NL1013701C2 - Rendementsbepaling van een filter. - Google Patents

Description

RENDEMENTSBEPALING VAN EEN FILTER

De onderhavige uitvinding omvat een werkwijze voor bepaling van de werkzaamheid van ten minste één filter voor filtratie van vaste stoffen uit een stroom vloeistof.

5 Een dergelijke werkwijze is in het algemeen bekend, waarbij de hoeveelheid vaste stof in de stroom voorafgaand aan het filtreren met het filter wordt bepaald, bijvoorbeeld door de deeltjes van deze stoffen te tellen, en vervolgens hetzelfde te doen in de stroomrich-10 ting achter het filter. Uit de verhouding tussen de hoeveelheid stof voorafgaand aan filtratie en de hoeveelheid stof na filtratie blijkt het verwijderingsrendement van het filter.

Een daling in het verwijderingsrendement van 15 het filter duidt op een defect in het filter.

Een nadeel van de bekende betrouwbaarheidstests voor filters is, dat wanneer ten tijde van een meting of bepaling zeer weinig of geen vaste stoffen aanwezig zijn in de te filtreren stroom, de vergelijking om tot een 20 waardering van het rendement van een geteste filter zeer onbetrouwbaar zal zijn.

In het bijzonder in het geval van membraanfliters is dit een probleem, waarvoor tests zijn ontwikkeld, die zijn gebaseerd op vasthouding van druk of vasthouding 25 van een vacuüm en/of zijn gebaseerd op diffusie van een luchtstroom. Voor dergelijke tests moet het membraanfil-ter echter uit bedrijf worden genomen hetgeen ten koste gaat van de produktiviteit. Bovendien leveren dergelijke tests geen directe relatie op tussen de hierbij gemeten 30 gegevens en het filterrendement.

Met de onderhavige uitvinding is beoogd de bovengenoemde nadelen van de bekende techniek te verhel- 1013701 2 pen, en hiertoe is een werkwijze verschaft, die zich onderscheidt door het bepalen van de hoeveelheid vaste stoffen in de stroom achter het filter en het althans direct voorafgaand aan het bepalen van de hoeveelheid aan 5 de stroom toevoegen van een hoeveelheid van ten minste één bekende vaste stof.

Met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zijn de bovengenoemde problemen van de bekende techniek verholpen. Voor een membraanfilter kan de test 10 in situ en in bedrijf van een installatie, waarin het filter is opgenomen, worden uitgevoerd. Voor filters in het algemeen geldt, dat de bepaling kan worden uitgevoerd, zelfs als op het moment van deze bepaling de hoeveelheid vaste stof in de te filtreren stroom zeer 15 gering of zélfs nul is.

Bij voorkeur is het filter een membraanfilter. In tegenstelling tot de bekende techniek kan met het membraanfilter in bedrijf een werkingstoets volgens de onderhavige uitvinding worden uitgevoerd.

20 Bij voorkeur omvat de vaste stof deeltjes met met micro-organismen overeenkomende afmetingen. Door te testen op met micro-organismen overeenkomende afmetingen, hetgeen bijvoorbeeld bij te consumeren water van belang is, is de werkzaamheid van het filter met betrekking tot 25 die micro-organismen te bepalen. Bij voorkeur bedragen de afmetingen 1-5μπι. In een praktijksituatie komt dit nauw overeen met de afmetingen van micro-organismen.

Bij voorkeur wordt bij een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding vaste stof gebruikt, waarbij de 30 bekende vaste stof zonder interactie met het filter te filtreren is. Een dergelijke interactie is namelijk ongewenst aangezien hierdoor de werking of werkzaamheid van het filter na de test kan worden beïnvloed.

Bij voorkeur omvat de vaste stof actieve kool-35 stof. Actieve koolstof is zowel voor als na het filter in de stroom goed waarneembaar, maar heeft geen negatieve bijwerkingen. Dit zou bijvoorbeeld van belang kunnen zijn bij het testen van drinkwaterinstallaties, waar een 1 01 3701 3 minder dan optimaal functionerend filter een aanzienlijke hoeveelheid van het actieve koolstof zou kunnen doorlaten en geconsumeerd zou kunnen worden. Het actieve koolstof is voor consumptie zonder gevaar.

5 Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het toevoegen van een zodanig veel grotere hoeveelheid deeltjes van de bekende vaste stof dan de in de vloeistof aanwezige vaste stoffen in de stroom voor het filter, waarbij de hoeveelheid van 10 de toegevoegde bekende vaste stof nauwkeurig bekend is, dat de hoeveelheid deeltjes voorafgaand aan filtratie althans bij benadering gelijk te stellen aan de hoeveelheid toegevoegde deeltjes. Hierdoor kan een meting van de hoeveelheid deeltjes in de stroom voor het filter achter-15 wege blijven, waardoor slechts een meting van de hoeveelheid deeltjes in de stroom achter het filter nodig is.

De onderhavige uitvinding zal in het hiernavolgende nader worden beschreven aan de hand van een uitvoeringsvorm hiervan onder verwijzing naar de bijgevoegde 20 figuren, waarin: fig. 1 een schematische weergave is van een filtersysteem volgens de uitvinding; fig. 2A en fig. 2B grafieken tonen van het aantal deeltjes in de stroom, resp. voor en na een filter 25 voor een goed werkend filter, en fig. 3A en fig. 3B grafieken tonen van het aantal deeltjes in de stroom, resp. voor en na een filter voor een defect filter.

Het in figuur 1 getoonde filtersysteem 1 omvat 30 een tweetal stadia, te weten een eerste stadium 2 en een tweede stadium 3, welke schematisch van elkaar zijn gescheiden met een streep-stippellijn. In het eerste stadium 2 van het filtersysteem 1 wordt een invoerstroom 4 ingevoerd. Aan de invoerstroom 4 wordt uit een addi-35 tiefbuffer 6 een additiefstroom 5 toegevoegd. Een invoerstroom 8 met additief wordt vervolgens naar een filter 7 gestuurd.

101 37 π 1 4

In het filter 7, dat bijvoorbeeld een membraan-filter is, wordt de invoerstroom 8 met additief gefiltreerd. Hierbij worden deeltjes in de invoerstroom 4 en additief uit de invoerstroom 8 met additief gefiltreerd.

5 Een gefiltreerde stroom 9 verlaat het filter 7 om naar een meetinstrument 10 te stromen, waar de hoeveelheid in de gefiltreerde stroom 9 resterende deeltjes kan worden gemeten.

Het rendement van de filtratie door het filter 10 7, bijvoorbeeld een membraanfilter, in het eerste stadium 2 wordt als volgt bepaald. De logverwijdering wordt berekend als: η _10^Og ( nvoorfi 1 tiatiet j nafiltratie waarbij de logverwijdering van de filtratie door het filter 7, n „ ..... . het aantal deeltjes in de invoer-

vóór filtratie J

15 stroom 8 met additief, en n het aantal deeltjes in de gefiltreerde stroom 9, dat met het meetinstrument 10 te meten is, zijn.

De hoeveelheid deeltjes in de additiefstroom 5 is dusdanig veel groter dan die in de invoerstroom 4, dat 20 de hoeveelheid deeltjes in de invoerstroom 4 te verwaarlozen is ten opzichte van de deeltjes in de toevoerstroom 5. Door een exact bepaalde hoeveelheid deeltjes vanuit de additiefbuffer 6 met de additiefstroom 5 in de invoerstroom 4 te brengen om de invoerstroom 8 met additief te 25 verkrijgen, is hierbij een bepaling van het aantal deeltjes in de invoerstroom 8 met additief althans bij benadering overbodig. De hoeveelheid deeltjes in de invoerstroom 8 met additief is goed bekend. In de stroom achter het filter 7, bijvoorbeeld een membraanfilter, is een 30 meetinstrument 10 aangebracht, dat op zich in de techniek voor de vakman goed bekend is. Het meetinstrument 10 bepaalt nna mtratie met betrekking tot het filter 7 in het eerste stadium 2. Door vervolgens het rendement te berekenen, waarbij voor nv66r filtratie de vanuit de additiefbuffer 35 6 toegevoegde hoeveelheid additief in de invoerstroom 8 1013701 5 met additief wordt genomen, kan deze logverwijdering worden vergeleken met een eerder verkregen waarde of een gewenste waarde van die logverwijdering.

Wanneer een dergelijke vergelijking aantoont, 5 dat het filter 7, bijvoorbeeld een membraanfilter, niet aan een gewenste werking voldoet of met betrekking tot de logverwijdering hiervan in de tijd achteruit is gegaan, kan worden besloten om het filter 7 te vervangen of te repareren, al naar gelang het soort toegepaste filter 7 10 en de mogelijkheden tot reiniging, reparatie of vervanging hiervan.

De stroom, die uit het meetinstrument 10 vloeit, is de invoerstroom 11 voor het tweede stadium 3 van het filtersysteem 1.

15 Hét additief in de additiefstroom 5 uit de additiefbuffer 6 is bijvoorbeeld verpoederd geactiveerd koolstof (PAC), dat geen interactie vertoont met het filter 7, in het bijzonder wanneer dit een membraanfilter is. Bovendien is dit naar alle geldende standaarden (DWI, 20 KIWA ATA, etc.) goedgekeurd, en heeft een verwaarloosbaar risico bij consumptie. Dit is in het bijzonder van belang bij drinkwatersystemen. Een aanmerkelijk voordeel van toevoeging van het genoemde verpoederde geactiveerde koolstof is, dat de verdeling van omvang van deeltjes 25 hiervan nauw overeenkomt met de afmetingen van micro- organismen, die in het bijzonder in het geval van drinkwater uit de invoerstroom 4 gefiltreerd moeten worden. Zo heeft Cryptosporidium een omvang van gewoonlijk 2-7 μιη en heeft Giardia gewoonlijk een omvang van 4-12 μιη. Opge-30 merkt wordt, dat afhankelijk van het soort te filtreren vaste deeltjes uit de invoerstroom 4 een additief kan worden gebruikt, dat een deeltjesafmeting heeft, dat hiermee overeenstemt. De uitvinding is niet tot verpoederd geactiveerd koolstof of de genoemde afmetingen 35 beperkt. Mogelijk andere additieven zijn kalkdeeltjes, ijzerslib, etc.

Het toevoeren van additief vanuit de additief-buffer 6 via de additiefstroom 5 aan de invoerstroom 4 om 1013701 6 de invoerstroom 8 met additief te verkrijgen is een test; deze wordt op geregelde intervallen uitgevoerd. De meting door het meetinstrument 10 om het aantal deeltjes-in de gefiltreerde stroom te bepalen wordt echter bij voorkeur 5 continu uitgevoerd om fluctuaties in het aantal deeltjes in de gefiltreerde stroom 9 te detecteren. Dit is namelijk op zichzelf al een maat om te bepalen of de gefiltreerde stroom 9 voldoet aan op voorhand aangelegde criteria, bijvoorbeeld voor drinkwater.

10 Het tweede stadium 3 van het filtersysteem 1 als verwezenlijking van een werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is in veel opzichten gelijk aan het eerste stadium 2 van het filtersysteem; een additief-stroom 12 wordt vanuit additiefbuffer 13 toegevoerd aan 15 de invoerstroom 11, die de uitvoerstroom van het eerste stadium 2 van het filtersysteem 1 is, om een invoerstroom 15 met additief te verkrijgen, die naar het filter 16 wordt gestuurd, waarna de gefilterde stroom 18 met het tweede meetinstrument 17 aan een meting van het aantal 20 deeltjes in de invoerstroom met additief wordt onderworpen, waarna een uitvoerstroom 19 uit het filtersysteem 1 wordt uitgevoerd.

Het verschil tussen het eerste stadium 2 en het tweede stadium 3 van het filtersysteem 1 is gelegen in de 25 toevoeging van meetinstrument 14 in de invoerstroom 11 vóór het filter 16 om hier het aantal deeltjes in de invoerstroom 15 met additief te bepalen. Dit is in het bijzonder van belang, wanneer het aantal deeltjes in de invoerstroom 11, zoals micro-organismen, niet te verwaar-30 lozen is ten opzichte van de hoeveelheid deeltjes van een vaste bekende stof, zoals verpulverd geactiveerd koolstof (PAC) , die met de additiefstroom 12 vanuit de additief-buffer 13 wordt toegevoerd aan de invoerstroom 11. In een dergelijk geval wordt in de bovengenoemde formule voor 35 bepaling van de logverwijdering van het filter 16 gebruik gemaakt van het meetresultaat van het meetinstrument 14.

Het meetinstrument 14 kan gelijk zijn aan het meetinstrument 17 in de stroom achter het filter 16, en 101 37 01 7 beide meetinstrumenten 14 en 17 kunnen gelijk zijn aan het meetinstrument 10, dat in het eerste stadium 2 van het filtersysteem 1 is aangebracht. Voor het overige is de werking van het tweede stadium 3 van het filtersysteem 5 1 gelijk aan die van het eerste stadium 2.

Bij voorkeur is ook het meetinstrument 17 in de stoom achter het filter 16, bijvoorbeeld een membraanfliter, continu in werking. Het meetinstrument 14 kan echter buiten werking worden gesteld, tot het moment, waarop een 10 test van de werkzaamheid van het filter 16 wenselijk is, d.w.z..wanneer de additiefstroom 12 aan de invoerstroom 11 van het tweede stadium 3 wordt toegevoegd.

Wanneer de invoerstroom 11 zeer weinig deeltjes, bijv. micro-organismen bevat, kan door toevoeging 15 van de additiefstroom 12 de werkzaamheid van het filter 16 worden bepaald met een hoge mate van nauwkeurigheid.

Door verhoging van een hoeveelheid deeltjes in een invoerstroom, die naar een filter leidt, kan volgens de onderhavige uitvinding, een nauwkeurige bepaling van 20 het rendement van het filter en aldus van de werkzaamheid hiervan, worden verschaft, ook als de invoerstroom zelf slechts weinig deeltjes bevat. Ook wanneer een invoerstroom een aanzienlijke hoeveelheid deeltjes bevat, die niet te verwaarlozen is ten opzichte van de toegevoegde 25 stroom van een vaste bekende stof, is hiermee het contrast tussen de hoeveelheid deeltjes in de invoerstroom, verhoogd met de toegevoegde hoeveelheid deeltjes in een additiefstroom ten opzichte van de hoeveelheid deeltjes in een gefilterde stroom verhoogd, waardoor ongeacht 30 spreiding in de meet- en berekeningsresultaten een nauwkeuriger bepaling van de werkzaamheid van een filter mogelijk is.

Wanneer de invoerstroom naar een filter 800-1200 deeltjes per milliliter bevat en de gefiltreerde 35 stroom 0,03-0,05 deeltjes per milliliter bevat, vertoont de logverwijdering, zoals dat hierboven is gedefinieerd een spreiding van 4,4 ± 0,2, waarbij 4,2 = 10log (800/0,05) en 4,6 = 10 log (1200/0,03).

1 01 3701 8

Door 2 x 104 deeltjes/ml toe te voegen, kan de logverwijdering of het berekende resultaat van het verwijderen van deeltjes worden verhoogd tot tussen 5,6 en 5,8, hetgeen een gemiddelde oplevert van 5,7 met een 5 spreiding van 0,1. In een dusdanig geval is het eerste stadium 2 van het filtersysteem 1 toepasbaar, omdat de hoeveelheid deeltjes in de invoerstroom 4 althans bij benadering verwaarloosbaar is ten opzichte van de hoeveelheid deeltjes in de additiefstroom 5. Hogere of 10 lagere hoeveelheden zijn eveneens mogelijk binnen het kader van de onderhavige uitvinding, afhankelijk van de meetcapaciteit van de meetinstrumenten, in het bijzonder meetinstrument 14.

Door de hierboven beschreven hogere nauwkeurig-15 heid door toevoeging van een additief van een bekende vaste stof, zoals verpulverd geactiveerd koolstof (PAC van Norit®) is een verandering in de werkzaamheid van een filter 7, 16 met een hogere mate van nauwkeurigheid te bepalen. Ook is de werkzaamheid van het filter te bepa-20 len, zelfs als in de invoerstroom hiernaartoe incidenteel een zeer geringe hoeveelheid deeltjes, zoals micro-orga-nismen in het geval van drinkwater, aanwezig is. Afhankelijk van de gewenste logaritmische maat van zuivering van de naar een filter vloeiende stroom, kan meer of minder 25 additief worden toegevoegd. Hoe hoger de gewenste logaritmische waarde, hoe hoger het verbruik van de bekende vaste stof.

Fig. 2A, 2B, 3A en 3B tonen de testresultaten voor een correct functionerend filter en een filter met 30 een defect. In het geval van een defect kan sprake zijn van een gebroken vezel in een membraanfilter.

Fig. 2A toont het verloop van de hoeveelheid deeltjes in een invoerstroom, die naar een filter wordt gevoerd. De invoerstroom bevat op zich ca. 850 deel-35 tjes/ml, en wordt ten tijde van een test verhoogd tot 13800 deeltjes/ml. Fig. 2B toont de responsie, d.w.z. het meetresultaat van n . Hier blijkt, dat het aantal deeltjes in de gefiltreerde stroom volgens fig. 2B bij 1013701 9 benadering nauwelijks varieert. De resultaten van fig. 2B kunnen zijn verkregen met meetinstrumenten 10 en 17 in fig. 1, terwijl de meetresultaten van fig. 2A slechts kunnen worden verkregen met meetinstrument 14.

5 De meetresultaten in fig. 2 betreffen een correct functionerend membraanfilter. Zonder toevoeging van een bekende vaste stof bedraagt de logverwijdering = 10log (850/0,05) = 4,2, maar met toevoeging bedraagt de logverwi jdering = 10log (13800/0,03) = 5,7.

10 In fig. 3 zijn soortgelijke meetresultaten getoond voor een defect filter, met bijvoorbeeld een gebroken vezel, wanneer het een membraanfilter betreft.

In fig. 3 vertonen de meetresultaten bij meting zonder toevoeging van vaste bekende stof geen enkel 15 verschil met de in fig. 2 getoonde meetresultaten. De berekening van de logverwijdering is dan ook hetzelfde en levert wederom een waarde van = 4,2 op.

Ten tijde van de test wordt het gehalte deeltjes in de invoerstroom verhoogd tot 13650, waarbij een 20 in de gefiltreerde stroom aanwezig gehalte van 0,08 deeltjes/ml wordt waargenomen. Dit resulteert in een logverwi jdering van = 10log (13650/0,08) = 5,2. Dit is een markante daling van het rendement ten opzichte van fig. 2, waar een logverwijdering bij de test met toevoe-25 ging van 5,7 werd behaald. Zonder de toevoeging van bekende vaste stof wordt aldus het defect in het filter niet gedetecteerd, terwijl toevoeging van de bekende vaste stof leidt tot een markante daling in de logverwij-dering van fig. 3 ten opzichte van fig. 2. Hieruit kan 30 worden geconcludeerd, dat het bij fig. 3 een defect filter betreft. De test zonder toevoeging toont een dergelijke daling in de logverwijdering niet, zodat de conclusie, dat het filter van fig. 3 defect is, niet zal volgen.

35 In figuren 2 en 3 dienen de "back-wash"-pieken buiten beschouwing te blijven bij bepaling van de werkzaamheid. Het betreft hier een normaal verschijnsel in 1 01 37 01 10 bedrijf van de inrichtingen en wordt bijvoorbeeld bij tussenpozen van 15-240 minuten uitgevoerd.

De onderhavige uitvinding is op geen enkele wijze beperkt door het hiervoor beschreven uitvoerings-5 voorbeeld van een filtersysteem als verwezenlijking van de werkwijze volgens de uitvinding, maar is slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies. Zo kunnen de meetinstrumenten 10, 14 en 17 zijn gebaseerd op massa-spectrografie, of een eigen filtreerproces omhelzen. Bij 10 voorkeur worden deeltjestellers of "particle-counters" gebruikt. Een mogelijk enigszins minder nauwkeurig alternatief zou een troebelheidsmeter kunnen zijn. De omvang van de toegevoegde vaste bekende stoffen kan overeenstemmen met een breed bereik aan micro-organismen, in het 15 geval van drinkwater, of zijn toegespitst op spreiding in de afmetingen van slechts enkele, bijvoorbeeld zeer schadelijke, micro-organismen. Ook is de onderhavige uitvinding toepasbaar bij het filtreren van invoerstromen met andere hieruit te filtreren elementen, en de uitvin-20 ding is niet beperkt tot drinkwater. De vakman zal zich na kennisneming van het voorgaande realiseren, dat vele alternatieve of aanvullende uitvoeringsvormen ten opzichte van het hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeeld mogelijk zijn, welke alle dienen te worden beschouwd als 25 gelegen binnen het bereik van de onderhavige uitvinding, zoals deze is gedefinieerd als de nieuwe combinatie van maatregelen volgens in het bijzonder de bijgevoegde hoofdconclusie.

1013701

Claims (8)

1. Werkwijze voor bepaling van de werkzaamheid van ten minste één filter voor filtratie van vaste stoffen uit een stroom vloeistof, in hoofdzaak omvattende: het bepalen van de hoeveelheid vaste stoffen in de stroom 5 achter het filter, en het althans direct voorafgaand aan het bepalen van de hoeveelheid aan de stroom toevoegen van een hoeveelheid van ten minste één bekende vaste stof.

2. Werkwijze volgens conclusie l, waarbij het 10 filter een membraanfilter is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de bekende vaste stof deeltjes omvat met met micro-organis-men overeenkomende afmetingen.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de 15 afmetingen 1-5 μιη bedragen.

5. Werkwijze volgens conclusie l, waarbij de bekende vaste stof zonder interactie met het filter te filtreren is.

6. Werkwijze volgens conclusie l, waarbij de 20 bekende vaste stof zonder gezondheidsrisico's toe te passen is.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, bekende vaste stof actieve koolstof omvat.

8. Werkwijze volgens conclusie l, omvattende 25 het toevoegen van een zodanig veel grotere hoeveelheid deeltjes van de bekende stof dan de in de vloeistof aanwezige vaste stoffen in de stroom voor het filter, waarbij de hoeveelheid nauwkeurig bekend is, dat de hoeveelheid deeltjes voorafgaand aan filtratie althans 30 bij benadering gelijk te stellen is aan de hoeveelhied toegevoegde deeltjes. 1 01 3701