DE69924642T2

DE69924642T2 - Wasserfiltration mittels unterwassermembranen

Info

Publication number: DE69924642T2
Application number: DE69924642T
Authority: DE
Inventors: Pierre Cote; Arnold Janson; Hadi Husain; Manwinder Singh; Nicholas Adams
Original assignee: Zenon Environmental Inc
Current assignee: Zenon Technology Partnership
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: ATE292511T1; US20020130080A1; US20050082227A1; US7025885B2; US20060091075A1; DE69924642D1; AU1255800A; AU773233B2; WO2000030742A1; EP1140330B1; US6899812B2; EP1140330A1; JP2002530188A; US6375848B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Ultrafiltrations- oder Mikrofiltrationsmembranen zur Behandlung von Wasser und insbesondere den Aufbau und den Betrieb von Reaktoren, die eingetauchte Membranen als Teil eines im wesentlichen kontinuierlichen Vorgangs zum Filtern von Wasser verwenden, das geringe Konzentrationen von Feststoffen enthält, um beispielsweise Trinkwasser zu erzeugen.
Hintergrund der Erfindung
Eingetauchte Membranen dienen dem Trennen eines Permeats mit geringem Feststoffanteil von Tankwasser mit hohem Feststoffanteil. Zulaufwasser, das in einen Tank fließt, der eingetauchte Membranen enthält, hat eine Ausgangskonzentration an Feststoffen. Gefiltertes Permeat passiert die Wände der Membranen unter dem Einfluß einer Transmembran-Druckdifferenz zwischen der Retentatseite der Membranen und der Permeatseite der Membranen. Während gefiltertes Wasser durch die Membranen läuft und aus dem System entnommen wird, bleiben die Feststoffe zurück und sammeln sich im Tank. Diese Feststoffe müssen aus dem Tank entfernt werden, um ein schnelles Verschmutzen der Membranen zu verhindern, das auftritt, wenn die Membranen in Wasser mit einer hohen Feststoffkonzentration betrieben werden.
Bei einem kontinuierlichen vollständig gemischten Prozeß besteht üblicherweise eine kontinuierliche Entnahme von Tankwasser, das reich an Feststoffen ist, welche als Retentat bezeichnet werden können. Zwar behält dieser Prozeß ein Massengleichgewicht bei, jedoch muß das Tankwasser eine hohe Konzentrati on an Verunreinigungen enthalten oder der Prozeß erzeugt große Mengen an Retentat.
Wenn beispielsweise ein vollständig gemischter kontinuierlicher Entnahmeprozeß mit einer Wiedergewinnungsrate von 95% betrieben wird (d.h. 95% des Zulaufwassers werden gefiltertes Permeat), verlassen nur 5% des Zulaufwassers den Tank als Retentat. Um ein Massengleichgewicht an Feststoffen beizubehalten, muß das Retentat eine Verunreinigungskonzentration aufweisen, die das 20-fache derjenigen des Zulaufwassers beträgt. Die Feststoffkonzentration in dem Retentat ist jedoch die gleiche wie die Feststoffkonzentration in dem Tank, da das Retentat aus dem Tankwasser gezogen wird. Daher hat das Tankwasser zu jeder Zeit eine hohe Verunreinigungskonzentration. Ein Betrieb mit einer geringen Wiedergewinnungsrate, beispielsweise 80 %, führt zu Tankwasser mit einer geringeren Feststoffkonzentration, jedoch steigen auch die Kosten für den Transport des überschüssigen Zulaufwassers und das anschließende Entsorgen des überschüssigen Retentats.
Ein anderer Prozeß umfaßt das Filtern in einem schubweisen Modus. Beispielsweise beschreibt WO-A-98/28066 einen Prozeß, bei dem das Retentat nicht kontinuierlich abgezogen wird. Statt dessen wird das Tankwasser abgelassen, um die angesammelten Feststoffe von Zeit zu Zeit zu entfernen. Der Tank wird sodann mit frischem Zulaufwasser wieder gefüllt und der Betrieb läuft weiter. Während bei diesem Verfahren der reguläre Betrieb unterbrochen ist, existiert ein Zeitraum unmittelbar nach dem Wiederauffüllen des Tanks, in dem die Membranen in relativ feststoffarmem Tankwasser betrieben werden. Bei Zulaufwasser mit wenigen suspendierten Feststoffen können die Intervalle zwischen den Ablaßvorgängen ausreichend lang sein, so daß der durch das Leeren des Tanks erreichte Vorteil den Verlust an Produktionszeit überwiegt.
Bei beiden Verfahren verschmutzen die Feststoffe in dem Tankwasser die Membranen beim Durchlaufen des gefilterten Wassers durch die Membranen. Die Verschmutzungsrate steht mit der Feststoffkonzentration in dem Tankwasser in Zusammenhang und kann in einem vollständig gemischten Entnah meprozeß durch Senken der Wiedergewinnungsrate reduziert, jedoch nicht eliminiert werden. Die Feststoffe können ferner in dem Zulaufwasser in einer Vielzahl verschiedener Formen vorliegen, die auf unterschiedliche Art zur Verschmutzung beitragen. Um den verschiedenen Arten der Verschmutzung entgegenzuwirken, können zahlreiche verschiedene Arten von Reinigungsabläufen erforderlich sein. Derartiges Reinigen umfaßt üblicherweise sowohl physikalisches, als auch chemisches Reinigen.
Die am häufigsten verwendeten Verfahren zur physikalischen Reinigung sind das Rückspülen und das Belüften. Diese Verfahren werden üblicherweise häufig durchgeführt und können daher den Filterungsprozeß beeinflussen. Beim Rückspülen wird die Permeation durch die Membranen kurzzeitig angehalten. Luft oder Wasser strömt in entgegngesetzter Richtung durch die Membranen, um Feststoffe physikalisch von den Membranen zu drücken. Bei der Belüftung werden im Tankwasser unterhalb der Membranen Blasen erzeugt. Beim Aufsteigen bewegen oder reiben die Blasen die Membranen und entfernen so einen Teil der Feststoffe, während sie einen Drucklufteffekt und die Zirkulation des Tankwassers bewirken, um die Feststoffe von den Membranen weg zu tragen. Diese beiden Verfahren können auch kombiniert werden. Bei einem zuvor beschriebenen kontinuierlichen vollständig gemischten Entnahmeprozeß kann die Belüftung beispielsweise kontinuierlich erfolgen und die Membranen können periodisch rückgespült werden, während die Permeation vorübergehend unterbrochen ist. Alternativ beschreibt die zuvor genannte WO-A-98/28066 einen Prozeß, bei dem die Permeation 15 Minuten läuft und anschließend stoppt, während die Membranen für 2 Minuten und 15 Sekunden belüftet werden. Nach der ersten Minute des Belüftens werden die Membranen 15 Sekunden lang rückgespült.
Das chemische Reinigen erfolgt üblicherweise weniger oft als das Rückspülen oder das Belüften. Bei einer Klasse von Verfahren wird die Permeation gestoppt und ein chemisches Reinigungsmittel wird durch die Membranen rückgespült. In einigen Fällen wird der Tank während oder nach dem Reinigungsvorgang geleert, so daß das chemische Reinigungsmittel gesammelt und ent sorgt werden kann. In anderen Fällen bleibt der Tank gefüllt und die Menge des chemischen Reinigungsmittels in einem Reinigungsvorgang ist auf eine Menge begrenzt, die für die Anwendung tolerabel ist.
Bekannte vollständig gemischte kontinuierliche Entnahmeprozesse verlassen sich stark auf Belüftung, Rückspülung und chemisches Reinigen, um die Membranpermeabilität aufrecht zu erhalten. Die Reinigungsverfahren beschädigen sämtlich die Membranen mit der Zeit. Darüber hinaus unterbricht das Rückspülen mit Permeat oder chemischen Reinigungsmitteln die Permeation und verringert den Durchsatz des Vorgangs. Die Belüftung erfordert Energie, was die Betriebskosten eines Reaktors erhöht, und die resultierende Zirkulation des Tankwassers erfordert erheblichen offenen Raum in dem Tank. Verfahren, die ein häufiges Entleeren des Tanks umfassen, erfordern in einigen Fällen weniger Reinigung. Insbesondere bei großen Systemen, kann der Verlust an Produktionszeit jedoch hoch sein, da es schwierig ist, einen großen städtischen oder industriellen Tank schnell zu leeren. In einigen Fällen wird der Tank angehoben und mit einer großen Zahl von Abflüssen versehen, um das schnelle Leeren zu unterstützen, jedoch erhöhen diese Verfahren die Kosten einer Anlage.
Überblick über die Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eingetauchte Filtermembranen als Teil eines im wesentlichen kontinuierlichen Vorgangs zum Filtern von Wasser mit geringer Feststoffkonzentration verwendet, um beispielsweise Trinkwasser herzustellen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Filter zur Behandlung von Feststoffe enthaltendem Wasser zur Bildung eines an Feststoffen armen Permeats vorgesehen, mit

(a) einem offenen Tank;
(b) einem Einlaß zum Zuführen von Feststoffe enthaltendem Zulaufwasser in den Tank;
(c) einem Auslaß für das Austreten von an Feststoffen reichem Wasser aus dem Tank;
(d) einem Fließweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß;
(e) mehreren Membranmodulen von in dem Tank angeordneten Filtermembranen;
(f) Permeatsammlern zum Verbinden einer Permeatseite der Filtermembranen mit einer Unterdruckquelle;
(g) unter den Modulen befindlichen Rührern, die, wenn der Tank mit Feststoffe enthaltendem Wasser gefüllt ist, betreibbar sind, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und das Feststoffe enthaltende Wasser im wesentlichen während der gesamten Permeation aufwärts durch die Module strömen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß
(h) die Membranmodule horizontal und nacheinander entlang dem Fließweg beabstandet sind, derart daß der längs dem Fließweg gemessene Abstand zwischen benachbarten Membranmodulen kleiner als die Hälfte der entlang dem Fließweg gemessenen Länge eines Membranmoduls ist;
(i) die entlang dem Fließweg gemessene Gesamtlänge sämtlicher Membranmodule, ausschließlich des entlang dem Fließweg gemessenen Abstandes zwischen den Membranmodulen mindestens das Doppelte der senkrecht zum Fließweg gemessenen Breite des Membranmoduls ist; und
(j) der Abstand von den Membranmodulen zu den Wänden des Tanks, gemessen senkrecht zum Fließweg, größer als der Abstand zwischen benachbarten Membranmodulen, gemessen entlang dem Fließweg, ist.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Feststoffe enthaltendem Wasser zum Bilden eines an Feststoffen armen Permeats geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vorsehen eines zuvor definierten Filters;
(b) Einleiten von Zulaufwasser mit einer Anfangskonzentration von Feststoffen in den Tank durch den Einlaß, um die Membranen in Feststoffe enthaltendes Wasser einzutauchen;
(c) Bilden eines gefilterten Permeats mit einer verringerten Konzentration an Feststoffen auf der Permeatseite der Membranen durch Aufbringen von Unterdruck auf die Permeatkollektoren;
(d) Entfernen des auf der Permeatseite der Membran gebildeten Permeats aus dem Tank;
(e) kontinuierliches Abziehen eines Retentats mit einer im Vergleich mit der Anfangskonzentration an Feststoffen erhöhten Konzentration an Feststoffen aus dem Tank während der Bildung des gefilterten Permeats;
(f) Einleiten von Zulaufwasser in den Tank, um aus dem Tank entnommenes Wasser zu ersetzen, um die Membranen während des Schritts des Bildens des gefilterten Permeats in Wasser eingetaucht zu halten;
(g) Betätigen der Rührer, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und es nach oben durch die Module strömen zu lassen, derart daß das Wasser im Tank in örtlichen Strömungsmustern im wesentlichen während der gesamten Permeation strömt, in der Wasser im Tank nach oben durch die Membranmodule und anschließend nach unten und in Richtung des Auslasses in einen Raum neben den Membranmodulen strömt.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Feststoffe enthaltendem Wasser zur Bildung eines an Feststoffen armen Permeats vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vorsehen eines zuvor definierten Filters;
(b) Einleiten von eine Anfangskonzentration an Feststoffen enthaltendem Zulaufwasser in den Tank durch den Einlaß, um die Membran in Feststoffe enthaltendes Wasser einzutauchen; und
(c) in wiederholten Zyklen
(i) Bilden eines gefilterten Permeats mit einer verringerten Konzentration an Feststoffen auf der Permeatseite der Membranen durch Aufbringen von Unterdruck auf die Permeatkollektoren, während (A) ausreichend Zulaufwasser zugeführt wird, um die Membranen eingetaucht zu halten, und (B) die Rührer betätigt werden, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und es nach oben durch die Module strömen zu lassen, derart daß das Wasser im Tank in örtlichen Strömungsmustern im wesentlichen während der gesamten Permeation strömt, in der Wasser im Tank nach oben durch die Membranmodule und anschließend nach unten und in Richtung des Auslasses in einen Raum neben den Membranmodulen strömt, so daß die durchschnittliche Konzentration von Feststoffen im Tankwasser auf eine erhöhte Konzentration ansteigt, die höher als die Anfangskonzentration ist; und
(ii) Spülen des Tanks bei fortgesetztem Abziehen gefilterten Permeats durch (A) Abziehen eines Retentats aus dem Tank und (B) Zuführen von Zulaufwasser, um die Membranen eingetaucht zu halten, um die durchschnittliche Feststoffkonzentration zu verringern.

Während des Vorgangs wird ein Permeat aus den verschiedenen Membranmodulen gesammelt. Die Rührer, vorzugsweise Lüfter, sind unter den Membranmodulen vorgesehen und werden im wesentlichen während der Permeation betrieben, um Tankwasser um die Membranmodule mitzunehmen und das Feststoffe enthaltende Wasser aufwärts durch die Module strömen zu lassen. Tankwasser fließt entsprechend dem Fließweg nacheinander durch mehrere Membranmodule bevor es den Tank am Auslaß verläßt. Vorzugsweise ist die Belüftung und/oder das Rückspülen und/oder die Packungsdichte in Richtung des Auslassendes des Tanks gerichtet. Der Tank kann von Zeit zu Zeit von Konzentrationen befreit werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel schafft die Erfindung einen offenen Tank, der in mehrere aufeinanderfolgende Filtrationszonen unterteilt ist. Trennwände zwischen den Filtrationszonen verhindern im wesentlichen das Mischen zwischen den Filtrationszonen, aber ermöglichen das Strömen von Feststoffe enthaltendem Wasser nacheinander von der ersten Filtrationszone durch die Filtrationszonen zur letzten Filtrationszone. In jeder Filtrationszone ist ein oder mehrere Membranmodule angeordnet und aus jeder Filtrationszone wird ein ähnlicher Permeatfluß abgezogen. Ein nicht poröses Gehäuse um das eine oder die mehreren Membranmodule in jeder Filtrationszone bildet einen vertikalen Strömungskanal durch das eine oder die mehreren Membranmodule. Tankwasser fließt durch das eine oder die mehreren Membranmodule in jeder Filtrationszone nach unten. Mehrere Durchlässe verbinden den unteren Teil des vertikalen Strömungskanals in einer Filtrationszone mit dem oberen Teil des vertikalen Strömungskanals einer anderen Filtrationszone und ermöglichen das Fließen von Tankwasser von der ersten Filtrationszone durch die Oberseiten der Trennwände zur letzten Filtrationszone. Vorzugsweise sind die Packungsdichte und/oder die Belüftung und/oder das Rückspülen auf ein Auslaßende des Tanks gerichtet. Der Tank kann von Zeit zu Zeit von Konzentrationen befreit werden, wie zuvor beschrieben. Alternativ kann die letzte Filtrationszone durch Ablassen und Auffüllen von Konzentrationen befreit werden, während die Permeation aus der letzten Filtrationszone angehalten ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben:
1 ist eine schematische Darstellung eines allgemeinen eingetauchten Membranreaktors (nicht Teil der Erfindung).
2, 3 und 4 sind Darstellungen verschiedener Membranmodule.
5A ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einem langen belüfteten Filtrationsstrang.
5B ist ein schematischer Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der 5A.
6 ist eine Seitenansicht eines Membranmoduls zur Verwendung mit einem Filterreaktor mit in Reihe angeordneten Membranmodulen.
7 ist eine Draufsicht auf das Membranmodul von 2.
8 ist eine schematische Darstellung eines Filterreaktors mit in Reihe angeordneten Membranmodulen.
9 und 10 zeigen Tanks mit alternativen Formen.
11 bis 16 sind Diagramme zur Darstellung der Ergebnisse von Modellexperimenten, die mit einem Ausführungsbeispiel ähnlich dem der 5 durchgeführt wurden.
17 ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse eines mit einem Ausführungsbeispiel ähnlich dem der 5 durchgeführten Experiments.
Detaillierte Erfindungsbeschreibung
Allgemeiner Filtrationsvorgang
Die folgende Beschreibung eines Filtrationsvorgangs gilt generell für die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sofern sie nicht der Beschreibung ein4es bestimmten Ausführungsbeispiels entgegensteht.
1 (nicht Teil der Erfindung) zeigt einen ersten Reaktor 10 zum Behandeln einer Feststoffe enthaltenden Zulaufflüssigkeit, um ein im wesentlichen von Feststoffen freies Permeat und ein an Feststoffen reiches Retentat zu erzeugen. Ein derartiger Reaktor 10 hat mehrere potentielle Anwendungsmöglichkeiten, wie das Trennen von sauberem Wasser von gemischter Flüssigkeit in einer Kläranlage oder das Konzentrieren von Fruchtsäften etc., wird im folgenden jedoch für die Verwendung zur Gewinnung von Trinkwasser aus einer natürlichen Wasserquelle, beispielsweise einem See, einem Brunnen oder einem Reservoir, beschrieben. Eine derartige Wasserquelle enthält üblicherweise Kolloide, suspendierte Feststoffe, Bakterien und andere Partikel, die ausgefiltert werden müssen und hier kollektiv als Feststoffe bezeichnet werden.
Der erste Reaktor 10 weist eine Speisepumpe 12 auf, die zu behandelndes Zulaufwasser 14 von einer Wasserquelle 16 durch einen Einlaß 18 zu einem Tank 20 liefert, in dem es Tankwasser 22 wird. Alternativ kann Schwerkraftzufuhr verwendet werden wobei die Speisepumpe 12 durch ein Speiseventil ersetzt ist. Während der Permeation wird das Tankwasser 22 auf einem Pegel gehalten, der mehrere Membranen 24 bedeckt. Jede Membran 24 hat eine Permeatseite, die nicht in Kontakt mit dem Tankwasser 22 steht, und eine Retentatseite, welche in Kontakt mit dem Tankwasser 22 steht. Vorzugsweise sind die Membranen 24 Hohlfasermembranen, bei denen die Außenseite der Membranen 24 vorzugsweise die Retentatseite und die Lumina 25 der Membranen 24 vorzugsweise die Permeatseite ist.
Jede Membran 24 ist an mindestens einem, vorzugsweise jedoch zwei Kopfteilen 26 angebracht, so daß die Enden der Membranen 24 von Kapselharz umgeben sind, um eine wasserdichte Verbindung zwischen der Außenseite der Membranen 24 und den Kopfteilen 26 zu bilden, während die Lumina 25 der Membranen 24 in Fluidverbindung mit einem Permeatkanal in wenigstens einem Kopfteil 26 gehalten sind. Die Membranen 24 und die Kopfteile 26 bilden zusammen ein Membranmodul 28. Die Permeatkanäle der Kopfteile 26 sind mit einem Permeatsammler 30 und einer Permeatpumpe 32 über ein Permeatventil 34 verbunden. Wenn die Permeatpumpe 32 betrieben wird und das Permeatventil 34 geöffnet wird, wird ein Unterdruck in den Lumina 25 der Membranen 24 in Bezug auf das die Membranen 24 umgebende Tankwasser 22 erzeugt. Der resultierende Transmembrandruck liegt üblicherweise zwischen 1 kPa und 150 kPa und bevorzugt zwischen 10 kPa und 70 kPa und zieht Tankwasser 22 (das sodann als Permeat 36 bezeichnet wird) durch die Membranen 24, während die Membranen 24 Feststoffe zurückweisen, die im Tankwasser 22 bleiben. Gefiltertes Permeat 36 wird somit erzeugt, das zur Verwendung an einem Permeatauslaß 38 über ein Auslaßventil 39 verfügbar ist. Periodisch wird ein Speichertankventil 64 geöffnet, um Permeat 36 in einen Speichertank 62 einzulassen. Das gefilterte Permeat 36 kann eine Nachbehandlung erfordern, bevor es als Trinkwasser verwendet wird, sollte jedoch akzeptable Gehalte an Kolloiden und anderen suspendierten Feststoffen aufweisen.
Bei einem städtischen oder industriellen Reaktor 10 sind einzelne Einheiten mit jeweils mehreren Membranen 24 zu größeren Einheiten zusammengesetzt, die als Membranmodule 28 bezeichnet werden, jedoch auch als Kassette bezeichnet werden können. Beispiele für derartige Membranmodule 28 sind in den 2, 3 und 4 dargestellt, bei denen die Membranmodule 28 rechteckige Stränge 8 sind. Jeder rechteckige Strang 8 weist üblicherweise eine zwischen 2 cm und 10 cm breite Gruppe von Hohlfasermembranen 24 auf. Die Hohlfasermembranen 24 haben üblicherweise einen Außendurchmesser zwischen 0,4 mm und 4,0 mm und sind mit einer Packungsdichte zwischen 10% und 40% gekapselt. Die Hohlfasermembranen 24 sind üblicherweise zwischen 400 mm und 1800 mm lang und mit zwischen 0,1 % und 5 % durchhängendem Teil angebracht. Die Membranen 24 haben eine durchschnittliche Porengröße im Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsbereich, vorzugsweise zwischen 0,003 Mikron und 10 Mikron und höchst bevorzugt zwischen 0,02 Mikron und 1 Mikron, auf. Die bevorzugte Anzahl von Membranmodulen 28 variiert bei den verschiedenen Anwendungen in Abhängigkeit von Faktoren wie der erforderlichen Menge an gefiltertem Permeat 36 und dem Zustand des Zulaufwassers 14.
Wie beispielsweise in 2 dargestellt, sind mehrere rechteckige Stränge 8 mit einem gemeinsamen Permeatsammler 30 verbunden. Je nach der Länge der Membranen 24 und der Tiefe des Tanks 20 können die in 2 dargestellten Membranmodule 28 auch übereinander gestapelt sein. In den 3 und 4 sind die rechteckigen Stränge 8 in alternativen Ausrichtungen dargestellt. In 3 sind die Membranen 24 in einer horizontalen Ebene ausgerichtet und der Permeatkollektor 30 ist an mehreren übereinandergestapelten rechteckigen Strängen 8 befestigt. In 4 sind die Membranen 24 horizontal in einer vertikalen Ebene angeordnet. Je nach der Tiefe der Kopfteile 26 in 4 kann der Permeatsammler 30 auch an mehreren übereinander gestapelten Membranmodulen 28 angebracht sein. Die Darstellungen der Membranmodule 28 in den 2, 3 und 4 wurden aus Gründen der Klarheit ver einfacht, wobei die tatsächlichen Membranmodule 28 üblicherweise rechteckige Stränge 8 aufweisen, die sehr viel näher zusammen liegen, und eine große Kassette oft viele rechteckige Stränge 8 mehr aufweist.
Membranmodule 28 können mit Strängen verschiedener Form, insbesondere zylindrischer Form, und mit Strängen geschleifter Fasern, die an einem einzelnen Kopfteil angebracht sind. Ähnliche Module oder Kassetten können ebenfalls aus rohrförmigen Membranen anstelle der Hohlfasermembranen 24 gebildet werden. Bei flachen Bahnmembranen sind üblicherweise Membranpaare an Kopfteilen oder Gehäusen angebracht, die eine geschlossene Fläche zwischen den Membranen bilden und das Verbinden geeigneter Leitungen mit dem Inneren der geschlossenen Fläche ermöglichen. Mehrere dieser Einheiten können zusammengefügt werden, um eine Kassette aus flachen Bahnmembranen zu bilden.
Kommerziell erhältliche Membranmodule 28 umfassen unter anderem die auf ZW 500 Einheiten basierenden Module, die von ZENON Environmental Inc. hergestellt werden und auf welche in den nachfolgenden Beispielen bezug genommen wird. Jede ZW 500 Einheit hat zwei rechteckige Stränge von Hohlfasermembranen mit einer Porengröße von ungefähr 0,1 Mikron, die wie in 2 dargestellt ausgerichtet sind, wobei die Gesamtmembranfläche ungefähr 47 Quadratmeter beträgt. In Draufsicht ist jede ZW 500 Einheit ungefähr 700 mm lang und ungefähr 210 mm breit. Üblicherweise sind mehrere ZW 500 Einheiten miteinander zu einer Kassette verbunden, um mehrere parallele rechteckige Stränge 8 zu bilden. Beispielsweise weist ein Membranmodul 28 mit 8 ZW 500 Einheiten Abmessungen von ungefähr 1830 mm × 710 mm auf, wobei ein gewisser zusätzlicher Raum für Rahmen, Anschlüsse und andere zugehörige Vorrichtungen erforderlich ist.
Wie in 1 dargestellt, fließt Tankwasser 22, das nicht durch den Permeatauslaß 38 aus dem Tank 20 fließt, gegebenenfalls mit Unterstützung durch eine Retentatpumpe 48 durch ein Auslaßventil 40 und einen Retentatauslaß 42 aus dem Tank 20 als Retentat 46 zu einem Auslaß 44. Das Retentat 46 ist reich an den von den Membranen 24 zurückgewiesenen Feststoffen.
Zur Belüftung bläst eine Luftzufuhrpumpe 50 Umgebungsluft, Stickstoff oder andere geeignete Gase von einer Luftansaugstelle 52 durch Luftverteilungsrohre 54 zum Lüfter 56, welcher Reinigungsblasen 58 ausgibt. Die Blasen 58 steigen durch das Membranmodul 28 und hindern Feststoffe daran, sich auf den Membranen 24 abzulagern. Wenn die Ausbildung des Reaktors 10 es ermöglicht, das Tankwasser 22 in dem Strom der steigenden Blasen 28 mitzunehmen, erzeugen die Blasen 58 ferner einen Drucklufteffekt, der wiederum das Zirkulieren des Tankwassers 22 bewirkt.
Für das Rückspülen werden das Permeatventil 34 und das Auslaßventil 39 geschlossen und Rückspülventile 60 geöffnet. Die Permeatpumpe 32 wird betätigt, um gefiltertes Permeat 36 aus dem Retentattank 62 durch Rückspülrohre 61 und anschließend in umgekehrter Richtung durch Permeatsammler 30 und die Wände der Membranen 24 zu drücken, wodurch die Feststoffe weg gedrückt werden. Am Ende des Rückspülens werden die Rückspülventile 60 geschlossen, das Permeatventil 34 und das Auslaßventil 39 werden wieder geöffnet und das Drucktankventil 64 wird von Zeit zu Zeit geöffnet, um den Retentattank 62 aufzufüllen.
Bei der chemischen Reinigung wird eine Reinigungschemikalie, wie Natriumhypochlorid, Natriumhydroxid oder Zitronensäure, in einem Chemikalientank 68 vorgesehen. Das Permeatventil 34, das Auslaßventil 39 und die Rückspülventile 60 sind sämtlich geschlossen, während ein Chemikalienrückspülventil 66 offen ist. Eine Chemikalienpumpe 67 wird betätigt, um die Reinigungschemikalie durch ein Chemikalienrückspülrohr 69 und anschließend in umgekehrter Richtung durch die Permeatsammler 30 und die Wände der Membranen 24 zu drücken. Am Ende der chemischen Reinigung wird die Chemikalienpumpe 67 abgeschaltet und das Chemikalienventil 66 geschlossen. Vorzugsweise folgt der chemischen Reinigung eine Permeatrückspülung, um die Permeatsammler 30 und die Membranen 24 von Reinigungschemikalien zu säubern, bevor die Permeation wieder aufgenommen wird.
Vorzugsweise reinigen das Belüften und das Rückspülen die Membranen ausreichend, so daß die Permeation über lange Zeiträume fortgesetzt werden kann. Permeatrückspülungen dauern üblicherweise zwischen 5 Sekunden und zwei Minuten und erfolgen üblicherweise zwischen einmal alle 5 Minuten und einmal alle 3 Stunden. Werden derartige Permeatrückspülungen zwischen intensiveren restaurativen Reinigungsvorgängen durchgeführt, gilt der Filtervorgang noch als kontinuierlich, da die Permeation nur kurzzeitig gestoppt wird. Wenn eine chemische Reinigung in kurzen Chemikalienrückspülungen erfolgt, während der Tank 20 mit Tankwasser 22 gefüllt bleibt, gilt der Vorgang in ähnlicher Weise noch als kontinuierlich. In diesen Fällen werden jedoch die Strömungsraten des Permeats 36, des Retentats 46 und des Zulaufwassers 14 als durchschnittliche Strömungsraten über einen Tag oder einen geeigneten längeren Zeitraum berechnet. Bei der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und Beispiele sind Strömungsraten von Vorgängen, die wie zuvor beschrieben periodisch unterbrochen werden, als durchschnittliche Strömungsraten gemessen, wenn sie nicht anders beschrieben sind.
Schnellablassdekonzentration
Wie weiterhin in 1 dargestellt, geht bei der Schnellablassdekonzentration der Filtervorgang als eine Anzahl von wiederholten Zyklen vonstatten, die mit einem Ablauf zur Dekonzentration des Tankwassers 22 enden, wobei dieser Ablauf als Dekonzentration bezeichnet wird. Die Zyklen beginnen üblicherweise am Ende der vorhergehenden Dekonzentration. Einige Zyklen beginnen jedoch, wenn ein neuer Reaktor 10 zum ersten Mal in Betrieb genommen wird oder nach intensiver restaurativer Reinigung oder anderen Wartungsvorgängen, die ein Leeren des Tanks 20 erfordern. Ungeachtet dessen beginnt der Zyklus mit einem gefüllten Tank 20 mit in das Tankwasser 22 eingetauchten Membranen 24 und mit einer anfänglichen Konzentration von Feststoffen, die derjenigen des Zulaufwassers 14 ähnlich ist.
Zu Beginn eines Zyklus wird die Permeatpumpe 32 eingeschaltet, welche das Tankwasser 22 durch die Wände der Membranen 24 saugt, wobei dieses als gefiltertes Permeat 36 ausgegeben wird. Ablaßventile 40 bleiben zunächst geschlossen und die Konzentration der Feststoffe im Tankwasser 22 steigt. Bei geschlossenen Ablaßventilen 40 pumpt die Speisepumpe 12 weiterhin Zulaufwasser 14 mit ungefähr der gleichen Rate in den Tank 20, mit der das gefilterte Permeat 36 den Tank verläßt, so daß der Pegel des Tankwassers 22 während der Permeation im wesentlichen konstant ist. Belüftung und Rückspülen erfolgen je nach Erfordernis.
Nach einem gewünschten Zeitraum wird das Tankwasser 22 dekonzentriert. Die gewünschte Zeitdauer zwischen Dekonzentrationen kann auf der Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 basieren, ist jedoch vorzugsweise so gewählt, daß eine gewünschte Rückgewinnungsrate erreicht wird. Bei ZW 500 Membranmodulen, die bei typischen Zulaufwasserquellen verwendet werden, die mit konstanter Belüftung und periodischer Rückspülung zwischen Dekonzentrationen arbeiten, kann eine Rückgewinnungsrate von 95% (d.h. 95% des Zulaufwassers werden gefiltertes Permeat) oder mehr aufrecht erhalten werden und wird bevorzugt, wenn der Betreiber minimale Mengen konsolidierten Retentats 46 ablassen will. Die Rückgewinnungsrate führt zu einer Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 zu Beginn der Dekonzentrationen, die ungefähr 20 mal höher als diejenige des Zulaufwassers ist. Es wurde jedoch in Tests, bei denen eine kontinuierliche Membranfilterung und Zulaufwasser mit einer Trübung von 0,5 bis 0,6 ntu und einer scheinbaren Farbe von 33 Pt. Co. Einheiten verwendet wurden, festgestellt, daß die Rate, mit der die Permeabilität der Membranen mit der Zeit abnimmt, dramatisch ansteigt, wenn die Rückgewinnungsrate auf mehr als 93% angehoben wird. Wenn daher das Volumen des vergeudeten Retentats ein weniger bedeutender Faktor ist, kann die Periode zwischen den Dekonzentrationen so gewählt werden, daß eine Rückgewinnungsrate von 90% bis 95% oder weniger erreicht wird. Typische Zykluszeiten bei der Verwendung von ZW 500 Einheiten liegen zwischen ungefähr 2 bis 3 Stunden bei einer Rückgewinnungsrate von 90% und 4 bis 5 Stunden bei einer Rückgewin nungsrate von 95%, obwohl die Zykluszeiten bei anderen Membranmodulen variieren.
Die Dekonzentrationen umfassen das schnelle Ablassen des Tankwassers 22 bei gleichzeitigem Halten des Tankwasserpegels über der Höhe der Membranen 24 und bei fortgesetzter Permeation. Um die Schnellablaßdekonzentration durchzuführen, werden Ablaßventile 40 geöffnet und die Retentatpumpe 48 zieht schnell feststoffreiches Retentat 46 aus dem Tank 20 ab, wenn Schwerkraftströmung allein nicht ausreicht. Gleichzeit erhöht die Speisepumpe 12 die Strömungsrate des Zulaufwassers 14 in den Tank 20 um einen Betrag, der der Strömungsrate des Retentats 46 aus dem Tank 20 entspricht. Vorzugsweise wird das Retentat 46 gegebenenfalls mit Hilfe der Retentatpumpe 48 mit einer ausreichenden Rate entfernt, so daß das Tankwasser 22 durch das Mischen mit einlaufendem Zulaufwasser 14 nicht wesentlich verdünnt wird, bevor aus dem Tank 20 abgelassen wird. Eine gewisse Verdünnung erfolgt notwendigerweise, und die Strömung des konsolidierten Retentats 46 wird vorzugsweise gestoppt, während das Tankwasser 22 noch eine Feststoffkonzentration aufweist, die höher als die Feststoffkonzentration im Zulaufwasser 14 ist, um das Abziehen eines unzulässig großen Volumens an konsolidiertem Retentat 46 zu vermeiden. Das abgezogene Volumen an konsolidiertem Retentat 46 kann jedoch das Volumen an Wasser im Tank 20 übersteigen. Vorzugsweise wird die Belüftung und jede andere Quelle einer Vermischung abgeschaltet, um die Verdünnung des Retentats 46 zu minimieren, und zwischen 100% und 150% des durchschnittlichen Volumens des Tankwassers 22 werden während der Schnellablaßdekonzentration abgelassen. Wenn die Belüftung für eine kontinuierliche Reinigung eingeschaltet bleiben muß, wird ein größeres Volumen an Tankwasser 22 ausgelassen. Die Gesamtauslaßzeit ist üblicherweise geringer als 20 Minuten du vorzugsweise geringer als 10 Minuten. Wenn zum Zeitpunkt des Schnellablassens eine Belüftung oder ein anders geartetes Mischen erfolgt, werden zwischen 150% und 300%, vorzugsweise zwischen 150% und 200% des durchschnittlichen Volumens des Tankwassers 22 abgelassen und die Gesamtauslaßzeit ist weniger als 25 Minuten. Nach der Dekonzentration weist das Tankwasser 22 vorzugsweise weniger als 40% der Feststoffkonzentration auf, die in dem Tankwasser 22 vor der Dekonzentration vorhanden war. Wenn jedoch das Zulaufwasser 14 eine starke Trübung aufweist oder wenn hohe Rückgewinnungsraten verwendet werden, weist das Tankwasser 22 nach der Dekonzentration vorzugsweise weniger als 20% der Feststoffkonzentration, die in dem Tankwasser 22 vor der Dekonzentration vorhanden war. Das Retentat 46 wird üblicherweise einen Auslaß 44 hinunter in einen Abfluß oder zu der Wasserquelle, von der es ursprünglich kam, entsorgt.
Wie bei einem Vorgang ohne Dekonzentrationen muß dennoch ein Gleichgewicht von Feststoffen und Wasser zwischen dem Zulaufwasser 14, dem Retentat 46 und dem gefilterten Permeat 36 über wiederholte Zyklen bestehen. Bei einer gewählten Rückgewinnungsrate ist die durchschnittliche Menge von Feststoffen in dem Retentat 46 in einem Vorgang mit Dekonzentrationen gleich derjenigen bei einem Vorgang ohne Dekonzentrationen. Da das Retentat 46 üblicherweise bei Schnellablaßdekonzentrationen jedoch verdünnt wird, muß das Tankwasser 22 unmittelbar vor der Dekonzentration eine im Vergleich mit der konstanten Feststoffkonzentration bei einem vollständig gemischten kontinuierlichen Entnahmeverfahren höhere Feststoffkonzentration haben. Durch das Ersetzen mindestens eines wesentlichen Teils des existierenden Tankwassers 22 durch frisches Zulaufwasser 14 jedoch setzt sich die Permeation im nächsten Zyklus mit relativ sauberem Tankwasser 22 fort, bis sich erneut Feststoffe im Tankwasser 22 ansammeln und eine andere Dekonzentration durchgeführt wird. Somit ist die durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 über die Zeit ein Mittelwert zwischen derjenigen des Zulaufwassers 14 und des konsolidierten Retentats 46 und geringer als die konstante Konzentration von Feststoffen bei einem vollständig gemischten kontinuierlichen Entnahmeverfahren mit der gleichen Rückgewinnungsrate. Da das Tankwasser 22 eine geringere Feststoffkonzentration hat, verschmutzen die Membranen weniger schnell. Daher wird bei einem vorgegebenen Transmembrandruck ein erhöhter Permeatfluß festgestellt, oder es kann ein höherer Transmembrandruck zu Beginn eines Zyklus verwendet werden, ohne daß ein übermäßiges Verschmutzen der Membranen 24 auftritt.
Vorzugsweise wird zunächst eine verringerte Strömungsrate an Luftblasen 58 in den Tank 20 geleitet, wenn die Feststoffkonzentration gering ist und die Membranen 24 weniger schnell verschmutzen. Steigt die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22, wird auch die Strömungsrate der Luft erhöht. Alternativ wird die Belüftung nur direkt vor der Dekonzentration durchgeführt. Auf diese Weise wird keine überschüssige Luft zugeführt, wenn die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 gering ist. In ähnlicher Weise kann die Frequenz oder die Dauer des Rückspülens verringert werden, wenn die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 gering ist, um den Produktionsverlust durch das Rückspülen zu minimieren. In dem Maße, in dem Belüftung mit dem Rückspülen zusammenfallen kann, wird die Effektivität der Belüftung erhöht, da sie nicht gegen den Transmembrandruck arbeiten muß.
Trotz Belüftung, periodischem Rückspülen und periodischer Dekonzentration des Tankwassers 22 kann ein Verschmutzen der Membranen auf lange Sicht dennoch auftreten, wenn auch langsamer als bei einem Verfahren ohne Dekonzentration. Wenn langfristiges Verschmutzen eintritt, kann die Leistung der Permeatpumpe 32 erhöht werden, um den Transmembrandruck über die Wände der Membranen 24 zu erhöhen, um die verringerte Permeabilität zu kompensieren. Schließlich wird ein spezifizierter maximaler Transmembrandruck für das System oder eine minimale tolerable Permeabilität der Membranen 24 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine intensive restaurative Reinigung. Bei ZeeWeed (Warenzeichen) Membranen 24 erfolgt eine intensive Reinigung vorzugsweise, wenn der Transmembrandruck 54 kPa übersteigt oder die Permeabilität unter 20 Liter pro Quadratmeter pro Stunde pro bar (l/m²/h/bar) bei normalen Betriebstemperaturen fällt. Der Tank wird üblicherweise während der intensiven Wartungsreinigung geleert, jedoch ist dies unabhängig von den periodischen Dekonzentrationen und tritt lediglich selten, zwischen einmal alle zwei Wochen und einmal alle zwei Monate, auf.
Lange belüftete Filterstränge
Die 5A und 5B zeigen einen Teil eines anderen Ausführungsbeispiels. In 5a oder 5B nicht gezeigte Teile sind denen der 1 ähnlich und es wird für ein Verständnis des allgemeinen Betriebs des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf 1 verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist ein zweiter Reaktor 70 einen (in Draufsicht) rechteckigen zweiten Tank 120 mit einem Einlaßende 72 und einem Auslaßende 74 auf. Vorzugsweise befindet sich das Einlaßende 72 an einem (in Draufsicht gesehenen) kurzen Ende des zweiten Tanks 120 und weist einen Einlaß 18 auf, und das Auslaßende 74 befindet sich am gegenüberliegenden kurzen Ende des zweiten Tanks 120 und weist einen Retentatauslaß 42 auf. Während der Permeation ist der zweite Tank 120 mit Tankwasser 22 gefüllt, das sich allgemein auf einem allgemeinen Fließweg 76 zwischen dem Einlaß 18 und dem Retentatauslaß 42 bewegt, wobei der Ausdruck "allgemein" bedeutet, daß der tatsächliche Fließweg eines Volumens an Tankwasser 22 wesentlich von dem Fließweg 76 abweichen kann, wie im folgenden beschrieben, jedoch die durchschnittliche Strömung des Tankwassers 22 zumindest eine Komponente in Richtung des Fließwegs 76 aufweist.
Membranmodule 28 sind in dem zweiten Tank 120 in Reihe entlang dem Fließweg 76 angeordnet. Üblicherweise sind die Membranmodule 28 horizontal entlang dem Fließweg 76 beabstandet, um Platz für zugehörige Vorrichtungen, Installation und Wartung zu schaffen und ein kleines bewegbares Volumen an Tankwasser 22 zwischen jedem Membranmodul 28 bereitzustellen. Der Raum ist kleiner als die Hälfte der Länge (gemessen entlang dem Fließweg 76) des Membranmoduls 28 und beträgt bei ZW 500 Einheiten üblicherweise ungefähr 20 cm. Wie in den 5A und 5B dargestellt, ist ein größerer Raum über, unter und neben den Membranmodulen 28 vorgesehen. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen den Membranmodulen 28 und den langen Wänden des zweiten Tanks 120 üblicherweise ungefähr die Hälfte der Breite der Membranmodule 28 (gemessen senkrecht zum Fließweg 76). Vorzugsweise werden 6 oder mehr Membranmodule in Reihe verwendet. Höchst vorzugsweise werden lange Stränge von 12 oder 16 oder mehr in Reihe angeordneten Membranmodulen 28 verwendet. Wenn ein großes System erforderlich ist, hat jedes Mem- Membranmodul 28 üblicherweise die Größe einer Kassette aus 6 bis 12 ZW 500 Einheiten. Die Gesamtlänge sämtlicher Membranmodule 28 (gemessen entlang dem Fließweg 76), ausschließlich des Raums zwischen diesen (ebenfalls entlang dem Fließweg 76 gemessen) beträgt mindestes das Doppelte und vorzugsweise mindestens das Vierfache der Breite der Membranmodule 28 (senkrecht zum Fließweg 76 gemessen).
Zulaufwasser 14 tritt kontinuierlich in den zweiten Tank 120 am Einlaß 18 ein. Die Permeatpumpe 32 zieht kontinuierlich gefiltertes Permeat 36 durch Membranen 24 jedes Membranmoduls 28 ab und konsolidiertes Retentat 46 verläßt kontinuierlich den zweiten Tank 120 durch den Retentatauslaß 42. Der Weg eines Volumens von Tankwasser 22 verläuft jedoch in Reihe durch einige oder sämtliche Membranmodule 28. Da jedoch Feststoff von den Membranen 24 zurückgewiesen werden, nimmt die Konzentration an Feststoffen in dem Volumen von Tankwasser 22 stromabwärts jedes Membranmoduls 28, durch das es läuft, zu. Somit nimmt die Feststoffkonzentration in dem Volumen von Tankwasser 22 vom Einlaß 18 zum Retentatauslaß 42 entlang dem Fließweg zu, Stromabwärts des dem Retentatauslaß 42 nächsten Membranmoduls 28 hat das Tankwasser 22 eine hohe Feststoffkonzentration, die mindestens das Fünffache derjenigen des Zulaufwassers 14, vorzugsweise mindestens das Vierzehnfache des derjenigen Zulaufwassers 14 und höchst vorzugsweise mindestens das Zwanzigfache derjenigen des Zulaufwassers 14 beträgt. Umgekehrt hat das Tankwasser 22 nahe dem Einlaß 18 eine Feststoffkonzentration ähnlich derjenigen des Zulaufwassers 14. Bei langen Membranmodulsträngen 28, bei denen die Länge der Membranmodule 28 (ausschließlich der Räume zwischen diesen) das Vierfache oder mehr ihrer Breite beträgt, arbeiten bis zu 75% der Membranmodule 28 in Tankwasser mit minimaler Feststoffkonzentration, wobei die Feststoffkonzentration erst nahe dem Auslaß 42 stark ansteigt.
Da die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 vom Einlaß 18 zum Retentatauslaß 42 steigt, arbeiten Membranmodule 28 nahe dem Einlaß 18 in Wasser mit einer wesentlich geringeren Feststoffkonzentration als in dem konsolidierten Retentat 46, das aus dem Retentatauslaß 42 fließt. Die letzten Membran module 28 (in Richtung des Fließwegs 76 gesehen) haben eine höhere Feststoffkonzentration in dem um sie herum befindlichen Tankwasser 22 und weisen daher eher eine verringerte Permeabilität auf. Die Permeatpumpe 32 kann nahe dem Auslaß 42 angeordnet sein, so daß die letzten Membranmodule 28 (in bezug zu weiter entfernten Membranmodulen 28) mit einem höheren Transmembrandruck beaufschlagt werden, um deren verringerte Permeabilität zu überwinden und einen annähernd gleichen Permeatfluß aus der Gruppe von Membranmodulen zu erreichen. Die durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 ist in bezug auf die Feststoffkonzentration im Zulaufwasser 14 und im konsolidierten Retentat 46 eine mittlere Konzentration. Wenn die Länge sämtlicher Membranmodule 28 (ausschließlich der Räume zwischen diesen) mehr als das Doppelte ihrer Breite beträgt, kann die Fläche der erheblich verringerten Konzentration mehr als die Hälfte des zweiten Tanks 120 umfassen. Somit kann konsolidiertes Retentat 46 mit einer hohen Feststoffkonzentration abgezogen Werden, jedoch ist die durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 erheblich geringer als die Feststoffkonzentration im konsolidierten Retentat 46. Die durchschnittliche Permeabilität der Membranmodule 28 steigt, während das Verschmutzen weniger schnell eintritt. Da die Permeabilität der Membranen 24 schnell abnimmt, wenn die Feststoffkonzentration hoch ist, arbeiten vorzugsweise die meisten Membranmodule 28 in Tankwasser 22 mit einer Feststoffkonzentration, die geringer als das Vierzehnfache derjenigen des Zulaufwassers 14 und höchst vorzugsweise geringer als das Zehnfache derjenigen des Zulaufwassers ist.
Wie zuvor erwähnt passiert der Weg eines Volumens von Tankwasser 22 in Reihe einige oder sämtliche Membranmodule 28. Dieser Effekt würde nicht eintreten, wenn der zweite Reaktor 20 wie in vollständig gerührter Tankreaktor arbeitete. Um dieser Möglichkeit entgegenzuwirken, wird während des gesamten Permeationszyklus Belüftung bewirkt. Zwar gilt die Bellüftung normalerweise als Mittel zum Mischen, jedoch wird angenommen, daß in dem zweiten Reaktor 70 die im wesentlichen während der gesamten Permeation durchgeführte Belüftung (oder alternativ ein Rührer wie ein drehender Propeller) dazu führt, daß Tankwasser 22 nacheinander gemäß dem Fließweg durch mehrere Membranmodule 28 fließt, wie im folgenden beschrieben.
Bei an gegenüberliegenden Enden des Tanks befindlichem Einlaß 18 und Auslaß 42 muß die Tankströmung 76 eine im Durchschnitt im wesentlichen horizontale Strömung vom Einlaß 18 zum Auslaß 42 aufweisen. Jedoch stehen die Membranmodule 28 im wesentlichen einer derartigen horizontalen Strömung entgegen. Dementsprechend neigt der Großteil der horizontalen Strömung dazu, die Membranmodule zu umströmen, indem sie unter, über oder neben diesen fließen. Es wird angenommen, daß, wenn Tankwasser 22 die Membranmodule 28 leicht umfließen kann, ein erhebliches Mischen in dem Tank 20 schwer zu verhindern ist.
Nimmt man eine vernachlässigbare horizontale Strömung durch die Membranmodule 28 an, reicht die horizontale Geschwindigkeit der Umgehungsströmung üblicherweise von ungefähr 0,05 bis 0,3 m/s, wobei sie in Richtung des Auslasses 42 abnimmt. Typische vertikale Geschwindigkeiten von Tankwasser 22 aufwärts durch das Membranmodul 28 haben eine vergleichbare Größe, üblicherweise 0,05 bis 0,2 m/s. wie in den 5A und 5B dargestellt, wird eine Kassettenströmung 78 erzeugt, bei der Tankwasser 22 in den unteren Teil eines Membranmoduls 28 nach oben gezogen wird, an der Oberseite des Membranmoduls ausgelassen wird, und in Richtung des Auslasses 42 fließt, wobei es in Richtung des Bodens des Tanks 20 sinkt, wo es von einem zweiten Membranmodul 28 aufgenommen wird, und so weiter. Die Kassettenströmung 78 hat eine nach unten, neben den Membranmodulen 28 fließende Komponente (wie in 5B dargestellt) und eine nach unten, zwischen den Membranmodulen 28 fließende Komponente (wie in 5A dargestellt). Es wurde festgestellt, daß die nach unten, neben den Membranmodulen 28 fließende Komponente ungefähr 90% der Kassettenströmung 78 ausmacht. Es wird angenommen, daß die nach unten, zwischen den Membranmodulen 28 fließende Strömungskomponente erheblich kleiner als die nach unten, neben den Membranmodulen 28 fließende Strömung ist, da die Entfernung zu den Wänden des zweiten Tanks 120 größer als die Entfernung zwischen Membranmodulen 28 ist und jedes Membranmodul 28 von einer aufwärts gerichteten Strömung von Tankwasser 22 umgeben ist. Zusammen führen diese Faktoren zu einer größeren Scherkraft, die Tankwasser 22 daran hindert, nach unten zwischen die Membranmodule 28 zu strömen.
Die in einem ersten Membranmodul 28 erzeugte und nach unten zwischen den Membranmodulen 28 fließende Kassettenströmung 78 vermischt sich wahrscheinlich teilweise mit Tankwasser 22, das in ähnlicher Weise in der Kassettenströmung 78 eines benachbarten Membranmoduls 28 nach unten fließt, und wird Teil der Kassettenströmung des benachbarten Membranmoduls 28. Somit kann eine Mischströmung 80 von Tankwasser 22, die um ein Membranmodul 28 zirkuliert, durch ein stromaufwärtiges Membranmodul 28 in Richtung des Einlasses 18 oder durch ein stromabwärtiges Membranmodul 28 in Richtung des Retentatauslasses 42 gezogen werden. Der Mischungsgrad im zweiten Tank 120 kann in bezug auf eine Rezirkulationsrate ausgedrückt werden, die als die Strömungsrate der Kassettenströmung 78 durch die Mitte der Membranmodule 28 geteilt durch die Strömungsrate des Zulaufwassers definiert ist. Bei noch zu beschreibenden Modellversuchen nimmt überraschenderweise, wenn die Kassettenströmung 78 keine Nettoströmung in Richtung des Einlasses 18 oder des Retentatauslasses 42 erzeugt (d.h. sie ist um das Membranmodul 28 symmetrisch), die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 entlang dem Fließweg 76 selbst bei ungewöhnlich hohen Rezirkulationsraten und selbst unter der Annahme zu, daß die nach unten zwischen benachbarte Membranmodule 28 gerichtete Komponente der Kassettenströmung 78 ungewöhnlich groß ist.
Obwohl es üblicherweise unnötig ist, kann der Bediener das Mischen zwischen benachbarten Membranmodulen 28 minimieren, so daß die Feststoffkonzentration in dem zweiten Tank 120 erst nahe dem Retentatauslaß 42 des zweiten Tanks 120 zunimmt, was zu einer erhöhten Permeabilität in einer größeren Zahl von Membranmodulen 28 führt. Alternativ kann der zweite Tank 120 aus mehreren Filterzonen bestehen, wobei der Auslaß einer Filterzone mit dem Einlaß einer stromabwärtigen Filterzone verbunden ist. Die Filterzonen können durch Unterteilen des zweiten Tanks 120 in mehrere Behälter oder durch Umlenkeinrichtungen 82 am oberen stromaufwärtigen Rand oder am unteren stromabwärtigen Rand eines Membranmoduls 28 erzeugt werden, um den Rückfluß 80 zum Einlaß 18 einzuschränken. Vorzugsweise sind Umlenkeinrichtungen nur an Membranmodulen 28 angebracht, die sich nahe dem Retentatauslaß 42 befinden, wo die Strömungsrate im Fließweg verringert ist.
In Reihe angeordnete Membranmodule
Die 6 und 7 zeigen ein anderes, zweites Membranmodul 110 mit Hohlfasermembranen 24 in Seitenansicht bzw. in Draufsicht. Das Membranmodul 110 ist demjenigen von 4 ähnlich, jedoch ist der Umfang des zweiten Membranmoduls 110 von einem nicht porösen Gehäuse 124 umgeben, das einen vertikal gerichteten Strömungskanal 126 durch das zweite Membranmodul 110 bildet. Ähnliche Module können mit den zuvor beschriebenen Membranmodulen 28 der 2, 3 und 4 oder mit rohrförmigen oder flachen Bahnmembranen gebildet werden.
Wie in 8 dargestellt, weist ein dritter Reaktor 128 mehrere zweite Membranmodule 110 in mehreren Filterzonen 130 auf. Der dritte Reaktor 128 hat eine Speisepumpe 12, die zu behandelndes Zulaufwasser 14 von einer Wasserquelle 16 durch einen Einlaß 18 zu einem dritten Tank 140 pumpt, in dem es zu Tankwasser 22 wird. Während der Permeation wird die Speisepumpe 12 betrieben, um das Tankwasser 22 auf einem Pegel zu halten, der die Membranen 24 bedeckt. Der Permeatsammler 30 jedes zweiten Membranmoduls 110 ist, wie dargestellt, mit einer Gruppe von Rohren und Ventilen versehen, die zwei Permeatventile 144 und zwei Rückspülventile 60 aufweisen. Um Permeat aus einem zweiten Membranmodul 110 abzuziehen, werden dessen zugehörige Permeatventile 144 geöffnet, während die Rückspülventile 60 geschlossen sind und eine zugehörige Permeatpumpe 32 eingeschaltet wird. Der resultierende Sog erzeugt einen Transmembrandruck ("TMP") von der Außenseite der Membranen 24 in Richtung ihrer Lumina 25. die Membranen 24 ermöglichen eine eine Strömung gefilterten Permeats 36, das zur Verwendung oder zur weiteren Behandlung an einem Permeatauslaß 38 zur Verfügung steht. Von Zeit zu Zeit wird ein Permeatspeicherventil 64 geöffnet, um die Versorgung eines Permeatspeichertanks 62 mit Permeat 36 aufrecht zu erhalten. Eine derartige Anordnung ermöglicht das individuelle Abziehen von Permeat 36 aus jeder Filtrationszone 130. Vorzugsweise werden die Permeatpumpen 32 betrieben, um einen ähnlichen Fluß an Permeat 36 aus jeder Filterzone 130 zu erreichen. Da die Feststoffkonzentration in jeder Filterzone 130 verschieden ist, wie im folgenden erläutert, erfordert dies üblicherweise das Betreiben jeder der Permeatpumpen 32 mit einer anderen Drehzahl. Alternativ können die zweiten Membranmodule 110 in verschiedenen Filterzonen 130 mit einer gemeinsamen Permeatpumpe 32 verbunden sein. Dies führt zu einer gewissen Schwankung des Flusses zwischen den Filterzonen 130 (da die stromabwärtigen zweiten Membranmodule 110 wahrscheinlich schneller verschmutzen), jedoch kann das Ausmaß der Schwankung minimiert werden, indem die Permeatpumpe 32, wie zuvor beschrieben, nahe dem Auslaß 42 angeordnet wird, oder durch Variationen beim Belüften, Rückspülen und bei der Packungsdichte, wie im folgenden beschrieben. Mit jedem dieser Verfahren können für die zweiten Membranmodule 110 ähnliche Permeatflüsse erreicht werden.
Tankwasser 22, das nicht durch den Permeatauslaß 38 aus dem dritten Tank 140 fließt, fließt aus dem dritten Tank 140 durch ein Ablaßventil 40 und den Retentatauslaß 160 als konsolidiertes Retentat 46 zu einem Abfluß 44. (Nicht dargestellte) zusätzliche Abflüsse in jeder Filterzone 130 sind ebenfalls vorgesehen, um das vollständige Leeren des dritten Tanks 140 zu Test- oder Wartungszwecken zu ermöglichen. Das konsolidierte Retentat 46 ist reich an Feststoffen, die von den Membranen 24 zurückgewiesen wurden. Das Fließen des konsolidierten Retentats 46 kann nötigenfalls von einer Retentatpumpe 48 unterstützt werden. Der Einlaß 18 und der Retentatauslaß 160 sind jedoch durch die Filterzonen 130 getrennt. Trennwände 176 an den Rändern der Filterzonen 130 zwingen das Tankwasser 22, entsprechend einem Tankströmungsmuster 178 nacheinander durch die Filterzonen 130 zu strömen. Die Trennwände 176 haben in Richtung des Tankströmungsmusters 178 abnehmende Höhen, so daß der Unterschied in der Tiefe zwischen einer Filterzone 130 zur nächsten das Tankströmungsmuster 178 antreibt. Der Tiefenunterschied zwischen den Trennwänden 176 variiert bei verschiedenen Anwendungen, beträgt wahrscheinlich jedoch nicht mehr als 1 m zwischen der ersten und der letzten Trennwand 176. Alternativ kann die Strömung von einer Filterzone 130 zur nächsten durch Leitungen erfolgen und durch Unterschiede in der Tiefe zwischen einer Filterzone 130 und der nächsten oder durch Pumpen angetrieben sein.
Im Normalbetrieb führt die Speisepumpe 12 im wesentlichen kontinuierlich Zulaufwasser 14 zu dem dritten Tank 140 zu, während eine oder mehrere Permeatpumpen 32 im wesentlichen kontinuierlich Permeat 36 abziehen. Der Vorgang wird üblicherweise ausgeführt, um eine ausgewählte Rückgewinnungsrate zu erreichen, die als der Anteil des Zulaufwassers 14 definiert ist, der, in Prozent ausgedrückt, als Permeat 36 entnommen wird (ausschließlich des Permeats 36, das dem dritten Tank 140 während dem Rückspülen zurückgeführt wird, wie im folgenden beschrieben). Die gewählte Rückgewinnungsrate beträgt üblicherweise 90% oder mehr und vorzugsweise 95% oder mehr.
Während sich das Tankwasser 22 von einer Filterzone 130 zur nächsten bewegt, nimmt die Feststoffkonzentration mit der Entnahme von an Feststoffen armem Permeat 36 zu. Dieser Effekt kann durch ein vereinfachtes Beispiel veranschaulicht werden, bei dem der dritte Reaktor 128 nach 8 mit einer Gesamtrückgewinnungsrate von 95% betrieben wird. 100 Strömungseinheiten Zulaufwassers 14 mit einer Konzentration von 1 laufen am Einlaß 18 in den Tank 140. Entsprechend der Rückgewinnungsrate verlassen 95 Strömungseinheiten den dritten Tank 140 als Permeat, während 5 Strömungseinheiten den dritten Tank 140 als konsolidiertes Retentat 46 verlassen. Nimmt man eine gleiche Produktion aller zweiten Membranmodule 110 an, verlassen 19 Strömungseinheiten den dritten Tank 140 als Permeat 36 in jeder Filterzone. Nimmt man ferner an, daß (a) sämtliche Feststoffe durch die Membranen 24 zurückgewiesen werden und (b) die Feststoffkonzentration in einer Filterzone 130 gleich der Feststoffkonzentration in der Strömung zur nächsten Filterzone 130 ist, wird die folgende Tabelle erzeugt, indem ein Massengleichgewicht von Fluid und Feststoffen auf jede Filterzone 130 angewandt wird.
Wenn zum Vergleich keine Filterzonen 130 vorhanden wären und der gesamte dritte Tank 140 vollständig gemischt würde, hätte das Tankwasser 22 durchgehend eine Konzentration, die das 20-fache derjenigen des Zulaufwassers 14 beträgt. Durch das Vorsehen einer Reihe aufeinanderfolgender Filterzonen 130 zwischen dem Einlaß 18 und dem Retentatauslaß 160 wird die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 in den meisten Filterzonen 130 erheblich verringert. Die verringerte Feststoffkonzentration führt zu einer erheblich verringerten Verschmutzung der zweiten Membranmodule 110 in den betreffenden Filterzonen 130. Neben anderen Vorteilen ist weniger chemisches Reinigen dieser zweiten Membranmodule 110 erforderlich. Ferner sind verringerte Belüftungs- und Rückspülroutinen für eine einzelne Filterzone 130 oder Gruppen von Filterzonen 130 bei verringerten Feststoffkonzentrationen ausreichend. Anders als bei dem genannten Ausführungsbeispiel ohne separate Filterzonen 130 ist eine Belüftung nicht erforderlich, um Tankwasser 22 am Umgehen der Membranmodule zu hindern und so kann über erhebliche Zeitspannen weniger oder gar keine Belüftung vorgesehen werden. Indem ferner Tankwasser 22 zwangsweise durch die Gehäuse 124 strömt, ist eine Belüftung zum Erzeugen einer lokalen Zirkulation von Tankwasser 22 um zweite Membranmodule 110 nicht erforderlich. Daher ist in dem dritten Tank 140 kein Raum für Fallrohre erforderlich und die zweiten Membranmodule 110 können 80% oder mehr der Grund- oder Basisfläche des Tanks 140 einnehmen.
Dennoch wird Belüftung vorgesehen, um die Membranen 24 zu säubern, was ohne das Erzeugen eines Drucklufteffekts im Tankwasser 22 erfolgen kann. Für die Belüftung kann eine Luftquelle 50, die mit jeder Filterzone 130 verbunden ist, zum Blasen von Luft, Stickstoff oder anderen geeigneten Gasen durch Luftverteilungsrohre 54 zu einem Kopfteil 170 betrieben werden, das an mehreren Lüftern 56 unter dem zweiten Membranmodul 110 angebracht ist. Während des Belüftens geben die Lüfter 56 Reinigungsblasen 58 unter dem zweiten Membranmodul 110 ab, welche durch die Membranen 24 aufsteigen. Somit kann eine individuelle Belüftung jeder Filterzone 130 vorgesehen werden.
Das zweite Membranmodul 110 in jeder Filterzone 130 kann ferner einzeln rückgespült werden, indem die zugehörigen Permeatventile 144 geschlossen und die zugehörigen Rückspülventile 60 geöffnet werden. Die zugehörige Permeatpumpe 32 (oder alternativ eine separate Pumpe) wird sodann betrieben, um Permeat 36 aus dem Permeatspeichertank 62 abzuziehen und durch den Permeatsammler 30 und schließlich durch die Membranen 24 in zur Permeation umgekehrter Richtung zu pumpen. Vorzugsweise werden die zweiten Membranmodule 110 in benachbarten Filterzonen 130 nicht gleichzeitig rückgespült. Die Rückspülung dauert üblicherweise zwischen 15 Sekunden und eine Minute und involviert einen Fluß der dem Ein- bis Dreifachen des Permeatflusses entspricht, jedoch in umgekehrter Richtung. Dementsprechend steigt der Pegel des Tankwassers 22 in der rückgespülten Filterzone 130 vorübergehend an, wodurch mehr Tankwasser 22 in die nächste Filterzone 130 fließt. Vorzugsweise ist die stromabwärtige Trennwand 176 in jeder Filterzone ausreichend niedriger als die stromaufwärtige Trennwand 176, so daß Tankwasser 22 nicht während des Rückspülens über eine stromaufwärtige Trennwand 176 fließt.
Um eine höhere Dichte von Membranen 24 in dem dritten Tank 140 zu erreichen, sind die zweiten Membranmodule 110 derart bemessen, daß sie jede Filterzone 130 nahezu ausfüllen. Ferner sind die zweiten Membranmodule 110 derart angeordnet, daß Tankwasser 22 oder Zulaufwasser 14, das in eine Filterzone 130 strömt, zuerst durch den Strömungskanal 126 des zweiten Membranmoduls 110 fließen muß. Die Tankströmung 178 fließt deshalb im allgemeinen abwärts durch jedes zweite Membranmodul 110, sodann aufwärts außerhalb jedes zweiten Membranmoduls 110 und über die stromabwärtige Trennwand 176. Dementsprechend ist die Tankströmung 178 quer zu den Membranen 24 gerichtet und verhindert im allgemeinen die Bildung feststoffreicher Zonen Tankwassers 22 nahe den Membranen 24. Während des Rückspülens kann die Tankströmung 178 zeitweilig aufwärts durch das zweite Membranmodul 110 fließen, wenn sich das obere Ende des Gehäuses 124 um das zweite Membranmodul 110 nahe dem normalen Pegel des Tankwassers 22 befindet. Eine derartige umgekehrte Strömung beeinflußt die allgemeine Tankströmung 178 nicht erheblich und es wird bevorzugt, wenn während des Rückspülens das Tankwasser 22 das zweite Membranmodul 110 nicht überströmt. Auf diese Weise besteht nach dem Beenden des Rückspülens eine kurzzeitig verstärkte Tankströmung 178, die das Bewegen von Feststoffen von nahe dem unteren Ende des zweiten Membranmoduls 110 zur nächsten Filterzone 130 unterstützt. Bei zweiten Membranmodulen 110 mit minimaler Belüftung nähert sich die Tankströmung durch ein zweites Membranmodul 110 einer Pfropfenströmung an und es kommt zu einer Zunahme der Feststoffkonzentration während das Tankwasser 22 durch das zweite Membranmodul 110 sinkt. Daher sind die Membranen 24 nahe dem oberen Ende des zweiten Membranmoduls 110 einer Feststoffkonzentration ausgesetzt, die sogar noch geringer ist als die in der vorhergehenden Tabelle vorhergesagte Konzentration, und verhältnismäßig mehr Feststoffe haften an den unteren Membranen 24. Während des Belüftens steigen die Blasen 56 gegen die Tankströmung 178 auf und es ist kein Raum für Fallrohre in den Filterzonen 130 erforderlich.
Kombinieren langer belüfteter Filterzüge und in Reihe angeordneter Membranmodule mit Schnellablaßdekonzentration Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die in Verbindung mit den 5 und 8 beschriebenen Ausführungsbeispiele in Zyklen betrieben, die Schnellablaßdekonzentrationen einschließen. Die resultierende durch die Dekonzentrationen erzeugte zeitliche Verringerung der Feststoffkonzentration fördert den Effekt der räumlichen Verringerungen in Feststoffkonzentrationen. Wie aus den 5A und 5B oder 8 ersichtlich, wird zu Beginn eines Zyklus der zweite Tank 120 oder der dritte Tank 140 mit Tankwasser 22 gefüllt. Gefiltertes Permeat 36 wird aus dem zweiten Tank 120 oder dem dritten Tank 140 abgezogen, wobei die Ablaßventile 40 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig geschlossen bleiben, so daß die Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 zunimmt, bis eine Dekonzentration angezeigt ist, wie zuvor beschrieben.
Die Permeation geht weiter, während der zweite Tank 120 oder der dritte Tank 140 durch gleichzeitige Abziehen konsolidierten Retentats 46 aus dem zweiten Tank 120 oder dem dritten Tank 140 dekonzentriert wird und die Rate, mit der das Zulaufwasser 14 in den zweiten Tank 120 oder in den dritten Tank 140 läuft erhöht wird, um den Pegel des Tankwassers 22 während des Ablaßvorgangs über den Membranen 24 zu halten. Wenn das Tankwasser 22 durch ein schnelles Ablassen bei gleichzeitig fortgesetzter Permeation dekonzentriert wird, können die aus dem zweiten Tank 120 oder dem dritten Tank 140 entnommenen Wasservolumina die gleichen wie zuvor beschrieben sein. Da nur der stromabwärtige Teil des zweiten Tanks 120 oder des dritten Tanks 140 Tankwasser 22 mit hoher Feststoffkonzentration enthält können jedoch vorzugsweise geringere Ablaßvolumina verwendet werden, da nur der stromabwärtige Teil des Tankwassers 22 eine Dekonzentration benötigt. Mit der Vorrichtung der 8 oder mit der Vorrichtung der 5A und 5B, bei denen die Belüftung während der Dekonzentration eingeschaltet ist, werden vorzugsweise zwischen 20% und 75%, höchst vorzugsweise zwischen 20% und 50% des Volumens des Tankwassers 22 entfernt. Wenn bei der Vorrichtung nach den 5A und 5B zum Zeitpunkt der Dekonzentration Belüftung erfolgt, werden vorzugsweise zwischen 40% und 150% und höchst vorzugs weise zwischen 40% und 75% des Volumens des Tankwassers 22 abgelassen. Bei der Vorrichtung von 8 erfolgen Dekonzentrationen vorzugsweise direkt nach Rückspülvorgängen, so daß die erhöhte Flußmenge der Tankströmung 178 mehr Feststoffe mitnimmt.
Dekonzentrationen können auch durch Anhalten der Permeation und der Strömung des Zulaufwassers 14 in den zweiten Tank 120 oder den dritten Tank 140 während des Abziehens des Retentats 46 erfolgen. Der Pegel des Tankwassers 22 fällt und der zweite Tank 120 oder der dritte Tank 140 müssen zuerst wieder aufgefüllt werden, bevor die Permeation wieder aufgenommen werden kann. Wie zuvor erwähnt, vermeidet dieser Vorgang die Verdünnung des Retentats 46 mit Zulaufwasser 14, unterbricht jedoch auch die Permeation. Bei der Vorrichtung von 8 jedoch kann die letzte Filterzone 130 separat abgelassen werden, während die Permeation nur in dieser Filterzone 130 angehalten wird. Im Vergleich zu einem Vorgang, bei dem ein Tank geleert wird, werden derartige Dekonzentrationen häufiger durchgeführt, involvieren jedoch weniger Volumen, wodurch jeweils die erforderliche Kapazität des Ablaufs 44 verringert wird. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren vorteilhafterweise das Abziehen von feststoffreichem Tankwasser 22, während der Permeation durch die meisten Membranmodule 28 und ohne Verdünnen des Retentats 46. Während der Fluß des Zulaufwassers 14 vollständig angehalten werden kann, während die letzte Filterzone 130 geleert wird, ist der Fließweg über die letzte Trennwand 176 vorzugsweise mit einem Verschluß, beispielsweise einer Schleuse 180 oder einer mit einem Ventil versehenen Leitung, ausgestattet. Der Verschluß ist zu Beginn der Dekonzentration geschlossen, wodurch Tankwasser 22 gehindert wird, über die Trennwand 176 zu strömen, nachdem das Ablaßventil 40 geöffnet wurde. Die Retentatpumpe 48 kann gegebenenfalls zur Beschleunigung des Ablassens betätigt werden. Zulaufwasser 14 wird während der Dekonzentration weiterhin dem dritten Tank 140 zugeleitet, bis der Pegel des Tankwassers 22 in den stromabwärtigen Filterzonen 130 bis zu dem Punkt steigt, an dem merkliche Umkehrströmungen über die Trennwände 176 auftreten können. Nach dem Leeren der letzten Filterzone 130 wird die Retentatpumpe 48 abgeschaltet (falls sie eingeschaltet war) und das Ablaßventil 40 wird geschlossen. Der Verschluß wird geöffnet, wodurch eine zunächst schnelle Strömung von Tankwasser 22 freigegeben wird, welche einen Teil der letzten Filterzone 130 füllt. Die Strömung des Zulaufwassers 14 wird verstärkt, bis der Rest der letzten Filterzone 130 gefüllt ist. Um eine Beschädigung der Membranen 24 während schneller Strömungen des Tankwassers 22 zu vermeiden, sind vorzugsweise (nicht dargestellte) Umlenkbleche über den zweiten Membranmodulen 110 angebracht, um die Strömung zu leiten und ihre Energie abzuleiten.
Abgestufte Belüftung
Mit den in Zusammenhang mit den 5 und 8 erörterten Ausführungsbeispielen wird ein zusätzlicher Vorteil erreicht, indem die Menge der Belüftung entlang dem zweiten Tank 120 oder dem dritten Tank 140 variiert wird. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung nach 5A und 5B mit einem separaten Belüftungssystem für jedes Membranmodul 28 versehen, wie in 8 dargestellt, wobei die Verbindung zwischen den Luftverteilungsrohren 54 und gewählten Lüftern 56 mit Begrenzungsöffnungen versehen sind, oder jeder Lüfter 56 weist vorzugsweise ein ihm zugeordnetes Mengenregelventil auf. Membranmodule 28 oder zweite Membranmodule 110, die in Tankwasser 22 mit geringer Feststoffkonzentration arbeiten, werden weniger stark belüftet, vorzugsweise auf der Basis der Feststoffkonzentration im Tankwasser 22 um jedes Membranmodul 28 oder jedes zweite Membranmodul 110. Das am weitesten stromaufwärts gelegene Membranmodul 28 oder zweite Membranmodul 110 ist der niedrigsten Feststoffkonzentration ausgesetzt und empfängt daher die geringste Menge an Luft, was bei dem Ausführungsbeispiel nach den 5A und 5B von der Notwendigkeit abhängt, Tankwasser 22 mitzunehmen, das ansonsten die Membranmodule 28 umgehen würde. Das am weitesten stromabwärts gelegene Membranmodul 28 oder zweite Membranmodul 110 ist der höchsten Feststoffkonzentration ausgesetzt und empfängt die stärkste Belüftung.
Üblicherweise sind sämtliche Lüfter 56 gleichartig aufgebaut und für die gleiche maximale Nenn-Luftströmung ausgelegt, die durch sie hindurchleitbar ist. Die Mindestmenge der Luftströmung beträgt üblicherweise ungefähr die Hälfte der maximalen Nenn-Luftströmung, wobei der Lüfter 56 unter dieser möglicherweise nicht gleichmäßig belüftet. Vorzugsweise werden die stromaufwärtige Hälfte oder die stromaufwärtigen zwei Drittel der Membranmodule 28 oder der zweiten Membranmodule 110 mit 50% oder 60% der Nennkapazität der Lüfter 56 belüftet und die verbleibenden Membranmodule 28 oder zweiten Membranmodule 110 werden mit 80% bis 100% der Nenn-Kapazität belüftet, wobei die Steigerung entweder linear oder stufenweise erfolgt. Eine derartige Veränderung folgt ungefähr der Zunahme der Feststoffkonzentration im Tankwasser 22.
Abgestuftes Rückspülen
Zusätzlich oder alternativ kann abgestuftes Rückspülen verwendet werden. Membranmodule 28 oder zweite Membranmodule 110, die in Tankwasser 22 mit geringer Feststoffkonzentration arbeiten, erfordern weniger Rückspülung. Das am weitesten stromaufwärts gelegene Membranmodul 28 oder zweite Membranmodul 110 ist der geringsten Feststoffkonzentration ausgesetzt und wird dem geringsten Grad an Rückspülung unterzogen, während das am weitesten stromabwärts gelegene Membranmodul 28 oder zweite Membranmodul 110 der höchsten Feststoffkonzentration ausgesetzt ist und der stärksten Rückspülung ausgesetzt ist. Der Grad an Rückspülung wird üblicherweise zwischen diesen Extremen erhöht, wobei ein geringerer Grad an Rückspülung für die stromaufwärtige Hälfte oder die stromaufwärtigen zwei Drittel der Membranmodule 28 oder der zweiten Membranmodule 110 verwendet wird und anschließend entweder linear oder stufenweise eine Erhöhung auf einen höheren Grad für die verbleibenden Membranmodule 28 oder zweiten Membranmodule 110 erfolgt. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung nach den 5A und 5B mit einem separaten Rückspülsystem für jedes Membranmodul 28 versehen, wie in 8 dargestellt.
Das Rückspülen kann sowohl in der Häufigkeit, als auch in der Dauer variiert werden. Genaue Parameter hängen von dem Zulaufwasser 14 und anderen Variablen ab, reichen jedoch üblicherweise von einer 10-sekündigen Rückspülung einmal die Stunde bis zu einer 30-sekündigen Rückspülung einmal alle fünf Minuten, wobei der niedrigere Betrag nahe dem erstgenannten Zustand und der höhere Betrag nahe dem letztgenannten Zustand ist.
Strömungsumkehr
Um übermäßigen Verlust an Permeabilität (da einige langfristige Verschmutzungseffekte irreversibel sind) zu verringern und ungleichmäßige Beschädigung verschiedener Membranmodule 28 bei Verwendung abgestufter Belüftung zu verhindern, kann zusätzlich oder alternativ die Richtung der Tankströmung periodisch umgekehrt werden, indem ein Einlaß 18 und ein Retentatauslaß 46 auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Tanks 120 oder des dritten Tanks 140 vorgesehen wird. Vorzugsweise erfolgt die Umkehr nach einem periodischen chemischen Reinigen, das ungefähr alle zwei Wochen bis alle zwei bis sechs Monate erforderlich ist und oft das Leeren des zweiten Tanks 120 oder des dritten Tanks 140 erfordert. Eine derartige Strömungsumkehr ermöglicht das zeitweise Betreiben der Membranen 24 nahe den Enden des zweiten Tanks 120 oder des dritten Tanks 140 in feststoffarmem Tankwasser 22, wodurch ihre Lebensdauer erheblich verlängert wird. Eine derartige Strömungsumkehr kann bei dem Ausführungsbeispiel der 8 mit einigen Modifizierungen erreicht werden, ist jedoch unpraktisch, da das Verfahren besser für das Ausführungsbeispiel gemäß den 5A und 5B geeignet ist.
Variable Packungsdichte
Im allgemeinen werden Membranmodule 28 und zweite Membranmodule 110 mit geringerer Packungsdichte in feststoffreichem Tankwasser 22 bevorzugt. Die verringerte Packungsdichte ermöglicht es Blasen 58, die Membranen 24 leichter zu erreichen, und verstärkt den Reinigungs- oder Verschmutzungsverhinderungseffekt der Belüftung. Bei feststoffarmem Tankwasser 22 ist eine höhere Packungsdichte erwünscht, da für ein bestimmtes Volumen eines zwei ten Tanks 120 oder eines dritten Tanks 140 mehr Membranfläche geschaffen wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Packungsdichte der stromabwärtigen Membranmodule 28 oder der zweiten Membranmodule 110 gegenüber stromaufwärtigen Membranmodulen 28 oder zweiten Membranmodulen 110 mit einer entsprechenden Veränderung der Größe der Filterzonen 130 verringert. Bevorzugte stromaufwärtige Packungsdichten variieren von 20% bis 30%. Bevorzugte stromabwärtige Packungsdichten variieren von 10% bis 20%.
Alternative Tankformen
Wie in 9 dargestellt, wird ein runder Tank 220 verwendet. Der Einlaß 18 befindet sich an einer Stelle des Umfangs des Tanks 220 und der Retentatauslaß 42 befindet sich in der Mitte des Tanks 220 oder alternativ (wie in gestrichelten Linien dargestellt) an einer anderen Stelle des Umfangs des Tanks 220. Membranmodule 28 oder zweite Membranmodule 110 sind horizontal beabstandet in einem Ring um die Mitte des Tanks 220 angeordnet. Eine innere Teileinrichtung 222 im Tank 220 dient der Bildung eines kreisförmigen Fließwegs 276 zwischen dem Einlaß 18 und dem Retentatauslaß 42.
Wie in 10 dargestellt, wird ein Tank mit geringem Seitenverhältnis oder ein quadratischer Tank 320 verwendet. Der Einlaß 18 befindet sich an einer Stelle des Tanks 320 und der Retentatauslaß 42 befindet sich an einer anderen Stelle des Tanks 320. Eine innere Teileinrichtung 322 im Tank 320 dient der Bildung eines Fließwegs 376 zwischen dem Einlaß 18 und dem Retentatauslaß 42. Membranmodule 28 oder zweite Membranmodule 110 sind horizontal beabstandet in Reihe entlang dem Fließweg 376 angeordnet. Alternativ ist, wie in gestrichelten Linien als Variante dargestellt, die innere Teileinrichtung 322 eine Wand zwischen separaten Tanks, die durch eine Fluidverbindung 324 in Reihe verbunden sind.
Wenn der runde Tank 220 oder der Tank mit geringem Seitenverhältnis oder der quadratische Tank 320 anstelle des dritten Tanks 128 verwendet wird, sind zwischen den zweiten Membranmodulen 110 Trennwände 176 vorgesehen.
Beispiel 1
Ein eingetauchter Membranreaktor nach den 5A und 5B wurde anhand von Versuchsdaten gebildet, die aus Tests unter kontinuierlichem Ablauf stammten, wobei angenommen wurde, daß die lokale Strömung um die Membranmodule stromaufwärts und stromabwärts symmetrisch ist, d.h. die Gesamttankströmung in Richtung des Auslasses wurde außer Acht gelassen. Das System weist einem 16,4 Meter langen, 3,28 Meter breiten Tank mit einer durchschnittlichen Wassertiefe von ungefähr 2,5 Meter auf. Der Tank des Reaktors enthält 12 Membranmodule, welche jeweils eine Kassette mit 8 ZW 500 Einheiten sind. Jede Kassette ist ungefähr 1,82 Meter hoch, 1,83 Meter breit und in Richtung des Fließwegs 0,71 Meter lang und ist derart in dem Tank angeordnet, daß ungefähr 0,75 Meter zwischen dem Rand der Kassetten und den langen Wänden des Tanks verbleiben. Die Kassetten sind gleichmäßig zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende des Tanks beabstandet. Der Transmembrandruck wird in dem gesamten Modell auf konstant 50 kPa gehalten und die Permeabilität der Membranen zu jedem Zeitpunkt wird anhand einer auf Versuchsdaten basierenden Tabelle bestimmt, die akzeptable Permeabilitäten in Beziehung zur Feststoffkonzentration im die Membranen umgebenden Wasser setzt. Die Strömungsrate des Zulaufwassers und des konsolidierten Retentatwassers wurden wie für eine Rückgewinnungsrate von 95% erforderlich angepaßt. Das Zulaufwasser soll eine Ausgangsfeststoffkonzentration von 10 mg/l haben.
In einer ersten Abfolge von Modellversuchen wurden die Membranmodule kontinuierlich mit einer konstanten Rate belüftet, die zu einer Gesamtkassettenströmung von ungefähr 3800 Litern pro Minute (bei einer Geschwindigkeit von 0,05 m/s) aufwärts durch die Mitte jeder Kassette und zu einer abwärts gerichteten Strömung von 1900 Litern pro Minute an jedem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Rand jedes Membranmoduls nach unten führt. Bei dem Modell wird angenommen, daß die gesamte Kassettenströmung zwischen benachbarten Membranmodulen abwärts fließt. Das Modell nimmt ferner an, daß das Wasser zwischen benachbarten Membranmodulen sich vollständig vermischt, so daß 50% des entlang dem Rand einer Kassette nach unten fließenden Wassers, oder 950 Liter pro Minute, in der durch jedes benachbarte Membranmodul aufwärts fließenden Strömung mitgenommen werden. Das Modell geht weiter davon aus, daß jegliche Umgehungsströmung um die Membranmodule 28 entlang den Seiten des Tanks vernachlässigbar ist.
In einem ersten Test wurde der Testreaktor für einen kontinuierlichen Entnahmevorgang ausgelegt, d.h. gefiltertes Permeat, konsolidiertes Retentat und Zulaufwasser fließen sämtliche kontinuierlich. Die Feststoffkonzentration an jeder Kassette ist in 11 dargestellt und steigt von ungefähr 20 mg/l auf 200 mg/l. Wie dargestellt, ist die durchschnittliche Konzentration von die Kassetten umgebenden Feststoffen erheblich verringert, während das konsolidierte Retentat eine Feststoffkonzentration von 200 mg/l aufweist. Die erwartete Permeabilität der Membranmodule ist auch in 11 dargestellt, die nahelegt, daß ein derartiger Reaktor kontinuierlich mit einer durchschnittlichen Permeabilität von mehr als 200 l/m²/h/bar arbeitet, wobei 8 bis 12 Membranmodule mit Permeabilitäten oberhalb dieses Durchschnittswerts arbeiten. Zum Vergleich betrüge bei einem herkömmlichen vollständig gemischten Ablauf mit der gleichen Rückgewinnungsrate von 95% die Feststoffkonzentration im gesamten Tank 200 mg/l und sämtliche Membranmodule arbeiteten mit einer Permeabilität von ungefähr 155 l/m²/h/bar, was die empfohlenen Betriebsbedingungen für die ZW 500 Membranmodule überschreiten würde.
Bei einem zweiten Modellversuch wurde der erste Modellversuch modifiziert, um zu simulieren, daß der Tank alle vier Stunden geleert würde, wobei die Permeation angehalten ist, die anderen Parameter jedoch wie zuvor galten. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in 12 dargestellt, welche angibt, daß bei diesem Vorgang sämtliche Kassetten mit einer Permeabilität über 200 l/m²/h/bar arbeiten können.
Bei einem dritten Modellversuch wurde der erste Modellversuch modifiziert, um zu simulieren, daß der Tank alle vier Stunden durch Abziehen von konsolidiertem Retentat dekonzentriert würde, wobei die Strömungsrate des Zulaufwassers erhöht und die Permeation weitergeführt wird, jedoch eine Rückgewinnungsrate von 95% beibehalten wird. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in 13 dargestellt, die ebenfalls zeigt, daß bei diesem Vorgang sämtliche Kassetten mit einer Permeabilität über 200 l/m²/h/bar arbeiten können.
Bei einem vierten Modellversuch wurden variierende Raten der Belüftung und somit variierende Rezirkulationsraten verwendet. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in 14 dargestellt und zeigen, daß Rezirkulationsraten von 25% drastisch verringerte Feststoffkonzentrationen in dem die meisten Kassetten umgebenden Wasser bewirken, und daß selbst bei einer großzügigen Rezirkulationsrate von 100% oder 165% die Mehrheit der Kassetten Wasser mit einer erheblich verringerten Feststoffkonzentration ausgesetzt sind.
Bei einem fünften Modellversuch wurde das Modell des ersten Modellversuchs ohne Dekonzentrationen wiederholt, wobei eine variierende Anzahl von Kassetten zwischen 1 (nicht Teil der Erfindung) und 16 verwendet wurde. Wie in 15 dargestellt, wird die durchschnittliche Konzentration im Tank selbst bei 2 oder 4 Kassetten verringert und bei 6 oder mehr Kassetten beträgt die durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tank ungefähr die Hälfte der Konzentration (200 mg/l), die bei dem Modell mit einem herkömmlichen vollständig gemischten Verfahren erreicht würde.
Bei einem sechsten Modellversuch wurde das Modell des ersten Modellversuchs ohne Dekonzentrationen wiederholt, wobei jedoch die Rückgewinnungsrate von 90% bis 99% variierte und mit einem Modell eines mit den gleichen Rückgewinnungsraten arbeitenden herkömmlichen vollständig gemischten kontinuierlichen Entnahmeverfahrens verglichen. Wie in der 16 dargestellt, weist ein herkömmliches Verfahren mit einer Rückgewinnungsrate von 95% eine durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tank von 200 mg/l auf. Das Verfahren und die Vorrichtung, die für einen langen belüfteten Filterstrang ausgelegt waren, konnten mit einer Wiedergewinnungsrate von ungefähr 97,5% bei der gleichen durchschnittlichen Feststoffkonzentration betrieben werden, was zu 50% weniger zu entsorgendem konsolidiertem retentat führen würde.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wurde eine tatsächliche Versuchsvorrichtung gemäß den 5A und 5B konstruiert und betrieben. Die Abmessungen des Tanks waren wie für die zuvor beschriebenen Modellversuche gewählt, jedoch wurden 16 Kassetten mit jeweils 8 ZW 500 Einheiten hintereinander mit 20 cm Abstand voneinander in Richtung des Fließwegs angeordnet und mit konstanter Belüftung verwendet. Die Vorrichtung wurde kontinuierlich ohne Dekonzentrationen mit einer Rückgewinnungsrate von 91% betrieben. Der Durchsatz wurde bei konstant 93 Liter/Sekunde gehalten, wobei 9,4 Liter/Sekunde an konsolidiertem Retentat kontinuierlich den Tank verließen. Die Farbe wurde an jeder Kassette entlang dem Tank als Indikator für die Feststoffkonzentration an jeder Kassette beobachtet. Wie in 17 dargestellt, stieg die Feststoffkonzentration nur in den stromabwärtigen 20% des Tanks erheblich an, wobei die meisten Kassetten in relativ sauberem Wasser arbeiteten.
Beispiel 3
Ein Versuch wurde mit einem Wasserfiltersystem ähnlich demjenigen der 5A und 5B mit 12 Kassetten mit jeweils 8 ZW 500 Modulen durchgeführt. Die Belüftung wurde linear von ungefähr 13,6 Nm³/h für jedes ZW 500 der ersten Kassette auf ungefähr 22,1 Nm³/h für jedes ZW 500 der letzten Kassette erhöht. Dies führte zu einer Gesamtverringerung der Systembelüftung von den üblichen 1989 Nm³/h auf 1785 Nm³/h, d.h. eine mehr als 10%-ge Verringerung, während die Rate der Membranverschmutzung die gleiche blieb und die Schaumbildung erheblich verringert wurde. Bei diesem Versuch betrug die Systemrückgewinnungsrate 84%, während die Wassertemperatur 22,5° C betrug.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betrifft. Es können dennoch bestimmte Veränderungen und alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgesehen werden, ohne den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Filter zur Behandlung von Feststoffe enthaltendem Wasser zur Bildung eines an Feststoffen armen Permeats, mit (a) einem offenen Tank (20, 120, 220, 320); (b) einem Einlaß (18) zum Zuführen von Feststoffe enthaltendem Zulaufwasser in den Tank; (c) einem Auslaß (42) für das Austreten von an Feststoffen reichem Wasser aus dem Tank; (d) einem Fließweg (76, 276, 376) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß; (e) mehreren Membranmodulen (28) von in dem Tank angeordneten Filtermembranen; (f) Permeatsammlern (30) zum Verbinden einer Permeatseite der Filtermembranen mit einer Unterdruckquelle; (g) unter den Modulen befindlichen Rührern (56), die, wenn der Tank mit Feststoffe enthaltendem Wasser gefüllt ist, betreibbar sind, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und das Feststoffe enthaltende Wasser im wesentlichen während der gesamten Permeation aufwärts durch die Module strömen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß (h) die Membranmodule horizontal und nacheinander entlang dem Fließweg beabstandet sind, derart daß der längs dem Fließweg gemessene Abstand zwischen benachbarten Membranmodulen kleiner als die Hälfte der entlang dem Fließweg gemessenen Länge eines Membranmoduls ist; (i) die entlang dem Fließweg gemessene Gesamtlänge sämtlicher Membranmodule, ausschließlich des entlang dem Fließweg gemessenen Abstandes zwischen den Membranmodulen, mindestens das Doppelte der senkrecht zum Fließweg gemessenen Breite des Membranmoduls ist; und (j) der Abstand von den Membranmodulen zu den Wänden des Tanks, gemessen senkrecht zum Fließweg, größer als der Abstand zwischen benachbarten Membranmodulen, gemessen entlang dem Fließweg, ist.
Filter nach Anspruch 1, bei dem die Gesamtlänge sämtlicher Membranmodule, ohne den Zwischenraum zwischen diesen, mindestens das Vierfache der Breite der Membranmodule aufweist.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Filtermembranen in einem ersten Membranmodul eine höhere Packungsdichte haben als die Filtermembranen in einem zweiten Membranmodul, das dem Auslaß näher ist als das erste Modul.
Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, das mindestens sechs Membranmodule aufweist.
Verfahren zum Behandeln von Feststoffe enthaltendem Wasser zum Bilden eines an Feststoffen armen Permeats, mit folgenden Schritten: (a) Vorsehen eines Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 4; (b) Einleiten von Zulaufwasser mit einer Anfangskonzentration von Feststoffen in den Tank durch den Einlaß, um die Membranen in Feststoffe enthaltendes Wasser einzutauchen; (c) Bilden eines gefilterten Permeats mit einer verringerten Konzentration an Feststoffen auf der Permeatseite der Membranen durch Aufbringen von Unterdruck auf die Permeatkollektoren; (d) Entfernen des auf der Permeatseite der Membran gebildeten Permeats aus dem Tank; (e) kontinuierliches Abziehen eines Retentats mit einer im Vergleich mit der Anfangskonzentration an Feststoffen erhöhten Konzentration an Feststoffen aus dem Tank während der Bildung des gefilterten Permeats; (f) Einleiten von Zulaufwasser in den Tank, um aus dem Tank entnommenes Wasser zu ersetzen, um die Membranen während des Schritts des Bildens des gefilterten Permeats in Wasser eingetaucht zu halten; (g) Betätigen der Rührer, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und es nach oben durch die Module strömen zu lassen, derart daß das Wasser im Tank in örtlichen Strömungsmustern im wesentlichen während der gesamten Permeation strömt, in der Wasser im Tank nach oben durch die Membranmodule und anschließend nach unten und in Richtung des Auslasses in einen Raum neben den Membranmodulen strömt.
Verfahren zum Behandeln von Feststoffe enthaltendem Wasser zur Bildung eines an Feststoffen armen Permeats, mit: (a) Vorsehen eines Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 4; (b) Einleiten von eine Anfangskonzentration an Feststoffen enthaltendem Zulaufwasser in den Tank durch den Einlaß, um die Membran in Feststoffe enthaltendes Wasser einzutauchen; und (c) in wiederholten Zyklen (i) Bilden eines gefilterten Permeats mit einer verringerten Konzentration an Feststoffen auf der Permeatseite der Membranen durch Aufbringen von Unterdruck auf die Permeatkollektoren, während (A) ausreichend Zulaufwasser zugeführt wird, um die Membranen eingetaucht zu halten, und (B) die Rührer betätigt werden, um Feststoffe enthaltendes Wasser um die Membranmodule zu leiten und es nach oben durch die Module strömen zu lassen, derart daß das Wasser im Tank in örtlichen Strömungsmustern im wesentlichen während der gesamten Permeation strömt, in der Wasser im Tank nach oben durch die Membranmodule und anschließend nach unten und in Richtung des Auslasses in einen Raum neben den Membranmodulen strömt, so daß die durchschnittliche Konzentration von Feststoffen im Tankwasser auf eine erhöhte Konzentration ansteigt, die höher als die Anfangskonzentration ist; und (ii) Spülen des Tanks bei fortgesetztem Abziehen gefilterten Permeats durch (A) Abziehen eines Retentats aus dem Tank und (B) Zuführen von Zulaufwasser, um die Membranen eingetaucht zu halten, um die durchschnittliche Feststoffkonzentration zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die durchschnittliche Feststoffkonzentration im Tank auf weniger als 40% der erhöhten Konzentration gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Permeation während des Spülens des Tanks ausgeführt wird und das beim Spülen des Tanks entfernte Retentat zwischen 20% und 150% des durchschnittlichen Wasservolumens im Tank beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem während des Spülens eine Belüftung erfolgt und das beim Spülen des Tanks entfernte Retentat zwischen 40% und 150% des durchschnittlichen Wasservolumens im Tank beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem während des Spülens keine Belüftung erfolgt und das beim Spülen des Tanks entfernte Retentat zwischen 20% und 75% des durchschnittlichen Wasservolumens im Tank beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Belüftung in Richtung des Auslasses des Tanks verlagert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, und ferner mit dem Schritt des Rückspülens der Membranen von Zeit zu Zeit, wobei das Rückspülergebnis in Richtung des Auslasses des Tanks verlagert wird.