DE60221555T2

DE60221555T2 - Verfahren zum reinigen eines moduls mit hohem feststoffgehalt

Info

Publication number: DE60221555T2
Application number: DE60221555T
Authority: DE
Inventors: Thomas Warren Grose Vale JOHNSON; Thomas William North Richmond BECK
Original assignee: Siemens Water Technologies Corp
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: US7018533B2; CA2460207C; EP1441841A4; EP1441841A1; ATE368504T1; DE60221555D1; CN1555287A; CA2460207A1; JP2005502467A; WO2003024575A1; CN1265867C; AUPR774201A0; MY135444A; EP1441841B1; US20040238442A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Membranfiltersystem, das mit Speisung mit hohem Feststoffanteil verwendet wird, insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Filtereffizienz eines solchen Systems durch Vorsehen eines verbesserten Reinigungssystems für die Membranen.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
In einem Membranfilterprozess ist das verwendete Verfahren, um die Membranen physikalisch zu reinigen, von entscheidender Bedeutung. Eine effiziente Strategie der Membranreinigung kann eine stabile Permeabilität der Membranen aufrecht erhalten und die Häufigkeit von chemischen Reinigungen reduzieren. Ein übliches Verfahren, das zur physikalischen Reinigung der Membranen verwendet wird, ist ein Rückspülen (Rückwaschen) mit Permeat/Filtrat oder Gas (auch „Rückstoß" oder „Rückpuls" genannt). Das Rückspül-Verfahren wird üblicherweise verwendet, um Feststoffe, welche die Membranporen blockieren, auszustoßen, und den Kuchen, der sich auf der Membranoberfläche ausgebildet haben kann, teilweise abzulösen. In einem System, das einer Speisung (Speisungsflüssigkeit) mit einer hohen Konzentration von Feststoffen ausgesetzt ist, geschieht die Verschmutzung schneller und stärker, insbesondere wenn die Membranen in einem Modul dicht gepackt sind.
Rückspülen mit Gas unter Druck hat sich als ein sehr effizientes Reinigungsverfahren herausgestellt und wird nun auf dem Gebiet der Mikrofiltrationsprozesse weitgehend angewendet. Die Einschränkung für dieses Verfahren ist die Porengröße der Membran. Das Rückspülen von Membranen mit Permeat hat keine Einschränkung hinsichtlich der Porengröße, aber die Rückspüleffizienz ist im Allgemeinen geringer als beim Rückspülen mit Gas, und die Wiederherstellung des Transmembrandrucks (TMP) ist nicht ausreichend, um die Verschmutzungsrate auszugleichen. Weitere Mittel werden eingesetzt, um die Rückspüleffizienz zu erhöhen, wie etwa das Zudosieren von Chemikalien zum Rückspülpermeat oder in Kombination mit Gasreinigen.
Maruyama et al. offenbaren in dem japanischen Patent Nr. JP2031200 ein Rückspülverfahren für Hohlfasermembranen. Das Verfahren beinhaltet die folgende Sequenz: Stoppen der Filtration, Luftspülung der Membran, Füllen des Membranbehälters, Rückspülen mit Permeat unter Druckluft und Ablassen der Abfallstoffe. Dieser Vorgang wird wiederholt, um eine höhere Effizienz zu erzielen. Sunaoka et al. beschreiben im US-Patent Nr. 5,209,852 einen Prozess zur Reinigung von Hohlfasermembranen in Modulen. Dieser Prozess besteht aus einem zwei-stufigen Luftreinigen und Ablassen, um die Membranen zu reinigen.
Um die Standfläche und die Kosten zu reduzieren, werden Membranmodule üblicherweise mit einer hohen Packungsdichte von Membranen, gewöhnlich in Form von Fasern, hergestellt. Dies erhöht den Betrag von Membranfläche zur Filtration innerhalb eines Moduls. Je höher die Packungsdichte ist, um so schwieriger ist es jedoch, Feststoffe, die während des Filtrationsprozesses eingefangen wurden, effektiv vom Membranbündel wegzuspülen. Deshalb ermöglicht eine Verbesserung der Effizienz der Entfernung von Feststoffen während des Rückspülens, dass entweder höhere Feststoffanteile verarbeitet werden können, oder dass höhere Packungsdichten der Membranen verwendet werden können, was die Kosten der Behandlung reduziert.
Bei Membransystemen nach dem Stand der Technik wird das Entfernen von Feststoffen üblicherweise mittels eines Durchlaufs mit Speisungswasser von einem Ende zu dem anderen Ende des Moduls und dann durch eine seitliche Auslassöffnung aus dem Modul heraus durchgeführt. In diesem Fall werden Feststoffe zuerst entlang der Fasern an das Auslassende des Moduls geführt, müssen aber dann das Faserbündel kreuzen, um das Modul zu verlassen. Bei Anwendungen mit hohem Feststoffanteil kann dieses Erfordernis, dass der Fluss die Richtung ändert und senkrecht zum Faserbündel verläuft, um das Modul zu verlassen, auf Grund der Tendenz, dass die Fasern wie ein Schnurfilter wirken und den Austritt der Feststoffe aus dem Modul an diesem Punkt behindern, zu einer Ansammlung von Feststoffen nahe dem Auslass führen.
Die EP-A-1180391 offenbart ein Membranmodul, das in einem Speisung enthaltenden Behälter aufgehängt ist, und umfasst ein Faserbündel, das sich vertikal von einem oberen Kopf erstreckt, in den die Membranen eingelassen sind. Die Speisung wird innerhalb des Bündels in eine Richtung senkrecht zu den Fasern zugeführt. Gebildete Ablagerungen werden durch diesen Vorgang weggestreift und am Boden des Behälters gesammelt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung strebt an, einen oder mehrere der Nachteile des Stands der Technik zu überwinden oder wenigstens zu verbessern, oder wenigstens eine nützliche Alternative zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung zur Verfügung: Ein Verfahren des Säuberns eines Membranfiltermoduls, wobei das Modul eine oder mehrere Membranen enthält, die in einem Speisung (Speisungsflüssigkeit) enthaltenden Behälter angeordnet sind und sich longitudinal zwischen vertikal beabstandeten oberen und unteren Köpfen erstrecken, in welche die Enden der Membranen eingelassen sind, wobei die Membranen eine durchlässige Wand haben, die einem Filtrationsvorgang unterworfen ist, worin die Speisung mit Verunreinigungen an einer Seite der Membranwand zugeführt wird und Filtrat von der anderen Seite der Membranwand abgezogen wird, wobei mindestens einer von dem oberen und/oder unteren Köpfen eine oder mehrere Öffnungen darin aufweist, wobei das Verfahren umfasst:

a) Unterbrechen des Filtrationsvorgangs;
b) Durchführen eines Reinigungsprozesses an der Membranwand, um davon Verunreinigungen in Flüssigkeit abzuführen, welche die Membran umgibt;
c) Durchführen eines Durchlaufs des Speisung enthaltenden Behälters parallel zu den sich longitudinal erstreckenden Membranen, um wenigstens teilweise die Flüssigkeit, welche die abgelösten Verunreinigungen enthält, durch die Öffnungen im Kopf zu entfernen, die mit dem Inneren des Faserbündels kommunizieren; und
d) Wiederaufnehmen des Filtrationsvorgangs.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Öffnungen im unteren Kopf vorgesehen sind und Filtrat von dem oberen Kopf abgezogen wird. Vorzugsweise werden die Öffnungen auch dazu verwendet, um Gas in das Modul einzuführen, um während des Reinigungsprozesses Blasen zum Spülen der Oberfläche der Membranen zu erzeugen. Der Durchlauf kann zusammen mit dem Reinigungsprozess durchgeführt werden. Vorzugsweise ist der Durchlauf ein Hochgeschwindigkeitsdurchlauf.
Die vorliegende Erfindung sieht Löcher oder Öffnungen in einem der Modultöpfe vor, so dass Feststoffe, die während des Rückspülens entlang der Membranen bewegt werden, weiterhin parallel zu den Membranen fließen wenn sie das Modul verlassen.
Das gleiche Konzept könnte auf getauchte Membranen in einem offenen Tank angewendet werden. Wenn die Speisung mit den Feststoffen aus dem Modul abläuft, muss sie in der Nähe des Bodens die Richtung ändern, um aus dem Modul zu fließen und aus dem Tank abzulaufen. Indem Löcher oder Öffnungen im Boden des Moduls vorgesehen werden, können Feststoffe weiterhin im Wesentlichen parallel zu den Fasern fließen, wenn sie aus dem Modul austreten. Dieser ununterbrochene Fluss stellt ein effektiveres Entfernen von Feststoffen aus dem Modul und dem Tank zur Verfügung.
Gemäß einem weiteren Aspekt, stellt die vorliegende Erfindung zur Verfügung: Ein Verfahren des Säuberns eines Membranfiltermoduls, wobei das Modul eine oder mehrere Membranen enthält, die in einem Speisung enthaltenden Behälter angeordnet sind und sich vertikal von einem oberen Kopf erstrecken, in welchen proximale Enden der Membranen eingelassen sind, wobei die Membranen eine durchlässige Wand haben, die einem Filtrationsvorgang unterworfen ist, worin die Speisung mit Verunreinigungen an einer Seite der Membranwand zugeführt wird und Filtrat von der anderen Seite der Membranwand abgezogen wird, wobei das Verfahren umfasst:

a) Unterbrechen des Filtrationsvorgangs;
b) Durchführen eines Reinigungsprozesses an der Membranwand, um davon Verunreinigungen in Flüssigkeit abzuführen, welche die Membran umgibt;
c) Durchführen eines Durchlaufs des Speisung enthaltenden Behälters parallel zu den sich vertikal erstreckenden Membranen, um wenigstens teilweise die Flüssigkeit, welche die abgelösten Verunreinigungen enthält, durch eine Öffnung in dem Modul unterhalb der Membranen zu entfernen; und
d) Wiederaufnehmen des Filtrationsvorgangs.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun exemplarisch unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Membranmoduls gemäß einer Ausführungsform; und
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Membranmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf 1 ist das Filtrationsmodul 5 innerhalb eines beherbergenden Behälters 6 befestigt, welcher die zu filternde Speisung (Speisungsflüssigkeit) enthält. Das Filtrationsmodul 5 enthält ein oder mehrere Bündel aus Hohlfasermembranen 7, die sich zwischen einem oberen und unteren Kopf, 8 bzw. 9 erstrecken. Der untere Kopf 9 ist mit einer Anzahl von Öffnungen 10 versehen, die mit dem Inneren des Faserbündels und einer Sammelkammer 11 mit dem Einlass-/Auslassanschluss 12 kommunizieren.
Speisung wird durch die Anschlüsse 13 und 14 unter Steuerung der Ventile AV1 und AV2 zugeführt. Permeat/Filtrat wird durch die Kammer 15 und den Anschluss 16 unter Steuerung des Ventils AV3 abgezogen. Ein Rückspülen kann durch den Anschluss 16 unter Steuerung des Ventils AV4 ebenfalls durchgeführt werden.
Beim Gebrauch werden Feststoffe, die sich in Folge der Filtration und Rückspülung angesammelt haben, vom Modul 5 durch die Öffnungen 10 über den Öffnungsanschluss 12 weggespült oder durchgeführt, indem ein geeigneter Druck auf die Speisung innerhalb des Moduls 5 angelegt wird. Der Anschluss 12 kann auch dazu verwendet werden, den Öffnungen 10 Gas zuzuführen, um Spülblasen innerhalb des Moduls vorzusehen, wodurch die Reinigung der Oberflächen der Fasermembranen unterstützt wird.
2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 1, jedoch sind in dieser Ausführungsform die Hohlfasermembranen 7 vertikal vom oberen Kopf 8 aufgehängt und an ihren unteren distalen Enden 17 nicht eingelassen (eingegossen). Die distalen Enden 17 jeder Fasermembran 7 sind geschlossen, und Filtrat wird durch den oberen Kopf 8 abgezogen. Rückspülflüssigkeit wird in dieser Ausführungsform durch den Anschluss 12 gespült oder durchgeführt.

Claims

Verfahren des Säuberns eines Membranfiltermoduls (5), wobei das Modul eine oder mehrere Membranen (7) enthält, die in einem Speisung enthaltenden Behälter (6) angeordnet sind und sich longitudinal zwischen vertikal beabstandeten oberen (8) und unteren (9) Köpfen erstrecken, in welche die Enden der Membranen (7) eingelassen sind, wobei die Membranen (7) eine durchlässige Wand haben, die einem Filtrationsvorgang unterworfen ist, worin die Speisung mit Verunreinigungen an einer Seite der Membranwand zugeführt wird und Filtrat von der anderen Seite der Membranwand abgezogen wird, wobei mindestens einer von dem oberen und/oder unteren Köpfen (8, 9) eine oder mehrere Öffnungen (10) darin aufweist, die mit dem Inneren des Faserbündels kommunizieren, wobei das Verfahren umfasst: a) Unterbrechen des Filtrationsvorgangs; b) Durchführen eines Reinigungsprozesses an der Membranwand, um davon Verunreinigungen in Flüssigkeit abzuführen, welche die Membran umgibt; c) Durchführen eines Durchlaufs des Speisung enthaltenden Behälters parallel zu den sich longitudinal erstreckenden Membranen, um wenigstens teilweise die Flüssigkeit, welche die abgelösten Verunreinigungen enthält, durch die Öffnungen (10) im Kopf (8, 9) zu entfernen; und d) Wiederaufnehmen des Filtrationsvorgangs.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Öffnungen im unteren Kopf (9) vorgesehen sind und Filtrat von dem oberen Kopf (8) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiterhin das Einführen von Gas in das Modul durch die Öffnungen (10) umfassend, um während des Reinigungsprozesses Blasen zum Spülen der Oberfläche der Membranen (7) zu erzeugen.
Verfahren des Säuberns eines Membranfiltermoduls (5), wobei das Modul eine oder mehrere Membranen (7) enthält, die in einem Speisung enthaltenden Behälter (6) angeordnet sind und sich vertikal von einem oberen Kopf (8) erstrecken, in welchen proximale Enden der Membranen (7) eingelassen sind, wobei die Membranen (7) eine durchlässige Wand haben, die einem Filtrationsvorgang unterworfen ist, worin die Speisung mit Verunreinigungen an einer Seite der Membranwand zugeführt wird und Filtrat von der anderen Seite der Membranwand abgezogen wird, wobei das Verfahren umfasst: a) Unterbrechen des Filtrationsvorgangs; b) Durchführen eines Reinigungsprozesses an der Membranwand, um davon Verunreinigungen in Flüssigkeit abzuführen, welche die Membran umgibt; c) Durchführen eines Durchlaufs des Speisung enthaltenden Behälters parallel zu den sich vertikal erstreckenden Membranen, um wenigstens teilweise die Flüssigkeit, welche die abgelösten Verunreinigungen enthält, durch eine Öffnung (12) in dem Modul unterhalb der Membranen zu entfernen; und d) Wiederaufnehmen des Filtrationsvorgangs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Durchlauf zusammen mit dem Reinigungsprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Durchlauf ein Hochgeschwindigkeitsdurchlauf ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Durchlauf durchgeführt wird, indem dem Speisung enthaltenden Behälter (6) Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird.