WO2023110952A1 - Verfahren zur steuerung eines rückspülbetriebs eines ultrafiltrationsmoduls - Google Patents

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WO2023110952A1
WO2023110952A1 PCT/EP2022/085730 EP2022085730W WO2023110952A1 WO 2023110952 A1 WO2023110952 A1 WO 2023110952A1 EP 2022085730 W EP2022085730 W EP 2022085730W WO 2023110952 A1 WO2023110952 A1 WO 2023110952A1
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filtrate
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retentate
backwash
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PCT/EP2022/085730
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Arun Kumar
Hitesh Ambekar
Michael KSOLL
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Wilo Se
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a backwash operation of an ultrafiltration module of a drinking water production plant with an untreated water side, a filtrate side and an ultrafiltration membrane, which separates the untreated water side from the filtrate side for filtering untreated water during the transition from the untreated water side to the filtrate side, with backwash water, in particular filtrate, being is pumped from the filtrate side to the raw water side and exits there as retentate in order to detach solid particles that have accumulated on the ultrafiltration membrane on the raw water side.
  • the backwashing of ultrafiltration modules in drinking water production plants is well known.
  • the flow through the filter is reversed by pumping filtered water from the clean water side to the raw water side in order to detach the particles and microorganisms adhering to the membrane on the raw water side.
  • a backwash pump is provided for this purpose, which is connected to the filtrate outlet of the filter via a backwash line.
  • the backwash water mixed with the accumulated particles is discharged on the raw water side via a retentate line and, for example, separated in a drain.
  • Backwashing is usually time-controlled, for example daily at a certain time, preferably at night.
  • TMP transmembrane pressure
  • the duration of the backwash is usually fixed and selected to ensure maximum cleaning of the membrane. It is usually a few minutes, eg three minutes. je depending on the volume flow, considerable amounts of water are consumed per ultrafiltration module or group of ultrafiltration modules.
  • the turbidity of the retentate is measured continuously or at intervals by sensors during backwashing and the backwashing operation is ended when the turbidity exceeds a predetermined limit value (s) between 0.02 N.T.U. and falls below 0.1 N.T.U, measured in particular according to DIN EN ISO 7027 from November 2016.
  • a predetermined limit value s
  • the backwash operation of the drinking water production plant is switched off when the water is largely clear, or in other words when the majority of the particles, for example at least 98% of the particles have been removed from the membrane. This saves a significant amount of water. Consequently, energy and costs are also saved.
  • Turbidity is a measure of water clarity and is measured in N.T.U. expressed.
  • Turbidity is an optical property of a liquid that is caused by the presence of suspended and/or colloidal substances in the liquid. The turbidity can be quantified by the amount of light reflected by the substances or particles mentioned (ISO 7027, November 2016). However, it is also possible to quantify turbidity by the amount of light transmitted through the liquid.
  • the turbidity can be measured within a retentate line connected to the ultrafiltration module.
  • This has the advantage that a change in the turbidity of the retentate can be detected immediately and the ultrafiltration module does not have to be structurally modified.
  • an optical sensor can be used, which determines the light transmitted through the retentate line or at least a section thereof, in particular its intensity after irradiating the retentate.
  • the sensor can have a light source, for example a laser diode, and a light receiver, for example a photodiode, between which an optical measuring section is formed.
  • the optical measuring section can be arranged transversely to the longitudinal extent of the retentate line. It is advantageous if the wall of the retentate line is transparent, at least in the area of the sensor, for the optical light emitted by the light source, for example has viewing windows, so that the light propagates from one side to the other side of the retentate line and thus the quantity or intensity of the light hitting the receiver can be determined without any part of the sensor having to be in contact with the retentate. The amount or intensity of the light hitting the receiver in relation to the amount or intensity of the light hitting the receiver in a reference measurement on clear water is then a measure of turbidity.
  • a turbidity sensor also known as a nephelometer, can be used, which works on the basis of a scattered light measurement according to DIN EN ISO 2027 from November 2016, i.e. it measures the amount of light reflected by the particles.
  • the turbidity sensor is calibrated with prepared formazine solutions containing 0.1, 20, or 200 N.T.U. have.
  • the turbidity sensor can dip into the retentate line.
  • the optical turbidity sensor for water and waste water applications OPTISENS TUR 2000 from the manufacturer KR ⁇ HNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Germany. According to the manufacturer, it enables precise turbidity measurement in the range below 40 N.T.U. using the 90° scattered light method according to ISO 7027.
  • the light source and the receiver are positioned at a 90° angle to each other.
  • the light transmitted by the light source is directed to the reference receiver and into the medium with equal intensity.
  • the light is reflected by the particles and parts of the scattered light are received by the detector, which is positioned at a 90° angle.
  • the measuring device now compares the light from the reference receiver and the scattered light receiver and calculates the turbidity value.
  • the measuring system OPTISYS TUR 1060 from the manufacturer KR ⁇ HNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Germany.
  • This sensor can be used primarily for drinking water applications and is intended to be installed in a bypass line in order to carry out an online measurement.
  • the measuring system can thus be arranged in a bypass line to the retentate line.
  • the measuring system determines the turbidity using 90° scattered light measurement (nephelometry) in a measuring range from 0 to 100 or 0 to 1000 NTU with an accuracy of ⁇ 2% of the measured value or ⁇ 0.02 NTU for values below 40 NTU and a resolution of 0.0001 NTU.
  • the light scattering of a formazine suspension is compared with the light scattering in the water sample taken.
  • the measurement takes place at a 90° angle to the incident light (90° infrared scattered light according to ISO 7027 or white light according to US EPA 180.1 regulation).
  • the measuring optics are not directly exposed to the sample and are therefore only subject to low maintenance requirements.
  • the limit (s) may be 0.05 N.T.U. be.
  • the membrane is already sufficiently rinsed when this value is reached.
  • a lower limit value enables a higher cleaning effect, but at a disproportionately high water consumption, because the cleaning effect or the turbidity falls almost exponentially over time.
  • a limit (s) of 0.05 N.T.U. a good cost/benefit ratio.
  • the measurement of the turbidity is only carried out after a predetermined delay time has elapsed, for example only after at least 20 s. Because in the initial time of backwashing, particularly during the first 20 seconds, the limit value is not to be expected to be reached. At the same time, it must be taken into account that the turbidity changes sharply in this initial period, initially rising sharply and then decaying exponentially, and that conventional turbidity sensors have a very slow response time, so that a sensor measurement is quite inaccurate, especially if the measured variable changes significantly. After the delay time has expired, however, one can suffice exact measured value can be assumed because the heavily turbid retentate has already been discharged.
  • the delay time is taught.
  • the drinking water production system which includes the ultrafiltration module, can have a control unit that determines this delay time in a first backwash operation, stores it and uses it in a later backwash operation.
  • the delay time can be taught by starting a timer with the first backwash and measuring the time until a certain turbidity reference limit, for example 50 N.T.U. is reached. This time is then used as a delay time for the next backwash operation.
  • the turbidity can be recorded cyclically, in particular at intervals of one second.
  • the backwash operation In the event that the backwash operation has still not fallen below the limit value after a certain period of time, it can be switched off in an emergency. This prevents the backwash operation from being switched off, e.g. if an error such as a defective turbidity sensor results in an incorrect measured value for the turbidity and the limit value is therefore not undershot. Provision can thus be made for the backwashing operation to be ended in a time-controlled manner if the limit value has not yet been fallen below after a specific maximum time duration of the backwashing operation. With the start of the backwash operation, a counter or timer can be started, which is then repeatedly compared with the maximum duration. If this is reached or exceeded, the (emergency) shutdown of the backwash operation takes place
  • the maximum duration is between 2 and 5 minutes, in particular 3 minutes
  • FIG. 1a a schematic representation of an ultrafiltration module according to the prior art in filter operation
  • FIG. 1b a schematic representation of an ultrafiltration module according to the prior art in backwash operation
  • FIG. 2 a diagram showing the turbidity over time
  • FIG. 3 a flow chart for the method according to the invention.
  • FIG. 1a illustrates the basic structure of an ultrafiltration module of a drinking water production plant in which the method according to the invention is used.
  • the ultrafiltration module 1 has an elongated cylindrical housing with a raw water side 8, a filtrate side 9 and an ultrafiltration membrane 10 which separates the raw water side 8 from the filtrate side 9 and is illustrated here in the form of a hollow fiber membrane 10.
  • the ultrafiltration module 1 has a large number of hollow-fiber membranes 10.
  • Two connections open into the untreated water side 8, both of which can be optionally connected via valves (not shown) to an untreated water line 5 for supplying untreated water 2 in filter operation or to a retentate line 7 for discharging retentate 4 in the Backwash operation can be connected.
  • the ports are located at opposite axial ends of the housing.
  • a connection more precisely, the lower connection in relation to the intended arrangement of the ultrafiltration module 1 in the room, is connected to the raw water line 5.
  • the other connection more precisely, the connection at the top in relation to the intended arrangement of the ultrafiltration module 1 in the room, is connected to the retentate line 7 , which leads to a drain 12 in order to separate the retentate 4 .
  • the retentate line 7 is shut off, illustrated by the dashed line.
  • the filtrate side 9 also has two connections which are arranged at opposite axial ends of the housing, namely at the top and bottom. The connection at the bottom in relation to the intended arrangement of the ultrafiltration module 1 in the room is blocked (dead end). On the other hand, the other, based on the intended arrangement of the Ultrafiltration module 1 in the room overhead connection, connected to a filtrate line 6 to discharge filtrate 3.
  • raw water 2 is filtered through the membrane 10 during the transition from the raw water side 8 to the filtrate side 9, with solid particles larger than 9.5 nm being retained by sticking to the membrane on the raw water side 8.
  • Figure 1 b illustrates the backwash operation of the ultrafiltration module 1, in which the backwash water, in particular filtrate 3, is pumped from the filtrate side 9 to the raw water side 8 and exits there via the upper connection into the now open retentate line 7 as retentate 4 in order to be passed to the ultrafiltration membrane 10 on the side the untreated water side 8 to replace accumulated solid particles.
  • the raw water line 5 is blocked during this time, illustrated by the dashed line.
  • FIG. 2 shows an empirically determined course of the turbidity of the retentate 4 in the unit N.T.U. (Nephelometric Turbidity Unit) over time in the retentate line 7, in which a turbidity sensor 11 is located to measure the turbidity there.
  • N.T.U. Nephelometric Turbidity Unit
  • FIG. 3 illustrates a flow chart of the method according to the invention. It begins with the start of the backflushing operation of the ultrafiltration module 1, step S1, in which case a waiting time corresponding to the delay time can first be awaited, step S2, until the measurement of the turbidity begins, step S3.
  • the turbidity can also be measured from the beginning of the backwash operation. The turbidity measurement is repeated cyclically, checking after each measurement whether the turbidity is below a limit value s of 0.05 NTU lies, step S4. If this is the case, the backwash operation is ended, step S5, since the membrane 10 has been sufficiently cleaned.
  • step S8 it can optionally be checked in a parallel method branch whether the previous duration of the backwash operation has still not resulted in the limit value s being undershot.
  • step S8 is checked in step S8 using a timer set to zero at the beginning of the backwash operation, step S6, whose "duration" counter reading is compared with a maximum time Tmax of the backwash operation of, for example, 3 minutes, with the maximum duration Tmax of course representing a maximum counter reading here . If the maximum duration Tmax has not yet been reached, the counter reading “duration” is increased by the value one, see step S7. Otherwise, the backwashing operation is ended, step S5. In this way, the backflushing operation is also ended if the turbidity does not fall below the limit value s.
  • the invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rückspülbetriebs eines Ultrafiltrationsmoduls (1) einer Trinkwassergewinnungsanlage mit einer Rohwasserseite (8), einer Filtratseite (9) und einer Ultrafiltrationsmembran (10), die die Rohwasserseite (8) von der Filtratseite (9) zum Filtern von Rohwasser (2) beim Übergang von der Rohwasserseite (8) zur Filtratseite (9) trennt, wobei im Rückspülbetrieb Rückspülwasser, insbesondere Filtrat (3), von der Filtratseite (9) zur Rohwasserseite (8) gepumpt wird und dort als Retentat (4) austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran (10) seitens der Rohwasserseite (8) angesammelte Feststoffpartikel abzulösen. Es ist vorgesehen, dass die Trübung des Retentats (4) kontinuierlich oder in Intervallen sensorisch gemessen und der Rückspülbetrieb beendet wird, wenn die Trübung einen vorgegebenen Grenzwert (s) zwischen 0,02 N.T.U. und 0,1 N.T.U unterschreitet. Hierdurch wird die beim Rückspülbetrieb benötigte Wassermenge reduziert.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Rückspülbetriebs eines Ultrafiltrationsmoduls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rückspülbetriebs eines Ultrafiltrationsmoduls einer Trinkwassergewinnungsanlage mit einer Rohwasserseite, einer Filtratseite und einer Ultrafiltrationsmembran, die die Rohwasserseite von der Filtratseite zum Filtern von Rohwasser beim Übergang von der Rohwasserseite zur Filtratseite trennt, wobei im Rückspülbetrieb Rückspülwasser, insbesondere Filtrat, von der Filtratseite zur Rohwasserseite gepumpt wird und dort als Retentat austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran seitens der Rohwasserseite angesammelte Feststoffpartikel abzulösen.
Die Rückspülung von Ultrafiltrationsmodulen in Trinkwassergewinnungsanlagen ist allgemein bekannt. Bei der Rückspülung wird die Durchströmung des Filters umgekehrt, indem gefiltertes Wasser von der Reinwasserseite zur Rohwasserseite gepumpt wird, um die seitens der Rohwasserseite an der Membran haftenden Partikel und Mikroorganismen abzulösen. Hierzu ist eine Rückspülpumpe vorgesehen, die über eine Rückspülleitung mit dem Filtratausgang des Filters in Verbindung steht. Das mit den angesammelten Partikeln versetzte Rückspülwasser wird auf der Rohwasserseite über eine Retentatleitung abgeführt und beispielsweise in einem Abfluss abgeschieden. Die Rückspülung erfolgt meist zeitgesteuert, beispielsweise täglich zu einer bestimmten Uhrzeit, vorzugsweise nachts. Sie kann alternativ auch druckgesteuert erfolgen, nämlich in Abhängigkeit des über der Membran abfallenden Differenzdruck, dem sogenannten Transmembrandruck (TMP), der mit zunehmender Ansammlung an Partikeln steigt. Die Dauer der Rückspülung ist üblicherweise fest vorgegeben und zur Sicherstellung einer maximalen Reinigung der Membran hoch gewählt. Sie beträgt in der Regel wenige, z.B. drei Minuten. Je nach Volumenstrom werden hierbei erhebliche Mengen an Wasser pro Ultrafiltrationsmodul oder Gruppe an Ultrafiltrationsmodulen verbraucht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise der rückspülbedingte Wasserverbrauch minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während der Rückspülung die Trübung des Retentats kontinuierlich oder in Intervallen sensorisch gemessen und der Rückspülbetrieb beendet wird, wenn die Trübung einen vorgegebenen Grenzwert (s) zwischen 0,02 N.T.U. und 0,1 N.T.U unterschreitet, insbesondere gemessen nach DIN EN ISO 7027 aus November 2016. Mit anderen Worten erfolgt eine Abschaltung des Rückspülbetriebs der Trinkwassergewinnungsanlage, wenn das Wasser weitestgehend klar ist, oder anders ausgedrückt, wenn der Großteil der Partikel, beispielsweise mindestens 98% der Partikel von der Membran entfernt worden sind. Somit wird eine erhebliche Menge an Wasser eingespart. Folgemäßig werden auch Energie und Kosten gespart.
Trübung ist ein Maß für die Wasserklarheit und wird mit der Maßeinheit N.T.U. ausgedrückt. Bei der Trübung handelt es sich um eine optische Eigenschaft einer Flüssigkeit, die durch das Vorhandensein von suspendierten und/ oder kolloidalen Stoffen in der Flüssigkeit bedingt ist. Die Trübung kann durch die Menge an Licht quantifiziert werden, die durch die genannten Stoffe bzw. Partikel reflektiert wird (ISO 7027, November 2016). Es ist allerdings auch möglich, die Trübung durch die Menge an Licht zu quantifizieren, das durch die Flüssigkeit transmittiert wird.
In einer Ausführungsvariante kann die Trübung innerhalb einer mit dem Ultrafiltrationsmodul verbundenen Retentatleitung gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Änderung der Trübung des Retentats unverzüglich erkannt werden kann und das Ultrafiltrationsmodul baulich nicht verändert werden muss. Zur Messung der Trübung des Retentats in der Retentatleitung kann ein optischer Sensor verwendet werden, der das durch die Retentatleitung oder zumindest einen Abschnitt derselben transmittierte Licht, insbesondere dessen Intensität nach Durchstrahlung des Retentats ermittelt. Der Sensor kann eine Lichtquelle, z.B. eine Laserdiode, und einen Lichtempfänger, z.B. eine Photodiode aufweisen, zwischen denen eine optische Messstrecke gebildet ist. Die optische Messstrecke kann hierbei quer zur Längserstreckung der Retentatleitung angeordnet sein. Von Vorteil ist es, wenn die Wand der Retentatleitung zumindest im Bereich des Sensors für das von der Lichtquelle emittierte optische Licht transparent ist, beispielsweise Sichtfenster aufweist, so dass das Licht von einer Seite zur anderen Seite der Retentatleitung propagieren und somit die Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts bestimmt werden kann, ohne dass ein Teil des Sensors Kontakt zum Retentat haben muss. Die Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts im Verhältnis zu der Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts bei einer Referenzmessung bei klarem Wasser ist dann ein Maß für Trübung.
Alternativ zu einer derartigen Sensoranordnung kann ein Trübheitssensor, auch Nephelometer genannt, verwendet werden, der auf Basis einer Streulichtmessung nach DIN EN ISO 2027 von November 2016 arbeitet, d.h. der die Menge an von den Partikeln reflektierten Lichts misst. Der Trübheitssensor wird mit vorbereiteten Formazin-Lösungen kalibriert, die 0.1 , 20 oder 200 N.T.U. haben.
In einer Ausführungsvariante kann der Trübheitssensor in die Retentatleitung eintauchen. Hierzu eignet sich besonders der optischer Trübungssensor für Wasser- und Abwasseranwendungen OPTISENS TUR 2000 des Herstellers KRÖHNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Deutschland. Er ermöglicht nach den Herstellerangaben eine genaue Trübungsmessung im Bereich unter 40 N.T.U. über die 90° Streulichtmethode nach ISO 7027. Die Lichtquelle und der Empfänger sind im 90°-Winkel zueinander positioniert. Das von der Lichtquelle übertragene Licht wird in gleicher Stärke an den Referenzempfänger und in das Medium gelenkt. Hier wird das Licht von den Partikeln reflektiert und Anteile des Streulichts werden vom Detektor, der im 90°-Winkel positioniert ist, empfangen.
Das Messgerät vergleicht nun das Licht des Referenzempfängers und des Streulichtempfängers und berechnet den Trübungswert. Alternativ kann als Trübheitssensor das Messsystem OPTISYS TUR 1060 des Herstellers KRÖHNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Deutschland verwendet werden. Dieser Sensor ist vor allem für Trinkwasseranwendungen einsetzbar und wird bestimmungsgemäß in einer Bypassleitung angeordnet, um eine Online-Messung durchfzuühren. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann das Messsystem somit in einer Bypassleitung zur Retentatleitung angeordnet werden. Nach Angaben des Herstellers bestimmt das Messsystem die Trübung per 90°-Streulichtmessung (Nephelometrie) in einem Messbereich von 0 bis 100 oder 0 bis 1000 N.T.U. mit einer Genauigkeit von ±2% des Messwerts oder ±0,02 NTU für Werte unter 40 N.T.U. und einer Auflösung von 0,0001 N.T.U.. Hierbei wird die Lichtstreuung einer Formazin-Suspension, deren Konzentration bekannt ist, mit der Lichtstreuung in der gezogenen Wasserprobe abgeglichen. Die Messung findet im 90°-Winkel zum eingestrahlten Licht statt (90°- Infrarot-Streulicht gemäß ISO 7027 oder Weißlicht gemäß US EPA 180.1 Verordnung). Die Messoptik ist der Probe nicht direkt ausgesetzt und unterliegt daher nur einem geringen Wartungsaufwand.
Beispielsweise kann der Grenzwert (s) 0,05 N.T.U. betragen. Die Membran ist bereits bei Erreichen dieses Werts ausreichend gespült. Ein geringerer Grenzwert ermöglicht zwar noch eine höhere Reinigungswirkung, jedoch zu einem unverhältnismäßig hohen Wasserverbrauch, weil die Reinigungswirkung bzw. die Trübung mit der Zeit annährend exponentiell fällt. Somit ergibt sich mit einem Grenzwert (s) von 0,05 N.T.U. ein gutes Kosten/ Nutzenverhältnis.
Es ist von Vorteil, wenn die Messung der Trübung erst mit Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit durchgeführt wird, beispielsweise erst nach wenigstens 20 s. Denn in der Anfangszeit der Rückspülung, insbesondere während der ersten 20 Sekunden ist die Erreichung des Grenzwerts nicht zu erwarten. Gleichzeitig ist zu berücksichtigen, dass sich die Trübung in dieser Anfangszeit stark ändert, und zwar zunächst stark ansteigt und anschließend exponentiell abklingt, und dass konventionelle Trübheitssensoren eine sehr langsame Reaktionszeit haben, so das eine Sensormessung insbesondere bei starker Änderung der Messgröße recht ungenau ist. Nach Ablauf der Verzögerungszeit kann jedoch von einem hinreichend genauen Messwert ausgegangen werden, weil das stark getrübte Retentat bereits abgeführt worden ist.
In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Verzögerungszeit eingelernt wird. Hierzu kann die Trinkwassergewinnungsanlage, die das Ultrafiltrationsmodul umfasst, eine Steuereinheit aufweist, die diese Verzögerungszeit bei einem ersten Rückspülbetrieb bestimmt, abspeichert und bei einem zeitlich späteren Rückspülbetrieb verwendet. Beispielsweise kann die Verzögerungszeit dadurch eingelernt werden, dass mit der ersten Rückspülung ein Timer gestartet und die Zeit gemessen wird, bis ein bestimmter Trübungsreferenzgrenzwert, beispielsweise 50 N.T.U. erreicht ist. Diese Zeit wird dann für den nächsten Rückspülbetrieb als Verzögerungszeit verwendet.
Messtechnisch kann die Trübung zyklisch, insbesondere in Intervallen von einer Sekunde erfasst werden.
Für den Fall, dass der Grenzwert nach einer bestimmten Dauer des Rückspülbetriebs noch immer nicht unterschritten ist, kann dessen Notabschaltung erfolgen. Somit wird verhindert, dass der Rückspülbetriebs nicht abgeschaltet wird, z.B. wenn aufgrund eines Fehlers, wie einem defekten Trübheitssensor, ein falscher Messwert für die Trübung vorliegt und deshalb der Grenzwert nicht unterschritten wird. Es kann somit vorgesehen sein, dass der Rückspülbetrieb zeitgesteuert beendet wird, wenn der Grenzwert nach einer bestimmten zeitlichen Maximaldauer des Rückspülbetrieb noch nicht unterschritten wird. Mit dem Start des Rückspülbetriebs kann ein Zähler oder Timer gestartet werden, der dann wiederholt mit der Maximaldauer verglichen wird. Wird diese erreicht oder überschritten, erfolgt die (Not-)Abschaltung des Rückspülbetriebs
Die Maximaldauer zwischen 2 und 5 Minuten, insbesondere 3 Minuten beträgt
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: Figur 1a: eine schematische Darstellung eines Ultrafiltrationsmoduls nach dem Stand der Technik im Filterbetrieb
Figur 1 b: eine schematische Darstellung eines Ultrafiltrationsmoduls nach dem Stand der Technik im Rückspülbetrieb
Figur 2: ein die Trübung über die Zeit darstellendes Diagramm Figur 3: ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.
Figur 1a veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau eines Ultrafiltrationsmoduls einer Trinkwassergewinnungsanlage, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet. Das Ultrafiltrationsmodul 1 hat ein längliches zylindrisches Gehäuse mit einer Rohwasserseite 8, einer Filtratseite 9 und eine Ultrafiltrationsmembran 10, die die Rohwasserseite 8 von der Filtratseite 9 trennt und hier in Gestalt einer Hohlfasermembran 10 veranschaulicht ist. In der Realität besitzt das Ultrafiltrationsmodul 1 eine Vielzahl von Hohlfasermembranen 10. In die Rohwasserseite 8 münden zwei Anschlüsse, die beide wahlweise über nicht dargestellte Ventile mit einer Rohwasserleitung 5 zur Zuführung von Rohwasser 2 im Filterbetrieb oder mit einer Retentatleitung 7 zur Ableitung von Retentat 4 im Rückspülbetrieb verbunden werden können. Die Anschlüsse sind an gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses angeordnet. In dem in Figur 1a dargestellten Zustand ist ein Anschluss, genauer gesagt, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum untere Anschluss, mit der Rohwasserleitung 5 verbunden. Ferner ist der andere Anschluss, genauer gesagt, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum obenliegende Anschluss, mit der Retentatleitung 7 verbunden, die zu einem Abfluss 12 führt, um das Retentat 4 abzuscheiden. Allerdings ist die Retentatleitung 7 abgesperrt, veranschaulicht durch die gestrichelte Linie.
Des Weiteren besitzt auch die Filtratseite 9 zwei Anschlüsse, die an gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses angeordnet sind, nämlich oben und unten. Der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum untenliegende Anschluss ist abgesperrt (Dead End). Dagegen ist der andere, bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum obenliegende Anschluss, mit einer Filtratleitung 6 verbunden, um Filtrat 3 abzuführen.
Im in Figur 1a dargestellten Filterbetrieb wird Rohwasser 2 beim Übergang von der Rohwasserseite 8 zur Filtratseite 9 durch die Membran 10 gefiltert, wobei Feststoffpartikel größer als 9.5 nm zurückgehalten werden, indem sie an der Membran seitens der Rohwasserseite 8 haften bleiben.
Figur 1 b veranschaulicht den Rückspülbetrieb des Ultrafiltrationsmoduls 1 , in dem Rückspülwasser, insbesondere Filtrat 3, von der Filtratseite 9 zur Rohwasserseite 8 gepumpt wird und dort über den oberen Anschluss in die nunmehr geöffnete Retentatleitung 7 als Retentat 4 austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran 10 seitens der Rohwasserseite 8 angesammelte Feststoffpartikel abzulösen. Die Rohwasserleitung 5 ist währenddessen abgesperrt, veranschaulicht durch die gestrichelte Linie.
Figur 2 zeigt einen empirisch ermittelten Verlauf der Trübung des Retentats 4 in der Einheit N.T.U. (Nephelometric Turbidity Unit) über der Zeit in der Retentatleitung 7, in der sich ein Trübungssensor 11 befindet, um die Trübung dort zu messen. Es zeigt sich, dass die Trübung innerhalb von wenigen Sekunden zunächst steil ansteigt bis zu einem Maximalwert von 200 N.T.U. und nach ca. 4 Sekunden wieder abfällt, wobei die Abnahme zunächst zunehmend stärker wird und ab ca. 13 Sekunden in einen exponentiell abnehmenden Verlauf übergeht. In Figur 2 ist eine gestrichelte Linie eingezeichnet, die das Ende einer Verzögerungszeit von ca. 20 s markiert, ab der die sensorische Messung der Trübung in der Retentatleitung 7 startet.
Figur 3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es beginnt mit dem Start des Rückspülbetrieb des Ultrafiltrationsmoduls 1 , Schritt S1 , wobei zunächst eine der Verzögerungszeit entsprechende Wartezeit abgewartet werden kann, Schritt S2, bis die Messung der Trübung beginnt, Schritt S3. Allerdings kann in einer anderen Variante die Trübungsmessung auch von Beginn des Rückspülbetriebs an erfolgen. Die Trübungsmessung wird zyklisch wiederholt, wobei nach jeder Messung geprüft wird, ob die Trübung unter einem Grenzwert s von 0,05 N.T.U. liegt, Schritt S4. Ist dies der Fall, wird der Rückspülbetrieb beendet, Schritt S5, da die Membran 10 ausreichend gereinigt worden ist.
Wie Figur 3 veranschaulicht, kann optional in einem parallelen Verfahrenszweig geprüft werden, ob die bisherige Dauer des Rückspülbetriebs noch immer nicht zu einer Unterschreitung des Grenzwerts s geführt hat. Dies wird in Schritt S8 anhand eines zu Beginn des Rückspülbetriebs auf null gesetzten Timers, Schritt S6, geprüft, dessen Zählerstand „Dauer“ mit einer zeitlichen Maximaldauer Tmax des Rückspülbetriebs von beispielsweise 3 Minuten verglichen wird, wobei die Maximaldauer Tmax hier natürlich einen maximalen Zählerstand darstellt. Ist die Maximaldauer Tmax noch nicht erreicht, wird der Zählerstand „Dauer“ um den Wert eins erhöht, siehe Schritt S7. Anderenfalls erfolgt die Beendigung des Rückspülbetriebs, Schritt S5. Somit wird der Rückspülbetrieb auch dann beendet, wenn die Trübung den Grenzwert s nicht unterschreiten sollte.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“, „geeignet“ oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Steuerung eines Rückspülbetriebs eines Ultrafiltrationsmoduls (1 ) einer Trinkwassergewinnungsanlage mit einer Rohwasserseite (8), einer Filtratseite (9) und einer Ultrafiltrationsmembran (10), die die Rohwasserseite (8) von der Filtratseite (9) zum Filtern von Rohwasser (2) beim Übergang von der Rohwasserseite (8) zur Filtratseite (9) trennt, wobei im Rückspülbetrieb Rückspülwasser, insbesondere Filtrat (3), von der Filtratseite (9) zur Rohwasserseite (8) gepumpt wird und dort als Retentat (4) austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran (10) seitens der Rohwasserseite (8) angesammelte Feststoffpartikel abzulösen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trübung des Retentats (4) kontinuierlich oder in Intervallen sensorisch gemessen und der Rückspülbetrieb beendet wird, wenn die Trübung einen vorgegebenen Grenzwert (s) zwischen 0,02 N.T.U. und 0,1 N.T.U unterschreitet. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trübung innerhalb einer mit dem Ultrafiltrationsmodul (1) verbundenen Retentatleitung (7) gemessen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (s) 0,05 N.T.U. beträgt. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung erst mit Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit durchgeführt wird, insbesondere erst nach wenigstens 20 s. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit bei einem ersten Rückspülbetrieb bestimmt, abspeichert und bei einem zeitlich späteren Rückspülbetrieb verwendet wird, wobei die Verzögerungszeit insbesondere dadurch bestimmt wird, dass mit der ersten Rückspülung ein Timer gestartet und die Zeit gemessen wird, bis ein bestimmter Trübungsreferenzgrenzwert, beispielsweise 50 N.T.U. erreicht ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trübung zyklisch, insbesondere in Intervallen von einer Sekunde erfasst wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückspülbetrieb zeitgesteuert beendet wird, wenn der Grenzwert (s) nach einer bestimmten zeitlichen Maximaldauer (Tmax) des Rückspülbetriebs noch nicht unterschritten wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaldauer (Tmax) zwischen 2 und 5 Minuten, insbesondere 3 Minuten beträgt.
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