WO2007115987A1 - Kleinmengen-umkehrosmose-anlage mit doppelmembran-permeatpumpe - Google Patents

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WO2007115987A1
WO2007115987A1 PCT/EP2007/053278 EP2007053278W WO2007115987A1 WO 2007115987 A1 WO2007115987 A1 WO 2007115987A1 EP 2007053278 W EP2007053278 W EP 2007053278W WO 2007115987 A1 WO2007115987 A1 WO 2007115987A1
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permeate
concentrate
reverse osmosis
pump
suction pressure
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PCT/EP2007/053278
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Ralf Wolbers
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Wapura Trinkwasserreinigungs Gmbh
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    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
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    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/073—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
    • F04B43/0736—Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve with two or more pumping chambers in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers

Definitions

  • the invention relates to a small-volume reverse osmosis system with a reverse osmosis module, which has a membrane and a raw water inlet and a concentrate outlet, both arranged on one side of the membrane, and a permeate outlet disposed on the reverse osmosis module on the other side of the membrane is.
  • the yield is the ratio of discarded concentrate to usable permeate, for example 1: 1, or the ratio of used raw water to usable permeate, for example 50%.
  • the same yield is designated, because a raw water quantity of 100% used is divided into 50% concentrate and 50% permeate in both cases. Typical small quantities of plants work in a ratio of 3: 1 and worse, which corresponds to a yield of 25% and less.
  • a small-scale system is a so-called "point-of-use" system that is installed directly at the end user, for example in restaurants or private households, and produces permeate volumes of about 20 l to about 1000 l per day for example, in EP 0 567 751 B1.
  • these permeate pumps have only a single-acting membrane, whereby one can only by using at least 2 such pumps can guarantee back-up-free permeate production.
  • the invention has for its object to provide a reverse osmosis system available that can be operated with the highest possible performance.
  • the invention therefore proposes a small-volume reverse osmosis system with a reverse osmosis module (3), a concentrate line leading from the reverse osmosis module (3) to an outlet line, a permeate line leading from the reverse osmosis module to a storage tank (5), and a permeate pump connected to the concentrate line and to the permeate line, to be equipped with a permeate pump (4) which is designed as a double-membrane pump which has two interconnected membranes (12) each arranged in a separate pump chamber, each membrane (12) both with concentrate and permeate is acted upon, and wherein the concentrate and Permeatan say on the one hand and the connecting elements of the membranes (12) on the other hand are arranged such that the membranes (12) are in opposite directions, wherein the suction pressure of the permeate side by limiting the amount of concentrate or by limiting the permeate amount on the outlet line (3 6) of the permeate pump is controlled.
  • the suction pressure of the pump is controlled by a flow regulator, which regulates the driving force of the pump so that a desired suction pressure is not undershot.
  • a flow restrictor or an actual suction pressure regulator can be used.
  • a yield of the reverse osmosis plant of about 50%.
  • the suction pressure can be regulated up to the evaporation pressure, with a suction pressure of - 0.5 bar is optimal according to the current state of knowledge.
  • the proposed double acting permeate pump increases the differential pressure which acts across the membrane of the reverse osmosis module. For example, at 2.5 bar line pressure acts on the reverse osmosis module, a differential pressure of 3 bar. This increases the performance of the system.
  • the abovementioned small-volume reverse osmosis system may include a suction pressure regulator (19) which, depending on the suction pressure of the permeate side, selectively limits the amount of concentrate on the inflow side (18) or the outflow side (16).
  • the permeate pump (4) can also be equipped with a bypass line (8) between the reverse osmosis module (3) and the outlet line (16).
  • the permeate pump or parts of the permeate pump can be implemented in the body of a so-called manifold unit.
  • Manifold unit is referred to here a small-volume reverse osmosis system in which important communication paths, lines and components in a common block as a plastic injection molded part and / or Spanbined is made of one or more parts. Characteristic of such a system is that, as a rule, there are hardly any fittings and cable connections between the otherwise usually separate assemblies and thus the assembly effort is kept small.
  • the small-volume reverse osmosis system can also be configured such that the permeate pump can optionally be connected to the raw water instead of to the concentrate.
  • the small-volume reverse osmosis system can also be designed such that air or oxygen is supplied to the suction line, for example, in order to create an air cushion in a membrane-free storage tank. to get right and to dispense with the otherwise usually present in the storage tank separation membrane between the air and the water side.
  • air or oxygen is supplied to the suction line, for example, in order to create an air cushion in a membrane-free storage tank. to get right and to dispense with the otherwise usually present in the storage tank separation membrane between the air and the water side.
  • the present invention is next to a designed as a double membrane pump permeate a small-volume reverse osmosis plant, which has two interconnected each arranged in a separate pump chamber membranes, each membrane is acted upon both concentrate and permeate, and wherein the concentrate and Permeate connections on the one hand and the connecting elements of the membranes on the other hand are arranged such that the membranes are in opposite directions, the suction pressure of the permeate side is controlled by limiting the amount of concentrate or by limiting the permeate amount on the outlet.
  • the permeate pump according to the invention can be equipped in a preferred embodiment with a suction pressure regulator, which limits the amount of concentrate optionally on the inflow side or the outflow side depending on the suction pressure of the permeate side.
  • the permeate pump described above can likewise be equipped according to the invention in an alternative embodiment with a suction pressure regulator, which limits the amount of meat on the outlet line as a function of the suction pressure of the permeate side.
  • Fig. 1 a basic embodiment of the small-volume reverse osmosis system
  • FIG. 2 shows a detailed illustration in the basic structure of a double membrane pump which can be used in the system of FIG.
  • Fig. 1, 1 denotes a prefilter, is guided in accordance with the indicated arrow direction raw water, for example, from a public drinking water supply network.
  • the filtered raw water passes to a hydraulic shut-off valve 2.
  • This valve uses the pressure in the storage tank as a reference to the raw water pressure and shuts off the water supply to the system when the storage tank carries about 90% of the line pressure. The valve switches back to passage after a certain amount has been withdrawn from the storage tank. From there, the raw water passes to the reverse osmosis module 3.
  • the permeate filtered through the membrane in the reverse osmosis module 3 is conveyed via a permeate pump 4 into the storage tank 5. From there it can be removed via the secondary filter 6 on the removal tap 7.
  • the accumulating at the reverse osmosis module 3 concentrate is used on the one hand to drive the permeate 4, and fed to the other via a compensation line 8 and a concentrate regulator 9 the wastewater.
  • the concentrate regulator 9 also serves as a pressure holding valve for the reverse osmosis module 3.
  • the permeate pump 4 operates as follows.
  • the permeate filtered through the membrane in the reverse osmosis module 3 alternately fills the permeate chambers 10 of the permeate pump 4 via the pump valves 11, deflecting the membranes 12 to the left or right.
  • the control valves 13 in this case mutually control the drive so that the pump half is to eject the permeate is pressurized from the concentrate side, while on the other pump side, the pump chamber fills and the concentrate is ejected.
  • the concentrate present in the chambers 14 flows through the respectively open valve 15 into the outlet line 16. This process is ended by reversing the valves 13 and 15 when the membranes 12 have moved completely to the left or right. This is achieved by a sensory connection between the valves 13 and 15 and the membranes 12.
  • the quantity of drive medium must be limited to suit the permeate capacity of the system.
  • this is achieved automatically by a pressure regulator 19.
  • the pressure regulator regulates the concentrate flow of the plant in reference to the suction pressure of the pump, whereby e.g. a value of -0.5 bar can be maintained. These -0.5 bar are then available to the membrane module 3 as an additional differential pressure.
  • the suction pressure can be used to supply additives, such as mineral additives or cleaning or disinfecting agents in the permeate suction line 20, to the permeate.
  • Fig. 2 the basic structure of the double-membrane permeate 4 is shown schematically: Two membranes 12 each separate the chambers 10 of the chambers 14 and are connected to each other by means of a connecting rod 21.
  • the connecting rod 21 is sealed at the seals 22 to the hollow space 23.
  • Fig. 2 shows a middle position of the two membranes 12, which can be deflected by their deformability from the illustrated center position until their movement is limited to the right or left by the contour of the cavities 10 and 14 or by other suitable stops.
  • Permeate is fed to the two outer chambers 10, wherein the corresponding permeate inlets are characterized with their pump input valves in the double-membrane permeate 4 with 24 and are summarized in parallel at the pump inlet 25.
  • permeate outlets 26 with their pump outlet valves are indicated, via which the permeate is blown out via the common permeate outlet 27 out of the double-membrane permeate pump 4 and conveyed to the storage tank 5.
  • the drive of the membranes 12 is carried out by concentrate, wherein the concentrate is guided into the chambers 14. Corresponding concentrate lines are indicated at 28.
  • a spool 29 can be articulated via the spring element 30, the lever 31 and the connecting rod 32 of the connecting rod 21 of the membranes 12.
  • the lever 31 is mounted for this purpose in the fulcrum 33.
  • the spool 29 is in operation either the left or right stop in the cavity 23, wherein he connects one of the concentrate lines 28 with the concentrate concentrate 34 and thereby opens the other concentrate line 28 to the cavity 23.
  • the concentrate can flow continuously through the concentrate outlet 35.
  • a flow regulator which is designed either in flow suitable for system performance, or which in reference to the permeate suction pressure as described the Concentrate throughput regulates.
  • These systems can either be installed internally in the pump or connected externally. Due to the coupled by the connecting rod 21 movement of the two membranes 12, in the chamber 14, in which concentrate is introduced through one of the concentrate lines 28, the membrane 12 deflected by displacing the permeate located in the respective chamber 10, to possibly almost all permeate this cavity 10 is displaced. Subsequently, the spool 28 is switched to the opposite position.
  • the tasks of this switching mechanism could also be controlled externally, for example by the position of the connecting rod 21 is detected by sensors and the sensor transmits a corresponding switching signal to the system control when the membranes 12 are deflected correspondingly far.
  • the plant control would then pressurize the respective other concentrate chamber 14 via electrically controllable valves.
  • the concentrate outlet 35 advantageously connects to the double membrane permeate pump 4 from above.
  • a certain leakage flow in the region of the Steuerschie- 29 is set from the concentrate concentrate 34 to the cavity 23 via a flow regulator, so that a steady concentrate flow to the outlet 35 is ensured and thus a continuous flow through the reverse osmosis module 4 is ensured.

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Abstract

Bei einer Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage mit einem Umkehrosmose- Modul, einer vom Umkehrosmose-Modul zu einer Auslassleitung führenden Konzentratleitung, einer vom Umkehrosmose-Modul zu einem Speichertank führenden Permeatleitung, sowie einer an die Konzentratleitung und an die Permeatleitung angeschlossenen Permeatpumpe, schlägt die Erfindung vor, dass die Permeatpumpe als Doppelmembranpumpe ausgestaltet ist, welche zwei miteinander verbundene jeweils in einer eigenen Pumpenkammer angeordnete Membranen aufweist, wobei jede Membran sowohl mit Konzentrat als auch mit Permeat beaufschlagt ist, und wobei die Konzentrat- und Permeatanschlüsse einerseits sowie die Verbindungselemente der Membranen andererseits derart angeordnet sind, dass die Membranen gegenläufig wirksam sind und wobei der Saugdruck der Permeatseite durch eine Begrenzung der Konzentratmenge oder durch eine Begrenzung der Permeatmenge auf der Auslassleitung der gesteuert wird.

Description

Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage mit Doppelmembran- Permeatpumpe
Die Erfindung betrifft eine Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage mit einem Umkehrosmosemodul, welches eine Membran aufweist und einen Rohwasser- einlauf sowie einen Konzentratauslauf, beide auf der einen Seite der Membran angeordnet, sowie einen Permeatauslauf, der am Umkehrosmosemodul auf der anderen Seite von der Membran angeordnet ist. Um Verblockungen der Membran zu vermeiden, muss regelmäßig das Umkehrosmosemodul durchspült werden oder es muss permanent mit einem deutlichen Wasserüber- schuss betrieben werden, so dass die Permeatausbeute in einem sehr geringen Verhältnis zur eingesetzten Rohwassermenge steht und der Betrieb der Umkehrosmose-Anlage dementsprechend wirtschaftlich ungünstig ist. Als Ausbeute wird dabei das Verhältnis von verworfenem Konzentrat zu verwertbarem Permeat bezeichnet, beispielsweise 1 :1, oder das Verhältnis von einge- setztem Rohwasser zu verwertbarem Permeat, beispielsweise 50 %. In beiden vorgenannten Beispielsfällen ist die gleiche Ausbeute bezeichnet, denn eine eingesetzte Rohwassermenge von 100% teilt sich in beiden Fällen in 50% Konzentrat und 50% Permeat auf. Typische Kleinmengen Anlagen arbeiten in einem Verhältnis von 3:1 und schlechter, was einer Ausbeute von 25% und weniger entspricht.
Als Kleinmengen-Anlage wird dabei eine so genannte „Point of use"-Anlage bezeichnet, die direkt beim Endverbraucher installiert ist, beispielsweise in Restaurants oder privaten Haushalten, und die Permeatmengen von etwa 20 I bis etwa 1.000 I Tagesleistung erzeugen. Eine derartige Anlage ist z. B. in der EP 0 567 751 B1 beschrieben.
Aus der Praxis sind Umkehrosmose-Anlagen bekannt, die Permeatpumpen aufweisen, wobei die Permeatpumpen mit einem Steuerventil am Antriebsausgang versehen sind. Dabei besteht der Nachteil, dass Abwasser während der Füllphase ungenutzt abfließt. Hohe Ausbeuten von beispielsweise besser als 2 : 1 sind nicht möglich, da die Ausstoßzeit in der Pumpphase zu lang wird und sich daher der sich aufbauende Rückstau negativ auf Leistung- und Wirkungsgrad der Umkehrosmose-Anlage auswirkt.
Zudem besitzen diese Permeatpumpen nur eine einfachwirkende Membran, wodurch man nur unter Verwendung von mindestens 2 solcher Pumpen eine rϋckstaufreie Permeatproduktion gewährleisten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umkehrosmoseanlage zur Verfügung zu stellen, die mit einer möglichst hohen Leistung betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, eine Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage mit einem Umkehrosmose-Modul (3),einer vom Umkehrosmose-Modul (3) zu einer Auslassleitung führenden Konzentratleitung, einer vom Umkehrosmose-Modul zu einem Speichertank (5) führenden Permeat- leitung, sowie einer an die Konzentratleitung und an die Permeatleitung ange- schlossenen Permeatpumpe, mit Permeatpumpe (4) auszustatten, die als Doppelmembranpumpe ausgestaltet ist, welche zwei miteinander verbundene jeweils in einer eigenen Pumpenkammer angeordnete Membranen (12) aufweist, wobei jede Membran (12) sowohl mit Konzentrat als auch mit Permeat beaufschlagt ist, und wobei die Konzentrat- und Permeatanschlüsse einerseits sowie die Verbindungselemente der Membranen (12) andererseits derart angeordnet sind, dass die Membranen (12) gegenläufig wirksam sind, wobei der Saugdruck der Permeatseite durch eine Begrenzung der Konzentratmenge oder durch eine Begrenzung der Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) der Permeatpumpe gesteuert wird.
Hierdurch wird es ermöglicht, das Permeat kontinuierlich zu fördern. Der Saugdruck der Pumpe wird über einen Mengenregler gesteuert, der die Antriebskraft der Pumpe so regelt, dass ein gewünschter Saugdruck nicht unterschritten wird. Hierbei kann ein Durchflussbegrenzer oder ein tatsächlicher Saugdruckregler verwendet werden. Diese Bauteile können unmittelbar in die Pum- pe integriert sein, aber auch als externe Bauteile vorgesehen sein, welche die Pumpe von außen steuern.
Vorteilhaft kann eine Ausbeute der Umkehrosmose-Anlage von etwa 50% sein. Der Saugdruck kann bis an den Verdampfungsdruck geregelt werden, wobei ein Saugdruck von - 0,5 bar nach derzeitigem Erkenntnisstand optimal ist. Die vorschlagsgemäß doppelwirkende Permeatpumpe erhöht den Differenzdruck, welcher über die Membran des Umkehrosmosemoduls wirkt. Beispielsweise bei 2,5 bar Leitungsdruck wirkt auf das Umkehrosmosemodul ein Differenzdruck von 3 bar. Dies erhöht die Leistung des Systems. Vorteilhaft sollte dabei allerdings darauf geachtet werden, dass der Speicher, in dem Permeat gesammelt wird, nicht mehr ganz bis zum Leitungsdruck gefüllt werden sollte. Da ein Saugdruck auf der Permeatleitung entsteht, ergibt sich die Möglichkeit, dort Zusätze in das System einzuleiten, beispielsweise Reinigungschemikalien, gewünschte Wasserinhaltsstoffe und dergleichen.
Erfindungsgemäß kann die oben genannte Kleinmengen-Umkehrosmose- Anlage einen Saugdruckregler (19) enthalten, welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Konzentratmenge wahlweise auf der Zuflussseite (18) oder der Abflussseite (16) begrenzt.
Auch ist es erfindungsgemäß möglich, die oben genannte Kleinmengen- Umkehrosmose-Anlage mit einem Saugdruckregler (19) auszustatten, welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) begrenzt.
In der oben genannten Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage kann die Per- meatpumpe (4) erfindungsgemäß auch mit einer Umgehungsleitung (8) zwischen dem Umkehrosmose-Modul (3) und der Auslassleitung (16) ausgestattet sein.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage kann die Permeatpumpe oder Teile der Permeatpumpe in den Körper einer sogenannten Manifold-Unit implementiert sein.
Als Manifold-Unit bezeichnet man hierbei eine Kleinmengen-Umkehrosmose- Anlage, bei der wichtige Verbindungswege, Leitungen und Bauteile in einem gemeinsamen Block als Kunststoff Spritzgussteil und/oder Spangebend aus einem oder mehreren Teilen hergestellt wird. Kennzeichnend für eine solche Anlage ist, dass es in der Regel kaum Fittings und Leitungsverbindungen zwi- sehen den sonst üblicherweise getrennten Baugruppen gibt und damit der Montageaufwand klein gehalten wird.
Die Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage kann erfindungsgemäß auch so ausgestaltet sein, dass die Permeatpumpe wahlweise an das Rohwasser statt an das Konzentrat anschließbar ist.
Die Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage kann erfindungsgemäß auch so ausgestaltet werden, an der Saugeleitung beispielsweise Luft oder Sauerstoff zugeführt wird um in einem membranlosen Speichertank ein Luftpolster auf- recht zu erhalten und auf die sonst im Speichertank üblicherweise vorhandene Trennmembrane zwischen der Luft und der Wasserseite zu verzichten. Dadurch wird es möglich, Tankformen und Materialien zu verwenden, die bisher bei der Ausgestaltung als Membranausdehnungsgefäß nicht möglich sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daneben eine als Doppelmembranpumpe ausgestaltete Permeatpumpe einer Kleinmengen-Umkehrosmose- Anlage, welche zwei miteinander verbundene jeweils in einer eigenen Pumpenkammer angeordnete Membranen aufweist, wobei jede Membran sowohl mit Konzentrat als auch mit Permeat beaufschlagt ist, und wobei die Konzentrat- und Permeatanschlüsse einerseits sowie die Verbindungselemente der Membranen andererseits derart angeordnet sind, dass die Membranen gegenläufig wirksam sind, wobei der Saugdruck der Permeatseite durch eine Begrenzung der Konzentratmenge oder durch eine Begrenzung der Permeat- menge auf der Auslassleitung gesteuert wird.
Die erfindungsgemäße Permeatpumpe kann in einer bevorzugten Ausgestaltung mit einem Saugdruckregler ausgestattet werden, welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Konzentratmenge wahlweise auf der Zuflussseite oder der Abflussseite begrenzt.
Die oben beschriebene Permeatpumpe kann gleichermaßen erfindungsgemäß in einer alternativen Ausgestaltung mit einem Saugdruckregler ausgestattet werden, welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Per- meatmenge auf der Auslassleitung begrenzt.
Ein Ausführungsbeispiel einer vorschlagsgemäßen Kleinmengen-Anlage wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.
Dabei zeigt
Fig. 1 : eine grundsätzliche Ausgestaltung der Kleinmengen-Umkehrosmose- Anlage, und
Fig. 2: als Detaildarstellung im prinzipiellen Aufbau einer in der Anlage von Fig. 1 verwendbaren Doppelmembranpumpe. In Fig. 1 ist mit 1 ein Vorfilter bezeichnet, in den entsprechend der eingezeichneten Pfeilrichtung Rohwasser geführt wird, beispielsweise aus einem öffentlichen Trinkwasserversorgungsnetz.
Das gefilterte Rohwasser gelangt zu einem hydraulischen Abschaltventil 2. Dieses Ventil benutzt den Druck im Speichertank als Referenz zum Rohwasserdruck und sperrt die Wasserzufuhr zum System wenn der Speichertank etwa 90% des Leitungsdruckes führt. Das Ventil schaltet nach einer gewissen Entnahmemenge aus dem Speichertank wieder auf Durchgang. Von dort gelangt das Rohwasser zum Umkehrosmosemodul 3. Das durch die Membrane im Umkehrosmosemodul 3 gefilterte Permeat wird über eine Permeatpumpe 4 in den Speichertank 5 gefördert. Von dort aus kann es über den Nachfilter 6 am Entnahmehahn 7 entnommen werden.
Das am Umkehrosmosemodul 3 anfallende Konzentrat wird einerseits zum Antrieb der Permeatpumpe 4 verwendet, und zum anderen über eine Ausgleichsleitung 8 und einem Konzentratregler 9 dem Abwasser zugeführt. Der Konzentratregler 9 dient auch als Druckhalteventil für das Umkehrosmosemodul 3.
Die Permeatpumpe 4 arbeitet wie folgt. Das durch die Membran im Umkehrosmosemodul 3 gefilterte Permeat füllt wechselseitig die Permeatkammern 10 der Permeatpumpe 4 über die Pumpenventile 11 und lenkt dabei die Membranen 12 nach links bzw. rechts aus. Die Steuerventile 13 steuern hierbei wechselseitig den Antrieb so, dass die Pumpenhälfte die Permeat ausstoßen soll von der Konzentratseite mit Druck beaufschlagt wird, während auf der anderen Pumpenseite sich die Pumpenkammer füllt und das Konzentrat ausgestoßen wird. Das in den Kammern 14 vorhandene Konzentrat fließt dabei durch das jeweils offene Ventil 15 in die Auslassleitung 16. Dieser Vorgang wird durch das Umsteuern der Ventile 13 und 15 beendet, wenn die Membranen 12 ganz nach links bzw. rechts gewandert ist. Dies wird durch eine sensorische Verbindung zwischen den Ventilen 13 und 15 und den Membranen 12 erreicht. Auf der Pumpenseite für die das jeweilige Ventil 15 nun geschlossen wird, fließt Konzentrat über das auf der Seite offene Ventil 13 in die Konzentratkammer 14 und drückt die Membrane 12 zurück. Das vorher in der Permeatkammer 10 gesammelte Permeat wird über das Pumpenventil 17 in den Speichertank 5 gedrückt. Dieser Vorgang dauert so lange, bis die Membranen 12 nach rechts bzw. links ausgelenkt wurden und das Permeat aus der Permeatkammer 10 größtenteils in den Speichertank 5 gefördert wurde. Nun werden die Ventile 13 und 15 wieder umgesteuert und der Füllvorgang der Permeatkammer 10 be- ginnt von vorne.
Diese Vorgänge können sich praktisch so lange wiederholen, bis der Druck im Speichertank 5 den Eingangsdruck der Wasserversorgung erreicht hat oder die Zufuhr zum Membranmodul 3 über das hydraulische Abschaltventil 2 ge- schlössen wird.
Da die wirksame Oberfläche der Membrane 12 zu den Kammern 10 und 14 gleich groß ist, wird die gleiche Menge Konzentrat abgegeben, wie Permeat in den Speichertank 5 gefördert.
Da in jedem Fall auf eine der beiden Konzentratkammern 14 Druck ansteht, führt das auf der Permeatkammer der jeweils anderen Pumpenhälfte zu einer Sogwirkung. Da auf der Antriebsseite mehr als 3 bar anliegen, würde dieser Saugdruck damit höher als die maximalen -0,9 bar, mit denen man Wasser bei normalen Temperaturen ansaugen kann, ohne dass es zu kochen beginnt.
Durch ein Regulierventil in der im Konzentrat- Zulauf 18 oder im Konzentrat- Ablauf 16 muss die Menge des Antriebsmediums passend zur Permeatleistung des Systems begrenzt werden. Im Beispiel wird dies automatisch durch einen Druckregler 19 erreicht. Der Druckregler regelt den Konzentratfluss der Anlage in Referenz zum Saugdruck der Pumpe, womit z.B. ein Wert von -0,5 bar gehalten werden kann. Diese -0,5 bar stehen dann dem Membranmodul 3 als zusätzlicher Differenzdruck zur Verfügung. Zudem kann der Saugdruck dazu genutzt werden, dem Permeat Zusatzstoffe wie Mineralzusätze oder Reini- gungs- oder Desinfektionsmittel in der Permeat- Saugeleitung 20 zu zuführen.
Durch die gegenläufige Betätigung beider Konzentratventile 13 und 15 und den Druckregler 19 ist der Fluss von Konzentrat durch die Auslassleitung auf die Menge des der Pumpe zufließenden Permeats begrenzt. Demgegenüber kann jedoch auch ohne die Ausgleichsleitung 8 und den Durchflussbegrenzer 9 eine Mindest- Konzentratflussmenge eingestellt werden, indem beispielsweise die Konnzentrat- Eingangsventile 13 bewusst nicht vollkommen dicht schließen, sondern vielmehr einen gewissen Leckfluss zulassen. Wahlweise kann zu den Konzentrat- Eingangsventilen 13 ein Beipass mit einem Durchflussbegrenzer parallel geschaltet werden. Dadurch fließt während der Füllphase der Permeat- kammern 10 Konzentrat über die teilgeschlossene Konzentrat- Eingangsventile 13 oder den Beipass und das jeweils offene Konzentrat- Ausgangsventil 15.
In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau der Doppelmembran-Permeatpumpe 4 schematisch dargestellt: Zwei Membranen 12 trennen jeweils die Kammern 10 von den Kammern 14 und sind mittels einer Verbindungsstange 21 miteinander verbunden. Die Verbindungsstange 21 ist an den Abdichtungen 22 zum Hohl- räum 23 abgedichtet.
Fig. 2 zeigt eine Mittelstellung der beiden Membranen 12, wobei diese durch ihre Verformbarkeit aus der dargestellten Mittelstellung ausgelenkt werden können, bis ihre Bewegung nach rechts oder links durch die Kontur der Hohlräume 10 bzw. 14 oder durch andere geeignete Anschläge begrenzt wird. Permeat wird den beiden außen liegenden Kammern 10 zugeführt, wobei die entsprechenden Permeat- Einlasse mit ihren Pumpen-Eingangsventilen in der Doppelmembran-Permeatpumpe 4 mit 24 gekennzeichnet sind und am Pumpeneingang 25 parallel zusammengefasst werden. Darüber sind Permeataus- lässe 26 mit ihren Pumpen-Auslassventilen angedeutet, über welche das Per- meat über den gemeinsamen Permeat Auslass 27 aus der Doppelmembran- Permeatpumpe 4 heraus gedrückt und zum Speichertank 5 gefördert wird.
Der Antrieb der Membranen 12 erfolgt durch Konzentrat, wobei das Konzentrat in die Kammern 14 geführt wird. Entsprechende Konzentratleitungen sind in mit 28 gekennzeichnet.
Ein Steuerschieber 29 kann über das Federelement 30, den Hebel 31 und die Verbindungsstange 32 von der Verbindungsstange 21 der Membranen 12 angelenkt werden. Der Hebel 31 ist dazu im Drehpunkt 33 gelagert. Der Steuerschieber 29 befindet sich im Betrieb entweder am linken oder rechten Anschlag im Hohlraum 23, wobei er jeweils eine der Konzentratleitungen 28 mit dem Konzentratzulauf 34 verbindet und dabei die andere Konzentratleitung 28 zum Hohlraum 23 öffnet.
Das Konzentrat kann kontinuierlich über den Konzentrataustritt 35 ausfließen. Auf einen der externen Konzentrat Anschlüsse 34 oder 35 wirkt ein Mengenregler, der entweder im Durchfluss passend zur Anlagenleistung ausgelegt wird, oder welcher in Referenz zum Permeat-Saugdruck wie beschrieben den Konzentrat-Durchsatz regelt. Diese Systeme können wahlweise intern in der Pumpe verbaut sein, oder extern angeschlossen sein. Aufgrund der durch die Verbindungstange 21 gekoppelten Bewegung der beiden Membranen 12 wird in der Kammer 14, in welchen Konzentrat durch eine der Konzentratleitungen 28 eingeführt wird, die Membran 12 unter Verdrängung des in der jeweiligen Kammer 10 befindlichen Permeats ausgelenkt, bis gegebenenfalls nahezu sämtliches Permeat aus diesem Hohlraum 10 verdrängt ist. Anschließend wird der Steuerschieber 28 in die gegenüberliegende Position geschaltet. Dies wird durch die Stellung der Verbindungsstange 21 ausgelöst da diese über die Ver- bindungsstange 32, den Hebel 31 und das Federelement 30 auf den Steuerschieber 29 wirkt. Die Aufgaben dieser Schaltmechanik könnten auch extern gesteuert werden, beispielsweise indem die Stellung der Verbindungsstange 21 sensorisch erfasst wird und der Sensor ein entsprechendes Schaltsignal an die Anlagensteuerung übermittelt, wenn die Membranen 12 entsprechend weit ausgelenkt sind. Die Anlagensteuerung würde dann über elektrisch steuerbare Ventile die jeweilig andere Konzentratkammer 14 mit Druck beaufschlagen.
Wenn in einem der beiden Kammern 14 durch entsprechende Stellung des Steuerschiebers 29 das Konzentratvolumen zunimmt, wird aufgrund der Koppelung der beiden Membranen 12 Konzentrat aus der anderen Kammer 14 verdrängt. Es fließt über die offene Kontur am Steuerschieber 29 in den Hohlraum 23. Durch die Lage der Konzentratleitungen 28 an der höchsten Stelle der Konzentratkammern 14 wird eine dauernde Entlüftung dieser Kammern gewährleistet.
Der Konzentrat-Auslass 35 schließt vorteilhaft von oben an die Doppelmem- bran-Permeatpumpe 4 an.
Unabhängig von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann bei einer vorschlagsgemäßen Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage vorgesehen sein, dass über einen Mengenregler ein gewisser Leckfluss im Bereich des Steuerschie- bers 29 vom Konzentratzulauf 34 zum Hohlraum 23 eingestellt wird, so dass ein stetiger Konzentratfluss zur Auslassleitung 35 gewährleistet ist und somit eine stetige Durchströmung des Umkehrosmosemoduls 4 gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage mit einem Umkehrosmose-Modul (3), einer vom Umkehrosmose-Modul (3) zu einer Auslassleitung führenden Konzentratleitung, einer vom Umkehrosmose-Modul zu einem Speichertank (5) führenden Permeatleitung sowie einer an die Konzentratleitung und an die Permeatleitung angeschlossenen Permeatpumpe, die als Doppelmembranpumpe ausgestaltet ist, welche zwei miteinander verbundene jeweils in einer eigenen Pumpenkammer angeordnete Membranen (12) aufweist, wobei jede Membran (12) sowohl mit Konzentrat als auch mit Permeat beaufschlagt ist, und wobei die Konzentrat- und Permeatanschlüsse einerseits sowie die Verbindungselemente der Membranen (12) andererseits derart angeordnet sind, dass die Membranen (12) gegenläufig wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugdruck der Permeatseite durch eine Begrenzung der Konzentratmenge oder durch eine Begrenzung der Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) der Permeatpumpe gesteuert wird.
2. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Saugdruckregler (19), welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Konzentratmenge wahlweise auf der Zuflussseite (18) oder der Abflussseite (16) begrenzt.
3. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Saugdruckregler (19), welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) begrenzt.
4. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Permeatpumpe (4) umgehende Umgehungsleitung (8) zwischen dem Umkehrosmose-Modul (3) und der Auslassleitung (16) vorgesehen ist.
5. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeatpumpe oder Teile der Permeatpumpe in den Körper einer sogenannten Manifold-Unit implementiert sind.
6. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeatpumpe (4) wahlweise an das Rohwasser statt an das Konzentrat anschließbar ist.
7. Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Saugeleitung (20) beispielsweise Luft zugeführt wird um in einem membranlosen Speichertank ein Luftpolster aufrecht zu erhalten und auf die sonst im Speichertank üblicherweise vorhandene Trennmembrane zwischen der Luft und der Wasserseite zu verzichten.
8. Als Doppelmembranpumpe ausgestaltete Permeatpumpe (4) einer Kleinmengen-Umkehrosmose-Anlage, welche zwei miteinander verbundene jeweils in einer eigenen Pumpenkammer angeordnete Membranen (12) aufweist, wobei jede Membran (12) sowohl mit Konzentrat als auch mit Permeat beaufschlagt ist, und wobei die Konzentrat- und Permeatanschlüsse einerseits sowie die Verbindungselemente der Membranen (12) andererseits derart angeordnet sind, dass die Membranen (12) gegenläufig wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugdruck der Permeatseite durch eine Begrenzung der Konzentratmenge oder durch eine Begrenzung der Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) der gesteuert wird.
9. Permeatpumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Saugdruckregler (19), welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Konzentratmenge wahlweise auf der Zuflussseite (18) oder der Abflussseite (16) begrenzt.
10. Permeatpumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Saugdruckregler (19), welcher in Abhängigkeit vom Saugdruck der Permeatseite die Permeatmenge auf der Auslassleitung (36) begrenzt.
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