DE69904201T2

DE69904201T2 - Verfahren und vorrichtung zur membranfiltration von wasser

Info

Publication number: DE69904201T2
Application number: DE69904201T
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Espenan; Franc Saux
Original assignee: POLYMEM FOURQUEVAUX SA
Current assignee: POLYMEM FOURQUEVAUX SA
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: ES2186382T3; WO2000006500A1; CA2338174A1; EP1105351B1; FR2781782B1; CA2338174C; US6838003B1; ATE228483T1; DE69904201D1; FR2781782A1; EP1105351A1

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft den Bereich der Verfahren zur Erzeugung von Trinkwasser für Kollektive. Es betrifft insbesondere den Bereich der Membranfiltrationsverfahren vom Typ Ultrafiltration.
Es sind Vorrichtungen zur Wasserreinigung auf Sandbettbasis bekannt, auf dem Rohwasser zugesetzt wird. Das Wasser durchquert das Sandbett und wird unter dem Sand, von einer großen Anzahl von Teilchen, Verschmutzungen usw. befreit, gewonnen. Diese Vorrichtungen sind seit vielen Jahren bekannt und sind in manchen Ländern für die Reinigung von städtischem Abwasser besonders verbreitet. Insbesondere kann man die USA oder die Niederlande nennen.
Die meisten dieser Vorrichtungen, die mehrere Jahrzehnte oder sogar mehr als ein Jahrhundert alt sind, müssen heute durch leistungsfähigere Systeme ersetzt werden. Sie gestatten nämlich nicht alle, am Austritt der Reinigungseinrichtung ein den gegenwärtigen Qualitätsnormen entsprechendes Wasser zu erreichen.
Eine gewöhnlich vorgeschlagene Lösung besteht darin, die bestehenden Anlagen zu zerstören und sie durch einen Neubau vollständig zu ersetzen, der an ein Wasserreinigungsverfahren anderen Typs angepaßt ist, sei es durch Ultrafiltration oder anderes. Es ist klar, daß dieser Austausch für die Kollektive sehr teuer ist, und zwar sowohl wegen der Kosten des Baus der neuen Einheit als auch für die Zerstörung der vorher bestandenen Einheiten.
Man kennt aus dem Stand der Technik auch Vorrichtungen, die die Wasserhöhe über Membranen verwenden, um eine für die Filtration ausreichende Druckdifferenz zu erzeugen. Unter diesen Schriften benutzt eine Vorrichtung KURITA, die in der Zusammenfassung des japanischen Patents Band 012 Nr. 155, 12.5.88, beschrieben wird, tatsächlich die Wasserhöhe als Druckerzeuger, jedoch in einer sehr komplexen Vorrichtung, die partiell drehbeweglich ist, mit Überlagerungen von langen Fasern, die horizontal angeordnet und an ihren beiden Enden vergossen sind.
Eine andere Schrift (KUBOTA, Zusammenfassung des japanischen Patents Band 96 Nr. 008, 30.8.96) betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser durch vertikal angeordnete Membranen, wobei die Vergießung durch das Wasser hergestellt ist, wobei das filtrierte Wasser im oberen Teil gewonnen wird und die Notwendigkeit einer großen Wasserhöhe im Becken besteht.
Diese Vorrichtung erfordert die Einleitung von Luft zwischen den Membranen, um einen guten Betrieb zu gewährleisten, indem das Abwasser um die Membranen herum bewegt wird.
In einer anderen Schritt (PREUSSAG, Patentanmeldung DE 29 62 0426 U) sind die Fasern horizontal angeordnet und an ihren beiden Enden vergossen, wobei eine Vakuumpumpe verwendet wird, um eine Druckdifferenz mit dem Abwasserbehälter zu erzeugen. Ein Luftstrom ist erforderlich, um die Abwässer zu bewegen. Die Gewinnung des filtrierten Wassers findet im oberen Teil der Membranengruppe statt, was die für die Behandlung erforderliche Wasserhöhe erhöht.
Diese verschiedenen Vorrichtungen sind komplex und können nicht leicht in bestehenden Anlagen zur Wasserbehandlung mit Sandbett installiert werden.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile durch Schaffung eines neuen Verfahrens zur Wasserreinigung durch Filtration zu beseitigen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein wirtschaftliches und schnell durchführbares Verfahren zur Sanierung einer Reinigungsanlage mit Sandbett.
Gemäß einem anderen Ziel der Erfindung benutzt die sanierte Einheit soweit wie möglich eine große Anzahl von Elementen der vorhandenen Einheiten, und zwar insbesondere die Leitungen und Vorrichtungen zum Trennen zwischen Schlamm und gewonnenem Reinwasser.
Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung nutzt dieses Verfahren gewisse spezielle Anordnungen der Reinigungsanlagen mit Sandsilo aus, um die Regulierung der neuen Reinigungsanlage zu vereinfachen, was eine Vereinfachung des Betriebs und damit eine Einsparung an Arbeitskräften, an Regulierungs- und Wartungseinrichtungen mit sich bringt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist also ein Verfahren zur Filtration von Wasser durch eingetauchte Membranen vom Typ Ultrafiltrationsmembranen, wobei die Filtration durch die Membranen durchgeführt wird, indem als Differenzdruckquelle die Wasserhöhe verwendet wird, die im Becken besteht, indem die Membranen eingetaucht sind und vom Typ Außenhautfaser mit Vergießung am unteren Punkt der Membranen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen in zylindrischen Behältern angeordnet sind.
Diese Anordnung vom Typ "Filtrierboden" gestattet eine einfache und wirksame Regulierung des Filtrationsdrucks, die die Vorrichtungen auf der Basis von Pumpen nicht gestatten. Es handelt sich hier um einen Betrieb mit konstantem Druck und veränderlichen Durchsatz im Gegensatz zu den bestehenden Vorrichtungen, die mit veränderlichem Druck und konstantem Durchsatz arbeiten.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Sanierung einer bestehenden Wasserreinigungseinheit vom Typ mit Sandbekken, umfassend ein Becken, das mit einem unteren Boden, mit einem Zwischenboden, auf dem das Sandbett ruht, mit einer Rohwasserzuführung sowie mit einer oberen Rinne zur Abfuhr des Waschschlamms versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte zur Beseitigung des Sandbetts, der Zerstörung des Zwischenbodens, der Verlegung einer Reihe von Membranultrafiltrationsblöcken auf dem unteren Boden umfaßt, wobei die Membranen in Behältern angeordnet sind und der Betriebsdruck dieser Membranen durch die Höhe des im Becken gespeicherten Abwassers über diesen Membranen erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Filtration von Wasser durch Membranen, umfassend einen Rohwassereintritt, einen Anschluß an einen Ablauf, ein Austrittsmittel für erzeugtes Wasser, wobei die Membranen in ein Filtrationsvolumen eingetaucht sind, das mit zu filtrierendem Wasser gefüllt ist, dessen Wasserhöhe über den Membranen dafür ausgelegt ist, einen Differenzdruck zu erzeugen, der ausreicht, um die Filtration durch diese Membran hindurch zu bewirken, und in dem die Membranen vom Typ Außenhautfaser sind, die im wesentlichen in einem "U" angeordnet ist, deren beiden offenen Enden unten gelegen sind, wobei die Vergießung am unteren Punkt dieser Membranen durchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen in zylindrischen Behältern angeordnet sind.
Die folgende Beschreibung und die Zeichnung dienen zum besseren Verständnis der Ziele und Vorteile der Erfindung. Diese Beschreibung dient natürlich nur als Beispiel und hat keinen begrenzenden Charakter. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wasserfiltrieranlage, von der Seite gesehen,
Fig. 2 einen Ansicht derselben Anlage von oben gesehen,
Fig. 3 eine detaillierte Ansicht eines Filtrationsmoduls und seiner Wasserzufuhr- und Rückwaschvorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der Anlage,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Abwandlung einer Vorrichtung mit Filtrierboden,
Fig. 6 eine Draufsicht auf dieselbe Anlage,
Fig. 7 eine Ansicht eines Details dieser Abwandlung,
Fig. 8 eine Abwandlung einer Wasserfiltrieranlage, von der Seite gesehen,
Fig. 9 eine Draufsicht auf dieselbe Anlage.
Es ist vorweg zu bemerken, daß die Beschreibung sich auf eine Wasserreinigungseinheit bezieht, die als Umbau einer bestehenden Sandbetteinheit geschaffen wurde. Diese Beschreibung ist jedoch keineswegs begrenzend, und die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Wasserreinigungsverfahren können auch in einer vollkommen neuen Anlage durchgeführt werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch ein Sandfilter 1 vom gebräuchlichen Typ, in dem das Sandbett (nicht dargestellt) herausgenommen wurde, desgleichen der Zwischenboden (der zuvor in Höhe 3 der Figur gelegen war), auf dem dieses Sandbett auflag. Bei dem dargestellten Beispiel hatte das betreffende Sandfilter eine Abwasserbehandlungskapazität von 7600 m³ pro Tag, was einer gebräuchlichen Behandlungskapazität in diesem Bereich entspricht.
Wie man in den Fig. 1 und 2 sieht, besitzt die Vorrichtung ein im wesentlichen parallelepipepförmiges Filtrierbecken 2 mit einem unteren Boden 4, Seitenwänden 5 und einer Decke 6. Ein Seitenteil 7 umfaßt die Punkte des Anschlusses an den Ablauf 8 und an das Rohwasser 9.
Bei dem hier betrachteten Beispiel sind die Abmessungen des Filtrierbeckens 2 etwa 30 m² auf Höhe des unteren Bodens 4 und 6 m Höhe unter der Decke, was einen Wasserhöchstdruck, der in diesem Filtrierbecken 2 erzeugt werden kann, von 0,6 bar bestimmt. Diese Abmessungen bedingen insbesondere die Bemessung der Wände der Ableitungen usw. Diese Infrastruktur ist von einem dem Fachmann bekannten Typ und wird deshalb hier nicht ausführlicher beschrieben.
In dem Filtrierbecken 2 wurden Rinnen 10 zur Abfuhr des Waschschlamms der Membranen installiert, die annähernd auf halber Höhe des Filtrierbeckens 2 angeordnet sind und normalerweise während der Filtrierphase in das Abwasser (auch Rohwasser genannt) eingetaucht sind, wie sich aus dem Nachstehenden ergibt. Diese Rinnen 10 sind aus einem gebräuchlichen Werkstoff hergestellt und sind mit dem Ablauf über den Anschlußpunkt 8 verbunden.
Auf dem Boden 4 des Filtrierbeckens 2 sind vier Gruppen 11 angeordnet, die jeweils 20 Filtriermodule umfassen. Die Filtriermodule 12 sind in 8 parallelen Reihen von 10 Modulen 12 (zwei Reihen pro Gruppe 11) angeordnet, die auf dem Boden 4 des Filtrierbeckens 2 regelmäßig verteilt sind.
Die Membranmodule 12 sind paarweise durch Verbindungsrohre 13 verbunden und werden mit Rohwasser durch Versorgungsrohre 14 versorgt, deren oberer Teil ein Knie 15 bildet, so daß das Ende jedes Rohrs 16 nach unten gerichtet ist und über einer Rinne 10 zur Abfuhr des Waschschlamms der Membranen gelegen ist.
Durch diese Anordnung kann man Rohwasser in die Filtriermodule 12 einlassen, wenn der Wasserstand über dem oberen Teil der Rohre 14 liegt, oder Waschschlamm der Membranen zu den Rinnen 10 und dem Ablauf abführen, wenn man mit Rückwaschung mit einem Wasserdurchgang in den Membranen in der umgekehrten Richtung der normalen Produktion arbeitet.
Die Membranmodule 12 werden also mit Rohwasser über ihren oberen Teil versorgt, der etwa 1,2 m über dem Boden 4 des Filtrierbeckens 2 gelegen ist. Das von der Filtration kommende Wasser wird über den unteren Teil der Membranen abgeführt, der etwa 40 cm über dem unteren Boden 4 des Filtrierbeckens 2 gelegen ist.
Das filtrierte Wasser wird bei jeder Gruppe 11 durch ein im wesentlichen horizontales Sammelrohr 17 gesammelt, das die Seitenwand 5 des Filtrierbeckens 2 auf Höhe einer Dichtung 18 durchquert. Ein Kollektor 19 mit großem Durchmesser verbindet die Sammelrohre 17.
Fig. 3 zeigt den Aufbau der Membranmodule 12 jeder Gruppe 11 detaillierter. Jedes Modul 12 ist vom Typ "Außenhautfaser", wobei die Vergießung des Moduls am unteren Ende des Moduls gelegen ist. Die Module, deren allgemeiner Typ dem Fachmann bekannt ist, haben bei dem hier beschriebenen Beispiel einen Durchmesser von 30 cm bei einer Höhe von 80 cm und eine Filtriermembranoberfläche pro Modul von 125 m².
Es sei bemerkt, daß es sich hierbei um Membranen handelt, die im wesentlichen ein "U" bilden, d. h. in gewisser Weise so umgebogen sind, daß ihre beiden Enden an einem gemeinsamen Punkt, im vorliegenden Fall unten, vergossen werden können.
Diese Anordnung ist bei einer Verwendung in Becken von ziemlich kleiner Höhe besonders günstig, da der Wasserdruck hierbei nur im unteren Teil des Beckens ausreichend ist.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung ist die Vereinfachung der Montage und der Demontage der Membranen im Vergleich zu den Vorrichtungen, bei denen die Membranen an ihren beiden Längsenden (also an am weitesten voneinander entfernten Punkten) vergossen sind und die eine kompliziertere Demontage als bei der Erfindung mit sich bringen.
Diese "U"-förmige Anordnung der Membranen erklärt auch den kurzen und dicken Verlauf der hier verwendeten Module.
Wie man in Fig. 3 sieht, besitzt jedes Modul um die Hohlfasern 20 herum, die die tatsächliche Filtrierung durchführen, wenn der Wasserdruck ausreichend ist, einen zylindrischen Behälter 21, der oben mit einem Kegelstumpf 22 endet, der an das Rohr 14 zur Versorgung mit Rohwasser angeschlossen ist. Im unteren Teil des Moduls sind die Fasern 20 an einem Träger 23 so angebracht, daß ihr hohler zentraler Teil, das das filtrierte Wasser aufnimmt, sich unter diesem Träger 23 ausgießen kann. Jeder zylindrische Behälter 21 besitzt einen Boden 24 mit einer Bohrung 25, die dazu bestimmt ist, das Sammeln des filtrierten Wassers in einem Rohr zu gestatten, das mit einem der Sammelrohre 17 verbunden ist. Die Module 12 sind auf mechanischen Trägern 27 gängigen Typs angeordnet, die auf dem unteren Boden 4 des Filtrierbeckens 2 angeordnet sind. Mechanische Strukturen 28, die bei jeder Gruppe 11 auf halber Höhe der Module 12 angeordnet sind, gestatten ihre fest Verbindung miteinander.
Fig. 4 zeigt das Diagramm der Verbindung der einzelnen Elemente der Filtriereinheit und die vorgesehenen Steuerventile. Wie man sieht, sind Ventile AV11, AV12, AV13, AV14 am Austritt an den Sammelrohren installiert. Diese Ventile sind vom gebräuchlichen Typ. Ventile sind auch im Rohr zur Versorgung mit Rohwasser (Ventil AV1) und am Austritt des erzeugten behandelten Wassers (Ventil AV3) angeordnet, wobei das erzeugte Wasser in einem Behälter 30 (bekannten Typs) für behandeltes Wasser gespeichert ist. Ventile sind ferner installiert, um einerseits die Entleerung der Filtrierkammer 2 zum Ablauf zuzulassen (Ventil AV2) und andererseits um die Abfuhr des Wassers des Kollektors 17 zum Ablauf zu gestatten (Ventil AV4).
An Austritt des Behälters 30 für erzeugtes Wasser wird das Reinwasser entweder durch eine Leitung 31 zur Abgabe an die Verbraucher zurückgeleitet oder über eine Rückwaschleitung 32 wieder in den Kollektor 17 eingeleitet, in der eine Wiedereinleitungspumpe 33 und ein Wiedereinleitungsventil AV5 angeordnet sind. Eine Chlor-Einleitungseinrichtung 34 und eine Soda-Einleitungseinrichtung 35 sind ebenfalls mit dieser Rückwaschleitung 32 verbunden. Diese Elemente sind vom gebräuchlichen Typ und an sich bekannt.
Die vorhergehenden Ventile sind vom automatischen Typ und damit steuerbar, und zwar entweder durch Fernbetätigung oder durch Regelung durch Steuerlogik.
Ein sogenanntes Handentleerungsventil 39 ist mit dem unteren Teil des Filtrierbeckens 2 verbunden. Es ist dazu bestimmt, das Wasser aus dem Becken abzulassen, und zwar insbesondere dann, wenn man es zum Zweck der Reinigung entleeren möchte. Dieser (praktisch jährliche) Sonderarbeitsgang der Wartung des Beckens gerechtfertigt nicht ein automatisches Ventil.
Die einzelnen Phasen des Verfahrens sind die, die in gebräuchlicher Weise bei den Ultra- oder Mikrofiltrationsverfahren für die Wasserbehandlung ablaufen, und zwar:

Filtration

regelmäßige Rückwaschungen (Intervall von etwa einigen Stunden) mit oder ohne Zusatz von chemischen Mitteln im Rückwaschwasser (Oxidanzien, Base usw.),
sogenannte "chemische" Waschungen mit hoher Dosis an chemischem Produkt, wobei diese langen Waschungen in einem Intervall von etwa einigen Wochen stattfinden.
Im Filtrationsschritt wird das zu filtrierende Rohwasser über den Boden des Filtrierbeckens 2 (in Nähe des unteren Bodens 4) eingeführt, und erreicht nach einer gewissen Zeit der Füllung die Höhe 36, Produktionshöhe genannt, die bei dem hier vorgelegten Beispiel bei etwa 5,3 m über dem unteren Boden 4 liegt. Das Rohwasser füllt die Filtriermodule 12 über jedes der 40 Versorgungsrohre 14, die oberhalb der Module angeordnet sind. Unter der Wirkung des an der Oberfläche der Membranen herrschenden Drucks (etwa 0,4 bis 0,5 bar) findet die Ultrafiltration statt, wobei das Wasser die Wände der Fasern 20 durchquert. Man bemerkt, daß die Ultrafiltration bei konstantem Druck stattfindet, der von der im Filtrierbecken 2 herrschenden Wasserhöhe abhängt. Das filtrierte Wasser (Permeat) fließt über die am Beckenboden angeordneten Sammelrohre 17 zur Wassererzeugung. Das Abfließen des Wasser wird durch einfache Schwerkraft gesteuert.
Während dieser Phase sind die Ventile der Sammelrohre AV11, AV12, AV13, AV14 sowie das Ventil AV1 zur Rohwasserversorgung und das Ventil AV3 für den Austritt des erzeugten Wassers offen, während die Ventile AV2 zur Entleerung der Filtrierkammer 2, AV4 zur Abfuhr des Wasser des Kollektors 17 zum Auslauf und AV5 zur Wiedereinleitung von produziertem Wasser in den Kollektor geschlossen sind.
In dem Schritt der Rückwaschung ist der Wasserstand im Filtrierbecken 2 bis auf die Höhe 37, Rückwaschungsstand genannt, gesunken und liegt nun auf Höhe der Rinnen 10. Hierfür kann man auf zwei Weisen vorgehen:
1. entweder schließt man das Ventil AV1 zur Versorgung mit Rohwasser und erhält die Filtration aufrecht, deren Druck allmählich mit dem Wasserstand im Becken abnimmt,
2. oder man schließt die Ventile AV1 zur Versorgung mit Rohwasser und AV3 zur Erzeugung von behandeltem Wasser zum Behälter 30 für behandeltes Wasser und öffnet das Ventil AV2 zur Entleerung über die Rinnen 10 der Filtrierkämmer zum Ablauf.
Wenn der Rückwaschungsstand 37 erreicht ist, nimmt man die Rückwaschung jeder der Gruppen 11 von zwei Reihen von zehn Modulen 12 Reihe für Reihe vor. Bei einer gegebenen Reihe schließt man die Ventile zur Versorgung mit Rohwasser AV1 und AV3 zur Erzeugung von behandeltem Wasser zum Behälter 30 für behandeltes Wasser sowie die Ventile der Sammelrohre, die nicht der behandelten Reihe entsprechen (beispielsweise AV12, AV13, AV14, wenn die behandelte Reihe dem Ventil AV11 ent spricht) und man öffnet das Ventil AV2 zur Entleerung des Filtrierbeckens 2 zum Ablauf. Dann öffnet man das Wiedereinleitungsventil AV5, und die Wiedereinleitungspumpe 33 wird in Gang gesetzt (Rückwaschungsdruck etwa 1,5 bar). Man kann entsprechend den früheren Betriebsbedingungen der Anlage auf dem Fachmann bekannte Weise über die Einleitungseinrichtung 34 Chlor einleiten.
Bei dieser Anordnung der Ventile durchquert das erzeugte Wasser wieder die Membranen 12 und das auf diese Weise erzeugte schmutzige und gegebenenfalls gechlorte Rückwaschwasser steigt über die Versorgungsrohre 14 auf und ergießt sich in die Rinnen 10 und wird auf diese Wiese über das offene Entleerungsventil AV2 zum Ablauf geleitet.
Am Ende der Rückwaschung unterbricht man den Zusatz von Chlor, um die Module 12 und die Versorgungsrohre 14 mit reinem erzeugten Wasser zu spülen.
Jede Reihe von Modulen 12 wird auf diese Weise jeweils nach einigen Stunden auf dieselbe Weise rückgewaschen.
Nach Beendigung der Rückwaschung kehrt man in die Filtrierphase (Produktion) zurück, indem man die Ventile AV5 der Wiedereinleitung und AV2 der Entleerung des Filtrierbeckens 2 wieder schließt, indem man das Ventil AV3 und alle Ventile der Kollektoren 17 der Gruppen 11 von Modulen 12 wieder öffnet, und bringt durch Öffnung des Ventils AV1 zur Versorgung mit Rohwasser den Rohwasserstand im Filtrierbecken 2 wieder auf den Produktionsstand 36.
Wenn die Rückwaschungen nicht ausreichen, um die Durchlässigkeit der Membranen 12 wieder herzustellen, und zwar in der Praxis jedes Mal nach einigen Wochen, nimmt man eine "chemische" Waschung vor, die darin besteht, daß die Module 12 mit einer Reinigungslösung (beispielsweise Sodalösung) gefüllt werden, man die Lösung wirken läßt und dann die Module 12 auf die oben beschriebene Weise unter Rückwaschung spült.
Man geht auf die folgende Weise vor: der Wasserstand im Filtrierbecken 2 wird auf den Rückwaschwasserstand 37 mit Hilfe eines der beiden Verfahren gesenkt, die oben im vorhergehenden Schritt der Rückwaschung beschrieben wurden.
Die Ventile AV1 zur Versorgung mit Rohwasser, AV3 zur Erzeugung von behandeltem Wasser, AV4 zur Entleerung des Kollektors, AV5 zur Wiedereinleitung werden geschlossen, während die Ventile der Sammelrohre (AV11, AV12, AV13, AV14) und das Entleerungsventil AV2 geöffnet werden, und die Wiedereinleitungspumpe 33 wird in Gang gesetzt.
Das erzeugte Wasser wird nun dank eines Durchsatzbegrenzers 38, der parallel zur Wiedereinleitungspumpe 33 angeordnet ist, mit geringem Durchsatz wieder eingeleitet. Die Soda- Einleitungsvorrichtung 35 wird in Gang gesetzt. Der in die Module 12 eingeleitete Wasserüberschuß wird über die Versorgungsrohre 14 zu den Rinnen 12 und dem Ablauf über das Entleerungsventil AV2 abgeführt. Wenn bestimmt wird, daß die Module 12 voll Reinigungslösung sind, wird die Wiedereinleitungspumpe 33 angehalten. Die Membranen 12 werden etwa 30 Minuten eingewässert. Die Öffnung des Ventils AV4 zur Entleerung des Kollektors gestattet nun die Entleerung der konzentrierten Reinigungslösung zum Ablauf. Dieses Entleerungsventil AV4 wird nun wieder geschlossen und man nimmt die Spülung jeder der Reihen durch nicht-gechlorte Rückwaschung gemäß der vorhergehenden Beschreibung vor, wobei das Entleerungsventil AV2 offen ist.
Es ist klar, daß man zum Waschen der Module mehrere Reinigungslösungen nacheinander verwenden kann. Wenn alle Reihen gespült wurden, kehrt man auf die am Ende der Rückwaschphase angegebene Weise in den Filtrationsmodus zurück.
Es ist im übrigen zu bemerken, daß das Ventil AV4 zur Entleerung des Kollektors verwendet wird, um während der Produktion die Module 12 mit der Speicherlösung zu spülen, die im allgemeinen bei der Inbetriebnahme der Module 12 verwendet wird.
Es ist möglich, Gruppe für Gruppe einen Unversehrtheitstest mit Luft durchzuführen. Beispielsweise leitet man bei einer gegebenen Gruppe an dem Kollektor der Gruppe Druckluft ein (durch eine nicht dargestellte, jedoch dem Fachmann bekannte Vorrichtung), wobei das Ventil für erzeugtes Wasser des Kollektors geschlossen ist, und entleert auf diese Weise durch Umkehrfiltration (Permeation) das enthaltene Wasser permeatseitig. Dann testet man die Gruppe, indem die Druckluftzufuhr unterbricht und den Druckabfall mißt. Bei Fehlen einer gebrochenen Faser bleibt der Luftdruck konstant, da die Luft die Wand der Ultrafiltrationsmembran nicht durchqueren kann. Im entgegengesetzten Fall fällt der Luftdruck meßbar ab, womit das Vorhandensein von gebrochenen Fasern in der Gruppe leicht nachgewiesen werden kann.
Zur Bestimmung des Ursprungs des Lecks an einem besonderen Modul muß man, nach Identifizierung der schadhaften Gruppe, das Becken entleeren, das Versorgungsrohr 14 über dem zu testenden Modul 12 abnehmen, es durch einen mit einer Druckluftversorgung versehenen Stopfen ersetzen, und testet dann das Modul, indem man die Außenseite der Fasern 20 abpreßt. Die schadhaften Module müssen dann ausgebaut werden und repariert werden.
Es ist zu bemerken, daß die meisten bestehenden Anlagen zur Trinkbarmachung von Wasser (vom Typ mit Sandbett) bereits über einen Kompressor verfügen, da Druckluft meistens an den Behandlungsstellen verfügbar ist, und dieser bestehende Kompressor wird nun bei der neuen Anlage wiederverwendet, was eine Einsparung von neuen zu installierenden Mitteln darstellt.
Gegenüber einer Ultrafiltrationsanlage bekannten Typs läßt sich die vorliegende Anlage leicht integrieren, indem die Vorbehandlungen (wie die Enthärtung mit Kalk) und die zu folgenden Nachbehandlungen (wie die Nanofiltration) wiederverwendet werden.
Man verwendet hierbei eine bestehende Tiefbauanlage mit wenig Änderungen wieder, wobei der erforderliche Tiefbau billig ist und das Chassis der Vorrichtung auf eine sehr einfache Vorrichtung reduziert ist. Die Zusatzpumpe (Einleitung von Rohwasser) wird wiederverwendet.
Das Verfahren ist einfach, da es mit konstantem Druck und mit veränderlichem Durchsatz mit einer Automatik arbeitet, die mit der Wasserhöhe im Becken verbunden ist und damit sehr einfach ist und wenig Instrumente verlangt. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber den bekannten Vorrichtungen in diesem Bereich dar, die im Gegensatz dazu mit veränderlichem Druck und konstantem Durchsatz arbeiten, was den Einbau eines komplexen und kostspieligen Druckregulierungssystems mit sich bringt.
Das Arbeiten mit niedrigem Druck begünstigt einen stabilen Betrieb der Membrane und minimiert die chemischen Waschungen und das mechanische Altern der Membranen und damit die Bruchgefahr mit den zugeordneten Wartungszeiten.
Aufgrund des Betriebsdrucks, der niedriger als bei den bekannten Vorrichtungen ist, verwendet man bei gleicher Produktion eine größere Membranfläche (bei einem Betriebsdruck von 0,4 bis 0,5 bar hat man hier einen Filtrationsfluß, der im wesentlichen 36 l/hm² beträgt), es handelt sich hier aber um Membranen vom Typ Außenhautfaser, also um preisgünstige Membranen (der Preis der Membranmodule 12 ist nämlich zu ihrem Volumen und nicht zur Oberfläche der Membranen proportional).
Man kann nun nachweisen, daß gegenüber Membranmodulen vom herkömmlichen Typ die Einsparung von Volumen von erforderlichen Modulen bei gleicher Produktion hinsichtlich der Kosten der Teile und damit des Betriebs der Anlage sehr signifikant ist.
Eine vorteilhafte Variante ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. Diese Variante besitzt zwei signifikante Änderungen gegenüber der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung.
Einerseits wurde der Zwischenboden 3 des ursprünglichen Sandbetts nicht entfernt, sonder insofern modifiziert als er mit Öffnungen versehen ist, die dafür angelegt sind, die Köpfe der Filtrationsmodule 12 durchzulassen, wobei diese Module auf Dichtungen angeordnet sind.
Man hat hier eine Anordnung, die dem Ausdruck "Filtrierboden" gerecht wird. Diese Anordnung, deren Arbeitsprinzip mit der vorhergehenden Beschreibung im wesentlich identisch ist, besitzt den Vorteil, daß noch mehr bestehender Tiefbau verwendet wird und das Volumen an neuen zu verlegenden Leitungen verringert wird (u. a. Wegfall der mechanischen Träger 27 und der Sammelrohre 17).
Andererseits sind die Rinnen 10 zur Abfuhr des Waschschlamms der Membrane hier gerade über dem oberen Ende der Filtriermodule 12 angeordnet. Diese Rinnen 10 sind wie im vorhergehenden Fall mit dem Ablauf über den Anschlußpunkt 8 verbunden.
Wie in Fig. 6 zu sehen ist, sind auf dem Zwischenboden 3 des Filtrierbeckens 2 vier Gruppen 11 angeordnet, die jeweils 20 Filtriermodule 12, ähnlich wie bei der Anordnung von Fig. 2 umfassen.
Die Membranmodule 12 werden wie im vorhergehenden Fall über ihren oberen Teil mit Rohwasser versorgt. Das von der Filtration kommende Wasser wird über den unteren Teil der Membranen, d. h.. direkt unter dem Zwischenboden 3, abgeführt.
Das filtrierte Wasser wird von einer Vorrichtung gesammelt, die nicht detailliert dargestellt wird, jedoch von einer in diesem Bereich gebräuchlichen Art ist.
Fig. 7 zeigt die Anordnung der Membranmodule 12 auf dem Zwischenboden 3 detaillierter.
Bei dieser Ausführungsvariante ist die Arbeitsweise im allgemeinen mit der oben beschriebenen Arbeitsweise identisch. Was jedoch die Rückwaschung betrifft, so muß der Wasserstand im Filtrierbecken 2 bis zur sogenannten Rückwaschwasserhöhe 37 gesenkt werden, die auf Höhe der Rinnen 10 liegt und damit wesentlich tiefer als bei der oben beschriebenen Durchführungsart liegt.
Bei einer anderen Verwendungsvariante kann das Rohwasser durch Abwasser ersetzt werden, das einen wesentlich höheren Gehalt an Stoffen in Suspension enthält als das Rohwasser. Bei dieser Abwandlung muß das Bündel von Membranen geschüttelt werden, um das Verstopfen der Membranen zu vermeiden. Ein Strom von Luftblasen liefert eine Lösung für dieses Problem.
Bei einer anderen Abwandlung wird gemäß einer dem Fachmann bekannten Technik im unteren Niveau der Membranen Luft eingeleitet, um das Abwasser während der Filtrierphase zu rütteln.
Bei einer Abwandlung, die in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, ist das Becken 2 in zwei Abteile geteilt, von denen mindestens eines trocken gehalten wird. Dieses trockene Abteil enthält die Module mit eingetauchten Membranen. Die Versorgung der Module mit Rohwasser geht durch Schwerkraft mit Hilfe der oberhalb der Module gelegenen geschlossenen Rohrleitungen vor sieht. Diese Rohrleitungen werden auch zur Leitung des Rückwaschwassers außerhalb der Module verwendet.
Bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Becken in zwei Abteile geteilt, von denen das eine mit Rohwasser gefüllt ist und alle im anderen, trockenen Abteil gelegenen Module über Rohrleitungen, die über den Modulen gelegen sind, durch Schwerkraft versorgt. Diese Anordnung bietet deutlich den Vorteil, daß sie eine wesentlich leichtere Wartung der Module gestatten.
Im allgemeinen sind gemäß der Erfindung die Membranen in ein Wasservolumen eingetaucht, dessen Wasserhöhe die Filtration gestattet, wobei dieses Volumen ein Becken sein kann, das mit Wasser gefüllt ist, in das die Membranen eingetaucht sind, oder einfach ein Volumen, das von einem Membranmodul gebildet wird und das durch Rohrleitungen in einer Wasserhöhe verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, einen für die Filtration durch die Membranen ausreichenden Druck zu erzeugen.
Bei einer Abwandlung der Anordnung der Hohlfasern sind diese nur an einem ihrer beiden Enden vergossen, wobei das andere Ende einfach verschlossen ist. In diesem Fall ist der einzige Ausgang des Filtrats ebenfalls am unteren Endes des Moduls angeordnet.
Die Reichweite der Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben als Beispiel betrachteten Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich vielmehr auf die Änderungen, die im Bereich des Fachmanns liegen.

Claims

1. Anlage zur Filtration von Wasser durch Membranen, umfassend einen Rohwassereintritt (9), einen Anschluß an einen Ablauf (8), ein Austrittsmittel (31) für erzeugtes Wasser, wobei die Membranen (20) in ein Filtrationsvolumen eingetaucht sind, das mit zu filtrierendem Wasser gefüllt ist, dessen Wasserstand über den Membranen dafür ausgelegt ist, einen Differenzdruck zu erzeugen, der ausreicht, um die Filtration durch diese Membranen hindurch zu bewirken, und in dem die Membranen (20) vom Typ Außenhautfaser sind, die im wesentlichen in einem "U" angeordnet ist, deren beide offenen Enden unten gelegen sind, wobei die Vergießung am unteren Punkt dieser Membranen (20) durchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (20) in zylindrischen Behältern (21) angordnet sind, die auf diese Weise Module bilden, wobei jedes Modul (12) eine Rohrleitung (14) zur Versorgung mit Rohwasser besitzt, die im oberen Teil des Moduls angeschlossen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergießung der beiden Enden ein und derselben Membran an einem gemeinsamen Punkt durchgeführt ist.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale in dem Filtrationsvolumen erzeugte Druckdifferenz etwa 0,6 bar beträgt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenndruckdifferenz in dem Filtrationsvolumen 0,4 bis 0,5 bar beträgt.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (20) in Membranmodulen (12) angeordnet sind.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranoberfläche jedes Moduls (12) im wesenlichen 125 m² beträgt.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (12) zylindrische Behälter (21) sind, die im wesentlichen einen Durchmesser von 30 cm bei einer Länge von 80 cm besitzt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche. 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (12) im wesentlichen am Boden eines Beckens (2) angeordnet sind.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (12) in Gruppen (11) um Mittel (17) herum zum Sammeln des von der Filtration kommenden Wassers vereinigt sind, an die sie angeschlossen sind.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (11) zwei im wesentlichen parallele Reihen von 10 Modulen (12) umfasst.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (12) im wesentlichen vertikal angeordnet sind.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Versorgung der Module (12) mit Rohwasser Versorgungsrohre (14) sind, deren freies Ende (16) im wesentlichen auf halber Höhe des Filtrationsbeckens (2) gelegen ist.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsrohre (14) an ihrem freien Ende (16) nach unten gerichtet sind und daß die Anlage Abfuhrrinnen (10) aufweist, die unter den Enden (16) dieser Versorgungsrohre (14) gelegen sind, wobei diese Rinnen (10) mit einem Entleerungsventil (AV2) verbunden sind, das in den Ablauf (8) mündet.

14. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sammelmittel (17) ein Ventil (AV11, AV12, AV13, AV14) aufweist, das dieses Sammelmittel (17) von einem Mittel (19) zur Übertragung von erzeugtem Wasser zu einem Austrittsventil (AV3) für erzeugtes Wasser und einem Speichermittel (30) trennt.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Leitung (32) zur Wiedereinleitung von erzeugtem Wasser zu den Übertragungsmitteln (19) stromauf des Austrittsventils (AV3) für erzeugtes Wasser und eine in dieser Leitung (32) gelegene Wiedereinleitungspumpe (33) aufweist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Chloreinleitungseinrichtung (34) und eine Sodaeinleitungseinrichtung (35) aufweist, die in diese Leitung (32) zur Wiedereinleitung münden.

17. Anlage zur Filtration von Wasser durch Membranen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranmodule (12) im unteren Teil eines, trockenen Abteils angeordnet sind und daß die Module durch Schwerkraft mit zu filtrierendem Wasser durch geschlossene Rohrleitungen versorgt werden, wobei diese Rohrleitungen auch zur Beförderung des Rückwaschwassers dienen.

18. Verfahren zur Filtration von Wasser durch eingetauchte Membranen vom Typ Ultrafiltrationsmembranen, wobei die Filtration durch die Membranen hindurch durchgeführt wird, indem als Differenzdruckquelle die im Becken (2) bestehende Höhe des Wassers verwendet wird, in das die Membranen (20) eingetaucht sind und vom Typ Außenhautfaser mit Vergießung am unteren Punkt dieser Membranen (20) sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (20) in zylindrischen Behältern (21) angeordnet sind, die auf diese Weise Module bilden, wobei jedes Modul (12) eine Rohrleitung (14) zur Versorgung mit Rohwasser aufweist, die im oberen Teil des Moduls angeschlossen ist.

19. Verfahren zur Sanierung einer bestehenden Wasserreinigungseinheit vom Typ mit Sandbecken, umfassend ein Becken (2), das mit einem unteren Boden (4), mit einem Zwischenboden, auf dem das Sandbett ruht, einer Rohwasserzuführung (9) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte der Beseitigung des Sandbetts, der Zerstörung des Zwischenbodens, der Verlegung mindestens einer Zwischenrinne (10) zur Abfuhr des Waschschlamms, die im wesentlichen auf halber Höhe des Filtrationsbeckens (2) gelegen ist und durch ein zum Ablauf (8) führendes Ventil (AV2) geschlossen ist, der Verlegung einer Reihe von Ultrafiltrationsmembranmodulen (12) auf dem unteren Boden (4) umfaßt, wobei die Membranen (20) Membranen vom Typ Außenhautfaser mit Vergießung an ihrem unteren Punkt sind, die in Behältern (21) angeordnet sind, und der Betriebsdruck dieser Membranen durch die Höhe des in dem Becken (2) gespeicherten Rohwassers über diesen Membranen erzeugt wird.

20. Sanierungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Phase des Tests der Unversehrtheit der Membranen (20) einer Gruppe (11) umfaßt, die die folgenden Schritte umfaßt:

- Schließung des Ventils für erzeugtes Wasser eines Kollektors (18),

- Einleitung von Druckluft auf den Kollektor der Gruppe (11),

- Entleerung durch Umkehrfiltration ("Permeation") des permeatseitig enthaltenen Wassers,

- Unterbrechung der Druckluftzufuhr,

- Messung des Druckabfalls.