaks get through unfiltered and damage to the filter membrane 6 can therefore not be ruled out.
  • baffle plate 9 in the local filtrate line 8a, 8b, 8c.
  • the pressure loss generated by the baffle plate 9 also has an effect during filtration operation and thus restricts the delivery of the filtrate to the consumers 40, which experience a correspondingly reduced flow pressure.
  • an ultrafiltration system for producing drinking water in a building with consumers comprising
  • each of which has one or more parallel ultrafiltration modules with a raw water side, a filtrate side and at least one filtration membrane lying between these and which can be operated optionally and independently of one another in a filtration mode to produce filtrate and in a backwash mode to clean the filtration membrane ,
  • a retentate line with which the ultrafiltration units can each be connected to remove retentate from the raw water side for the backwash operation, wherein in the backwash operation filtrate is fed to at least a first of the ultrafiltration units for backwashing to at least a second of the ultrafiltration units, and each ultrafiltration unit via a first line to the filtrate discharge in filtration operation and a second line parallel thereto for the filtrate feed line in backflushing operation is connected to the filtrate line, so that filtrate from the first ultrafiltration unit can be fed to the filtrate side of the second ultrafiltration unit, with a valve for flow prevention in backflushing operation in the first line and a pressure-reducing element in the second line is arranged.
  • the filtrate delivery to the consumer on the one hand and the filtrate delivery to an ultrafiltration unit to be backwashed are fluidically separated or each divided into a separate line.
  • the filtrate is discharged from the filtrate side in filter operation and the filtrate is fed to the filtrate side in backwash operation via different flow paths, so that a pressure reduction on the filtrate side is possible without impairing filter operation.
  • Both lines can be referred to as "filtrate lines" because they convey filtrate, but the second line also forms a backwash line, since it is the only one used to convey filtrate from one ultrafiltration unit for the purpose of backwashing the other ultrafiltration unit from a central filtrate line into which the first Line or all first lines open, the filtrate side of the other ultrafiltration unit to be forwarded.
  • the pressure reducing element in the second line can effectively limit the pressure in the filtrate line for backwashing and thus the TMP during backwashing against the atmosphere above the membrane to be backwashed and the membrane can be protected.
  • the pressure-reducing element can be a baffle plate.
  • the pressure reducing element can be a regulated control valve, for example a motor-operated ball valve.
  • a desired pressure drop can be set across the pressure-reducing element or can be actively regulated, so that if there is a structural change in the ultrafiltration system, the pressure-reducing element does not need to be replaced.
  • a corresponding pressure control can act on the control valve by means of a pressure sensor downstream of the control valve in the direction of flow, the pressure control being set up to control the control valve in such a way that the pressure behind the control valve is kept constant.
  • the pressure-reducing element can be a pressure reducer.
  • a pressure reducer is a pressure valve with an inlet and an outlet side, which always maintains a constant pressure (back pressure) on the outlet side, regardless of the higher pressure (inlet pressure) on the inlet side.
  • a pressure reducer thus causes passive pressure control in a purely mechanical way.
  • a pressure reducer is able to dampen or filter out pressure peaks due to the high reaction speed in contrast to a comparatively sluggish control.
  • the pressure reducer can be adjustable with regard to its back pressure. However, a non-adjustable pressure reducer can also be used.
  • the ultrafiltration units can each be connected to the filtrate line via a separate first line for filtrate discharge in filtration mode and each via a separate second line parallel thereto for filtrate feed line in backflushing mode.
  • two lines in each case open into the central filtrate line, so that in this embodiment variant, with n ultrafiltration units, 2n lines are required for filtrate. Since a pressure-reducing element is arranged in each of the second lines, the number n of pressure-reducing elements corresponds to the number n of ultrafiltration units.
  • the second line is formed from a common section connected to the filtrate line and individual lines branching from it to the individual ultrafiltration units, with the pressure-reducing element being located in the common section. While the respective So a single line is assigned to a specific ultrafiltration unit and is only used to supply backwash filtrate for this ultrafiltration unit, the common section is used by all or for all ultrafiltration units. With n ultrafiltration units, only n+1 lines for filtrate are therefore required, which open into the central filtrate line. This has the advantage that only a single pressure reducing element is required, which acts equally for all ultrafiltration units, depending on which one is to be backwashed.
  • a flow prevention valve can be arranged in series with the pressure reducing element.
  • the or at least some of the valves in the first and/or second line can be switchable (open/closed) or adjustable (0%-100%) control valves. It can thus be defined manually whether and which line should be flown through on the filtrate side. In relation to the case in which a control valve is arranged in each of the first and second lines, this must be done in reverse. Thus, for the filtering operation of an ultrafiltration unit, the valve in the first line must be opened to deliver filtrate and closed in the second line to isolate the filtrate sides of the filtering and backwashing ultrafiltration units.
  • valve in the first line may be closed so that the pressure reducing element is not bypassed or to force the filtrate through the pressure reducing element, and in the second line be open to allow filtrate to be backwashed receive.
  • valves are non-return valves. This is because the behavior of these types of valves is that they allow flow in one direction and prevent flow in the other (reverse) direction.
  • This directionality can be ideally utilized for the present invention, since the first and second line for filtrate is intended to flow through in only one direction.
  • a backflow preventer can be arranged in the respective first line in such a way that its input side is connected to the corresponding ultrafiltration unit and its output side is connected to the filtrate line.
  • a non-return valve can be arranged in the respective second line or in its respective individual line in such a way that its input side is connected to the filtrate line and its output side is connected to the corresponding ultrafiltration unit.
  • backflow preventers in the lines means that controlled valves and corresponding control lines can be dispensed with, so that the costs and effort involved in constructing the ultrafiltration system according to the invention can be saved. Since non-return valves work completely independently, they are also fail-safe in relation to control valves.
  • the ultrafiltration system can thus include a sensor system for determining the differential pressure between the supply line and the filtrate line and an evaluation unit for evaluating the differential pressure.
  • the evaluation unit can then compare the differential pressure with an opening pressure of the non-return valve, eg 0.3 bar, and assume a volume flow greater than zero above the opening pressure and a volume flow equal to zero below the opening pressure. Or can the evaluation unit must be set up to do this.
  • a differential pressure measurement can be used to determine whether the ultrafiltration system is delivering filtrate to the consumers or has possibly not delivered for a certain period of time.
  • the opening pressure is thus well above the measurement tolerance of conventional pressure sensors.
  • the ultrafiltration modules have a large number of hollow-fiber membranes, which separate the raw water side from the filtrate side.
  • the ultrafiltration modules can each have a cylindrical housing in a vertical arrangement as intended.
  • the housing can preferably have a connection to the raw water side in the upper area for the removal of retentate that is produced by the backwashing of the filter membrane on the raw water side. This has the advantage that during backwash operation, air is also removed from the housing on the untreated water side at the same time. Additionally or alternatively, the housing can have a connection to the raw water side in the lower area for the supply of raw water to be filtered. This enables a symmetrical inflow of the ultrafiltration module during filtration. This halves the axial path length to be flowed through in the ultrafiltration module, in particular the length of a hollow fiber with a small inner diameter, and thus the pressure loss during filtration.
  • a housing of the ultrafiltration module has two connections on the raw water side and gives the ultrafiltration module a high degree of flexibility with regard to its use. Furthermore, the housing does not have to be differentiated between top and bottom. Raw water can be fed in or retentate can be removed either via the upper or lower connection or via both connections at the same time.
  • the housing can have a connection located in the upper area when arranged vertically as intended have to the filtrate side for the removal of filtrate that is produced by the filtration on the filtrate side.
  • This has the advantage that during filtration operation air is also removed from the housing on the filtrate side.
  • the housing can have a connection to the filtrate side in the lower area of the housing for the supply of filtrate for backwashing the filter membrane. In the event of service, this allows the modules to be emptied quickly and completely on the filtrate side.
  • a housing of the ultrafiltration module has two connections on the filtrate side and also gives the ultrafiltration module a high degree of flexibility with regard to its use, since it is not necessary to distinguish between top and bottom and the filtrate can be fed in either via the upper, lower or via both connections can be made at the same time.
  • FIG. 1 schematic representation of an ultrafiltration system according to the prior art with baffle plates in the retentate line
  • FIG. 2 a first ultrafiltration system according to the invention in a schematic representation with control valves in the first filtrate line
  • FIG. 3 a second ultrafiltration system according to the invention in a schematic representation with backflow preventers in the first filtrate line;
  • FIG. 4 a third ultrafiltration system according to the invention in a schematic representation with a common backwash line and control valves
  • FIG. 5 a fourth inventive ultrafiltration system in a schematic representation with common backwash line and backflow preventers
  • FIG. 6 a fifth inventive ultrafiltration system in a schematic representation with ultrafiltration modules with two connections each on the raw water and filtrate side
  • FIG. 1 shows an ultrafiltration system 1 using ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c according to the prior art.
  • the ultrafiltration system 1 is fed from a source 20 with raw water.
  • This source 20 can be a local water utility or a local Water reservoir such as a tank or cistern.
  • a central supply line 2 connects the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c to the source 20, a pressure booster system 21 being arranged in the supply line 2 in order to provide an inlet pressure PE of approximately 10 bar on the inlet side of the ultrafiltration system 1.
  • PE inlet pressure PE of approximately 10 bar on the inlet side of the ultrafiltration system 1.
  • the latter is necessary above all in tall buildings and/or extensive drinking water distribution networks within the building, since even the supply pressure provided by any supplier alone is not sufficient to ensure sufficient flow pressure, e.g.
  • the pressure boosting system is only symbolized by a pump 21 here.
  • a local supply line goes off to each of the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c, in each of which there is an inlet valve Za, Zb, Zc.
  • the local supply lines each end at an inlet connection 4a, which opens into an untreated water side 5a of the corresponding ultrafiltration module 3a, 3b, 3c.
  • the untreated water side 5a is separated from the filtrate side 5b by at least one membrane 6, from which a discharge connection 4b leads out.
  • the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c are connected via a respective local filtrate line 8a, 8b, 8c, starting from the outflow connection 4b, to a central filtrate line 8, which leads to the consumers 40.
  • Consumers 40 can be washbasin fittings, toilets, showers, tubs, etc., for example.
  • the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c produce filtrate from the raw water, in that the raw water passes through the membrane 6 and particles in the raw water remain adhering to the raw water side 5a or to the membrane.
  • the water or filtrate permeated to the filtrate side 5b is conducted through the local filtrate lines 8a, 8b, 8c to the central filtrate line 8, which then forwards the filtrate to the consumers 40.
  • each ultrafiltration module 3a, 3b, 3c can be operated independently of the other ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c in a backwash operation, in which the filter membrane 6 is flown through backwards, ie from the filtrate side 5b to the raw water side 5a.
  • the filtrate used for this comes from at least one of the others Ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c.
  • each ultrafiltration module 3a, 3b, 3c is connected via a local retentate line 7a, 7b, 7c, in which there is a retentate valve Ra, Rb, Rc , Connected to a central retentate line 7, which leads to a free outlet 40 at which the retentate is deposited.
  • a baffle plate 9 is arranged in each of these local retentate lines 7a, 7b, 7c, at which an additional pressure loss occurs during backwash operation, by which the pressure across the corresponding backwashed membrane 6 is relieved.
  • the baffle plates 9 are connected in series with the respective filter module 3a, 3b, 3c during backwashing in the direction of flow.
  • the determination of which ultrafiltration module 3a, 3b, 3c should filter at a time and which should be cleaned by backwashing is done by setting the inlet valves Za, Zb, Zc and the retentate valves Ra, Rb, Rc, these valves being related to each ultrafiltration module 3a, 3b, 3c can be driven in inverted fashion.
  • two first ultrafiltration modules 3b, 3c deliver filtrate, while a second ultrafiltration module 3a (right) is currently being backwashed, with the filtrate being used for consumers 40 on the one hand and for backwashing the second ultrafiltration module 3a on the other hand .
  • the first two ultrafiltration modules 3b, 3c are therefore in filtration mode, while the second ultrafiltration module 3a is in backwash mode.
  • the arrows on the various lines and within the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c indicate the respective direction of flow.
  • the valve positions are therefore as follows: As can be seen in Figure 1 and as will be used below as a convention, filled valve symbols indicate closed valves and unfilled valve symbols open valves.
  • the advantage of such an ultrafiltration system 1 is that the individual ultrafiltration modules can be backwashed during operation of the ultrafiltration system, i.e. while filtrate is being delivered to the consumers 20, so that they experience no or at least no significant impairment. There is therefore no standstill or interruption of the filtrate delivery to the consumers 20. Furthermore, the ultrafiltration system 1 according to the invention does not need a backwash tank and a backwash pump, which reduces the effort and costs for its production.
  • FIG. 2 shows a first embodiment variant of an ultrafiltration system 1 according to the invention in a schematic representation analogous to system 1 in FIG. 1. The differences are therefore primarily addressed below. Otherwise, reference is made to the explanations for FIG.
  • the ultrafiltration system 1 consists here, for example, of three parallel ultrafiltration units 3, with only two or more than three such units 3 being able to be present according to another embodiment variant.
  • the ultrafiltration units 3 each have one or more parallel ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c, as have been described with reference to FIG.
  • FIG. 2 only shows one ultrafiltration module 3a, 3b, 3c per ultrafiltration unit 3, two or more, preferably three, parallel ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c can each form an ultrafiltration unit 3.
  • all ultrafiltration units 3 have the same number of ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c.
  • the ultrafiltration modules of the same ultrafiltration unit 3 can be structurally combined in a common mount, also called a rack.
  • the ultrafiltration system 1 can have two, three or more ultrafiltration units 3 or racks in one embodiment variant, which are hydraulically connected in parallel to one another. It makes sense for all ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c to be structurally identical. If each ultrafiltration unit 3 includes only one ultrafiltration module 3a, 3b, 3c, as shown in FIG. For this reason, the reference numerals 3a, 3b, 3c of the ultrafiltration modules are used in the following in an analogous manner to differentiate between the three ultrafiltration units 3.
  • the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c can be operated optionally and independently of one another in a filtration mode to produce filtrate and in a backwash mode in order to be able to clean the filtration membrane 6 of each ultrafiltration module or membranes 6 of the ultrafiltration modules of each ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c, with in backwash operation, filtrate is supplied to at least a first of the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c for backwashing to at least a second of the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c.
  • there are two first ultrafiltration units in filtration mode which are assigned the reference numbers 3b and 3c here, while a second ultrafiltration unit with the reference number 3a is in backflushing mode.
  • the valve positions of the inlet valves Za, Zb, Zc and the retentate valves Ra, Rb, Rc are therefore as stated in the previous table.
  • each ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c has a first line 8a, 8b, 8c for filtrate discharge in filtration operation and a parallel second line 8a', 8b', 8c 'is connected to the filtrate supply line in backwash operation with the central filtrate line 8.
  • filtrate from the first two ultrafiltration units 3b, 3c can be fed via the corresponding second line 8a' to the filtrate side of the second ultrafiltration unit 3a, so that there are different flow paths for the filtrate supply and for backwashing, and the second line 8a' serving as a backwash line is provided with a protective device can be done without impairing the filtrate supply.
  • the untreated water side 5a of the second ultrafiltration unit 3a is connected to the free outlet 30 tied together. Since the atmospheric pressure acts on the raw water side 5a, the inlet pressure PE is in the absence of a suitable protective device above the series connection of the two parallel first ultrafiltration units 3b, 3c and the second ultrafiltration unit 3a, so that assuming identical hydraulic resistances of the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c (Identical units) 1/3 of the input pressure PE is applied over the two parallel first ultrafiltration units 3b, 3c and 2/3 over the second ultrafiltration unit 3a.
  • the second ultrafiltration unit 3a With an inlet pressure of 10 bar, the second ultrafiltration unit 3a would be loaded with about 6.7 bar.
  • a pressure-reducing element 10 is arranged in the second line 8a'. Strictly speaking, this is the case in the second line 8a', 8b', 8c' of each ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c, since the remaining ultrafiltration units 3b, 3c are also flushed at some point.
  • the pressure reducing element 10 forms an additional hydraulic resistance and thus generates a pressure drop, so that the corresponding filter membrane 6 is subjected to less pressure.
  • the pressure-reducing element 10 is suitably selected or set in such a way that on its outlet side directed towards the corresponding ultrafiltration unit 3a there is a pressure which is equal to or lower than a desired maximum pressure load on the filter membrane 6 .
  • this pressure on the outlet side is about 2 bar.
  • a corresponding valve Fa is to be provided in this line, which must be closed for the backwash operation.
  • This valve Fa is referred to below as the filtrate valve.
  • Such a filtrate valve Fa, Fb, Fc must be present in each of the first lines 8a, 8b, 8c, since the other ultrafiltration units 3b, 3c will also be flushed at some point.
  • the corresponding filtrate valve In the first lines 8a, 8b assigned to the two first ultrafiltration units 3b, 3c, however, the corresponding filtrate valve must be open during the backwashing of the second ultrafiltration unit 3a, so that this filtrate can be fed into the central filtration line 8 or for flushing the second ultrafiltration unit 3a.
  • the respective filtrate valve Fa, Fb, Fc thus serves to direct the filtrate through the pressure-reducing element 10 during backwashing and to bypass the pressure-reducing element 10 during filtration. Consequently, the following valve states are present for the operating case in FIG.
  • the pressure-reducing element 10 can be a baffle plate, for example, as in FIG. 1, or a pressure-dependent control valve.
  • a regulated control valve the pressure is measured on its outlet side and the degree of opening of the valve is adjusted depending on the measured pressure so that it corresponds to a desired value, e.g. between 2 bar and 4 bar.
  • This adjustment is made as part of a regulation of a control and regulation unit, not shown in FIG.
  • this can be the control unit that also switches or adjusts the other valves Za, Zb, Zc, Ra, Rb, Rc, Fa, Fb and Fc.
  • the pressure reducing element 10 is preferably a pressure reducer.
  • a pressure measurement and control can thus be dispensed with.
  • the pressure reducer On the outlet side, the pressure reducer always sets the pressure for which it is designed and immediately filters out pressure peaks that would get through in the event of pressure regulation due to their inertia.
  • a pressure reducer between the filtrate line 8 and the ultrafiltration unit 3a to be backwashed during the backwashing, a safe and fast, direct (mechanical) pressure regulation is realized independently of the flow.
  • the inlet valves Za, Zb, Zc, retentate valves Ra, Rb, Rc and/or filtrate valves Fa, Fb, Fc can be controlled, in particular switchable (open/closed) or adjustable (0...100%) control valves that be actuated, for example, electrically, electromagnetically or pneumatically.
  • the control valves are controllable engine valves.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an ultrafiltration system 1 according to the invention, which differs from that in FIG. 2 only in that the filtrate valves Fa, Fb, Fc are formed by non-return valves. This has the advantage that no active activation of the filtrate valves Fa, Fb, Fc is required.
  • This embodiment variant makes use of the fact that the first line 8a, 8b, 8c and second line 8a', 8b', 8c' are flown through in only one direction, depending on the operating case "filtering” or “backwashing” alternatively. Because the non-return valves Fa, Fb, Fc allow flow in only one direction due to their directional nature, they are particularly suitable for the ultrafiltration system 1 according to the invention. They are arranged in the first line 8a, 8b, 8c in such a way that their input side is connected to the corresponding ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c and their output side is connected to the central filtration line 8.
  • the non-return valve Fa, Fb, Fc opens independently of the volume flow. This opening pressure is e.g. approx. 0.3 bar even for the smallest volume flows. If the retentate valve Ra of the second ultrafiltration unit 3a is open, the pressure conditions are such that the pressure at the filtrate valve Fa of this second ultrafiltration unit 3a is applied from its outlet to the inlet side. Consequently, this filtrate valve Fa blocks, so that during backwashing no filtrate from the filtrate line 8 (with a system pressure of max.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of an ultrafiltration system 1 according to the invention. It differs from that in FIG. 2 in that all second lines 8a', 8b', 8c', before they open into the central filtrate line 8, unite to form a common section 8', which then opens into the central filtrate line 8. Looked at in another way, the second line is formed from this common section 8', which is connected to the filtrate line 8, and individual lines 8a', 8b', 8c' branching off from it to the individual ultrafiltration units 3a, 3b, 3c.
  • This embodiment variant makes it possible to save on pressure reducing elements 10, since only a single pressure reducing element 10 is required, which is located in the common section 8' and is therefore used equally by all ultrafiltration units 8a, 8b, 8c in the respective backwash operation.
  • the flushing valves Sa, Sb, Sc can be designed identically to the inlet valves Za, Zb, Zc, retentate valves Ra, Rb, Rc and/or filtrate valves Fa, Fb, Fc.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of an ultrafiltration system 1 according to the invention, which differs from the embodiment in FIG. 4 in that the filtrate valves Fa, Fb, Fc and the flushing valves Sa, Sb, Sc are formed by non-return valves. What was said about FIG. 3 also applies to this variant.
  • the backflow preventers Sa, Sb, Sc in the individual lines 8a', 8b', 8c' are arranged in such a way that their respective input side is connected to the common section 8' and their respective output side is connected to the corresponding ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c.
  • the pressure present at the non-return valve Sa is oriented from the input to the output side, i.e. higher on the input side, and is above the opening pressure, so that the non-return valve opens.
  • the pressure on the outlet side (corresponds to the pressure in the filtrate line 8) is higher than on the inlet side (pressure reduced by pressure-reducing elements 10), so that these non-return valves Sb, Sc are closed. Controlled flushing valves can thus be dispensed with.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an ultrafiltration system 1 according to the invention.
  • the thickness of the lines symbolizes the pressure on the corresponding water-carrying pipe, with the pressure being greater the thicker the line is.
  • the dashed lines carry no water in the operating case shown, because the corresponding valve is closed.
  • the ultrafiltration units 3 are formed by ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c with an elongated, essentially cylindrical housing. They each have a large number of hollow fiber membranes 6 between the raw water side 5a and the filtrate side 5b, with the interior of the hollow fiber membranes belonging to the raw water side 5a and the space outside the hollow fiber membranes 6 to the filtrate side 5b in this embodiment variant.
  • Each of the two sides 5a, 5b has two terminals which are respectively arranged at opposite axial ends of the housing.
  • each ultrafiltration module 3a, 3b, 3c therefore has a lower inlet connection 4au and an upper inlet connection 4ao each for the raw water side 5a, and a lower inlet connection 4bu and an upper outlet connection 4bo each for the filtrate side 5b.
  • Raw water is fed in via the supply line 2 in filtration operation spatially from below via both inlet connections 4au, 4ao, which are connected to one another outside the ultrafiltration modules 3a, 3b, 3c via an intermediate line.
  • the central supply line 2 runs below the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c.
  • the retentate is discharged spatially upwards from the intermediate line into the central retentate line 7, which runs above the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c. This has the advantage that reliable venting is effected during backwashing.
  • the inlet valves Za, Zb, Zc are each between the central supply line 2 and the corresponding intermediate line.
  • the retentate valves Ra, Rb, Rc are each between the central retentate line 7 and the corresponding intermediate line.
  • the filtrate is discharged during filtration operation via the upper discharge connection 4bo into the central filtrate line 8, which runs spatially above the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c.
  • the respective first line 8a, 8b, 8c connects the upper outflow connection 4bo of the corresponding ultrafiltration unit 3a, 3b, 3c to the central filtrate line 8, which leads to the consumers 30.
  • a filtrate valve Fa, Fb, Fc in the form of a backflow preventer according to Figures 3 and 5.
  • a second line 8', 8a', 8b', 8c' connects the central filtrate line 8 with each of the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c.
  • the second line 8', 8a', 8b', 8c' consists of a common section 8' and individual lines 8a', 8b', 8c'.
  • a pressure reducer 10 is arranged in the common section 8'.
  • the common section 8' connects the central filtrate line 8 with the individual lines 8a', 8b', 8c', which each lead to one of the lower inlet connections 4bu of the ultrafiltration units 3a, 3b, 3c and each have a flushing valve Sa, Sb, Sc in shape a backflow preventer according to Figure 5 included.
  • the common section 8 thus forms a collecting line for the pressure-limited filtrate connections 4bu.
  • FIG. 6 also shows an inlet pressure sensor 11 for measuring the inlet pressure PE in the supply line 2 and an outlet pressure sensor 12 for measuring the outlet pressure PA in the central filtrate line 8 .
  • the measurement signals from these pressure sensors 11, 12 are fed to an evaluation unit 13, which is set up in particular to determine during filtration operation of the ultrafiltration system 1 whether the differential pressure between the inlet pressure PE and the outlet pressure PA exceeds the opening pressure of the backflow preventers Fa, Fb, Fc. If this is the case, it can be concluded that at least one of the backflow preventers Fa, Fb, Fc is open and therefore a volume flow exists, i.e. the ultrafiltration system 1 supplies drinking water to the consumers 40 without the need for an additional volume flow sensor or volume meter.
  • the invention includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments that require the substitution, addition, alteration or omission of elements, Components, process steps, values or information as a subject matter, as long as the basic idea of the invention is retained, regardless of whether the change, alteration or modifications lead to an improvement or deterioration in an embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultrafiltrationsanlage (1) zur Herstellung von Trinkwasser mit parallelen Ultrafiltrationseinheiten (3), die jeweils ein oder mehrere parallele Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) mit einer Rohwasserseite (5a), einer Filtratseite (5b) und wenigstens einer zwischen diesen liegenden Filtrationsmembran (6) aufweisen und die in einem Filtrationsbetrieb und in einem Rückspülbetrieb betreibbar sind. Dabei ist jede Ultrafiltrationseinheit (3) über eine erste Leitung (8a, 8b, 8c) zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und eine hierzu parallele zweite Leitung (8', 8a', 8b', 8c') zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit einer zentralen Filtratleitung (8) verbunden, so dass Filtrat der ersten Ultrafiltrationseinheit (3) der Filtratseite (5b) der zweiten Ultrafiltrationseinheit (3) zuführbar ist. In der ersten Leitung (8a, 8b, 8c) ist ein Ventil (Fa, Fb, Fc) zur Strömungsverhinderung im Rückspülbetrieb angeordnet. Um die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) im Rückspülbetrieb vor zu hohen Drücken zu schützen, ist in der zweiten Leitung (8', 8a', 8b', 8c') ein Druckreduzierelement (10) angeordnet. Die Erfindung betrifft ferner ein Rückspülverfahren für diese Ultrafiltrationsanlage (1).

Description

Ultrafiltrationsanlage und Rückspülverfahren
Die Erfindung betrifft eine Ultrafiltrationsanlage zur Herstellung von Trinkwasser in einem Gebäude mit Verbrauchern, umfassend eine Anzahl paralleler Ultrafiltrationsmodule, die wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Versorgung der Verbraucher mit Filtrat, und in einem Rückspülbetrieb betreibbar sind, in dem das Filtrat wenigstens eines ersten der Ultrafiltrationsmodule zur Rückspülung wenigstens eines zweiten der Ultrafiltrationsmodule verwendet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Rückspülverfahren für eine derartige Ultrafiltrationsanlage.
Ultrafiltrationsanlagen für die Trinkwasserversorgung in Gebäuden mit parallel arbeitenden Filtermodulen sind an sich bekannt. Sie finden dort Anwendung, wo eine zentrale Versorgung mit Wasser in trinkbarer Qualität nicht oder nicht dauerhaft möglich ist. Als Gebäude mit derartigen Anlagen sind insbesondere Wohn- und Mehrfamilienhäuser, Hotels, Krankenhäuser, Bürogebäude, sowie öffentliche Einrichtungen hervorzuheben, die eine Vielzahl an Wasserverbrauchern wie Waschbecken, Toiletten, Duschen, Badewannen etc. umfassen und dadurch über den Tag betrachtet einen äußerst dynamischen Wasserverbrauch haben. Dabei ist auch ein Kreuzfahrtschiff als Gebäude im Sinne eines mobilen Hotels zu verstehen.
Filtermodule einer Ultrafiltrationsanlage besitzen einen Zulaufanschluss auf der Rohwasserseite zur Zuführung von Rohwasser und einen Ablaufanschluss auf der Filtratseite zur Lieferung gefilterten Wassers, nachfolgend Filtrat genannt. Zwischen dem Zulauf- und dem Ablaufanschluss liegt je nach Bauart des Filtermoduls eine oder eine Vielzahl von Filtermembranen, die Mikroorganismen und Schmutzpartikel in dem zugeführten Rohwasser herausfiltern. Nachfolgend wird ungeachtet der tatsächlichen Anzahl an Filtermembranen im Modul nur von „einer“ Filtermembran im Singular gesprochen, obgleich auch zwei oder eine Vielzahl von Filtermembranen vorhanden sein kann/ können. Die Filtermembran trennt somit räumlich die Rohwasserseite von der Filtratseite. Mit der zeit sammeln sich zunehmend Partikel und Mikroorganismen als Filterkuchen an der Membranoberfläche an, was der Fachmann unter dem Begriff „Fouling“ kennt. Hierdurch reduziert sich zunehmend die Filterleistung und es wird erforderlich, die Membran zu reinigen. Dies kann durch sogenanntes Rückspülen erfolgen, bei dem die Filtermembran in zum Filterbetrieb umgekehrte Richtung durchströmt wird, d.h. von der Filtratseite zur Rohwasserseite.
Bei vielen Ultrafiltrationsanlagen wird Filtrat in einem Behälter gesammelt und bedarfsweise zur Filterreinigung zurück zur Filtratseite gepumpt. Dort durchströmt es die Filtermembran zur Rohwasserseite, löst die Partikel und Mikroorganismen von der Membran, wird als sogenanntes Retentat von der Rohwasserseite abgeführt und anschließend abgeschieden. Um die hierfür benötigen Rohrleitungswege freizugeben bzw. bestimmte Wege zu sperren wie z.B. die Rohwasserzuführung zu dem zu reinigenden Filtermodul oder die Filtratzuführung zu den Verbrauchern, werden entsprechende Ventile angesteuert und geöffnet und geschlossen. Nachteilig ist hierbei, dass der Filtratbehälter und die Rückspülpumpe benötigt werden, die Platz in Anspruch nehmen, durch Rohrleitungen in die Anlage integriert werden müssen und zu entsprechenden Kosten führen. Ferner muss in der Regel der Filterbetrieb der gesamten Anlage für die Rückspülung unterbrochen werden.
Es ist bekannt, eine rein hydraulische Reinigung ohne einen Filtratbehälter und ohne gesonderte Rückspülpumpe dadurch zu erreichen, dass Filtrat eines Filtermoduls direkt zur Rückspülung eines anderen Filtermoduls verwendet wird, indem der Versorgungdruck ausgenutzt wird, der eingangsseitig an der Ultrafiltrationsanlage anliegt, beispielsweise stammend vom örtlichen Trinkwasserversorger oder von einer Druckerhöhungsanlage. Die einzelnen Filtermodule liegen dabei hydraulisch parallel und können somit auch parallel arbeiten bzw. filtern. D.h., dass ihre Zulaufanschlüsse mit einer gemeinsamen Rohwasserzuleitung und ihre Ablaufanschlüsse mit einer gemeinsamen Filtratleitung verbunden sind. Während das eine Filtermodul im Filtrationsbetrieb ist, kann ein anderes Filtermodul rückgespült werden, d.h. Letzteres befindet sich dann im Rückspülbetrieb. Derartige Ultrafiltrationsanlagen sind beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP1998876 A1 und den deutschen Patentanmeldungen DE102008039676 A1 und DE102017208730 A1 bekannt.
Eine Herausforderung bei der Rückspülung eines ersten Filtermoduls mittels Filtrat eines zweiten Filtermoduls besteht darin, eine Beschädigung der Membran durch den Versorgungsdruck sowie diesem überlagerte Druckspitzen zu vermeiden. Hierzu ist zu berücksichtigen, dass die Abscheidung des Retentats in einen freien Ablauf (z.B. nach DIN EN 1717) erfolgt, infolgedessen bei der Rückspülung die Rohwasserseite zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Bei Ultrafiltrationsanlagen für die Trinkwasserversorgung in Gebäuden kann der Versorgungsdruck (Systemdruck) beispielsweise bei etwa 10 bar liegen. Obgleich die Gehäuse der Filtermodule diesem Druck Stand halten können, vermag ein derartiger Differenzdruck über der Membran, d.h. zwischen der Filtratseite und der Rohwasserseite, nachfolgend Transmembrandruck oder TMP genannt, die Membran zu zerstören - sie zerplatzt. In der Regel ist die Membran für einen Differenzdruck unter 2 bar ausgelegt und kann maximal kurzzeitig einen Druck von ca. 4 bar Stand halten. Figur 1 veranschaulicht dies anhand einer beispielhaften Ultrafiltrationslage 1 mit drei parallelen Ultrafiltrationseinheiten 3, jeweils bestehend aus einem Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c, wobei die Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c identisch sind.
Wird nun für einen Rückspülbetrieb die Rohwasserseite 5a einer der Ultrafiltrationseinheiten 3, hier Ultrafiltrationsmodul 3a, zum freien Ablauf 30 bzw. zur Atmosphäre hin geöffnet (Zulaufventil Za wird geschlossen, Retentatventil Ra wird geöffnet), liegt der Versorgungsdruck von 10 bar über der Reihenschaltung aus der Anzahl filternder Ultrafiltrationseinheiten 3, hier Ultrafiltrationsmodule 3b, 3c, und der Anzahl rückzuspülender Ultrafiltrationseinheiten 3, hier nur Ultrafiltrationsmodul 3a. Somit liegt der TMP über den beiden parallelen, filternden Ultrafiltrationsmodulen 3b, 3c bei 33,3% des Versorgungsdrucks, d.h. bei ca. 3,3bar, und der TMP über dem rückzuspülenden Ultrafiltrationsmodul 3a bei 66,7% des Versorgungsdrucks, d.h. bei ca. 6,7 bar. Somit würde der maximal zulässige TMP überschritten werden. Zudem sind Druckschwankungen im Versorgungsdruck oder verursacht durch sich schnell öffnende und schließende Verbraucher (z.B. Magnetventile in Spülmaschinen) zu beachten, infolge derer Druckspitzen über dem rückgespülten zweiten Filtermodul 3a bzw. der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit 3 auftreten können. Somit ist es erforderlich, den in der Praxis auftretenden Transmembrandruck zu reduzieren bzw. zu begrenzen.
Eine Maßnahme hierfür ist es, einen zusätzlichen Strömungsdruckverlust in Reihe mit dem zu spülenden Filtermodul 3a zu erzeugen. Die deutsche Patentanmeldung DE102017117419 A1 offenbart ein Einweg-Filtermodul mit integriertem Flussminderer in Form einer Stauscheibe hinter der Filtermembran. Figur 1 veranschaulicht die mögliche Verwendung solcher Einweg-Filtermodule 3a, 3b, 3c, wobei die Stauscheibe 9 in der jeweiligen lokalen Retentatleitung 7a, 7b, 7c angeordnet ist, d.h. der Leitung zwischen dem Zulaufanschluss 4a und der zentralen Retentatleitung 7, die zum freien Ablauf 30 führt. In Folge Verschmutzung der Ultrafiltrationsmodule, Verschleiß der Stauscheibe nimmt der Druckverlust an den Ultrafiltrationsmodulen zu und an der Stauscheibe bis zur Unwirksamkeit ab. . Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Stauscheibe 9 nicht auf einen gewünschten Staudruck einstellbar ist. Das bedeutet, dass bei einer baulichen Änderung der Ultrafiltrationsanlage 1 ein Austausch der Stauscheibe 9 durch eine geeignete andere Stauscheibe erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil der Stauscheibe 9 besteht darin, dass Druckspitzen ungefiltert hindurchkommen und somit eine Beschädigung der Filtermembran 6 nicht ausgeschlossen werden kann.
Es ist ebenfalls denkbar, die Stauscheibe 9 in der lokalen Filtratleitung 8a, 8b, 8c anzuordnen. Allerdings wirkt der durch die Stauscheibe 9 erzeugte Druckverlust auch im Filtrationsbetrieb und schränkt somit die Filtratlieferung zu den Verbrauchern 40 ein, die einen entsprechend reduzierten Fließdruck erfahren. Schließlich bestehen auch die weiteren zuvor genannten Nachteile der fehlenden Einstellbarkeit und der fehlenden Druckspitzenfilterung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ultrafiltrationsanlage und ein hierfür vorgesehenes Rückspülverfahren bereitzustellen, die bzw. das die vorgenannten Nachteile überwindet und einen zuverlässigen Schutz der Filtermembranen im Rückspülbetrieb gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch eine Ultrafiltrationsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Erfindungsgemäß wird eine Ultrafiltrationsanlage zur Herstellung von Trinkwasser in einem Gebäude mit Verbrauchern vorgeschlagen, umfassend
- eine Anzahl paralleler Ultrafiltrationseinheiten, die jeweils ein oder mehrere parallele Ultrafiltrationsmodule mit einer Rohwasserseite, einer Filtratseite und wenigstens einer zwischen diesen liegenden Filtrationsmembran aufweisen und die wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Erzeugung von Filtrat und in einem Rückspülbetrieb zur Reinigung der Filtrationsmembran betreibbar sind,
- eine Versorgungsleitung, mit der die Ultrafiltrationseinheiten jeweils zur Versorgung der Rohwasserseite mit Rohwasser für den Filtrationsbetrieb verbindbar sind,
- eine Filtratleitung zur Versorgung der Verbraucher mit auf der Filtratseite aus dem Rohwasser erzeugtem Filtrat und
- eine Retentatleitung, mit der die Ultrafiltrationseinheiten jeweils zur Abführung von Retentat von der Rohwasserseite für den Rückspülbetrieb verbindbar sind, wobei im Rückspülbetrieb Filtrat wenigstens einer ersten der Ultrafiltrationseinheiten zur Rückspülung wenigstens einer zweiten der Ultrafiltrationseinheiten zugeführt ist, und jede Ultrafiltrationseinheit über eine erste Leitung zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und eine hierzu parallele zweite Leitung zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit der Filtratleitung verbunden ist, so dass Filtrat der ersten Ultrafiltrationseinheit der Filtratseite der zweiten Ultrafiltrationseinheit zuführbar ist, wobei in der ersten Leitung ein Ventil zur Strömungsverhinderung im Rückspülbetrieb und in der zweit Leitungen ein Druckreduzierelement angeordnet ist.
In entsprechender Weise wird ein Rückspülverfahren für eine Ultrafiltrationsanlage der vorgenannten Art vorgeschlagen, in der die Ultrafiltrationseinheiten
- wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Erzeugung von Filtrat oder in einem Rückspülbetrieb zur Reinigung der Filtrationsmembran betrieben werden,
-jeweils zur Versorgung ihrer Rohwasserseite mit Rohwasser für den Filtrationsbetrieb mit der Versorgungsleitung verbunden werden, und -jeweils zur Abführung von Retentat von ihrer Rohwasserseite für den Rückspülbetrieb mit der Retentatleitung verbunden werden, wobei im Rückspülbetrieb Filtrat wenigstens einer ersten der Ultrafiltrationseinheiten zur Rückspülung wenigstens einer zweiten der Ultrafiltrationseinheiten zugeführt wird, bei jeder Ultrafiltrationseinheit Filtrat im Filtrationsbetrieb über eine erste Leitung in die Filtratleitung abgeleitet und im Rückspülbetrieb über eine hierzu parallele zweite Leitung von der Filtratleitung zugeleitet wird, so dass Filtrat der ersten Ultrafiltrationseinheit der Filtratseite der zweiten Ultrafiltrationseinheit zugeführt wird, und in der ersten Leitung ein Ventil eine Strömung im Rückspülbetrieb verhindert und in der zweiten Leitung ein Druckreduzierelement den Druck reduziert.
Durch die Verwendung der ersten und zweiten Leitung wird die Filtratlieferung an die Verbraucher einerseits und die Filtratlieferung an eine rückzuspülende Ultrafiltrationseinheit strömungstechnisch getrennt bzw. auf jeweils eine eigene Leitung aufgeteilt. So erfolgt erfindungsgemäß die Ableitung von Filtrat von der Filtratseite im Filterbetrieb und die Zuführung von Filtrat zur Filtratseite im Rückspülbetrieb über verschiedene Strömungswege, so dass eine Druckreduzierung auf der Filtratseite möglich ist, ohne den Filterbetrieb zu beeinträchtigen. Beide Leitungen können als „Filtratleitungen“ bezeichnet werden, weil sie Filtrat fördern, jedoch bildet die zweite Leitung gleichzeitig eine Rückspülleitung, da nur sie dazu dient, Filtrat der einen Ultrafiltrationseinheit zum Zwecke der Rückspülung der anderen Ultrafiltrationseinheit von einer zentralen Filtratleitung, in die die erste Leitung bzw. alle ersten Leitungen münden, der Filtratseite der anderen Ultrafiltrationseinheit zuzuleiten. Durch das Druckreduzierelement in der zweiten Leitung kann der Druck in der Filtratleitung zum Rückspülen und somit der TMP beim Rückspülen gegen Atmosphäre über der rückzuspülenden Membran effektiv begrenzt und die Membran geschützt werden.
In einer Ausführungsvariante kann das Druckreduzierelement eine Stauscheibe sein.
Alternativ kann das Druckreduzierelement ein geregeltes Stellventil, beispielsweise ein motorbetriebenes Kugelventil sein. Dies hat gegenüber der Stauscheibe den Vorteil, dass ein gewünschter Druckabfall über dem Druckreduzierelement einstellbar bzw. aktiv einregelbar ist, so dass bei einer baulichen Änderung der Ultrafiltrationsanlage kein Austausch des Druckreduzierelements erforderlich ist. Auf das Stellventil kann eine entsprechende Druckregelung mittels einem Drucksensor in Strömungsrichtung hinter dem Stellventil einwirken, wobei die Druckregelung eingerichtet ist, das Stellventil derart anzusteuern, dass der Druck hinter dem Stellventil konstant gehalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Druckreduzierelement ein Druckminderer sein. Dieser hat den Vorteil, dass keine Sensorik und keine Regelung benötigt wird. Denn beides ist fehleranfällig, muss montiert werden, erhöht die Komplexität der Ultrafiltrationsanlage und damit die Kosten. Bei einem Druckminderer handelt es sich um ein Druckventil mit einer Eingangs- und einer Ausgangsseite, das auf der Ausgangsseite unabhängig vom höheren Druck (Vordruck) auf der Eingangsseite stets einen konstanten Druck (Hinterdruck) hält. Damit bewirkt ein Druckminderer auf rein mechanischem Wege eine passive Druckregelung. Druckspitzen vermag ein Druckminderer aufgrund der hohen Reaktionsgeschwindigkeit im Gegensatz zu einer vergleichsweise trägen Regelung zu dämpfen bzw. herauszufiltern. Der Druckminderer kann bezüglich seines Hinterdrucks einstellbar sein. Es kann jedoch auch ein nicht einstellbarer Druckminderer verwendet werden.
In einer Ausführungsvariante können die Ultrafiltrationseinheiten über jeweils eine eigene erste Leitung zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und jeweils über eine hierzu parallele eigene zweite Leitung zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit der Filtratleitung verbunden sein. Somit münden von jeder Ultrafiltrationseinheit jeweils zwei Leitungen in die zentrale Filtratleitung, so dass in dieser Ausführungsvariante bei n Ultrafiltrationseinheiten 2n Leitungen für Filtrat benötigt werden. Da in jeder der zweiten Leitungen ein Druckreduzierelement angeordnet ist, entspricht die Anzahl n an Druckreduzierelementen der Anzahl n an Ultrafiltrationseinheiten.
Es ist allerdings von Vorteil, wenn die zweite Leitung aus einem mit der Filtratleitung verbundenen gemeinsamen Abschnitt und davon zu den einzelnen Ultrafiltrationseinheiten abgehenden Einzelleitungen gebildet ist, wobei das Druckreduzierelement in dem gemeinsamen Abschnitt liegt. Während die jeweilige Einzelleitung also einer bestimmten Ultrafiltrationseinheit zugeordnet ist und nur zur Zuleitung von Rückspülfiltrat für diese Ultrafiltrationseinheit benutzt wird, wird der gemeinsame Abschnitt von allen bzw. für alle Ultrafiltrationseinheiten benutzt. Bei n Ultrafiltrationseinheiten werden folglich nur n+1 Leitungen für Filtrat benötigt, die in die zentrale Filtratleitung münden. Dies hat den Vorteil, dass nur ein einziges Druckreduzierelement benötigt wird, das für alle Ultrafiltrationseinheiten gleichermaßen wirkt, je nachdem, welche zurückgespült werden soll.
Da alle Einzelleitungen in den gemeinsamen Abschnitt münden, besteht eine Verbindung zwischen der Filtratseite der filtrierenden Ultrafiltrationseinheit, auf der der Druck ungemindert ist, und der Filtratseite der rückzuspülenden Ultrafiltrationseinheit, so dass diese Verbindung quasi einen Bypass zum gemeinsamen Abschnitt bildet. Um zu verhindern, dass das Druckreduzierelement hierdurch umgangen wird, ist es erforderlich, dass in den Einzelleitungen jeweils ein Ventil zur Strömungsverhinderung im Filtrationsbetrieb angeordnet ist. Dieses Ventil kann standardmäßig geschlossen sein, wobei nur das Ventil in der Einzelleitung derjenigen Ultrafiltrationseinheit geöffnet wird oder öffnet, die rückgespült werden soll.
Es sei angemerkt, dass auch in der Ausführungsvariante mit je zwei einzelnen Filtratleitungen zwischen den Ultrafiltrationseinheiten und der zentralen Filtratleitung zu den Verbrauchern in der jeweiligen zweiten Leitung ein Ventil zur Strömungsverhinderung in Reihe mit dem Druckreduzierelement angeordnet sein kann.
In einer Ausführungsvariante können die oder kann zumindest ein Teil der Ventile in der ersten und/ oder zweiten Leitung schaltbare (auf/ zu) oder einstellbare (0%- 100%) Stellventile sein. Somit kann manuell definiert werden, ob und welche Leitung filtratseitig durchströmt werden soll. Dies hat, bezogen auf den Fall, dass in der ersten und zweiten Leitung jeweils ein Stellventil angeordnet ist, invertiert zu erfolgen. So muss für den Filterbetrieb einer Ultrafiltrationseinheit das Ventil in der ersten Leitung geöffnet sein bzw. werden, um Filtrat zu liefern, und in der zweiten Leitung geschlossen sein bzw. werden, um die Filtratseiten der filtrierenden und rückzuspülenden Ultrafiltrationseinheiten voneinander zu trennen. Ferner muss für den Rückspülbetrieb einer Ultrafiltrationseinheit das Ventil in der ersten Leitung geschlossen sein bzw. werden, damit das Druckreduzierelement nicht überbrückt wird bzw. um das Filtrat durch das Druckreduzierelement zu zwingen, und in der zweiten Leitung geöffnet sein bzw. werden, um Filtrat zu zum Rückspülen zu erhalten.
Es ist allerdings von besonderem Vorteil, wenn die oder zumindest ein Teil der Ventile Rückflussverhinderer sind. Denn das Verhalten dieser Art von Ventilen besteht darin, dass sie einen Fluss in die eine Richtung zulassen und in die andere Richtung (rückwärts) verhindern. Diese Richtungsgebundenheit kann für die vorliegende Erfindung ideal ausgenutzt werden, da die erste und zweite Leitung für Filtrat bestimmungsgemäß stets nur in eine Richtung durchströmt werden muss. So kann in der jeweiligen ersten Leitung je ein Rückflussverhinderer derart angeordnet sein, dass seine Eingangsseite mit der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit und seine Ausgangsseite mit der Filtratleitung verbunden ist. Ferner kann in der jeweiligen zweiten Leitung bzw. in deren jeweiliger Einzelleitung je ein Rückflussverhinderer derart angeordnet sein, dass seine Eingangsseite mit der Filtratleitung und seine Ausgangsseite mit der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit verbunden ist. Durch die Verwendung von Rückflussverhinderern in den Leitungen kann auf gesteuerte Ventile sowie auf entsprechende Steuerleitungen verzichtet werden, so dass Kosten und Aufwand zum Aufbau der erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage eingespart werden können. Da Rückflussverhinderer vollkommen autark arbeiten sind die außerdem ausfallsicher gegenüber anzusteuernden Stellventilen.
Ein besonderer Vorteil der Rückflussverhinderer besteht außerdem darin, dass sie aufgrund ihres Öffnungsdrucks mit einfachen Mitteln eine Strömungserkennung bzw. das Fehlen einer solchen (Stagnation) ermöglichen. So kann die Ultrafiltrationsanlage eine Sensorik zur Bestimmung des Differenzdrucks zwischen der Versorgungsleitung und der Filtratleitung sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Differenzdrucks umfassen. Die Auswerteeinheit kann dann den Differenzdruck mit einem Öffnungsdruck der Rückflussverhinderer, z.B. 0,3 bar, vergleichen und oberhalb des Öffnungsdrucks einen Volumenstrom größer null und unterhalb des Öffnungsdrucks ein Volumenstrom gleich null annehmen. Bzw. kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, dies zu tun. Auf diese Weise kann mittels einer Differenzdruckmessung festgestellt werden, ob die Ultrafiltrationsanlage Filtrat zu den Verbrauchern liefert oder möglicherweise für eine gewisse Zeit nicht geliefert hat. Der Öffnungsdruck liegt damit deutlich über der Messtoleranz üblicher Drucksensoren. Somit kann auch bei minimalen Volumenströmen, die andere Sensoren aufgrund ihrer Messtoleranz möglicherweise nicht erkennen, eine sichere Unterscheidung gegenüber einer Stagnation erfolgen, wobei eine etwaige Messtoleranz der Drucksensoren ohne Einfluss bleibt.
In einer Ausführungsvariante weisen die Ultrafiltrationsmodule eine Vielzahl an Hohlfasermembranen auf, die die Rohwasserseite von der Filtratseite trennen.
Geeigneterweise können die Ultrafiltrationsmodule jeweils ein zylindrisches Gehäuse in bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung aufweisen.
Vorzugweise kann das Gehäuse einen im oberen Bereich liegenden Anschluss zur Rohwasserseite für die Abführung von Retentat aufweisen, das durch die Rückspülung der Filtermembran auf der Rohwasserseite entsteht. Dies hat den Vorteil, dass im Rückspülbetrieb gleichzeitig auch Luft auf der Rohwasserseite aus dem Gehäuse entfernt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse einen im unteren Bereich liegenden Anschluss zur Rohwasserseite für die Zuführung von zu filterndem Rohwasser aufweisen. Damit wird eine symmetrische Anströmung des Ultrafiltrationsmoduls beim Filtrieren ermöglicht. Dies halbiert die zu durchströmende axiale Weglänge im Ultrafiltrationsmodul, insbesondere die Länge einer Hohlfaser mit geringem Innendurchmesser, und damit den Druckverlust beim Filtrieren. In der Kombination weist somit ein Gehäuse der Ultrafiltrationsmodule zwei Anschlüsse auf der Rohwasserseite auf und verleiht dem Ultrafiltrationsmodule eine hohe Flexibilität bzgl. seiner Verwendung. Ferner muss bei dem Gehäuse nicht zwischen oben und unten unterschieden werden. Die Zuführung von Rohwasser oder die Abführung von Retentat kann wahlweise über den oberen oder unteren Anschluss erfolgen oder über beide Anschlüsse gleichzeitig.
Selbiges kann auf der Filtratseite der Fall sein. So kann das Gehäuse einen bei bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung im oberen Bereich liegenden Anschluss zur Filtratseite für die Abführung von Filtrat aufweisen, das durch die Filtration auf der Filtratseite entsteht. Dies hat den Vorteil, dass im Filtrationsbetrieb gleichzeitig auch Luft auf der Filtratseite aus dem Gehäuse entfernt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse einen im unteren Bereich des Gehäuses liegenden Anschluss zur Filtratseite für die Zuführung von Filtrat zur Rückspülung der Filtermembran aufweisen. Dies erlaubt im Servicefall die komplette und schnelle Entleerung der Module auf der Filtratseite. In der Kombination weist somit ein Gehäuse der Ultrafiltrationsmodule zwei Anschlüsse auf der Filtratseite auf und verleiht dem Ultrafiltrationsmodule ebenfalls eine hohe Flexibilität bzgl. seiner Verwendung, da nicht zwischen oben und unten unterschieden werden muss und die Zuführung von Filtrat wahlweise über den oberen, unteren oder über beide Anschlüsse gleichzeitig erfolgen kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : schematische Darstellung einer Ultrafiltrationsanlage nach dem Stand der Technik mit Stauscheiben in der Retentatleitung
Figur 2: eine erste erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage in schematischer Darstellung mit Stellventilen in der ersten Filtratleitung
Figur 3: eine zweite erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage in schematischer Darstellung mit Rückflussverhinderern in der ersten Filtratleitung Figur 4: eine dritte erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage in schematischer Darstellung mit gemeinsamer Rückspülleitung und Stellventilen
Figur 5: eine vierte erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage in schematischer Darstellung mit gemeinsamer Rückspülleitung und Rückflussverhinderern Figur 6: eine fünfte erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage in schematischer Darstellung mit Ultrafiltrationsmodulen mit jeweils zwei Anschlüssen auf der Rohwasser- und Filtratseite
Figur 1 zeigt, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, eine Ultrafiltrationsanlage 1 unter Verwendung von Ultrafiltrationsmodulen 3a, 3b, 3c nach dem Stand der Technik. Die Ultrafiltrationsanlage 1 wird aus einer Quelle 20 mit Rohwasser gespeist. Diese Quelle 20 kann ein lokaler Wasserversorger oder ein lokales Wasserreservoir wie z.B. ein Tank oder eine Zisterne sein. Eine zentrale Versorgungsleitung 2 verbindet die Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c mit der Quelle 20, wobei in der Versorgungsleitung 2 eine Druckerhöhungsanlage 21 angeordnet ist, um einen Eingangsdruck PE von ca. 10 bar an der Eingangsseite der Ultrafiltrationsanlage 1 bereitzustellen. Letzteres ist vor allem bei hohen Gebäuden und/ oder sich weit erstreckenden Trinkwasservertei Inetzen innerhalb des Gebäudes notwendig, da selbst der von einem etwaigen Versorger bereitgestellte Versorgungsdruck allein nicht ausreicht, um einen ausreichenden Fließdruck, z.B. 2 bar, an den höchstgelegenen oder entferntesten Entnahmestellen/ Verbrauchern zu gewährleisten. Die Druckerhöhungsanlage ist hier lediglich durch eine Pumpe 21 symbolisiert. Von der zentralen Versorgungsleitung 2 geht zu jedem der Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c eine lokale Versorgungsleitung ab, in der jeweils ein Zulaufventil Za, Zb, Zc liegt. Die lokalen Versorgungsleitungen enden jeweils an einem Zulaufanschluss 4a, der in eine Rohwasserseite 5a des entsprechenden Ultrafiltrationsmoduls 3a, 3b, 3c mündet. Die Rohwasserseite 5a ist die durch zumindest eine Membran 6 von der Filtratseite 5b getrennt, aus der ein Ablaufanschluss 4b herausführt. Über eine jeweilige lokale Filtratleitung 8a, 8b, 8c sind die Ultrafiltrationsmoduls 3a, 3b, 3c ausgehend vom Ablaufanschluss 4b mit einer zentralen Filtratleitung 8 verbunden, die zu den Verbrauchern 40 führt. Verbraucher 40 können beispielsweise Waschtischarmaturen, Toiletten, Duschen, Wannen etc. sein.
Im Filtrationsbetrieb erzeugen die Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c aus dem Rohwasser Filtrat, indem das Rohwasser durch die Membran 6 hindurchtritt und Partikel im Rohwasser auf der Rohwasserseite 5a bzw. an der Membran haftend verbleiben. Das zur Filtratseite 5b permeierte Wasser bzw. Filtrat wird durch die lokalen Filtratleitungen 8a, 8b, 8c zur zentralen Filtratleitung 8 geleitet, welche das Filtrat weiter zu den Verbrauchern 40 leitet.
Um an der Oberfläche der Membran 6 haftende Partikel zu lösen, kann jedes Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c unabhängig von den anderen Ultrafiltrationsmodulen 3a, 3b, 3c in einem Rückspülbetrieb betrieben werden, in dem die Filtermembran 6 rückwärts durchströmt wird, d.h. von der Filtratseite 5b zur Rohwasserseite 5a. Das hierfür verwendete Filtrat stammt von wenigstens einem der anderen Ultrafiltrationsmodulen 3a, 3b, 3c. Um das durch die Membran 6 hindurchtretende Wasser im Rückspülbetrieb von der Rohwasserseite 5a abzuführen, ist die Rohwasserseite 5a eines jeden Ultrafiltrationsmoduls 3a, 3b, 3c über eine lokale Retentatleitung 7a, 7b, 7c, in der sich jeweils ein Retentatventil Ra, Rb, Rc befindet, mit einer zentralen Retentatleitung 7 verbunden, die zu einem freien Ablauf 40 führt, an dem Retentat abgeschieden wird. Wie in der Beschreibungseinleitung gewürdigt, ist in jeder dieser lokalen Retentatleitungen 7a, 7b, 7c eine Stauscheibe 9 angeordnet, an der im Rückspülbetrieb ein zusätzlicher Druckverlust entsteht, um welchen der Druck über der entsprechenden rückgespülten Membran 6 entlastet wird. Die Stauscheiben 9 sind mit dem jeweiligen Filtermodul 3a, 3b, 3c beim Rückspülen in Strömungsrichtung also nachgelagert in Reihe geschaltet.
Die Festlegung, welches Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c zu einem Zeitpunkt filtern soll und welches durch Rückspülung gereinigt werden soll, erfolgt durch eine Einstellung der Zulaufventile Za, Zb, Zc und der Retentatventile Ra, Rb, Rc, wobei diese Ventile bezogen auf jedes Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c invertiert angesteuert werden. Das bedeutet, dass das einem Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c zugeordnete Zulaufventil Za, Zb, Zc geöffnet ist, während das ihm zugeordnete Retentatventil Ra, Rb, Rc geschlossen ist, und umgekehrt. Gemäß der in Figur 1 gezeigten Momentaufnahme der Betriebszustände liefern zwei erste Ultrafiltrationsmodule 3b, 3c Filtrat, während ein zweites Ultrafiltrationsmodul 3a (rechts) aktuell rückgespült wird, wobei das Filtrat für die Verbraucher 40 einerseits aber auch für die Rückspülung des zweiten Ultrafiltrationsmoduls 3a andererseits verwendet wird. Die beiden ersten Ultrafiltrationsmodule 3b, 3c befinden sich also im Filtrationsbetrieb, während sich das zweite Ultrafiltrationsmodul 3a im Rückspülbetrieb befindet. Die Pfeile an den diversen Leitungen und innerhalb der Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c geben die jeweilige Strömungsrichtung an. Die Ventilstellungen sind somit wie folgt: Wie in Figur 1 zu erkennen ist und nachfolgend als Konvention verwendet wird, kennzeichnen gefüllte Ventilsymbole geschlossene Ventile und unausgefüllte Ventilsymbole geöffnete Ventile.
Der Vorteil einer derartigen Ultrafiltrationsanlage 1 besteht darin, dass ein Rückspülen der einzelnen Ultrafiltrationsmodule im Betrieb der Ultrafiltrationsanlage erfolgen kann, d.h. während Filtrat an die Verbraucher 20 geliefert wird, so dass diese keine oder zumindest keine Wesentliche Beeinträchtigung erfahren. Es kommt also nicht zu einem Stillstand bzw. zu keiner Unterbrechung der Filtratlieferung an die Verbraucher 20. Ferner kommt die erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage 1 ohne einen Rückspülbehälter und ohne eine Rückspülpumpe aus, wodurch der Aufwand und die Kosten zu deren Herstellung reduziert werden.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage 1 in schematischer Darstellung analog zur Anlage 1 in Figur 1. Nachfolgend werden deshalb überwiegend die Unterschiede angesprochen. Im Übrigen wird auf die Erläuterungen zu Figur 1 verwiesen.
Die Ultrafiltrationsanlage 1 besteht hier beispielhaft aus drei parallelen Ultrafiltrationseinheiten 3, wobei gemäß einer anderen Ausführungsvariante auch nur zwei oder mehr als drei solcher Einheiten 3 vorhanden sein können. Die Ultrafiltrationseinheiten 3 weisen jeweils ein oder mehrere parallele Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c auf, wie sie in Bezug zu Figur 1 beschrieben worden sind. Obgleich in Figur 2 nur jeweils ein Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c pro Ultrafiltrationseinheit 3 dargestellt ist, können auch zwei oder mehr, vorzugsweise drei parallele Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c je eine Ultrafiltrationseinheit 3 bilden. Um ein identisches Filtrations- und Rückspülverhalten zu erreichen, besitzen alle Ultrafiltrationseinheiten 3 dieselbe Anzahl an Ultrafiltrationsmodulen 3a, 3b, 3c. Die Ultrafiltrationsmodule derselben Ultrafiltrationseinheit 3 können baulich in einer gemeinsamen Halterung, auch Rack genannt, zusammengefasst sein. Je nach Filtratbedarf bzw. gleichzeitig zu versorgender Verbraucher 20, kann die Ultrafiltrationsanlage 1 in einer Ausführungsvariante zwei, drei oder mehr Ultrafiltrationseinheiten 3 bzw. Racks besitzen, die hydraulisch zueinander parallel verschaltet sind. Sinnvollerweise sind alle Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c baugleich. Sofern jede Ultrafiltrationseinheit 3 nur ein Ultrafitrationsmodul 3a, 3b, 3c umfasst, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, gelten Aussagen für die Ultrafiltrationseinheiten 3 gleichermaßen für die Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c und vice versa. Aus diesem Grund werden nachfolgend die Bezugsziffern 3a, 3b, 3c der Ultrafitrationsmodule in analoger Weise zur Unterscheidung der drei Ultrafiltrationseinheiten 3 verwendet.
Die Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c können wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Erzeugung von Filtrat und in einem Rückspülbetrieb betrieben werden, um die Filtrationsmembran 6 jedes Ultrafiltrationsmoduls bzw. Membranen 6 der Ultrafiltrationsmodule jeder Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c reinigen zu können, wobei im Rückspülbetrieb Filtrat wenigstens einer ersten der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c zur Rückspülung wenigstens einer zweiten der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c zugeführt wird. Wie im Beispiel von Figur 1 , befinden sich zwei erste Ultrafiltrationseinheiten im Filtrationsbetrieb, denen hier die Bezugsziffern 3b und 3c zugeordnet sind, während sich eine zweite Ultrafiltrationseinheit mit der Bezugsziffer 3a im Rückspülbetrieb befindet. Die Ventilstellungen der Zulaufventile Za, Zb, Zc und der Retentatventile Ra, Rb, Rc sind folglich wie in der vorherigen Tabelle genannt.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante in Figur 2 gegenüber Figur 1 besteht nun darin, dass jede Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c über eine erste Leitung 8a, 8b, 8c zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und eine hierzu parallele zweite Leitung 8a‘, 8b‘, 8c‘ zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit der zentralen Filtratleitung 8 verbunden ist. Somit kann Filtrat der beiden ersten Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c über die entsprechende zweite Leitung 8a‘ der Filtratseite der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a zugeführt werden, so dass für die Filtratversorgung und die Rückspülung unterschiedliche Strömungswege bestehen und die als Rückspülleitung dienende zweite Leitung 8a‘ mit einer Schutzeinrichtung versehen werden kann, ohne die Filtratversorgung zu beeinträchtigen.
Infolge der Öffnung des der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a zugeordneten Retentatventils Ra in der entsprechenden lokalen Retentatleitung 7a, ist die Rohwasserseite 5a der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a mit dem freien Ablauf 30 verbunden. Da somit der Atmosphärendruck auf der Rohwasserseite 5a wirkt, liegt der Eingangsdruck PE bei fehlender geeigneter Schutzeinrichtung über der Reihenschaltung aus den beiden parallelen ersten Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c und der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a, so dass bei Annahme identischer hydraulischer Widerstände der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c (baugleiche Einheiten) 1/3 des Eingangsdruck PE über den beiden parallelen ersten Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c und 2/3 über der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a anliegt. Bei 10bar Eingangsdruck würde somit die zweite Ultrafiltrationseinheit 3a mit etwa 6,7 bar belastet werden. Um dies zu verhindern, ist in der zweiten Leitung 8a‘ ein Druckreduzierelement 10 angeordnet. Dies ist, genau betrachtet, in der zweiten Leitung 8a‘, 8b‘, 8c‘ jeder Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c der Fall, da auch die übrigen Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c irgendwann einmal gespült werden. Das Druckreduzierelement 10 bildet einen zusätzlichen hydraulischen Widerstand und erzeugt somit einen Druckabfall, so dass die entsprechende Filtermembran 6 weniger stark druckbelastet wird.
Geeigneterweise wird das Druckreduzierelement 10 derart gewählt oder eingestellt, dass an seiner zur entsprechenden Ultrafiltrationseinheit 3a gerichteten Ausgangsseite ein Druck herrscht, der gleich oder kleiner als eine gewünschte maximale Druckbelastung der Filtermembran 6 ist. Beispielsweise beträgt dieser ausgangsseitige Druck etwa 2 bar.
Damit das Druckreduzierelement 10 nicht durch die erste Leitung 8a überbrückt wird, ist in dieser ein entsprechendes Ventil Fa vorzusehen, das für den Rückspülbetrieb geschlossen sein muss. Dieses Ventil Fa wird nachfolgend Filtratventil genannt. Ein solches Filtratventil Fa, Fb, Fc muss in jeder der ersten Leitungen 8a, 8b, 8c vorhanden sein, da auch die übrigen Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c irgendwann einmal gespült werden. In den den beiden ersten Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c zugeordneten ersten Leitungen 8a, 8b muss das entsprechende Filtratventil jedoch während der Rückspülung der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a geöffnet sein, damit diese Filtrat in die zentrale Filtrationsleitung 8 bzw. für die Spülung der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a einspeisen können. Somit dient das jeweilige Filtratventil Fa, Fb, Fc dazu, während des Rückspülens das Filtrat durch das Druckreduzierelement 10 zu leiten und während des Filtrierens das Druckreduzierelement 10 zu überbrücken. Folglich liegen für den Betriebsfall in Figur 2 die folgenden Ventilzustände vor.
Das Druckreduzierelement 10 kann z.B. eine Stauscheibe wie in Figur 1 oder ein druckabhängig geregeltes Stellventil sein. Im Falle eines geregelten Stellventils wird auf dessen Ausgangsseite der Druck gemessen und der Öffnungsgrad des Ventils in Abhängigkeit des gemessenen Drucks so eingestellt, dass er einem gewünschten Wert, z.B. zwischen 2 bar und 4 bar entspricht. Diese Einstellung erfolgt im Rahmen einer in Figur 2 nicht dargestellten Regelung einer Steuer- und Regelungseinheit. Beispielsweise kann es sich dabei um diejenige Steuereinheit handeln, die auch die übrigen Ventile Za, Zb, Zc, Ra, Rb, Rc, Fa, Fb und Fc schaltet oder einstellt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Druckreduzierelement 10 um einen Druckminderer. Auf eine Druckmessung und Regelung kann somit verzichtet werden. Der Druckminderer stellt ausgangsseitig stets denjenigen Druck ein, für den er ausgelegt ist, und filtert Druckspitzen augenblicklich heraus, die im Falle einer Druckregelung aufgrund ihrer Trägheit durchkommen würden. Durch den Einsatz eines Druckminderers zwischen der Filtratleitung 8 und der rückzuspülenden Ultrafiltrationseinheit 3a während des Rückspülens wird eine sichere und schnelle, direkte (mechanische) Druckregelung unabhängig vom Durchfluss realisiert.
Die Zulaufventile Za, Zb, Zc, Retentatventile Ra, Rb, Rc und/ oder Filtratventile Fa, Fb, Fc können in einer Ausführungsvariante gesteuerte, insbesondere schaltbare (auf/ zu) oder einstellbare (0...100%) Stellventile sein, die beispielsweise elektrisch, elektromagnetisch oder pneumatisch betätigt werden. Beispielsweise sind die Stellventile ansteuerbare Motorventile. Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage 1 , die sich von derjenigen in Figur 2 lediglich darin unterscheidet, das die Filtratventile Fa, Fb, Fc durch Rückflussverhinderer gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass keine aktive Ansteuerung der Filtratventile Fa, Fb, Fc erforderlich ist. Diese Ausführungsvariante nutzt den Umstand aus, dass die erste Leitung 8a, 8b, 8c und zweite Leitung 8a‘, 8b‘, 8c‘ jeweils nur in einer Richtung durchströmt werden und zwar je nach Betriebsfall „Filtern“ oder „Rückspülen“ alternativ. Da die Rückflussverhinderer Fa, Fb, Fc aufgrund ihrer Richtungsgebundenheit den Fluss nur in eine Richtung zu lassen, sind sie für die erfindungsgemäße Ultrafiltrationsanlage 1 besondere geeignet. Dabei sind sie derart in der ersten Leitung 8a, 8b, 8c angeordnet, dass ihre Eingangsseite mit der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c und ihre Ausgangsseite mit der zentralen Filtrationsleitung 8 verbunden sind.
Liegt der an den Rückflussverhinderern Fa, Fb, Fc von der Eingangsseite zur Ausgangsseite anliegende Druck über einem gewissen Öffnungsdruck, öffnet der Rückflussverhinderer Fa, Fb, Fc unabhängig vom Volumenstrom. Dieser Öffnungsdruck liegt auch für minimalste Volumenströme z.B. bei ca. 0,3 bar. Ist das Retentatventil Ra der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a geöffnet, sind die Druckverhältnisse derart, dass der Druck am Filtratventil Fa dieser zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a von dessen Ausgangs- zur Eingangsseite anliegt. Folgemäßig sperrt dieses Filtratventil Fa, so dass beim Rückspülen kein Filtrat aus der Filtratleitung 8 (mit Systemdruck von max. 10 bar) über die erste Leitung 8a, sondern nur über die druckbegrenzte zweite Leitung 8a‘ in die Ultrafiltrationseinheit 3a einströmen kann. Bei den anderen beiden Filtratventilen Fb, Fc ist der anliegende Druck von der Eingangs- zur Ausgangsseite orientiert, d.h. eingangsseitig höher, und liegt über dem Öffnungsdruck, so dass diese geöffnet sind. Somit kann das Filtrat im Filtrationsbetrieb ungehindert aus den Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c in die zentrale Filtratleitung 8 einströmen.
Ein weiterer Vorteil und eine Synergie aus der Verwendung von Rückflussverhinderern bei der erfindungsgemäßen Anlage resultiert daraus, dass der Öffnungsdruck üblicher Rückflussverhinderer über der Messtoleranz üblicher Drucksensoren liegt, weshalb der Differenzdruck über der Reihenschaltung aus Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c oder Ultrafiltrationseinheit 3 und zugehörigem Rückflussverhinderer Fa, Fb, Fc eine Aussage über ein Öffnen oder Nichtöffnen des entsprechenden Rückflussverhinderers Fa, Fb, Fc und damit auch eine Aussage über das Fließen oder Nichtfließen von Filtrat selbst bei kleinsten Volumenströmen ermöglicht. Folglich kann auch eine Stagnation sicher detektiert werden.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage 1 dargestellt. Sie unterscheidet sich gegenüber derjenigen in Figur 2 darin, dass alle zweiten Leitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘, bevor sie in die zentrale Filtratleitung 8 münden, sich zu einem gemeinsamen Abschnitt 8‘ vereinigen, welcher dann in die zentrale Filtratleitung 8 mündet. Anders betrachtet, ist die zweite Leitung aus diesem, mit der Filtratleitung 8 verbundenen gemeinsamen Abschnitt 8‘ und davon zu den einzelnen Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c abgehenden Einzelleitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘ gebildet. Diese Ausführungsvariante ermöglicht es, Druckreduzierelemente 10 einzusparen, da nur noch ein einziges Druckreduzierelement 10 erforderlich ist, welches in dem gemeinsamen Abschnitt 8‘ liegt und somit von allen Ultrafiltrationseinheiten 8a, 8b, 8c im jeweiligen Rückspülbetrieb gleichermaßen verwendet wird. Es ist allerdings erforderlich, in den Einzelleitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘ jeweils ein Spülventil Sa, Sb, Sc vorzusehen, um die druckungeminderte Filtratseite 5b der beiden ersten Ultrafiltrationseinheiten 3b, 3c von der Filtratseite 5b der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a zu trennen, da das Druckreduzierelement 10 anderenfalls umgangen wird. Die Spülventile Sa, Sb, Sc können identisch zu den Zulaufventilen Za, Zb, Zc, Retentatventilen Ra, Rb, Rc und/ oder Filtratventilen Fa, Fb, Fc ausgeführt sein.
Die Ansteuerung der Spülventile Sa, Sb, Sc erfolgt invertiert zu den Filtratventilen Fa, Fb, Fc. Somit liegen für den Betriebsfall in Figur 4 die folgenden Ventilzustände vor:
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage 1 , die sich von der Ausführungsvariante in Figur 4 darin unterscheidet, dass die Filtratventile Fa, Fb, Fc, und die Spülventile Sa, Sb, Sc durch Rückflussverhinderer gebildet sind. Das zu Figur 3 Gesagte trifft insoweit auch auf diese Variante zu. Die Rückflussverhinderer Sa, Sb, Sc in den Einzelleitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘ sind so angeordnet, dass ihre jeweilige Eingangsseite mit dem gemeinsamen Abschnitt 8‘ und ihre jeweilige Ausgangsseite mit der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c verbunden ist. Ist das Retentatventil Ra der zweiten Ultrafiltrationseinheit 3a geöffnet, ist der am Rückflussverhinderer Sa anliegende Druck von der Eingangs- zur Ausgangsseite orientiert, d.h. eingangsseitig höher, und liegt über dem Öffnungsdruck, so dass der Rückflussverhinderer öffnet. Bei den anderen Rückflussverhinderern Sb, Sc ist der Druck ausgangsseitig (entspricht dem Druck in der Filtratleitung 8) höher als eingangsseitig (Druck durch Druckreduzierelemente 10 verringert), so dass diese Rückflussverhinderer Sb, Sc geschlossen sind. Somit kann auf gesteuerte Spülventile verzichtet werden.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsanlage 1 . Die Dicke der Linien symbolisiert den auf der entsprechenden wasserführenden Leitung befindlichen Druck, wobei der Druck umso größer ist, je dicker die Linie ist. Die gestrichelten Leitungen führen demgegenüber in dem dargestellten Betriebsfall kein Wasser, weil das entsprechende Ventil geschlossen ist.
Die Ultrafiltrationseinheiten 3 sind in dieser Ausführungsvariante durch Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c mit einem länglichen, im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse gebildet. Sie besitzen jeweils eine Vielzahl an Hohlfasermembranen 6 zwischen der Rohwasserseite 5a und der Filtratseite 5b, wobei in dieser Ausführungsvariante das Innere der Hohlfasermembranen zur Rohwasserseite 5a und der Raumbereich außerhalb der Hohlfasermembranen 6 zur Filtratseite 5b gehört. Jede der beiden Seiten 5a, 5b besitzt zwei Anschlüsse, die jeweils an gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses angeordnet sind. In der bestimmungsgemäß senkrechten Anordnung der Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c besitzt somit jedes Ultrafiltrationsmodul 3a, 3b, 3c einen unteren Zulaufanschluss 4au und einen oberen Zulaufanschluss 4ao jeweils zur Rohwasserseite 5a hin, sowie einen unteren Zulaufanschluss 4bu und einen oberen Ablaufanschluss 4bo jeweils zur Filtratseite 5b hin.
Die Zuführung von Rohwasser über die Versorgungsleitung 2 erfolgt im Filtrationsbetrieb räumlich von unten über beide Zulaufanschlüsse 4au, 4ao, welche außerhalb der Ultrafiltrationsmodule 3a, 3b, 3c über eine Zwischenleitung miteinander verbunden sind. Die zentrale Versorgungsleitung 2 verläuft unterhalb der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c. Die Ableitung von Retentat erfolgt aus der Zwischenleitung räumlich nach oben hin weg in die zentrale Retentatleitung 7, die oberhalb der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c verläuft. Dies hat den Vorteil, dass beim Rückspülen eine sichere Entlüftung bewirkt wird. Die Zulaufventile Za, Zb, Zc liegen jeweils zwischen der zentralen Versorgungsleitung 2 und der entsprechenden Zwischenleitung. Ferner liegen die Retentatventile Ra, Rb, Rc jeweils zwischen der zentralen Retentatleitung 7 und der entsprechenden Zwischenleitung.
Die Ableitung von Filtrat im Filtrationsbetrieb erfolgt über den oberen Ablaufanschluss 4bo in die zentrale Filtratleitung 8, welche räumlich oberhalb der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c verläuft. Dementsprechend verbindet die jeweilige erste Leitung 8a, 8b, 8c den oberen Ablaufanschluss 4bo der entsprechenden Ultrafiltrationseinheit 3a, 3b, 3c mit der zentralen Filtratleitung 8, die zu den Verbrauchern 30 führt. In jeder der ersten Leitungen 8a, 8b, 8c befindet sich ein Filtratventil Fa, Fb, Fc in Gestalt eines Rückflussverhinderers entsprechend Figuren 3 und 5. Zudem verbindet eine zweite Leitung 8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘ die zentrale Filtratleitung 8 mit jeder der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c. Die zweite Leitung 8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘ besteht aus einem gemeinsamen Abschnitt 8‘ und Einzelleitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘. In dem gemeinsamen Abschnitt 8‘ ist ein Druckminderer 10 angeordnet. Der gemeinsame Abschnitt 8‘ verbindet die zentrale Filtratleitung 8 mit den Einzelleitungen 8a‘, 8b‘, 8c‘, welche jeweils zu einem der unteren Zulaufanschlüsse 4bu der Ultrafiltrationseinheiten 3a, 3b, 3c geführt sind und jeweils ein Spülventil Sa, Sb, Sc in Gestalt eines Rückflussverhinderers entsprechend Figur 5 enthalten. Der gemeinsame Abschnitt 8 bildet somit eine Sammelleitung für die druckbegrenzten Filtrat-Anschlüsse 4bu.
Die Wirkungsweise der Ausführungsvariante in Figur 6 ist im Wesentlichen identisch zu derjenigen in Figur 5, wobei lediglich eine räumliche Aufteilung der Zu- und Abläufe von Rohwasser, Filtrat, Rückspülfiltrat und Retentat auf voneinander getrennte Anschlüsse am Gehäuse der Ultrafiltrationseinheiten 3 bzw. -module 3a, 3b, 3c erfolgt.
In Figur 6 sind des Weiteren ein Eingangsdrucksensor 11 zur Messung des Eingangsdrucks PE in der Versorgungsleitung 2 sowie ein Ausgangsdrucksensor 12 zur Messung des Ausgangsdrucks PA in der zentralen Filtratleitung 8 zu erkennen. Die Messsignale dieser Drucksensoren 11 , 12 sind einer Auswerteeinheit 13 zugeleitet, die insbesondere eingerichtet ist, im Filtrationsbetrieb der Ultrafiltrationsanlage 1 festzustellen, ob der Differenzdruck zwischen dem Eingangsdruck PE und dem Ausgangsdruck PA den Öffnungsdruck der Rückflussverhinderer Fa, Fb, Fc übersteigt. Ist dies der Fall, kann darauf geschlossen werden, dass wenigstens einer des Rückflussverhinderer Fa, Fb, Fc geöffnet ist und somit ein Volumenstrom existiert, d.h. die Ultrafiltrationsanlage 1 Trinkwasser an die Verbraucher 40 liefert, ohne dass es hierzu eines zusätzlichen Volumenstromsensors oder Volumenzählers bedarf.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“ oder „geeignet“ angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.
Bezugszeichenliste
1 Ultrafiltrationsanlage
2 zentrale Versorgungsleitung 2a, 2b, 2c lokale Versorgungsleitung
3 Ultrafiltrationseinheit
3a, 3b, 3c Ultrafiltrationsmodul 4a Zulaufanschluss
4ao oberer Zulaufanschluss
4au unterer Zulaufanschluss
4b Ablaufanschluss
4bo oberer Ablaufanschluss
4bu unterer Zulaufanschluss
5a Rohwasserseite
5b Filtratseite
6 Filtrationsmembran
7 zentrale Retentatleitung 7a, 7b, 7c lokale Retentatleitungen
8 zentrale Filtratleitung
8a, 8b, 8c lokale erste Filtratleitung, erste Leitung zur Filtratableitung
8a‘, 8b‘, 8c‘ lokale zweite Filtratleitung, zweite Leitung zur Filtratzuleitung
8‘ gemeinsamer Abschnitt der zweiten Filtratleitung
9 Stauscheibe
10 Druckreduzierelement
11 Eingangsdrucksensor
12 Ausgangsdrucksensor
13 Auswerteeinheit
20 Rohwasserquelle
30 Verbraucher
40 freier Ablauf
Za, Zb, Zc Zulaufventile
Ra, Rb, Rc Retentatventile
Fa, Fb, Fc Filtratventile
Sa, Sb, Sc Rückspülventile

Claims

25
Wl 800073WO C
21.12.2020
Ansprüche Ultrafiltrationsanlage (1 ) zur Herstellung von T rinkwasser in einem Gebäude mit Verbrauchern (30), umfassend
- eine Anzahl paralleler Ultrafiltrationseinheiten (3), die jeweils ein oder mehrere parallele Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) mit einer Rohwasserseite (5a), einer Filtratseite (5b) und wenigstens einer zwischen diesen liegenden Filtrationsmembran (6) aufweisen und die wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Erzeugung von Filtrat und in einem Rückspülbetrieb zur Reinigung der Filtrationsmembran (6) betreibbar sind,
- eine Versorgungsleitung (2), mit der die Ultrafiltrationseinheiten (3) jeweils zur Versorgung der Rohwasserseite (5a) mit Rohwasser für den Filtrationsbetrieb verbindbar sind,
- eine Filtratleitung (8) zur Versorgung der Verbraucher (30) mit auf der Filtratseite (5b) aus dem Rohwasser erzeugtem Filtrat und
- eine Retentatleitung, mit der die Ultrafiltrationseinheiten (3) jeweils zur Abführung von Retentat von der Rohwasserseite (5a) für den Rückspülbetrieb verbindbar sind, wobei im Rückspülbetrieb Filtrat wenigstens einer ersten der Ultrafiltrationseinheiten (3) zur Rückspülung wenigstens einer zweiten der Ultrafiltrationseinheiten (3) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ultrafiltrationseinheit (3) über eine erste Leitung (8a, 8b, 8c) zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und eine hierzu parallele zweite Leitung (8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘) zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit der Filtratleitung (8) verbunden ist, so dass Filtrat der ersten Ultrafiltrationseinheit (3) der Filtratseite (5b) der zweiten Ultrafiltrationseinheit (3) zuführbar ist, wobei in der ersten Leitung (8a, 8b, 8c) ein Ventil (Fa, Fb, Fc) zur Strömungsverhinderung im Rückspülbetrieb und in der zweiten Leitung (8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘) ein Druckreduzierelement (10) angeordnet ist. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Druckreduzierelement (10) ein Druckminderer ist. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationseinheiten (3) über jeweils eine eigene erste Leitung (8a, 8b, 8c) zur Filtratableitung im Filtrationsbetrieb und jeweils über eine hierzu parallele eigene zweite Leitung (8a‘, 8b‘, 8c‘) zur Filtratzuleitung im Rückspülbetrieb mit der Filtratleitung (8) verbunden sind. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘) aus einem mit der Filtratleitung (8) verbundenen gemeinsamen Abschnitt (8‘) und davon zu den einzelnen Ultrafiltrationseinheiten (3) abgehenden Einzelleitungen (8a‘, 8b‘, 8c‘) gebildet ist, wobei das Druckreduzierelement (10) in dem gemeinsamen Abschnitt (8‘) und in den Einzelleitungen (8a‘, 8b‘, 8c‘) jeweils ein Ventil (Sa, Sb, Sc) zur Strömungsverhinderung im Filtrationsbetrieb angeordnet ist. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder zumindest ein Teil der Ventile (Fa, Fb, Fc, Sa, Sb, Sc) schaltbare oder einstellbare Stellventile sind. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder zumindest ein Teil der Ventile (Fa, Fb, Fc, Sa, Sb, Sc) Rückflussverhinderer sind. Ultrafiltrationsanlage (1 ) zumindest nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sensorik (11 , 12) zur Bestimmung des Differenzdrucks zwischen der Versorgungsleitung (2) und der Filtratleitung (8) und eine Auswerteeinheit (13) zur Auswertung des Differenzdrucks umfasst, wobei die Auswerteeinheit (13) eingerichtet ist, den Differenzdruck mit einem Öffnungsdruck der Rückflussverhinderer zu vergleichen und oberhalb des Öffnungsdrucks einen Volumenstrom größer null und unterhalb des Öffnungsdrucks ein Volumenstrom gleich null anzunehmen. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) eine Vielzahl an Hohlfasermembranen (6) aufweisen, die die Rohwasserseite (5a) von der Filtratseite (5b) trennen. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) jeweils ein zylindrisches Gehäuse in bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung mit einem im oberen Bereich des Gehäuses liegenden Anschluss (4ao) zur Rohwasserseite (5a) für die Abführung von Retentat aufweisen, das durch die Rückspülung der Filtermembran (6) auf der Rohwasserseite entsteht. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) jeweils ein zylindrisches Gehäuse in bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung mit einem im unteren Bereich des Gehäuses liegenden Anschluss (4au) zur Rohwasserseite (5a) für die Zuführung von zu filterndem Rohwasser aufweisen. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) jeweils ein zylindrisches Gehäuse in bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung mit einem im oberen Bereich des Gehäuses liegenden Anschluss (4bo) zur Filtratseite (5b) für die Abführung von Filtrat aufweisen, das durch die Filtration auf der Filtratseite entsteht. Ultrafiltrationsanlage (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) jeweils ein zylindrisches Gehäuse in bestimmungsgemäß vertikaler Anordnung mit einem im unteren Bereich des Gehäuses liegenden Anschluss (4bu) zur Filtratseite (5b) für die Zuführung von Filtrat zur Rückspülung der Filtermembran (6) aufweisen. 28 Rückspülverfahren für eine Ultrafiltrationsanlage (1 ) zur Herstellung von Trinkwasser in einem Gebäude mit Verbrauchern (30), umfassend
- eine Anzahl paralleler Ultrafiltrationseinheiten (3), die jeweils ein oder mehrere parallele Ultrafiltrationsmodule (3a, 3b, 3c) mit einer Rohwasserseite (5a), einer Filtratseite (5b) und wenigstens einer zwischen diesen liegenden Filtrationsmembran (6) aufweisen und die wahlweise und unabhängig voneinander in einem Filtrationsbetrieb zur Erzeugung von Filtrat oder in einem Rückspülbetrieb zur Reinigung der Filtrationsmembran (6) betrieben werden,
- eine Versorgungsleitung (2), mit der die Ultrafiltrationseinheiten (3) jeweils zur Versorgung der Rohwasserseite (5a) mit Rohwasser für den Filtrationsbetrieb verbunden werden,
- eine Filtraleitung zur Versorgung der Verbraucher (30) mit auf der Filtratseite (5b) aus dem Rohwasser erzeugtem Filtrat und
- eine Retentatleitung, mit der die Ultrafiltrationseinheiten (3) jeweils zur Abführung von Retentat von der Rohwasserseite (5a) für den Rückspülbetrieb verbunden werden, wobei im Rückspülbetrieb Filtrat wenigstens einer ersten der Ultrafiltrationseinheiten (3) zur Rückspülung wenigstens einer zweiten der Ultrafiltrationseinheiten (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Ultrafiltrationseinheit (3) Filtrat im Filtrationsbetrieb über eine erste Leitung (8a, 8b, 8c) in die Filtratleitung (8) abgeleitet und im Rückspülbetrieb über eine hierzu parallele zweite Leitung von der Filtratleitung (8) zugeleitet wird, so dass Filtrat der ersten Ultrafiltrationseinheit (3) der Filtratseite (5b) der zweiten Ultrafiltrationseinheit (3) zugeführt wird, wobei in der ersten Leitung (8a, 8b, 8c) ein Ventil (Fa, Fb, Fc) eine Strömung im Rückspülbetrieb verhindert und in der zweiten Leitung (8‘, 8a‘, 8b‘, 8c‘) ein Druckreduzierelement (10) den Druck reduziert. Rückspülverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist, auf einer Ultrafiltrationsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt zu werden.
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