DE60036706T2

DE60036706T2 - System zur umkehrosmose unter verhinderung biologischer kontamination

Info

Publication number: DE60036706T2
Application number: DE60036706T
Authority: DE
Inventors: Timothy A Redondo Beach Beall
Original assignee: Next-Ro Inc Redondo Beach; Next-RO Inc
Current assignee: Next-Ro Inc Redondo Beach; Next-RO Inc
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: WO2000048943A8; EP1183212B1; AU3497900A; EP1183212A1; DE60036706D1; WO2000048943A1; EP1183212A4; WO2000048943A9; US6290856B1

Description

QUERVERWEISE ZU AHNLICHEN ANWENDUNGEN
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Anwendungsfeld der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein System und eine Methode zur Verhinderung einer biologischen Verunreinigung einer halbdurchlässigen Membrane in einem Umkehrosmosesystem.
2. Hintergrundinformation
Umkehrosmosesysteme werden zur Wasserreinigung benutzt, wobei unter Druck Leitungswasser an eine Seite der halbdurchlässigen Membrane in einem Umkehrosmosegerät geleitet wird. Der Druck wird bei dem Niveau aufrechterhalten, der ausreicht, um das Wasser durch die Membrane zu drängen während gelöste Verunreinigungen auf der Leitungswasserseite verbleiben. Ein bedeutender Anwendungsbereich ist die Reinigung von Wasser, das als Trinkwasser genutzt wird. Die Reinigung beseitigt Verunreinigungen, die das Wasser unsicher oder nicht trinkbar machen oder dem Wasser einen unerwünschten Geschmack oder Aussehen verleihen.
Die Behandlung von Wasser, das Mikroorganismen enthält kann die betriebsübliche Nutzungsdauer der halbdurchlässigen Membrane einschränken. Die Mikroorganismen tendieren dazu, sich in den Membranen niederzulassen und zu vermehren, was zu einer Verstopfung und Verunreinigung des Umkehrosmosegeräts führt. Ferner verstärkt die Vermehrung der Mikroorganismen die nachteiligen Folgen ihrer Präsenz im Leitungswasser. Die Behandlung von Wasser um Mikroorganismen zu bekämpfen reduziert die Anwesenheit und die Wirkung der Mikroorganismen im Verhältnis zu der Anzahl der anwesenden Organismen. Daher reduziert die Vermehrung der Mikroorganismen auf der halbdurchlässigen Membrane die Reinheit des Reinwassers des Umkehrosmosegeräts und verlangt aggressivere Massnahmen um die Mikroorganismen im Reinwasser zu beseitigen.
Grosse kommunal und industriell genutzte Umkehrosmosesysteme nützen das Scheuem der entnommenen halbdurchlässigen Membranen, die sorgfältige chemische Behandlung des Leitungswassers und/oder spezielle chemische Spülzyklen um die Ansammlung von Mikroorganismen und anderen Unreinheiten an einer halbdurchlässigen Membrane zu regulieren. Jedoch sind solche Verfahren für Kleinanwendungen wie Eigenheimeinheiten unter der Spüle unpraktisch, da diese klein, einfach zu Bedienen und zuverlässig sein sollen. Diese Geräte sollten eine seltene Wartung erfordern und bevorzugt ohne elekrische Energie benutzt werden können. Normalerweise werden diese Geräte betrieben, um Wasser während und nach der Wasserentnahme vom System zu reinigen und danach für Stunden oder sogar Tage abgeschaltet zu werden. Während der Abschaltphase steht das Leitungswasser an der halbdurchlässigen Membrane, was die Bedingungen für die Vermehrung der Mikroorganismen im Leitungswasser fördert.
PATENTAUSZUG aus JAPAN vol. 0181, no 34 (C-1176), 4. März 1994, (1994-03-04) & JP 5 317854 A (MITSUBISHI HEAVY IND. LTD), 3. Dezember 1993 (1993-12-03), zeigt eine manuelle Methode eines Umkehrosmoseapparats, der chemisch behandeltes durchgedrungenes Wasser produziert. PATENTAUSZUG aus JAPAN vol. 0070, no. 86 (C-161), 9. April 1983 (1983-04-09) & JP 58 014907 A (TORAY KK), 28. Januar 1983 (1983-01-28), zeigt eine Anlage, die für die Verhinderung einer biologischen Verunreinigung eines Umkehrosmosesystems geeignet ist, inklusive eines Tanks, der aus Antioxidationsmitteln besteht und zum Leitungswasser des Umkehrosmosegeräts verbunden ist. US-A-3 992 301 zeigt eine Methode eines Umkehrosmoseapparats mit automatischen Vorrichtungen und Ablauflogik. WO 99/47226A zeigt ein Wasserbehandlungs- und Speichersystem mit der Nutzung von jodiertem Kunstharz als Quelle für den Biozid.
Demzufolge besteht der Bedarf für ein einfaches und zuverlassiges Gerät, das die biologische Verunreinigung der halbdurchlässigen Membrane im Umkehrosmosegerät verhindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet einen Apparat zur Bereitstellung einer vorbestimmten Menge von biozidisch behandelten Wassers gemäss der Definition in Patentanspruch 1. Die Erfindung bietet ausserdem eine Methode zur Verhinderung einer biologischen Verunreiningung eines Umkehrosmosegeräts wie in Patentanspruch 9 behauptet. Alle Informationen, die folgend bereitgestellt werden und die nicht in den Bereich der Patentansprüche fallen sind nur zu Informationszwecken und sollen nicht als Bestandteil der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Patentanspruch 1 umfasst einen Apparat zur Bereitstellung einer vorbestimmten Menge von biozidisch behandelten Wassers zu einer Leitungswasserseite eines Umkehrosmosegeräts wenn dieses ausgeschaltet ist. Ein biozider Verteiler behandelt ein vorbestimmtes Leitungswasservolumen mit einem biozidischen Wirkstoff. Ein hydraulisch aktiviertes Ventil, das mit der Quelle der vorbestimmten Wassermenge verbunden ist und sich durch den Druck auf der Leitungswasserseite schliesst und öffnet wenn der besagte Druck fällt, veranlasst den Transfer des vorbestimmten Wasservolumens nachdem eine Leitungswasserquelle, die mit der Leitungswasserseite eines Umkehrosmosegeräts verbunden ist, ausgeschaltet wird und bewirkt, dass die vorbestimmte Wassermenge auf der Leitungswasserseite des Umkehrosmosegeräts verbleibt während das Umkehrosmosegerät ausgeschaltet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 ist eine schematische Abbildung eines Umkehrosmosesystems mit einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Abbildung eines anderen Umkehrosmose-systems mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine schematische Abbildung eines Umkehrosmosesystems mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische Darstellung einer Art eines Umkehrosmosesystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Leitungswasser 100 wird dem System zugeführt und durchläuft einen Filter 102 um Sedimente und andere Partikel zu entfernen. Ein Zweipunktventil 104 kontrolliert die Zuführung des Leitungswassers in das System. Das Zweipunktventil wird kontrolliert indem der Druck 106 in der Wasserzufuhr 131, die das gereinigte Reinwasser bereitstellt, gemessen wird. Wenn der Druck in der Wasserzufuhr sinkt, hinweisend das Reinwasser dem System entnommen wird, öffnet sich das Zweipunktventil 104 um den Reinigungszyklus zu beginnen, der die entnommene Wassermenge wieder auffüllt.
Das Leitungswasser fliesst in das Umkehrosmosegerät 108. Das Umkehrosmosegerät hat eine Leitungswasserseite 110 und eine Reinwasserseite 114, die durch eine halbdurchlässige Membrane 112 getrennt sind. Der Druck des Leitungswassers auf der Leitungswasserseite der Membrane zwingt das Wasser durch die Membrane zur Reinwasserseite. Die halbdurchlässige Membrane hält Unreinheiten im Wasser zurück, so dass das Reinwasser hochwertig gereinigt ist während die Konzentration der Unreinheiten auf der Leitungswasserseite steigt.
Das konzentrierte Leitungswasser wird durch den Ablaufschlauch 116 abgeführt. Umkehrosmosegeräte führen generell mehr von diesem Wasser als Reinwasser ab. Es ist notwendig eine Fliessgeschwindigkeit auf der Leitungswasserseite der Membrane beizubehalten um einen Ansammlung von Unreinheiten an der Membrane zu verhindern. Eine Gegendrucksteuerung 118 misst den Druck 120 in der Abflussleitung. Die Gegendrucksteuerung hält ausreichenden Druck bereit, um den Umkehrosmoseprozess zu steuern und verhindert, dass der Druck bis zu einem Grad steigt, bei dem die Membrane beschädigt würde.
Reinwasser sammelt sich auf der Reinwasserseite 114 des Umkehrosmosegeräts 108. Das Reinwasser wird durch eine Reinwasserleitung 124 und durch ein Einwegventil 126 entnommen. Das Reinwasser wird in einem Speichergerät 128 gesammelt, da das Reinwasser relativ langsam produziert wird, generell bei einer langsameren Rate als es notwendig wäre um Reinwasser abrufbereit zu produzieren. Das gezeigte Speichergerät ist ein Verdichtungwasserakkumulator. Das Reinwasser wird in einer Speicherblase 130 gesammelt, die sich erweitert während sie sich innerhalb des äusseren Gehäuses des Speichergeräts füllt. Wenn das Reinwasser durch das Öffnen des Verteilungsventils 132 entnommen wird, was Reinwasser ermöglicht vom Verteilungshahn 134 zu fliessen, fällt der Druck in der Zuführungsleitung 131. Der Druckabfall schaltet das Zweipunktventil 104 und ein Verdichtungswasserventil 136 ein, was dazu führt, dass konzentriertes Leitungswasser zu der Aussenseite der Speicherblase 130 geführt wird, wobei das Reinwasser in der Blase unter Druck gesetzt wird und durch das Verteilungsventil 132 und aus dem Verteilungshahn 134 in die Zufuhrleitung 131 gezwungen wird. Das Umkehrosmosegerät 108 wird in einem Reinigungszyklus betrieben, der beginnt, wenn Reinwasser entnommen wird, was dazu führt, dass das Zweipunktventil 104 geöffnet wird und endet wenn das Speichergerät 128 gefüllt ist, was dann dazu führt, dass das Zweipunktventil 104 geschlossen wird. Wenn der Reinigungsprozess abgeschlossen ist, schaltet sich das Umkehrosmosegerät ab, ein Zustand der sich über Stunden oder Tage hinziehen kann.
Wenn das Umkehrosmosegerät 108 ausgeschaltet wird und das Zweipunktventil 104 geschlossen ist um die Zufuhr von Leitungswasser 100 abzusperren, wird ein Kontrollventil 146 geöffnet, was dazu führt, dass Wasser durch den bioziden Verteiler 144 fliesst um eine vorbestimmte Wassermenge zu der Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts zu leiten. Das Kontrollventil wird für eine bestimmte Zeit, die notwendig ist um die gewünschte Wassermenge zu transferieren, geöffnet. Die Zeitdauer, die das Kontrollventil offen ist, wird durch hydraulische Abstimmung kontrolliert. Die vorbestimmte Wassermenge enthält einen bioziden Wirkstoff, der durch einem bioziden Verteiler hinzugefügt wird. Diese vorbestimmte behandelte Wassermenge füllt die Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts und verbleibt dort solange wie das Umkehrosmosegerät ausgeschaltet ist.
Der biozide Verteiler 144 kann biozide Wirkstoffe wie Jod, Chlor oder Wasserstoffperoxid verteilen. Das Biozid sollte unter Betrachtung der Arten von biologischen Schadstoffen, die im Leitungswasser präsent sind und des Typs der Membrane 112, die in dem Umkehrosmosegerät benutzt wird, ausgewählt werden. Einige Biozide sind schädlich für einige Typen von halbdurchlässigen Membranen. Eine Art von Biozid ist ein Jodspender in der Form von jodiertem Kunstharz, welches das Jod freigibt wenn das Leitungswasser durch das Kunstharzbett fliesst. Es hat sich gezeigt, das Wasser, das zwischen 0.5 und 15 ppm of Jod enthält, eine effektive biozide Lösung ist. Idealerweise soll wenig oder kein Biozid durch die halbdurchlässige Membrane gelangen und im Reinwasser vorkommen. Das geringe Volumen der benutzten bioziden Lösung und deren Anwendung wenn das Umkehrosmosesystem abgeschaltet ist, reduziert die Gelegenheit für Biozide in das Reinwasser zu gelangen. Destotrotz kann es wünschenswert sein, das Reinwasser zu behandeln, so dass alle Spuren des Biozids entfernt werden und/oder für eine Reinigung der Reinwasserseite des Umkehrosmosegeräts zu sorgen bevor der Entnahme von Reinwasser nach Abschaltung des Systems.
2 zeigt ein weiteren Typ eines Umkehrosmosesystems mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem System ist das Reinwassersammelgerät 228 ein Gasdruckakkumulator. Während des Reinigungszyklus fliesst das Reinwasser in die Sammelblase 230 des Akkumulators, die gegen ein Gas, wie z. B. Luft, innerhalb des abgedichteten Gehäuse des Akkumulators expandiert. Diese Art des Akkumulators speichert das Reinwasser unter Druck und erfordert keine Wasserverdichtung um das Reinwasser für die Entnahme unter Druck zu setzen. Es ist sehr vorteilhaft, dass die Konfiguration der vorliegenden Erfindung unabhängig vom Speichertyp ist, der im Umkehrosmosegerät genutzt wird.
Die Ausführungsform der Erfindung dargestellt in 2 ist mit einer Biosump 142 ausgestattet um eine vorbestimmte Menge an Leitungswasser durch ein Einwegventil 140 zu akkumulieren wenn das Leitungswasser durch ein Zweipunktventil 104 dem System zugeführt wird. Die Biosump enthält einen Gasdruckflüssigkeitsakkumulator, der Leitungswasser bis zu einem Druckausgleich akkumuliert. Wenn der Reinigungszyklus endet, schliesst das Zweipunktventil 104 und der Druck auf der Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts 108 beginnt zu sinken. Das Leitungswasser, das sich in der Biosump angesammelt hat, fliesst durch den bioziden Verteiler 144 und durch das Kontrollventil 146, das durch den Druck der Wasserzufuhr 148 zum Umkehrosmosegerät kontrolliert wird. Das führt dazu, dass eine vorbestimmte Menge des biozidisch behandelten Wassers die Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts auffüllt, wobei der Akkumulator der Biosump als ein Messgerät für den Wassertransfer zum Umkehrosmosegerät nach der Abschaltung fungiert. Resultierend wird die Leitungswasserseite der Umkehrosmosemembrane 112 für die Zeit, die das Umkehrsosmosegerät ausgeschaltet ist, in einer bioziden Lösung gebadet.
Die Bezeichnung "Vorbestimmte Menge" wird benutzt um eine Wassermenge, die vom Betriebszustand des Umkehrosmosesystems festgesetzt wird, zu bezeichnen. Zum Beispiel, in der Ausführungsform gezeigt in 1 wird die vorbestimmte Wassermenge, die zur Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts transferiert wird, von der Zeit, die das Kontrollventil 146 offen ist und der Fliessgeschwindigkeit durch das Ventil bestimmt. In den Ausführungsformen gezeigt in 2 und 3 wird die vorbestimmte Wassermenge die sich im Biosump befindet durch die Abmessungen und den Betriebsdruck des Gasdruckakkumulators, der für die Biosump benutzt wird und von dem Druck mit dem das Wasser dem Gasdruckakkumulator zugeführt wird, bestimmt. Es ist positiv zu bemerken, dass die vorbestimmte Wassermenge steigt wenn das Wasser bei höherem Druck zugeführt wird. Idealerweise ist die vorbestimmte Wassermenge, die vom Biosump zur Reinwasserseite des Umkehrosmosegeräts transferiert wird substantiell gleich oder unwesentlich höher als die Menge auf der Leitungswasserseite, so dass der biozide Wirkstoff konserviert und die Notwendigkeit den bioziden Wirkstoff aufzufüllen reduziert wird.
3 zeigt ein Umkehrosmosesystem mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird die Biosump 142 mit einer vorbestimmten Reinwassermenge durch ein Einwegventil 142 gefüllt. So wie in der vorherigen Ausführungsform sorgt der Druckabfall auf der Leitungswasserseite 110 des Umkehrosmosegeräts dafür, dass eine vorbestimmte Wassermenge vom Biosump durch den bioziden Verteiler fliesst wenn sich das Kontrollventil 146 in Folge des Druckabfalls 148 auf der Leitungswasserseite des Umkehrosmosegeräts öffnet. Die Nutzung von Reinwasser statt Leitungswasser in der Biosump kann vorteilhaft sein falls die Qualitat des Leitungswassers zu einer Verunreinigung des bioziden Verteiler führen könnte.
Während die Biosump mit Ausführungsformen beschrieben wurde, die einen Luftdruckakkumulator benutzen, ist positiv zu bemerken, dass andere Ausführungsformen der Erfindung einen Wasserverdichtungsakkumulator für die Biosump nutzen können. Es ist auch zu beachtenswert, dass zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung die Biosump mit dem Reinwasserakkumulator kombinieren können so das ein Akkumulator sowohl die Funktion der Biosump als auch des Reinwasserakkumulators wahrnimmt.
Während bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in begleitenden Abbildungen gezeigt wurden, versteht es sich, dass solche Darstellungen lediglich illustrativ sind und die Erfindung nicht einschränken, da verschiedene andere Modifikationen möglich sind.

Claims

Ein Gerät, das umfasst: ein Umkehrosmosegerät (108) mit einer Speisewasserseite (110) und einer Produktwasserseite (114) separiert durch eine halbdurchlässige Membrane (112); eine Zuleitung (131) verbunden mit der Produktwasserseite des Umkehrosmosegeräts durch ein Einwegventil (126) und zu einem Verteilungszapfen (134) durch ein Verteilungsventil (132); ein hydraulisch betätigtes Ein-Aus Ventil (104), das mit der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts und der Zuleitung des Speisewassers (100) unter Druck verbunden ist, das Ein-Aus Ventil wird durch den Druckabfall (106) auf der Zuleitung eingeschaltet wenn das besagte Verteilungsventil (132) geöffnet wird, einen biozider Verteiler (144), der unter Druck mit einem vorbestimmten Wasservolumen verbunden ist, der biozide Verteiler behandelt das vorbestimmte Wasservolumen mit dem bioziden Wirkstoff; den besagten bioziden Verteiler, der durch ein hydraulisch betätigtes Kontrollventil (146) mit der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts verbunden ist, das besagte Kontrollventil wird geschlossen durch den Druck (148) auf der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts und geöffnet wenn der Druck auf der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts fällt nachdem das Ein-Aus Ventil ausgeschaltet wird, bei Öffnung transferiert das Kontrollventil das besagte vorbestimmte Wasservolumen zur Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts.
Das Gerät von Patentanspruch 1, wobei das vorbestimmte Wasservolumen von einem Druckspeicher (142) transferiert wird.
Das Gerät von Patentanspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Wasservolumen von der Speisewasserzuleitung (100) transferiert wird.
Das Gerät von Patentanspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Wasservolumen von der Produktwasserseite des Umkehrosmosegeräts transferiert wird.
Das Gerät der Patentansprüche 1 bis 4, wobei das vorbestimmte Wasservolumen weniger oder im wesentlichen gleich mit dem Volumen der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts (108) ist.
Das Gerät der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der biozide Wirkstoff zumindest einer der Wirkstoffe Jod, Chlor und Wasserstoffsuperoxid ist.
Das Gerät der Patentansprüche 1 bis 6, wobei der biozide Wirkstoff in einem (Kunst) Harzbett eingeschlossen ist.
Das Gerät der Patentansprüche 1 bis 7, wobei der biozide Verteiler (144) das vorbestimmte Wasservolumen mit dem bioziden Wirkstoff behandelt während es zu der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts (108) transferiert wird.
Eine Methode zur Verhinderung einer biologischen Verunreinigung eines Umkehrosmosegeräts (108) mit einer Speisewasserseite (110) und einer Produktwasserseite (114) separiert durch eine halbdurchlässige Membrane (112), die Methode umfasst: das Schliessen eines Verteilungsventils (132) verbunden mit einer Zuleitung (131), die Zuleitung ist mit der Produktwasserseite des Umkehrsosmosegeräts durch ein Einwegventil (126) verbunden; das Schliessen eines hydraulisch betätigten Ein-Aus Ventils (104), das zu der Speisewasserzuleitung (100) unter Druck und zu der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts verbunden ist, das Ein-Aus Ventil wird durch den Druck (106) in der Zuleitung geschlossen; das Öffnen eines hydraulisch betätigtem Kontrollventils (146), das mit einem bioziden Verteiler (144) und mit der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts verbunden ist, das Kontrollventil wird durch den fallenden Druck auf der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts geöffnet nachdem das Ein-Aus Ventil ausgeschaltet wird; den Transfer des vorbestimmten Wasservolumens durch den bioziden Verteiler zu der Speisewasserseite des Umkehrosmosegeräts durch den Druck des Speisewassers wenn das Kontrollventil geöffnet ist, der biozide Verteiler behandelt das vorbestimmte Wasservolumen mit einem bioziden Wirkstoff.
Die Methode von Patentanspruch 9, umfasst zudem die Anreicherung von gereinigtem Produktwasser, das vom Umkehrosmosesytem als vorbestimmtes Wasservolumen produziert wird.
Die Methode von Patentanspruch 9, umfasst zudem den Transfer von Speisewasser von der Speisewasserzuleitung als das vorbestimmte Wasservolumen.
Die Methode der Patentansprüche 9, 10 oder 11, wobei das vorbestimmte Wasservolumen weniger oder im wesentlichen gleich mit dem Volumen der Speisewassserseite des Umkehrosmosegeräts ist.
Die Methode der Patentansprüche 9 bis 12, wobei der biozide Wirkstoff mindestens einer der Wirkstoffe Jod, Chlor und Wasserstoffsuperoxid ist.
Die Methode der Patentansprüche 9 bis 13, wobei die Behandlung des vorbestimmten Wasservolumens zudem die Durchleitung des vorbestimmten Wasservolumens durch ein (Kunst) Harzbett umfasst, das den bioziden Wirkstoff freisetzt.
Die Methode der Patentansprüche 9 bis 14, wobei die Behandlung des vorbestimmten Wasservolumens simultan mit dem Transfer der vorbestimmten Wasservolumens erreicht wird.