NL2002519C2 - Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van een waterige vloeistof. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van een waterige vloeistof

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het zuiveren van een waterige vloeistof onder toepassing van spiraalgewonden membraanmodules, alsmede een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.

5 STAND DER TECHNIEK

Bekend is de zuivering van waterige vloeistoffen onder toepassing van spiraalgewonden membranen, meestal van het type nanofiltratie of reverse osmosis, waarbij dergelijke membranen in serie in horizontaal opgestelde drukbuizen zijn opgenomen.

10 Inrichtingen met spiraalgewonden membranen die volgens de stand der techniek in serie in horizontaal opgestelde drukbuizen zijn geplaatst, worden veelal voorafgegaan door een uitgebreide voorbehandeling, teneinde ernstige vervuiling van de spiraalgewonden membranen te voorkomen of te beperken. Een der-15 gelijke voorbehandeling bestaat veelal uit microfiltratie of ultrafiltratie, eventueel gecombineerd met bezinking-snelfiltratie en/of actieve koolfiltratie.

Naast een uitgebreide voorzuivering wordt ook een frequente chemische reiniging toegepast om de spiraalgewonden mem-20 branen schoon te maken. De werkwijze volgens de stand der techniek bestaat uit het aan de voedingszijde van de spiraalgewonden membranen langsspoelen en recirculeren met water waaraan chemicaliën zijn toegevoegd.

Bekend is ook de inrichting en werkwijze uit Nederlands 25 octrooi nr. 1030142 voor het zuiveren, in het bijzonder het ont-zouten van een vloeistof, in het bijzonder water onder toepassing van een drukbuis en spiraalgewonden membraanmodule.

NL 1030142 beschrijft een inrichting voor het zuiveren, in het bijzonder ontzouten van een vloeistof, in het bijzonder 30 water onder toepassing van een drukbuis en spiraalgewonden membraanmodule, waarbij in de drukbuis meerdere standaard spiraalgewonden membraanmodules parallel en verticaal zijn geplaatst.

Volgens de werkwijze uit Nederlands octrooi nr. 1030142 wordt een vloeistof, in het bijzonder water, ontzout waarbij de 35 te filtreren vloeistof aan een drukbuis wordt toegevoerd, waarbij de te filtreren vloeistof door ten minste twee parallel in de drukbuis geplaatste membraanmodules wordt gevoerd onder vor- 2 ming van een concentraatstroom en een filtraat, en dat na vervuiling van de membraanmodules de membraanmodules hydraulisch, met water en/of gas gereinigd worden onder omkering van de stroming tijdens de bedrijfsvoering, en waarna de werkwijze voor het 5 zuiveren weer wordt voortgezet.

NADELEN STAND DER TECHNIEK

Bekend is de zuivering van een waterige vloeistof onder toepassing van de bekende spiraalgewonden membranen, meestal van 10 het type nanofiltratie of reverse osmosis, waarbij dergelijke membranen in serie in horizontaal opgestelde drukbuizen zijn geplaatst. Hierbij treedt vervuiling van de membranen en voedings-spacers op. Het betreft voornamelijk vervuiling als gevolg van scaling, biofouling, adsorptie van stoffen aan membraan en voe-15 dingsspacers en vervuiling door ophoping van deeltjes in de voe-dingsspacers.

Door de vervuiling van de membraanmodules neemt het energieverbruik toe als gevolg van geheel of gedeeltelijke blokkering van de voedingskanalen in de voedingsspacer. Hierdoor 20 neemt de drukval over de voedingsspacers toe. Daarnaast neemt ook de drukval over het membraan zelf toe als gevolg van vervuiling van het membraanoppervlak.

In sommige gevallen neemt de drukval over de voedingsspacers zo sterk toe dat de verdeling van voedingswater over het 25 membraanoppervlak problematisch wordt. Het komt in de praktijk zelfs voor dat, als gevolg van de hoge drukval over de voedingsspacers, de membraanmodules mechanisch worden beschadigd doordat de spiraalgewonden modules in lengterichting deformeren. Dit verschijnsel is bekend onder de term telescoping.

30 In de huidige stand der techniek wordt de vervuiling van de spiraalgewonden membranen vooral beperkt door toepassing van een uitgebreide voorzuivering van de te reinigen waterige vloeistoffen. Veelal gaat het bij een dergelijke voorzuivering om mi-crofiltratie of ultrafiltratie membranen, soms in combinatie met 35 bezinking-snelfiltratie en/of actieve koolfiltratie of een andere vorm van biologische filtratie. De nadelen van dergelijke uitgebreide voorzuiveringen zijn hogere kosten en een hoger chemicaliën- en energieverbruik.

Teneinde, ondanks de uitgebreide voorzuivering, de des-40 ondanks toch nog opgetreden vervuiling van de membranen en voe^ dingsspacers te verwijderen, wordt in de stand der techniek fre- 3 quent gereinigd met chemicaliën. Hieraan kleeft het nadeel van een groot chemicaliënverbruik hetgeen met hoge kosten gepaard gaat en waardoor het milieu extra wordt belast.

Ook de in de stand der techniek bekende hydraulische 5 reiniging van spiraalgewonden membranen met een gas/water- mengsel, zoals bekend uit Nederlands octrooi nr. 1030142, heeft nadelen. In de uitvinding volgens NL 1030142 is hydraulische reiniging met een gas/watermengsel alleen mogelijk wanneer de membranen parallel zijn geschakeld. Dit komt doordat de 10 gas/waterverhouding niet kan worden geregeld wanneer verschillende modules in serie zijn geplaatst. Ook is de gasverdeling problematisch wanneer de membraanmodules horizontaal zijn geplaatst.

Doordat de gas/waterspoeling uit octrooi NL 1030142 al-15 leen mogelijk is bij parallel geschakelde membranen, is deze methode alleen toepasbaar bij nieuwe installaties wanneer een parallelle schakeling van de membranen kan worden toegepast. Hiervoor wordt in NL 1030142 een nieuw type drukvat voorgesteld. In de huidige praktijk zijn echter veel problemen met membraanver-20 vuiling in horizontale systemen, waarbij spiraalgewonden membranen in serie zijn geplaatst. Voor die installaties biedt NL 1030142 geen oplossing.

Een doel van de onderhavige uitvinding is om een verbeterde werkwijze en inrichting te verschaffen waarbij de bovenge-25 noemde nadelen zijn opgeheven.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Hiertoe omvat de uitvinding een werkwijze voor het zuiveren van een waterige vloeistof, onder toepassing van spiraalgewonden membraanmodules, met het kenmerk, dat in de waterige 30 vloeistof aanwezige zwevende stoffen, zoals vaste deeltjes, bacteriën, virussen, en opgeloste stoffen (zoals zouten), opgeloste organische stoffen, bestrijdingsmiddelen en dergelijke, tegelijkertijd worden verwijderd onder toepassing van ten minste één horizontaal geplaatste drukbuis met daarin twee of meer spiraal-35 gewonden nanofiltratie- of hyperfiltratie membranen in serie geplaatst, waarbij de membranen periodiek worden gespoeld met water, waarin een goed oplosbaar gas of gasmengsel is opgelost, en waarbij de volgende stappen worden doorlopen: (1) productie van permeaat onder gelijktijdige en 40 continue afgifte van concentraat en (2) langsspoelen van het membraan met water, waarin 4 vooraf een goed oplosbaar gas of gasmengsel is opgelost.

Het heeft, met het oog op een efficiënte werkwijze volgens de uitvinding, een groot voordeel wanneer gebruik wordt ge-5 maakt van een gas met een oplosbaarheid in water van groter dan 100 mg/1 en bij voorkeur groter dan 500 mg/1 bij 20°C en bij atmosferische druk. Een gas met een dergelijk hoge oplosbaarheid heeft als voordeel dat meer gas wordt opgelost in water en dus ook meer gasvorming kan plaatsvinden bij drukverlies of ontspan-10 ning. Daarnaast is een belangrijk voordeel van een dergelijk gas, dat gas dat is achtergebleven na stap 2 snel weer in oplossing gaat bij de bedrijfsvoering met een hoge druk tijdens stap 1.

Het is gunstig bij de werkwijze volgens de uitvinding 15 dat tijdens stap 2 een waterdebiet van tenminste 50% en bij voorkeur meer dan 75% van het voedingsdebiet tijdens stap 1 wordt gebruikt. Voor een afdoende ontgassing is voldoende drukval over de membraanmodules noodzakelijk. Hiervoor moet het langsspoeldebiet voldoende hoog zijn. Daarnaast moet een vol-20 doende hoog waterdebiet tijdens het langsspoelen worden gehanteerd om losgemaakt vuil goed te kunnen verwijderen.

In een bijzondere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de langsspoeling tijdens stap 2 apart voor elk stage afzonderlijk uitgevoerd. Hierdoor kan met lagere drukken 25 worden gewerkt, waardoor meer ontgassing kan plaatsvinden. Een hogere ontgassing is gunstig voor het reinigend effect.

Bij voorkeur wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding in stap 2 het gas in gasvorm gedoseerd in een by-pass leiding, waarbij de druk ter plaatse van de gasdosering hoger is 30 dan de druk in de voeding naar het eerste membraan. Hierdoor wordt het gas gemakkelijk en snel opgelost in de voeding.

Bij voorkeur wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding in stap 2 minstens zoveel gas gedoseerd als bij de druk in de voeding naar het eerste membraan theoretisch bij de actuele 35 temperatuur kan worden opgelost in de voedingsstroom.

In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt in stap 2 in de afvoerleiding van de membranen een tegendruk aangehouden, waarbij deze tegendruk afwisselend wordt verlaagd en verhoogd. Door de tegendruk kan meer gas wor-40 den opgelost. Deze grotere hoeveelheid opgelost gas leidt, bij tijdelijke drukverlaging, tot meer gasvorming.

5

Bij voorkeur wordt in stap 2 de tegendruk in de afvoer-leiding van de membranen afwisselend verlaagd en verhoogd, waarbij tegelijkertijd de druk in de voeding naar het eerste membraan met dezelfde waarden, maar tegengesteld, wordt verhoogd en 5 verlaagd. Hiermee wordt bereikt dat de voedingspomp die wordt gebruikt bij het langsspoelen, bij een constante druk en debiet kan blijven werken.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan in stap 2 de stromingsrichting door de membraanelementen gelijk worden gehou-10 den aan de stromingsrichting in stap 1. De stromingsrichting door de membraanelementen kan ook tegengesteld gericht toegepast worden aan de stromingsrichting tijdens stap 1.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het gas gedoseerd in de voeding in de 15 laatste fase van stap 1. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de hogere druk in stap 1, waardoor veel gas kan worden opgelost.

Bij aanvang van stap 2 wordt vervolgens de druk verlaagd en zal dit opgeloste gas naar de gasfase overgaan.

Opgemerkt wordt dat het gunstig is wanneer het gas wordt 20 gedoseerd in de voeding tijdens de laatste fase van stap 1.

In een andere, bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tijdens stap 2 de langsspoe-ling gestopt en de membranen gedurende vijf minuten of meer geweekt in de vloeistof. Bij voorkeur wordt de langsspoeling gedu-25 rende één dag of meer gestopt, waarbij de membranen worden geweekt in de vloeistof. Het langdurig weken in een water/gas-mengsel in afwezigheid van zuurstof is effectief in de bestrijding van de biofouling.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kunnen, tijdens 30 stap 1 of stap 2, chemicaliën worden gedoseerd aan de voeding naar de membranen. Dergelijke chemicaliën zijn anti-scalants, loog, zuur, desinfecterende chemicaliën of bactericiden.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt als gas puur koolzuurgas gebruikt of 35 een ander geschikt gas of gasmengsel. Bij voorkeur wordt zoveel koolzuurgas gedoseerd, dat de zuurgraad van het water dat door de membranen wordt gespoeld lager of gelijk is aan 7.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij koolzuurgas wordt gebruikt, wordt in 40 stap 1 gedurende een beperkte, instelbare periode een in zuur milieu oplosbaar vlokmiddel gedoseerd aan de voeding naar de 6 membranen. Bij voorkeur wordt hierbij gebruik gemaakt van ijzer-chloride. IJzerchloride vormt een beschermende laag ijzerhy-droxide op het membraan, waardoor stoffen en biomassa zich niet direct aan het membraan hechten, maar aan de beschermende ijzer-5 hydroxide laag. Het ijzerhydroxide is vervolgens met de langs-spoeling met water en koolzuurgas gemakkelijk te verwijderen.

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij koolzuurgas wordt gebruikt, worden in stap 2 gedurende een beperkte, instelbare periode in 10 zuur milieu oplosbare deeltjes aan de voeding naar de membranen gedoseerd of in de voeding naar de membranen worden gevormd. Bij voorkeur wordt hierbij gebruik gemaakt van ijzerchloride of kalkmelk.

De onderhavige uitvinding wordt nader toegelicht aan de 15 hand van de fig. 1 en 2.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding zonder afvoer voor het concentraat in het midden van de drukbuis.

Fig. 2 toont een inrichting volgens de uitvinding met 20 afvoer voor concentraat in het midden van de drukbuis.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een inrichting waarmee de werkwijze volgens de uitvinding geschikt kan worden uitgevoerd, welke inrichting is getoond in fig. 1. Deze inrichting is voorzien van één of meer drukbuizen 2 met daarin twee of 25 meer spiraalgewonden membranen 3 hydraulisch in serie geplaatst, waarbij de drukbuizen 2 zijn verbonden met een gezamenlijke toe-voerleiding 4 met daarin een toevoerpomp 5 en een open-dicht klep 6, en waarbij in de gezamenlijke afvoer 7 voor het concentraat een regelklep 8 is opgenomen, waarbij een by-pass leiding 30 9 is aangesloten op de gezamenlijke toevoerleiding 4, en waarbij een gasopslag en -doseervat 10 via een doseerklep 11 is verbonden met by-pass leiding 9, en waarbij een regelklep 13 in de bypass leiding 9 is geplaatst stroomafwaarts van de doseerklep 11, en waarbij een regelklep 14 in de afvoer voor spoelwater 15 is 35 geplaatst.

Bij voorkeur is in de inrichting volgens de uitvinding tussen de gasdoseerklep 11 en de regelklep 13 in de by-pass leiding 9 een menginrichting 12 geplaatst.

Bij voorkeur is in de inrichting 1 volgens de uitvinding 40 een regeleenheid voorzien voor het doseren van de juiste hoeveelheid gas, waarbij de regeling is gebaseerd op het vloeistof- 7 debiet, de druk ter plaatse van de voeding naar het eerste membraan en de temperatuur van de vloeistof ter plaatse van de gasdosering .

Bij voorkeur is in de inrichting volgens de uitvinding 5 een regeleenheid voorzien voor het constant houden van de druk ter plaatse van de gasdosering, waarbij de regeling de som van drukval over beide regelkleppen 13 en 14 constant houdt, en waarbij de regeling de drukval over de individuele regelkleppen 13 en 14 frequent, en tegengesteld aan elkaar, varieert.

10 In een voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting vol gens de uitvinding zijn leidingaansluitingen en kleppen voorzien, zodat de stromingsrichting tijdens stap 2 omgekeerd kan plaatsvinden ten opzichte van de stromingsrichting tijdens stap 1.

15 Een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt weergegeven door fig. 2 met daarin een druk-buis 2' waarin twee of meer spiraalgewonden membranen 31 in serie zijn geplaatst en waarbij de drukbuis ongeveer in het midden een afvoer 15 voor het concentraat heeft. Op drukbuis 2' sluit 20 toevoerleiding 4' aan, terwijl afvoer 16 is verbonden met regel-klep 81 en afvoerleiding 7'.

Opgemerkt wordt dat de uitvinding geenszins is beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.

Claims (27)

1. Werkwijze voor het zuiveren van een waterige vloeistof, onder toepassing van spiraalgewonden membraanmodules, met het kenmerk, dat in de waterige vloeistof aanwezige zwevende stoffen, zoals vaste deeltjes, bacteriën, virussen, en opgeloste 5 stoffen, zoals zouten, opgeloste organische stoffen, bestrijdingsmiddelen en dergelijke, tegelijkertijd worden verwijderd onder toepassing van ten minste één horizontaal geplaatste druk-buis met daarin twee of meer spiraalgewonden nanofiltratie- of hyperfiltratie membranen in serie geplaatst, waarbij de membra- 10 nen periodiek worden gespoeld met water, waarin een goed oplosbaar gas of gasmengsel is opgelost, en waarbij de volgende stappen worden doorlopen: (1) productie van permeaat onder gelijktijdige en continue afgifte van concentraat en 15 (2) langsspoelen van het membraan met water, waarin vooraf een goed oplosbaar gas of gasmengsel is opgelost.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gas een oplosbaarheid in water heeft die groter is dan 100 20 mg/1, en bij voorkeur groter dan 500 mg/1 bij 20°C en bij atmos ferische druk op zeeniveau.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het waterdebiet tijdens stap 2 hoger is dan 50%, en bij voorkeur hoger dan 75%, van het voedingsdebiet tijdens stap 1.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat stap 2 per membraanstage afzonderlijk wordt uitgevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat in stap 2 het gas in gasvorm wordt gedoseerd in een by-pass leiding, waarbij de druk ter plaatse van de gasdosering hoger is 30 dan de druk in de voeding naar het eerste membraan.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat in stap 2 minstens zoveel gas wordt gedoseerd als bij de druk in de voeding naar het eerste membraan theoretisch bij de actuele temperatuur kan worden opgelost in de voedingstroom.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat in stap 2 in de afvoerleiding van de membranen een tegendruk wordt aangehouden, waarbij deze tegendruk afwisselend wordt verlaagd en verhoogd.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat in stap 2 de tegendruk in de afvoerleiding van de membranen afwisselend wordt verlaagd en verhoogd, waarbij de druk in de voeding naar het eerste membraan met dezelfde waarden, maar te- 5 gengesteld, wordt verhoogd en verlaagd.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat in stap 2 de stromingsrichting door de membraanelementen gelijk wordt gehouden aan de stromingsrichting in stap 1.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, 10 dat in stap 2 de stromingsrichting door de membraanelementen tegengesteld gericht wordt aan de stromingsrichting in stap 1.

11. Werkwijze volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat het gas wordt gedoseerd in de voeding tijdens de laatste fase van stap 1.

12. Werkwijze volgens conclusies 1-11, met het kenmerk, dat in stap 2 de langsspoeling wordt gestopt en de membranen gedurende vijf minuten of een aantal weken in de vloeistof wordt bewaard.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, 20 dat in stap 2 de langsspoeling wordt gestopt en de membranen gedurende een dag of langer worden geweekt in de vloeistof.

14. Werkwijze volgens conclusies 1-13, met het kenmerk, dat in stap 1 of 2 chemicaliën worden gedoseerd aan de voeding naar de membranen.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat anti-scalants, loog, zuur, desinfecterende chemicaliën of bactericiden worden gedoseerd via doseereenheid (17) aan de voeding naar de membranen.

16. Werkwijze volgens conclusies 1-15, met het kenmerk, 30 dat als gas puur koolzuurgas wordt gebruikt of een ander geschikt gas of gasmengsel.

17. Werkwijze volgens conclusies 1-16, met het kenmerk, dat de pH van het water dat door de membranen wordt gespoeld < 7 is.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, met het ken merk, dat in stap 1 gedurende een beperkte, instelbare periode, een in zuur milieu oplosbaar vlokmiddel wordt gedoseerd aan de voeding naar de membranen.

19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, 40 dat als vlokmiddel ijzerchloride wordt gebruikt.

20. Werkwijze volgens conclusies 16-19, met het kenmerk, dat in stap 2 gedurende een beperkte, instelbare periode, in zuur milieu oplosbare deeltjes aan de voeding naar de membranen worden gedoseerd of in de voeding naar de membranen worden 5 gevormd.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat kalkmelk of ijzerchloride aan de voeding worden gedoseerd om de deeltjes te vormen.

22. Inrichting (1) voor het uitvoeren van de werkwijze 10 volgens conclusies 1-21 (fig. 1), welke inrichting is voorzien van - één of meer drukbuizen (2) met daarin twee of meer spiraalgewonden membraanelementen (3) hydraulisch in serie zijn geplaatst, 15. en waarbij de drukbuizen (2) zijn verbonden met een gezamenlijke toevoerleiding (4) met daarin een toe-voerpomp (5) en een open-dicht klep (6), - en waarbij in de gezamenlijke afvoer (7) voor het concentraat een regelklep (8) is opgenomen, 20 met het kenmerk, dat - een by-pass leiding (9) is aangesloten op de gezamenlijke toevoerleiding (4), - en waarbij een gasopslag en -doseervat (10) via een doseerklep (11) is verbonden met by-pass leiding (9), 25. en waarbij een regelklep (13) in de by-pass leiding (9) is geplaatst stroomafwaarts van de doseerklep (11) , - en waarbij een regelklep (14) in de afvoer voor spoelwater (15) is geplaatst.

23. Inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat tussen de gasdoseerklep (11) en de regelklep (13) in de bypass leiding (9) een menginrichting (12) is opgenomen.

24. Inrichting volgens conclusie 22 of 23, met het kenmerk, dat een regeling is voorzien voor het doseren van de juis- 35 te hoeveelheid gas, gebaseerd op het vloeistofdebiet, de druk ter plaatse van de voeding naar het eerste membraan en de temperatuur van de vloeistof ter plaatse van de gasdosering.

25. Inrichting volgens conclusies 22-24, met het kenmerk, dat een regeling is voorzien voor het constant houden van 40 de druk ter plaatse van de gasdosering, waarbij de regeling de som van drukval over beide regelkleppen (13) en (14) constant houdt, en waarbij de drukval over de individuele regelkleppen (13) en (14) frequent, en tegengesteld aan elkaar, kan worden gevarieerd.

26. Inrichting volgens conclusies 22-25, met het ken- 5 merk, dat de inrichting is voorzien van leidingaansluitingen en kleppen, zodat de stromingsrichting in stap 2 omgekeerd kan plaatsvinden ten opzichte van de stromingsrichting in stap 1.

27. Inrichting volgens conclusies 22-26, met het kenmerk, dat de drukbuis (2') waarin twee of meer spiraalgewonden 10 membranen (3') in serie zijn opgenomen, ongeveer in het midden ervan is voorzien van een afvoer (16) voor het concentraat.