NL1031926C2 - Inrichting met een bioreactor en membraanfiltratiemodule voor het behandelen van een inkomend fluïdum. - Google Patents

Description

- 1 -

Korte aanduiding: Inrichting met een bioreactor en 5 membraanfiltratiemodule voor het behandelen van een inkomend fluïdum.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het behandelen van een inkomend fluïdum, omvattende een bioreactor en een membraanfiltratiemodule, ook wel genoemd membraanbioreactor (MBR).

10 Een dergelijke membraanbioreactor is bijvoorbeeld bekend voor het reinigen van afvalwater, en omvat een bassin dat gedeeltelijk gevuld is met actief slib. Het afvalwater wordt tijdens bedrijf toegevoerd aan het bassin alwaar het zich vermengt met het slib. De actieve bestanddelen in het slib dragen hierbij zorg voor het 15 zuiveren van het afvalwater. Dit proces wordt nog versneld door het van onderaf aan (een deel van) het bassin toevoeren van een gas, veelal lucht. Het mengsel van slib en afvalwater wordt vervolgens toegevoerd aan de membraanfiltratiemodule alwaar gezuiverd water als permeaat wordt afgevoerd, terwijl de tegengehouden vloeistof, 20 verontreinigde deeltjes en slibdeeltjes als retentaat terug naar het bassin worden gevoerd. De membraanbioreactor kan met een hoge concentratie aan slibdeeltjes werken, zeker in vergelijking met een conventioneel systeem waarbij de bioreactor gecombineerd is met een bezinktank. Hierdoor kan de uitstroom van gezuiverd water van hoge 25 kwaliteit zijn, en is het zelfs goed mogelijk om de membraanbioreactor te gebruiken voor het behandelen van sterk verontreinigd rioleringswater en/of industriële afvalwaterstromen.

De bekende membraanbioreactoren kunnen in twee groepen worden onderverdeeld, te weten: een droog opgesteld of een ondergedompeld 30 systeem. In het droog opgestelde systeem is een membraanfiltratiemodule buiten het bassin van de bioreactor geplaatst. In het ondergedompelde systeem zijn membranen binnenin het bassin van de bioreactor gehangen. De beide systemen hebben zich de afgelopen jaren ontwikkeld in een richting met steeds meer 35 overeenkomsten. Zo worden bijvoorbeeld de membranen van het ondergedompelde systeem steeds vaker ondergebracht in een van in- en uitstroomopeningen voorziene behuizing, welke vervolgens als een cassette in het bassin worden gehangen. Daarnaast is een ontwikkeling gaande dat rond deze cassettes ook steeds meer voorzieningen worden 40 geplaatst die de stroming lang deze membranen moet begeleiden om het - 2 - functioneren van deze membranen te optimaliseren . Hierdoor is een membraanfiltratiemodule t.b.v. het ondergedompelde systeem ontstaan die steeds meer gelijkenis gaat of zal hebben met een membraanfiltratiemodule in het droog opgestelde systeem.

5 Een voorbeeld van een ondergedompeld systeem met vlakke membraanplaten in een behandelingstank is te zien in EP 0 510 328.

Een voorbeeld van een droog opgesteld systeem met buisvormige membranen die zijn ondergebracht in een membraanfiltratiemodule is te zien in US 5,494,577.

10 Voor beide systemen is het nadelig dat de membraanoppervlakken snel vervuild kunnen raken en dat de stromingskanalen binnenin de membranen en/of tussen en/of rondom de membranen tijdens bedrijf vaak geblokkeerd raken door vreemde deeltjes in de vloeistofstroom. Deze vervuilingen en/of blokkeringen worden veroorzaakt door allerlei 15 soorten deeltjes die mee naar binnen worden gebracht door het afvalwater, zoals haren, draden, etc. Ook kunnen de vervuilingen en/of blokkeringen veroorzaakt worden door biologische, fysische of anderszins gevormde deeltjes die het gevolg zijn van reacties tussen het slib en het afvalwater. Nog een andere mogelijkheid is dat 20 vervuiling in de veelal open opgestelde bassins kan vallen, waaien etc. Het directe gevolg van de vervuiling en/of het geblokkeerd raken van de stromingskanalen is het verlies aan effectief membraanoppervlak. Daarnaast leidt het tot een niet langer homogene verdeling van de vloeistofstroom over de stromingskanalen. Deze niet 25 homogene verdeling leidt tot grote variaties in de vloeistofsnelheid en de turbulentie daarvan langs de stromingskanalen, waardoor zich een koek van deeltjes langs de membraanoppervlakken kan vormen. Dit leidt weer tot meer kans op blokkering van (een deel van) de stromingskanalen waardoor de vloeistofverdeling nog verder verstoord 30 kan raken. Hierdoor gaat steeds meer effectief membraanoppervlak verloren en moet voor de moeilijker te doorstromen stromingskanalen steeds meer energie worden toegevoerd om de doorstroming op gang te houden.

Teneinde de vervuiling en/of het geblokkeerd raken van de 35 stromingskanalen te voorkomen, is het bekend om stroomopwaarts van de membraanfiltratiemodule een filter te gebruiken om daarmee deeltjes af te vangen. Gebleken is echter dat er toch nog altijd draadachtige deeltjes door het filter heen slippen die nog steeds tot de bovengenoemde problemen leiden. Verder is gebleken dat de 40 vastgekoekte deeltjes in de membraanfiltratiemodule zeer moeilijk te - 3 - verwijderen zijn, en dat ze het membraanmateriaal kunnen beschadigen. Indien bij de bekende systemen vervuiling geconstateerd wordt, dan wordt de vervuilde membraanfiltratiemodule afgekoppeld, verbonden met een reinigingseenheid en handmatig of semi-automatisch gereinigd. De 5 normale praktijk hierbij is dat de geblokkeerde stromingskanalen geregeld teruggespoeld worden met een reinigingsvloeistof. Dit proces neemt veelal 10 tot 20% van de bedrijfstijd van een membraan-filtratiemodule in. De mogelijkheid hiervan en de frequentie is afhankelijk van het type membraanfiltratiemodule en ligt gebruikelijk 10 in de orde van één tot 60 minuten. Daarnaast kan de membraanfiltratiemodule ook gereinigd worden met een chemische reinigingsvloeistof. Dit gehele proces neemt al snel een half uur tot enkele uren per membraanfiltratiemodule in beslag en wordt wederom afhankelijk van de membraanfiltratiemodule en de bedrijfsvoering 15 uitgevoerd met een frequentie van 1 maal per dag, tot 1 maal per week, of 1 maal per maand tot 1 maal per jaar. Desgewenst kan de membraanfiltratiemodule geopend worden, de geblokkeerde membranen daaruit verwijderd worden, en vervolgens met behulp van borstels, waterstralen of enig ander mechanisch hulpmiddel van de vervuilingen 20 ontdaan worden. Deze reinigingsmethode kost nog meer procestijd en is in het algemeen zeer arbeidsintensief en wordt alleen bij extreme vervuiling en/of verstopping uitgevoerd. Indien daarnaast voorafgaand aan de membraanfiltratiemodule een filter met openingen kleiner dan 5 mm, of meer gebruikelijk kleiner dan 3 mm en als voorkeur kleiner dan 25 1 mm gebruikt wordt, dan dient dit filter zeer geregeld gereinigd te worden.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel de bovengenoemde nadelen ten minste gedeeltelijk te ondervangen, dan wel een bruikbaar alternatief te verschaffen. In het bijzonder heeft de uitvinding 30 tot doel een efficiënt werkende membraanbioreactor te verschaffen die minder hinder ondervindt van vervuiling en/of verstopping.

Dit doel wordt bereikt door een inrichting volgens conclusie 1. De inrichting omvat hierbij een bioreactor met een droog opgestelde of ondergedompelde membraanfiltratiemodule, welke module aan de 35 invoerzijde, alwaar een aansluitkamer is vrijgelaten, is voorzien van een spoelafvoer die uitmondt buiten de fluldumruimte. De spoelafvoer is voorzien van een aanstuurbaar afsluitorgaan. Ook een fluïdum-mengseldoorvoer van de fluldumruimte van het bassin naar de aansluitkamer is voorzien van een aanstuurbaar afsluitorgaan.

40 Daarnaast is een stuureenheid voorzien voor het op gewenste momenten - 4 - afsluiten van de fluïdummengseldoorvoer en het openzetten van de spoelafvoer, en vice versa. Als gevolg hiervan kunnen met voordeel automatisch ten minste de invoerzijde van het membraan en de zich daaronder bevindende aansluitkamer doorgespoeld worden. Tijdens het 5 doorspoelen komen vervuilde en vastgekoekte deeltjes vrij van de invoerzijde en/of van de oppervlakken van de membranen en worden via de openstaande spoelafvoer afgevoerd tot buiten de fluïdumruimte. Nadat het doorspoelen voltooid is, bijvoorbeeld nadat een van te voren ingestelde tijdspanne is afgelopen, kan het behandelingsproces 10 direct hervat worden, door het weer afsluiten van de spoelafvoer en het vrijgeven van de fluïdummengseldoorvoer.

Met voordeel is in de praktijk gebleken dat de spoelstap, mits regelmatig herhaald na een bepaalde periode van normaal bedrijf van de inrichting, er voor zorgt dat de druk aan de invoerzijde van de 15 membraanfiltratiemodule gedurende lange tijd stabiel kan blijven. Dit hangt samen met het feit dat de spoelstap er op efficiënte wijze zorg voor draagt dat de vervuilingen en/of blokkeringen van de stromingskanalen van de membranen weggewassen worden. Verder is gebleken dat de spoelstap het membraanoppervlak, de stromingskanalen, 20 alsmede de invoerzijde van de stromingskanalen intact laat.

De opeenvolging van een periode van fluïdumbehandeling en een periode van doorspoelen wordt hier filtratiecyclus genoemd. Het is mogelijk om na een aantal van dergelijke filtratiecycli, andere reinigingsmethodes toe te passen teneinde de membraanprestatie verder 25 te herstellen. Te denken valt aan het spoelen van de module met toegevoerde perslucht, het gebruik van chemische reinigingsmiddelen, en/of het uit elkaar halen van de membraanfiltratiemodule teneinde de delen afzonderlijk te kunnen reinigen.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm is de stuureenheid 30 ingericht met een teller voor het periodiek initiëren van de spoelstap. De teller kan hierbij zijn ingesteld op een waarde tussen de 0,1-1000 uur, in het bijzonder tussen de 0,2-1000 uur, of meer in het bijzonder tussen de 1-24 uur. Indien de teller de van te voren ingestelde waarde bereikt, draagt de stuureenheid zorg voor het 35 afsluiten van de fluïdummengseldoorvoer en het vrijgeven van de spoelafvoer.

In een andere uitvoeringsvorm is de stuureenheid ingericht voor het starten van het spoelproces in afhankelijkheid van meetwaardes met betrekking tot de prestatie van de membraanfiltratiemodule. Dit 40 kan bijvoorbeeld zijn het meten van druk op bepaalde posities - 5 - binnenin de membraanfiltratiemodule of het registreren van de hoeveelheid energie die benodigd is voor het door de stromingskanalen van de membranen heen voeren van het fluïdum. Een combinatie van initiëringmechanismen is ook mogelijk.

5 De tijd die benodigd is voor de spoelstap kan afhankelijk worden gemaakt van de aangetroffen vervuiling en/of blokkeringen in de stromingskanalen, maar kan ook op een vaste waarde worden ingesteld.

In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt de afsluitbare 10 fluldummengseldoorvoer gevormd door de fluïduminvoer die uitmondt in de aansluitkamer van de membraanfiltratiemodule. De fluïduminvoer is hiertoe voorzien van een aanstuurbaar afsluitorgaan. Deze uitvoeringsvorm is met name voordelig in combinatie met een droog opgestelde membraanfiltratiemodule. In een variant hierop is de 15 membraanfiltratiemodule ondergedompeld voorzien in de fluïdumruimte van een subbassin. De aansluitkamer van de membraanfiltratiemodule is hierbij dan voorzien van één of meerdere instroomopeningen. De afsluitbare fluldummengseldoorvoer kan hierbij worden gevormd door een stromingsverbinding tussen de fluïdumruimte van het bassin en de 20 fluïdumruimte van het subbassin. Deze stromingsverbinding kan dan worden voorzien van een aanstuurbaar afsluitorgaan.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het mogelijk om op de permeaatzijde en/of retentaatzijde en/of op de aansluitkamer van de membraanfiltratiemodule een aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer te 25 voorzien. Deze spoelvloeistof kan er dan voor zorgen dat tijdens de spoelstap een nog grondiger schoonspoelen en afvoeren van de verontreinigingen en/of blokkeringen tot buiten de fluïdumruimte optreedt. Afhankelijk van de geconstateerde vervuiling of blokkering, kan de spoelvloeistof onder een aanzienlijk hogere druk dan de 30 fluïdumdruk in de module tijdens behandeling worden toegevoerd. In het bijzonder kan de spoelvloeistofdruk meer dan 1-20 keer hoger zijn dan de fluïdumdruk tijdens bedrijf, meer in het bijzonder meer dan ΒΙΟ keer hoger.

In een variant of in aanvulling op het toevoeren van 35 spoelvloeistof kan met voordeel ook gebruik worden gemaakt van het reeds binnenin de membraanfiltratiemodule aanwezige fluïdum. Bijvoorbeeld indien de stromingskanalen van de membranen een lengte van 1-6 meter hebben en deze stromingskanalen in verticale richting boven de aansluitkamer zijn opgesteld, bevindt zich in deze 40 stromingskanalen meer dan voldoende fluïdumdruk als gevolg van de - 6 - zwaartekracht. Deze fluïdumdruk zorgt ervoor dat zodra de fluïdum-mengseldoorvoer wordt afgesloten en de spoelafvoer wordt vrijgegeven, dat de stromingskanalen en de aansluitkamer automatisch worden doorgespoeld met het zich in de stromingskanalen bevindende fluïdum.

5 De via de spoelafvoer tot buiten de fluïdumruimte afgevoerde slurrie kan in een externe bezinktank worden verzameld en vervolgens al dan niet na verdere zuivering met een filter terug worden gevoerd naar het bassin van de bioreactor. Aldus kan met voordeel de concentratie aan behandelingsfluïdum in de bioreactor op peil worden 10 gehouden. Ook kan dit in de praktijk met voordeel zorgdragen voor een zodanige periodieke reiniging van het behandelingsfluïdum dat een periodiek reinigen of vervangen van de gehele hoeveelheid behandelingsfluïdum in het bassin niet langer noodzakelijk is. Dit vermindert de stilstandtijd van de inrichting aanzienlijk. Het is ook 15 mogelijk om (een deel van) de slurrie extern af te voeren. Wel zal er dan ter compensatie regelmatig behandelingsfluïdum aan het bassin moeten worden toegevoerd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn gasverdeelmiddelen voorzien die uitmonden in de aansluitkamer van de membraan-20 filtratiemodule. Deze gasverdeelmiddelen voeren tijdens de fluïdumbehandeling gasbellen toe die er mede voor zorgen dat het fluïdum door de stromingskanalen van de module getransporteerd wordt. Tijdens de spoelstap kunnen met voordeel ook de gasverdeelmiddelen gereinigd worden, bijvoorbeeld door het tijdelijk verhogen van de 25 gastoevoerdruk. Aldus wordt voorkomen dat de gasverdeelmiddelen tijdens de fluïdumbehandeling steeds meer druk nodig hebben om gas toe te kunnen voeren. Andere mogelijkheden om deze gasverdeelmiddelen te reinigen zijn spoelen met een fluïdum, bijvoorbeeld permeaat of een vloeistof waaraan reinigingschemicaliën zijn toegevoegd.

30 Verdere voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn vastgelegd in de onderconclusies.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het reinigen van de membranen en de invoerzijde van een membraan-filtratiemodule van een inrichting volgens de uitvinding zoals 35 vastgelegd in de conclusies 28-35, alsmede op het gebruik van een dergelijke inrichting volgens conclusie 36.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin: - 7 - fig. 1 een schematisch aanzicht is van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding met een droog opgestelde membraanfiltratiemodule; fig. 2 een aanzicht is overeenkomstig fig. 1 met 5 ondergedompelde membraanfiltratiemodules; fig. 3 een deelaanzicht is van fig. 1 van een eerste uitvoeringsvariant van de membraanfiltratiemodule; fig. 4 een aanzicht is overeenkomstig fig. 3 van een tweede uitvoeringsvariant; 10 fig. 5 een aanzicht is overeenkomstig fig. 3 van een derde uitvoeringsvariant; fig. 6 een meer in detail uitgewerkt schematisch aanzicht is van een uitvoeringsvariant van.fig. 1; fig. 7 een schematisch aanzicht is van een membraan-15 filtratiemodule met plaatvormige membranen; fig. 8 een aanzicht is overeenkomstig fig. 7 met in een rij geplaatste buisvormige membranen; fig. 9 een aanzicht is overeenkomstig fig. 7 met gebundelde buisvormige membranen; en 20 fig. 10 een sterk vergroot onderaanzicht is van een opengewerkte membraanfiltratiemodule met meerdere gebundelde buisvormige membranen.

In fig. 1 is de inrichting voor het behandelen van een fluïdum 25 in zijn geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 1. De inrichting 1 omvat een bioreactor met een bassin 2 met een fluïdumruimte waarin zich een biomassa bevindt, in het bijzonder actief slib. In het bassin 2 mondt een fluïdumtoevoer 3 uit via welke ruw afvalwater in het bassin 2 geleid wordt. In de fluïdumtoevoer 3 bevindt zich een 30 filter 4 waarmee een eerste zuivering van het afvalwater bereikt wordt. Dit kan een filter met één bepaalde maaswijdte zijn of een serie van verschillende maaswijdtes. In het bassin 2 mengt het afvalwater zich met het actieve slib waardoor zich een fluïdummengsel 5 vormt. Onder in het bassin 2 monden eerste gasverdeelmiddelen 7 uit 35 via welke (een deel van) het fluïdummengsel 5 begast wordt. In het fluïdummengsel 5 wordt het afvalwater door o.a. aërobe reacties met de actieve slibdeeltjes verder gereinigd. Afhankelijk van de geometrie van bassin 2, de plaats van de gasverdeelmiddelen 7, en de stromingspatronen in bassin 2 kunnen verschillende reactiezones 40 optreden. Het fluïdummengsel 5 wordt via een fluïduminvoer 10 - 8 - toegevoerd aan een membraanfiltratiemodule 12. Het is mogelijk om ook in deze toevoerleiding nog een filter op te nemen om vervuilende componenten die niet eerder zijn afgevangen en/of gevormd zijn tijdens de reacties af te vangen. De membraanfiltratiemodule 12 omvat 5 een behuizing 13 waarin zich een membraanoppervlak 14 bevindt. Aan de permeaatzijde van het membraan 14 is een permeaatafvoer 15 voorzien. Aan de retentaatzijde van het membraan 14 is een retentaatafvoer.16 voorzien. De retentaatafvoer 16 mondt uit in het bassin 2. Aan de invoerzijde van de module 12, dat wil zeggen daar waar de 10 fluïduminvoer 10 aansluit op de behuizing 13, bevindt zich een aansluitkamer 18. Onder in de aansluitkamer 18 monden tweede gasverdeelmiddelen 19 uit.. Deze zorgen middels een begassing tijdens fluldumbehandeling voor het schoonhouden van het membraanoppervlak 14, alsmede voor het transport van het fluïdummengsel langs en door 15 het membraanoppervlak 14.

Overeenkomstig de uitvinding is de aansluitkamer 18 voorzien van een spoelafvoer 20. De spoelafvoer 20 is voorzien van een aanstuurbare afsluitklep 21. Evenzo is de fluïduminvoer 10 voorzien van een aanstuurbare afsluitklep 22. Voor het aansturen van de 20 afsluitkleppen 21 en 22 is een stuureenheid 23 voorzien. Na afloop van een periode van fluïdumbehandeling waarin schoon water via de permeaatafvoer 15 wordt afgevoerd, en waarbij tegengehouden fluïdum via de retentaatafvoer 16 wordt teruggevoerd naar het bassin 2, vindt overeenkomstig de uitvinding telkens een spoelstap plaats door middel 25 van een geschikte aansturing van de afsluitkleppen 21 en 22 via de stuureenheid 23. Hierbij wordt de afsluitklep 22 van de fluïduminvoer 10 gesloten en de afsluitklep 21 van de spoelafvoer 20 vrijgegeven. Het zich in de membraanfiltratiemodule 12 bevindende fluïdum (aan de retentaatzijde) heeft dan de vrijheid om naar beneden toe via de 30 aansluitkamer 18 in één keer weg te stromen naar de openstaande spoelafvoer 20. Dit plotseling naar beneden toe wegstromen draagt er op zeer efficiënte wijze zorg voor dat vervuilende componenten binnenin de membraanfiltratiemodule 12, zowel langs het membraanoppervlak als ook in de aansluitkamer 18, naar buiten de 35 module 12 worden afgevoerd. Zodra dit spoelproces voltooid is, zorgt de stuureenheid 23 er voor dat de afsluitklep 21 van de spoelafvoer 20 weer gesloten wordt, en de afsluitklep 22 van de fluïduminvoer 10 weer geopend wordt. Vervolgens kan weer een fluïdumbehandeling worden uitgevoerd, na afloop waarvan weer een spoelstap kan worden 40 uitgevoerd, etc.

- 9 -

De spoelafvoer 20 mondt uit boven een bezinkbak 25. Vanuit deze bezinkbak 25 kan de inhoud op gezette tijden naar een externe opvang worden afgevoerd. Ook is het mogelijk om de inhoud van de bezinkbak 25, of een deel daarvan, terug te voeren naar het bassin 2 via een 5 bezinkselafvoer 26. De bezinkselafvoer 26 kan desgewenst zijn voorzien van een filter 27.

Het bassin 2 is nog voorzien van een spuiafvoer 29 via welke, veelal op discontinue wijze, slib gespuid kan worden.

In fig. 2 is een variant met twee ondergedompelde membraan-10 filtratiemodules getoond. Gelijke onderdelen zijn hierbij aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers als in fig. 1. De inrichting omvat een afzonderlijk subbassin 34 met een fluïdumruimte die via toe- en afvoerleidingen 35, 36 in stromingsverbinding staat met de fluïdumruimte in het bassin 2. In de fluïdumruimte van het subbassin 15 34 zijn twee membraanfiltratiemodules 38 ondergedompeld. Elke membraanfiltratiemodule 38 omvat een omhullende behuizing 40 met daarin het membraanoppervlak 14. Aan de onderzijde begrenst de behuizing 40 een aansluitkamer 42 die wederom voorzien is van een afsluitbare spoelafvoer 20 die uitmondt buiten de fluïdumruimte van 20 het subbassin 34. De plaats van de fluïduminvoer is minder eenduidig duidelijk aan te geven dan in een droog opgestelde uitvoering, en maakt onderdeel uit van één of meerdere instroomopeningen in de aansluitkamer 42 waarin het fluïdummengsel uit het subbassin 34 zich mengt met gas dat is ingebracht door de gasverdeelmiddelen 19, welk 25 mengsel vervolgens langs en door het membraanoppervlak 14 voert. De exacte uitvoering van de fluïduminvoer is afhankelijk van de uitvoeringsvorm van de ondergedompelde membraanfiltratiemodule 38.

De toevoerleiding 35 is voorzien van een aanstuurbare afsluitklep 43. Na afloop van een periode van fluïdumbehandeling, kan 30 nu een spoelstap worden uitgevoerd door middel van een geschikte aansturing van de afsluitkleppen 21 en 43 via de stuureenheid 23. Hierbij wordt de afsluitklep 43 van de toevoerleiding 35 gesloten en de afsluitkleppen 21 van de spoelafvoeren 20 vrijgegeven. Het zich in het subbassin 34 en binnenin de membraanfiltratiemodules 38 35 bevindende fluïdum heeft dan de vrijheid om naar beneden toe via de aansluitkamers 42 in één keer weg te stromen naar de openstaande spoelafvoeren 20. Het fluïdummengselniveau in het subbassin 34 zal hierbij dalen tot het niveau van de aansluitkamers 42, aangezien de spoelafvoeren 20 ter hoogte van de aansluitkamers 42 aanvangen.

40 Indien gewenst kunnen de spoelafvoeren ook op een lager niveau - 10 - aanvangen en/of op een lager niveau van instroomopeningen zijn voorzien, zodat het subbassin 34 verder of zelfs helemaal kan leegstromen. Zodra het spoelproces voltooid is zorgt de stuureenheid 23 er weer voor dat de afsluitkleppen 21 gesloten worden, en de 5 afsluitklep 43 geopend wordt.

Verder is in fig. 2 te zien dat boven in de aansluitkamer 42 een additioneel voorfilter 45 voorzien is, teneinde de aanstroomzijde van de zich in de membraanfiltratiemodule bevindende membranen tegen verstopping te beschermen. Ook dit additionele voorfilter 45 zal 10 tijdens elke spoelstap op efficiënte wijze worden schoongespoeld, waarna de daarvan vrijgekomen slurrie wordt afgevoerd via de spoelafvoer 20. Het voorfilter 45 kan de functie van een eventueel filter in de toevoerleiding 35 aanvullen of zelfs overnemen.

De uitvoeringsvormen in fig. 1 en 2 maken voor de spoelstap 15 beide gebruik van het zich in de membraanfiltratiemodules bevindende fluïdum. Bij de in fig. 3 getoonde variant is in aanvulling hierop een aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer 50 voorzien die is aangesloten op de permeaatzijde van de module 12. Tijdens de spoelstap wordt de afsluitklep 51 van de spoelvloeistoftoevoer 50 tijdelijk vrijgegeven 20 door de stuureenheid. Als gevolg hiervan wordt de ruimte binnenin de module 12, inclusief de membraanoppervlakken 14 en de aansluitkamer 18 verder schoongespoeld. Fig. 4 toont een variant waarbij de afsluitbare spoelvloeistoftoevoer 50 is aangesloten op de retentaatzijde van de module 12. Fig. 5 toont een variant waarbij de 25 afsluitbare spoelvloeistoftoevoer.50 is aangesloten op de aansluitkamer 18 van de module 12. Ook bij deze varianten kan een verdere verbetering van de spoelstap worden verkregen. Het is ook mogelijk om een combinatie van de in de figuren 3-5 getoonde spoelvloeistoftoevoeren te voorzien, zodat afhankelijk van 30 aangetroffen vervuilingen en/of blokkeringen één of meerdere van deze spoelvloeistoftoevoeren kunnen worden vrijgegeven.

Fig. 6 toont een variant van fig. 1 waarbij dezelfde onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid. Alleen de verschilpunten zullen hier kort worden besproken. De eerste 35 gasverdeelmiddelen worden hier gevormd door een zich over de bodem van het bassin 2 uitstrekkende van meerdere uitstroomopeningen voorziene verdeelplaat die is aangesloten op een ventilator 60. Teneinde het fluïdummengsel met meer kracht door de membraanfiltratiemodule 12 te kunnen leiden is in de afsluitbare 40 fluïduminvoer 10 een pomp 62 voorzien. De tweede gasverdeelmiddelen - 11 - 19 die zich in de aansluitkamer 18 bevinden worden gevoed met een gas via een ventilator 64. Tussen de ventilator 64 en de tweede gasverdeelmiddelen 19 is een aanstuurbare afsluitklep 65 voorzien. De module 12 is voorzien van twee membraanplaten 14 waartussen een 5 stromingskanaal 68 is vrijgelaten dat de retentaatzijde vormt. Dit doorstromingskanaal 68 mondt aan de bovenzijde uit in een kamer 69 die via de retentaatafvoer 16 is aangesloten op de fluïdumruimte in het bassin 2. De retentaatafvoer 16 is nog voorzien van een aftakking 70 voor het desgewenst naar een andere locatie afvoeren van 10 retentaat.

Aan de buitenzijde van de membraanplaten 14 bevindt zich de permeaatzijde 72 waarop de permeaatafvoer 15 is aangesloten. De permeaatafvoer 15 is voorzien van een aanstuurbare afsluitklep 74, via welke de permeaatafvoer 15 desgewenst tijdens de spoelstap kan 15 worden afgesloten. Verder omvat de permeaatafvoer 15 een pomp 75 voor het onder druk afvoeren van het gereinigde fluïdum. Het gereinigde fluïdum kan vervolgens worden afgevoerd naar een opvangbak 76 dan wel naar een niet nader getoonde externe locatie. Vanuit de opvangbak 76 kan het behandelde fluïdum tijdens de spoelstap als spoelvloeistof 20 via de spoelvloeistoftoevoer 50 aan de module 12 worden toegevoerd. Teneinde de spoelvloeistof onder voldoende druk toe te kunnen voeren is een pomp 78 voorzien.

De bezinkbak 25 is voorzien van een afsluitbare bezinkselafvoer 80. Verder is de terug naar het bassin leidende bezinkselafvoer 26 25 voorzien van een pomp 81, en mondt de bezinkselafvoer 26 nu uit bij het in de fluïdumtoevoer 3 voorziene filter 4. Aldus is een zeer multifunctionele behandelingsinrichting verkregen waarbij op efficiënte wijze gebruik gemaakt wordt van behandeld fluïdum en afgevoerd retentaat resp. slurrie.

30 Fig. 7 toon een variant van een membraanfiltratiemodule, waarbij gelijke onderdelen wederom zijn aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers als in de voorgaande figuren. Duidelijk te zien is dat de membranen 14 nu van het vlakke plaatvormige type zijn. Ook duidelijk te zien is het voorfilter 45 dat boven in de aansluitkamer 35 18 voorzien is.

Fig. 8 toont een variant van fig. 7 waarbij de membranen 14 meerdere in rijen naast elkaar geplaatste holle vezels of capillairen omvatten.

- 12 -

Fig. 9 toont een variant van fig. 7 waarbij de membranen 14 meerdere in een gebundelde vorm geplaatste holle vezels of capillairen omvatten.

Indien meerdere naast elkaar geplaatste holle vezels of 5 capillairen of tubulairen als membranen worden gebruikt, in het bijzonder in een gebundelde vorm, dan kunnen deze tezamen met voordeel een voorfilter vormen. Deze kan de functie van het in fig. 9 voorziene voorfilter 45 en/of het eerder genoemde eventuele filter in de fluïduminvoer overbodig maken of de taak daarvan aanzienlijk 10 vergemakkelijken. Zo kan bijvoorbeeld voor het voorfilter 45 dan een grotere maaswijdte worden gekozen. Fig. 10 laat de werking als voorfilter van de meerdere naast elkaar liggende holle vezels of capillairen of tubulairen zien.

Naast de getoonde uitvoeringsvormen zijn vele varianten 15 mogelijk. Zo kunnen de membranen en/of de membraanfiltratiemodules zowel horizontaal als verticaal of in andere posities worden opgesteld. Ook is het mogelijk om bij de ondergedompelde variant de membraanfiltratiemodules direct in het bassin te plaatsen. Hierbij kan desgewenst nog een scheidingswand in het bassin worden geplaatst 20 tussen het gedeelte waarin de membraanfiltratiemodule voorzien is en het gedeelte waar het inkomende fluïdum naar binnen stroomt.

Verder kan de uitvinding toegepast worden op allerlei mogelijke type membranen. Dit geldt zowel voor de vorm (bijvoorbeeld maar niet uitputtend vlak of elk mogelijke diameter), filtratiezijde 25 (binnenzijde of buitenzijde) of materiaal (bijvoorbeeld polymeer of keramisch).

Daarnaast is de uitvinding toepasbaar op elk membraanproces waaruit een membraanbioreactor is opgebouwd. Thans gebruikelijk zijn processen die aangeduid worden met microfiltratie of ultrafiltratie, 30 maar ook andere membraanprocessen zoals nanofiltratie en omgekeerde osmose/hyperfiltratie zijn mogelijk.

Aldus is volgens de uitvinding een membraanbioreactor verschaft met een aanzienlijk verbeterde werking dankzij de voorziening met het periodiek doorspoelen van de membraanfiltratiemodules en eventueel 35 gecombineerd hiermee de gasverdeelmiddelen met afvoer tot buiten de fluidumruimte. De spoelstap wordt met voordeel gecombineerd met het . geïntegreerd reinigen van het behandelingsfluïdum respectievelijk het periodiek spuien daarvan.

1031926

Claims (36)

1 Od - 14 -

1. Inrichting voor het behandelen van een inkomend fluïdum, omvattende: 5. een bioreactor met een bassin (2) met een fluïdumruimte die bestemd is om ten minste gedeeltelijk gevuld te worden met een behandelingsfluïdum; - èen in het bassin (2) uitmondende fluïdumtoevoer (3) voor het tijdens bedrijf aan het behandelingsfluïdum toevoeren en daarmee 10 vermengen en behandelen van het inkomende fluïdum tot een flüïdummengsel (5); en - een membraanfiltratiemodule (12) omvattende een behuizing (13) met één of meerdere daarin opgenomen membranen (14), een invoerzijde, een permeaatzijde en een retentaatzijde, 15 waarbij de behuizing (13) een aansluitkamer (18) aan de invoerzijde van de membranen (14) begrenst waarin een fluïduminvoer (10) uitmondt die in verbinding staat met de fluïdumruimte van het bassin (2), en waarbij de behuizing (13) verder een op de permeaatzijde aangesloten permeaatafvoer (15), en een op de retentaatzijde aangesloten 20 retentaatafvoer (16) omvat; met het kenmerk, dat een afsluitbare spoelafvoer (20) is voorzien die enerzijds in verbinding staat met de aansluitkamer (18) en anderzijds uitmondt buiten de fluïdumruimte, 25 een fluïdummengseldoorvoer van het bassin (2) naar de aansluitkamer (18) afsluitbaar is, en dat een stuureenheid (23) is voorzien voor het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van de spoelafvoer (20), en vice versa, ten behoeve van het periodiek doorspoelen van ten minste 30 de invoerzijde van de membranen (14) en de zich daaronder bevindende aansluitkamer (18) . '

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de afsluitbare fluïdummengseldoorvoer wordt gevormd door de van een afsluitorgaan 35 (22) voorziene fluïduminvoer (10) die uitmondt in de aansluitkamer (18) .

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij op de permeaatzijde van de membraanfiltratiemodule een door de stuureenheid 40 aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer is aangesloten.

4. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij op de retentaatzijde van de membraanfiltratiemodule een door de stuureenheid aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer is aangesloten. 5

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij op de afsluitbare fluldummengseldoorvoer een externe door de stuureenheid aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer is aangesloten.

6. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de spoelafvoer uitmondt in een bezinkbak.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de bezinkbak is voorzien van een terug naar het bassin leidende bezinkselafvoer. 15

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij de bezinkselafvoer van de bezinkbak naar het bassin via een filter verloopt.

9. Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de bezinkbak is 20 voorzien van een bezinkselafvoer naar een extern systeem niet zijnde het bassin.

10. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de retentaatafvoer terug naar het bassin leidt. 25

11. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij eerste gasverdeelmiddelen zijn voorzien die uitmonden onder in de fluïdumruimte van het bassin.

12. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij tweede gasverdeelmiddelen zijn voorzien die uitmonden in de aansluitkamer van de membraanfiltratiemodule.

13. Inrichting volgens conclusie 12, waarbij op de gasverdeel- 35 middelen een door de stuureenheid aanstuurbare spoelvloeistoftoevoer is aangesloten.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij op de spoelvloeistoftoevoer een persluchtleiding is aangesloten. 40 - 15 -

15. Inrichting volgens één van de conclusies 3, 4, 5, 13 of 14, waarbij op de spoelvloeistoftoevoer een leiding met een externe 5 spoelvloeistof is aangesloten.

16. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het behandelingsfluïdum biomassa is, in het bijzonder actief slib.

17. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de membranen plaatvormig zijn.

18. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de membranen buisvormig zijn.

19. Inrichting volgens conclusie 18, waarbij de membranen tubulairen omvatten.

20. Inrichting volgens conclusie 18, waarbij de membranen 20 capillairen omvatten.

21. Inrichting volgens conclusie 18, waarbij de membranen holle vezels omvatten.

22. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de membraanfiltratiemodule tijdens bedrijf is ondergedompeld in het fluïdummengsel.

23. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de 30 fluïdumruimte van het bassin een door een scheidingswand afgescheiden gedeelte omvat waarin de membraanfiltratiemodule voorzien is.

24. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een afzonderlijk subbassin is voorzien met een fluïdumruimte die via 35 een toevoerleiding in stromingsverbinding staat met de fluïdumruimte van het genoemde bassin, waarbij de membraanfiltratiemodule voorzien is in de fluïdumruimte van het subbassin. - 16 -

25. Inrichting volgens conclusie 24, waarbij de afsluitbare fluïdummengseldoorvoer wordt gevormd door de van een afsluitorgaan voorziene toevoerleiding tussen het bassin en het subbassin.

26. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de membraanfiltratiemodule buiten de fluïdumruimte van het bassin geplaatst is.

27. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij 10 meerdere buisvormige membranen tezamen gebundeld zijn, en waarbij de invoerzijde van de bundel buisvormige membranen een reinigende/filterende additionele voorziening van het fluïdummengsel vormt, in het bijzonder met filterwerking.

28. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in de aansluitkamer aan de invoerzijde van de membranen van de membraanfiltratiemodule een reinigende/filterende additionele voorziening voor het fluïdummengsel voorzien is, in het bijzonder een filter. 20

29. Werkwijze voor het reinigen van de membranen en de invoerzijde van een membraanfiltratiemodule van een inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, omvattende de stappen: - het vullen van het bassin met een behandelingsfluïdum; 25. het aan het zich in het bassin bevindende behandelingsfluïdum toevoeren en daarmee vermengen en behandelen van een inkomend fluïdum tot een fluïdummengsel; - het toevoeren van het fluïdummengsel aan de membraanfiltratiemodule; 30. het afvoeren van door de membranen gefilterd permeaat en tegengehouden retentaat; - het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van de spoelafvoer, waardoor ten minste de invoerzijde van de membranen en de zich hieronder bevindende aansluitkamer van de 35 membraanfiltratiemodule worden doorgespoeld.

30. Werkwijze volgens conclusie 29, waarbij het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van de spoelafvoer geïnitieerd wordt door een teller, tijdsverloop, ter plaatse 40 heersende druk, en/of een berekend transmembraandrukverschil. - 17 -

31. Werkwijze volgens conclusie 29 of 30, waarbij tijdens het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van de spoelafvoer een spoelvloeistof wordt afgegeven aan de pemeaatzijde 5 van de membraanfiltratiemodule.

32. Werkwijze volgens één van de conclusies 29-31, waarbij tijdens het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van de spoelafvoer een spoelvloeistof wordt afgegeven aan. gasverdeel- 10 middelen die uitmonden in de aansluitkamer van de membraanfiltratiemodule .

33. Werkwijze volgens één van de conclusies 29-32, waarbij tijdens het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van 15 de spoelafvoer een spoelvloeistof wordt afgegeven aan de retentaatzijde van de membraanfiltratiemodule.

34. Werkwijze volgens één van de conclusies 29-33, waarbij tijdens het periodiek sluiten van de fluïdummengseldoorvoer en vrijgeven van 20 de spoelafvoer een spoelvloeistof wordt afgegeven aan de invoerzijde van de membraanfiltratiemodule.

35. Werkwijze volgens één van de conclusies 29-34, waarbij de stap van het aan het zich in het bassin bevindende behandelingsfluïdum 25 toevoeren en daarmee vermengen en behandelen van een inkomend fluïdum tot een fluïdummengsel in een continu proces plaatsvindt.

36. Gebruik van een inrichting volgens één van de conclusies 1-28 voor het reinigen van afvalwater. 1 03 1 926