NL2000586C2 - Werkwijze voor het filtreren van een fluïdum. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het filtreren van een fluïdum

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het filtreren van een fluïdum. De werkwijze omvat de stap van het meten van de filterweerstand R tijdens de filtratie.

5 De uitvinding heeft betrekking op het filtreren van fluïda in het algemeen, met gebruikmaking van een filter-medium. Voor het reinigen van deze filters of voor het doen terugkeren naar hun oorspronkelijke werking zijn alle soorten reinigingsmethoden beschikbaar, die in het algemeen specifiek 10 zijn ontwikkeld voor een bepaald filtratiemedium. Voor de duidelijkheid zal de onderhavige beschrijving echter in hoofdzaak zijn gericht op het filtreren van vloeistoffen en membraanfiltratie in het algemeen met gebruikmaking van aan membraanfiltratie gerelateerde reinigingsmethoden zoals, maar 15 niet beperkt tot, terugspoelen ("backwashing") en chemisch reinigen.

Filtratie zoals, maar niet beperkt tot, membraanfiltratie en in het bijzonder microfiltratie of ultrafiltratie, is een algemeen toegepaste methode voor de vervaardiging van 20 drinkwater of proceswater of voor de behandeling van afvalwater. Echter, (onomkeerbare) membraanvervuiling is een beperking bij de toepassing van deze technologie. De ophoping van het tegengehouden materiaal op het membraanoppervlak leidt tot een toename in de bedrijfskosten, vanwege een 25 verhoogde energieconsumptie en de noodzaak van een periodieke reiniging. Voor het verminderen van deze bewerkingskosten is het nodig om het vervuilingsgedrag te regelen. Vervuiling kan worden onderscheiden in omkeerbare en onomkeerbare vervuiling. Omkeerbare vervuiling wordt makkelijk verwijderd 30 onder invloed van hydrodynamische krachten die worden uitgeoefend tijdens een terugspoelbewerking of een "cross -flow" bewerking. Onomkeerbare vervuiling is niet (of zeer moeilijk) te verwijderen onder deze omstandigheden. Of de vervuiling reversibel is of niet hangt af van de interactie 35 tussen de fysiochemische voedingswaarde-eigenschappen, 2000586 2 membraaneigenschappen en bewerkingsomstandigheden.

Bij de waterbehandeling kan de bron van de voedingsstroom vele oorsprongen hebben, zoals de volgende, hoewel deze opsomming geen volledige opsomming is: 5 • boorgatwater • grondwater • oppervlaktewater (meren, rivieren) • zee- of brakwater 10 · industrieel en/of huishoudelijk effluent • industrieel of huishoudelijk influent • alle soorten afval- of/en weggelekte (waterige) stromen, zoals zandfilterspoelwater, gereinigd (CIP, "cleaning-in-place") afvalwater, enz., 15 terwijl vele andere vloeistoffen worden geproduceerd of gezuiverd door één of meerdere filtratiestappen, zoals bier, wijn, sappen, enz.

Al deze voedingsstromen bevatten verschillende 20 componenten die het filteroppervlak of het filtermedium in meerdere of mindere mate op een omkeerbare of onomkeerbare wijze vervuilen. Deze vervuilingswerkwijze hangt niet alleen af van de fluïda die moeten worden gefiltreerd, maar ook van de eigenschappen van het filtermedium zelf (zoals bijvoor-25 beeld de porieafmeting, oppervlaktelading of hydrofobiciteit in het geval van een membraan). Bovendien kan het vervuilingsregime ook afhangen van de procesomstandigheden, zoals voorbehandelingen, extra filterhulpmiddelen, temperatuur, pH, reinigingsregimes, enz.

30 Gewoon water, zoals bronwater, kan een groot aantal verschillende componenten bevatten waardoor het moeilijk wordt om dit water te karakteriseren. In het algemeen is het echter gebleken dat (onomkeerbare) vervuiling van een membraan door natuurlijk organisch materiaal ("Natural 35 Organic Matter", NOM) wordt verslechterd door een afneme nde pH, toenemende elektrolyt concentratie, toenemende NOM molecuulgewicht, toenemende NOM hydrofobiciteit en toevoeging van tweewaardige kationen (bijvoorbeeld Ca2+) . Vanwege de 3 complexiteit van de chemie van de oplossing in natuurlijke soorten water, zijn de NON eigenschappen zeer bronspecifiek en er vinden veranderingen plaats aan de hand van het seizoen en lange termijn.

5 Wanneer men de membraaneigenschappen bekijkt, ziet men dat een onomkeerbare vervuiling wordt verhoogd wanneer de membraan ruw of hydrofoob is of wanneer de porieafmeting ongeveer gelijk is aan de deeltjesafmeting. Voor andere filtermedia zullen andere processpecifieke filtermedia -10 eigenschappen overeenkomstige effecten hebben op het vervuilingsgedrag van het filtermedium.

In de stand van de techniek zijn methoden voor het verwijderen van vervuiling van een membraan bekend. De effectiviteit van deze methoden kan bijvoorbeeld worden 15 verbeterd door een voorbehandelingsmethode om een onomkeerbare vervuiling tegen te gaan en om zodoende in s taat te zijn de membraanfiltratiebewerking voort te zetten onder economisch geschikte omstandigheden. Sommige voorbehandelingsopties voor voedingswater bij ultrafiltratie 20 zijn: (pre-)coagulatie, dosering van geactiveerde koolstof (poedervormig of gegranuleerd) of ozonatie. Pre-coagulatie omvat twee afzonderlijke stappen waarbij dosering van een coagulant wordt gevolgd door gebruikelijke flotatie of sedimentatie. De bovenliggende vloeistof wordt dan gebruikt 25 als voeding voor het filtratieproces. De onderhavige uitvinding wordt echter verduidelijkt aan de hand van een inlijn coagulatie, welke wordt omvat door een toediening van een coagulant voorafgaand aan de membraanfiltratie zonder een flotatie/sedimentatiestap of een pre-filtratiestap. Andere 30 procesparameters kunnen echter worden gekozen, afhankelijk van het filtratieproces.

Behalve in-lijn coagulatie zijn andere methoden voor het verwijderen van vervuiling van een membraanfilter de volgende: 35 · voorwaartsspoeling ("cross-flow") met alle soorten media zoals de vloeistof die moet worden gefiltreerd, andere vloeistoffen (bijvoorbeeld het permeaat) of een mengsel van 4 vloeistoffen en gassen; • terugspoelen; • chemisch verbeterde terugspoeling; • in situ reiniging (CIP); 5 · relaxatie van het systeem; • elke combinatie daarvan; • enz., afhankelijk van het filtratieproces en het filtermedium.

10 Ten behoeve van de beschrijving van de uitvinding is de gebruikte reinigingsmethode niet van belang en de stappen die moeten worden uitgevoerd zullen specifiek zijn voor een bepaald soort vervuiling en zullen moeten worden bepaald door een ervaren of deskundig persoon.

15 Overeenkomstig de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze, zoals die staat beschreven in de aanhef, de stappen welke zijn genoemd in conclusie 1.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijzen zijn genoemd in de afhankelijke conclusies. Het voorkeur en het voordeel van 20 de werkwijzestappen in elke afzonderlijke conclusie zullen duidelijk worden uit de beschrijving en de voorbeelden.

Afhankelijk van het betreffende filtratieproces kunnen vele procesparameters worden gedefinieerd en gebruikt voor het regelen van het proces, zoals: 25 1. dosering van een filterhulpmiddel, zoals een coagulant, 2. verandering van voedingseigenschappen, zoals temperatuur (viscositeit), pH, enz.

30 3. verandering van filtermediumeigenschappen, zoals oppervlaktelading, pakkingsdichtheid, enz.

4. productie (flux) niveau 5. productietijd 35 6. terugspoelniveau 7. terugspoeltijd 8. (chemische) reinigingstijd en fluxniveau 9. hydrodynamische omstandigheden, zoals 5 vloeistofsnelheid of gassnelheid (continu of intermitterend) 10. (chemische) reinigingsomstandigheden, zoals chemisch type, concentratie, frequentie, tijd, 5 temperatuur, combinaties van parameters, enz.

11. elke combinatie van twee of meer van de hiervoor genoemde procesparameters 12 . elke combinatie van (eventueel dimensieloze) verhoudingen gebaseerd op twee of meer van de 10 hiervoor genoemde procesparameters en karakeristieke filtermediumeigenschappen (zoals Re-getal, Fanning-factor, en dergelijke).

13. enz.

15 Het voordeel dat wordt verkregen met de werkwijze overeenkomstig de onderhavige uitvinding, en tijdens welke de weerstand wordt gehouden tussen vooraf te bepalen ingestelde waarden tijdens de filtratie, is dat de mate van onomkeerbare vervuiling laag wordt gehouden en elke vervuiling die wordt 20 verkregen makkelijk kan worden verwijderd met gebruikmaking van een geschikte reinigingsmethode. Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt een coagulant toegevoegd, ten gevolge waarvan de weerstandswaarde wordt beperkt en de vervuiling in grote mate 25 reversibel (omkeerbaar) zal blijven.

Uitvoeringsvormen die de voorkeur hebben worden specifiek genoemd in de afhankelijke conclusies. Een deskundige in de techniek is echter eenvoudig in staat om de beschreven uitvoeringsvormen te wijzigen om alternatieven te 30 verschaffen die alle deel uitmaken van de onderhavige uitvinding.

Het voordeel van de uitvinding wordt nu als voorbeeld aangetoond onder verwijzing naar het gebruik van een coagulant, dat wordt gebruikt voor het verminderen van de 35 weerstand. In plaats van het gebruik van de concentratie van het coagulant als regelparameter, kan elke andere geschikte regelparameter (of set van regelparameters) worden gekozen waarmee het mogelijk is om de weerstand in het aankomende 6 filtratie-interval te verminderen. Dit interval wordt gedefinieerd als het tijdsframe waarin bij voorkeur geen regelparameters zullen worden veranderd en het verloop van de filtratieweerstand zal met de tijd worden gevolgd. Wanneer in 5 het vooraf gedefinieerde filtratie-interval de filtratieweerstand echter te veel toeneemt, kan een tussenliggende verandering in een regelwaarde worden geïnitieerd om het optreden van een onomkeerbare vervuiling te voorkomen, of, in het ultieme geval, kan de 10 filtratiesequentie worden gestopt en een normale of zelfs een verbeterde filterreiniging kan worden uitgevoerd. Vervolgens wordt de weerstand opnieuw bepaald, worden één of meerdere regelparameters veranderd en de filtratie begint opnieuw, gebaseerd op de nieuwe instellingen.

15 In het algemeen wordt de weerstand gemeten aan het begin van elke filtratiestap. Dit kan ook worden gedaan aan het eind van elke reinigingscyclus, oftewel nadat een terugspoeling of een chemisch verbeterde terugspoeling zijn uitgevoerd, en die in het algemeen dezelfde tijdstippen 20 betreffen. Meer in het algemeen kan de bepaling van de weerstand ook worden uitgevoerd tijdens elk filtratie -interval of een afzonderlijk beginpunt en eindpunt, waarna deze waarden worden vergeleken met een set referentiewaarden. Op basis van deze meting wordt de hoeveelheid coagulant (of 25 de waarde van elke andere regelparameter) bepaald. Wanneer tijdens de filtratie de weerstand toeneemt tot een vooraf bepaalde waarde, wordt het filter gereinigd, bijvoorbeeld door middel van een terugspoeling of een chemische reiniging, zoals algemeen bekend is in de techniek. De keuze van de 30 maximale weerstandswaarde kan worden bepaald op basis van een bekend gedrag van het filter, bijvoorbeeld op welk moment een onomkeerbare vervuiling wordt verkregen.

Voor zover een toediening van een coagulant (ook wel bekend onder de naam "filterhulpmiddel") wordt beschouwd, is 35 de onderhavige uitvinding gericht op een werkwijze van in-lijn coagulatie, om zodoende de filtratie van een vloeistof met een membraanfilter te verbeteren. Het is gebleken dat een in-lijn coagulatie in enige mate voordelig kan zijn voor de 7 werking van het filtratieproces. Bijvoorbeeld kan een vermindering in de hydraulische weerstand van de vervuilende laag worden gezien. Dit suggereert dat ofwel een meer permeabele koek wordt gevormd of dat het inwendige 5 membraanoppervlak beter beschermd is tegen vervuilende stoffen. Voorts is een hydraulische reiniging effectiever. Tenslotte is de permeaatkwaliteit beter vanwege de verbeterde NOM en turbiditeitsverwijdering. Dit verbetert de werking van opvolgende processtappen (bijvoorbeeld RO/NF) en vermindert 10 de benodigde concentratie van voorlopers van nevenproducten van desinfectanten.

De toepassing van een in-lijn coagulatie, zoals gebruikt in de stand van de techniek, heeft echter nadelen. Ten eerste vormt het een groot deel van de bedrijfskosten 15 vanwege de consumptie van chemicaliën en de verhoogde afvoerkosten van de concentraatstroom. Ten tweede verminderen overblijvende stoffen van het coagulant in het permeaat, veroorzaakt door overdosering, de kwaliteit van het product en bovendien kan dit leiden tot problemen met een 20 benedenstroomse beperking, bijvoorbeeld RO. In sommige gevallen is zelfs gezien dat de dosering van een coagulant de werking van een membraanfiltratie op nadelige wijze beïnvloedt.

Derhalve is het volgens een overeenkomstige 25 voorkeurs-uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding een doel om een goede doseringsstrategie van een coagulant te verschaffen, die gebruik maakt van de minimale toevoeging, waarbij het filtratieproces een gewenste werking vertoont.

Dit is anders dan de gebruikelijke optimale 30 coagulantconcentratie overeenkomstig de stand van de techniek, die is gericht op de concentratie waarbij goede sedimentatieresultaten worden verkregen. Het voordeel van de onderhavige uitvinding is dat, in vergelijking met het gebruikelijke optimum, een onder-dosering nog steeds leidt 35 tot zowel een goede filtratie-eigenschap als goede verwijdering van NOM. Deze observatie is een verdere motivatie voor de wens van een werkwijze voor minimale dosering van coagulanten.

8

In de techniek is de algemene praktijk om de optimale conventionele dosering toe te passen, die gewoonlijk wordt gevonden door zogenoemde "jar tests" of om een aantal concentraties in een proeffabriek te testen en de meest 5 geschikte te kiezen. Wanneer de dosering echter niet continu wordt aangepast aan de seizoensomstandigheden en de lange termijnveranderingen, die in de watersamenstelling optreden, zullen veranderingen van andere bedrijfsinstellingen en geleidelijke veranderingen in membraaneigenschappen een 10 onderdosering of een overdosering tot gevolg hebben.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding wordt deze aanpassing verkregen door een terugkoppelingsregeling ("feedback" regeling).

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 15 regelsysteem, omvattende de volgende stappen: het meten van een filterweerstandswaarde; een vergelijking van de gemeten filterweerstandswaarde met een set vooraf bepaalde filterweerstandswaarden en overeenkomstige instelling van één of meerdere procesregelparameters (zoals, maar niet beperkt 20 tot waarden voor coagulantdosering); en het bepalen van een overeenkomstige waarde van de regelparameter (bijvoorbeeld de waarde van de coagulantdosering) uit die set.

Het eerste doel van een in-lijn coagulatie is een stabilisatie van het filtratieproces; verbetering van de 25 permeaatkwaliteit door een verbeterde NOM verwijdering is van secundair belang. Overeenkomstig de onderhavige uitvinding wordt slechts stabilisatie van de filtratieseguentie beschouwd. Derhalve dient de hoeveelheid vervuiling die de gelegenheid krijgt om zich op te hopen tussen twee intensieve 30 reinigingsfasen (zoals chemische reinigingsfasen tijdens membraanfiltratie) binnen bepaalde grenzen te worden gehouden .

Om dit regeldoel te verkrijgen, dient deze eerst te worden gekwantificeerd. De weerstand is een goede maat voor 35 de hoeveelheid vervuiling die zich in het systeem bevindt en zal dienen als regelvariabele. De weerstand is de som van membraanweerstand RM en een progressief toenemende ver-vuilingsweerstand Rf. In het geval van membraanfiltratie 9 relateert de wet van Darcy de weerstand aan de flux J, de transmembraandruk ΔΡ en de'-viscositeit η: ΔΡ 5 Rm + Rf = - (1) qj

Fig. 1 toont de weerstand tijdens een serie 10 opvolgende filtraties en terugspoelingen tussen twee chemische reinigingsfasen. De initiële weerstand Ro is de weerstand aan het eind van een terugspoeling of aan de start van een filtratiefase. Het doel, een stabilisatie van de filtratiesequentie, is het regelen van de eindweerstand 15 voorafgaand aan de chemische reiniging.

In principe dient de bedrijfsvariabele die de grootste invloed heeft op de geregelde variabele, te worden gekozen als de gemanipuleerde variabele. De coagulant -concentratie en de filtratieflux zijn de variabelen die het 20 meest duidelijk invloed hebben op de reversibiliteit. De coagulantconcentratie wordt gekozen omdat de reversibiliteit zeer gevoelig is voor veranderingen in deze concentratie. Voorts is de filtratieflux direct gerelateerd aan het geproduceerde volume. In veel situaties wordt het ge-25 produceerde volume bepaald door een externe vraag of economische beschouwingen, en derhalve kan de f iltratieflux niet vrij worden gemanipuleerd.

De regelconfiguratie is de structuur waarin de informatie van de beschikbare metingen naar de gemanipuleerde 30 variabele kan worden doorgetrokken. De interactie tussen de fysiochemische voedingswatereigenschappen en het membraan-oppervlak onder invloed van de coagulantdosering en andere bedrijfsomstandigheden, is zeer complex. Een terug-koppelingsregelaar wordt gekozen omdat de terugkoppeling het 35 mogelijk maakt om te gaan met systemen waarvan het gedrag niet geheel bekend is. De regelconfiguratie, waarbij een terugkoppeling wordt gebruikt om de coagulantdosering aan te passen teneinde de beginweerstand te regelen, is getoond in 10 fig. 2.

Gewoonlijk wordt een terugkoppelingsregelaar gebruikt om de geregelde variabele op een invariante instelwaarde te houden. Het regeldoel vereist echter niet dat 5 de mate van vervuiling constant blijft, met dien verstande dat de eindwaarde aanvaardbaar is. De natuurlijke vorm van een filtratieseguentiecurve toont aan dat enige ophoping van vervuilende stoffen tijdens de opvolgende filtraties wordt verkregen. Gebaseerd op de vorm van de geobserveerde 10 weerstandstrajecten, wordt een uitdrukking voor een gewenst initieel weerstandstraject als functie van het cumulatieve gefilterde volume per eenheid oppervlak (VF) aangenomen: _ . . -Vp /Veq l5 Ro,d(VP) -Rm + CXiVF + Rr * (1 - e ) (2)

Hierbij wordt aangenomen dat de initiële weerstand van de eerste filtratie na een chemische reinigingsfase de membraanweerstand RM is. Dit laat drie vrijheidsgraden over 20 om een traject te definiëren, waarbij ai de eindhelling is, Rr een stijging van de exponentiële toename is en Veq het karakteristieke volume is. Het resulterende traject kan lineair, exponentieel of een combinatie daarvan zijn. Twee voorbeelden van gewenste initiële weerstandstrajecten zijn 25 getoond in fig. 3 en aangeduid door een vaste en een onderbroken lijn. De cirkels in de figuur geven de gemeten waarden weer van de initiële weerstand voor een aantal opvolgende (subsequente) filtratiefasen. Wanneer de vaste lijn in de figuur wordt gekozen als gewenst traject, toont ε 30 het verschil aan tussen de gemeten en de gewenste initiële weerstand, wat de regelfout is·. Wanneer F het filtratienummer is, het gewenste initiële weerstandstraject wordt weergegeven door Ro,d (Vf (i]f) ) en de gemeten initiële weerstand wordt weergegeven door Ro (r)F) is, kan de regelfout worden 35 gedefinieerd door vergelijking 3.

11 ε(ηΡ) = R0 (ηΡ) _Ro,d (VF (%) ) ^

De regelaar is het algoritme dat bepaalt op welke 5 wijze de informatie die wordt verkregen uit het proces (de regelfout) wordt gebruikt om de gemanipuleerde variabele aan te passen. Omdat een traject voor de initiële filtratie-weerstand wordt gevolgd, wordt de coagulantconcentratie eenmaal per filtratie aangepast, namelijk op het moment dat 10 de initiële weerstand wordt geschat. Een discrete PI-regelaar wordt derhalve gebruikt die kan worden gegeven in de snelheidsvorm door: 15 C(r}F + 1) = C (ηΡ) + K ( {1 + 1/ηι) ε (ηΡ)-ε (ηΡ -1)) (4) waarbij Κ de stijging van de regelaar is, het integratie-interval van de regelaar is. De grenzen kunnen worden gegeven door: 20

Cib < C(ijF) < Cub (5)

Voorbeelden 25 De experimenten werden uitgevoerd op proef - fabriekschaal, in een filtratie-eenheid die schematisch is aangeduid in fig. 4. Twee Norit-XIGA™ SXL-225 FSFC modules met een ·filtratieoppervlak van elk 40 m2 werden gebruikt.

Deze bestaan uit holle vezelige poreuze PES/PVP membranen met 30 een inwendige diameter van 0,8 mm en een effectieve lengte van ongeveer 1,5 m. Het inwendige vezelvolume is ongeveer 16 1, het additionele dode volume van het systeem is geschat op 8 1.

Het voedingswater werd onttrokken aan het 35 Twentekanaal en onderworpen aan een voorfiltratie (200 pm mesh afmeting) om te voorkomen dat te grote deeltjes in het systeem binnenkomen. Het voedingswater werd gebufferd in een continu ververste en goed geroerde voedingstank.

12

Filtratiesequenties werden voorafgegaan door een chemische reinigingsprocedure. Deze bestaat uit 20 minuten onderdompelen in een oplossing van NaOH bij een pH 11 met toevoeging van 100 dpm NaOCl. Dit werd gevolgd door 20 5 minuten onderdompeling in een HC1-oplossing bij een pH 2.

Een in de handel verkrijgbaar polyalumina coagulant werd gebruikt. Om een nauwkeuriger dosering van de basisoplossing te verkrijgen, werd deze verdund met een factor 10. Dit werd gedaan door een mengsel van water en zoutzuur met 10 dezelfde pH als de basisoplossing. De coagulantconcentratie werd geregeld door een stroomverhoudingsregeling op een doseerpomp. Het mengpunt is gelegen op een positie juist voor de filtratiepomp.

Een open lus-experiment werd uitgevoerd, waarbij de 15 resultaten zijn getoond in fig. 5. De filtratieflux (JF = 75 1/m2 per uur), gefiltreerd volume (VF = 0,025 m3/m2) , terugspoelflux (JB = 250 1/m2 per uur) en terugspoeltijd (tB = 60 seconden) werden alle constant gehouden. De bovenste grafiek toont de stapsgewijze veranderingen die werden 20 uitgevoerd in de coagulantconcentratie, terwijl de onderste grafiek het effect toont van deze veranderingen op de initiële weerstanden. Hieruit blijkt dat door het verlagen van de concentratie de initiële weerstand toeneemt en omgekeerd, en dat deze effecten plaatsvinden binnen een paar 25 filtratiefasen. Dit bevestigt dat de coagulantconcentratie een geschikte regelvariabele is.

Wanneer met meer detail wordt gekeken naar fig. 5, kan men zien dat tijdens de eerste 81 filtraties bij een concentratie van 1,0 dpm, de weerstand een stabiele waarde 30 van 7,45 x 1011 m”1 bereikt. Na een opvolgende periode van 83 filtraties bij een concentratie van 0,5 dpm, nam de concentratie opnieuw toe tot 1,0 dpm. Dit leidt tot een stabiele weerstand van 9,60 x 1011 m'1. Hieruit werd geconcludeerd dat het effect van het verminderen van de concentratie niet nood-35 zakelijkerwijs reversibel is door verhoging van de concentratie .

Een systeem wordt aangeduid als regelbaar wanneer door gebruik van toelaatbare invoeren het mogelijk is om het 13 systeem over te brengen vanuit elke initiële toestand naar elke uiteindelijke toestand. Omdat onomkeerbare vervuiling niet kan worden verwijderd, is het per definitie niet mogelijk om enige uiteindelijke toestand vanuit enige 5 bepaalde initiële toestand te bereiken. Een regelbaarheid is een belangrijke eigenschap van systemen om te kunnen worden geregeld en het intrinsieke ontbreken van deze eigenschap heeft een belangrijk gevolg: het traject van instelpunten moet met zorgvuldigheid worden gekozen om zeker te stellen 10 dat de regelaar in staat is om het gewenste traject af te lopen. Wanneer wordt getracht een niet-bereikbaar instelpunt te gebruiken, kan het geregelde systeem onstabiel zijn.

Uit fig. 5 wordt bepaald dat een verandering in de coagulantconcentratie van 0,5 dpm leidt tot een weerstands -15 verandering die gelijk is aan ongeveer 4 x 1011 m”1, wat ongeveer gelijk is voor zowel een verhoging als een verlaging van de coagulantconcentratie. Gebaseerd op deze proces-stijging dient een geschikte stijging van de coagulant-regelaar ongeveer 1 x 10~12 dpm m te zijn. Het aantal 20 filtraties dat nodig is om het grootste deel van de verandering te verkrijgen, wordt ruwweg geschat op 20. De reactie op een toename van de coagulantconcentratie is veel sneller (ongeveer 5 filtraties). Gebaseerd op deze aantallen dient het integratie-interval van de coagulantregelaar gelijk 25 te worden gekozen aan ongeveer 10 filtraties.

De keuze van de gewenste initiële weerstands-trajectparameters is in principe willekeurig. Een grote verscheidenheid aan trajecten kan derhalve worden verkregen, die kunnen worden gekozen om te voldoen aan bepaalde 30 bedrijfsdoelen. De keuze van een goed of optimaal traject is echter buiten het bereik van deze uitvinding gelegen. Wanneer de regelbaarheid wordt beschouwd, worden de parameters zodanig gekozen dat het gewenste traject bereikbaar lijkt, in vergelijking met het beschikbare gemeten traject. Dit wordt 35 gedefinieerd door vergelijking 2 met de waarden og = 0 m~2, Rr = 3 x 1012 m-1 en Veq = 0,1 m. De resulterende curve wordt uitgezet als onderbroken lijn in fig. 3.

De regelaar werd geïmplementeerd in de regelsoftware 14 van een proeffabriek. De werking ervan wordt beoordeeld door gebruikmaking van de regeling op een sequentie van filtraties. De filtratieflux (JF = 75 1/m2 per uur), de filtratietijd (tF = 600 seconden), de terugspoelflux (JB = 250 5 1/m per uur) en de terugspoeltijd (tB = 60 seconden) werden alle constant gehouden. De initiële concentratie van de coagulant werd ingesteld op 0 dpm. Het resultaat is getoond in fig. 6. De bovenste grafiek toont de gewenste en gemeten weerstand en de onderste grafiek toont de coagulant -10 concentratie.

Tijdens het eerste uur (6 filtraties) is de gemeten initiële weerstand lager dan de vooraf bepaalde/ingestelde (gewenste) initiële weerstand. De regelaar dient in dat geval de coagulantconcentratie te verminderen, maar omdat deze 15 reeds op zijn onderste grenswaarde van 0 dpm staat, wordt deze op dit niveau gehouden. Na het eerste uur neemt de initiële weerstand toe en het wordt duidelijk dat filtratie zonder dosering van coagulant leidt tot een onstab iele sequentie. Om een compensatie te verschaffen voor de toe -20 nemende weerstand, zal de regelaar de dosering van coagulant verhogen, totdat na ongeveer 6 uur de initiële weerstand weer afneemt. Na ongeveer 8 uur bereikt de initiële weerstand zijn instelwaarde. Vanaf dit punt vinden slechts kleine variaties in de coagulantconcentratie plaats die worden gebruikt om 25 kleine afwijkingen in de initiële weerstand tegen te gaan.

Uit fig. 6 wordt geconcludeerd dat de regelaar goed werkt en dat geen wijzigingen van de regelparameters nodig zijn.

De werking van de regelaar werd ook getest op een 30 aantal (in dit geval 40) filtratiesequenties. Verschillende waarden voor de filtratieflux en gefiltreerd volume werden gebruikt (zie tabel 1). Het gewenste initiële filtrat ie-weerstandstrajeet werd gedefinieerd door vergelijking 2, met de waarden oq = 1,0 x 1011 m"2, Rr = 3 x 1012 m"1 en Veq = 0,1 m. 35 De terugspoelf lux (JF = 250 1/m2 per uur) en de terugspoelti jd (tB = 45 seconden) werden constant gehouden. Voor oppervlaktewater met een turbiditeit in het traject van 5-15 NTU zou op kenmerkende wijze een coagulantconcentratie van 2 dpm 15 worden gebruikt. Deze werd gekozen als initiële concentratie. De resultaten zijn getoond in fig. 7. De bovenste grafiek toont de gemeten en gewenste initiële weerstand, de middelste grafiek toont de regelfout en de onderste grafiek toont de 5 dosering van coagulant.

Men ziet dat vanwege de hoge initiële dosering, de gemeten initiële weerstanden duidelijk onder het gewenste traject liggen. Derhalve wordt de concentratie verlaagd. Bij de derde chemische reinigingscyclus is het gewenste traject 10 bereikt en de coagulantdosering bereikt een continue toestand ("steady state").

De gemiddelde regelfout van de initiële weerstand van de uiteindelijke filtratiefase is ongeveer 9% van de vervuilingsweerstand of 3% van de totale weerstand. Vanwege 15 een waargenomen "overshoot" (grotere hoeveelheid dan nodig) aan het begin van de sequenties en de veranderingen in de bedrijfsinstellingen, is de gemiddelde regelfout, die is berekend over het gehele traject, groter (20% en 7%).

Men kan concluderen dat de ontworpen regelaar in 20 staat is om zijn doel te bereiken; de initiële weerstand van de laatste filtratie voorafgaand aan de chemische reinigings -fase, kan worden geregeld binnen een nauwkeurigheid van ongeveer 3% (van de totale weerstand) of 9% (van de vervuilingsweerstand) . Voorts is gevonden dat de regelaar in 25 staat is om veranderingen in de bedrijfsinstellingen aan te passen. In vergelijking met de huidige doseringsstrategie van coagulant kan een grote vermindering in coagulantconsumpt ie worden verkregen.

Zoals bekend is aan een deskundige, kunnen andere 30 regelparameters worden gebruikt voor het regelen van de weerstandstoename tijdens een filtratie-interval met gebruikmaking van het concept volgens deze uitvinding. In een membraanfiltratiewerkwijze kan bijvoorbeeld de toename in de weerstand ook worden beperkt door het verlagen van de flux, 35 wat leidt tot minder afzet van vervuilende componenten op het membraanoppervlak, waardoor echter een afname in de filtratiecapaciteit wordt verkregen. Dit laatste kan aanvaardbaar zijn voor een bepaalde tijdsperiode, maar kan 16 ook worden gecompenseerd door verhoging van de hoeveelheid membraanoppervlak om de filtratiecapaciteit op zijn gewenste niveau te houden.

2000588

Claims (13)

1. Werkwijze voor het filtreren van een fluïdum met gebruikmaking van een filtermedium, met het kenmerk, dat deze omvat het meten van een vervuilingstoestandswaarde; een vergelijking van de gemeten vervuilingstoestandswaarde met 5 een set vooraf bepaalde vervuilingstoestandswaarden en overeenkomstige procesparameterwaarden; en het bepalen van ten minste één waarde van de overeenkomstige proces -parameterwaarden uit de set.

2. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 1, met 10 het kenmerk, dat deze omvat het manipuleren van de ten minste ene parameterwaarde voorafgaand aan de filtratie, om zodoende een vooraf bepaalde toename van een geschatte vervuilings -toestand tijdens een vooraf bepaalde filtratieperiode te realiseren.

3. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 1, met het kenmerk, dat deze omvat het manipuleren van de ten minste ene parameterwaarde tijdens de filtratie.

4. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 1, met het kenmerk, dat deze omvat het manipuleren van de ten minste 20 ene parameterwaarde tijdens de filtratie om zodoende een vooraf bepaalde toename van een geschatte vervuilingstoestand tijdens een vooraf bepaalde periode te realiseren.

5. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 4, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde periode wordt bepaald 25 door het tijdsinterval tussen de twee reinigingen, waarna ten minste één procesparameter wordt gemanipuleerd.

6. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat deze omvat het bepalen van de vooraf bepaalde periode als het tijdstip waarop een maximale toename 30 in de gemeten vervuilingstoestand wordt bereikt en het vervolgens manipuleren van ten minste één procesparameter en/of het initiëren van de reinigingswerking.

7. Werkwijze in overeenstemming met elk der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de procesparameter 35 wordt gekozen uit ten minste één van: coagulantdosering, 2000586 filtratieflux, filtratietijd, terugspoeltijd, "cross -flow" snelheid, lekverhouding, chemisch reinigingsinterval, concentratie van reinigingsmiddel, dompeltijd, soort reinigingsmiddel, combinatie van reinigingsmiddelen, en 5 relaxatietijd.

8. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 7, met het kenmerk, dat de procesparameters zijn omvat door elke combinatie van twee of meer van deze procesparameters.

9. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 7 en 10 8, met het kenmerk, dat de procesparameters worden bepaald door (eventueel dimensieloze) verhoudingen, gebaseerd op twee of meer van de procesparameters en karakteristieke filter -mediumafmetingen.

10. Werkwijze in overeenstemming met elk der con-15 clusies 1-9, met het kenmerk, dat deze omvat het manipuleren van een hoeveelheid coagulant die wordt toegevoegd aan het fluïdum dat moet worden gefiltreerd, om zodoende de ver-vuilingstoestand in te stellen op een vooraf te bepalen waarde.

11. Werkwijze in overeenstemming met elk der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat: in een eerste stap een fluïdum wordt gefiltreerd en waarbij de vervuilings -toestand wordt gemeten, waarbij ten minste één proces -parameter wordt gemanipuleerd om. zodoende de vervuilings-25 toestand op een vooraf te bepalen waarde te houden; in een tweede stap, wanneer de procesparameter een vooraf bepaalde waarde heeft bereikt, een reinigingsstap wordt uitgevoerd van het filter; en het herhalen van de eerste en tweede stappen, op alternerende wijze.

12. Werkwijze in overeenstemming met conclusie 11, met het kenmerk, dat de procesparameter een dosering van een coagulant is en waarbij de vooraf bepaalde waarde van de coagulantdosering een maximale waarde is.

13. Werkwijze in overeenstemming met elk der 35 conclusies 1-12, met het kenmerk, dat de vervuilingstoestand wordt omvat door een filterweerstandswaarde. 2000586