DE69823389T2

DE69823389T2 - Verfahren und vorrichtung zur wasserbehandlung

Info

Publication number: DE69823389T2
Application number: DE69823389T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Higashi-ku MIYASHITA; Kenji Higashi-ku HONJYO; Osami Higashi-ku KATOU; Hiroyuki Higashi-ku OKAZAKI; Katsuyuki Higashi-ku YANONE; Masumi Minato-ku KOBAYASHI
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: EP1043276A1; CA2312735C; WO1999029630A1; CA2312735A1; JP2008229628A; KR100500339B1; EP1043276A4; US6511602B1; KR20010032798A; DE69823389D1; EP1043276B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausführen einer Separation von Feststoffen und Flüssigkeit durch eine Wasserbehandlung.
Stand der Technik
Bisher sind als Verfahren zum Ausführen einer solchen Feststoff-Flüssigkeits-Separation von zu behandelndem Wasser mit einer starken Trübung, wie beispielsweise als Wasserreinigungsbehandlung, als Abwasserentsorgungsbehandlung, als Abwasserbehandlung oder als Industrie-Abwasserbehandlung eine Sandfiltration, eine Ausfällung unter Schwerkraft, etc. ausgeführt worden. Bei der Feststoff-Flüssigkeits-Separation mittels eines dieser Verfahren bestehen jedoch Nachteile dahingehend, dass die Wasserqualität der behandelten Flüssigkeit gelegentlich unzureichend ist und dass viel Platz für die Feststoff-Flüssigkeits-Separation zur Verfügung stehen muss.
Als Techniken zum Überwinden solcher Nachteile sind heutzutage verschiedene Verfahren untersucht worden, bei welchen die Feststoff-Flüssigkeits-Separation des zu behandelnden Wassers durch die Verwendung eines Membranmoduls ausgeführt wird, das mit einer Separationsmembran, wie beispielsweise einer präzisen Filtermembran oder einer Ultrafiltermembran, versehen ist. Die Filtrationsbehandlung des zu behandelnden Wassers mit dieser Separationsmembran ermöglicht es, eine behandelte Flüssigkeit mit hoher Wasserqualität zu erzielen.
Falls die Feststoff-Flüssigkeits-Separation des zu behandelnden Wassers mittels der Separationsmembran ausgeführt wird, schreitet das Verstopfen der Oberfläche der Separationsmembran mit der fortschreitenden Filtrationsbehandlung aufgrund von gelösten Substanzen fort, so dass sich eine Filtrationsdurchflussgeschwindigkeit verschlechtert oder eine Druckdifferenz zwischen den Membranen ansteigt. Um einen solchen Zustand zu vermeiden, befindet sich eine Gasverteilerleitung unter dem Membranmodul, wodurch Luft durch diese Gasverteilerleitung hindurch verteilt wird, um die Separationsmembran zum Schwingen zu bringen und dadurch die gelösten Substanzen von der Membranoberfläche zu lösen.
Selbst in dem System, in welchem Abwasser durch das Membranmodul gefiltert wird, ist es jedoch schwierig, gleichmäßig kontinuierlich Luftbläschen, die von der Gasverteilereinrichtung ausgegeben werden, über einen langen Zeitraum hinweg zu der Separationsmembran zu führen. Als Konsequenz verstopft die gelöste Substanz die Poren in der Oberfläche der Membran, so dass sich die Filtrationsdurchflussgeschwindigkeit verschlechtert, und daher besteht ein Nachteil dahingehend, dass oft eine Wartung erforderlich ist, um die verschlechterte Filtrationsdurchflussgeschwindigkeit wiederherzustellen.
Zum Überwinden dieses Nachteils hat die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 117647/1997 ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die der Gasverteilereinrichtung zuzuführende Luftmenge gesteuert ist, um das Verstopfen der Gasverteilerporen zu verhindern, aber die Gasverteilerporen selbst werden überhaupt nicht in Betracht gezogen, so dass der Effekt des gleichmäßigen Spülens des Membranmoduls schwach ist.
In der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 192662/1997 ist außerdem ein System vorgeschlagen worden, in welchem die Gasverteilereinrichtung selbst leicht aus einem Behandlungstank entfernt werden kann, aber auch in diesem System werden die Gasverteilerporen selbst nicht in Betracht gezogen, so dass das Verstopfen der Gasverteilerporen möglich ist und daher ein Nachteil dahingehend besteht, dass ein Wartungsvorgang des Spülens der verstopften Gasverteilereinrichtung oft erforderlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die oben erwähnten Nachteile zu überwinden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wasserbehandlungsvorrichtung zu schaffen, in welcher Gasauslassöffnungen einer Gasverteilereinrichtung kaum verstopfen, selbst wenn die Filtration über einen langen Zeitraum hinweg ausgeführt wird, und bei welcher als Ergebnis das Verstopfen der Poren in der Oberfläche einer Membran mit einer gelösten Substanz verhindert wird und eine stabile Filtration für einen langen Zeitraum kontinuierlich möglich ist.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nämlich gerichtet auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, in welcher eine Membranseparationseinrichtung oberhalb einer in einem Behandlungstank angeordneten Gasdiffusoreinrichtung vorgesehen ist, wobei Durchmesser von in der Gasdiffusoreinrichtung ausgeformten Auslassöffnungen im Bereich von 1 bis 10 mm sind und die Beziehung 20 < X/Y < 300 erfüllt ist, wobei X eine Querschnittsfläche (cm²) der Membranseparationseinrichtung in einer horizontalen Richtung ist und Y die Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasdiffusoreinrichtung.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Behandlung von Wasser, bei welchem zu behandelndes Wasser mittels einer Membranseparationseinrichtung gefiltert wird, während Luft kontinuierlich oder in Abständen durch eine Gasdiffusoreinrichtung hindurch diffundiert wird; wobei Durchmesser von in der Gasdiffusoreinrichtung ausgeformten Gasauslassöffnungen im Bereich von 1 bis 10 mm sind; wobei die Membranseparationseinrichtung oberhalb der Gasdiffusoreinrichtung vorgesehen ist; und wobei die Beziehung 20 < X/Y < 300 erfüllt ist, wobei X eine Querschnittsfläche (cm²) der Membranseparationseinrichtung in einer horizontalen Richtung ist und Y die Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasdiffusoreinrichtung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Wasserbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ausführungsform einer Schnittansicht in einer horizontalen Richtung eines Membrananordnungsabschnitts einer Membranseparationseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Membranmoduls für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
4 bis 6 sind schematische Ansichten, die Ausführungsformen zeigen, in welcher die Filtration ausgeführt wird durch die Verwendung eines Wassersäulenunterschieds in der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsvorrichtung.
7 ist ein Graph, der das Verhalten einer Druckdifferenz zwischen Membranen mit der Zeit durch Filtrationstests in Beispielen und Vergleichsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Wie in 1 dargestellt, wird in einer Wasserbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein zu behandelndes Wasser in einem Behandlungstank 1 belüftet, wodurch das Wasser einer biologischen Behandlung unterworfen wird. In dem Behandlungstank 1 befindet sich eine Membranseparationseinrichtung 2. Der obere und der untere Bereich dieser Membranseparationseinrichtung sind geöffnet, und sie hat eine im Wesentlichen rechteckige solide Form. In der Membranseparationseinrichtung sind eine Vielzahl von Membranmodulen normalerweise in einer vertikalen Richtung angeordnet.
Als die Membranmodule für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung können Separationsmembranen mit ebener Membran, mit Hohlfasermembran, mit röhrenförmiger Membran, mit beutelartiger Membran, etc. verwendet werden. Als Material der Separationsmembranen kann Zellulose, Polyolefin, Polysulfon, PVDF (Polyvinylidenfluorid), PTFE (Polytetrafluorethylen), ein keramisches Material oder ähnliches verwendet werden.
Außerdem ist der Durchmesser der Poren in jeder Separationsmembran für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung nicht besonders beschränkt, und daher ist es normalerweise möglich, die sogenannte Ultrafiltermembran mit einem Porendurchmesser von 0,001 bis 0,1 μm zu verwenden, die sogenannte präzise Filtermembran mit einem Porendurchmesser von 0,1 bis 1 μm, oder eine andere Membran mit einem größeren Porendurchmesser. Der Porendurchmesser kann in Übereinstimmung mit dem Partikeldurchmesser einer Substanz ausgewählt werden, die das Ziel der Feststoffflüssigkeitsseparation ist. Wenn beispielsweise die Separationsmembranen für die Feststoff-Flüssigkeits-Separation eines Belebtschlamms verwendet werden, beträgt der Porendurchmesser vorzugsweise 0,5 μm oder weniger, und wenn eine Sterilisation notwendig ist wie bei der Filtration für die Wasserreinigung, beträgt der Porendurchmesser vorzugsweise 0,1 μm oder weniger.
Unter der Membranseparationseinrichtung ist eine Gasverteilereinrichtung 4 vorgesehen. Keine besondere Begrenzung besteht hinsichtlich der Gestalt der Gasverteilereinrichtung, aber es ist vorzugsweise eine Gasverteilerleitung, in welcher eine röhrenförmige Leitung aus einem Metall oder Kunstharz so perforiert ist, dass Luft dort hindurch von einem Gebläse 5 zugeführt werden kann, weil eine solche Gasverteilereinrichtung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Luftbläschen, die kontinuierlich oder in Abständen durch die Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung hindurch verteilt werden, erreichen die Membranseparationseinrichtung, indem sie durch das zu behandelnde Wasser hindurchtreten, und sie werden von der Oberfläche des Wassers freigegeben, indem sie durch die Bereiche in der Nähe der Membranoberfläche des Membranmoduls hindurchtreten. In diesem Fall bewegen sich die Luftbläschen aufwärts hin zur Wasseroberfläche, indem sie durch das zu behandelnde Wasser hindurchtreten, und daher wird ein sich aufwärts bewegender, Gas und Flüssigkeit mischender Strom aus dem zu behandelnden Wasser und den Luftbläschen erzeugt. Dieser Gas und Flüssigkeit mischende Strom schrubbt die Membranoberfläche des Membranmoduls, wodurch die Anhaftung der Feststoffe an der Membranoberfläche verhindert werden kann, was das schnelle Verstopfen der Membranoberfläche verhindert.
In der Wasserbehandlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Membranseparationseinrichtung mit den Gasauslassöffnungen versehen, so dass eine Beziehung von 20 < X/Y < 300 erfüllt werden kann, worin X eine Querschnittsfläche (cm²) der Membranseparationseinrichtung in einer horizontalen Richtung ist und Y die Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, dass das Gas im Wesentlichen gleichmäßig durch die jeweiligen Gasauslassöffnungen hindurch ausgegeben wird, und es ist dadurch auch möglich, die Gasbläschen gleichmäßig auf das gesamte Membranmodul aufzubringen, wodurch das Verschließen der Gasauslassöffnungen für eine lange Zeit verhindert werden kann. Demzufolge kann das Verstopfen der Poren in der Membranoberfläche für eine lange Zeit verhindert werden, so dass eine Filtration mit hoher Durchflussgeschwindigkeit mittels der Membranseparationseinrichtung ausgeführt werden kann.
Falls X/Y 20 oder weniger beträgt, sind die Gasauslassöffnungen dagegen eventuell unsymmetrisch bezüglich der Membranseparationseinrichtung positioniert, so dass es schwierig ist, das Gas gleichmäßig zu der Separationsmembran zu führen. Als Folge davon gibt es Bereiche, auf welche die Gasbläschen nicht aufgebracht werden, und daher verschlechtert sich der Spüleffekt der Membran in ungeeigneter Art und Weise.
Falls X/Y aber 300 oder mehr beträgt, finden Unterschiede des Druckverlusts zwischen den jeweiligen Gasauslassöffnungen aufgrund der Anwesenheit von an der Perforation der Gasauslassöffnungen in der Gasverteilereinrichtung ausgebildeten Graten, dem feinen Unterschied der Gestalt der Gasauslassöffnungen, der Neigung der Gasverteilereinrichtung etc. statt, so dass es schwierig ist, das Gas gleichmäßig durch alle Gasauslassöffnungen hindurch zu erzeugen. Als Ergebnis werden einige der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung verschlossen, so dass der Spüleffekt der Membran in ungeeigneter Art und Weise ungleichmäßig wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet die Schnittfläche der Membranseparationseinrichtung in der horizontalen Richtung ihre Schnittfläche in der horizontalen Richtung in einem Gehäuse, wenn ein Gehäuse vorhanden ist. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht in horizontaler Richtung eines Membrananordnungsabschnitts der Membranseparationseinrichtung ohne Gehäuse, und in dem Fall, in dem kein Gehäuse vorhanden ist, bedeutet die Schnittfläche der Membranseparationseinrichtung in horizontaler Richtung im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Schnittfläche (eingekreist durch eine gepunktete Linie) eines rechteckigen Quaders mit einem minimalen Volumen, der alle vorgesehenen Separationsmembranen (Membranmodule 3) umgibt.
Falls eine Gasverteilerleitung als Gasverteilereinrichtung verwendet wird, ist es bevorzugt, eine Leitung mit einem Innendurchmesser von 5 bis 120 mm zu verwenden, und noch besser sollte eine Leitung mit einem Innendurchmesser von 10 bis 80 mm verwendet werden. Wenn die Gasverteilerleitung zu dünn ist, ist die Ausgabe des Gases ungleichmäßig aufgrund eines Druckverlusts, und wenn sie zu dick ist, kann sie schlecht bearbeitet werden, und ein Intervall zwischen den parallel benachbarten Gasauslassöffnungen ist zu groß, so dass die Ausgabe des Gases leicht ungleichmäßig wird.
Die Größe jeder Gasauslassöffnung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10 mm, besser 2 bis 5 mm. Wenn die Gasauslassöffnungen zu klein sind, ist es schwierig, die vorbestimmte Menge des ausgelassenen Gases sicherzustellen, und auch der Druckverlust steigt an. Wenn sie zu groß sind, gerät leicht ein Schlamm in die Gasverteilerleitung hinein, so dass die Menge des ausgegebenen Gases leicht ungleichmäßig wird zwischen den Gasauslassöffnungen.
Mit Bezug auf eine Beziehung zwischen der Gasverteilerleitung und der Größe der Gasauslassöffnungen wird bevorzugt, dass der innere Flächenbereich der Gasverteilerleitung zumindest gleich dem 1,25-Fachen, besser zumindest gleich dem 1,67-Fachen des gesamten Flächenbereichs der Gasauslassöffnungen in einer Gasverteilerleitung ist. Wenn das Verhältnis der Gesamtfläche der Gasauslassöffnungen zu der Gasverteilerleitung geringer ist als der oben genannte Wert, geht eine Druckbalance leicht verloren, so dass es schwierig wird, Luft gleichmäßig durch alle Gasauslassöffnungen hindurch auszugeben.
Als Membranseparationseinrichtung wird vorzugsweise ein Hohlfasermembranmodul mit in einem ebenen Zustand ausgedehnten Hohlfasermembranen verwendet, Fixierelementen zum Fixieren dieser Hohlfasermembranen, während die Enden der Hohlfasermembranen offengehalten werden, und Strukturelementen zum Lagern und Aufnehmen der Fixierelemente, wobei das Hohlfasermembranmodul so vorgesehen ist, dass eine durch die Hohlfasermembranen gebildete Ebene im Wesentlichen vertikal sein kann. Dieser Aufbau ist bevorzugt unter dem Gesichtspunkt, dass die Membranseparationseinrichtung effektiv mit den Luftbläschen und dem Gas und Flüssigkeit mischenden Strom gespült werden kann.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Membranmoduls 3, d. h. eines flachen Hohlfasermembranmoduls 11, das geeignet in der Membranseparationseinrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Dieses flache Hohlfasermembranmodul 11 wird gebildet durch mehrere, normalerweise eine bis fünf, blattartige Anordnungen 13 (im Fall dieser Zeichnung zwei Anordnungen) mit einem Maschengewebe, in welchen eine Vielzahl von Hohlfasern 12 parallel ausgerichtet sind und diese integral mit einem nicht dargestellten Kettfaden kombiniert sind, und Strukturelementen 14, die an den gegenüberliegenden Enden der Hohlfasermembranen 12 der blattartigen Anordnungen 13 in einer Richtung von Faserachsen angeordnet sind. Im Fall eines solchen Hohlfasermembranmoduls sind die Hohlfasermembranen schwerlich in einem zusammenhängenden und integralen Zustand mittels des Schlamms etc. konvergiert oder zusammengeführt, so dass das Schrubben effektiv mittels der Gasverteilereinrichtung ausgeführt werden kann.
Die Hohlfasermembran 12 besteht aus irgendeinem der beispielhaft als Material für die Separationsmembran des oben beschriebenen Flachmembranmoduls 3 genannten Kunstharze, und verschiedene Arten von porösen und röhrenförmigen Elementen können verwendet werden. Das Strukturelement 14 ist ein zylindrischer Artikel, in welchem innen ein Kanal 15 ausgeformt ist, und dessen eines Ende ist verschlossen, und das andere Ende ist verbunden mit einer nicht dargestellten Wassersammelleitung. In der Seitenwand jedes Strukturelements 14 ist außerdem ein Schlitz 16 entlang der Längsrichtung der Seitenwand ausgeformt. In jedem Schlitz 16 ist das Ende der blattartigen Anordnung 13 eingesetzt, und diese Schlitze sind flüssigkeitsdicht mit Fixierelementen 17 verschlossen, wodurch die gegenüberliegenden Enden jeder blattartigen Anordnung 13 mittels der beiden Strukturelemente 14 gelagert und fixiert sind. In diesem Fall bedeuten die Enden der blattartigen Anordnung 13 die gegenüberliegenden Enden der Hohlfasermembran 12 in Richtung von Faserachsen, und die gegenüberliegenden Enden der Hohlfasermembran 12 sind in den Innenkanälen 15 der Strukturelemente 14 befestigt, während der geöffnete Zustand der Hohlfasermembran beibehalten wird.
Keine bestimmte Beschränkung besteht hinsichtlich der Konfiguration des Hohlfasermembranmoduls, solange die durch die Hohlfasermembran gebildete Ebene im Wesentlichen vertikal ist, und beispielsweise kann eine Konfiguration verwendet werden, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal ist, eine Konfiguration, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran sich hin zu einer horizontalen Ebene neigt, oder eine Konfiguration, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen vertikal ist. Unter Berücksichtigung verschiedener Bedingungen, wie beispielsweise der Größe, der Gestalt, des notwendigen Durchsatzes und der notwendigen LV (Flüssigkeitsgeschwindigkeit) eines Behandlungstanks sollte die geeignete Konfiguration ausgewählt werden.
Wenn hier die Konfiguration gewählt wird, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal ist, sind die Strukturelemente, an welchen die Enden der Hohlfasermembran fixiert sind, vertikal vorgesehen. Eine solche Konfiguration hat einen Vorteil dahingehend, dass der Bereich, durch welchen hindurch die Luftbläschen oder der Gas und Flüssigkeit mischende Strom treten, die in Form einer im Wesentlichen vertikalen Ebene ausgedehnte Hohlfasermembran nur vorhanden ist, so dass die Membrandichte in einem Filtrierabschnitt des Hohlfasermembranmoduls erhöht werden kann, wohingegen die gesamte Membranseparationseinrichtung kompakter gestaltet werden kann.
Falls die Konfiguration gewählt wird, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlkörpermembran sich in Richtung der horizontalen Ebene neigt, befindet sich außerdem nur die in Form einer im Wesentlichen vertikalen Ebene ausgedehnte Hohlfasermembran in dem Bereich, durch welchen hindurch die Luftbläschen oder der Gas und Flüssigkeit mischende Strom treten, wie in dem Fall der oben beschriebenen Konfiguration, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal ist. Als Folge kann die Membrandichte in dem Filtrierabschnitt des Hohlfasermembranmoduls erhöht werden.
In einer solchen Konfiguration kann die Hohlfasermembran in ihrer Längsrichtung kompakter gemacht werden, aber die kompaktere Gestaltung in ihrer vertikalen Richtung ist unzureichender verglichen mit der oben beschriebenen Konfiguration, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal ist. In dieser Konfiguration muss die Hohlfasermembran daher in einem Bereich mit begrenzter Länge in dem Behandlungstank vorgesehen werden, aber die Konfiguration ist geeignet für einen Fall, in welchem genug Raum in vertikaler Richtung vorgesehen ist.
Wenn die Konfiguration gewählt wird, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen vertikal ist, sind außerdem die Strukturelemente, an welchen die Enden der Hohlfasermembran befestigt sind, parallel angeordnet. Im Fall einer solchen Konfiguration befinden sich die Strukturelemente in dem Bereich, durch welchen hindurch Luftbläschen oder der Gas und Flüssigkeit mischende Strom tritt, so dass es schwierig ist, die Gasbläschen oder den Gas und Flüssigkeit mischenden Strom durch die Membran hindurch treten zu lassen, und daher verschlechtert sich der Spüleffekt, wenn die benachbarten Membranmodule übermäßig nahe vorgesehen sind. Es ist daher notwendig, die Module so anzuordnen, dass sie in einem gewissen Maße voneinander getrennt sind, aber in diesem Fall ist das Schwingen oder der Hub der Membranen in der horizontalen Richtung schwächer verglichen mit der oben beschriebenen Konfiguration, in welcher die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal ist. Als Folge davon sinkt die Widerstandsfähigkeit der Membranen bezüglich des Durchtritts des Gases und des Gas und Flüssigkeit mischenden Stroms, und daher nimmt, wenn die Zufuhr des Gases gesteigert wird, eine Durchflussgeschwindigkeit des ansteigenden Wasserstroms des Gas und Flüssigkeit mischenden Stroms leicht zu, so dass der Spüleffekt verbessert werden kann und dadurch der Vorteil besteht, dass es möglich ist, eine Filtrationsdurchflussgeschwindigkeit und ein LV pro Membranfläche auf hohe Werte zu setzen.
Bezüglich der Membrandichte in dem Membrananordnungsabschnitt der Membranseparationseinrichtung für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist ihre untere Grenze vorzugsweise 100 m²/m³, besser 150 m²/m³, unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens eines vorbestimmten Durchsatzes pro Volumen der Einrichtung. Die obere Grenze der Membrandichte ist vorzugsweise 500 m²/m³, besser 400 m²/m³, unter Berücksichtigung des Widerstands der Membranseparationseinrichtung bezüglich des Durchtritts der Luftbläschen und des Gas und Flüssigkeit mischenden Stroms während des Spülens.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Membrandichte in dem Membrananordnungsabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Membranfläche pro Volumen eines rechteckigen Quaders mit einem minimalen Volumen bedeutet, der alle vorgesehenen Membranmodule umgibt.
Ein Filtriervorgang (Feststoff-Flüssigkeits-Separation) mittels der Membranseparationseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise wie folgt ausgeführt. Eine Vielzahl von flachen Hohlfasermembranmodulen 3 werden normalerweise in ein zu behandelndes Wasser eingetaucht, und dann wird ein Ansaugvorgang durch Wassersammelröhren hindurch ausgeführt, die mit den Innenkanälen 15 verbunden sind. Dabei erhalten die Innenseiten der Hohlfasermembranen 12 über die Innenkanäle 15 einen Unterdruck, so dass das zu behandelnde Wasser außerhalb der Module durch die Hohlfasermembranen 12 hindurch gefiltert wird. Das resultierende Filtrat (das behandelte Wasser) wird durch die Hohlfasermembranen 12 hindurch zu den Innenkanälen 15 befördert und weiter durch die Wassersammelleitungen hindurch gesammelt. Falls die Vielzahl von flachen Hohlfasermembranmodulen 3 vorgesehen sind, werden die jeweiligen Wassersammelleitungen normalerweise alle zusammen mit einem Ansaugmittel, wie beispielsweise einer Pumpe verbunden.
Der Filtriervorgang mittels der erfindungsgemäßen Membranseparationseinrichtung kann auch durch die Verwendung eines Wassersäulenunterschieds ausgeführt werden. Falls die Filtration durch die Verwendung eines Wassersäulenunterschieds ausgeführt wird, ist keine elektrische Energie einer Ansaugpumpe oder ähnlichem erforderlich, und aus diesem Grund ist eine solche Betriebsweise unter dem Gesichtspunkt des Energiesparens bevorzugt. In diesem Fall ist es wichtig, dass ein hauptsächliches Hohlfasermembranmodul, das sich auf der Einlassseite des zu behandelnden Wassers befindet, und ein sekundäres Hohlfasermembranmodul, das sich auf der Auslassseite des zu behandelnden Wassers befindet, so angeordnet sind, dass der Wassersäulenunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlfasermembranmodul vorgesehen sein kann.
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform zeigt, in welcher die Filtration durch Verwendung des Wassersäulenunterschieds in der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. In dieser Zeichnung hat eine mit der sekundären Seite des Hohlfasermembranmoduls 3 verbundene Leitung 18 die Form einer Leitung in Gestalt eines umgekehrten U, während die Verbindung zwischen der primären Seite und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule 3 in einem flüssigkeitsdichten Zustand gehalten wird, und der Auslass der Leitung 18 ist an der Außenseite des Behandlungstanks 1 zur Atmosphäre hin geöffnet. Außerdem ist der Auslass dieser Leitung 18 (der Auslass des zu behandelnden Wassers) so positioniert, dass er niedriger ist als das Wasserlevel des zu behandelnden Wassers in dem Behandlungstank 1, um den Wassersäulenunterschied zwischen der primären und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule zu schaffen. In 4 wird bevorzugt, ein Entlüftermittel 19, wie beispielsweise eine Vakuumpumpe, in der Mitte der Leitung 18 zu installieren.
In einer in 5 dargestellten Ausführungsform ist die mit der sekundären Seite des Hohlfasermembranmoduls 3 verbundene Leitung 18 gerade nach außerhalb des Behandlungstanks 1 verlängert, während die Verbindung zwischen der primären und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule 3 in dem flüssigkeitsdichten Zustand gehalten wird, und der Auslass der Leitung 18 ist zur Atmosphäre hin geöffnet. Außerdem ist der Auslass der Leitung 18 so positioniert, dass er niedriger ist als der Wasserlevel des zu behandelnden Wassers in dem Behandlungstank 1, um den Wassersäulenunterschied zwischen der primären und sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule zu schaffen.
In einer in 6 dargestellten Ausführungsform ist die sekundäre Seite des Hohlfasermembranmoduls 3 mit einem Flüssigkeitsbecken 20 verbunden, das zur Atmosphäre hin in dem Behandlungstank 1 über die Leitung 18 geöffnet ist, während die Verbindung zwischen der primären und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule 3 in dem flüssigkeitsdichten Zustand gehalten wird. Außerdem ist der Wasserlevel dieses Flüssigkeitsbeckens 20 so positioniert, dass er geringer ist als der Wasserlevel des zu behandelnden Wassers auf der primären Seite, um den Wassersäulenunterschied zwischen der primären und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule zu schaffen. Das Auslassen des Filtrats aus dem Flüssigkeitsbecken 20 kann durch ein optionales Auslassmittel 21, wie beispielsweise eine Tauchpumpe, eine Röhrenpumpe, eine Membranpumpe, eine Kaskadenpumpe oder eine Lufthebepumpe, ausgeführt werden.
In der Wasserbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, damit die Luftbläschen, die durch die Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung hindurch ausgegeben werden, und der Gas und Flüssigkeit mischende Strom, der durch die Luftbläschen verursacht wird, die Membranseparationseinrichtung mit einer gleichmäßigen und ausreichenden Geschwindigkeit erreichen kann, ein bestimmter Abstand zwischen den Gasauslassöffnungen und der Membranseparationseinrichtung vorhanden. Die untere Grenze des Abstands von den Gasauslassöffnungen hin zur Membranseparationseinrichtung beträgt vorzugsweise 20 cm, noch besser 30 cm. Keine besondere Beschränkung besteht hinsichtlich der Obergrenze dieses Abstands, aber sie beträgt vorzugsweise 1 m, besser 60 cm, unter Berücksichtigung einer Volumeneffizienz der gesamten Behandlungsvorrichtung.
Die Menge des Mittels der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsvorrichtung ausgegebenen Gases in einem Verteilerschritt liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 150 Nm³/m²/Std. pro Schnittfläche der Membranseparationseinrichtung in der horizontalen Richtung im Hinblick auf den Spüleffekt der Membran, und vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 100 Nm³/m²/Std. im Hinblick auf die Menge des gelösten Sauerstoffs sowie die Wirtschaftlichkeit. Außerdem wird bezüglich der Gasverteilergeschwindigkeit an den Gasauslassöffnungen das Gas vorzugsweise mit 5 bis 100 cm/Sek., besser noch mit vorzugsweise 10 bis 50 cm/Sek. ausgegeben. Wenn die Gasdiffusionsgeschwindigkeit geringer ist als dieser Bereich, gerät wahrscheinlich Schlamm in die Gasverteilerleitung hinein, und wenn sie höher ist als der oben genannte Bereich, steigt der Druckverlust an und es besteht ein Risiko, dass eine übermäßige Beanspruchung auf die Separationsmembran einwirkt. Demzufolge ist eine solche Gasverteilergeschwindigkeit nicht geeignet.
Nun wird die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Fünf Hohlfasermembranmodule (Handelsname Sterapore LF, hergestellt von Mitsubishi Rayon Co., Ltd., eine Modullänge der Hohlfasermembran in einer Hohlfasermembran in einer Faserachsenrichtung = 80 cm, eine Membranfläche = 8 m²), in welchen Polyethylenhochfasermembranen für eine präzise Filtration mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,1 μm in einem Siebzustand ausgedehnt und befestigt wurden, waren in einem Gehäuse aufgenommen, das eine Länge von 80 cm, eine Breite von 30 cm und eine Höhe von 50 cm hatte, sowie einen geöffneten oberen und unteren Bereich, um eine Membranseparationseinrichtung vorzubereiten, und in diesem Fall waren die Module in einer Querrichtung so angeordnet, dass die Siebe in einer vertikalen Richtung angeordnet sein könnten und Faserachsen in einer horizontalen Richtung angeordnet sein könnten und ein Raum zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Module 6 cm groß sein könnte. Dann wurde die Membranseparationseinrichtung in einen Tank eines Belebtschlamms eingetaucht.
Unter der Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung vorgesehen, so dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm groß sein könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 30 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich so vorgesehen, dass es die Gasverteilereinrichtung umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren fünf Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm (innerer Schnittflächenbereich = 4,9 cm²) und einer Länge von 35 cm angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen im rechten Winkel zur Längsrichtung der Hohlfasermembran lag und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 18 cm groß sein könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren fünf kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen war 6 cm groß. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid und einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 85 cm verbunden. Bezüglich der Bedingungen der Luftverteilung wurde Luft mit einer Intensität von 75 m³/m²/Std. pro Schnittfläche des Gehäuses von dem Benutzer eines Gebläses zugeführt.
Bezüglich der Bedingungen der Filtration wurde eine Filtrationsbehandlung eines Belebtschlamms mit einer MLSS-Konzentration von 8000 bis 12000 mg/l kontinuierlich für ein Jahr mit einer Membran-Transmissions-Flüssigkeitsgeschwindigkeit LV = 0,3 m³/m²/d bei einem unterbrochenen Betrieb einer Filtrationszeit/einer Haltzeit = 13 Minuten/2 Minuten durch die Verwendung einer Saugpumpe ausgeführt.
Im Fall dieses Beispiels betrug eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 2400 cm², und eine Gesamtzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasdiffusoreinrichtung oder Gasverteilereinrichtung war 25. Daher betrug X/Y 2400/25 = 96, was eine Beziehung erfüllte, die durch die vorliegende Erfindung spezifiziert wird. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,1044 m³, eine gesamte Membranfläche betrug 40², und eine Membrandichte betrug 40/0,1044 m = 383,1 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
Beispiel 2
Fünf gleiche Hohlfasermembranmodule, wie in Beispiel 1 waren in einem Gehäuse untergebracht, das eine Länge von 45 cm, eine Breite von 40 cm und eine Höhe von 85 cm hatte sowie einen geöffneten oberen und unteren Bereich, um eine Membranseparationseinrichtung vorzubereiten, und in diesem Fall waren die Module in einer Querrichtung angeordnet, so dass Siebe in einer vertikalen Richtung angeordnet sein könnten und Faserachsen in der vertikalen Richtung ausgerichtet sein könnten und ein Raum zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Module 8 cm groß sein könnte. Dann wurde die Membranseparationseinrichtung in einen Tank eines Belebtschlamms eingetaucht.
Unter der Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm betragen könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 45 cm, einer Breite von 40 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich vorgesehen, so dass es die Gasverteilereinrichtung umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren drei Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 40 cm so angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen einen rechten Winkel mit der Membranfixierposition der Hohlfasermembran bilden könnte und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 20 cm betragen könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren vier kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen war 10 cm groß. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 45 cm verbunden.
Mittels dieser Wasserbehandlungsvorrichtung wurde eine Filtrationsbehandlung kontinuierlich für ein Jahr unter den gleichen Bedingungen der Luftverteilung und der Filtration wie im Beispiel 1 ausgeführt.
Im Fall dieses Beispiels war eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 1800 cm² groß, und eine Gesamtanzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung war 12. X/Y war daher 1800/12 = 150, was eine durch die vorliegende Erfindung spezifizierte Beziehung erfüllte. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,1332 m³, eine gesamte Membranfläche war 40 m² groß, und eine Membrandichte war 40/0,1332 m = 300,3 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
Beispiel 3
Drei der gleichen Hohlfasermembranmodule wie im Beispiel 1 waren in einem Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 30 cm und einer Höhe von 50 cm untergebracht sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich, um eine Membranseparationseinrichtung zu schaffen, und in diesem Fall waren die Module in einer Querrichtung so angeordnet, dass Siebe in einer vertikalen Richtung angeordnet sein könnten und Faserachsen in einer horizontalen Richtung ausgerichtet sein könnten und ein Raum zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Module 12 cm groß sein könnte. Dann wurde die Membranseparationseinrichtung in einen Tank eines Belebtschlamms eingetaucht.
Unter der Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm betragen könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 30 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich vorgesehen, so dass es die Gasverteilereinrichtung umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren drei Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 40 cm so angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen einen rechten Winkel mit der Membranfixierposition der Hohlfasermembran bilden könnte und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 35 cm betragen könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren vier kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen war 12 cm groß. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 85 cm verbunden.
Mittels dieser Wasserbehandlungsvorrichtung wurde eine Filtrationsbehandlung kontinuierlich für ein Jahr unter den gleichen Bedingungen der Luftverteilung und der Filtration wie im Beispiel 1 ausgeführt.
Im Fall dieses Beispiels war eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 2400 cm² groß, und eine Gesamtanzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung war 9. X/Y war daher 2400/9 = 266,7, was eine durch die vorliegende Erfindung spezifizierte Beziehung erfüllte. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,1044 m³, eine gesamte Membranfläche war 24 m² groß, und eine Membrandichte war 24/0,1044 m = 300,3 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
Beispiel 4
Sieben der gleichen Hohlfasermembranmodule wie im Beispiel 1 waren in einem Gehäuse untergebracht, das eine Länge von 80 cm, eine Breite von 40 cm und eine Höhe von 50 cm hatte sowie einen geöffneten oberen und unteren Bereich, um eine Membranseparationseinrichtung vorzubereiten, und in diesem Fall waren die Module in einer Querrichtung angeordnet, so dass Siebe in einer vertikalen Richtung angeordnet sein könnten und Faserachsen in der vertikalen Richtung ausgerichtet sein könnten und ein Raum zwischen den Mittelpunkten der benachbarten Module 5 cm groß sein könnte. Dann wurde die Membranseparationseinrichtung in einen Tank eines Belebtschlamms eingetaucht.
Unter der Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm betragen könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 40 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich vorgesehen, so dass es die Gasverteilereinrichtung umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren 7 Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 40 cm so angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen einen rechten Winkel mit der Membranfixierposition der Hohlfasermembran bilden könnte und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 12,5 cm betragen könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren 8 kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen war 5 cm groß. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 85 cm verbunden.
Mittels dieser wasserbehandlungsvorrichtung wurde eine Filtrationsbehandlung kontinuierlich für ein Jahr unter den gleichen Bedingungen der Luftverteilung und der Filtration wie im Beispiel 1 ausgeführt.
Im Fall dieses Beispiels war eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 3200 cm² groß, und eine Gesamtanzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung war 56. X/Y war daher 3200/56 = 57,1, was eine durch die vorliegende Erfindung spezifizierte Beziehung erfüllte. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,126 m³, eine gesamte Membranfläche war 56 m₂ groß, und eine Membrandichte war 56/0,126 m = 444,4 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Filtrationsbehandlung wurde durchgeführt durch die Verwendung der gleichen Hohlfasermembranmodule wie im Beispiel 1 und der gleichen Anzahl und der gleichen Anordnung der Module wie im Beispiel 1 unter den folgenden geänderten Bedingungen. Unter einer Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm sein könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 30 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich so angeordnet, dass es die Gasverteilereinrichtung wie im Beispiel 1 umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren drei Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 35 cm so angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen einen rechten Winkel mit der Längsrichtung der Hohlfasermembran bilden könnte und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 35 cm betragen könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren zwei kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen betrug 25 cm. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 85 cm verbunden.
Mittels der Wasserbehandlungsvorrichtung wurde die Filtrationsbehandlung kontinuierlich für ein Jahr unter den gleichen Bedingungen der Luftverteilung und der Filtration wie im Beispiel 1 ausgeführt.
Im Fall dieses Vergleichsbeispiels war eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 2400 cm² groß, und eine Gesamtanzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung war 6. X/Y war daher 2400/6 = 400, was die mittels der vorliegenden Erfindung spezifizierte Beziehung nicht erfüllte. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,1044 m³, eine gesamte Membranfläche war 40 m² groß, und eine Membrandichte betrug 40/0,1044 m = 383,1 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Filtrationsbehandlung wurde durchgeführt durch die Verwendung der gleichen Hohlfasermembranmodule wie im Beispiel 1 und der gleichen Anzahl und der gleichen Anordnung der Module wie im Beispiel 1 unter den folgenden geänderten Bedingungen. Unter einer Membranseparationseinrichtung war eine Gasverteilereinrichtung so angeordnet, dass ein Abstand zwischen dem unteren Ende der Membranseparationseinrichtung und Gasverteileröffnungen 45 cm sein könnte, und um die Gasverteilereinrichtung herum war ein Gehäuse mit einer Länge von 80 cm, einer Breite von 30 cm und einer Höhe von 50 cm sowie einem geöffneten oberen und unteren Bereich so angeordnet, dass es die Gasverteilereinrichtung wie im Beispiel 1 umgab. Als die Gasverteilereinrichtung waren 15 Leitungen aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 35 cm so angeordnet, dass die Längsrichtung dieser Leitungen einen rechten Winkel mit der Längsrichtung der Hohlfasermembran bilden könnte und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten der Leitungen 5 cm betragen könnte. An der oberen Fläche jeder Leitung waren zwei kreisförmige Auslassöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 cm ausgeformt, und ein Raum zwischen den benachbarten Auslassöffnungen betrug 3,5 cm. Außerdem war jede Leitung mit einer Leitung aus Polyvinylchlorid mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 85 cm verbunden.
Mittels der Wasserbehandlungsvorrichtung wurde die Filtrationsbehandlung kontinuierlich für ein Jahr unter den gleichen Bedingungen der Luftverteilung und der Filtration wie im Beispiel 1 ausgeführt.
Im Fall dieses Vergleichsbeispiels war eine Schnittfläche X des Gehäuses in einer horizontalen Richtung 2400 cm² groß, und eine Gesamtanzahl Y der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung war 150. X/Y war daher 2400/150 = 16, was die mittels der vorliegenden Erfindung spezifizierte Beziehung nicht erfüllte. Außerdem betrug ein minimales, die Membranmodule umgebendes Volumen 0,1044 m³, eine gesamte Membranfläche war 40 m² groß, und eine Membrandichte betrug 40/0,1044 m = 383,1 /m, was im bevorzugten Bereich der vorliegenden Erfindung lag.
In jedem dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde eine Beziehung zwischen einer Zeit eines Filtrationsvorgangs und einer Druckdifferenz zwischen den Membranen (einer Saugdruckdifferenz) gemessen, d. h. einer Druckdifferenz zwischen der primären Seite des Hohlfasermembranmoduls und der sekundären Seite des Hohlfasermembranmoduls während des Ansaugvorgangs, und die Ergebnisse dieser Messungen sind in 7 dargestellt. Wie sich aus dem Graph in 7 ergibt, ist der Anstieg der Druckdifferenz zwischen den Membranen mit der Zeit gemäßigter als in den Vergleichsbeispielen, und daher wird deutlich, dass der Fortschritt des Verstopfens langsam ist und die Effizienz des Spülens mit Luft sehr groß ist.
Gemäß der Wasserbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Schnittfläche der Membranseparationseinrichtung in horizontaler Richtung und der Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasverteilereinrichtung erfüllt, kann das Verstopfen der Gasauslassöffnungen für eine lange Zeit verhindert werden, und die Gleichmäßigkeit des Spülens durch Luftschrubben kann aufrechterhalten werden. Als Folge davon kann das Verstopfen der Poren in den Oberflächen der Membranen für eine lange Zeit verhindert werden, so dass die Filtration des zu behandelnden Wassers bei einer hohen Durchflussgeschwindigkeit und einer hohen Trübung ausgeführt werden kann.

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, in welcher eine Membranseparationseinrichtung oberhalb einer in einem Behandlungstank angeordneten Gasdiffusoreinrichtung vorgesehen ist, wobei Durchmesser von in der Gasdiffusoreinrichtung ausgeformten Auslassöffnungen im Bereich von 1 bis 10 mm sind und die Beziehung 20 < X/Y < 300 erfüllt ist, wobei X eine Querschnittsfläche (cm²) der Membranseparationseinrichtung in einer horizontalen Richtung ist und Y die Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasdiffusoreinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gasdiffusoreinrichtung eine Gasdiffusorleitung aufweist und der innere Durchmesser dieser Leitung im Bereich von 5 bis 120 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die innere Querschnittsfläche der Gasdiffusorleitung zumindest gleich dem 1,2-Fachen der gesamten Fläche der in jeder Gasdiffusoreinrichtung ausgeformten Gasauslassöffnungen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist, das aus einer Hohlfasermembran gebildet wird, die in einem ebenenartigen Zustand expandiert und angeordnet ist, aus Fixierelementen zum Fixieren der Hohlfasermembran, während die Enden der Hohlfasermembran offengehalten werden, und aus Strukturelementen zum Lagern und Aufnehmen der Fixierelemente; und wobei das Hohlfasermembranmodul so angeordnet ist, dass die durch die Hohlfasermembran geformte Ebene im Wesentlichen vertikal sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist, das aus einer Hohlfasermembran besteht, die in einem ebenen Zustand expandiert und angeordnet ist, Fixierelementen zum Fixieren der Hohlfasermembran, während die Enden der Hohlfasermembran offengehalten werden, und Strukturelementen zum Lagern und Aufnahmen der Fixierelemente; und wobei das Hohlfasermembranmodul so angeordnet ist, dass die durch die Hohlfasermembran geformte Ebene im Wesentlichen vertikal sein kann und die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen horizontal sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist, das aus einer Hohlfasermembran gebildet wird, die in einem ebenenartigen Zustand expandiert und angeordnet ist, Fixierelementen zum Fixieren der Hohlfasermembran, während die Enden der Hohlfasermembran offengehalten werden, und Strukturelementen zum Lagern und Aufnehmen der Fixierelemente; und wobei das Hohlfasermembranmodul so vorgesehen ist, dass die durch die Hohlfasermembran geformte Ebene im Wesentlichen vertikal sein kann und die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran einen Winkel haben kann, der bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist, das aus einer Hohlfasermembran besteht, die in einem ebenenartigen Zustand expandiert und angeordnet ist, Fixierelementen zur Fixierung der Hohlfasermembran, während die Enden der Hohlfasermembran offengehalten werden, und Strukturelementen zum Lagern und Aufnehmen der Fixierelemente; und wobei das Hohlfasermembranmodul so vorgesehen ist, dass die durch die Hohlfasermembran gemachte Ebene im Wesentlichen vertikal sein kann und die Faserachsenrichtung der Hohlfasermembran im Wesentlichen vertikal sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Membranseparationseinrichtung ein Hohlfasermembranmodul aufweist und eine Membrandichte in einem Membrananordnungsabschnitt in einem Bereich von 100 bis 500 m²/m³ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine hauptsächliche Seite des Hohlfasermembranmoduls und eine sekundäre Seite des Hohlfasermembranmoduls in der Membranseparationseinrichtung so vorgesehen sind, dass ein Wassersäulenunterschied zwischen der hauptsächlichen Seite des Hohlfasermembranmoduls und der sekundären Seite des Hohlfasermembranmoduls vorgesehen sein kann und eine Membrandichte in einem Membrananordnungsabschnitt im Bereich von 100 bis 500 m²/m³ liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die sekundäre Seite des Hohlfasermembranmoduls in der Membranseparationseinrichtung mit einem Flüssigkeitsbassin verbunden ist, das in dem Behandlungstank zur Atmosphäre hin freigegeben ist, während die Verbindung zwischen der hauptsächlichen und der sekundären Seite der Hohlfasermembranmodule in einem flüssigkeitsdichten Zustand gehalten ist und die Wasserhöhe dieses Flüssigkeitsbassins so positioniert ist, dass sie geringer ist als die Wasserhöhe des zu behandelnden Wassers auf der hauptsächlichen Seite.
Verfahren zur Behandlung von Wasser, bei welchem zu behandelndes Wasser mittels einer Membranseparationseinrichtung gefiltert wird, während Luft kontinuierlich oder in Abständen durch eine Gasdiffusoreinrichtung hindurch diffundiert wird; wobei Durchmesser von in der Gasdiffusoreinrichtung ausgeformten Gasauslassöffnungen im Bereich von 1 bis 10 mm sind; wobei die Membranseparationseinrichtung oberhalb der Gasdiffusoreinrichtung vorgesehen ist; und wobei die Beziehung 20 < X/Y < 300 erfüllt ist, wobei X eine Querschnittsfläche (cm²) der Membranseparationseinrichtung in einer horizontalen Richtung ist und Y die Anzahl der Gasauslassöffnungen der Gasdiffusoreinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Gasdiffusionsgeschwindigkeit am Gasauslass im Bereich von 5 bis 100 cm/sec. ist.