SE503918C2 - Anordning för rening av vatten innefattande en trycksatt membrankammare samt förfarande för bestämning av genomsköljningstid för en trycksatt membrankammare - Google Patents

Description

503 918 10 15 20 25 30 35 2 inte skall passera över till membranets rena sida att ske vilket kan komma att försvåra bestämningen av den tid som erfordras för effektiv genomsköljning av membrankammaren efter varje användning av vattenreningsapparaten. Utan sådan genom- sköljning av membrankammaren kan efter ett antal användnings- tillfällen halten av salter i denna bli så hög att saltkon- centrationen blir märkbar också i det renade vattnet eftersom saltjoner har en tendens att diffundera genom membranet. Som exempel kan nämnas att med en återvinningsgrad för processvatt- net på 80%, dvs med ett inflöde på fem liter per minut och ett avloppsflöde på en liter per minut, man kommer att erhålla en uppkoncentration eller anrikning av salter i membrankammaren med en faktor fem, dvs koncentrationen är fem gånger högre än i det inkommande vattnet.

Vid den kända vattenreningsapparaten sker genomsköljning av membrankammaren efter varje användningstillfälle under en tid som är så tilltagen att koncentrationen av salter i denna återställs till det värde som gäller för det vattnet. Detta s.k. kalibreringsförlopp som utförs vid installation av apparaten. inkommande normalvärde kan bestämmas genom ett Det är härvid ofrånkomligt att t.ex. vid korta användningstider onödigt mycket vatten tillåts passera till avloppet. Vidare kan flödesbegränsaren uppvisa tillverkningstoleranser så att i en maskin en större mängd tillåts passera per minut än i en annan maskin.

Det är sålunda ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en anordning för rening av vatten vid vilken genomsköljnings- tiden för membrankammaren kan styras på ett noggrannare sätt så att den inte blir längre än nödvändigt och därmed ger motsva- rande vattenbesparing. Ändamålet uppnås vid en anordning enligt ingressen till efterföljande patentkrav 1 vilken erhållit de i den kännetecknande delen i patentkravet angivna speciella särdragen. Det är även ett ändamål med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande för bestämning av genomskölj- ningstid enligt ingressen till patentkravet 6 och detta ändamål uppnås genom att förfarandet erhållit de i detta krav angivna speciella särdragen. Föredragna utföringsformer finns angivna i tillhörande underkrav som vad gäller anordningen utgörs av kraven 2-5 och vad avser förfarandet utgörs av kraven 7-8. 10 15 20 25 30 35 503 918 3 Andra ändamål med uppfinningen liksom fördelar~med densamma kommer att framgå ur efterföljande detaljerade beskrivning av åtföljande ett föredraget utförande med hänvisning till ritningar på vilka: fig. 1 schematiskt visar uppbyggnaden av en vattenrenings- apparat enligt uppfinningen; fig. 2 visar ett diagram över uppkoncentrationen i membran- kammaren som funktion av driftstiden; fig. 3 visar ett diagram över genomsköljningstiden som funktion av uppkoncentrationsfaktorn i ett fall där koncentrationen i membrankammaren skall återställas till den som gäller för inkommande vatten, och visar ett diagram enligt fig. 3 men i ett fall där koncentrationen i membrankammaren tillåts stanna på fig. 4 en nivå som är två gånger den som gäller för in- kommande vatten.

Vattenreningsapparaten enligt uppfinningen är uppbyggd kring en membrananordning 10 av det slag som arbetar med omvänd osmos. Denna teknik är välkänd och kommer inte att beskrivas närmare i detta sammanhang. Membrananordningen 10 är inrymd i en membrankammare 11 i form av ett tryckkärl som även inrymmer en cirkulationspump 12 inrättad att cirkulera det vatten som befinner sig i membrankammaren ll på membranets smutsiga sida.

En tryckpump 13 är anordnad för trycksättning av det vatten som införs i membrankammaren. Membrankammaren 11 är ansluten till ett vatteninlopp 14 via ett kort ledningsstycke 15, en ledning 16, ett filter av "aktivt kol"-typ 17, ett partikelfilter 18, en inloppsventil 19 och en ledning 20. Vatteninloppet kan utgöras av ett kommunalt vattennät, ett tappställe från en borrad brunn eller liknande. En dubbel tryckventil 21 har två kretsar varav den ena med en ledning 22 är ansluten till membrankammaren 11 och med en returledning 23 via lednings- stycket 15 är kopplad till ingången på tryckpumpen 13. Den andra kretsen är kopplad till membrananordningens rena sida, dvs till en ledning 24 som bildar utloppsledning för det från membrananordningen utträdandeirena vattnet. Utloppsledningen 24 är ansluten till en tappningskran, schematiskt visad och betecknad med 25. Från kranen leder ett utloppsrör 26 från vilket det renade vattnet kan tappas. 10 15 20 25 30 35 503 918 4 Membrankammaren 11 är även försedd med ett avlopp represen- terat av en avloppsledning 27 vilken är kopplad exempelvis till det kommunala avloppsnätet. I avloppsledningen är en flödes- begränsare 28 anordnad att begränsa avloppsflödet till önskat värde, till ca 20% av det tillförda vattenflödet.

Parallellt med flödesbegränsaren 28 är en ventil 29, kallad genomsköljningsventil, anordnad vilken har till syfte att öppna en parallellkanal för ett betydligt större flöde så att effektiv genomsköljning av membrankammaren 11 efter önskan kan t.ex. utföras.

Den ovan omtalade dubbla tryckventilen 21 har två uppgifter och är uppbyggd med dubbla kretsar. Den ena kretsen är ansluten så att den känner trycket i membrankammaren 11 och håller detta på önskad nivå genom att öppna för ett större eller mindre flöde i returledningen 23. Den andra kretsen är kopplad till utloppsledningen 24 för renat vatten och känner trycket i denna ledning för att när kranen stängs och trycket i utloppsled- ningen 24 ökar minska trycket i membrankammaren 11 så att vid efterföljande öppning av genomsköljningsventilen 29 belast- ningen på denna minskar.

En styranordning 30 är inrättad att styra vattenrenings- apparatens funktion och utgörs i det beskrivna uföringsexemplet av en mikroprocessor som med hjälp av tillhörande minneskretsar och i sammanhanget brukliga hjälpkretsar styr apparatens olika komponenter, dyl., tillser att olika säkerhetsfunktioner upprätthålles. Styranord- ningen 30 styr även genomsköljningsventilen 29 och det är denna såsom pumpmotorer, ventiler o. och även del av styranordningens totalfunktion som kommer att beskrivas i detta sammanhang.

För en noggrannare styrning av genomsköljningsventilens funktion utnyttjar uppfinningen en konduktivitetsmätning utförd på det renade vattnet från apparaten. För detta ändamål är ett mätdon 31 anordnat i utloppsledningen 24 och med en ledning 32 kopplat till en ingång på styranordningen 30. Konduktivitets- mätningen tillgår i princip så att mätdonet uppvisar två elektroder som befinner sig i utloppsledningen omslutna av vätskeflödet i denna. En elektrisk spänning upprättas mellan elektroderna och motsvarande ström, vilken utgör ett mått på den elektriska ledningsförmågan eller konduktiviteten, mäts. 10 15 20 25 30 35 503 918 5 Den efter användning av apparaten utförda genomsköljningen av membrankammaren har till uppgift att återställa koncentra- tionen av salter och liknande i kammaren till önskat värde, antingen till den koncentration som gäller för det inmatade vattnet eller till en koncentration som med någon lämplig faktor överstiger detta värde. I princip skulle man kunna åstadkomma detta genom att tillsluta tillopps- och avlopps- anslutningarna till membrankammaren och tappa av det i denna kvarvarande processvattnet. Detta är dock inte tillräckligt då membranet på sin smutsiga yta är belagt med saltjoner som behöver tvättas bort för att koncentrationen efter införande av nytt inloppsvatten i kammaren skall bli den önskade. Ett sådant förfarande är dessutom inte praktiskt utan man väljer att skölja ut det anrikade vattnet och i samma process åstadkomma en rentvättning av membranets yta. Uppgiften blir nu att beräkna den tid som är erforderlig för att genomsköljningen skall ge önskat resultat.

Det har nu visat sig att genomsköljningstiden kan bestämmas genom ett enkelt samband som innehåller parametrar som membran- kammarens volym V, genomsköljningsflödets storlek ø och olika saltkoncentrationer s, so och kvoter mellan sådana. Sambandet är som följer: V/o ln(s/sd+1/so-1/s), där tm = k s är uppkoncentrationsfaktorn vid initiering av'genomsköljning, so är den önskade målkoncentrationsfaktorn efter avslutad genomsköljning och k en produktspecifik faktor som beror av membranets utformning och bestäms experimentellt. Faktorn k ger extra tid för urtvättning av membranets yta.

Den önskade målkoncentrationsfaktorn so är alltså det förhållande man önskar ha mellan koncentrationen i membrankam- maren efter avslutad sköljning och koncentrationen i det ingående vattnet. Uppkoncentrationsfaktorwxs beror av kondukti- viteten enligt följande samband: S = = G/Go, C är den i membrankammaren rådande saltkoncentrationen (jonkon- sus 913 10 15 20 25 30 35 6 centrationen) när maskinen stängs av och C; är motsvarande konduktivitetsvärde medan Coär koncentrationen i det ingående vattnet och Goxnotsvarande konduktivitetsvärde.

I metoden enligt uppfinningen används dock inte konduktivi- teten i membrankammaren som utgångspunkt för beräkningen av s utan i stället konduktiviteten G,på den rena sidan av membra- net. Detta kan göras då konduktiviteten på den rena sidan är proportionell mot konduktiviteten i næmbrankammaren och då proportionalitetsfaktorn försvinner genom att man utnyttjar en kvot. Fördelarna med att mäta på den rena sidan är flera, bland annat är miljön här mindre aggressiv, mätcellen kan göras mindre, det finns normalt redan en konduktivitetsgivare på den rena sidan för kontroll av kvaliten på det utgående vattnet, etc.

Beräkning av s kan nu ske enligt följande samband: s = G/Go = enn/com, där Gmm är den konduktivitet man får på den rena sidan om vattnet i membrankammaren har samma konduktivitet som det ingående vattnet, dvs G0. Gwm bestäms med hjälp av ett kalibrerings- förfarande vid installation av' maskinen och lagras i ett resident minne. Vid kalibreringsförfarandet mäts konduktivite- ten på den rena sidan efter det att konduktiviteten i membran- kammaren stabiliserat sig på den högsta möjliga nivån, se fig. 2 samt nedanstående förklarande text.

I fig. 2 visas ett diagram som visar uppkoncentrationen i membrankammaren som funktion av vattenrenarens driftstid. Det visade fallet gäller vid 80% återvinning, dvs vid ett inflöde på 5 1/min och ett avloppsflöde på 1 1/min. Diagrammet visar att uppkoncentrationsfaktorn under de första 100 sekunderna växer kraftigt till ett värde överstigande 4 för att efter ca 300 sekunder asymptotiskt närma sig värdet 5.

Den vid kalibreringen uppmätta konduktiviteten är dock en faktor större än Gmm. Denna faktor divideras bort för att man skall erhålla Gæm som därefter lagras. I ovanstående fall med 80% återvinning erhålles Gmm genom division av det uppmätta värdet med 5 om maskinen varit i drift mer än 300 sekunder innan mätvärdet tas. 10 15 20 25 5.03 918 7 I fig. 3 visas ett diagram där genomsköljningstiden i sekunder avsatts som funktion av uppkoncentrationsfaktorn. I diagrammet förutsätts att den önskade uppkoncentrationsfaktorn, dvs målkoncentrationsfaktorn, är lika med 1 vilket innebär en koncentration som överensstämmer med den i det inkommande vattnet. Ur diagrammet kan man utläsa att om uppkoncentrations- faktorn vid avstängning av maskinen uppgår till 3 så krävs en genomsköljningstid på ca 40 sekunder för att återställa koncentration i membrankammaren till värdet 1, dvs till en nivå lika med den hos det inkommande vattnet.

I fig. 4 visas ett diagram motsvarande det enligt fig. 3 men med en målkoncentrationsfaktor uppgående till värdet 2.

Detta innebär att man vid start av vattenrenaren accepterar en koncentration i membrankammaren som är två gånger koncentratio- nen hos det ingående vattnet. Diagrammet visar att om uppkon- centrationsfaktorn har värdet 3 vid avstängning av maskinen så blir motsvarande genomsköljningstid ca 15 sekunder för att koncentrationen i membrankammaren skall återta värdet 2.

Vid konduktivitetsmätningen tar det en viss tid innan mätvärdet stabiliseras efter ett insvängningsförlopp. Vid.korta driftstider utnyttjas därför inte konduktivitetsmätningen utan genomsköljningen utförs på tidsbasis.

Den beskrivna metoden anpassar sig till givna förutsätt- ningar vilket innebär att avvikelser i genomsköljningsflöde, avloppsflöde liksom variationer i inkommande vattenflöde inte ger en konduktivitet som ökar okontrollerat vilket kan inträffa vid tidsstyrd genomsköljning.

Claims (8)

503 918 10 15 20 25 30 35 8 P a t e n t k r a v

1. Anordning för rening av vatten, innefattande ett tryckkärl (ll) nesluten vilken arbetar med omvänd osmos, en till tryckkärlet i vilket en filtrerande membrananordning (10) är in- (11) via en trycksättningspump (13) ansluten vattentilloppsled- ning (14), en i tryckkärlet (11) för cirkulation av vätskan i tryckkärlet anordnad cirkulationspump (12), ett på tryckkärlet (11) anordnat utlopp (24) (23,15) som via en tryckventil (21) förbinder tryckkärlet (11) för renat vatten, en returledning med inloppet på trycksättningspumpen (13), ett på tryckkärlet anordnat avlopp för på filtermembranets smutsiga sida, i tryckkärlet (11) ansamlat smutsvatten, en till avloppet kopplad avloppsledning (27) e. dyl. i vilken en flödesbegränsare (28) är anordnad liksom en parallellt med denna Ikopplad genom- (29) (30) kännetecknad därav, att organ för genom- sköljningsventilen, (31) är inrättade att mäta konduktiviteten hos det renade vattnet och sköljningsventil och en styranordning styranordningen (30) är inrättad att efter varje tappning av renat vatten öppna genomsköljningsventilen (29) under en tid som bestäms av kvoten mellan senast uppmätta konduktivitetsnivå (GMJ och en i styranordningen lagrad normalnivå (Gmm).

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att normalnivån (Gmm) utgörs av ett värde på konduktiviteten hos det renade vattnet bestämt i ett kalibreringsförlopp som utförs innan anordningen tas i bruk, varvid normalnivån (Gmm) baseras på ett konduktivitetsvärde uppmätt på den rena sidan efter det att saltkoncentrationen i membrankammaren (11) stabiliserats på sin högsta nivå.

3. Anordning enligt patentkravet 2, kännetecknad därav, att normalnivån (Gmm) bestäms av ett konduktivitetsvärde för det renade vattnet som uppmätts när konduktivitetsvärdena stabili- serats på en fortvarighetsnivå, varvid detta konduktivitetsvär- de räknas ned med en faktor som bestäms av förhållandet mellan tillfört vattenflöde och det till avloppet avledda flödet.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, känne- tecknad därav, att genomsköljningstiden bestäms enligt sam- bandet 10 15 20 25 30 35 503 918 9 tflfi = k V/ö ln(s/sd+1/sw-1/s), där V = membrankammarens volym, Q = genomsköljningsflödets storlek, s = uppkoncentrationsfaktorn vid initiering av'genomsköljning, so = önskad målkoncentrationsfaktor efter utförd genomskölj- ning, och k = en produktspecifik faktor.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, känne- tecknad därav, att styranordningen (30) är inrättad att vid tappningstider som understiger ett förutbestämt värde hålla genomsköljningsventilen (28) öppen under en förutbestämd tids- period oberoende av värdet på konduktiviteten.

6. Förfarande för bestämning av genomsköljningstid för en (11) rening av vatten med användande av omvänd osmos, varvid i trycksatt membrankammare tillhörande en anordning för membrankammaren (11) återcirkulation av orenat vatten äger rum och av den tillförda kvantiteten vatten en mindre del ständigt avleds till ett avlopp (27), sköljningstiden bestäms av kvoten mellan konduktivitetsnivån kännetecknat därav, att genom- (Gm hos det renade vattnet efter avslutad tappning och ett förutbestämt normalvärde (Gmm)för konduktiviteten motsvarande det värde som råder i membrankammaren (11) konduktivitetsvärdet i det till membrankammaren (11) tillförda vattnet eller detta konduktivitetsvärde uppräknat med en faktor.

7. Förfarande enligt patentkravet 6, det förutbestämda normalvärdet (Gmm) bestäms i ett kalibre- ringsförfarande utfört innan vattenreningsanordningen tas i bruk, varvid.mätning av konduktivitetsvärdet (Gmg på det renade omräknat till kännetecknat därav, att vattnet sker upprepat och det konduktivitetsvärde väljs som uppmäts när konduktivitetsvärdena stabiliserats på en fortva- righetsnivå och det utvalda konduktivitetsvärdet räknas ned med en faktor som bestäms av förhållandet mellan tillfört vatten- flöde och det till avloppet (27) avledda flödet för att bilda normalvärdet (Gmm).

8. Förfarande enligt patentkravet 7, kännetecknat därav, att genomsköljningstiden bestäms enligt sambandet tåw = k V/o ln(s/s§+1/s§-1/s), där V'= membrankammarens volym, o==genomsköljningsflödets storlek, 503 918 10 s = uppkoncentrationsfaktorn vid initiering av genomsköljning, so = önskad målkoncentrationsfaktor efter utförd genomskölj- ning, och k = en produktspecifik faktor.