DE202008018516U1

DE202008018516U1 - Membranreinigung mit einer gepulsten Luftheberpumpe

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Publication number: DE202008018516U1
Application number: DE202008018516.5U
Authority: DE
Original assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Current assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2015-01-09
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: KR20100012884A; US20130153496A1; JP4833353B2; KR20150038566A; CN101790411A; NZ581008A; CA3058737A1; KR20170092708A; CN106040002B; CN109107392A; US8622222B2; KR20160045152A; US10507431B2; CA2822316A1; KR101625172B1; HU4544U; EP3395433A1; US20140158618A1; EP3078411B1; CA2688455C

Abstract

Membranmodul-Vorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von porösen Membranen (6) und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines gepulsten Fluidstroms, so dass sich der Fluidstrom im Gebrauch an den Oberflächen der Membranen vorbeibewegt, um Ablagerungsmaterialien davon zu entfernen, wobei die Vorrichtung eine Gashebevorrichtung (11) umfasst, die betriebsfähig ist, als Reaktion auf die Zufuhr von Druckgas aus einer mit ihr verbundenen Gasquelle, Druckgas zu speichern und intermittierend freizusetzen und das freigesetzte Gas zu verwenden, um Mengen der Flüssigkeit aus einem Reservoir der Flüssigkeit durch Gas zu heben, um den gepulsten Fluidstrom zu erzeugen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Membranfiltrationssysteme und insbesondere eine Vorrichtung, um die in solchen Systemen verwendeten Membranen mittels eines gepulsten Fluidstroms effektiv zu reinigen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Bedeutung von Membranen zur Behandlung von Abwasser wächst rapide. Es ist wohlbekannt, dass Membranprozesse als eine effektive Tertiärbehandlung von Abwasser verwendet werden können und einen Qualitätsausfluss liefern. Jedoch können die Investitions- und Betriebskosten unerschwinglich sein. Mit dem Erscheinen von Unterwassermembranprozessen, wo die Membranmodule in einem großen Feedtank eingetaucht sind und das Filtrat durch einen Sog, der auf die Filtratseite der Membran angewendet wird, oder durch Schwerkraftzuführung gesammelt wird, versprechen Membranbioreaktoren, die biologische und physikalische Prozesse in einer Stufe kombinieren, kompakter, effizienter und wirtschaftlicher zu sein. Infolge ihrer Vielseitigkeit kann die Größe von Membranbioreaktoren von der Haushalts-(wie Klärgrubensysteme) bis zur Gemeinde- und Großabwasserbehandlung reichen.
Der Erfolg eines Membranfiltrationsprozesses hängt zum großen Teil vom Einsatz eines effektiven und effizienten Membranreinigungsverfahrens ab. Für gewöhnlich verwendete physikalische Reinigungsverfahren umfassen Rückwaschen (Rückpuls, Rückspülen) mittels eines flüssigen Permeats oder eines Gases oder einer Kombination davon, Waschen oder Spülen der Membranoberfläche mittels eines Gases in der Form von Blasen in einer Flüssigkeit. Typischerweise wird in Gasspülsystemen ein Gas, üblicherweise mittels eines Gebläses, in ein Flüssigkeitssystem eingespritzt, wo ein Membranmodul eingetaucht ist, um Gasblasen zu bilden. Die so gebildeten Blasen bewegen sich dann nach oben, um die Membranoberfläche zu waschen, um die Ablagerungssubstanzen zu entfernen, die sich auf der Membranoberfläche gebildet haben. Die erzeugte Scherkraft beruht hauptsächlich auf der anfänglichen Gasblasengeschwindigkeit, der Blasengröße und der Resultierenden der Kräfte, die auf die Blasen ausgeübt werden. Um die Waschwirkung zu erhöhen, muss mehr Gas zugeführt werden. Jedoch verbraucht dieses Verfahren große Mengen von Energie. Überdies kann in einer Umgebung mit einer hohen Konzentration von Feststoffen das Gasverteilungssystem allmählich durch entwässerte Feststoffe verstopft werden oder einfach verstopft werden, wenn der Gasstrom unbeabsichtigt aufhört.
Außerdem wird in einer Umgebung mit einer hohen Konzentration von Feststoffen die Feststoffkonzentrationspolarisation nach der Membranoberfläche während der Filtration erheblich, wo reines Filtrat durch die Membran geht und ein Retentat mit einem höheren Feststoffgehalt hinterlassen wird, was zu einem erhöhten Membranwiderstand führt. Einige dieser Probleme sind durch die Verwendung eines Zweiphasenstroms angegangen worden, um die Membran zu reinigen.
Es wird behauptet, dass Systeme mit einer zyklischen Belüftung, die Gasblasen auf einer zyklischen Grundlage liefern, den Energieverbrauch reduzieren, während sie immer noch ausreichend Gas bereitstellen, um die Membranoberflächen effektiv zu waschen. Um einen solchen zyklischen Betrieb bereitzustellen, benötigen solche Systeme normalerweise komplexe Ventilanordnungen und Steuergeräte, die dazu neigen, die anfänglichen Systemkosten und die laufenden Wartungskosten der benötigten komplexen Ventil- und Schaltanordnungen zu erhöhen. Die Zyklusfrequenz ist ebenfalls durch die mechanische Ventilarbeitsweise in großen Systemen begrenzt. Überdies ist festgestellt worden, dass eine zyklische Belüftung die Membranoberfläche nicht effektiv auffrischt.
Es wäre wünschenswert, eine energieeffiziente Membranmodul-Vorrichtung bereitzustellen. Es wird bevorzugt, einen Zweiphasen-Flüssigkeits-/Gasstrom an den Membranoberflächen vorbei bereitzustellen, um einen effektiveren Spülprozess bereitzustellen, während die Energieanforderungen für einen solchen Reinigungsprozess minimiert werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranmodul-Vorrichtung bereitzustellen, die eine energieeffiziente Reinigung der Membrane ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Reinigung einer Membranoberfläche, die in einem flüssigen Medium eingetaucht ist, mit einem Fluidstrom, das die Schritte des Bereitstellens eines zufällig erzeugten intermittierenden oder gepulsten Fluidstroms entlang der Membranoberfläche umfasst, um Ablagerungsmaterialien davon zu entfernen und die Feststoff-Konzentrationspolarisation zu reduzieren. Der Fluidstrom umfasst einen Gasstrom, vorzugsweise in der Form von Gasblasen. Besonders bevorzugt umfasst der Fluidstrom einen Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom. Der Fluidstrom wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung erzeugt, die mit Druckgases versorgt wird. Besonders bevorzugt ist die Zufuhr des Druckgasstroms im Wesentlichen konstant. Vorzugsweise ist dabei der gepulste Fluidstrom in seiner Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig.
In einer Form der Erfindung wird der gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom in Verbindung mit einem im Wesentlichen konstanten Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom verwendet.
Optional kann eine zusätzliche Quelle von Blasen im flüssigen Medium mittels eines Gebläses oder einer ähnlichen Vorrichtung vorgesehen sein. Das verwendete Gas kann Luft, Sauerstoff, gasförmiges Chlor, Ozon, Stickstoff, Methan oder irgendein anderes Gas umfassen, das für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Luft ist das wirtschaftlichste für den Zweck des Waschens und/oder der Belüftung. Gasförmiges Chlor kann zum Waschen, zur Desinfektion und zur Steigerung der Reinigungseffizienz durch eine chemische Reaktion an der Membranoberfläche verwendet werden. Die Verwendung von Ozon weist neben den ähnlichen Effekten, die für gasförmiges Chlor erwähnt werden, zusätzliche Merkmale auf, wie die Oxidation von Vorläufern von Desinfektionsnebenprodukten und die Umwandlung von nicht biologisch abbaubaren natürlichen organischen Substanzen in biologisch abbaubaren aufgelösten organischen Kohlenstoff. In einigen Anwendungen, zum Beispiel in einer anaeroben biologischen Umgebung oder einer nicht biologischen Umgebung, wo Sauerstoff oder Oxidationsmittel unerwünscht sind, kann Stickstoff verwendet werden, insbesondere, wo der Feedtank geschlossen ist, mit der Fähigkeit, den Stickstoff aufzufangen und wieder zu verwerten.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Membranmodul, das eine Vielzahl von porösen Membranen, oder eine Gruppe von Membranmodulen umfasst, und Mittel zum Bereitstellen eines zufällig erzeugten, gepulsten Fluidstroms bereit, so dass sich im Gebrauch der Fluidstrom an den Oberflächen der Membranen vorbeibewegt, um Ablagerungsmaterialien davon zu entfernen. Vorzugsweise umfasst der Fluidstrom einen Gasstrom, der Blasen erzeugt, die sich an den Oberflächen der Membranen vorbeibewegen. Besonders bevorzugt umfasst der Fluidstrom einen Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom. Vorzugsweise wird der gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom durch eine Vorrichtung erzeugt, die mit einer im Wesentlichen konstanten Gaszufuhr versehen ist. Vorzugsweise ist der gepulste Fluidstrom in seiner Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig.
Wo eine Gruppe von Membranmodulen verwendet wird, sind die Module im Allgemeinen in einer Anordnung, einem Gestell oder einer Kassette zusammengesetzt, die sich in einem Feed enthaltenden Behälter oder Tank befinden. Um ein Gestell oder eine Kassette von Membranmodulen zu reinigen, kann die Vorrichtung zum Bereitstellen des gepulsten Gases oder Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstroms mit einem Verteiler verbunden sein, und die erzeugten gepulsten Gasblasen werden durch den Verteiler in die Module verteilt. Es wird bevorzugt, eine Vorrichtung an einem Modul oder an einer kleinen Anzahl von Modulen anzuordnen. Folglich gibt es typischerweise eine Anzahl von Vorrichtungen, die für ein Gestell oder eine Kassette installiert sind. Gas wird vorzugsweise dem Gestell zugeführt und dann entlang des Gestellverteilers an jede Vorrichtung verteilt. Obwohl das Gas einer einzelnen Vorrichtung in einer kontinuierlichen Weise zugeführt wird, wird der Ausbruch der Gasblasen aus den Vorrichtungen entlang des Gestells zu zufälligen Zeiten erzeugt, was die Membranen im Wesentlichen ständig in einem instabilen Zustand hält. Dieser Effekt reduziert die Feststoff-Konzentrationspolarisation und folglich den Filtrationswiderstand. Wenn man von der Oberseite eines Gestells nach unten schaut, erscheinen Gasblasen zufällig aus unterschiedlichen Modulen innerhalb des Gestells, wobei sie ein zufälliges Verteilungsmuster bilden.
Selbst da, wo die Gaszufuhr zum Gestell kontinuierlich und mit derselben Durchflussmenge stattfindet, fluktuiert der volumetrische Gasstrom zu einem einzelnen Modul im Allgemeinen in einem kleinen Bereich, im Allgemeinen mit weniger als 15%. Dies ist auf die Variation des Gegendrucks innerhalb der gepulsten Gashebevorrichtung zurückzuführen.
Vorzugsweise umfassen die Membranen poröse Hohlfasern, wobei die Fasern an jedem Ende in einem Kopfstück befestigt sind, wobei das untere Kopfstück ein oder mehrere Löcher aufweist, die darin ausgebildet sind, durch die der Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom eingeleitet wird. Die Löcher können kreisförmig, elliptisch oder in der Form eines Schlitzes sein. Die Fasern sind normalerweise an einem Ende abgedichtet (üblicherweise dem unteren Ende) und an ihrem anderen Ende offen, um die Entfernung des Filtrats zu ermöglichen, jedoch können die Fasern in einigen Anordnungen an beiden Enden offen sein, um die Entfernung des Filtrats von einem oder beiden Enden zu ermöglichen. Die abgedichteten Enden der Fasern können in einem Vergusskopf eingegossen sein oder nicht eingegossen sein. Die Fasern sind vorzugsweise in Matten, zylindrischen Anordnungen oder Bündeln angeordnet. Es wird erkannt werden, dass der beschriebene Reinigungsprozess gleichfalls auf andere Formen einer Membran wie flache oder Plattenmembranen anwendbar ist.
Besonders bevorzugt umfassen die Membranen poröse Hohlfasern, wobei die Fasern an jedem Ende in einem Kopfstück befestigt sind, um ein Teilmodul zu bilden. Eine Gruppe von Teilmodulen ist zusammengesetzt, um ein Modul zu bilden. Zwischen den Teilmodulen werden ein oder mehrere Löcher gelassen, um den Durchgang oder die Verteilung von Gas/Flüssigkeit in den Teilmodulen zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Form stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Ablagerungsmaterialien von der Oberfläche einer Vielzahl von porösen Hohlfasermembranen bereit, die in einer Anordnung angebracht sind und sich longitudinal erstrecken, um ein Membranmodul zu bilden, wobei die Membranen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind und so angebracht sind, dass eine übermäßige Bewegung dazwischen verhindert wird, wobei das Verfahren die Schritte des Bereitstellens eines im Allgemeinen zufälligen, gleichmäßig verteilt gepulsten Gasblasenstroms an den Oberflächen der Membranen vorbei umfasst, wobei die Verteilung so gestaltet ist, dass die Blasen im Wesentlichen gleichmäßig zwischen jeder Membran in der Anordnung strömen, um die Oberfläche der Membranen zu spülen und angesammelte Feststoffe aus dem Membranmodul zu entfernen.
Vorzugsweise umfasst der Gasblasenstrom ferner einen Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom. Vorzugsweise wird der gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom durch eine Vorrichtung erzeugt, die mit einer im Wesentlichen konstanten Gaszufuhr versehen ist. Vorzugsweise ist der gepulste Gasstrom in seiner Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Membranmodul bereit, das eine Vielzahl von porösen Hohlfasermembranen umfasst, wobei die Fasermembranen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind und so angebracht sind, dass eine übermäßige Bewegung dazwischen verhindert wird, wobei die Fasermembranen an jedem Ende in einem Kopfstück befestigt sind, wobei ein Kopfstück eine oder mehrere darin ausgebildete Öffnungen aufweist, durch die ein im Allgemeinen zufälliger gepulster Fluidstrom zur Reinigung der Oberflächen der Hohlfasermembranen eingeleitet wird.
Vorzugsweise umfasst der Fluidstrom einen Gasstrom. Besonders bevorzugt liegt der Gasstrom in der Form von Gasblasen vor. Vorzugsweise umfasst der Gasstrom einen Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom. Vorzugsweise wird der gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom durch eine Vorrichtung erzeugt, die mit einer im Wesentlichen konstanten Gaszufuhr versehen ist. Vorzugsweise ist der gepulste Fluidstrom in seiner Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Gashebevorrichtung, die als Reaktion auf die im Wesentlichen konstante Zufuhr von Druckgas aus einer Gasquelle, die damit verbunden ist, betriebsfähig ist, Druckgas zu speichern und zufällig freizusetzen und das freigesetzte Druckgas zu verwenden, um Mengen der Flüssigkeit aus einem Reservoir der Flüssigkeit durch Gas zu heben, um den gepulsten Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom zu erzeugen.
Vorzugsweise umfasst die Gashebevorrichtung eine umgedrehte Gasspeicherkammer zum Speichern des Gases, das durch die Gasquelle bereitgestellt wird, die ein geschlossenes oberes Ende und ein offenes unteres Ende aufweist, die im Reservoir der Flüssigkeit angeordnet ist, und ein vertikales Steigrohr, das einen Einlassanschluss in Fluidverbindung mit dem Reservoir der Flüssigkeit und einen Auslassanschluss in Fluidverbindung mit dem Membranmodul aufweist, wobei das Steigrohr eine Öffnung in Fluidverbindung mit der Gasspeicherkammer aufweist, die zum Aufnehmen des gespeicherten Gases aus der Kammer, wenn der Füllstand des Gases in der Kammer einen vorgegebenen Füllstand erreicht, und zum Gasheben der Flüssigkeit durch das Steigrohr zum Ausstoß in das Modul angeordnet ist. Vorzugsweise ist das vertikale Steigrohr in der Gasspeicherkammer angeordnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Zufuhr des Gases durch einen externen Tank bereitgestellt werden, der Druckgas enthält, wobei der Tank in Fluidverbindung mit dem Membranmodul steht und Steuermittel zum Bereitstellen von zufällig erzeugten Gasimpulsen für das Modul aufweist, um den Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom zur Reinigung der Membranoberflächen zu bilden. In einer Ausführungsform können die Steuermittel eine Vorrichtung umfassen, die in einem Gas-/Flüssigkeitseinlass in dem Membranmodul angeordnet ist und in Abhängigkeit vom Füllstand der Flüssigkeit im Einlass betriebsfähig ist, Gas aus dem externen Tank bereitzustellen. Zum Beispiel könnte eine Schwimmervorrichtung verwendet werden, um das Steuermittel abhängig vom Flüssigkeitsfüllstand zu aktivieren.
Vorzugsweise können die Fasern geschützt sein, und die Faserbewegung wird durch ein Modulhaltesieb begrenzt, das sowohl vertikale als auch horizontale Elemente aufweist, die geeignet beabstandet sind, um einen unbehinderten Fluid- und Gasstrom durch die Fasern bereitzustellen und die Amplitude der Faserbewegung einzuschränken, was die Energiekonzentration an den eingegossenen Enden der Fasern reduziert.
Vorzugsweise kann das Modul in eine im Wesentlichen massive oder flüssigkeits-/gasundurchlässige Röhre eingekapselt sein und mit der gepulsten Gashebevorrichtung verbunden sein, um den Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom innerhalb des Moduls zu halten.
Vorzugsweise umfassen die Öffnungen einen Schlitz, Schlitze oder eine Reihe von Löchern. Vorzugsweise befinden sich die Faserbündel im Vergusskopf zwischen den Schlitzen oder Reihen von Löchern.
Die verwendete Flüssigkeit kann der Feed zum Membranmodul sein.
Vorzugsweise variiert die Impulsfrequenz der zufällig erzeugten Impulse in einem Bereich von im Allgemeinen 0,1 bis 200 Sekunden. Es wird erkannt werden, dass die Impulsfrequenz mit der Struktur der Vorrichtung zusammenhängt, und bei einer bestimmten Struktur die Impulsfrequenz vorzugsweise in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 300% variiert.
Vorzugsweise kann die gepulste Gashebevorrichtung optional in Fluidverbindung mit einem Fluidverteiler verbunden sein, um die gepulsten Gasblasen im Wesentlichen gleichmäßig im Filtrationsmodul oder in den Modulen zu verteilen.
Vorzugsweise weisen die Fasern im Modul eine Packungsdichte (wie oben definiert) von zwischen etwa 5 und etwa 80% und, besonders bevorzugt, zwischen etwa 8 und etwa 55% auf.
Vorzugsweise weisen die Löcher einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 bis 40 mm und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 25 mm auf. Im Fall eines Schlitzes oder einer Reihe von Löchern wird die offene Fläche so gewählt, dass sie zu jener der obigen Löcher äquivalent ist.
Typischerweise reicht der Faserinnendurchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 5 mm und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,25 mm bis etwa 2 mm. Die Faserwanddicke hängt von den verwendeten Materialien und der als Funktion der Filtrationseffizienz erforderlichen Festigkeit hab. Typischerweise liegt die Wanddicke zwischen 0,05 und 2 mm und häufiger zwischen 0,1 mm und 1 mm.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Membranbioreaktor bereit, der einen Tank umfasst, der Mittel zur Einleitung des Feeds darin, Mittel zum Bilden von Belebtschlamm innerhalb des Tanks und ein Membranmodul gemäß dem dritten Aspekt aufweist, das innerhalb des Tanks so angeordnet ist, dass es in den Schlamm eingetaucht ist, wobei das Membranmodul mit Mitteln zum Abziehen des Filtrats von mindestens einem Ende der Membranen versehen ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Membranbioreaktors des im obigen Aspekt beschriebenen Typs bereit, das umfasst: Einleiten des Feeds in den Tank, Anwenden eines Vakuums auf die Fasern, um das Filtrat davon abzuziehen, während der gepulste Gasstrom durch Belüftungsöffnungen innerhalb des Moduls bereitgestellt wird, so dass sich im Gebrauch der Gasstrom an den Oberflächen der Membranfasern vorbeibewegt, um von Ablagerungsmaterialien davon zu entfernen.
Falls erforderlich kann eine weitere Belüftungsquelle innerhalb des Tanks vorgesehen sein, um die Aktivität von Mikroorganismen zu unterstützen. Vorzugsweise ist das Membranmodul innerhalb des Tanks vertikal aufgehängt und die weitere Belüftungsquelle kann unter dem aufgehängten Modul vorgesehen sein. Vorzugsweise umfasst die weitere Belüftungsquelle eine Gruppe von luftdurchlässigen Röhren. Das Membranmodul kann abhängig vom Fluss und dem Feedzustand mit oder ohne Rückwaschen betrieben werden. Es hat sich gezeigt, dass ein hoher Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken (5000 bis 20000 ppm) im Bioreaktor die Verweildauer erheblich reduziert und die Filtratqualität verbessert. Es hat sich gezeigt, dass die kombinierte Verwendung der Belüftung sowohl zur Zersetzung von organischen Substanzen als auch zur Membranreinigung einen konstanten Filtratstrom ohne eine merkliche Erhöhung des Transmembrandrucks ermöglicht, während eine hohe Konzentration des Trockensubstanzgehalts im Belebungsbecken hergestellt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Wasserbehandlungssystem bereit, das umfasst: einen Tank; eine Flüssigkeitskammer, die fluidmäßig mit dem Tank verbunden ist; eine Gaskammer, die fluidmäßig mit der Flüssigkeitskammer verbunden ist; und ein Membranmodul, das fluidmäßig mit der Gaskammer verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst das Wasserbehandlungssystem ein Gastransfersystem, das eine Ansaugseite, die mit der Flüssigkeitskammer verbunden ist, und eine Ausstoßseite aufweist, die mit der Gaskammer verbunden ist. Vorzugsweise ist eine Gasquelle fluidmäßig mit der Flüssigkeitskammer verbunden. Vorzugsweise umfasst das System einen Membranmodulbehälter, der das Membranmodul enthält, und der Membranmodulbehälter ist hydraulisch mit dem Tank verbunden.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Wasserbehandlungssystem bereit, das umfasst: ein Flüssigkeitsreservoir, das fluidmäßig mit einer Wasserquelle verbunden ist; eine Gas-/Flüssigkeitskammer, die eine erste Abteilung und eine zweite Abteilung einschließt, wobei die erste Abteilung fluidmäßig mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist; und einen Membrantrennbehälter, der hydraulisch mit der zweiten Abteilung verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst das System eine Kammer, die hydraulisch vom Membranmodul isoliert ist, und eine Gasquelle, die mit der Kammer verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Membranmodul in einen feststoffhaltigen flüssigen Feed eingetaucht, der in einem Membrantank enthalten ist, wobei der Membrantank hydraulisch mit der Belüftungszone verbunden ist, die fluidmäßig mit der Kammer verbunden ist.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Spülen eines Membranmoduls bereit, das umfasst: Bereitstellen einer Kammer, die eine erste Abteilung und eine zweite Abteilung aufweist; Herstellen einer hydraulischen Dichtung zwischen der ersten Abteilung und dem Membranmodul; mindestens teilweises Füllen der ersten Abteilung mit einem flüssigen Feed und Einleiten eines Gases in die Kammer.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Durchbrechen der hydraulischen Dichtung, wobei das Durchbrechen der hydraulischen Dichtung mindestens einen Anteil des Gases, das in der Kammer enthalten ist, in das Membranmodul freisetzt, und dann Wiederherstellen der hydraulischen Dichtung zwischen der ersten Abteilung und dem Membranmodul.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Wiederdurchbrechen und das Wiederherstellen der hydraulischen Dichtung, um eine gepulste Freisetzung mindestens eines Anteils des Gases zu erzeugen, das in der Kammer enthalten ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Einleiten eines flüssigen Feeds in die zweite Abteilung. In einer Form des Verfahrens wird die Einleitung des Gases in die Kammer kontinuierlich durchgeführt.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Filtrationsmembranen bereit, die sich in einem Behälter befinden, der eine Flüssigkeit enthält, durch Bereitstellen von im Allgemeinen zufälligen Impulsen eines Fluids in der Flüssigkeit an einer Anzahl von Stellen innerhalb des Behälters. Vorzugsweise sind die Impulse des Fluids in ihrer Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig. Vorzugsweise umfasst das Fluid Gas. Besonders bevorzugt liegt das Gas in der Form von Gasblasen vor. Vorzugsweise umfasst das Fluid eine Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsmischung. Vorzugsweise wird die gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsmischung durch eine Vorrichtung erzeugt, die mit einer im Wesentlichen konstanten Gaszufuhr versehen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt eines Membranmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 das Modul der 1 während der Impulsaktivierungsphase;
3 das Modul der 1 anschließend an die Beendigung der gepulsten Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstromphase;
4 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt eines Membranmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt eines Wasserbehandlungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt einer Anordnung von Membranmodulen des Typs, der in der Ausführungsform der 1 dargestellt wird;
7A und 7B vereinfachte schematische Aufrissansichten im Querschnitt eines Membranmoduls, die die Betriebsflüssigkeitsstände in der gepulsten Gashebevorrichtung darstellen;
8 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt eines Membranmoduls des Typs, der in der Ausführungsform der 1 gezeigt wird, die die Schlammansammlung in dem gepulsten Gasheber darstellt;
9 eine vereinfachte schematische Aufrissansicht im Querschnitt eines Membranmoduls, die eine Ausführungsform des Schlammentfernungsprozesses darstellt;
10 eine graphische Darstellung des gepulsten Flüssigkeitsstrommusters und der zugeführten Luftdurchflussmenge mit der Zeit; und
11 eine graphische Darstellung der Membranpermeabilität mit der Zeit, die die Reinigungseffizienz mittels einer Gashebevorrichtung und einer gepulsten Gashebevorrichtung gemäß der Erfindung vergleicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigen die 1 bis 3 eine Membranmodulanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Membranmodul 5 umfasst eine Vielzahl von durchlässigen Hohlfasermembranbündeln 6, die in einem unteren Vergusskopf 7 angebracht sind und sich von ihm erstrecken. In dieser Ausführungsform sind die Bündel unterteilt, um Abstände 8 zwischen den Bündeln 6 bereitzustellen. Es wird erkannt werden, dass jede wünschenswerte Anordnung von Membranen im Modul 5 verwendet werden kann. Es ist eine Anzahl von Öffnungen 9 im unteren Vergusskopf 7 vorgesehen, um einen Strom von Fluiden dort hindurch aus der Verteilungskammer 10 zu ermöglichen, die unter dem unteren Vergusskopf 7 angeordnet ist.
Es ist eine gepulste Gashebevorrichtung 11 unter der Verteilungskammer 10 und in Fluidverbindung damit vorgesehen. Die gepulste Gashebevorrichtung 11 umfasst eine umgedrehte Gassammelkammer 12, die an ihrem unteren Ende 13 offen ist und einen Gaseinlassanschluss 14 benachbart zu ihrem oberen Ende aufweist. Es erstreckt sich ein zentrales Steigrohr 15 durch die Gassammelkammer 12 und ist fluidmäßig mit der Basis der Verteilungskammer 10 verbunden und an seinem unteren Ende 16 offen. Das Steigrohr 15 ist auf halbem Weg entlang seiner Länge mit einer Öffnung oder Öffnungen 17 versehen. Es erstreckt sich an einer Stelle unter den Öffnungen 17 ein röhrenförmiger Trog 18 um das und aufwärts vom Steigrohr 15.
Im Gebrauch ist das Modul 5 in einen flüssigen Feed 19 eingetaucht, und es wird eine Druckgasquelle im Wesentlichen kontinuierlich auf den Gaseinlassanschluss 14 angewendet. Das Gas verdrängt allmählich die Feedflüssigkeit 19 innerhalb der umgedrehten Gassammelkammer 12 bis es das Niveau der Öffnung 17 erreicht. An diesem Punkt, wie in 2 gezeigt, durchbricht das Gas die Flüssigkeitsdichtung um die Öffnung 17 und wallt durch die Öffnung 17 und nach oben durch das zentrale Steigrohr 15, wobei es einen Impuls von Gasblasen und der Feedflüssigkeit erzeugt, der durch die Verteilungskammer 10 und in die Basis des Membranmoduls 5 strömt. Der schnelle Anstieg des Gases saugt außerdem Flüssigkeit durch die Basisöffnung 16 des Steigrohrs 15, was zu einem Hochgeschwindigkeits-Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom führt. Der Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsimpuls strömt dann durch die Öffnungen 9, um die Oberflächen der Membranen 6 zu spülen. Der Trog 18 verhindert eine unmittelbare Wiederabdichtung der Öffnung 17 und ermöglicht für eine kurze Zeitspanne nach dem Anfangsimpuls einen andauernden Strom der Gas-/Flüssigkeitsmischung.
Der anfängliche Anstieg des Gases stellt zwei Phasen des Flüssigkeitstransfers bereit, Ausstoßen und Ansaugen. Die Ausstoßphase tritt auf, wenn der Blasenschlag anfänglich in das Steigrohr 15 freigesetzt wird, wobei eine starke Auftriebskraft erzeugt wird, die Gas und die Flüssigkeit schnell durch das Steigrohr 15 und anschließend durch das Membranmodul 5 ausstößt, um eine effektive Reinigungswirkung an den Membranoberflächen zu erzeugen. Der Ausstoßphase folgt eine Ansaug- oder Hebephase, wo der schnelle Gasstrom aus dem Steigrohr 15 eine vorübergehende Reduzierung des Drucks infolge einer Dichtedifferenz erzeugt, die dazu führt, dass Flüssigkeit durch den unteren Teil 16 des Steigrohrs 15 angesaugt wird. Folglich folgt dem anfänglichen schnellen Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom ein reduzierter Flüssigkeitsstrom, der ebenfalls weiteres Gas durch Öffnung 17 einsaugen kann.
Die Gassammelkammer 12 füllt sich dann wieder mit Feedflüssigkeit, wie in 3 gezeigt, und der Prozess beginnt erneut, was zu einem weiteren Pulsieren der Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsreinigung der Membranen 6 im Modul 5 führt. Infolge der verhältnismäßig unkontrollierten Natur des Prozesses sind die Impulse im Allgemeinen in ihrer Frequenz und Dauer zufällig.
4 zeigt eine weitere Modifikation der Ausführungsform der 1 bis 3. In dieser Ausführungsform ist eine Hybridanordnung vorgesehen, wo zusätzlich zum gepulsten Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom dem oberen oder unteren Abschnitt des Steigrohrs 15 am Anschluss 20 eine stationäre Zufuhr von Gas zugeführt wird, um einen konstanten Gas-/Flüssigkeitsstrom durch das Modul 5 zu erzeugen, der durch den intermittierenden gepulsten Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom ergänzt wird.
5 zeigt eine Anordnung von Modulen 35 und Pumpenvorrichtungen 11 des Typs, der in Bezug auf die Ausführungsform der 1 bis 3 beschrieben wird. Die Module 5 sind in einem Feedtank 36 angeordnet. Im Betrieb treten die Impulse der Gasblasen, die durch jede Pumpenvorrichtung 11 erzeugt werden, für jedes Modul 5 zufällig auf, was zu einer zufälligen Gesamtverteilung der gepulsten Gasblasenerzeugung innerhalb des Feedtanks 36 führt. Dies erzeugt eine konstante, jedoch zufällige oder chaotisch variierende Bewegung des flüssigen Feeds im Feedtank 36.
6 zeigt eine Anordnung zur Verwendung der Erfindung in einem Wasserbehandlungssystem mittels eines Membranbioreaktors. In dieser Ausführungsform ist der gepulste Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom zwischen einem Bioreaktortank 21 und einem Membrantank 22 vorgesehen. Die Tanks sind durch eine umgedrehte Gassammelkammer 23 gekoppelt, die eine sich vertikal erstreckende Wand 24, die im Bioreaktortank 21 angeordnet ist, und eine zweite sich vertikal erstreckende Wand 25 aufweist, die im Membrantank 22 angeordnet ist. Die Wand 24 erstreckt sich zu einer größeren Tiefe innerhalb des Bioreaktortanks 21 als es die Wand 25 innerhalb des Membrantanks 22 tut. Die Gassammelkammer 23 ist durch eine Verbindungswand 26 zwischen dem Bioreaktortank 21 und dem Membrantank 22 unterteilt, so dass zwei Abteilungen 27 und 28 definiert werden. Gas, typischerweise Luft, wird durch einen Anschluss 29 an die Gassammelkammer 23 geliefert. Es ist ein Membranfiltrationsmodul oder eine Vorrichtung 30 innerhalb des Membrantanks 22 über dem unteren Endpunkt der vertikalen Wand 25 angeordnet.
Im Gebrauch wird Gas unter Druck durch den Anschluss 29 an die Gassammelkammer 23 geliefert, was dazu führt, dass der Füllstand des Wassers in der Kammer 23 gesenkt wird, bis er das untere Ende 31 der Wand 25 erreicht. In diesem Stadium tritt das Gas schnell an der Wand 25 vorbei aus der Abteilung 27 aus und steigt durch den Membrantank 22 als Gasblasen auf, wobei ein Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom durch das Membranmodul 30 erzeugt wird. Der Anstieg des Gases erzeugt außerdem eine schnelle Reduzierung des Gases in der Abteilung 28 der Gassammelkammer 23, was dazu führt, dass weiteres Wasser aus dem Bioreaktortank 21 und in den Membrantank 22 abgesaugt wird. Der Gasstrom durch den Anschluss 29 kann durch ein (nicht gezeigtes) Ventil gesteuert werden, das mit einer (nicht gezeigten) Gasquelle verbunden ist. Das Ventil kann durch eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung betätigt werden.
Es wird erkannt werden, dass die einen gepulsten Strom erzeugende Reinigungsvorrichtung, die in den obigen Ausführungsformen beschrieben wird, mit einer Vielfalt von bekannten Membrangestaltungen verwendet werden kann und nicht auf die gezeigten besonderen Anordnungen begrenzt ist. Die Vorrichtung kann direkt mit einem Membranmodul oder einer Anordnung von Modulen verbunden sein. Es wird der Vorrichtung kontinuierlich ein Gas, typischerweise Luft, zugeführt, und es wird ein gepulster Zweiphasen-Gas-/Flüssigkeitsstrom zur Membranreinigung und Oberflächenauffrischung erzeugt. Der gepulste Strom wird durch die Vorrichtung mittels einer kontinuierlichen Zufuhr von Gas erzeugt, jedoch wird erkannt werden, dass dort wo eine nicht kontinuierliche Zufuhr von Gas verwendet wird, ebenfalls ein gepulster Strom erzeugt werden kann, jedoch mit einem anderen Muster des Pulsierens.
In einigen Anwendungen ist festgestellt worden, dass der Flüssigkeitsfüllstand innerhalb einer gepulsten Gashebevorrichtung 11 zwischen dem Stand A und B fluktuiert, wie in den 7A und 7B gezeigt. Nahe dem oberen Ende innerhalb der Gashebevorrichtung 11 wird typischerweise ein Raum 37 gelassen, den die flüssige Phase infolge einer Gaseinschlussbildung nicht erreichen kann. Wenn eine solche Pumpenvorrichtung 11 in einer Umgebung mit hohem Feststoffgehalt betrieben wird, wie in Membranbioreaktoren, kann sich allmählich Schaum und/oder entwässerter Schlamm 39 im Raum 37 am oberen Ende der Pumpenvorrichtung 11 ansammeln und dies kann schließlich zu einer Blockierung des Gasstromkanals 40 führen, was zu einem reduzierten Pulsieren oder überhaupt keiner Impulswirkung führt. 8 stellt ein solches Szenario dar.
Es sind mehrere Verfahren herausgefunden worden, um diesen Effekt zu überwinden. Ein Verfahren ist es, den Gaseinspritzpunkt 38 an einer Stelle unter dem oberen Flüssigkeitsfüllstand anzuordnen, der während des Betriebs erreicht wird, Füllstand A in den 7A und 7B. Wenn der Flüssigkeitsfüllstand den Gaseinspritzpunkt 38 und darüber erreicht, erzeugt das Gas einen Flüssigkeitssprühnebel 41, der eine mögliche Schaum- oder Schlammansammlung nahe dem oberen Ende der Pumpenvorrichtung 11 aufbricht. 9 zeigt schematisch eine solche Aktion. Die Intensität des Sprühnebels 41 hängt mit der Gaseinspritzstelle 38 und der Geschwindigkeit des Gases zusammen. Dieses Verfahren kann eine Langzeitansammlung von Schlamm innerhalb der Pumpenvorrichtung 11 verhindern.
Ein anderes Verfahren ist es, periodisch Gas innerhalb der Pumpenvorrichtung 11 zu entlüften, um den Flüssigkeitsfüllstand den Raum 37 des oberen Endes innerhalb der Pumpenvorrichtung 11 während des Betriebs erreichen zu lassen. In diesem Fall muss die Einspritzung des Gases an oder nahe dem höchsten Punkt innerhalb der Pumpenvorrichtung 11 stattfinden, so dass der gesamte oder nahezu der gesamte Gaseinschluss 37 entlüftet werden kann. Der in 7 gezeigte Gasanschlusspunkt 38 ist ein Beispiel. Abhängig von der Schlammqualität kann das Entlüften periodisch mit einer veränderlichen Frequenz durchgeführt werden, um die Schaffung irgendeiner dauerhaft trockenen Umgebung innerhalb der Pumpenvorrichtung zu verhindern.
Es wurde außerdem beim Betrieb der Pumpenvorrichtung 11 bemerkt, dass der Flüssigkeitsfüllstand A in 7 gemäß der Gasdurchflussmenge variieren kann. Je höher die Gasdurchflussmenge ist, je geringer ist die Gaseinschlussbildung innerhalb der Pumpenvorrichtung 11. Folglich ist es ein weiteres Verfahren, das verwendet werden kann, periodisch einen sehr viel stärkeren Luftstrom in die Pumpenvorrichtung 11 während des Betriebs einzuspritzen, um den entwässerten Schlamm aufzubrechen. Abhängig vom Design der Vorrichtung beträgt die Gasdurchflussmenge, die für diesen Vorgang benötigt wird, normalerweise etwa 30% oder mehr als die normale Betriebsgasdurchflussmenge. Dies ist bei einigen Anlagenbetrieben durch Abzweigen von Gas aus anderen Membrantanks in einen ausgewählten Tank möglich, um vorübergehend einen kurzen, sehr viel stärkeren Gasstrom zu erzeugen, um den entwässerten Schlamm aufzubrechen. Alternativ kann periodisch ein (nicht gezeigtes) Hilfsgebläse verwendet werden, um einen stärkeren Gasstrom für eine kurze Dauer zu liefern.
Die oben beschriebenen Verfahren können einzeln oder in einer kombinierten Weise angewendet werden, um einen stabilen Langzeitbetrieb zu erhalten und um jede Schaum-/Schlammansammlung innerhalb der Pumpenvorrichtung 11 zu beseitigen.
Beispiele
Ein typisches Membranmodul besteht aus Hohlfasermembranen, weist eine Gesamtlänge von 1,6 m und einen Membranoberflächenbereich von 38 m² auf. Es wurde eine einen gepulsten Strom erzeugende Vorrichtung mit dem typischen Membranmodul verbunden. Es wurde ein Schaufelrad-Durchflussmessgerät am unteren Ende des Steigrohrs angeordnet, um die Durchflussmenge der gepulsten Flüssigkeit zu überwachen, die durch Gas angehoben wird. 10 zeigt einen Schnappschuss der Durchflussmenge der gepulsten Flüssigkeit bei einer konstanten Zufuhr des Gasstroms von 7,8 Nm³/h. Der Schnappschuss zeigt, dass der Flüssigkeitsstrom, der in das Modul eintritt, ein zufälliges oder chaotisches Muster zwischen den Maxima und Minima aufweist. Die Frequenz von niedrigen zu hohen Flüssigkeitsdurchflussmengen lag im Bereich von etwa 1 bis 4,5 Sekunden. Die tatsächliche Gasdurchflussmenge, die in das Modul freigesetzt wurde, wurde nicht gemessen, da sie mit Flüssigkeit gemischt war, jedoch wurde erwartet, dass das Strömungsmuster ähnlich zur Flüssigkeitsströmung war – wobei es in einer chaotischen Beschaffenheit zwischen Maxima und Minima schwankt.
Es wurde ein Vergleich der Membranreinigungswirkung durch gepulste und normale Gashebevorrichtungen in einem Membranbioreaktor durchgeführt. Der Membranfiltrationszyklus betrug 12 Minuten Filtration, gefolgt von 1 Minute Relaxation. Bei jeder der Luftdurchflussmengen wurden zwei wiederholte Zyklen geprüft. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Prüfungsgruppen war die mit dem Modul verbundene Vorrichtung – eine normale Gashebevorrichtung gegenüber einer gepulsten Gashebevorrichtung. Die Membranreinigungseffizienz wurde gemäß der Permeabilitätsabnahme während der Filtration bewertet. 11 zeigt die Permeabilitätsprofile mit den beiden unterschiedlichen Gashebevorrichtungen bei unterschiedlichen Luftdurchflussmengen. Es wird aus diesen graphischen Darstellungen deutlich, dass die Membranablagerungsrate beim gepulsten Gasheber kleiner ist, da sie eine stabilere Permeabilität mit der Zeit als der normale Gasheber bereitstellt.
Es wurde ein weiterer Vergleich zwischen der Leistung einer typischen Anordnung mit zyklischer Belüftung und der gepulsten Gashebebelüftung der vorliegenden Erfindung durchgeführt. Die Luftdurchflussmenge betrug 3 m³/h für die gepulste Luftanhebung, und 6 m³/h für die zyklische Belüftung. Es wurden zyklische Belüftungsperioden von 10 s an/10 s aus und 3 s an/3 s aus geprüft. Die zyklische Belüftung von 10 s an/10 s aus wurde gewählt, um den tatsächlichen Betrieb einer Großanlange nachzuahmen, wobei das schnellste Öffnen und Schließen der Ventile 10 s beträgt. Die zyklische Belüftung von 3 s an/3 s aus wurde gewählt, um eine Frequenz im Bereich des Betriebs der gepulsten Gashebevorrichtung nachzuahmen. Die Leistung wurde bei einem normierten Fluss von annähernd 30 l/m²/h geprüft, und umfasste lange Filtrationszyklen von 30 Minuten.

Die Tabelle 1 unten fasst die Prüfergebnisse sowohl vom Betrieb mit gepulstem Gasheber als auch vom Betrieb mit einer zyklischen Belüftung mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zusammen. Der Permeabilitätsabfall während kurzer Filtrations- und langer Filtrationszyklen beim Betrieb mit einem gepulsten Lufthebebetrieb war im Vergleich zum Betrieb mit zyklischer Belüftung sehr viel weniger merklich. Obwohl eine zyklische Belüftung mit hoher Frequenz die Membranleistung leicht verbessert, hielt der Betrieb mit gepulster Luftanhebung eine sehr viel stabilere Membranpermeabilität aufrecht, was einen effektiveren Reinigungsprozess mit der Anordnung mit gepulster Lufthebeeinrichtung bestätigte. Tabelle 1 Wirkung der Luftspülungsbetriebsart auf die Membranleistung

Betriebsart	Gepulste Luftanhebung	10 s an/10 s aus zyklische Belüftung	3 s an/3 s aus zyklische Belüftung
Membranpermeabilitätsabfall während 12 Minuten Filtration	1,4–2,2 l/m²/h/bar	3,3–6 l/m²/h/bar	3,6 l/m²/h/bar
Membranpermeabilitätsabfall während 30 Minuten Filtration	2,5–4,8 l/m²/h/bar	10–12 l/m²/h/bar	7,6 l/m²/h/bar

Die obigen Beispiele demonstrieren ein wirksames Membran-Reinigungsverfahren mit einer einen gepulsten Strom erzeugenden Vorrichtung. Mit einer kontinuierlichen Gaszufuhr zur einen gepulsten Strom erzeugenden Vorrichtung wird ein zufälliges oder chaotisches Strommuster erzeugt, um die Membranen effektiv zu reinigen. Jedes Zyklusmuster des Stroms unterscheidet sich vom anderen in seiner Dauer/Frequenz, der Stärke von starken und schwachen Strömen und dem Stromänderungsprofil. Innerhalb jedes Zyklus variiert der Strom kontinuierlich von einem Wert zum anderen in einer chaotischen Weise.
Es wird erkannt werden, dass obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen einen gepulsten Gas-/Flüssigkeitsstrom verwenden, die Erfindung effektiv ist, wenn andere zufällig gepulste Fluidströme verwendet werden, die Gas, Gasblasen und Flüssigkeit umfassen.

Claims

Membranmodul-Vorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von porösen Membranen (6) und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines gepulsten Fluidstroms, so dass sich der Fluidstrom im Gebrauch an den Oberflächen der Membranen vorbeibewegt, um Ablagerungsmaterialien davon zu entfernen, wobei die Vorrichtung eine Gashebevorrichtung (11) umfasst, die betriebsfähig ist, als Reaktion auf die Zufuhr von Druckgas aus einer mit ihr verbundenen Gasquelle, Druckgas zu speichern und intermittierend freizusetzen und das freigesetzte Gas zu verwenden, um Mengen der Flüssigkeit aus einem Reservoir der Flüssigkeit durch Gas zu heben, um den gepulsten Fluidstrom zu erzeugen.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gepulste Fluidstrom einen gepulsten Gasstrom oder einen Zweiphasen-Gas/Flüssigkeitsstrom umfasst.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gepulste Gasstrom oder der gepulste Zweiphasen-Gas/Flüssigkeitsstrom Gasblasen umfasst.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gashebevorrichtung einen Gaseinlassanschluss (14) aufweist, wobei Druckgas im wesentlichen kontinuierlich dem Gaseinlassanschluss (14) zugeführt wird.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lufthebevorrichtung eine umgedrehte Gasspeicherkammer (12) zum Speichern des Gases umfasst, das durch die Gasquelle bereitgestellt wird, die ein geschlossenes oberes Ende und ein offenes unteres Ende aufweist, das im Reservoir der Flüssigkeit angeordnet ist.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiter ein vertikales Steigrohr (15) umfasst, das in der Gasspeicherkammer angeordnet ist, wobei das Steigrohr (15) eine Öffnung (17) in Fluidverbindung mit der Gasspeicherkammer und einen Auslass in Fluidverbindung mit den Membranen aufweist.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei, wenn der Füllstand des Gases in der Kammer (12) einen vorgegebenen Füllstand erreicht, Gas durch das Steigrohr (15) zu den Membranen abgegeben wird.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steigrohr (15) die Form einer Röhre bzw. Kanals hat.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, welche weiter einen Trog (18) umfasst, welcher eine unmittelbare Wiederabdichtung der Öffnung (17) verhindert, und welcher für eine kurze Zeitspanne nach dem Anfangsimpuls einen andauernden Fluidstrom ermöglicht.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Gashebevorrichtung derart konstruiert ist, dass sie die folgenden Betriebsphasen umfasst: eine Ausstoßphase, wenn der Blasenschlag anfänglich in das Steigrohr (15) freigesetzt wird, wobei eine starke Auftriebskraft erzeugt wird, die Gas und die Flüssigkeit durch das Steigrohr (15) und anschließend zu den Membranen (6) ausstößt, um eine effektive Reinigungswirkung an den Membranoberflächen zu erzeugen, eine Ansaug- oder Siphonphase, wo der Gasstrom aus dem Steigrohr (15) eine vorübergehende Reduzierung des Drucks infolge einer Dichtedifferenz erzeugt, die dazu führt, dass weiteres Gas durch die Öffnung (17), die in Fluidverbindung mit der Gasspeicherkammer steht, eingesaugt werden kann, und eine Auffüllungsphase, wobei die Gasspeicherkammer (12) dann mit Gas wiederbefüllt wird.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zufuhr von Gas durch eine Druckgas-Quelle oder einem externen Tank mit Druckgas bereitgestellt wird, wobei die Quelle oder der Tank in Fluidverbindung mit der Membranmodul-Vorrichtung steht und eine Steuereinrichtung zum Bereitstellen von Gasimpulsen aufweist, um Gasblasen zum Reinigen der Membranoberflächen auszubilden.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuermittel eine Fluidstromsteuervorrichtung umfassen, die in einem Gas-/Flüssigkeitseinlass in das Membranmodul angeordnet ist und in Abhängigkeit vom Füllstand der Flüssigkeit im Einlass betriebsfähig ist, Gas aus dem externen Tank bereitzustellen.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiter einen Verteiler umfasst, um die gepulsten Gasblasen einheitlich an die Membrane abzugeben.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gepulste Fluidstrom in seiner Stärke und/oder Frequenz und/oder Dauer zufällig ist.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulsfrequenz des gepulsten Fluidstroms im Wesentlichen im Bereich von 0,1 bis 200 Sekunden variiert.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulsfrequenz im Wesentlichen im Bereich von ungefähr 10% bis 300% variiert.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Membrane Hohlfasermembrane sind.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die invertierte Gasspeicherkammer (12) einen Gaseinspeisebereich (38) aufweist, der in Verbindung mit der Gasdruckquelle steht.
Membranmodul-Vorrichtung nach Anspruch 18, der Gaseinspeisebereich (38) am unteren Abschnitt der invertierten Gasspeicherkammer (12) angeordnet ist.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Ventile vorgesehen sind zum Öffnen oder zum Schließen des Luftstromes von der Druckquelle, um eine intermittierende Belüftung zu erreichen.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membrane und die Vorrichtung zum Bereitstellen eines gepulsten Fluidstroms wenigstens teilweise im Flüssigkeitsreservoir eingetaucht sind, wobei die Flüssigkeit zu filternde feste Materialien oder galertargie Materialien aufweist.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl an Membranen im Wesentlichen vertikal angeordnet sind, wobei die Membranen an ihren Enden in oberen und unteren Kopfabschnitten versiegelt sind, wobei die Durchlässe der Membranen so angeordnet sind, dass gefilterte Flüssigkeit über die oberen Enden oder über beide Kopfenden geliefert wird, und wobei ein wesentlicher Teilbereich der Membranen so konstruiert oder angeordnet sind, dass ihre Länge, gemessen vom unteren Teil des unteren Kopfabschnittes bis zum oberen Teil des oberen Kopfabschnittes, größer ist als die Distanz zwischen den entsprechenden Kopfpositionen, um so einen Durchgang in den Membranen zu erzeugen, so dass bei der Verwendung, wenn gepulstes Fluid durch die Flüssigkeit um die eingetauchten Membranen hindurchtritt, wenigstens ein Teilbereich der Membranen zeitweise in horizontaler Richtung durch die Wirkung des gepulsten Fluidstromes versetzt wird.
Membranmodul-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gaseinlassanschluss unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in der Gasspeicherkammer angeordnet ist.