DE69604818T2

DE69604818T2 - Reinigungsverfahren für eine unterwassermembranfitteranlage

Info

Publication number: DE69604818T2
Application number: DE69604818T
Authority: DE
Inventors: Pierre Cote; Patricia Grelier; Annie Tazi-Pain
Original assignee: Zenon Environmental Inc; OTV Omnium de Traitements et de Valorisation SA
Current assignee: GE Zenon ULC; Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: KR100453845B1; DE69604818D1; ES2140914T3; ATE185702T1; PL326935A1; WO1997018887A1; EP0863793A1; CA2236840A1; HUP0000070A3; FR2741280B1; AU710229B2; PL182907B1; FR2741280A1; JP2000500392A; DK0863793T3; EP0863793B1; CA2236840C; KR19990071569A; JP4040090B2; BR9611625A

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Filteranlagen für Flüssigkeiten, insbesondere Abwässer, zum Zweck ihrer Reinigung und Umwandlung in Trinkwasser. Genauer betrifft die Erfindung derartige Anlagen mit Filtermembranen, welche direkt im zu behandelnden Abfluß eingetaucht sind. Noch genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen der Filtermembranen in derartigen Anlagen.
Anlagen mit eingetauchten Membranen sind durch die Anwendung mikro- oder ultrafiltrierender Membranen gekennzeichnet, von ebener oder rohrförmiger Gestalt oder mit hohlen Fasern, die allgemein in Modulen zusammengefügt sind, welche kein Gehäuse umfassen. Diese Module tauchen direkt in ein Behandlungsgefäß, in dem die zu filternde Flüssigkeit enthalten ist, wobei das Permeat abgesaugt wird. Solche Filterungsanlagen sind insbesondere im Patent US-A-5248424 beschrieben, das im Namen von Côté et al. angemeldet wurde, ferner in der europäischen Patentanmeldung EP-A-510328 und im Artikel "Direct solid-liquid separation using hollow-fiber membrane in activated sludge aeration tank", von den Autoren Yamamoto et al., erschienen 1989 in der Fachzeitschrift Water Science Technology, Band 21, Seiten 43-54.
Die in solchen Anlagen eingesetzten untergetauchten Membranen werden im allgemeinen unter Bedingungen verwendet, bei denen Verstopfungen nur in geringem Umfang vorkommen, bei schwachen Druck hinter der Membran, der im allgemeinen nicht mehr als 0,5 bar beträgt, um die Zeitabstände zwischen den Reinigungsvorgängen der Membrane so lang wie möglich zu halten. Reinigungsvorgänge sind dennoch erforderlich und erfolgen in klassischer Weise mit Hilfe von üblicherweise heißen chemischen Lösungen.
Bei Anlagen mit klassischen Membranen, bei denen die Filterungsmodule nicht direkt im zu filternden Abwasser eingetaucht sind, sondern mit einem Gehäuse versehen sind und bei denen eine Filterungsschleife vorgesehen ist, erfolgt die Reinigung der Membranen mühelos ohne diese aus der Anlage zu entfernen. Diese Reinigung vor Ort genannte Reinigungsmethode besteht einfach darin, daß eine Reinigungslösung durch die Rezyklierungsschleife geschickt wird. Diese Methode ist effizient, da sie eine gute Kontrolle der Konzentration der Chemikalien in der Reinigungslösung, der Temperatur dieser Lösung sowie der Berührungszeit zwischen ihr und den Membranen zuläßt. Ferner läßt sich ein derartiges Reinigungsverfahren vollständig automatisieren. Zuletzt ist das Ablaßvolumen gering und entspricht dem toten Volumen der Rezyklierungsschleife.
Jedoch haben Filterungsanlagen von der Art mit eingetauchten Membranen weder Gehäuse noch Rezyklierungsschleife. Eines der mit der Anwendung solcher Anlagen zusammenhängenden Nachteile besteht demnach darin, daß die Reinigungsvorgänge durch das Fehlen eines solchen Gehäuses um die Filterungsmodule sowie das Fehlen einer derartigen Rezirkulierungsschleife stark erschwert werden.
Es wurden nach dem Stand der Technik mehrere Reinigungsverfahren für derartige Filterungsanlagen mit eingetauchten Membranen vorgeschlagen.
Eine dieser Methoden, Ex-Situ-Reinigung genannt, besteht einfach im einzelnen Herausnehmen der Filterungsmodule aus dem Gefäß und im Reinigen derselben in einer besonders dafür vorgesehenen Vorrichtung. Eine derartige Methode ermöglicht eine effiziente Reinigung der Membranen, weist jedoch viele Nachteile auf. Einerseits verursacht sie den Stillstand der Anlage oder eine Verringerung ihres Durchsatzes während der relativ langen Zeit der Überführung der Module in die Reinigungsvorrichtung und der tatsächlichen Reinigung. Ferner hat diese Methode den Nachteil, daß sie schwierig zu automatisieren ist, was die Kosten erhöht.
Nach dem Stand der Technik wurde ebenfalls die Reinigung der Filterungsanlagen mit eingetauchten Membranen durch Ersetzen des Abwassers im Reinigungsgefäß durch eine Reinigungslösung vorgeschlagen, wobei die Anlage normal weiter betrieben wird, um das Durchlaufen der Reinigungslösung durch die Poren der Membranen zu ermöglichen. Diese Technik weist ebenfalls viele Nachteile auf. Obwohl sie effizient und automatisierbar ist, benötigt die Methode eine große Menge an Reinigungslösung. Dies erhöht nicht nur stark die Kosten für benötigte Chemikalien, sondern es ist schwieriger und kostspieliger, eine derart große Menge an Reinigungslösung zu erhitzen. Zuletzt wird die Abfallmenge (verunreinigte Reinigungslösung) dadurch ebenfalls erhöht.
Es wird auch darauf hingewiesen, daß nach dem Stand der Technik ein Verfahren vorgeschlagen wurde, das die Reinigung vor Ort der Membranen einer Anlage mit eingetauchten Membranen ermöglichen soll. Ein solches Verfahren, das ins besondere in dem von Smith et al. angemeldeten amerikanischen Patent US-A- 5403479 beschrieben wird, besteht darin, daß eine Reinigungslösung durch die Membranen in umgekehrter Richtung zum Filterungsfluß fließt, ohne Entleerung des Gefäßes, in dem die Membranen untergebracht sind. Der Überschuß an Reinigungslösung, der nicht durch die Membranen fließt, wird rezykliert, um die durch das Gefäß fließende Lösungsmenge zu minimieren.
Die Effizienz dieses Verfahrens ist begrenzt, weil die verwendete Reinigungslösung zwangsweise durch das im Gefäß vorhandene Abwasser verdünnt wird, sobald die Lösung durch die Membran geflossen ist, was ihre Effizienz merklich verringert. Parallel dazu fällt die Temperatur der Reinigungslösung sehr stark und plötzlich nach dem Durchlaufen der Membran ab, was ebenfalls ihre Effizienz verringert. Ferner muß die Einspritzzeit der Reinigungslösung zeitlich begrenzt sein, um die laufende Behandlung nicht allzu stark zu beeinträchtigen, vor allem dann, wenn es sich um eine biologische Behandlung handelt, da die im Gefäß vorhandene Biomasse schnell abgetötet werden kann, wenn die Reinigungslösung über einen zu langen Zeitraum eingespritzt wird. Zuletzt ist ein solches Verfahren nicht anwendbar, wenn die Vorrichtung mit eingetauchten Membranen zur Trinkwassergewinnung eingesetzt wird, weil die in den Reinigungslösungen eingesetzten Chemikalien mit diesem Ziel unverträglich sind.
Ziel dieser Erfindung ist das Bereitstellen eines Reinigungsverfahrens für eine Filterungsanlage von der Art mit eingetauchten Membranen, ohne die Nachteile, die sich aus dem Stand der Technik ergeben.
Insbesondere ist eines der Ziele der Erfindung das Bereitstellen eines nutzbaren Verfahrens dieser Art, wobei die Membranen in der Anlage an ihrem Platz verbleiben.
Noch ein Zweck der Erfindung ist die Beschreibung eines derartigen Verfahrens der Reinigung vor Ort, bei dem nur geringe Mengen an Reinigungslösung benötigt und diese nicht verdünnt werden.
Noch ein Zweck der Erfindung ist die Bereitstellung eines leicht automatisierbaren Verfahrens.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Bereitstellung einer Filterungsvorrichtung, die das Anwenden eines solchen Verfahrens ermöglicht.
Diese Ziele sowie weitere, die im Nachhinein ersichtlich werden, werden dank der Erfindung erreicht, welche ein Reinigungsverfahren für eine Filterungsanlage von der Art betrifft, die eine Mehrzahl von Membranen umfaßt, die in mindestens einem, das zu reinigende Abwasser enthaltende Gefäß, eingetaucht sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
- zumindest teilweises Entleeren des im Gefäß enthaltenen Abwassers, um die Membranen der Luft auszusetzen;
- mindestens eine Reinigungslösung durch die Poren der Membranen fließen lassen, in Gegenrichtung zur Fließrichtung des Abwassers bei der Filterung, wobei die Reinigungslösung von der Permeatseite der Membranen zugeführt wird.
Bevorzugterweise umfaßt das Verfahren einen zusätzlichen Schritt, bestehend in der Wiedergewinnung oder der Neutralisierung der durch die Membranen gelaufenen Reinigungslösung am Fuße des Gefäßes.
So schlägt die Erfindung ein originelles Verfahren vor, wobei die Membranen der Anlage vor Ort durch zumindest teilweises Entleeren des Gefäßes gereinigt werden, in dem die Filterungsmembranen angebracht sind, um das Durchlaufen der eingesetzten Reinigungslösung von der Permeatseite der Membranen nach außen zu ermöglichen, gefolgt von einem Ablaufen dieser Lösung über die Außenfläche der Membranen bis zum Boden des Gefäßes. So ergibt sich die höchstmögliche Nutzung der Reinigungslösung, da sie beim Austritt aus den Membranen nicht verdünnt wird und sie im Gegenteil entlang der Membranen ablaufen kann, nachdem sie deren Poren durchlaufen hat.
Ferner ermöglicht ein derartiges Verfahren das Erreichen einer gleichmäßigen Verteilung der Reinigungslösung über die Membranen, da kein Gegendruck auf diese ausgeübt wird.
Angesichts der Tatsache, daß die Reinigungslösung nach dem Durchlaufen der Poren der Membranen nicht verdünnt wird, ist es andererseits möglich, geringere Mengen von Reinigungslösung zu verwenden, als zum Erzielen einer erfolgreichen Reinigung im Rahmen des im Patent US-A-5,403,479 oben beschriebenen Verfahrens erforderlich wäre. Dies ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, da die Einsatzkosten somit gesenkt werden.
Obwohl das Verfahren in jeder Anlage mit eingetauchten Membranen anwendbar ist, wird es vorteilhafterweise in solchen Anlagen verwendet, in denen die Membranen vertikal im Gefäß stehen. Diese Position begünstigt nämlich das Abfließen der Reinigungslösung über die Außenfläche der Membranen, nachdem sie durch die Poren derselben geflossen ist.
In diesem Falle und nach einem besonders interessanten bevorzugten Aspekt wird der Schritt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung in Gegenrichtung zur Fließrichtung des Abwassers bei der Filterung durch die Membranen fließt, derart ausgeführt, daß die Reinigungslösung abwechselnd oder gleichzeitig von oben und von unten an die Membranen geleitet wird. Dies ermöglicht ein gutes Durchnässen der Membranen und verringert somit den Bedarf an Reinigungslösung. Es wird diesbezüglich darauf aufmerksam gemacht, daß in der durch das oben erwähnte amerikanische Patent offenbarten Technologie, die Reinigungslösung immer von unten an die Filterungsmodule geleitet wird.
Vorteilhafterweise besteht das Verfahren in der Durchführung einer Reinigungsfolge, die mindestens einen Schritt umfaßt, bei dem mindestens eine alkalische Reinigungslösung und mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine saure Lösung durch die Poren der Membranen geleitet wird. Der Einsatz eines alkalischen und eines sauren Reinigungschrittes ermöglicht eine weitere Steigerung der Reinigungsleistung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Bevorzugterweise umfaßt die Reinigungsfolge ebenfalls mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung durch die Poren der Membranen geleitet wird, die ein Oxidationsmittel enthält. Eine derartige Lösung kann beispielsweise eine Natriumhypochlorit Lösung (Natronbleichlauge) oder eine Wasserstoffsuperoxid Lösung sein.
Es ist sogar vorteilhafter, wenn das Verfahren mindestens einen Schritt umfaßt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung durch die Poren der Membranen geleitet wird, die ein Alkali und eine chlorhaltige Verbindung enthält sowie mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine saure Reinigungslösung durch die Poren der Membranen geleitet wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß diese Reihenfolge zu einer besonders guten Reinigung der Membranen führt, wie detaillierter weiter unten dargestellt. Diese Reihenfolge ermöglicht insbesondere den Einsatz von Reinigungslösungen bei Umgebungstemperatur, wodurch der nach dem Stand der Technik sich ergebende nahezu notwendige Zwang zum Erhitzen der klassisch angewandten Reinigungslösungen entfällt.
Vorteilhafterweise werden die Schritte der Reinigungsfolge durch ein oder mehrere Spülvorgänge unterbrochen oder diese Spülvorgänge finden vor der Reinigungsfolge statt oder folgen ihr, wobei Wasser durch die Membranen geleitet wird.
Ebenfalls in vorteilhafter Weise kann das Verfahren mindestens eine Durchnässungsperiode umfassen, während der die Zufuhr von Reinigungslösung angehalten wird, damit die Membranen mit der Lösung durchnäßt werden, was die Effizienz der Lösung steigert.
Vorteilhafterweise beträgt die angewandte Menge an Reinigungslösung(en) zwischen 2 und 20 Liter je Quadratmeter Membranfläche. Diese Mengen sind wesentlich geringer, als die beim Stand der Technik eingesetzten, die klassischerweise in der Größenordnung von 50 Liter je Quadratmeter liegen.
Bevorzugterweise liegt die Gesamtdauer der Reinigungsfolge zwischen 30 Minuten und 4 Stunden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage zur Anwendung eines solchen Verfahrens, wobei die Anlage mindestens ein Behandlungsgefäß umfaßt, in dem eine Mehrzahl von Filterungsmembranen vertikal eingesetzt sind, ferner Mittel zum Zuleiten des im Gefäß zu filternden Abwassers, Mittel zum Entleeren des Gefäßes, Mittel zum Entfernen des von den Membranen kommenden Permeats, mindestens ein Gefäß zum Lagern einer Reinigungslösung für die Membranen, Mittel zum Zuleiten der Reinigungslösung von der Permeatseite der Membranen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuleiten der Reinigungslösung Mittel umfassen, welche das abwechselnde oder gleichzeitige Zuleiten der Reinigungslösung von oben und von unten an die Membranen ermöglichen.
Nach einer interessanten Variante der Erfindung umfaßt diese Anlage vorteilhafterweise mindestens zwei parallel zueinander angebrachte Behandlungsgefäße, wobei im Inneren eines jeden Gefäßes eine Vielzahl von Filterungsmembranen vertikal eingesetzt sind, ferner verfügt sie über Mittel, mit denen die Membranen des ersten Gefäßes gereinigt werden können und Mittel, mit denen der Inhalt des ersten Gefäßes während der Reinigung im zweiten Gefäß gelagert werden kann.
Bevorzugterweise umfaßt eine solche Anlage Verbindungsmittel zwischen den Entleerungsmitteln und den Mitteln zum Einspeisen.
Die Erfindung sowie ihre Vorteile werden dank der folgenden Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführung mit Bezugnahme auf die Figuren verstanden, wobei:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer Anlage nach der Erfindung zeigt,
- Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung einer Anlage nach der Erfindung zeigt.
Die in Fig. 1 dargestellte Filterungsanlage umfaßt ein Behandlungsgefäß 1. Dieses Gefäß besitzt in klassischer Weise Mittel zum Heranführen 2 des zu filternden Abwassers, die ein Ventil 2a und Mittel zum Entleeren 5 umfassen, welche wiederum ein Ventil 5a haben. Die Anlage wird kontinuierlich mit dem zu filternden Wasser über das Ventil 2a gespeist, welches durch den Wasserpegel im Gefäß gesteuert wird.
Eine Mehrzahl von Membranen 3, die in einem Modul 4 organisiert sind, sind vertikal in dem Gefäß eingesetzt. Bei der beschriebenen Ausführung sind diese Membranen Ultrafilterungsmembranen mit hohlen Fasern, die von außen nach innen filtern und in einem 12 m² umfassenden Modul zusammengefügt sind.
Die Anlage umfaßt ebenfalls eine Saugpumpe 6, mit der das aus dem Membranenpermeat bestehende, behandelte Abwasser über ein Netz von Kanalisationen 7, 8, 9, 10, 15 und 19 extrahiert werden kann. Ferner umfaßt die Anlage drei Lagerbehälter 11, 12 und 13 für die Reinigungslösungen, die jeweils ein Ventil 11a, 12a und 13a haben sowie Mittel, die einen Satz von Kanalisationen 14, 15 und einen Satz von Ventilen 16, 17, 18, mit denen die Reinigungslösungen an den Fuß des Moduls 4 geleitet werden können, d. h. an den unteren Teil der Membranen 3. Der Erfindung entsprechend umfaßt die Anlage ebenfalls Mittel, die eine Kanalisation 19, ein Ventil 20 sowie Kanalisationen 8, 9, 14 sowie Ventile 16, 17 und 18 umfassen, mit denen die Reinigungslösungen an den Kopf des Moduls 4, d. h. an den oberen Teil der Filterungsmembranen 3, geleitet werden können. Zuletzt wird darauf hingewiesen, daß der Inhalt der Gefäße mit einem Einspeisesystem 21 für Wasser des Netzes verbunden ist, das mit einem Ventil 22 versehen ist.
Im Filterungsmodus ist das Ventil 2a der Zuleitungsmittel 2 für das unbehandelte Abwasser in das Gefäß 1 offen und das Ventil 5a der Entleerungsmittel 5 dieses Gefäßes geschlossen, wobei demnach das Abwasser das Gefäß 1 derart füllt, daß die Filterungsmembranen 3 geflutet sind. Andererseits wird das Ventil 20 derart betätigt, daß die Kanalisation 7 mit der Kanalisation 8 verbunden und das Ventil 18 derart betätigt, daß die Kanalisation 15 mit der Kanalisation 19 verbunden wird. Zuletzt wird das Ventil 16 derart betätigt, daß die Kanalisationen 8 und 19 mit der Kanalisation 9 verbunden und das Ventil 17 derart betätigt, daß die Kanalisation 9 mit der Kanalisation 10 zum Ableiten des Permeats verbunden werden. So wird das Permeat sowohl am Kopf als auch am Fuß des Moduls 4 abgelassen.
Wenn die Membranen 4 verstopft sind und der Reinigung bedürfen, wird die Anlage nach dem Reinigungsverfahren gemäß der Erfindung betrieben. Die in den Lagerbehältern 11, 12 und 13 enthaltenen Reinigungslösungen können dann genutzt werden, um die Membranen zu entschlammen. Sie können vorteilhafterweise abwechselnd von oben und von unten durch die Membranen geleitet werden. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß die Reinigungslösungen auch gleichzeitig von oben und von unten durch die Membranen geleitet werden können.
Nach dem ersten Schritt des Reinigungsverfahrens wird das Gefäß 1 durch Schließen des Ventils 2a der Mittel zum Einleiten des Abwassers in das Gefäß 1 und durch Öffnen des Ventils 5a der Entleerungsmittel 5 geleert, um das Auslaufen des Abwassers aus dem Gefäß zu ermöglichen und die Membranen der Luft auszusetzen.
Nach dem zweiten Schritt, der in der Durchführung des eigentlichen Reinigungszyklus besteht, werden die drei Reinigungslösungen nacheinander eingesetzt.
Will man beispielsweise die im Behälter 13 enthaltene Lösung zuerst nutzen, wie in Fig. 1 gezeigt, so wird das Ventil 13a dieses Behälters geöffnet (wobei die Ventile 11a und 12a der anderen Behälter geschlossen bleiben). Gleichzeitig wird das Ventil 20 geschlossen, das Ventil 16 derart betätigt, daß der Behälter 13 mit der Kanalisation 9 verbunden wird, das Ventil 17 derart betätigt, daß die Kanalisation 9 mit der Kanalisation 14 verbunden und das Ventil 18 derart betätigt, daß die Kanalisation 14 mit der Kanalisation 15 verbunden wird. So kommt die Reinigungslösung von unten durch die Membranen 4 und steigt über die gesamte Höhe derselben an. Der Durchsatz der Reinigungslösung ist selbstverständlich so berechnet, daß eine gutes Durchnässen der Membranen erreicht wird. Die Reinigungslösung durchquert die Membranen ohne Schwierigkeiten, da keine Flüssigkeit im Gefäß vorhanden ist, die einen Gegendruck ausüben könnte. Die Lösung läuft dann entlang der Membranen ab. Nach dem Durchqueren der Membranen wird die durch die an den Membranen haftenden Verunreinigungen verunreinigte Reinigungslösung über die Entleerungsmittel 5 des Gefäßes 1 abgelassen. Es wird darauf hingewiesen, daß es bei anderen Ausführungen des Verfahrens der Erfindung ebenfalls möglich ist, die Reinigungslösung(en) nicht aus dem Gefäß abzulassen, sondern sie einfach zu neutralisieren.
Nachdem die Reinigungslösung eine Zeitlang von unten durch die Membranen geleitet wurde, kann dieselbe Lösung dann von oben durch die Membranen geleitet werden, um die Reinigungsleistung sowie das Durchnässen der Membranen zu erhöhen. Dazu wird das Ventil 18 derart betätigt, daß die Kanalisation 14 mit der Kanalisation 19 verbunden und das Ventil 20 derart betätigt, daß die Kanalisation 8 mit der Kanalisation 7 verbunden wird. So wird die Reinigungslösung von oben an die Membranen geleitet. Nachdem sie diese durchlaufen hat, läuft die Lösung an den Membranen ab und wird über die Entleerungsmittel 5 abgelassen.
Nachdem die im Behälter 13 enthaltene Reinigungslösung verwendet wurde, kann die Reinigungsfolge durch Verwenden der in den Behältern 11 und 12 enthaltenen Reinigungslösungen fortgeführt werden, wobei diese ebenfalls abwechselnd von oben und von unten an die Membranen 4 geleitet werden. Bei jedem Wechsel der Reinigungslösung kann das Wasser des Netzes oder das Permeat zum Spülen der Kanalisationen, durch welche diese Lösung geflossen ist, genutzt werden. Ferner wird festgestellt, daß für jeden Schritt der Reinigungsfolge die Zufuhr an Reinigungslösung unterbrochen werden kann (durch Schließen des entsprechenden Ventils 11a, 12a oder 13a und Abschalten der Pumpe 6), um eine Zeit zum Durchnässen der Membranen mit Reinigungslösung zu gewähren.
Die Anlage gemäß Fig. 1 wurde nach mehreren Reinigungsfolgen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 betrieben, deren Detail in der nachfolgenden Tabelle 1 zu finden ist, nachdem die Membranen mit Wasser aus der Seine (30 NTU) oder mit städtischem Abwasser verschlammt wurden. Im Falte des Seinewassers wurden die drei ersten Folgen (1, 2, 3) mit leerem Gefäß und die letzte Folge (4) mit leerem und mit vollem Gefäß geprüft. Im Falle des städtischen Abwassers wurde die Folge 1 mit leerem und mit vollem Gefäß geprüft.
Alle diese Reinigungsfolgen bestehen in einem alkalischen, einem sauren und einem chlorhaltigen Schritt, mit Ausnahme der letzten Folge, bei der nur zwei Schritte (Lauge-Chlor und Säure) angewandt wurden. Genauer wurden in den Folgen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 drei Reinigungslösungen nacheinander eingesetzt: eine erste, alkalische Lösung, eine zweite, 0,5%-ige Zitronensäurelösung und eine dritte, 0,03 %-ige Natronbleichlaugelösung. In der Folge Nr. 4 wurden nur zwei Reinigungslösungen eingesetzt: eine erste Lösung, bestehend aus einem Gemisch eines Alkalis und von 0,03%-iger Natronbleichlauge in wäßriger Lösung und eine zweite Lösung aus 0,5%-iger Zitronensäure. Zwischen jedem Durchgang einer Reinigungslösung wurden die Membranen mit Wasser aus dem Netz gespült, das über die Kanalisation 21 und dem Ventil 22 in das Gefäß geleitet wurde.
Andererseits wurden in den Folgen Nr. 1, Nr. 3 und Nr. 4 die Reinigungslösungen und die Spülungen von oben und dann von unten an die Membranen geleitet, wobei der Durchsatz jeweils 100 l/h betrug und die Zuleitungszeiten 2,5 bis 30 Minuten betrugen.
Bei der Folge Nr. 2 wurde nur von unten mit einem Durchsatz von 250 l/h zugeleitet, wobei die Zuleitungszeit 30 Minuten im Falle der alkalischen Reinigungslösung, 15 Minuten für die zwei anderen Reinigungslösungen und 5 Minuten für das Spülen mit Wasser aus dem Netz betrug.
Zuletzt wurden bei den Folgen Nr. 2 und Nr. 3 Zeiten zum Durchnässen zwischen 15 und 40 Minuten nach dem Zuleiten der Reinigungslösungen eingehalten. Tabelle 1: überprüfte chemische Reinigungsfolgen
*(Zufuhr 20 Minuten lang von oben, dann von unten, Zufuhr 10 Minuten lang von oben, dann von unten) Tabelle 1 (Fortsetzung): überprüfte chemische Reinigungsfolgen
* (Zufuhr 20 Minuten lang von oben, dann von unten, Zufuhr 10 Minuten lang von oben, dann von unten)
**** (Zufuhr 5 Minuten lang von oben, 10 Minuten Durchnässen, Zufuhr 5 Minuten lang von unten, 10 Minuten Durchnässen) zweimal hintereinander
***** (Zufuhr 5 Minuten lang von oben, 10 Minuten Durchnässen, Zufuhr 5 Minuten lang von unten, 10 Minuten Durchnässen)
Die Folge 3* besteht im Verlängern der Rezirkulierungszeit und im Verkürzen der Durchnässungszeit
Die Folge 4* besteht im Verkürzen der Rezirkulierungszeit und im Verlängern der Durchnässungszeit Diese verschiedenen Reinigungsfolgen wurden bei verschiedenen Reinigungsvorgängen angewandt, nachdem die Membranen mit Seinewasser verschlammt wurden, wie in Tabelle 2 beschrieben.
Die Reinigungsfolge Nr. 1 wurde bei einer Reinigung verwendet, bei der 1%-ige Lauge (pH = 11,7) bei 25ºC als alkalische Reinigungslösung geprüft wurde (Reinigung Nr. 7).
Die Reinigungsfolge Nr. 2 wurde für eine einzige Reinigung verwendet, bei der das für die alkalische Reinigungslösung verwendete Alkali 1%-iges Natriumkarbonat (pH = 11,9) bei 25ºC war (Reinigung Nr. 2).
Die Reinigungsfolge Nr. 3 wurde für zwei Reinigungen (Nr. 8 und Nr. 9) verwendet, bei denen das für die alkalische Reinigungslösung verwendete Alkali 1%-ige Natriumkarbonat (pH = 11,9) bei 25ºC war.
Die Reinigungsfolge Nr. 4 wurde bei drei Reinigungen verwendet, bei denen das für die Reinigungslösung, die gleichzeitig ein Alkali und Natronbleichlauge enthält, verwendete Alkali 0,5%-iges Natriumkarbonat war (Reinigungen Nr. 12, 14 und 15).
Alle diese Reinigungen wurden gemäß der Erfindung mit leerem Gefäß 1 durchgeführt. Nur Reinigung Nr. 15 wurde zum Vergleich mit dem mit Abwasser gefüllten Gefäß durchgeführt.
Im Verlauf dieser verschiedenen Reinigungen wurden verschiedene Volumina von Reinigungslösung, von 4,6 bis zu 23,3 l/m² verwendet.
Es wurden ebenfalls zwei Reinigungen durchgeführt, nachdem die Membranen mit städtischen Abwässern und mit aktivierten Schlämmen verschlammt wurden, wie in Tabelle 3 beschrieben.
Im Verlauf dieser zwei Reinigungen (Nr. 16 und Nr. 17) war die angewandte Reinigungsfolge die Nr. 1, mit 60%-igem Ultrasil als Alkali. Reinigung Nr. 16 wurde gemäß der Erfindung durchgeführt (leeres Gefäß), während Reinigung Nr. 17 zum Vergleich bei vollem Gefäß durchgeführt wurde.
Die Qualität der durchgeführten Reinigungen wurde einerseits durch Berechnen der prozentualen Durchlässigkeit der Membranen gegenüber dem Wasser aus dem Netz nach der Reinigung im Verhältnis zur Durchlässigkeit neuer Membranen und andererseits, durch Bewerten des Gewinns an Durchlässigkeit dieser Membranen, bewertet.
Tabelle 2 gibt die mit Seinewasser erhaltenen Ergebnisse wieder. Tabelle 3 gibt die Ergebnisse wieder, die mit städtischem Abwasser und mit aktivierten Schlämmen erhalten wurden.

Tabelle 2: Effizienz der durchgeführten chemischen Reinigungen

Verschlammung mit Seinewasser (30 NTU): Reinigungen 1 bis 6: Permeatfluß = 500 l/h
Reinigungen 7 bis 13: Permeatfluß = 400 l/h
Referenzdurchlässigkeit der neuen Membran = 220 l/h·m²·bar

Tabelle 3: Effizienz der durchgeführten chemischen Reinigungen

Verschlammung mit städtischem Abwasser - aktivierte Schlämme:
Referenzdurchlässigkeit der neuen Membran = 350 l/h·m²·bar
Folge 1* = Folge 1 mit 20-minütigen Spülzeiten bei den Schritten 2 und 4
Diese Ergebnisse zeigen, daß das Reinigungsverfahren nach der Erfindung, im Vergleich zur Reinigung bei der das Gefäß mit Spüllösungen gefüllt wird, eine Reduzierung der Chemikalienvolumina ermöglicht, wobei eine ausgezeichnete Effizienz erhalten bleibt. Im Rahmen der Erfindung wird nämlich festgestellt, daß die nach der Reinigung gemessene Durchlässigkeit der Membran ähnlich oder gleich derjenigen der neuen Membran ist.
Ferner ermöglichen es diese Ergebnisse zu zeigen, daß das Zuführen der Chemikalie abwechselnd von oben und von unten (Reinigung Nr. 7) eine höhere Effizienz aufweist, als wenn die Chemikalie lediglich von unten nach oben zugeführt wird (Reinigung Nr. 2).
Die sinnvolle Kombination der verschiedenen Chemikalien während der verschiedenen Reinigungsfolgen ermöglicht eine Verringerung der erforderlichen Chemikalienvolumina sowie eine Verkürzung der Reinigungszeiten.
Insbesondere haben sich die gemäß der Spülfolge Nr. 4 durchgeführten Reinigungen, die eine erste Reinigungslösung anwenden, die gleichzeitig Natriumkarbonat und Chlor enthält, als besonders effizient erwiesen (Reinigungen Nr. 12 und 14).
Diese Ergebnisse ermöglichen auch die Feststellung einer wesentlich höheren Reinigungseffizienz im Rahmen der Erfindung, wenn diese bei leerem Gefäß angewandt wird, als wenn die Reinigung bei vollem Gefäß erfolgt (Reinigungen Nr. 15 und 17).
In Fig. 2 wird eine zweite Ausführung einer Anlage zum Reinigen der Membranen nach dem Verfahren der Erfindung ohne Unterbrechung der Anwendung im Filtermodus dargestellt.
Neben einem Verteilungssystem für Reinigungslösungen, der dem oben dargestellten ähnlich ist, weist diese Lösung vier Behandlungsgefäße 1a, 1b, 1c, 1d auf, wobei im Inneren eines jeden eine Vielzahl von Filtermembranen (mit hohlen Fasern) untergebracht ist, die in Modulen 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet sind.
Diese Module können nacheinander mit Reinigungslösung durch Betätigen der Ventile 18a, 18b, 18c, 18d (für eine Versorgung der Membranen von unten) sowie der Ventile 20a, 20b, 20c, 20d (für eine Versorgung der Membranen von oben) versorgt werden.
Die Zufuhrmittel 2 des zu filtrierenden Abwassers zu den Gefäßen umfassen einen Pufferbehälter 23, ein allgemeines Ventil J sowie ein Ventil A, B, C, D für jedes Behandlungsgefäß. Die Mittel zum Entleeren der Gefäße umfassen ein allgemeines Ventil I und ein Ventil E, F, G, H für jedes Gefäß. Zuletzt sind die Mittel zum Entleeren und die Zufuhrmittel der Gefäße untereinander durch eine Kanalisation 21 verbunden, die mit einem Ventil K ausgestattet ist und die das beliebige Umfüllen des aus einem Gefäß entleerte Volumen in die anderen Gefäße und umgekehrt ermöglicht.
Wenn die Anlage bei voller Leistung arbeitet, werden die vier Gefäße 1a, 1b, 1c und 1d mit zu behandelndem Abwasser gespeist. Dazu sind die Ventile A, B, C, D offen, während die Entleerungsventile E, F, G, H, I und das Ventil K geschlossen sind.
Wenn man die Membranen eines der Gefäße, beispielsweise die des Gefäßes 1d reinigen möchte, werden das allgemeine Ventil J und das Zufuhrventil D des Gefäßes geschlossen, während die Ventile H und K geöffnet werden, wobei die anderen Ventile in dem Zustand belassen werden, in dem sie sich befinden. Bei geschlossenem allgemeinen Ventil J wird das in die Anlage ankommende zu reinigende Abwasser im Pufferbehälter 23 gelagert. Bei den Ausführungen, bei denen der Inhalt des Gefäßes nützlich ist (wenn es beispielsweise Aktivkohle oder aktivierte Schlämme enthält), wird das im Gefäß 1d vorhandene Abwasser aus diesem Gefäß geleitet und in die drei anderen Gefäße 1a, 1b und 1c bei Fortdauer des Filterungsvorgangs umgefüllt.
Wenn der Inhalt des Gefäßes 1d vollständig in die anderen Gefäße umgefüllt ist, werden das Entleerungsventil H und das Ventil K geschlossen und das Ventil J geöffnet. Die Reinigungslösungen können dann in das leere Gefäß 1d aus den Behältern 11, 12 und 13 gefüllt, wobei sie abwechselnd von oben und von unten an die Membranen geleitet werden.
Wenn die Reinigungsfolge fertig ist, werden die Ventile H und I geöffnet, um die verunreinigte Reinigungslösung am Boden des Gefäßes 1d abzuleiten. Danach kann das Gefäß einfach durch Öffnen des Zufuhrventils D gespült werden.
Um das Gefäß 1d für das zu behandelnde Abwasser mit dem in den Gefäßen 1a, 1b und 1c vorhandenen Überschuß an Abwasser wieder aufzufüllen, werden die Zufuhrventile A, B und C geschlossen und die Entleerungsventile E, F, G geöffnet. Das Entleerungsventil H des Gefäßes 1d wird sowie das allgemeine Zufuhrventil J und das allgemeine Entleerungsventil I geschlossen. Zum Überleiten des Überschusses aus den Gefäßen 1a, 1b und 1c in das Gefäß 1d, wird das Ventil K geöffnet.
Um zuletzt die Anlage wieder unter normalen Filterungsbedingungen zu betreiben, werden die Ventile A, B, C, D und J geöffnet und die anderen Ventile geschlossen.
Eine derartige Anlage ermöglicht somit den Einsatz des Reinigungsverfahrens der Membranen gemäß der Erfindung, wobei der nützliche Inhalt der Behandlungsgefäße erhalten bleibt.
Somit bietet die Erfindung ein leicht zu automatisierendes Reinigungsverfahren, das unverdünnte Reinigungslösungen in geringen Mengen sowie eine Anlage zur Anwendung des Verfahrens benötigt.
Die hier beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung sollen keinesfalls die Tragweite dieser Patentanmeldung einschränken. Es können demnach viele Änderungen eingeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bezüglich des Verfahrens können insbesondere die Anwendung anderer Reinigungslösungen sowie anderer Membranarten als die angegebenen in Betracht gezogen werden. Bezüglich der Anlage kann insbesondere eine andere Zahl von Gefäßen sowie Pumpkreisläufe vorgesehen werden, die eine Fortführung des Filterungsvorganges während der Reinigung der Membranen eines Gefäßes erlaubt.

Claims

1. Reinigungsverfahren für eine Filterungsanlage von der Art, die eine Mehrzahl von Membranen umfaßt, die in mindestens einem Gefäß, welches zu reinigendes Abwasser enthält, eingetaucht sind,

dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- zumindest teilweises Entleeren des im Gefäß enthaltenen Abwassers, um die Membranen der Luft auszusetzen;

- mindestens eine Reinigungslösung durch die Membranen fließen lassen, in Gegenrichtung zur Fließrichtung des Abwassers bei der Filterung, wobei die Reinigungslösung von der Permeatseite der Membranen zugeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt umfaßt, bestehend in der Wiedergewinnung oder der Neutralisierung der durch die Membranen gelaufenen Reinigungslösung am Fuße des Gefäßes.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen in vertikaler Lage im Gefäß eingesetzt sind.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung in Gegenrichtung zur Fließrichtung des Abwassers bei der Filterung durch die Membranen fließt, dadurch ausgeführt wird, daß die Reinigungslösung abwechselnd oder gleichzeitig von oben und von unten an die Membranen herangeführt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß es eine Reinigungsfolge ausführt, die mindestens einen Schritt umfaßt, bei dem mindestens eine alkalische Reinigungslösung und mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine saure Lösung durch die Membranen geleitet wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsfolge mindestens einen Schritt umfaßt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung durch die Membranen geleitet wird, die mindestens ein Oxidationsmittel enthält.

7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 5 und 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsfolge mindestens einen Schritt umfaßt, bei dem mindestens eine Reinigungslösung durch die Membranen geleitet wird, die ein Alkali und ein Oxidationsmittel enthält sowie mindestens einen Schritt, bei dem mindestens eine saure Reinigungslösung durch die Membranen geleitet wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Spülvorgänge vor der Reinigungsfolge stattfinden oder diese unterbrechen oder ihr folgen, wobei Wasser durch die Membranen geleitet wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Wässerungsperioden vor der Reinigungsfolge stattfinden oder diese unterbrechen oder ihr folgen.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die angewandte Menge an Reinigungslösung(en) zwischen 2 und 20 Liter je Quadratmeter Membranfläche beträgt.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdauer der Reinigungsfolge zwischen 30 Minuten und 4 Stunden liegt.

12. Anlage zur Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, die mindestens ein Behandlungsgefäß (1) umfaßt, in dem eine Mehrzahl von Filterungsmembranen (3) vertikal eingesetzt sind, ferner Zuleitungsmittel (2) eines im Gefäß zu filternden Abwassers, Mittel zum Entleeren (5) des Gefäßes (1), Mittel zum Entfernen des von den Membranen kommenden Permeats (7, 8, 9, 10), mindestens ein Gefäß (11, 12, 13) zum Lagern einer Reinigungslösung für die Membranen, Mittel zum Zuleiten der Reinigungslösung von der Permeatseite der Membranen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuleiten der Reinigungslösung Mittel umfassen, welche das abwechselnde oder gleichzeitige Zuleiten der Reinigungslösung von oben und von unten an die Membranen ermöglichen.

13. Anlage gemäß Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei parallel zueinander angebrachte Behandlungsgefäße (1a, 1b, 1c, 1d) umfaßt, wobei im Inneren eines jeden Gefäßes eine Vielzahl von Filterungsmembranen (3a, 3b, 3c, 3d) vertikal eingesetzt sind und dadurch, daß sie über Mittel verfügt, mit denen die Membranen des ersten Gefäßes gereinigt werden können, und Mittel mit denen der Inhalt des ersten Gefäßes während der Reinigung im zweiten Gefäß gelagert werden kann.

14. Anlage gemäß Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß sie Verbindungsmittel (21, K) zwischen den Entleerungsmitteln (5) und den Mitteln zum Einspeisen (2) umfaßt.