NL1025717C2 - Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning - Google Patents
Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning Download PDFInfo
- Publication number
- NL1025717C2 NL1025717C2 NL1025717A NL1025717A NL1025717C2 NL 1025717 C2 NL1025717 C2 NL 1025717C2 NL 1025717 A NL1025717 A NL 1025717A NL 1025717 A NL1025717 A NL 1025717A NL 1025717 C2 NL1025717 C2 NL 1025717C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- membrane
- filtration
- aqueous stream
- pressure
- present
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title abstract description 11
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 title 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 9
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims 2
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 238000011001 backwashing Methods 0.000 description 5
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N (2s)-2-aminopentanedioic acid;hydrochloride Chemical class Cl.OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N 0.000 description 1
- 241000617482 Kiwa Species 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000010840 domestic wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000002509 fulvic acid Substances 0.000 description 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000008237 rinsing water Substances 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/145—Ultrafiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/147—Microfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/16—Feed pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/14—Dynamic membranes
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
- B01D2321/16—Use of chemical agents
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
1 f1 f
Korte aanduiding: Werkwijze voor het zuiveren van een waterige stroom.Brief description: Method for purifying an aqueous stream.
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van een waterige stroom, waarin zich opgeloste 5 bestanddelen bevinden, door middel van een filtratiemembraan.The present invention relates to a method for purifying an aqueous stream, which contains dissolved components, by means of a filtration membrane.
Een dergelijke methode is op zich bekend uit het Nederlandse octrooi 1016771 ten name van Kiwa. Volgens de daaruit bekende methode wordt de filtratie periodiek onderbroken om het micro- of ultrafiltratiemembraan te reinigen, waarbij vöör, tijdens het begin of 10 tijdens elke filtratieperiode een filtratiehulpmiddel aan het te zuiveren water wordt toegevoerd zodat op het membraan een laag van het filtratiehulpmiddel wordt afgezet. Als geschikt filtratiehulpmiddel worden deeltjes van een ionenwisselaarhars met een deeltjesgrootte van 0,5 tot 50 pm genoemd. De geschikte deeltjesgrootte zou afhangen van het type 15 kunsthars en de gewenste retentie van de specifieke opgeloste stoffen, waarbij de laag van harsdeeltjes in het bijzonder op het membraanoppervlak wordt aangebracht door vóór of aan het begin van de filtratieperiode gedurende korte tijd, te weten minder dan 5 minuten bij een filtratieperiode van 15 tot 60 minuten, een suspensie van 20 ionenwisselaarharsdeeltjes, bijvoorbeeld Duo Light AP 143/1093, in de handel gebracht door Rohm & Haas, te doseren. Als geschikte laagdikte is een dikte van 3 tot 5 maal de diameter van de gedoseerde kunstharsdeeltjes genoemd. Volgens de daaruit bekende methode wordt na een bepaalde filtratietijd of na het bereiken van een bepaald 25 drukverschil over het membraan het membraan teruggespoeld. De laag van harsdeeltjes met daarin en daarop de afgevangen stoffen komt los van het membraan en wordt uit de membraanopstelling gespoeld. De daarbij verkregen concentraatstroom met losgespoelde deeltjes wordt opgevangen in een separatievat waarin het kunsthars wordt gescheiden van de rest van de 30 vloeistof, welke kunstharsdeeltjes opnieuw kunnen worden gedoseerd, eventueel na regeneratie met een zoutoplossing. Een dergelijke methode 1025717 > 2 vereist de toepassing van aanvullende chemicaliën en constructieve ingrepen zoals een separatievat, waarbij bovendien het filtratieproces periodiek moet worden onderbroken.Such a method is known per se from Dutch patent 1016771 in the name of Kiwa. According to the method known therefrom, the filtration is interrupted periodically to clean the micro- or ultrafiltration membrane, a filtration aid being supplied to the water to be purified before, during the beginning or during each filtration period, so that a layer of the filtration aid is deposited on the membrane. . As a suitable filtration aid, particles of an ion-exchange resin with a particle size of 0.5 to 50 µm are mentioned. The suitable particle size would depend on the type of synthetic resin and the desired retention of the specific solutes, the layer of resin particles in particular being applied to the membrane surface by short or before the start of the filtration period for a short time, namely less than 5 minutes at a filtration period of 15 to 60 minutes, dosing a suspension of 20 ion exchange resin particles, for example Duo Light AP 143/1093, marketed by Rohm & Haas. A suitable layer thickness is a thickness of 3 to 5 times the diameter of the dosed synthetic resin particles. According to the method known therefrom, the membrane is backwashed after a certain filtration time or after a certain pressure difference has been reached. The layer of resin particles with the substances collected thereon and on them comes loose from the membrane and is flushed out of the membrane arrangement. The concentrate stream with loosened particles obtained thereby is collected in a separation vessel in which the synthetic resin is separated from the rest of the liquid, which synthetic resin particles can be re-dosed, optionally after regeneration with a saline solution. Such a method 1025717> 2 requires the use of additional chemicals and structural interventions such as a separation vessel, wherein, moreover, the filtration process must be interrupted periodically.
Uit de Canadese octrooiaanvrage 2 245 334 is een filter-5 opstelling bekend waarbij tussen de kopse platen een aantal parallel gerangschikte filtermembraanplaten aanwezig is, waarbij een zodanig turbulente stroming over het membraan wordt gecreëerd dat in de membranen vibraties worden opgewekt om het verstoppen van de poriën te reduceren.From Canadian patent application 2 245 334 a filter arrangement is known in which a number of filter membrane plates are arranged in parallel between the end plates, whereby such a turbulent flow is created over the membrane that vibrations are generated in the membranes to clog the pores. to reduce.
Uit de Amerikaanse octrooiaanvrage US 2003/0150807 is een 10 methode voor het verbeteren van de filtratieprestaties van holle vezel -membranen bekend, waarbij een filtratiemembraanmodule, omvattende een aantal microporeuze holle vezels, wordt onderworpen aan het zogenaamd gasondersteund terugspoelen waardoor foulingbestanddelen van de vezels zouden worden verwijderd, in het bijzonder door lucht als gas toe te 15 passen.US patent application US 2003/0150807 discloses a method for improving the filtration performance of hollow fiber membranes, wherein a filtration membrane module, comprising a number of microporous hollow fibers, is subjected to the so-called gas-assisted backwashing whereby fouling components of the fibers would be removed, in particular by using air as a gas.
In de praktijk is reeds in maart 1999 door het toenmalige bedrijf N.V. Waterleiding Friesland door een proefonderzoek op het pompstation Spannenburg aangetoond dat een gecombineerde lucht/water langsspoeling een belangrijk instrument is om de vervuiling van membranen 20 te bestrijden, waarbij het gebruik van lucht een verticale opstelling van de membraanmodules vereist.In practice, as early as March 1999 by the then company NV Waterleiding Friesland, a pilot study at the Spannenburg pumping station demonstrated that a combined air / water flushing is an important instrument for combating the pollution of membranes 20, whereby the use of air has a vertical arrangement of the membrane modules required.
Micro- en ultrafiltratie zijn volgens de stand van de techniek bekende methoden voor het zuiveren van water, bijvoorbeeld voor de bereiding van drinkwater, huishoud- en industriewater. In een micro-25 of ultrafiltratie wordt de waterige voedingsstroom langs een polymeer- of keramisch membraan geleid waarbij onder invloed van druk als drijvende kracht tijdens de filtratiefase het water door het membraan wordt geperst waarbij zwevende bestanddelen, colloïdale bestanddelen en grote organische moleculen op het membraan achterblijven. De hoeveelheid water 30 die per uur het membraanoppervlak van een vierkante meter passeert, wordt flux genoemd. De op het membraan achtergebleven deeltjes veroorzaken een •1Ö2S717:* t , 3 vervuiling of fouling die zich uit in een toename van de drukval over het membraan. Aldus wordt volgens de stand van de techniek het membraan periodiek gereinigd door kortdurend in tegengestelde richting het membraan te doorstromen, ook wel terugspoelen of "back flush" genoemd.Micro and ultrafiltration are methods known in the art for purifying water, for example for the preparation of drinking water, domestic and industrial water. In a micro-25 or ultra-filtration, the aqueous feed stream is passed along a polymer or ceramic membrane, whereby under the influence of pressure as a driving force during the filtration phase the water is pressed through the membrane, with floating components, colloidal components and large organic molecules on the membrane. stay behind. The amount of water that passes through the membrane surface of a square meter per hour is called flux. The particles remaining on the membrane cause • 1Ö2S717: * t, 3 fouling or fouling that results in an increase in pressure drop across the membrane. Thus, according to the state of the art, the membrane is periodically cleaned by briefly flowing in the opposite direction through the membrane, also called back flushing or "back flush".
5 Aldus wordt een schone waterige stroom van de permeaatzijde naar de voedingszijde geperst waardoor de op het membraanoppervlak aanwezige vuillaag wordt verwijderd en afgevoerd.A clean aqueous stream is thus pressed from the permeate side to the feed side, whereby the dirt layer present on the membrane surface is removed and discharged.
Uit de hiervoor besproken documenten is het bekend dat het membraan ook kan worden gereinigd door met een hoge snelheid water en/of 10 water en lucht langs het oppervlak van het membraan te leiden. Omdat ondanks een dergelijke reinigingsstap een geringe hoeveelheid vervuiling op of in het membraan achterblijft, wordt in het algemeen aanvullend een reiniging met chemicaliën uitgevoerd. Het is aldus bekend dat bij de behandeling van spoelwater vaak iedere drie uur een chemische reiniging 15 met zuur en waterstofperoxide noodzakelijk is. Dit hoge chemicaliënverbruik is ongewenst uit het oogpunt van milieu, kosten en bedrijfsvoering. Ook is de recovery, te weten de hoeveelheid permeaat die uit de aangeleverde hoeveelheid voedingswater wordt geproduceerd, lager bij een hoog chemicaliënverbruik doordat de chemicaliën na een chemische 20 reiniging moeten worden uitgespoeld voordat de installatie weer in productie kan worden genomen.From the documents discussed above, it is known that the membrane can also be cleaned by guiding water and / or water and air along the surface of the membrane at a high speed. Because despite such a cleaning step a small amount of contamination remains on or in the membrane, a cleaning with chemicals is generally also carried out. It is thus known that in the treatment of rinsing water, chemical cleaning with acid and hydrogen peroxide is often required every three hours. This high chemical consumption is undesirable from the point of view of the environment, costs and operations. Also, the recovery, namely the amount of permeate produced from the supplied amount of feed water, is lower with a high chemical consumption because the chemicals must be flushed out after a chemical cleaning before the installation can be put back into production.
Het doel van de onderhavige uitvinding is derhalve het verschaffen van een werkwijze voor het zuiveren van een waterige stroom, waarbij een zo groot mogelijke permeaatflux wordt nagestreefd.The object of the present invention is therefore to provide a method for purifying an aqueous stream, whereby the greatest possible permeate flux is sought.
25 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het zuiveren van een waterige stroom waarbij de transmembraandruk, te weten het drukverschil over het membraan, in het bijzonder het verschil tussen voedingsdruk en de druk aan de permeaatzijde, zodanig wordt ingesteld dat een stabiele 30 bedrijfsvoering mogelijk is.Another object of the present invention is to provide a method for purifying an aqueous stream in which the transmembrane pressure, namely the pressure difference across the membrane, in particular the difference between supply pressure and the pressure on the permeate side, is adjusted such that stable operational management is possible.
Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het 1025717 4 verschaffen van een werkwijze voor het zuiveren van een waterige stroom, waarbij de recovery, te weten de hoeveelheid permeaat die uit de aangeleverde hoeveelheid voedingswater wordt geproduceerd, wordt gemaximaliseerd.Yet another object of the present invention is to provide a method for purifying an aqueous stream in which the recovery, i.e., the amount of permeate produced from the supplied amount of feed water, is maximized.
5 De uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt doordat de filtratie niet periodiek wordt onderbroken om het membraanoppervlak te reinigen, in het bijzonder dat de stap van het hydraulisch en/of chemisch reinigen niet wordt uitgevoerd.The invention as stated in the preamble is characterized in that the filtration is not interrupted periodically to clean the membrane surface, in particular that the hydraulic and / or chemical cleaning step is not carried out.
Onder toepassing van de werkwijze volgens de onderhavige 10 uitvinding wordt aan een of meer van de hiervoor genoemde doelstellingen voldaan.Using the method according to the present invention, one or more of the aforementioned objectives are met.
De opgeloste en onopgeloste bestanddelen die zich in het voedingswater bevinden zullen na het filtratieproces voor een deel op en in het membraan achterblijven waardoor het membraan aan vervuiling 15 onderhavig is. Als geschikt voedingswater kan worden genoemd: huishoudelijk afvalwater, levensmiddelenindustrie afvalwater en overige (afval)waterstromen. Hierbij kan worden opgemerkt dat zelfs bij een zeer laag gehalte opgeloste bestanddelen in het proceswater het membraan toch vervuild zal worden waarbij de microbacteriën zullen doorgroeien. In een 20 dergelijke situatie zal de tijdsduur om het membraan schoon te maken langer duren. Een dergelijke vervuiling leidt tot een verhoging van de weerstand over het membraan en tot een afname van de flux. De onderhavige uitvinders hebben geconstateerd dat er in principe sprake is van drie soorten membraanvervuiling, te weten: 25 1) een blokkering van de poriën waarbij de deeltjes zich vóór de poriën ophopen, 2) adsorptie van deeltjes aan de wand van het membraan, en 3) de vorming van een vuil laag of koekvorming.The dissolved and undissolved components present in the feed water will remain partially on and in the membrane after the filtration process, so that the membrane is contaminated. Suitable feed water can be mentioned: domestic waste water, food industry waste water and other (waste) water flows. It can be noted here that even at a very low content of dissolved components in the process water, the membrane will still be contaminated, whereby the microbacteria will continue to grow. In such a situation, the time to clean the membrane will take longer. Such contamination leads to an increase in the resistance across the membrane and a decrease in the flux. The present inventors have found that there are basically three types of membrane contamination, namely: 1) a blocking of the pores with the particles accumulating before the pores, 2) adsorption of particles on the wall of the membrane, and 3 ) the formation of a dirt layer or cake formation.
Wanneer de te zuiveren waterige stroom opgelost organisch 30 materiaal bevat, zoals humuszuren en fulvinezuren, dan is het voorkomen van organische fouling nauwelijks mogelijk. Afzetting van gesuspendeerde 1025717 ' l 5 of colloïde deeltjes op het membraanoppervlak, bijvoorbeeld ijzerdeeltjes, resulteert in de praktijk vaak in een afname van de permeaatflux en een verhoging van de transmembraandruk. Biofouling of biofilmvorming wordt veroorzaakt door de aanhechting en groei van micro-5 organismen die door afscheiding van extracellulaire polymere substantie (EPS) een biofilm vormen. De micro-organismen migreren bij voorkeur naar een plek waar de nutriëntconcentratie het hoogst is, te weten aan het membraanoppervlak.When the aqueous stream to be purified contains dissolved organic material, such as humic acids and fulvic acids, the occurrence of organic fouling is hardly possible. Deposition of suspended 102571715 or colloid particles on the membrane surface, for example iron particles, often results in practice in a decrease in permeate flux and an increase in transmembrane pressure. Biofouling or biofilm formation is caused by the attachment and growth of microorganisms that form a biofilm through the secretion of extracellular polymeric substance (EPS). The microorganisms preferably migrate to a place where the nutrient concentration is highest, namely at the membrane surface.
In de onderhavige uitvinding wordt de filtratie zodanig 10 uitgevoerd dat op het membraanoppervlak een biofilm wordt gevormd, welke biofilm als bescherming fungeert om verstopping van de in het membraan aanwezige poriën door de in de waterige stroom aanwezige bestanddelen te voorkomen.In the present invention, the filtration is carried out in such a way that a biofilm is formed on the membrane surface, which biofilm serves as protection to prevent clogging of the pores present in the membrane by the components present in the aqueous stream.
De onderhavige uitvinders wensen tot geen enkele verklaring 15 te worden gebonden maar veronderstellen dat na een bepaalde bedrijfstijd zich op het oppervlak van het membraan een biofilm en gel laag zullen vormen. Een dergelijke biofilm kan worden gevormd door de bijzondere samenstelling van de te zuiveren waterige stroom maar kan ook vooraf worden verkregen door een waterige stroom rijk aan biofilm vormende 20 bestanddelen over het membraan te leiden en vervolgens deze stroom te vervangen door de te zuiveren waterige stroom. Het vormen van de biofilm is aldus ook mogelijk op een locatie anders dan de locatie waar de eigenlijke zuivering van de waterige stroom geschiedt. Deze biofilm en gellaag zorgen ervoor dat de kleine, in de waterige stroom aanwezige 25 vuildeeltjes worden ingevangen en geabsorbeerd worden in de gellaag.The present inventors do not wish to be bound to any explanation but assume that a biofilm and gel layer will form on the surface of the membrane after a certain operating time. Such a biofilm can be formed by the special composition of the aqueous stream to be purified, but can also be obtained in advance by passing an aqueous stream rich in biofilm-forming components over the membrane and then replacing this stream with the aqueous stream to be purified. The formation of the biofilm is thus also possible at a location other than the location where the actual purification of the aqueous stream takes place. This biofilm and gel layer ensure that the small dirt particles present in the aqueous stream are trapped and absorbed in the gel layer.
Aldus zijn de membraanporiën beschermd tegen een verdere blokkade door de kleinere vuildeeltjes. Derhalve zal de permeaatflux tot een bepaalde waarde dalen en vervolgens constant en stabiel blijven,'in het bijzonder tijdens het verdere filtratieproces. Indien echter, zoals volgens de 30 stand van de techniek gebruikelijk wordt toegepast, het filtratiemembraan periodiek wordt gereinigd, bijvoorbeeld door het terugspoelen, dan zullen 1025717 6 de biofilm en de gellaag worden verwijderd waardoor de kleinere vuildeeltjes opnieuw de kans krijgen om de membraanporiën te betreden en te blokkeren. Derhalve zal bij elke spoel handeling de permeaatflux als gevolg van de nieuwe blokkade van de membraanporiën door de kleine 5 vuildeeltjes in de waterige stroom dalen. Deze daling van de permeaatflux zal zich voortzetten totdat de permeaatflux onder een bepaalde waarde is gedaald, met als gevolg dat de membranen uit het systeem dienen te worden verwijderd en chemisch worden gereinigd. Volgens de stand van de techniek wordt de "back flush" volgens een vast regime uitgevoerd, te weten 10 300 seconden permeaatproductie en 15 seconden back wash. De onderhavige werkwijze ziet er daarentegen op toe dat de filtratie niet periodiek wordt onderbroken om aldus de op het membraanoppervlak gevormde biofilm te handhaven waardoor de filtratie gedurende een lange tijd kan worden voortgezet, in het bijzonder voor ten minste 10 dagen.The membrane pores are thus protected against further blockage by the smaller dirt particles. Therefore, the permeate flux will fall to a certain value and then remain constant and stable, in particular during the further filtration process. However, if the filtration membrane is periodically cleaned, as is customarily used according to the prior art, for example by backwashing, then the biofilm and the gel layer will be removed, so that the smaller dirt particles again have the opportunity to enter the membrane pores. and block. Therefore, with each flushing operation, the permeate flux due to the new blockage of the membrane pores through the small dirt particles in the aqueous stream will decrease. This decrease in the permeate flux will continue until the permeate flux has fallen below a certain value, with the result that the membranes have to be removed from the system and chemically cleaned. According to the state of the art, the "back flush" is carried out according to a fixed regime, namely 10 300 seconds of permeate production and 15 seconds of back wash. The present method, on the other hand, ensures that the filtration is not interrupted periodically so as to maintain the biofilm formed on the membrane surface, whereby the filtration can be continued for a long time, in particular for at least 10 days.
15 In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige werkwijze is het gewenst dat de waterige stroom aan een of meer voorbehandelingstappen wordt onderworpen, waarna de voorbehandelde waterige stroom aan een beluchtingsvat wordt toegevoerd waaruit een aldus voorbehandelde waterige stroom aan het filtratiemembraan wordt 20 toegevoerd, waarbij de voorbehandelingstap wordt gekozen uit de groep van pH-sturing, zeven, temperatuursturing en bezinken, of een combinatie daarvan.In a particular embodiment of the present method, it is desirable for the aqueous stream to be subjected to one or more pretreatment steps, after which the pretreated aqueous stream is supplied to an aeration vessel from which a thus pretreated aqueous stream is supplied to the filtration membrane, the pretreatment step is selected from the group of pH control, sieving, temperature control and settling, or a combination thereof.
De onderhavige werkwijze kan zodanig worden uitgevoerd dat het filtratiemembraan zich buiten het beluchtingsvat bevindt, waarbij aan 25 het beluchtingsvat een waterige stroom wordt onttrokken die door het filtratiemembraan wordt geleid waarna uit het filtratiemembraan een permeaatstroom wordt afgevoerd. De bij het filtratiemembraan ontstane concentraatstroom wordt teruggevoerd in het beluchtingsvat.The present method can be carried out in such a way that the filtration membrane is outside the aeration vessel, wherein an aqueous stream is withdrawn from the aeration vessel which is passed through the filtration membrane, after which a permeate stream is discharged from the filtration membrane. The concentrate stream created at the filtration membrane is returned to the aeration vessel.
Een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige werkwijze is 30 een constructie waarbij het filtratiemembraan zich bevindt in een houder waarin de waterige stroom afkomstig van een beluchtingsvat aanwezig is, 1025717 1 t 7 in het bijzonder van het type ondergedompeld of "submerged" membraan. Een dergelijke constructie wordt ook wel aangeduid als "extern submerged membraan-bi oreactor".Another embodiment of the present method is a construction in which the filtration membrane is located in a container in which the aqueous stream from an aeration vessel is present, in particular of the submerged or submerged membrane type. Such a construction is also referred to as "externally submerged membrane bioreactor".
Een andere uitvoeringsvorm is dat het filtratiemembraan 5 zich bevindt in het beluchtingsvat, ook wel aangeduid als "intern submerged membraan-bioreactor".Another embodiment is that the filtration membrane 5 is located in the aeration vessel, also referred to as "internally submerged membrane bioreactor".
In de hiervoor genoemde uitvoeringsvormen is het in een bepaalde uitvoeringsvorm gewenst dat het beluchtingsvat onder een druk anders dan atmosferische druk wordt bedreven, of dat de houder, waarin 10 het filtratiemembraan zich bevindt, onder een druk anders dan atmosferische druk wordt bedreven, waarbij in het bijzonder een druk in het gebied van 0,5-7 bar wordt genoemd.In the aforementioned embodiments, in a particular embodiment, it is desirable that the aeration vessel is operated under a pressure other than atmospheric pressure, or that the container in which the filtration membrane is situated is operated under a pressure other than atmospheric pressure, wherein in the particularly a pressure in the range of 0.5-7 bar.
De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal voorbeelden worden toegelicht, waarbij echter dient te worden 15 opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot dergelijke bijzondere uitvoeringsvormen is beperkt.The present invention will be explained below with reference to a number of examples, but it should be noted, however, that the present invention is by no means limited to such special embodiments.
Ter vergelijking dienend voorbeeld 1.Example 1 for comparison.
Industrieel afvalwater van een aardappel verwerkende industrie werd in een filtratiemembraanopstelling gereinigd, waarbij werd 20 waargenomen dat de permeaatflux, uitgedrukt in l/mz/h/bar, afnam als functie van de tijd. In een tijdsbestek van ongeveer 7 dagen nam de permeaatflux van ongeveer 122 (l/m2/h/bar) af naar een waarde van ongeveer 25 (l/mz/h/bar). De daling in de permeaatflux is derhalve ongeveer 80%. Na de zevende dag werd het membraan uit de opstelling 25 weggenomen en aan een chemische reiniging onderworpen en vervolgens opnieuw teruggeplaatst in de opstelling. De permeaatflux nam na de chemische reiniging toe maar bereikte niet dezelfde waarde als aan het begin van het onderzoek. Een dergelijke cyclus herhaalde zich periodiek elke 7 dagen van het onderzoek tot dag 245. Dit verschijnsel is te 30 beschouwen als een zeer instabiele bedrijfsvoering, in het bijzonder met betrekking tot de transmembraandruk en de hydraulische verblijftijd 1025717 ' » 8 (HRT).Industrial waste water from a potato processing industry was cleaned in a filtration membrane arrangement, where it was observed that the permeate flux, expressed in l / m 2 / h / bar, decreased as a function of time. Over a period of about 7 days, the permeate flux decreased from about 122 (1 / m2 / h / bar) to a value of about 25 (1 / m2 / h / bar). The decrease in the permeate flux is therefore approximately 80%. After the seventh day, the membrane was removed from the set-up and subjected to a chemical cleaning and then placed back in the set-up. The permeate flux increased after the chemical cleaning but did not reach the same value as at the start of the study. Such a cycle was repeated periodically every 7 days of the test until day 245. This phenomenon can be regarded as a very unstable operation, in particular with regard to the transmembrane pressure and the hydraulic residence time 1025717 '(8) (HRT).
Voorbeeld 1.Example 1
Dezelfde membraanopstelling als toegepast in ter vergelijking dienend voorbeeld 1 werd gebruikt, waarbij echter vanaf dag 5 248 tot en met dag 263 het terugspoelen voor de membranen was uitgeschakeld. Met andere woorden, de filtratiehandeling werd niet periodiek onderbroken om het membraanoppervlak te reinigen. In Voorbeeld 1 betekent dit dat geen, al of niet continue hydraulische reiniging werd toegepast, bijvoorbeeld het met verhoogde snelheid door het membraan 10 pompen van voedingswater, te weten een zogenaamde “forward flush", of het met verhoogde snelheid door het membraan pompen van voedingswater, te weten een zogenaamde "foward flush", of het met verhoogde snelheid in tegenstroom door het membraan persen en afvoeren van permeaat, ook wel "back flush" genoemd, of het onder in de membranen injecteren van lucht 15 ter vorming van een tweefasensysteem dat met verhoogde snelheid door de membranen stroomt, ook wel "forward flush" genoemd, of een combinatie hiervan. Het niet toepassen van het zogenaamde "back wash" regime heeft tot gevolg dat de permeaatfluxafname zeer gering is. Gedurende de 14 daagse meetperiode was de permeaatflux afgenomen van 100 tot 75 20 (l/m2/h/bar), te weten een afnamen van slechts 20% in vergelijking met een afname van 80% zoals gemeten in ter vergelijking dienend voorbeeld 1.The same membrane arrangement as used in comparative example 1 was used, however, from day 5 248 up to and including day 263, backwashing for the membranes was disabled. In other words, the filtration operation was not interrupted periodically to clean the membrane surface. In Example 1 this means that no, continuous or continuous hydraulic cleaning was applied, for example pumping feed water through the membrane 10 at increased speed, i.e. a so-called "forward flush", or pumping feed water through the membrane at increased speed. , namely a so-called "foward flush", or pressing permeate and discharging permeate at an increased speed in countercurrent through the membrane, also called "back flush", or injecting air 15 into the membranes to form a two-phase system which flows through the membranes at an increased speed, also referred to as "forward flush", or a combination of these. decreased from 100 to 75 20 (l / m2 / h / bar), namely a decrease of only 20% compared to a decrease of 80% as measured in d example 1.
De meetgegevens van Voorbeeld 1 en ter vergelijking dienend voorbeeld 1 zijn grafisch in Figuur 1 weergegeven.The measurement data of Example 1 and comparative example 1 are shown graphically in Figure 1.
Voorbeeld 2.Example 2
25 Om de invloed van het "back wash" regime op de permeaatflux en tevens de stabiliteit van het filtratieproces te onderzoeken werd een nieuw experiment opgezet, waarbij een membraanbioreactor gedurende een cyclus van 30 dagen werd bedreven zonder dat een hydraulische reiniging werd uitgevoerd. De verkregen gegevens zijn grafisch weergegeven in 30 Figuur 2.To investigate the influence of the back wash regime on the permeate flux and also the stability of the filtration process, a new experiment was set up in which a membrane bioreactor was operated for a 30-day cycle without performing a hydraulic cleaning. The data obtained are shown graphically in Figure 2.
1025717 ' « 91025717 '9
Ter verqeli.ikinq dienend voorbeeld 2.Example 2 for illustrative purposes.
Dezelfde handelingen als in Voorbeeld 2 werden herhaald, behalve dat het "back wash" regime werd toegepast. Uit de meetgegevens, grafisch weergegeven in Figuur 3, volgt dat de permeaatflux wezenlijk 5 afneemt, terwijl de in Figuur 2 weergegeven meetgegevens duidelijk laten zien dat de permeaatflux volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding nagenoeg constant blijft. In Figuur 5 is verder de hydraulische verblijftijd (HRT) als functie van de tijd grafisch weergegeven, waarbij het toepassen van het "back wash" regime ertoe leidt 10 dat de hydraulische verblijftijd toeneemt, terwijl volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding, zoals grafisch weergegeven in Figuur 4, de hydraulische verblijftijd (HRT) nagenoeg onafhankelijk van de tijd is. Aan het einde van de experimenten zoals beschreven in Voorbeeld 2 en ter vergelijking dienend voorbeeld 2 werd ook de zogenaamde clean water flux 15 (l/m2/h/bar) gemeten, waarbij de membraanmodule zonder terugspoelen een waarde van 180 bezit in tegenstelling tot de membraanmodule met terugspoelen een waarde van slechts 24.The same operations as in Example 2 were repeated except that the "back wash" regime was applied. From the measurement data, graphically represented in Figure 3, it follows that the permeate flux decreases substantially, while the measurement data shown in Figure 2 clearly show that the permeate flux according to the method of the present invention remains substantially constant. Furthermore, Figure 5 graphically depicts the hydraulic residence time (HRT) as a function of time, applying the "back wash" regime causes the hydraulic residence time to increase, while according to the method of the present invention, as graphically represented in Figure 4, the hydraulic residence time (HRT) is substantially independent of time. At the end of the experiments as described in Example 2 and comparative example 2, the so-called clean water flux 15 (1 / m2 / h / bar) was also measured, the membrane module having a value of 180 without backwashing, in contrast to the membrane module with backwashing a value of only 24.
Uit de hiervoor besproken experimentele gegevens volgt dat het toepassen van de onderhavige werkwijze een stabiele bedrijfsvoering 20 tot gevolg heeft, in het bijzonder is de permeaatflux alsmede de hydraulische verblijftijd nagenoeg constant. De verklaring voor dit gunstige resultaat wordt gezien in de biofiTm en gellaag die op het oppervlak van de membraan zijn gevormd en tijdens het filtratieproces in stand worden gehouden, terwijl volgens het volgens de stand van de 25 techniek toegepaste "back wash" regime de biofilm en de gellaag steeds worden verwijderd waardoor de kleinere vuildeeltjes in de waterige stroom de kans krijgen om de membraanporiën te betreden en te blokkeren waardoor de permeaatflux drastisch zal dalen, met als gevolg dat membranen uit het systeem moeten worden verwijderd en aansluitend chemisch moeten worden 30 gereinigd.It follows from the experimental data discussed above that the application of the present method results in stable operational management, in particular the permeate flux as well as the hydraulic residence time is substantially constant. The explanation for this favorable result is seen in the biofilm and gel layer which are formed on the surface of the membrane and are maintained during the filtration process, while according to the "back wash" regime applied according to the state of the art the biofilm and the gel layer must always be removed, so that the smaller dirt particles in the aqueous stream have the opportunity to enter and block the membrane pores, as a result of which the permeate flux will fall drastically, with the result that membranes must be removed from the system and subsequently chemically cleaned.
10257171025717
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1025717A NL1025717C2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1025717A NL1025717C2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning |
| NL1025717 | 2004-03-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1025717C2 true NL1025717C2 (en) | 2005-09-13 |
Family
ID=34973700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1025717A NL1025717C2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1025717C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3537988A (en) * | 1968-02-07 | 1970-11-03 | Atomic Energy Commission | Hyperfiltration method of removing organic solute from aqueous solutions |
| EP0122439A2 (en) * | 1983-03-10 | 1984-10-24 | C.P.C. Engineering Corp. | Method and apparatus for enhancing the flux rate of cross-flow filtration systems |
| WO1994009888A1 (en) * | 1992-10-30 | 1994-05-11 | The Dow Chemical Company | Cross-flow microfiltration process |
| EP0861808A2 (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-02 | Kuraray Co., Ltd. | Waste water treatment apparatus |
| WO2002044091A2 (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | Kiwa N.V. | A method for the purification of water by means of filtration using a micro or ultra filtration membrane |
-
2004
- 2004-03-12 NL NL1025717A patent/NL1025717C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3537988A (en) * | 1968-02-07 | 1970-11-03 | Atomic Energy Commission | Hyperfiltration method of removing organic solute from aqueous solutions |
| EP0122439A2 (en) * | 1983-03-10 | 1984-10-24 | C.P.C. Engineering Corp. | Method and apparatus for enhancing the flux rate of cross-flow filtration systems |
| WO1994009888A1 (en) * | 1992-10-30 | 1994-05-11 | The Dow Chemical Company | Cross-flow microfiltration process |
| EP0861808A2 (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-02 | Kuraray Co., Ltd. | Waste water treatment apparatus |
| WO2002044091A2 (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | Kiwa N.V. | A method for the purification of water by means of filtration using a micro or ultra filtration membrane |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FLEMMING H-C ET AL: "Biofouling -- the Achilles heel of membrane processes", DESALINATION, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING CO, AMSTERDAM, NL, vol. 113, no. 2-3, 30 November 1997 (1997-11-30), pages 215 - 225, XP004099910, ISSN: 0011-9164 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ye et al. | Effects of operating conditions on submerged hollow fibre membrane systems used as pre-treatment for seawater reverse osmosis | |
| Fortunato et al. | Fouling control in a gravity-driven membrane (GDM) bioreactor treating primary wastewater by using relaxation and/or air scouring | |
| Suwarno et al. | The impact of flux and spacers on biofilm development on reverse osmosis membranes | |
| Lim et al. | Membrane fouling and cleaning in microfiltration of activated sludge wastewater | |
| Luo et al. | Water extraction from mixed liquor of an aerobic bioreactor by forward osmosis: membrane fouling and biomass characteristics assessment | |
| Van Hoof et al. | The effect of ultrafiltration as pretreatment to reverse osmosis in wastewater reuse and seawater desalination applications | |
| Ognier et al. | Characterisation and modelling of fouling in membrane bioreactors | |
| Judd | Fouling control in submerged membrane bioreactors | |
| Ng et al. | The effect of soluble microbial products on membrane fouling in a fixed carrier biological system | |
| WO2013163146A1 (en) | Low energy reverse osmosis process | |
| Wang et al. | Effects of operational conditions on ultrafiltration membrane fouling | |
| Chang et al. | Osmosis membrane bioreactor–microfiltration with magnesium-based draw solute for salinity reduction and phosphorus recovery | |
| AU2008233377A1 (en) | Method for the filtration of a fluid | |
| Tsujimoto et al. | Membrane filtration and pre-treatment by GAC | |
| Gullinkala et al. | Desalination: reverse osmosis and membrane distillation | |
| JP2015134327A (en) | Evaluation method of separation membrane surface, control method of water treatment system and water treatment system | |
| Lok et al. | Optimization of air sparging and in-line coagulation for ultrafiltration fouling control | |
| Ladewig et al. | Fouling in membrane bioreactors | |
| NL1025717C2 (en) | Membrane filtration method for purifying water or effluent, performed without interruptions for membrane cleaning | |
| Slimane et al. | Physical backwash optimization in membrane filtration processes: Seawater ultrafiltration case | |
| Chang et al. | Salt backwashing of organic-fouled ultrafiltration membranes: Effects of feed water properties and hydrodynamic conditions | |
| Gao et al. | A combined mechanism (the open pores-cake dissolution) model for describing the trans-membrane pressure (Pb (t)) reduction in the backwash process at a constant flow rate | |
| Janus et al. | A behavioural membrane fouling model for integrated simulation of membrane bioreactors for wastewater treatment | |
| Jeong et al. | Size-dependent transport and fouling formation of organic matters in a pilot-scale PFFO–RO hybrid system for real wastewater treatment | |
| Gullinkala et al. | Membranes for water treatment applications–an overview |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| V1 | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20131001 |