NL2033076B1 - Werkwijze voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water. - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water. Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een methode voor het door middel van een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, welke methode minder verstoppingsgevoelig is dan de zuiveringsmethode van het type spiraal gewonden FO membranen-RO.

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water.

Beschrijving:

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water.

Membraanfiltratie is een algemeen toegepaste scheidingstechniek voor het zuiveren van water, zoals oppervlaktewater, proceswater en afvalwater.

Membraanfiltratie kan ook worden toegepast voor het uit water verwijderen van zwevende bestanddelen, colloïdaal materiaal en bacteriën. Onder toepassing van een zogenaamde ultrafiltratie membraan-filtratie-eenheid (UF) is het bovendien mogelijk water vrij van virussen en andere microbiologische ziekteverwekkers te maken. UF maakt gebruik van hydrostatisch drukverschil (onderdruk in ondergedompelde UF) terwijl een membraanfiltratie-eenheid van het type Forward Osmose (FO) gebruikmaakt van een osmotisch drukverschil.

Membraanfiltratie is een op zich bekende techniek en is bijvoorbeeld geopenbaard in het Europees octrooi EP 1 894 612 waarin een membraan-filtratie- eenheid in het te zuiveren water is ondergedompeld. Het te zuiveren water, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid omringt, wordt onder invloed van osmotische druk in het inwendige van de membraanfiltratie eenheid ingezogen, waarbij de daarbij verkregen permeaatstroom wordt toegevoerd aan een andere membraan-filtratie- eenheid ter verkrijging van een productstroom die het gezuiverde water omvat.

Soortgelijke scheidingsmethoden zijn ook bekend uit het Amerikaans octrooi 5,098,575, US 4,156,645 en de Amerikaanse aanvraag US 2004/188348.

Internationale aanvraag WO2015157031 heeft betrekking op een systeem voor osmotische extractie van een oplosmiddel uit een eerste oplossing, waarbij het systeem een aantal voorwaartse osmose-eenheden omvat, elk omvattende een semipermeabel membraansamenstel, waarbij de membranen zijn geconfigureerd voor het osmotisch scheiden van het oplosmiddel van de eerste oplossing waardoor een meer geconcentreerde eerste oplossing in het eerste aantal kanalen en een verdunde trekoplossing in het tweede aantal kanalen wordt gevormd. Verder omvat het systeem een tank geconfigureerd voor het ontvangen van het semipermeabele membraansamenstel en de eerste oplossing, waarbij het semipermeabele membraansamenstel ten minste gedeeltelijk is ondergedompeld in de tank, een scheidingssysteem voor het scheiden van de verdunde trekoplossing in de geconcentreerde onttrekkingsoplossing en een oplosmiddelstroom, een aantal recirculatiesystemen, en een aantal hydrocyclooncircuits.

Internationale aanvraag WO97181686 heeft betrekking op een methode voor het terugwinnen van zuiver water uit waterige verontreinigde stromen die een hoog gehalte aan zouten en gesuspendeerde vaste stoffen bevatten, omvattende het in contact brengen van de waterige stroom met één zijde van een semipermeabel membraan, waarvan de andere zijde in contact is met een waterige pekeloplossing op een hogere osmotische druk, waarbij zuiver water door het membraan van de waterige stroom in de waterige pekeloplossing stroomt, en het terugwinnen van zuiver water uit de waterige pekeloplossing door een procedure gekozen uit de groep bestaande uit een omgekeerd osmose (RO) proces, een elektrodialyseproces, een verdampingsproces, en een combinatie daarvan, waardoor de waterige pekeloplossing opnieuw wordt geconcentreerd.

Een technologische route voor het concentreren van het afvalwater met behulp van membraantechnologie is gebaseerd op het principe van Forward Osmose (FO).

Dit is de sleutelstap in de productie van schoonwater zonder nutriënten, (pathogene) micro-organismen en organische microverontreinigingen (OMP) en een geconcentreerde afvalwaterstroom die energiezuiniger kan worden behandeld en waaruit resources gemakkelijker zijn terug te winnen. Forward Osmose ( FO ) is een osmotisch proces dat, net als Reverse Osmose (RO), een semipermeabel membraan gebruikt om water te scheiden van opgeloste stoffen. De drijvende kracht voor deze scheiding is een osmotische drukgradiënt, zodat een "trek" of osmotische oplossing met een hoge concentratie (ten opzichte van die van de voedingsoplossing) wordt gebruikt om een netto waterstroom door het membraan in de trekoplossing te induceren, dus het effectief scheiden van het voedingswater van zijn opgeloste stoffen. Het RO-proces gebruikt daarentegen hydraulische druk als de drijvende kracht voor scheiding, die dient om de osmotische drukgradiënt tegen te gaan die anders de waterstroom van het permeaat naar de voeding zou bevorderen. Daarom is er aanzienlijk meer energie nodig voor RO in vergelijking met FO.

Membraanfiltratie-eenheden van het type microfiltratie (MF), ultrafiltratie (UF), nanofiltratie (NF) en RO (reverse (omgekeerde) osmose) maken gebruik van hydrostatische druk en membraanfiltratie-eenheden van het type FO van osmotische druk.

Afvalwater bestaat uit een complexe mix van zouten, organische stoffen, pathogenen en deeltjes waarvan de samenstelling bovendien sterk varieert in de tijd en afhankelijk is van een specifieke locatie. Hierdoor vormt afvalwater een zeer uitdagende matrix voor een fysicochemische behandeling ervan. Het FO proces is in principe zeer robuust, en is in staat om de verschillende componenten in grote mate te verwijderen uit het afvalwater. Echter, de specifieke uitvoeringsvorm van spiraal gewonden FO membranen is zeer gevoelig voor verstopping ten gevolge van deeltjes in het afvalwater. Dit komt omdat de voedingskanalen van de spiraal gewonden FO membranen bestaan uit nauwe (ca 0,8mm) kanalen waarin zich voedingsspacers bevinden waaraan de deeltjes kunnen blijven plakken. Om te voorkomen dat deeltjes in deze kanalen terechtkomen is er — in principe — een uitvoerige voorbehandelingstap nodig, bijvoorbeeld de toepassing van een minimale voorbehandeling met screens die voor de spiraal gewonden FO membranen zijn geplaatst, of een variant waarbij gebruik wordt gemaakt van UF membranen. Aldus is een installatie van spiraal gewonden FO membranen verstoppingsgevoelig en is er een uitgebreide voorzuivering nodig, waarbij verder ook sprake is van een ingewikkelde reinigingssequentie van het spiraal gewonden FO membranen proces. Verder is het energieverbruik hoog vanwege de complexe uitvoeringsvorm van spiraal gewonden FO membranen, en zijn de kosten hoog vanwege de dure FO membranen met een lage flux gecombineerd met de complexe uitvoeringsvorm.

Een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een methode voor het door middel van een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, welke methode minder verstoppingsgevoelig is dan de zuiveringsmethode van het type spiraal gewonden FO membranen-RO.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een methode voor het door middel van een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, welke methode minder energie verbruikt dan de zuiveringsmethode van het type spiraal gewonden FO membranen-RO.

De onderhavige uitvinding heeft aldus betrekking op een werkwijze voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, omvattende een eerste zuiveringsstap bestaande uit eerste membraanfiltratie-eenheid die in het te zuiveren water is ondergedompeld, waarbij het de eerste membraanfiltratie-eenheid omringende water in het inwendige van de eerste membraanfiltratie-eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke eerste membraanfiltratie-eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de eerste membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in het te zuiveren water bevindt, en daarin wordt gescheiden in een eerste productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in het te zuiveren water ondergedompelde eerste membraanfiltratie-eenheid, waarbij de eerste zuiveringsstap wordt gevolgd door een tweede zuiveringsstap, waarbij het de eerste membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de tweede zuiveringsstap, omvattende een tweede membraanfiltratie-eenheid die in de voedingsstroom is ondergedompeld, waarbij de voedingsstroom in het inwendige van de tweede membraanfiltratie-eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke de tweede membraanfiltratie-eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de tweede membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie- eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, en daarin wordt gescheiden in een tweede productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in de voedingsstroom ondergedompelde tweede membraanfiltratie-eenheid.

Onder toepassing van een dergelijke werkwijze wordt aan een of meer van voornoemde doelstellingen voldaan. Aldus wordt een FO omvattend proces bedreven als een combinatie van twee ondergedompelde systemen, waarbij in elk systeem een osmotisch middel wordt rondgeleid tussen een ondergedompelde membraanfiltratie- eenheid en een niet-ondergedompelde membraanfiltratie-eenheid.

In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt de tweede zuiveringsstap gevolgd door een derde zuiveringsstap, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de derde zuiveringsstap, omvattende een derde membraanfiltratie-eenheid die in voornoemde voedingsstroom is ondergedompeld, waarbij voornoemde voedingsstroom in het inwendige van de derde membraanfiltratie-eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke derde membraanfiltratie-eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de derde membraanfiltratie- eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in voornoemde voedingsstroom bevindt, en daarin wordt gescheiden in een derde 5 productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in voornoemde voedingsstroom ondergedompelde derde membraanfiltratie-eenheid. In dergelijke uitvoeringsvorm is aldus sprake van drie, in serie gerangschikte en ondergedompelde membraanfiltratie-eenheden, waarbij het ruwe afvalwater aan de eerste membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd en de tweede membraanfiltratie-eenheid wordt gevoed door de eerste membraanfiltratie-eenheid en derde membraanfiltratie- eenheid wordt gevoed door de tweede membraanfiltratie-eenheid.

In een uitvoeringsvorm omvat de eerste membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen.

In een uitvoeringsvorm omvat de tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

In een andere uitvoeringsvorm omvatten de eerste en tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen, waarbij de derde membraanfiltratie-eenheid is van het type holle vezels. Voor holle vezels, capillaire en tubulaire membranen is er een extern systeem nodig. Het afvalwater wordt doorheen het FO systeem gepompt. De derde membraanfiltratie-eenheid is van het type gekozen uit de groep van holle vezels, in het bijzonder waarbij de scheidende laag van de FO-membranen aan de buitenzijde is gepositioneerd.

In een andere uitvoeringsvorm is de eerste membraanfiltratie-eenheid gekozen uit de groep van holle vezels, capillaire membranen en tubulaire membranen, waarbij de tweede en derde membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten.

De onderhavige uitvinding ziet ook toe op de toepassing van zogenaamde externe membraansystemen, waarbij de membranen buiten de voedingswatertank worden geplaatst. De onderhavige uitvinders hebben aldus gevonden om zowel een intern FO-systeem als een extern FO-systeem in de onderhavige werkwijze te implementeren.

Voor zogenaamde plaatmembranen is het wenselijk om een intern FO-systeem toe te passen. Echter voor rond uitgevoerde FO-membranen, in het bijzonder holle vezel, capillaire en tubulaire membranen, is het mogelijk een onderscheid te maken tussen enerzijds holle vezel FO en anderzijds capillaire/tubulaire FO. Holle vezel FO- membranen kunnen zowel volgens een intern FO-systeem (dus ondergedompeld in het voedingswater) als volgens een extern FO-systeem (dus buiten het voedingswater) worden bedreven, waarbij het wenselijk is dat holle vezel FO-membranen volgens een intern FO-systeem worden bedreven. In een dergelijke uitvoeringsvorm is het wenselijk dat de scheidende laag van de FO-membranen aan de buitenzijde is gepositioneerd.

Vanuit het oogpunt van de mechanische constructie van capillaire/tubulaire FO- membranen is het wenselijk om die volgens externe FO-systeem te bedrijven.

In een uitvoeringsvorm omvat de eerste zuiveringsstap een waterige toevoer, welke waterige toevoer afkomstig is van een pre-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke pre-membraanfiltratie-eenheid zich buiten het aan de pre-membraanfiltratie-eenheid toe te voeren voedingswater bevindt, waarbij de pre-membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

In een uitvoeringsvorm wordt de tweede zuiveringsstap gevolgd door een post- membraanfiltratie-eenheid, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de post- membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke post-membraanfiltratie-eenheid zich buiten de aan de post-membraanfiltratie-eenheid toe te voeren waterige voedingsstroom bevindt, waarbij de post-membraanfiltratie- eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

Voorbeelden van de onderhavige uitvindingen omvatten onder meer een werkwijze waarbij de eerste en tweede zuiveringsstap als ondergedompelde plaatmembranen zijn uitgevoerd, een werkwijze waarbij de eerste en tweede zuiveringsstap als ondergedompelde plaatmembranen en de derde zuiveringsstap als ondergedompelde holle vezels zijn uitgevoerd, en een werkwijze waarbij de eerste zuiveringsstap als ondergedompelde holle vezels en de tweede en derde zuiveringsstap als ondergedompelde plaatmembranen zijn uitgevoerd.

In een uitvoeringsvorm bevindt de onderlinge afstand tussen de evenwijdig gepositioneerde platen zich in een gebied van 0,1 — 10 mm, bij voorkeur 0,3 — 7 mm.

In een uitvoeringsvorm bevindt de lengte van de evenwijdig gepositioneerde platen zich in een gebied van 0,5 - 3 m en de breedte in een gebied van 0,2 -1,5m.

In een uitvoeringsvorm bevindt de lengte van de groep van holle vezels, capillaire membranen en tubulaire membranen zich in het gebied van 0,5 — 2 m.

In een uitvoeringsvorm wordt de membraaneenheid, waarin een scheiding in concentraat- en productstroom tot stand wordt gebracht, gekozen uit de groep van

Reverse Osmose (RO)- en nanofiltratie (NF) membraanfiltratie-eenheden.

Om verstopping van de ondergedompelde platen membranen te voorkomen is het wenselijk dat gebruik wordt gemaakt van voldoende turbulentie langs het membraanoppervlak, bijvoorbeeld door het leiden van voedingswater met een hoog debiet langs de ondergedompelde membranen. Dit hoge debiet zorgt dan voor voldoende turbulentie en het voorkomen van verstopping. Aangezien het te verpompen debiet proportioneel is aan het energieverbruik, is dit één van de oorzaken van het hoge energieverbruik bij het gebruik van deze systemen. Een andere mogelijkheid is het gebruik van een bellenscherm, waarbij de bellen zorgen voor turbulentie aan het membraanoppervlak. Dit is een uitvoeringsvorm waarbij gebruik kan worden gemaakt van lucht. De grootte van de luchtbellen in relatie tot de plaatafstand of diameter van de membranen zijn van invloed op de effectiviteit van het schoonhouden van het membraanoppervlak. Gebruikmaking van bellenbeluchting levert een aanzienlijk besparing op in energieverbruik

Om verstopping van de membranen te voorkomen is het aldus wenselijk dat aan het oppervlak van ten minste een van de eerste, tweede en derde membraanfiltratie-eenheid turbulentie wordt veroorzaakt door een toevoeren van een bellen omvattende gasstroming, in het bijzonder dat voornoemde toevoer plaatsvindt onder toepassing van een of meer gassen, gekozen uit de groep van stikstof, koolstofdioxide, lucht en methaan. Koolstofdioxide is een in water onder druk oplosbaar gas dat bij ontspanning sterk expandeert en een sterke turbulente veroorzaakt. Omdat het verbruik aan kooldioxide te beperken is het wenselijk om de verbruikte kooldioxide op te vangen en te hergebruiken via carbonisatie. Als de gebruikte kooldioxide kan worden opgevangen en opnieuw worden gecarboniseerd kan het opnieuw in de voedingsstroom worden toegevoegd.

Het is ook mogelijk om de daarbij toegepaste gassen terug te winnen, bij voorkeur door het afvangen van de gasstroming, het opnieuw oplossen daarvan in een vloeistofstroom en het opnieuw toepassen als bron van turbulentie aan het oppervlak van ten minste een van de eerste, tweede en derde membraanfiltratie-eenheid.

In een uitvoeringsvorm wordt als osmotisch middel een zoutoplossing toegepast, in het bijzonder gekozen uit de groep van zeewater, NaCl, MgSO,, AISO,,

ZuSO,, en een concentraatstroom afkomstig van een ontzoutingsinstallatie, of een combinatie hiervan. Als voorbeelden van andere osmotische oplossingen kunnen bijvoorbeeld MgCl: en KNO: worden genoemd, naast glucose en fructose als trek- oplossing in de voedingsindustrie.

Als te zuiveren water wordt bijvoorbeeld ruw afvalwater afkomstig van industriële processen en afvalwater afkomstig van huishoudens toegepast.

In een uitvoeringsvorm wordt de eerste zuiveringsstap voorafgegaan door een voorzuiveringsstap gekozen uit de groep van voorbezinking en zandfilter, waarbij ook

MF/UF kunnen worden genoemd.

In een uitvoeringsvorm is het ook mogelijk om de concentraatstroom aan elektrodialyse te onderwerpen voor het daaruit terugwinnen van bestanddelen, in het bijzonder K, fosfaat en ammonium.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, omvattende de noodzakelijke toe- en afvoerleidingen, alsmede gebruikelijke pompen, afsluiters en kleppen, waarbij een eerste membraanfiltratie-eenheid zich in het te zuiveren water bevindt, waarbij de permeaatstroom van de eerste membraan-filtratie-eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in het te zuiveren water bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de eerste membraanfiltratie-eenheid, met het kenmerk, dat het te zuiveren water als een voedingsstroom via een toevoerleiding is verbonden met een tweede membraanfiltratie-eenheid, die zich in de voedingsstroom bevindt, waarbij de permeaatstroom van de tweede membraan-filtratie-eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de tweede membraanfiltratie-eenheid.

In een uitvoeringsvorm is de ruimte, waarin de tweede membraanfiltratie- eenheid is gelegen, via een toevoerleiding verbonden met een derde membraanfiltratie-eenheid, door welke toevoerleiding een voedingsstroom wordt geleid, welke voedingsstroom de derde membraanfiltratie-eenheid omringt, waarbij de permeaatstroom van de derde membraan-filtratie-eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de derde membraanfiltratie-eenheid.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting omvat de eerste membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting omvat de tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting omvatten de eerste en tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen, waarbij de derde membraanfiltratie-eenheid is van het type holle vezels.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting is de eerste membraanfiltratie-eenheid gekozen van het type holle vezels, waarbij de tweede en derde membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting omvat de eerste membraanfiltratie-eenheid een waterige toevoer, welke waterige toevoer afkomstig is van een pre-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward

Osmose, welke pre-membraanfiltratie-eenheid zich buiten het aan de pre- membraanfiltratie-eenheid toe te voeren voedingswater bevindt, waarbij de pre-

membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

In een uitvoeringsvorm van voornoemde inrichting is het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water via een toevoerleiding verbonden met een post-membraanfiltratie-eenheid, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water via de toevoerleiding wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de post-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke post-membraanfiltratie-eenheid zich buiten de aan de post-membraanfiltratie- eenheid toe te voeren waterige voedingsstroom bevindt, waarbij de post- membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

In de onderhavige beschrijving worden ondergedompelde FO membranen en modules verder afgekort tot sub-FO (submerged FO). In de onderhavige beschrijving worden FO membranen en modules die zijn gekozen uit de groep van holle vezels, capillaire membranen en tubulaire membranen, verder afgekort tot cap-FO (capillaire

FO).

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een tweetal figuren worden toegelicht, welke beide figuren een schematische weergave van een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze voor het door middel van een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water is.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Figuur 2 toont een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Voorbeeld

In een systeem, zoals getoond in figuur 1, dat drie, in serie geschakelde membraanfiltratie-eenheden omvat, wordt het ruwe afvalwater gevoed aan een eerste

FO-1 tank, die met een osmotische oplossing (ca. 0,2 M) gekoppeld aan een membraan-eenheid van het type RO en een eerste concentreringsstap van CF-1=5 uitvoert. Hierna volgt een FO-2 tank gekoppeld aan een andere membraan-eenheid van het type RO en vervolgens een FO-3 tank gekoppeld aan een andere membraan- eenheid van het type RO. De tweede concentreringsstap CF-2 bedraagt in dit voorbeeld 3, de derde concentreringsstap CF-3 in dit voorbeeld 2. De totale concentratiefactor is derhalve 30.

Hoewel in de getoonde figuur sprake is van drie membraanfiltratie-eenheden (FO-1, FO-2 en FO-3), is de onderhavige uitvinding niet beperkt tot een dergelijk aantal. De onderhavige uitvinding ziet met name toe op een werkwijze voor het zuiveren van water waarbij ten minste twee zuiveringsstappen in serie worden uitgevoerd, te weten een eerste zuiveringsstap omvattende FO-1 en RO-1 en een tweede zuiveringsstap omvattende FO-2 en RO-2. Een derde zuiveringsstap omvattende FO-3 en RO-3 is ook mogelijk, eventueel aangevuld met een vierde of zelfs vijfde zuiveringsstap.

De onderhavige uitvinders hebben gevonden dat het type afvalwater de volgorde van sub-FO en cap-FO kan beïnvloeden. Een juiste combinatie van beide uitvoeringsvormen biedt gunstige resultaten. De onderhavige uitvinders stellen bijvoorbeeld de volgende uitvoeringsvormen voor: 1) De cap-FO kan dienen als eerste stap (FO-1) indien het afvalwater complex is qua deeltjessamenstelling en -concentratie en de diameter van de capillaire membranen groter is dan de plaatafstand van de sub-FO membraanplaten. Het uit drie membraanfiltratie-eenheden bestaande systeem: cap-FO (FO1) - sub-FO (FO2) — sub-

FO (FO3) 2) De cap-FO kan dienen als laatste stap (FO-3) indien het afvalwater erg complex is qua viscositeit en de diameter groter is dan de plaatafstand van de sub-FO membraanplaten. Door een hoge concentratiefactor kan de viscositeit van het afvalwater toenemen, wat vooral relevant is voor de laatste trap in het systeem. Het uit drie membraanfiltratie-eenheden bestaande systeem: sub-FO (FO1) — sub-FO (FO2) — cap-FO (FO3).

In figuur 2 toont een proces dat scheidingsstappen, te weten FO1/2 en FO-sub, omvat, waarbij FO1/2 is op te vatten als een zogenaamd extern FO-systeem (dus buiten het voedingswater) en FO-sub is een intern FO-systeem (dus ondergedompeld in het voedingswater). Voornoemd proces kan aanvullend nog extra scheidingsstappen omvatten, bijvoorbeeld een intern FO-systeem.

Claims (27)

CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, omvattende een eerste zuiveringsstap bestaande uit eerste membraanfiltratie-eenheid die in het te zuiveren water is ondergedompeld, waarbij het de eerste membraanfiltratie-eenheid omringende water in het inwendige van de eerste membraanfiltratie-eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke eerste membraanfiltratie-eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de eerste membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in het te zuiveren water bevindt, en daarin wordt gescheiden in een eerste productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in het te zuiveren water ondergedompelde eerste membraanfiltratie-eenheid, met het kenmerk, dat de eerste zuiveringsstap wordt gevolgd door een tweede zuiveringsstap, waarbij het de eerste membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de tweede zuiveringsstap, omvattende een tweede membraanfiltratie-eenheid die in de voedingsstroom is ondergedompeld, waarbij de voedingsstroom in het inwendige van de tweede membraanfiltratie-eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke de tweede membraanfiltratie- eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de tweede membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, en daarin wordt gescheiden in een tweede productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in de voedingsstroom ondergedompelde tweede membraanfiltratie-eenheid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede zuiveringsstap wordt gevolgd door een derde zuiveringsstap, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de derde zuiveringsstap, omvattende een derde membraanfiltratie-eenheid die in voornoemde voedingsstroom is ondergedompeld, waarbij voornoemde voedingsstroom in het inwendige van de derde membraanfiltratie-

eenheid wordt ingezogen onder invloed van osmotische druk, in welke derde membraanfiltratie-eenheid zich in het inwendige een osmotisch middel bevindt, waarbij de permeaatstroom uit de derde membraanfiltratie-eenheid wordt toegevoerd aan een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in voornoemde voedingsstroom bevindt, en daarin wordt gescheiden in een derde productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom wordt teruggevoerd aan het inwendige van de in voornoemde voedingsstroom ondergedompelde derde membraanfiltratie-eenheid.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

4. Werkwijze volgens een of meer van conclusies 1 en 3, met het kenmerk, dat de tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste en tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten, waarbij de derde membraanfiltratie-eenheid is van het type gekozen uit de groep van holle vezels, in het bijzonder waarbij de scheidende laag van de FO-membranen aan de buitenzijde is gepositioneerd.

6. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid is van het type holle vezels, in het bijzonder waarbij de scheidende laag van de FO-membranen aan de buitenzijde is gepositioneerd, waarbij de tweede en derde membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste zuiveringsstap een waterige toevoer omvat, welke waterige toevoer afkomstig is van een pre- membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke pre-membraanfiltratie-eenheid zich buiten het aan de pre-membraanfiltratie-eenheid toe te voeren voedingswater bevindt, waarbij de pre-membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede zuiveringsstap wordt gevolgd door een post-membraanfiltratie-eenheid, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de post-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke post-membraanfiltratie-eenheid zich buiten de aan de post- membraanfiltratie-eenheid toe te voeren waterige voedingsstroom bevindt, waarbij de post-membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

9. Werkwijze volgens een of meer van conclusies 3-8, met het kenmerk, dat de onderlinge afstand tussen de evenwijdig gepositioneerde platen zich bevindt in een gebied van 0,1 — 10 mm, bij voorkeur 0,3 — 7 mm.

10. Werkwijze volgens een of meer van conclusies 3-9, met het kenmerk, dat de lengte van de evenwijdig gepositioneerde platen zich bevindt in een gebied van 0,5 - 3m en de breedte in een gebied van 0,2 — 1,5 m.

11. Werkwijze volgens een of meer van conclusies 5-10, met het kenmerk, dat de lengte van de groep van holle vezels, capillaire membranen en tubulaire membranen zich bevindt in het gebied van 0,5 — 2 m.

12. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de membraaneenheid waarin een scheiding in concentraat- en productstroom tot stand wordt gebracht is gekozen uit de groep van Reverse Osmose (RO)- en nanofiltratie (NF) membraanfiltratie-eenheden.

13. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan het oppervlak van ten minste een van de eerste, tweede en derde membraanfiltratie-eenheid turbulentie wordt veroorzaakt door een toevoeren van een bellen omvattende gasstroming.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat voornoemde toevoer plaatsvindt onder toepassing van een of meer gassen, gekozen uit de groep van stikstof, koolstofdioxide, lucht en methaan.

15. Werkwijze volgens een of meer van conclusies 13-14, met het kenmerk, dat de gasstroming na het toevoeren van bellen omvattende gasstroming wordt afgevangen en opnieuw wordt toegepast voor het aan het oppervlak van ten minste een van de eerste, tweede en derde membraanfiltratie-eenheid toevoeren van een bellen omvattende gasstroming.

16. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als osmotisch middel een zoutoplossing wordt toegepast, in het bijzonder gekozen uit de groep van zeewater, NaCl, MgSO, AISO,, ZuSO4, MgCl:, KNO: en een concentraatstroom afkomstig van een ontzoutingsinstallatie, of een combinatie hiervan.

17. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als te zuiveren water ruw afvalwater afkomstig van industriële processen en afvalwater afkomstig van huishoudens wordt toegepast.

18. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste zuiveringsstap wordt voorafgegaan door een voorzuiveringsstap gekozen uit de groep van voorbezinking, zandfilter, microfiltratie en ultrafiltratie.

19. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de concentraatstroom aan elektrodialyse wordt onderworpen voor het daaruit terugwinnen van bestanddelen, in het bijzonder K, fosfaat en ammonium.

20. Inrichting voor het door middel van ten minste een membraanfiltratie-eenheid zuiveren van water, omvattende de noodzakelijke toe- en afvoerleidingen, alsmede gebruikelijke pompen, afsluiters en kleppen, waarbij een eerste membraanfiltratie- eenheid zich in het te zuiveren water bevindt, waarbij de permeaatstroom van de eerste membraan-filtratie-eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in het te zuiveren water bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de eerste membraanfiltratie-eenheid, met het kenmerk, dat het te zuiveren water als een voedingsstroom via een toevoerleiding is verbonden met een tweede membraanfiltratie-eenheid, die zich in de voedingsstroom bevindt, waarbij de permeaatstroom van de tweede membraan-filtratie-eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de tweede membraanfiltratie-eenheid.

21. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water als een voedingsstroom via een toevoerleiding is verbonden met een derde membraanfiltratie-eenheid, die zich in de voedingsstroom bevindt, waarbij de permeaatstroom van de derde membraan-filtratie- eenheid via een leiding is verbonden met een andere membraanfiltratie-eenheid, die zich niet in de voedingsstroom bevindt, in welke andere membraanfiltratie-eenheid een scheiding plaatsvindt van de toegevoerde permeaatstroom in een productstroom, die het gezuiverde water omvat, en een concentraatstroom, welke concentraatstroom via een leiding wordt teruggeleid aan de derde membraanfiltratie-eenheid.

22. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

23. Inrichting volgens een of meer van conclusies 20 en 22, met het kenmerk, dat de tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvat.

24. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de eerste en tweede membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten, waarbij de derde membraanfiltratie-eenheid is van het type holle vezels.

25. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid is van het type holle vezels, waarbij de tweede en derde membraanfiltratie-eenheid een aantal, op een onderlinge afstand evenwijdig gepositioneerde platen omvatten.

26. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de eerste membraanfiltratie-eenheid een waterige toevoer omvat, welke waterige toevoer afkomstig is van een pre-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke pre-membraanfiltratie-eenheid zich buiten het aan de pre- membraanfiltratie-eenheid toe te voeren voedingswater bevindt, waarbij de pre- membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.

27. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water via een toevoerleiding is verbonden met een post-membraanfiltratie-eenheid, waarbij het de tweede membraanfiltratie-eenheid omringende water via de toevoerleiding wordt toegevoerd als een voedingsstroom aan de post-membraanfiltratie-eenheid gebaseerd op het principe van Forward Osmose, welke post-membraanfiltratie-eenheid zich buiten de aan de post-membraanfiltratie-

eenheid toe te voeren waterige voedingsstroom bevindt, waarbij de post- membraanfiltratie-eenheid is gekozen uit de groep van capillaire membranen en tubulaire membranen.