DE69916479T2

DE69916479T2 - Zyklisch arbeitendes belüftungssystem für tauchmembranmodul

Info

Publication number: DE69916479T2
Application number: DE1999616479
Authority: DE
Inventors: Pierre Cote; Arnold Janson; Hamid Mississauga RABIE; Manwinder Singh
Original assignee: Zenon Environmental Inc
Current assignee: Zenon Technology Partnership
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP2002527229A; KR100439436B1; AU6073899A; CA2345682C; CZ300382B6; EP1119522B1; PL214717B1; EP2204353A2; EP1452493A1; KR20010083894A; ATE264272T1; ES2220113T3; JP3645814B2; DE69916479D1; AU765966C; WO2000021890A1; HUP0103786A2; CA2345682A1; EP1445240A1; AU765966B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Filtern von Flüssigkeiten und insbesondere auf ein Verwenden spülender Luftblasen, die durch ein Belüftungssystem erzeugt werden, um die Verschmutzung von Membranen in einem eingetauchten Membranfilter zu reinigen oder zu hemmen.
Hintergrund der Erfindung
Eingetauchte Membranen werden verwendet, um Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, aufzubereiten, um eine gefilterte Flüssigkeit, die wenig Feststoffe enthält, und ein ungefiltertes Retentat zu erzeugen, das viele Feststoffe enthält. Eingetauchte Membranen werden z. B. verwendet, um Abwasser im wesentlichen sauberes Wasser zu entziehen und Wasser aus einem See oder Reservoir trinkbares Wasser zu entziehen.
Die Membranen sind im allgemeinen in Modulen angeordnet, die die Membranen und Kopfelemente aufweisen, die an den Membranen angebracht sind. Die Module sind in einen Tank mit Wasser, das Feststoffe enthält, eingetaucht. Ein Transmembrandruck wird über die Membranwände ausgeübt, was bewirkt, daß gefiltertes Wasser durch die Membranwände dringt. Feststoffe werden durch die Membranen zurückgehalten und bleiben in dem Tankwasser, um biologisch oder chemisch aufbereitet oder aus dem Tank abgelassen zu werden.
Luftblasen werden durch Belüftungseinrichtungen in den Tank eingeführt, die unter den Membranmodulen angebracht sind und durch Kanäle mit einem Luftgebläse verbunden sind. Die Luftblasen steigen an die Oberfläche des Tankwassers auf und erzeugen eine Luftanhebung (Airlift), die Tankwasser um das Membranmodul herum rückführt. Wenn die Rate des Luftflusses innerhalb eines wirksamen Bereichs liegt, spülen die aufsteigenden Blasen und das Tankwasser und halten die Membranen in Bewegung, um zu verhindern, daß Feststoffe in dem Tankwasser die Poren der Membranen verschmutzen. Ferner findet eine Sauerstoffübertragung von den Blasen in das Tankwasser statt, was in Abwasseranwendungen Sauerstoff zum Wachstum von Mikroorganismen liefert. Das Luftgebläse läuft im allgemeinen fortwährend, um eine Belastung auf die Luftgebläsemotoren zu minimieren und eine konstante Luftzufuhr für ein Wachstum von Mikroorganismen zu schaffen, falls dies erwünscht wird.
Bei typischen Belüftungssystemen erhöht ein Bediener die Rate eines Luftflusses zu den Belüftungseinrichtungen, wenn eine höhere Reinigung erwünscht wird. Diese Technik belastet jedoch die Membranen und Luftgebläsemotoren und erhöht die verbrauchte Energiemenge, was die Betriebskosten des Vorgangs wesentlich erhöht. Umgekehrt senkt ein Bediener üblicherweise die Rate eines Luftflusses zu den Belüftungseinrichtungen, wenn eine geringere Reinigung erwünscht wird. Mit dieser Technik ist die Rate eines Luftflusses jedoch oft unterhalb des wirksamen Bereichs, was kein wirksames Reinigen liefert. Alternativ reduzieren einige Bediener die Durchschnittsrate eines Luftflusses durch ein intermittierendes Bereitstellen von Luft. Dieses Verfahren ermöglicht eine Luftflußrate in dem wirksamen Bereich, was jedoch zu Lasten der Luftgebläse geht, die sich schnell abnutzen, wenn sie häufig ein- und ausgeschaltet werden. In vielen Fällen verliert die Garantie auf das Luftgebläse durch einen derartigen intermittierenden Betrieb ihre Gültigkeit.
Ein weiterer Belang bei typischen Belüftungssystemen besteht darin, daß sie bewirken, daß sich das Tankwasser in dem Tank in einem im allgemeinen gleichbleibenden Rückführmuster bewegt. Das Rückführmuster umfaßt üblicherweise „Totzonen", in denen Tankwasser durch das rückfließende Tankwasser und Blasen nicht erreicht wird. Die Membranen in diesen Totzonen oder die Teile der Membranen in diesen Totzonen werden nicht wirksam gereinigt und arbeiten unter Umständen in Wasser, das eine höhere Konzentration an Feststoffen aufweist als dies allgemein in dem Tankwasser der Fall ist. Folglich verschmutzen diese Membranen oder die betroffenen Teile dieser Membranen schnell mit Feststoffen.
Ein verwandtes Problem tritt in Modulen auf, in die Hohlfasermembranen mit einem kleinen Grad an Spülraum eingebaut sind, damit sich die Membranen bewegen können und eingefangene Feststoffe abschütteln oder ein Einfangen derselben vermeiden können. Die Bewegung von Tankwasser in dem Tank unterstützt es, daß Membranen mit Spülraum eine nahezu gleichbleibende Position annehmen, insbesondere nahe an den Enden der Membranen, was die nützliche Bewegung der Fasern stört.
Ein weiterer Belang bei gegenwärtigen Belüftungssystemen besteht darin, daß die Belüftungseinrichtungen selbst oftmals mit der Zeit verschmutzen. Selbst während die Luftzufuhr an ist, ist der lokale Luftdruck nahe an dem Umfang der Belüftungseinrichtungslöcher niedrig und erlaubt es oftmals, daß Tankwasser in die Belüftungseinrichtung durchsickert. Wenn eine Belüftung von Zeit zu Zeit angehalten wird, z. B. zum Rückspülen, Reinigen oder weiteren Wartungsprozeduren, gelangt unter Umständen mehr Tankwasser in das Belüftungssystem. Ein Teil des Tankwassers, das in das Belüftungssystem gelangt, verdampft dort und hinterläßt dabei Ablagerungen von Feststoffen in dem Belüftungssystem. Insbesondere in Abwasseranwendungen können die abgelagerten Feststoffe die Wirksamkeit des Belüftungssystems wesentlich reduzieren oder bewirken, daß ein Bediener in periodischen Abständen die Filtration herunterfahren muß, um die Belüftungseinrichtungen zu säubern oder zu ersetzen.
Die japanische Veröffentlichung Nr. 7-185,271 beschreibt ein Filtriersystem, das zwei oder vier Membraneinheiten aufweist, die durch Partitionen getrennt sind. Ein Gebläse führt Luft zu Luftabgabevorrichtungen, die unterhalb jeder der Membraneinheiten angeordnet sind. Ein Ventil für jede Luftabgabevorrichtung ist zwischen dem Gebläse und jeder Membraneinheit vorgesehen. Während eine Filtration gestoppt wird, werden die Ventile geöffnet und geschlossen, um 15 Minuten einen Luftfluß der Reihe nach zu jeder der Luftabgabevorrichtungen zu liefern.
Die japanische Veröffentlichung Nr. 8-323,161 beschreibt ein Filtriersystem, in dem ein flaches Bauteil mit Permeatauslässen verbunden ist, die an beiden Seiten der flachen Membran vorgesehen sind. Luftdispersionsschläuche sind unterhalb jeder Hälfte der flachen Membran vorgesehen. Die Luftdispersionsschläuche unter einer Hälfte der flachen Membran sind durch ein elektromagnetisches Ventil mit einem Gebläse verbunden. Die Luftdispersionsschläuche unter der anderen Hälfte der flachen Membran sind durch ein weiteres elektromagnetisches Ventil mit dem Gebläse verbunden. Während Permeat aus einer ersten Seite der flachen Membran abgezogen wird, werden Blasen aus dem Luftverteilungsschlauch unterhalb der anderen Seite der flachen Membran erzeugt. Nachdem sich eine festgebackene Schicht aus Feststoffen auf der ersten Seite der flachen Membran angehäuft hat, schaltet die Permeatentnahme zu der anderen Seite der flachen Membran und die erste Seite der Flachlagenmembran wird belüftet, bis sich eine festgebackene Schicht aus Feststoffen auf der zweiten Seite der flachen Membran angesammelt hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zyklische Belüftungsbetriebsweise bereitzustellen, die für ein Belüften von Ultrafiltrier- und Mikrofiltriermembranmo dulen verwendet werden kann, die in Tankwasser in einem Tank eingetaucht sind. Der Vorgang der Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Das zyklische Belüftungssystem verwendet einen Ventilsatz und eine Ventilsatzsteuerung, um eine Luftzufuhr mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Arme eines Luftliefernetzwerks zu verbinden. Die unterschiedlichen Arme des Luftliefernetzwerks sind wiederum mit Belüftungseinrichtungen verbunden, die unterhalb der Membranmodule angeordnet sind. Während die Luftzufuhr betrieben wird, um einen stetigen anfänglichen Luftfluß bereitzustellen, trennen und verteilen der Ventilsatz und die Ventilsatzsteuerung den anfänglichen Luftfluß unter den unterschiedlichen Armen des Luftverteilungssystems, so daß der Luftfluß zu jedem unterschiedlichen Arm in wiederholten Zyklen zwischen einer höheren Flußrate und einer niedrigeren Flußrate abwechselt.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das zyklische Belüftungssystem verwendet, um eine intermittierende Belüftung zu Membranmodulen zu liefern, die in einer Mehrzahl von Filtrierzonen angeordnet sind, wobei jede derselben einem unterschiedlichen Arm des Luftliefernetzwerks zugeordnet ist. Das zyklische Belüftungssystem ist konfiguriert und wird betrieben, um eine Belüftung für eine vorbestimmte Zeitdauer der Reihe nach zu jeder Filtrierzone zu liefern. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird das zyklische Belüftungssystem verwendet, um eine intensive Belüftung für eine Gruppe von Membranmodulen bereitzustellen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist das zyklische Belüftungssystem konfiguriert und wird betrieben, um Luft abwechselnd zwischen einer höheren Flußrate und einer niedrigeren Flußrate in Zyklen von 120 Sekunden oder weniger zu einem Arm des Luftliefernetzwerks zu liefern. Bei einem weiteren derartigen Ausführungsbeispiel sind Belüftungseinrichtungen, die einem ersten Arm des Luftliefernetzwerks zugeordnet sind, mit Belüftungseinrichtungen durchsetzt, die einem zweiten Arm des Luftliefernetzwerks zugeordnet sind. Ein Luftfluß bei einer höheren Flußrate wird zwischen dem ersten und dem zweiten Arm des Luftliefernetzwerks in Zyklen von 120 Sekunden oder weniger abgewechselt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun Bezug nehmend auf die folgenden Figuren beschrieben.
1A ist eine schematische Zeichnung eines eingetauchten Membranreaktors.
1B bis 1D sind Zeichnungen von Membranmodulen gemäß Ausfüh rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Draufsicht eines Belüftungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Serie von Graphen, die die Wirkung eines Betreibens eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigen.
4A bis 4C sind schematische Zeichnungen von Ventilsätzen und Ventilsteuerungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
5 ist eine schematische Draufsicht von Membranmodulen und einem Belüftungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 ist eine schematische Draufsicht von Membranmodulen und einem Belüftungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7A ist eine schematische Draufsicht von Membranmodulen und einem Belüftungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7B bis 7D sind Aufrißdarstellungen von Membranmodulen und Teilen eines Belüftungssystems gemäß Alternativen zu dem Ausführungsbeispiel aus 7A.
8A und 8B sind Aufrißdarstellungen von Membranmodulen und Teilen eines Belüftungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter dem Einfluß eines zyklischen Belüftungssystems.
9A bis 9D sind Zeichnungen von Belüftungseinrichtungen ge mäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10A bis 10C sind Diagramme, die die Ergebnisse von Tests zei gen, die bei Ausführungsbeispielen der Erfindung durchgeführt werden, die zwei Gruppen von Belüftungseinrichtungen aufweisen.
11 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Tests zeigt, die bei Ausführungsbeispielen der Erfindung durchgeführt werden, die eine einzelne Gruppe von Belüftungseinrichtungen aufweisen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Allgemeine Beschreibung
Bezug nehmend auf 1A ist die allgemeine Anordnung eines Reaktors 10 gezeigt. Die Beschreibung des Reaktors 10 in diesem Abschnitt trifft im allgemeinen zu dem Ausmaß auf verschiedene unten beschriebene Ausführungsbeispiele zu, zu dem dieselbe nicht inkonsistent zu der Beschreibung eines bestimmten Ausführungsbeispiels ist.
Der Reaktor 10 weist einen Tank 12 auf, der zu Beginn durch einen Einlaß 16 mit Speisewasser 14 gefüllt wird. Das Speisewasser 14 kann Mikroorganismen, aufgehängte Feststof fe oder weiteres Material enthalten, das kollektiv Feststoffe genannt wird. Sobald das Speisewasser 14 in dem Tank ist, wird dasselbe zu Tankwasser 18, das erhöhte Konzentrationen der verschiedenen Feststoffe aufweisen kann, insbesondere, wenn der Reaktor 10 zur Aufbereitung von Abwasser verwendet wird.
Eines oder mehrere Membranmodule 20 sind in dem Tank angebracht und weisen eines oder mehrere Kopfelemente 22 auf, die in Fluidkommunikation mit einer Permeatseite einer oder mehrerer Membranen 16 stehen. Die Membranen 16 in den Membranmodulen 20 weisen eine Porengröße in dem Mikrofiltrier- oder Ultrafiltrierbereich auf, vorzugsweise zwischen 0,003 und 10 μm.
Membranmodule 20 sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen mit verschiedenen Kopfelementkonfigurationen verfügbar. Die Membranen 6 können z. B. Hohlfasern sein, die in eines oder mehrere Kopfelemente 22 derart eingegossen sind, daß die Lumen der Hohlfasern in Fluidkommunikation mit zumindest einem Kopfelement 22 stehen. Die Kopfelemente 22 können jede zweckmäßige Form aufweisen, weisen üblicherweise jedoch eine rechteckige oder runde Fläche auf, wo dieselben an den Membranen 6 angebracht sind. Alternativ können die Membranen 6 flache Lagen sein, die üblicherweise vertikal in einem voneinander beabstandeten Paar mit den Kopfelementen 22 auf allen vier Seiten in Fluidkommunikation mit der resultierenden Innenoberfläche ausgerichtet sind. Ein Membranmodul 20 kann eine oder mehrere Mikrofiltrier- oder Ultrafiltriermembranen 6 aufweisen und viele Membranmodule 20 können miteinander verbunden sein, um größere Membranmodule oder -kassetten zu bilden, wobei alle derartigen Konfigurationen als Membranmodule 20 bezeichnet werden.
Die 1B, 1C und 1D stellen bevorzugte Membranmodule 20 dar, die rechteckige Stränge 8 aufweisen. In jedem rechteckigen Strang 8 werden Hohlfasermembranen 23 zwischen zwei gegenüberliegenden Kopfelementen 22 gehalten. Die Enden jeder Membran 23 sind durch ein Eingießharz umgeben, um eine wasserdichte Verbindung zwischen der Außenseite der Membran 23 und den Kopfelementen 22 zu erzeugen, während die Lumen der Hohlfasermembranen 23 in Fluidkommunikation mit zumindest einem Kopfelement 22 gehalten werden. Die rechteckigen Stränge 8 können in einer horizontalen Ebene (1B), vertikal (1C) oder horizontal in einer vertikalen Ebene (1D) ausgerichtet sein. Eine Mehrzahl rechteckiger Stränge 8 ist üblicherweise in einem Membranmodul 20 miteinander verbunden.
Obwohl eine einzelne Reihe von Hohlfasermembranen 23 in jedem rechteckigen Strang 8 dargestellt ist, weist ein typischer rechteckiger Strang 8 eine Masse an Hohlfasermembranen 23 mit einer Breite zwischen 2 cm und 10 cm auf. Die Hohlfasermembranen 23 weisen üblicherweise einen Außendurchmesser zwischen 0,4 mm und 4,0 mm auf und sind mit einer Packdichte zwischen 10% und 40% eingegossen. Die Hohlfasermembranen 23 sind üblicherweise zwischen 400 mm und 1.800 mm lang und mit einem Spülraum zwischen 0,1% und 5% angebracht.
Wieder Bezug nehmend auf 1A wird der Tank 12 während einer Permeation oberhalb des Pegels der Membranen 6 in den Membranmodulen 20 mit Tankwasser 18 gefüllt gehalten. Gefiltertes Wasser, Permeat 24 genannt, fließt unter dem Einfluß eines Transmembrandrucks durch die Wände der Membranen 6 in den Membranmodulen 20 und sammelt sich an den Kopfelementen 22, um durch eine Permeatleitung 28 zu einem Permeatauslaß 26 transportiert zu werden. Der Transmembrandruck wird vorzugsweise durch eine Permeatpumpe 30 erzeugt, die ein Teilvakuum in einer Permeatleitung 28 erzeugt. Der Transmembrandruck kann für unterschiedliche Membranen und unterschiedliche Anwendungen variieren, liegt üblicherweise jedoch zwischen 1 kPa und 150 kPa. Das Permeat 24 kann auch periodisch in einer Rückwärtsrichtung durch die Membranmodule 20 zum Fließen gebracht werden, um die Reinigung der Membranmodulen 20 zu unterstützen.
Während einer Permeation halten die Membranen 6 Feststoffe zurück, die in dem Tankwasser 18 verbleiben. Diese Feststoffe können durch eine Anzahl von Verfahren entfernt werden, einschließlich durch Verdauung durch Mikroorganismen, wenn der Reaktor 10 ein Bioreaktor ist, oder periodisches Ablaufenlassen des Tanks 12 oder durch ein fortwährendes Entfernen eines Teils des Tankwassers 18, wobei die letztern beiden Verfahren durch ein Öffnen eines Ablaßventils 32 in einem Ablaßkanal 34 unten in dem Tank erzielt werden.
Ein Belüftungssystem 37 weist eine oder mehrere Belüftungseinrichtungen 38 auf, die durch ein Luftliefersystem 40 und einen Verteilungsverteiler 51 mit einer Luftquelle 42 verbunden sind, die üblicherweise eines oder mehrere Luftgebläse ist, und erzeugt Blasen 36 in dem Tankwasser. Die Belüftungseinrichtungen 38 können verschiedene Typen sein, einschließlich unterschiedlicher Belüftungseinrichtungen, wie z. B. Deckel-Belüftungseinrichtungen, oder einfach Löcher, die in Kanäle gebohrt sind, die an dem Verteilungsverteiler 51 angebracht oder ein Teil desselben sind. Die Blasen 36 sind vorzugsweise aus Luft, können jedoch auch andere Gase, wie z. B. Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, sein, falls dies erforderlich ist.
Die Belüftungseinrichtungen 38 befinden sich im allgemeinen unterhalb der Membranmodule 20. Wenn die Membranmodule 20 aus rechteckigen Strängen 8 hergestellt sind, die vertikale Hohlfasermembranen 23 aufweisen, sind die Belüftungseinrichtungen 38 vorzugsweise angeordnet, um Blasen nahe an den Kanten des unteren Kopfelements zu erzeugen. Mit rechteckigen Strängen 8, die Hohlfasermembranen 23 in einer vertikalen Ebene aufweisen, sind die Belüftungseinrichtungen 38 vorzugsweise angeordnet, um Blasen in einer Linie direkt unterhalb der vertikalen Ebene zu erzeugen. Mit rechteckigen Strängen 8, die Hohlfasermembranen 23 in einer horizontalen Ebene aufweisen, sind die Belüftungseinrichtungen 38 vorzugsweise angeordnet, um Blasen zu erzeugen, die gleichmäßig unterhalb der Ebene verstreut sind.
Die Blasen 36 erregen die Membranen 6, was ihre Verschmutzung hemmt oder dieselben reinigt. Zusätzlich senken die Blasen 36 auch die lokale Dichte von Tankwasser 18 in oder nahe den Membranmodulen 20, was einen Luftanhebungseffekt erzeugt, der bewirkt, daß Tankwasser 18 nach oben an den Membranmodulen 20 vorbeifließt. Der Luftanhebungseffekt bewirkt ein Rückführungsmuster 46, in dem das Tankwasser 18 nach oben durch die Membranmodule 20 fließt und dann nach unten entlang der Seiten oder anderer Teile des Tanks. Die Blasen 36 platzen üblicherweise an der Oberfläche und folgen im allgemeinen dem Tankwasser 18 nicht durch die nach unten fließenden Teile des Rückführungsmusters 46. Das Tankwasser 18 kann z. B. auch gemäß einer Bewegung von dem Einlaß 16 zu dem Ablaßkanal 34 fließen, wobei ein derartiger Fluß jedoch den durch die Blasen 36 erzeugten Fluß nicht aufhebt.
Die Blasen 36 weisen einen durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,1 und 50 mm auf. Man glaubt, daß einzelne große Blasen 36 wirksamer in einem Reinigen oder Hemmen einer Verschmutzung der Membranen 6 sind, wobei kleinere Blasen 36 jedoch wirksamer beim Übertragen von Sauerstoff in das Tankwasser 18 sind und weniger Energie in der Erzeugung pro Blase 36 benötigen. Blasen 36 zwischen 3 mm und 20 mm und bevorzugter zwischen 5 mm und 15 mm Durchmesser sind geeignet zur Verwendung in vielen Abwasseranwendungen. Blasen 36 in den unmittelbar oberhalb beschriebenen Bereichen liefern eine wirksame Reinigung der Membranen 6 und eine annehmbare Übertragung von Sauerstoff in das Tankwasser 18, ohne eine übermäßige Schaumbildung des Tankwassers 18 an der Oberfläche des Tanks 12 zu bewirken. Wenn der Reaktor 10 verwendet wird, um trinkbares Wasser zu erzeugen, oder für weitere Anwendungen, bei denen keine Sauerstoffübertragung benötigt wird, werden Blasen zwischen 5 mm und 25 mm bevorzugt.
Die Blasen 36 können größer als ein Loch in einer Belüftungseinrichtung 28 sein, wo die Blase 36 gemäß bekannten Faktoren erzeugt wird, wie z. B. Luftdruck und Flußrate und Tiefe der Belüftungseinrichtungen 38 unterhalb der Oberfläche des Tankwassers 18. Wenn die Belüftungseinrichtungen 38 nahe der Unterseite eines großen Tanks 12 angeordnet sind, wie z. B. bei denjenigen, die bei kommunalen Aufbereitungsarbeiten verwendet werden, könnte eine Belüftungseinrichtung 38 mit Löchern zwischen 2 mm und 15 mm und vorzugsweise zwischen 5 mm und 10 mm verwendet werden. Der bereitgestellte Luftdruck (relativ zu einem Atmosphärendruck) wird üblicherweise durch die Wassersäulenhöhe des Wassers in der Tiefe eines Eintauschens der Belüftungseinrichtungen 38 (etwa 10 kPa pro Meter) plus einen zusätzlichen Druck bestimmt, der erforderlich ist, um die erwünschte Rate eines Luftflusses durch die Belüftungseinrichtungen 38 zu erhalten. Es besteht üblicherweise ein Druckabfall zwischen 5 mm und 100 mm Wassersäule, und insbesondere zwischen 10 mm und 50 mm Wassersäule, über die Löcher der Belüftungseinrichtungen 38. Teile des Belüftungssystems 37, die sich in einer Entfernung unterhalb der Unterseite der Löcher der Belüftungseinrichtungen 38 befinden, die gleich dem Druckabfall ist, sind im allgemeinen frei von Tankwasser, wenn die Luftquelle 42 arbeitet, obwohl kleine Mengen Tankwasser 18 dennoch in das Belüftungssystem 37 durchsickern könnten.
Zyklisches Belüftungssystem
Bezug nehmend auf 2 ist ein zyklisches Belüftungssystem 237 gezeigt, das eine Luftzufuhr 242 aufweist, die in Fluidkommunikation mit einem Ventilsatz 254 steht, wobei der Ventilsatz 254 durch eine Ventilsteuerung 256 gesteuert wird. Der Ventilsatz 254 steht in Fluidkommunikation mit einem Luftliefernetzwerk 240, das eine Mehrzahl unter schiedlicher Arme aufweist, die jeweils in Fluidkommunikation mit unterschiedlichen Verteilern 251 stehen, die in Fluidkommunikation mit Kanalbelüftungseinrichtungen 238 stehen. Weitere Typen von Belüftungseinrichtungen können ebenso mit geeigneten Modifizierungen an den Kopfelementen 251 oder dem Luftliefernetzwerk verwendet werden, wobei Kanalbelüftungseinrichtungen 238 bevorzugt werden. Der dritte Arm des Luftliefernetzwerks 240 und der dritte Verteiler 251 sind in gestrichelten Linien gezeigt, um anzuzeigen, daß die Anzahl unterschiedlicher Arme des Luftliefernetzwerks 240 und Verteiler 251 zwei oder mehr sein kann, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 15.
Die Luftzufuhr 242 ist eine Quelle von Druckluft, üblicherweise eines oder mehrere Luftgebläse, und liefert einen Fluß eines Gases mit einer anfänglichen Rate an das zyklische Belüftungssystem. Das Gas ist sehr oft Luft, kann jedoch auch Sauerstoff, mit Sauerstoff oder Ozon angereicherte Luft oder Stickstoff sein, wobei in diesen Fällen die Luftzufuhr 242 eine Sauerstoffanreicherungs- oder Ozonanreicherungsausrüstung usw. zusätzlich zu einem Luftgebläse umfaßt. In diesem Dokument jedoch wird der Ausdruck „Luft" verwendet, um sich auf jedes geeignete Gas zu beziehen. Die Menge an Luft, die durch die Luftzufuhr 242 bereitgestellt wird, wird am besten durch ein Zusammenzählen der Menge an Luft bestimmt, die an alle Kanalbelüftungseinrichtungen 238 (wird unten beschrieben) geliefert wird, die durch die Luftzufuhr 242 bedient werden. Es wird bevorzugt, daß die Luftzufuhr 242 eine konstante Menge Luft über die Zeit liefert.
Der Ventilsatz 254 und die Ventilsteuerung 256 werden unten detaillierter beschrieben. Allgemein ausgedrückt jedoch (a) teilen der Ventilsatz 254 und die Ventilsteuerung 256 den Luftfluß von der Luftzufuhr 242 zwischen den Armen des Luftliefernetzwerks 240 derart auf, daß zu einem Zeitpunkt einige der Arme Luft mit einer höheren Rate eines Luftflusses empfangen und einige der Arme Luft mit einer niedrige ren Rate eines Luftflusses empfangen, und (b) schalten in wiederholten Zyklen um, welche Arme des Luftliefernetzwerks 240 die höheren und die niedrigeren Raten eines Luftflusses empfangen.
Ein Beispiel ist in 3 dargestellt. In jedem der Teile a), b) und c) aus 3 zeigt Rh eine höhere Luftflußrate an, Rl zeigt eine niedrigere Luftflußrate an und die Zeit von 0 bis t3 zeigt einen Zyklus an, der wiederholt wird. Der Zyklus ist in drei im wesentlichen gleiche Zeitperioden bzw. -zeiträume, 0–t1, t1–t2 und t2–t3, unterteilt. In jeder dieser Perioden empfangen ein Arm des Luftliefersystems 240 und sein zugeordneter Verteiler 251 Luft bei Rh, während die anderen Luft bei Rl empfangen. Ähnlich empfangen jeder Arm des Luftliefersystems 240 und sein zugeordneter Verteiler 251 Luft für ein Drittel der Zyklen mit Rh, und für zwei Drittel des Zyklus mit Rl.
Viele der Ventilsätze 254, die unten beschrieben sind, können verwendet werden, um gleichmäßige Variationen einer Luftflußrate zu einem Verteiler 251 zu erzeugen, wobei es jedoch bevorzugt wird, wenn die Variation ziemlich abrupt ist, wie durch 3 nahegelegt wird. Die Erfinder haben bemerkt, daß eine derartige abrupte Veränderung ein kurzes Platzen von unüblich großen Blasen 36 erzeugt, die eine wesentliche reinigende oder verschmutzungshemmende Wirkung zu haben scheinen. Die abrupten Veränderungen erzeugen oftmals außerdem eine Spitze der Luftflußrate kurz nach dem Übergang von Rl zu Rh, was einen entsprechenden Druckstoß erzeugt. Dieser Druckstoß muß innerhalb der Entwurfsgrenzen des zyklischen Belüftungssystems 237 gehalten werden oder geeignete Ablaßventile usw. müssen vorgesehen sein.
Die Luftmenge, die an einen Verteiler 251 oder Arm des Luftliefernetzwerks 240 geliefert wird, hängt von zahlreichen Faktoren ab, ist vorzugsweise jedoch auf die Oberflächengeschwindigkeit des Luftflusses für die Kanalbelüftungseinrichtungen 238 bezogen. Die Oberflächengeschwindig keit des Luftflusses ist als die Rate des Luftflusses zu den Kanalbelüftungseinrichtungen 238 unter Standardbedingungen (1 Atmosphäre und 25°C) geteilt durch die Querschnittsbelüftungsfläche definiert. Die Querschnittsbelüftungsfläche wird durch ein Messen der Fläche, die wirksam durch die Kanalbelüftungseinrichtungen 238 belüftet wird, bestimmt. Oberflächengeschwindigkeiten eines Luftflusses zwischen 0,013 m/s und 0,15 m/s werden bei der höheren Rate (Rh) bevorzugt. Luftgebläse zur Verwendung bei Trinkwasseranwendungen können in Richtung des unteren Endes des Bereichs dimensioniert sein, während Luftgebläse, die für Abwasseranwendungen verwendet werden, nahe an dem oberen Ende des Bereichs dimensioniert sein können.
Rl ist üblicherweise kleiner als eine Hälfte von Rh und ist oftmals eine Luft-Aus-Bedingung ohne Fluß. Innerhalb dieses Bereichs wird die niedrigere Luftflußrate durch die Qualität des Speisewassers 14 beeinflußt. Eine Luft-Aus-Bedingung wird im allgemeinen bevorzugt, bei einem bestimmten Speisewasser 14 jedoch verschmutzen die Hohlfasermembranen 23 selbst innerhalb einer kurzen Belüftungsperiode mit der niedrigeren Rate wesentlich. In diesen Fällen werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn die niedrigere Luftflußrate sich einer Hälfte der höheren Rate annähert.
Bezug nehmend auf die 4A, 4B und 4C sind alternative Ausführungsbeispiele des Ventilsatzes 254 und der Ventilsteuerung 256 gezeigt. In 4A bläst eine Luftzufuhr 242 Luft in ein Dreiwegeventil 292, vorzugsweise ein Kugelventil, wobei die zwei verbleibenden Öffnungen mit zwei Verteilern 251 verbunden sind. Eine Dreiwegeventilsteuerung 294 öffnet abwechselnd einen Luftweg zu einem der Verteiler 251 und dann zu dem anderen. Vorzugsweise liegt eine Phasenverschiebung von 180° vor, so daß der Luftweg zu einem der Verteiler 251 offen ist, während der Luftweg zu dem anderen Verteiler 251 geschlossen ist. Das Dreiwegeventil 292 kann mechanisch durch einen Griff 296 betrieben werden, der durch ein Verbindungselement 298 mit einem Hebel 299 an der Dreiwegeventilsteuerung 294 verbunden ist, die eine Treibereinheit ist, die sich mit der erforderlichen Drehgeschwindigkeit des Hebels 299 dreht. Vorzugsweise jedoch ist die Dreiwegeventilsteuerung 294 ein Mikroprozessor und eine Servo- oder Solenoid-Kombination, die leichter konfiguriert werden kann, um das Dreiwegeventil 292 abrupt zu bewegen.
In 4B bläst die Luftzufuhr 242 Luft in ein Verbindungselement 261, das den Luftfluß in eine Niedrigflußleitung 262 und eine Hochflußleitung 264 aufteilt. Ein Ventil 266 in der Niedrigflußleitung 262 ist so eingestellt, daß ein Fluß in der Niedrigflußleitung 262 vorzugsweise kleiner als eine Hälfte des Flusses in der Hochflußleitung 264 ist. Eine Steuerung 268, vorzugsweise ein Zeitgeber, ein Mikroprozessor oder einer oder mehrere Motoren mit elektrischen oder mechanischen Verbindungen zu den Ventilen, was als nächstes beschrieben wird, steuert ein Niedrig-Ventil 270, das ein Solenoid-Ventil oder ein Dreiwege-Kugelventil sein kann, und ein Hoch-Ventil 272, das ein Solenoid-Ventil oder ein Dreiwege-Kugelventil sein kann, so daß für einen ersten Zeitraum (einen ersten Teil eines Zyklus) Luft in der Niedrigflußleitung 262 zu einem der Verteiler 251 fließt und Luft in der Hochflußleitung zu dem anderen Verteiler 251 fließt. Für einen zweiten Zeitraum (einen zweiten Teil eines Zyklus) werden das Niedrig-Ventil 270 und das Hoch-Ventil 272 so gesteuert, daß Luft in der Niedrigflußleitung 262 durch einen Querkanal 274 in den einen Verteiler 251 fließt und Luft in der Hochflußleitung 264 durch einen Rückkanal 276 in den anderen Verteiler 251 fließt.
In 4C bläst die Luftzufuhr 242 Luft in ein Gebläse-Kopfelement 260, das durch Nebenventile 284 mit Verteilern 251 verbunden ist. Jedes Ventil 284 wird durch eine Neben-Vorrichtung 280, üblicherweise ein Solenoid oder einen Servomotor, gesteuert. Die Neben-Vorrichtungen werden durch einen Mikroprozessor 282 betrieben, der programmiert ist, um die Nebenventile 284 gemäß dem Systembetrieb zu öffnen und zu schließen, der in diesem Abschnitt und in den Ausführungsbeispielen unten beschrieben ist.
Verwendung einer zyklischen Belüftung zur Bereitstellung einer wirksamen intermittierenden Belüftung
Die Benutzung des zyklischen Belüftungssystems 237 zur Bereitstellung einer wirksamen intermittierenden Belüftung wird als nächstes Bezug nehmend auf das folgende System beschrieben. Bezug nehmend auf 5 ist ein Belüftungssystem 237 zur Verwendung bei einer Bereitstellung einer intermittierenden Belüftung zu sechs Membranmodulen 20 (mit gestrichelten Linien gezeigt) in einem Filtriertank 412 gezeigt. Der Filtriertank 412 weist sechs Filtrierzonen (ebenso in gestrichelten Linien gezeigt) auf, die den sechs Membranmodulen 20 entsprechen. Alternativ könnten die Filtrierzonen in separaten Tanks mit einem oder mehreren Membranmodulen 20 in jedem Tank vorgesehen sein. Die Membranmodule 20 werden verwendet, um ein relativ verschmutzungsfreies Oberflächenwasser zu filtern, so daß eine intermittierende Belüftung geeignet ist.
Das Luftliefernetzwerk 240 weist sechs unterschiedliche Arme auf, wobei jeder derselben mit einem Kopfelement 251 in einer Filtrierzone verbunden ist. Jedes Kopfelement 251 wiederum ist mit Kanalbelüftungseinrichtungen 238 verbunden, die im allgemeinen unterhalb der Membranmodule 20 angebracht sind. Der Ventilsatz 254 und die Ventilsteuerung 256 sind konfiguriert und werden betrieben, um Luft von der Luftzufuhr 242 an das Luftliefernetzwerk 240 in einem 7,5-Minuten-Zyklus bereitzustellen, in dem Luft mit der höheren Rate etwa 75 Sekunden lang der Reihe nach an jeden Arm des Luftliefernetzwerks 240 geliefert wird. Während ein Arm des Luftliefernetzwerks 240 keine Luft mit der höheren Rate empfängt, empfängt er Luft mit der niedrigeren Rate. Folglich empfängt jedes Kopfelement 251 Luft 75 Sekunden lang von jeweils 7,5 Minuten mit der höheren Rate. Ein Betrieb der Luftzufuhr 242 ist jedoch konstant und eine Luftzufuhr, die für einen Verteiler 251 dimensioniert ist, wird zur Bedienung von sechs derartigen Verteilern verwendet.
Es wird bevorzugt, wenn ein Rückspülen der Membranmodule 20 ebenso in bezug auf die Membranmodule der Reihe nach derartig durchgeführt wird, daß ein Rückspülen eines Membranmoduls 20 auftritt, während das Membranmodul 20 belüftet wird. Die Membranmodule 20 können am leichtesten rückgespült werden, wenn jedes Membranmodul 20 durch seine eigene Permeat-Pumpe 30 und eine zugeordnete Rückspülvorrichtung bedient wird. In großen kommunalen Systemen z. B. ist die Permeations- und Rückspülvorrichtung üblicherweise auf eine Kapazität von 8 bis 11 ML/d eingeschränkt. Entsprechend weist eine mittelgroße Anlage (d. h. in dem Bereich von 40 ML/d) mehrere Membranmodule 20 auf, die durch Sätze einer Permeations- und Rückspülvorrichtung bedient werden, die einzeln zu steuern sind. In einigen Anlagen wird ein Rückspülen in bezug auf die Membranmodule 20 der Reihe nach durchgeführt, um eine gleichmäßige Zufuhr von Permeat 24 unabhängig von einer Belüftung zu erzeugen.
In einer Pilotstudie, die nicht innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegt, die mit Speisewasser ausgeführt wird, das z. B. eine Trübung von 0,3 ntu und eine Farbe von 3,9 tcu aufweist, waren die Erfinder in der Lage, eine annehmbare nachhaltige Permeabilität eines Membranmoduls unter Verwendung von 75 Sekunden Belüftung mit einer höheren Rate von 0,035 m/s Oberflächengeschwindigkeit pro 15 Minuten und 15 Sekunden zu erzielen. Für den Rest des Zyklus lag keine Belüftung vor. Jeder Zyklus beinhaltete 15 Minuten einer Permeation durch die Membranmodule 20 und 15 Sekunden Rückspülung. Die 75 Sekunden der Belüftung waren so zeitlich abgestimmt, daß 30 Sekunden Belüftung vor dem Rückpuls, 15 Sekunden Belüftung während des Rückpulses und 30 Sekunden Belüftung nach dem Rückpuls lagen. Der Test legt nahe, daß, wenn eine zyklusmäßige Belüftung zeitlich abgestimmt ist, um für jeden Verteiler 251 mit dem Rückspu len des zugeordneten Membranmoduls 20 übereinzustimmen, etwa 12 Membranmodule 20 durch eine einzelne Luftzufuhr 242 als Teil des zyklischen Belüftungssystems 237 bedient werden könnten.
Verwendung einer zyklischen Belüftung zur Bereitstellung einer intensiven Belüftung
Die Verwendung des zyklischen Belüftungssystems 237 zur Bereitstellung einer intensiven Belüftung wird nun Bezug nehmend auf das folgende Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei darauf verwiesen wird, daß die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Bezug nehmend auf 6 ist ein Belüftungssystem 237 zur Verwendung bei einer abwechselnden Bereitstellung einer Belüftung zwischen zwei Sätzen von Membranmodulen 20 (in gestrichelten Linien gezeigt) in einem Filtriergefäß 512 gezeigt. Das Filtriergefäß 512 weist zwei Filtrierzonen (ebenso in gestrichelten Linien gezeigt) auf, die den beiden Sätzen von Membranmodulen 20 entsprechen. Alternativ könnten die Filtrierzonen in separaten Tanks mit einem oder mehreren Membranmodulen 20 in jedem Tank vorgesehen sein. Die Membranmodule 20 werden verwendet, um ein relativ verschmutzungsreiches Oberflächenwasser oder ein Abwasser zu filtern, so daß eine intensive Belüftung geeignet ist.
Das Luftliefernetzwerk 240 weist zwei unterschiedliche Arme auf, die jeweils mit Kopfelementen 251 in einer Filtrierzone verbunden sind. Jedes Kopfelement 251 wiederum ist mit Kanalbelüftungseinrichtungen 238 verbunden, die im allgemeinen unterhalb der Membranmodule 20 angebracht sind. Der Ventilsatz 254 und die Ventilsteuerung 256 sind konfiguriert und werden betrieben, um Luft von der Luftzufuhr 242 an das Luftliefernetzwerk 240 in einem kurzen Zyklus zu liefern, in dem Luft mit der höheren Rate für eine Hälfte des Zyklus an jeden Arm des Luftliefernetzwerks 240 geliefert wird. Während ein Arm des Luftliefernetzwerks 240 keine Luft mit der höheren Rate empfängt, empfängt er Luft mit der niedrigeren Rate.
Die bevorzugte Gesamtzykluszeit kann mit der Tiefe des Filtriergefäßes 512, dem Entwurf der Membranmodule 20, Prozeßparametern und den Bedingungen des aufzubereitenden Speisewassers 14 variieren, beträgt vorzugsweise jedoch zumindest 10 Sekunden (5 Sekunden mit voller Rate und 5 Sekunden mit reduzierter Rate), wobei das Filtriergefäß 512 ein typischer kommunaler Tank mit einer Tiefe zwischen 1 m und 10 m ist. Eine Zykluszeit von bis zu 120 Sekunden (60 Sekunden bei voller Rate, 60 Sekunden bei reduzierter Rate) kann wirksam sein, vorzugsweise überschreitet die Zykluszeit jedoch 60 Sekunden nicht (30 Sekunden bei voller Rate, 30 Sekunden bei reduzierter Rate), wobei das Filtriergefäß 512 ein typischer kommunaler Tank ist.
Die Erfinder glauben, daß ein derartiges schnelles zyklisches Durchlaufen einen Übergangsfluß innerhalb des Tankwassers 18 erzeugt. Insbesondere wird ein Luftanhebungseffekt erzeugt oder bestärkt, wenn die Rate eines Luftflusses sich von Rl zu Rh ändert, was bewirkt, daß das Tankwasser 18 beschleunigt wird. Kurz danach jedoch werden die Belüftung und der Luftanhebungseffekt stark reduziert, was bewirkt, daß das Tankwasser 18 verlangsamt wird. Bei sehr kurzen Zyklen wird das Tankwasser 18 für einen Großteil des Zyklus beschleunigt oder verlangsamt und ist kaum in einem gleichbleibenden Zustand. Man glaubt, daß die Bildung von Ruhezonen in dem Tankwasser 18 gehemmt wird und daß eine vorteilhafte Bewegung der Hohlfasermembranen 23 verbessert wird. Horizontale Hohlfasermembranen 23 z. B., wie in den rechteckigen Strängen 8 der 1B und 1D gezeigt ist, nehmen unter einer gleichbleibenden Belüftung eine im allgemeinen konkave nach unten zeigende Form an und zeigen an ihren Enden eine eingeschränkte Bewegung. Mit der oben beschriebenen zyklischen Belüftung jedoch wird eine Spannung in den Hohlfasermembranen 23 zyklisch gelöst und in einigen Fällen können lokale Ströme, die nach unten flie ßen, für kurze Zeiträume erzeugt werden. Die Enden der horizontalen Hohlfasermembranen 23 zeigen eine vorteilhaftere Bewegung und verschmutzen weniger schnell. Da die vorteilhaften Wirkungen mit einem Erzeugen eines Übergangsflusses verbunden sein können, geht man auch davon aus, daß Faktoren, die eine Beschleunigung der Wassersäule oberhalb eines Satzes von Kanalbelüftungseinrichtungen 238, wie z. B. Tanktiefe oder Umhüllung, bewirken, die oben angegebenen bevorzugten Zykluszeiten modifizieren könnten.
Verwendung einer zyklischen Belüftung zur Förderung eines Horizontalflusses
Die Verwendung des zyklischen Belüftungssystems 237 zur Förderung eines Horizontalflusses in dem Tankwasser 18 wird nun Bezug nehmend auf das folgende Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei darauf verwiesen wird, daß die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Bezug nehmend auf 7A ist ein Belüftungssystem 237 zur Verwendung beim Belüften von Membranmodulen 20 in einem Prozeßtank 612 gezeigt. Die Membranmodule 20 werden verwendet, um ein relativ verschmutzungsreiches Oberflächenwasser oder ein Abwasser zu filtern, so daß eine intensive Belüftung geeignet ist.
Das Luftliefernetzwerk 240 weist zwei unterschiedliche Arme, die jeweils mit zwei unterschiedlichen Kopfelementen 251 verbunden sind, beide in einer einzelnen Filtrierzone auf. Die Kopfelemente 251 werden als Kopfelement 251a und 251b bezeichnet, wo es geeignet ist, um zwischen denselben zu unterscheiden. Die Kopfelemente 251 sind mit Kanalbelüftungseinrichtungen 238 derart verbunden, daß die Kanalbelüftungseinrichtungen 238, die an dem Kopfelement 251a angebracht sind, mit den Kanalbelüftungseinrichtungen 238, die an dem Kopfelement 251b angebracht sind, durchsetzt sind. Eine derartige Anordnung ist in 7A gezeigt, in der das Kopfelement 251a mit den Kanalbelüftungseinrichtun gen 238 direkt unterhalb der Membranmodule 20 verbunden ist, während das Kopfelement 251b mit horizontal verschobenen Kanalbelüftungseinrichtungen 238 verbunden ist, die unterhalb und zwischen den Membranmodulen 20 angeordnet sind. Bezug nehmend auf die 7B, 7C und 7D ist ein Satz von Variationen an dem Ausführungsbeispiel aus 7A gezeigt. In 7B sind das Kopfelement 251a und das Kopfelement 251b mit abwechselnden horizontal verschobenen Kanalbelüftungseinrichtungen 238 verbunden, die unterhalb der Membranmodule 20 angeordnet sind. In 7C sind das Kopfelement 251a und das Kopfelement 251b mit abwechselnden horizontal verschobenen Belüftungseinrichtungen 238 verbunden, die direkt unterhalb von abwechselnden Membranmodulen 20 angeordnet sind. In 7D sind das Kopfelement 251a und das Kopfelement 251b mit abwechselnden horizontal verschobenen Kanalbelüftungseinrichtungen 238 verbunden, die direkt unterhalb und zwischen abwechselnden Membranmodulen 20 angeordnet sind. In jedem dieser Fälle kann das Muster wiederholt werden, wenn mehr Membranmodule 20 verwendet werden.
Jedes der Kopfelemente 251a und 251b ist mit einem unterschiedlichen Arm des Luftliefernetzwerks 240 verbunden, das wiederum mit einem Ventilsatz 254 verbunden ist. Der Ventilsatz 254 und eine Ventilsteuerung 256 sind konfiguriert und werden betrieben, um Luft von einer Luftzufuhr 242 an das Luftliefernetzwerk 240 in einem kurzen Zyklus zu liefern, in dem Luft mit einer höheren Rate für eine Hälfte des Zyklus an jeden Arm des Luftliefernetzwerks 240 geliefert wird. Während ein Arm des Luftliefernetzwerks 240 keine Luft mit der höheren Rate empfängt, empfängt er Luft mit der niedrigeren Rate. Die niedrigere Flußrate beträgt vorzugsweise eine Hälfte oder weniger der höheren Flußrate, wobei die niedrigere Flußrate, wenn die Bedingungen dies erlauben, vorzugsweise eine Luft-Aus-Bedingung ist.
Die Gesamtzykluszeit kann mit der Tiefe des Prozeßtanks 612, dem Entwurf der Membranmodule 20, Prozeßparametern und den Bedingungen des aufzubereitenden Speisewassers 14 variieren, beträgt vorzugsweise jedoch zumindest 2 Sekunden (1 Sekunde bei voller Rate und 1 Sekunde bei reduzierter Rate) und weniger als 120 Sekunden (60 Sekunden bei voller Rate, 60 Sekunden bei reduzierter Rate), wobei der Prozeßtank 612 ein typischer kommunaler Tank mit einer Tiefe zwischen 1 m und 10 m ist. Vorzugsweise jedoch hat die Zykluszeit eine Länge zwischen 20 Sekunden und 40 Sekunden. Kurze Zyklen von 10 Sekunden oder weniger reichen unter Umständen nicht aus, um Regionen mit unterschiedlichen Dichten in dem Tankwasser 18 in einem tiefen Tank 12 einzurichten, wo eine derartige Zeit nicht ausreicht, um es zu ermöglichen, daß die Blasen 36 um eine wesentliche Entfernung relativ zu der Tiefe des Tanks 12 aufsteigen. Lange Zyklen von 120 Sekunden oder mehr können dazu führen, daß Teile eines Membranmoduls 20 über ausgedehnte Zeiträume keine Blasen 36 empfangen, was zu einer schnellen Verschmutzung führen kann. Wie oben erläutert wurde, können die vorteilhaften Effekte der Erfindung mit einem Erzeugen eines Übergangsflusses verbunden sein, wobei man davon ausgeht, daß Faktoren, die eine Beschleunigung der Wassersäule oberhalb eines Satzes von Kanalbelüftungseinrichtungen 238, wie z. B. Tanktiefe oder Ummantelung, bewirken, die oben angegebenen bevorzugten Zykluszeiten modifizieren könnten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die Tatsache, daß die Kanalbelüftungseinrichtungen 238, die mit dem Kopfelement 251a verbunden sind, mit den Kanalbelüftungseinrichtungen 238, die an dem Kopfelement 251b angebracht sind, durchsetzt sind, variierende Bereiche einer höheren und niedrigeren Dichte in dem Tankwasser 18 innerhalb einer Filtrierzone. Wie oben beschrieben wurde, glauben die Erfinder, daß diese Variationen einen Übergangsfluß in dem Tankwasser 18 erzeugen. Die Erfinder glauben jedoch, daß, wenn die wirksamen Flächen einer Belüftung oberhalb der Kanalbelüftungseinrichtungen 238, die mit unterschiedlichen Armen des Luftliefernetzwerks 240 verbunden sind, ausrei chend klein sind, ein bemerkenswerter Übergangsfluß in einer horizontalen Richtung zwischen Flächen oberhalb der Kanalbelüftungseinrichtungen 238 erzeugt wird, die an unterschiedlichen Armen des Luftliefernetzwerks 240 angebracht sind. Bezug nehmend auf die 7A, 7B, 7C, 7D weisen die gezeigten Membranmodule 20 vorzugsweise die Größe eines oder zweier rechteckiger Stränge 8 auf.
Als ein Beispiel sind in den 8A und 8B Membranmodule 220, die aus rechteckigen Strängen 8, mit Hohlfasermembranen 23 hergestellt sind, die vertikal ausgerichtet sind, die durch ein zyklisches Belüftungssystem 237 mit Kanalbelüftungseinrichtungen 238 belüftet werden, die relativ zu den Membranmodulen 220 angeordnet sind, wie in 7D gezeigt ist, gezeigt. In den 8A und 8B ist das Maß eines Spülraums der Hohlfasermembranen 23 zur leichteren Darstellung stark übertrieben. Ferner sind nur zwei Hohlfasermembranen 23 für jeden vertikalen rechteckigen Strang 8 dargestellt, obwohl, wie oben erläutert wurde, ein rechteckiger Strang 8 tatsächlich aus vielen Hohlfasermembranen 23 aufgebaut ist.
Mit einer gleichbleibenden Belüftung ist es schwierig, ein Durchdringen der Blasen 36 durch die vertikalen rechteckigen Stränge 8 zu fördern. Die natürliche Tendenz der Blasen 36 ist, durch die Flächen mit dem geringsten Widerstand zu gehen, wie z. B. um die Membranmodule 220 herum oder durch Schlitze zwischen den Membranmodulen 220, und die Hohlfasermembranen 23 an der Außenkante der vertikalen rechteckigen Stränge 8 können einen wesentlich höheren Kontakt zu den Blasen 36 aufweisen. Ferner werden die oberen 10 bis 20% der Hohlfasermembranen 23 oft durch die Luftanhebungswirkung in eine stark gekrümmte Form gepreßt und bewegen sich nur sehr wenig. Ein kleinerer Teil an der Unterseite der Hohlfasermembranen 23 kann ebenso stark durch die gegenwärtige Bewegung um das untere Kopfelement 22 herum gekrümmt sein. In diesen stark gekrümmten Bereichen verschmutzen die Hohlfasermembranen 23 schneller.
Mit einer zyklischen Belüftung jedoch wechselt die Luft mit der höheren Rate zwischen dem Kopfelement 251a und dem Kopfelement 251b ab. Wenn mehr Luft an das Kopfelement 251a geliefert wird, nehmen die Hohlfasermembranen 23 eine Durchschnittsform, wie in 8A gezeigt ist, mit einem ersten lokalen Rückführungsmuster 380, wie dies gezeigt ist, an. Wenn mehr Luft an das Kopfelement 251b geliefert wird, nehmen die Hohlfasermembranen 23 eine Durchschnittsform, wie in 8B gezeigt ist, mit einem zweiten lokalen Rückführungsmuster 382, wie dies gezeigt ist, an. Unter dem Einfluß eines zyklischen Belüftungssystems 237 wechseln die Hohlfasermembranen 23 zwischen den in den 8A und 8B gezeigten Positionen ab. Folglich nimmt der Teil der Hohlfasermembranen 23, der sich nur sehr wenig bewegt, größenmäßig ab. Das zyklische Durchlaufen erzeugt außerdem eine Flußumkehrung in die vertikalen rechteckigen Stränge 8 hinein und aus denselben heraus, wobei die Erfinder glauben, daß dies es fördert, daß die Blasen 36 tiefer in die vertikalen rechteckigen Stränge 8 hinein durchdringen.
Kanalbelüftungseinrichtungen
Bezug nehmend auf 9A ist eine Kanalbelüftungseinrichtung 238 gezeigt. Die Kanalbelüftungseinrichtung 238 weist einen länglichen Hohlkörper 302 auf, der ein kreisförmiges Rohr ist, das einen Innendurchmesser zwischen 15 mm und 100 mm aufweist. Eine Serie von Löchern 304 durchdringt den Körper 302, was es ermöglicht, daß Luft aus der Kanalbelüftungseinrichtung 238 hinausfließen kann, um Blasen zu erzeugen. Die Größe, die Anzahl und der Ort von Löchern können variieren, wobei für einen rechteckigen Strang 8 jedoch z. B. zwei Löcher (eines auf jeder Seite) zwischen 5 mm und 10 mm Durchmesser, die alle 50 mm bis 100 mm entlang des Körpers 302 plaziert sind und mit einem Luftfluß versorgt werden, was zu einem Druckabfall durch die Löcher zwischen 10 bis 100 mm Wasser in der Tiefe der Kanalbelüftungseinrichtung 238 führt, geeignet sind.
Luft gelangt an einem Belüftungseinrichtungseinlaß 306 in die Kanalbelüftungseinrichtung 238. An dem gegenüberliegenden Ende der Kanalbelüftungseinrichtung 238 befindet sich ein Auslaß 308. Der höchste Punkt an dem Auslaß 308 befindet sich in einer vertikalen Entfernung zwischen dem minimalen und dem maximalen erwarteten Druckabfall von Wasser in der Tiefe der Kanalbelüftungseinrichtung 238 über die Löcher 304 unterhalb des niedrigsten Punkts des Belüftungseinrichtungseinlasses 306. Der minimale erwartete Druckabfall von Wasser in der Tiefe der Kanalbelüftungseinrichtung 238 über die Löcher 304 beträgt vorzugsweise zumindest so viel wie die Entfernung zwischen der Oberseite der Löcher 304 und der inneren Unterseite des Körpers 302. Eine Luft/Wasser-Grenzfläche 309 zwischen der Luft in der Kanalbelüftungseinrichtung 238 und dem Wasser, das die Kanalbelüftungseinrichtung 238 umgibt, befindet sich unterhalb der inneren Unterseite des Körpers 302, jedoch oberhalb des höchsten Punktes an dem Auslaß 308. Auf diese Weise fließt Tankwasser 18, das in die Kanalbelüftungseinrichtung 238 gelangt, zu dem Auslaß 308 und sammelt sich nicht nahe an den Löchern 304.
Bezug nehmend auf 9B ist eine weitere Kanalbelüftungseinrichtung 238 gezeigt, die zur Verwendung mit relativ sauberem Tankwasser 18 bevorzugt wird. Der Körper 302 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, ist jedoch an der Unterseite offen. Die Kanalbelüftungseinrichtung 238 kann eine separate Komponente sein oder kann in die Kopfelemente 22 eines Membranmoduls 20 integriert sein, wobei in diesem Fall die Unterseite eines unteren Kopfelements 22 als die Oberseite des Körpers 302 dienen kann. Das Ende des Körpers 302 ist mit einem Deckel 310 abgedeckt, der wieder ein Teil eines Kopfelements 22 sein kann. Wenn die Unterseite des Körpers 302 offen für das Tankwasser 18 ist, fließt Tankwasser 18, das in die Kanalbelüftungseinrichtung 238 durch dringt, zurück zu dem Tankwasser 18. Um zu verhindern, daß sich Blasen 36 an der Unterseite der Kanalbelüftungseinrichtung 238 bilden, erstrecken sich die Seiten des Körpers 302 um eine Entfernung, die größer als der erwartete Druckabfall durch die Löcher 304 ist, unterhalb die Unterseite der Löcher 304.
Bezug nehmend auf 9C ist eine weitere Kanalbelüftungseinrichtung 238 gezeigt, die der Kanalbelüftungseinrichtung 238 aus 9A ähnelt, mit Ausnahme von dem, was im folgenden beschrieben ist. Eine Gummihülse 400, die teilweise weggeschnitten gezeigt ist, bedeckt den Körper 302 und weist Schlitze 402 auf, die den Löchern 304 entsprechen. Die Schlitze 402 öffnen sich, wenn in die Kanalbelüftungseinrichtung 238 Luft zum Fließen gebracht wird, was dieselben auf eine größere Größe öffnet, wenn eine höhere Luftflußrate verwendet wird. Folglich erzeugen die Schlitze 402 größere Blasen 36 bei der vollen Luftflußrate und kleinere Blasen 36 bei der reduzierten Luftflußrate. In Abwasseranwendungen liefert die reduzierte Größe der Blasen 36 eine verbesserte Sauerstoffübertragungswirksamkeit bei der reduzierten Luftflußrate.
Bezug nehmend auf 9D ist eine weitere Kanalbelüftungseinrichtung gezeigt, die zur Verwendung mit relativ feststoffreichem Tankwasser 18 bevorzugt wird. Der Körper 302 ist ein Rohr mit einem Durchmesser von 32 mm. Die Löcher 304 haben einen Durchmesser von 8 mm und sind um 30 Grad nach oben von der Horizontalen angebracht. Ablauflöcher 410 an der Unterseite des Körpers 302 und üblicherweise mit einem Durchmesser von 16 mm erlauben es, daß ein Durchdringen von Tankwasser 18 aus dem Körper 302 ablaufen kann. Ein Deckel 411 bedeckt das Ende des Körpers 302.
Kanalbelüftungseinrichtungen 238, wie z. B. diejenigen, die oben beschrieben sind, können etwas Tankwasser 18 einlassen, selbst wenn Luft durch dieselben fließt, das austrocknet, was eine Anhäufung von Feststoffen hinterläßt. Wenn die Zufuhr von Luft zwischen Verteilern umgeschaltet wird, wie oben beschrieben ist, wird jedoch die Kanalbelüftungseinrichtung 238 abwechselnd geflutet und entleert. Die resultierende zyklische Benetzung der Kanalbelüftungseinrichtungen 238 unterstützt ein erneutes Benetzen und Entfernen von Feststoffen, die sich in den Kanalbelüftungseinrichtungen 238 anhäufen, oder hilft zu verhindern, daß Tankwasser 18 trocknet und sich Feststoffe in den Kanalbelüftungseinrichtungen 238 ablagern. Falls dies nötig ist, kann diese Flutung durch ein Freigeben von Luft aus dem geeigneten Verteiler durch ein öffnen eines Ventils, das gegenüber der Umgebung abgelüftet ist, unterstützt werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf ZW 500-Membranmodule, die durch ZENON Environmental Inc. hergestellt werden. Jedes ZW 500 weist zwei rechteckige Stränge vertikaler Hohlfasermembranen auf. Zu Zwecken einer Berechnung von Oberflächengeschwindigkeiten beträgt die Querschnittsbelüftungsfläche für jedes ZW 500-Membranmodul etwa 0,175 m². Alle unten gegebenen Luftflußraten sind bei Standardbedingungen.
Beispiel 1
Eine Kassette mit acht ZW 500-Membranmodulen wurde in einer Bentonit-Suspension unter im allgemeinen konstanten Prozeßparametern mit Ausnahme von Veränderungen bei Fluß und Belüftung betrieben. Eine Verschmutzungsrate der Membranen wurde überwacht, um die Wirksamkeit der Belüftung einzuschätzen. Die Belüftung wurde an die Kassette mit konstanten Raten von 204 m³/h (d. h. 25,5 m³/h pro Modul) und 136 m³/h und gemäß verschiedenen Zyklusdurchlaufbetriebsweisen geliefert. In den zyklisch durchlaufenen Tests wurde eine Gesamtluftzufuhr von 136 m³/h zyklisch zwischen Belüftungs einrichtungen, die unterhalb der Module angeordnet sind, und Belüftungseinrichtungen, die zwischen und neben den Modulen angeordnet sind, in Zyklen mit den Dauern, die in 10A angezeigt sind, laufengelassen. Eine Belüftung mit 136 m³/h in 30-Sekunden-Zyklen (15 Sekunden Luft für jeden Satz von Belüftungseinrichtungen) war in etwa so wirksam wie eine nichtzyklische Belüftung mit 204 m³/h.
Beispiel 2
Die gleiche Vorrichtung, die im Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde unter im allgemeinen konstanten Prozeßparametern mit Ausnahme von Abweichungen des Luftflusses, in 10B angezeigt, getestet. Insbesondere wurden 70% des Gesamtluftflusses von 136 m³/h zyklisch in einem 20-Sekunden-Zyklus derart durchlaufen, daß jede Gruppe von Belüftungseinrichtungen 10 Sekunden lang 70% des Gesamtluftflusses und 10 Sekunden lang 30% des gesamten Luftflusses empfangen hat. Wie in 10B gezeigt ist, resultierte das zyklische Durchlaufen von 70% des Luftflusses zu einer reduzierten Verschmutzungsrate bei hohem Permeatfluß verglichen mit einer konstanten Belüftung bei dem gleichen Gesamtluftfluß.
Beispiel 3
Zwei ZW 500-Membranmodule wurden betrieben, um Trinkwasser aus einer natürlichen Speisewasserversorgung zu erzeugen. Die Betriebsparameter wurden mit Ausnahme von Veränderungen der Belüftung konstant gehalten. Die Module wurden zuerst etwa 10 Tage lang mit einer nichtzyklischen Belüftung bei 25,5 m³/h pro Modul (für einen Gesamtsystemluftfluß von 51 m³/h) betrieben. Für einen nachfolgenden Zeitraum von etwa 3 Tagen wurde zyklisch Luft aus den Belüftungseinrichtungen nahe an einem Satz von Modulen zu Belüftungseinrichtungen nahe an einem weiteren Satz von Modulen derartig geführt, daß jedes Modul 10 Sekunden lang mit 12,8 m³/h belüftet wurde und dann für einen Zeitraum von 10 Sekunden nicht belüftet wurde (für einen Gesamtsystemluftfluß von 12,8 m³/h). Für einen nachfolgenden Zeitraum von etwa 10 Tagen wurden die Module derartig belüftet, daß jedes Modul 10 Sekunden lang mit 25,5 m³/h belüftet wurde und dann für einen Zeitraum von 10 Sekunden nicht belüftet wurde (für einen Gesamtsystemluftfluß von 25,5 m³/h). Für einen nachfolgenden Zeitraum von etwa 10 Tagen wurde der anfängliche konstante Luftfluß wiederhergestellt. Wie in 10C gezeigt ist, hat sich mit einer derartigen Belüftung, daß jedes Modul 10 Sekunden lang mit 25,5 m³/h belüftet wurde und für einen Zeitraum von 10 Sekunden nicht belüftet wurde (d. h. eine Hälfte des anfänglichen Gesamtsystemluftflusses), die Membran-Permeabilität bei über 250 L/m²/h/Bar stabilisiert, wohingegen sich mit einem nichtzyklischen Luftfluß an dem anfänglichen Gesamtsystemluftfluß die Membran-Permeabilität bei nur etwa 125 L/m²/h/Bar stabilisiert hat.
Beispiel 4
Drei Einheiten, die jeweils zwei ZW 500-Membranmodule enthielten, wurden bei verschiedenen Flüssen in einem Membran-Bioreaktor betrieben. Die Einheit 1 hatte Module, die bei 26 L/m²/h und 51 L/m²/h arbeiteten. Die Einheit 2 hatte Module, die bei 31 L/m²/h und 46 L/m²/h arbeiteten. Die Einheit 3 hatte Module, die bei 34 L/m²/h und 51 L/m²/h arbeiteten. Die Einheiten wurden zuerst für einen Zeitraum von etwa 10 Tagen mit einer nichtzyklischen Belüftung mit 42,5 m³/h pro Modul (Gesamtsystemluftfluß etwa 85 m³/h) betrieben. Die Permeabilität nahm ab und stabilisierte sich zwischen 250 und 275 L/m²/h/Bar für die Einheit 1, zwischen 200 und 225 L/m²/h/Bar für die Einheit 2 und zwischen 150 und 175 L/m²/h/Bar für die Einheit 3. Für einen zweiten Zeitraum von etwa 14 Tagen wurde ein Gesamtsystemluftfluß von 61,2 m³/h 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen unterhalb der Module und dann 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen neben den Modulen angelegt. Unter diesen Bedingungen nahm die Permeabilität zu und stabilisierte sich zwischen 350 und 375 L/m²/h/Bar für die Einheit 1 und zwischen 325 und 350 L/m²/h/Bar für die Einheiten 2 und 3.
Beispiel 5
Eine Kassette mit sechs ZW 500-Modulen wurde zur Aufbereitung von Abwasser verwendet. Während weitere Prozeßparameter im allgemeinen konstant gehalten wurden, wurde eine Belüftung variiert und die Permeabilität der Module wurde periodisch gemessen, wie in 11 gezeigt ist. In einem Zeitraum A wurden 255 m³/h Luft fortwährend und gleichmäßig an die Module geliefert. In einem Zeitraum B wurden 184 m³/h Luft 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen unterhalb der Module und dann 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen neben den Modulen geliefert. In einem Zeitraum C wurde die gleiche Belüftungsbetriebsweise verwendet, eine Umhüllung um die Module herum wurde jedoch verändert. In einem Zeitraum D wurden 184 m³/h Luft 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen nahe an einem ersten Satz von Modulen und dann 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen nahe an einem zweiten Satz von Modulen geliefert. In einem Zeitraum E wurden 204 m³/h Luft gleichmäßig 10 Sekunden lang an alle Module geliefert, wobei dann 10 Sekunden lang keine Luft an die Module geliefert wurde. In einem Zeitraum F wurden 306 m³/h 10 Sekunden lang an alle Module gleichmäßig geliefert, wobei dann 10 Sekunden lang keine Luft an die Module geliefert wurde. In einem Zeitraum G wurden 153 m³/h an Belüftungseinrichtungen nahe an einem ersten Satz von Modulen und dann 10 Sekunden lang an Belüftungseinrichtungen nahe an einem zweiten Satz von Modulen geliefert.
Beispiel 6
Ein einzelnes ZW 500-Membranmodul wurde verwendet, um eine Zufuhr von Oberflächenwasser zu filtern. Während weitere Prozeßparameter konstant gehalten wurden, wurde das Modul unter verschiedenen Belüftungsbetriebsweisen betrieben, wobei seine Permeabilität periodisch aufgezeichnet wurde. Zuerst wurde das Modul mit einer konstanten Belüftung bei (a) 20,4 m³/h und (b) 25,4 m³/h betrieben. Nach dem anfänglichen Rückgang der Permeabilität stabilisierte sich die Permeabilität bei (a) etwa 200 L/m²/h/Bar bzw. (b) zwischen 275 und 300 L/m²/h/Bar. Bei einem ersten Experiment wurde eine Belüftung 2 Minuten lang mit 25,5 m³/h an das Modul geliefert und dann 2 Minuten ausgeschaltet. Bei diesem Versuch nahm die Permeabilität rasch ab und konnte auf keinen annehmbaren Pegeln beibehalten werden. Bei einem weiteren Experiment jedoch wurde eine Belüftung 30 Minuten lang mit 25,5 m³/h an das Modul geliefert und dann 30 Minuten lang mit 8,5 m³/h. Bei diesem Versuch nahm die Permeabilität zu Beginn wieder ab, stabilisierte sich dann jedoch zwischen 275 und 300 L/m²/h/Bar.

Claims

Ein Verfahren zum Reinigen oder Hemmen der Verschmutzung eines Membranmoduls (20), das eine oder mehrere Filtermembranen (6, 23) aufweist, die in Tankwasser (18) in einem Tank (12; 412; 512; 612) eingetaucht sind, wobei das Modul (20) in einer Belüftungsbetriebsweise betrieben wird, bei der ein Fluß von Gas Blasen (36) von unterhalb der Membranen (23) in dem Tankwasser erzeugt, die wirksam sind, um eine Verschmutzung der Membranen zu reinigen oder zu hemmen, und der Fluß von Gas in wiederholten Zyklen mit einer Dauer von nicht mehr als 120 Sekunden zwischen einer höheren Flußrate und einer niedrigeren Flußrate abwechselt, wobei die niedrigere Flußrate kleiner als die Hälfte der höheren Flußrate ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Blasen (36) von ersten und zweiten Belüftungseinrichtungen (238) erzeugt werden, und bei dem während einer ersten Periode die zweiten Belüftungseinrichtungen (238) Gas mit der niedrigeren Flußrate empfangen, während die ersten Belüftungseinrichtungen (238) Blasen (36) mit der höheren Flußrate erzeugen, und während einer zweiten Periode die zweiten Belüftungseinrichtungen (238) Blasen (36) mit der höheren Flußrate erzeugen, während die ersten Belüftungseinrichtungen (238) Blasen (36) mit der niedrigeren Flußrate erzeugen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die zweiten Belüftungseinrichtungen (238) in einer horizontalen Ebene mit ersten Belüftungseinrichtungen (238) durchsetzt sind.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die wiederholten Zyklen eine Dauer zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden aufweisen.
Ein Verfahre gemäß Anspruch 4, bei dem die wiederholten Zyklen eine Dauer zwischen 20 und 40 Sekunden aufweisen.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die niedrigere Flußrate ein Gas-Aus-Zustand ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die höhere Flußrate einer Oberflächengeschwindigkeit zwischen 0,013 m/s und 0,15 m/s entspricht.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die höhere Flußrate für in etwa eine Hälfte der Dauer des Zyklus vorgesehen ist.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei dem der Fluß von Gas abrupt zwischen der höheren Flußrate und der niedrigeren Flußrate abwechselt.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Modul (20) Stränge von Hohlfasermembranen (23) aufweist.