Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rückspülbetriebs eines Ultrafiltrationsmoduls einer Trinkwassergewinnungsanlage mit einer Rohwasserseite, einer Filtratseite und einer Ultrafiltrationsmembran, die die Rohwasserseite von der Filtratseite zum Filtern von Rohwasser beim Übergang von der Rohwasserseite zur Filtratseite trennt, wobei im Rückspülbetrieb Rückspülwasser, insbesondere Filtrat, von der Filtratseite zur Rohwasserseite gepumpt wird und dort als Retentat austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran seitens der Rohwasserseite angesammelte Feststoffpartikel abzulösen.

Die Rückspülung von Ultrafiltrationsmodulen in Trinkwassergewinnungsanlagen ist allgemein bekannt. Bei der Rückspülung wird die Durchströmung des Filters umgekehrt, indem gefiltertes Wasser von der Reinwasserseite zur Rohwasserseite gepumpt wird, um die seitens der Rohwasserseite an der Membran haftenden Partikel und Mikroorganismen abzulösen. Hierzu ist eine Rückspülpumpe vorgesehen, die über eine Rückspülleitung mit dem Filtratausgang des Filters in Verbindung steht. Das mit den angesammelten Partikeln versetzte Rückspülwasser wird auf der Rohwasserseite über eine Retentatleitung abgeführt und beispielsweise in einem Abfluss abgeschieden. Die Rückspülung erfolgt meist zeitgesteuert, beispielsweise täglich zu einer bestimmten Uhrzeit, vorzugsweise nachts. Sie kann alternativ auch druckgesteuert erfolgen, nämlich in Abhängigkeit des über der Membran abfallenden Differenzdruck, dem sogenannten Transmembrandruck (TMP), der mit zunehmender Ansammlung an Partikeln steigt. Die Dauer der Rückspülung ist üblicherweise fest vorgegeben und zur Sicherstellung einer maximalen Reinigung der Membran hoch gewählt. Sie beträgt in der Regel wenige, z.B. drei Minuten. Je nach Volumenstrom werden hierbei erhebliche Mengen an Wasser pro Ultrafiltrationsmodul oder Gruppe an Ultrafiltrationsmodulen verbraucht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise der rückspülbedingte Wasserverbrauch minimiert wird.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während der Rückspülung die Trübung des Retentats kontinuierlich oder in Intervallen sensorisch gemessen und der Rückspülbetrieb beendet wird, wenn die Trübung einen vorgegebenen Grenzwert (s) zwischen 0,02 N.T.U. und 0,1 N.T.U unterschreitet, insbesondere gemessen nach DIN EN ISO 7027 aus November 2016. Mit anderen Worten erfolgt eine Abschaltung des Rückspülbetriebs der Trinkwassergewinnungsanlage, wenn das Wasser weitestgehend klar ist, oder anders ausgedrückt, wenn der Großteil der Partikel, beispielsweise mindestens 98% der Partikel von der Membran entfernt worden sind. Somit wird eine erhebliche Menge an Wasser eingespart. Folgemäßig werden auch Energie und Kosten gespart.

Trübung ist ein Maß für die Wasserklarheit und wird mit der Maßeinheit N.T.U. ausgedrückt. Bei der Trübung handelt es sich um eine optische Eigenschaft einer Flüssigkeit, die durch das Vorhandensein von suspendierten und/ oder kolloidalen Stoffen in der Flüssigkeit bedingt ist. Die Trübung kann durch die Menge an Licht quantifiziert werden, die durch die genannten Stoffe bzw. Partikel reflektiert wird (ISO 7027, November 2016). Es ist allerdings auch möglich, die Trübung durch die Menge an Licht zu quantifizieren, das durch die Flüssigkeit transmittiert wird.

In einer Ausführungsvariante kann die Trübung innerhalb einer mit dem Ultrafiltrationsmodul verbundenen Retentatleitung gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Änderung der Trübung des Retentats unverzüglich erkannt werden kann und das Ultrafiltrationsmodul baulich nicht verändert werden muss. Zur Messung der Trübung des Retentats in der Retentatleitung kann ein optischer Sensor verwendet werden, der das durch die Retentatleitung oder zumindest einen Abschnitt derselben transmittierte Licht, insbesondere dessen Intensität nach Durchstrahlung des Retentats ermittelt. Der Sensor kann eine Lichtquelle, z.B. eine Laserdiode, und einen Lichtempfänger, z.B. eine Photodiode aufweisen, zwischen denen eine optische Messstrecke gebildet ist. Die optische Messstrecke kann hierbei quer zur Längserstreckung der Retentatleitung angeordnet sein. Von Vorteil ist es, wenn die Wand der Retentatleitung zumindest im Bereich des Sensors für das von der Lichtquelle emittierte optische Licht transparent ist, beispielsweise Sichtfenster aufweist, so dass das Licht von einer Seite zur anderen Seite der Retentatleitung propagieren und somit die Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts bestimmt werden kann, ohne dass ein Teil des Sensors Kontakt zum Retentat haben muss. Die Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts im Verhältnis zu der Menge bzw. Intensität des auf den Empfänger treffenden Lichts bei einer Referenzmessung bei klarem Wasser ist dann ein Maß für Trübung.

Alternativ zu einer derartigen Sensoranordnung kann ein Trübheitssensor, auch Nephelometer genannt, verwendet werden, der auf Basis einer Streulichtmessung nach DIN EN ISO 2027 von November 2016 arbeitet, d.h. der die Menge an von den Partikeln reflektierten Lichts misst. Der Trübheitssensor wird mit vorbereiteten Formazin-Lösungen kalibriert, die 0.1 , 20 oder 200 N.T.U. haben.

In einer Ausführungsvariante kann der Trübheitssensor in die Retentatleitung eintauchen. Hierzu eignet sich besonders der optischer Trübungssensor für Wasser- und Abwasseranwendungen OPTISENS TUR 2000 des Herstellers KRÖHNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Deutschland. Er ermöglicht nach den Herstellerangaben eine genaue Trübungsmessung im Bereich unter 40 N.T.U. über die 90° Streulichtmethode nach ISO 7027. Die Lichtquelle und der Empfänger sind im 90°-Winkel zueinander positioniert. Das von der Lichtquelle übertragene Licht wird in gleicher Stärke an den Referenzempfänger und in das Medium gelenkt. Hier wird das Licht von den Partikeln reflektiert und Anteile des Streulichts werden vom Detektor, der im 90°-Winkel positioniert ist, empfangen.

Das Messgerät vergleicht nun das Licht des Referenzempfängers und des Streulichtempfängers und berechnet den Trübungswert. Alternativ kann als Trübheitssensor das Messsystem OPTISYS TUR 1060 des Herstellers KRÖHNE Messtechnik GmbH, Ludwig-Krohne-Str. 5, 47058 Duisburg, Deutschland verwendet werden. Dieser Sensor ist vor allem für Trinkwasseranwendungen einsetzbar und wird bestimmungsgemäß in einer Bypassleitung angeordnet, um eine Online-Messung durchfzuühren. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann das Messsystem somit in einer Bypassleitung zur Retentatleitung angeordnet werden. Nach Angaben des Herstellers bestimmt das Messsystem die Trübung per 90°-Streulichtmessung (Nephelometrie) in einem Messbereich von 0 bis 100 oder 0 bis 1000 N.T.U. mit einer Genauigkeit von ±2% des Messwerts oder ±0,02 NTU für Werte unter 40 N.T.U. und einer Auflösung von 0,0001 N.T.U.. Hierbei wird die Lichtstreuung einer Formazin-Suspension, deren Konzentration bekannt ist, mit der Lichtstreuung in der gezogenen Wasserprobe abgeglichen. Die Messung findet im 90°-Winkel zum eingestrahlten Licht statt (90°- Infrarot-Streulicht gemäß ISO 7027 oder Weißlicht gemäß US EPA 180.1 Verordnung). Die Messoptik ist der Probe nicht direkt ausgesetzt und unterliegt daher nur einem geringen Wartungsaufwand.

Beispielsweise kann der Grenzwert (s) 0,05 N.T.U. betragen. Die Membran ist bereits bei Erreichen dieses Werts ausreichend gespült. Ein geringerer Grenzwert ermöglicht zwar noch eine höhere Reinigungswirkung, jedoch zu einem unverhältnismäßig hohen Wasserverbrauch, weil die Reinigungswirkung bzw. die Trübung mit der Zeit annährend exponentiell fällt. Somit ergibt sich mit einem Grenzwert (s) von 0,05 N.T.U. ein gutes Kosten/ Nutzenverhältnis.

Es ist von Vorteil, wenn die Messung der Trübung erst mit Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit durchgeführt wird, beispielsweise erst nach wenigstens 20 s. Denn in der Anfangszeit der Rückspülung, insbesondere während der ersten 20 Sekunden ist die Erreichung des Grenzwerts nicht zu erwarten. Gleichzeitig ist zu berücksichtigen, dass sich die Trübung in dieser Anfangszeit stark ändert, und zwar zunächst stark ansteigt und anschließend exponentiell abklingt, und dass konventionelle Trübheitssensoren eine sehr langsame Reaktionszeit haben, so das eine Sensormessung insbesondere bei starker Änderung der Messgröße recht ungenau ist. Nach Ablauf der Verzögerungszeit kann jedoch von einem hinreichend genauen Messwert ausgegangen werden, weil das stark getrübte Retentat bereits abgeführt worden ist.

In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Verzögerungszeit eingelernt wird. Hierzu kann die Trinkwassergewinnungsanlage, die das Ultrafiltrationsmodul umfasst, eine Steuereinheit aufweist, die diese Verzögerungszeit bei einem ersten Rückspülbetrieb bestimmt, abspeichert und bei einem zeitlich späteren Rückspülbetrieb verwendet. Beispielsweise kann die Verzögerungszeit dadurch eingelernt werden, dass mit der ersten Rückspülung ein Timer gestartet und die Zeit gemessen wird, bis ein bestimmter Trübungsreferenzgrenzwert, beispielsweise 50 N.T.U. erreicht ist. Diese Zeit wird dann für den nächsten Rückspülbetrieb als Verzögerungszeit verwendet.

Messtechnisch kann die Trübung zyklisch, insbesondere in Intervallen von einer Sekunde erfasst werden.

Für den Fall, dass der Grenzwert nach einer bestimmten Dauer des Rückspülbetriebs noch immer nicht unterschritten ist, kann dessen Notabschaltung erfolgen. Somit wird verhindert, dass der Rückspülbetriebs nicht abgeschaltet wird, z.B. wenn aufgrund eines Fehlers, wie einem defekten Trübheitssensor, ein falscher Messwert für die Trübung vorliegt und deshalb der Grenzwert nicht unterschritten wird. Es kann somit vorgesehen sein, dass der Rückspülbetrieb zeitgesteuert beendet wird, wenn der Grenzwert nach einer bestimmten zeitlichen Maximaldauer des Rückspülbetrieb noch nicht unterschritten wird. Mit dem Start des Rückspülbetriebs kann ein Zähler oder Timer gestartet werden, der dann wiederholt mit der Maximaldauer verglichen wird. Wird diese erreicht oder überschritten, erfolgt die (Not-)Abschaltung des Rückspülbetriebs

Die Maximaldauer zwischen 2 und 5 Minuten, insbesondere 3 Minuten beträgt

Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen: Figur 1a: eine schematische Darstellung eines Ultrafiltrationsmoduls nach dem Stand der Technik im Filterbetrieb

Figur 1 b: eine schematische Darstellung eines Ultrafiltrationsmoduls nach dem Stand der Technik im Rückspülbetrieb

Figur 2: ein die Trübung über die Zeit darstellendes Diagramm Figur 3: ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.

Figur 1a veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau eines Ultrafiltrationsmoduls einer Trinkwassergewinnungsanlage, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet. Das Ultrafiltrationsmodul 1 hat ein längliches zylindrisches Gehäuse mit einer Rohwasserseite 8, einer Filtratseite 9 und eine Ultrafiltrationsmembran 10, die die Rohwasserseite 8 von der Filtratseite 9 trennt und hier in Gestalt einer Hohlfasermembran 10 veranschaulicht ist. In der Realität besitzt das Ultrafiltrationsmodul 1 eine Vielzahl von Hohlfasermembranen 10. In die Rohwasserseite 8 münden zwei Anschlüsse, die beide wahlweise über nicht dargestellte Ventile mit einer Rohwasserleitung 5 zur Zuführung von Rohwasser 2 im Filterbetrieb oder mit einer Retentatleitung 7 zur Ableitung von Retentat 4 im Rückspülbetrieb verbunden werden können. Die Anschlüsse sind an gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses angeordnet. In dem in Figur 1a dargestellten Zustand ist ein Anschluss, genauer gesagt, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum untere Anschluss, mit der Rohwasserleitung 5 verbunden. Ferner ist der andere Anschluss, genauer gesagt, der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum obenliegende Anschluss, mit der Retentatleitung 7 verbunden, die zu einem Abfluss 12 führt, um das Retentat 4 abzuscheiden. Allerdings ist die Retentatleitung 7 abgesperrt, veranschaulicht durch die gestrichelte Linie.

Des Weiteren besitzt auch die Filtratseite 9 zwei Anschlüsse, die an gegenüberliegenden axialen Enden des Gehäuses angeordnet sind, nämlich oben und unten. Der bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum untenliegende Anschluss ist abgesperrt (Dead End). Dagegen ist der andere, bezogen auf die bestimmungsgemäße Anordnung des Ultrafiltrationsmoduls 1 im Raum obenliegende Anschluss, mit einer Filtratleitung 6 verbunden, um Filtrat 3 abzuführen.

Im in Figur 1a dargestellten Filterbetrieb wird Rohwasser 2 beim Übergang von der Rohwasserseite 8 zur Filtratseite 9 durch die Membran 10 gefiltert, wobei Feststoffpartikel größer als 9.5 nm zurückgehalten werden, indem sie an der Membran seitens der Rohwasserseite 8 haften bleiben.

Figur 1 b veranschaulicht den Rückspülbetrieb des Ultrafiltrationsmoduls 1 , in dem Rückspülwasser, insbesondere Filtrat 3, von der Filtratseite 9 zur Rohwasserseite 8 gepumpt wird und dort über den oberen Anschluss in die nunmehr geöffnete Retentatleitung 7 als Retentat 4 austritt, um an der Ultrafiltrationsmembran 10 seitens der Rohwasserseite 8 angesammelte Feststoffpartikel abzulösen. Die Rohwasserleitung 5 ist währenddessen abgesperrt, veranschaulicht durch die gestrichelte Linie.

Figur 2 zeigt einen empirisch ermittelten Verlauf der Trübung des Retentats 4 in der Einheit N.T.U. (Nephelometric Turbidity Unit) über der Zeit in der Retentatleitung 7, in der sich ein Trübungssensor 11 befindet, um die Trübung dort zu messen. Es zeigt sich, dass die Trübung innerhalb von wenigen Sekunden zunächst steil ansteigt bis zu einem Maximalwert von 200 N.T.U. und nach ca. 4 Sekunden wieder abfällt, wobei die Abnahme zunächst zunehmend stärker wird und ab ca. 13 Sekunden in einen exponentiell abnehmenden Verlauf übergeht. In Figur 2 ist eine gestrichelte Linie eingezeichnet, die das Ende einer Verzögerungszeit von ca. 20 s markiert, ab der die sensorische Messung der Trübung in der Retentatleitung 7 startet.

Figur 3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es beginnt mit dem Start des Rückspülbetrieb des Ultrafiltrationsmoduls 1 , Schritt S1 , wobei zunächst eine der Verzögerungszeit entsprechende Wartezeit abgewartet werden kann, Schritt S2, bis die Messung der Trübung beginnt, Schritt S3. Allerdings kann in einer anderen Variante die Trübungsmessung auch von Beginn des Rückspülbetriebs an erfolgen. Die Trübungsmessung wird zyklisch wiederholt, wobei nach jeder Messung geprüft wird, ob die Trübung unter einem Grenzwert s von 0,05 N.T.U. liegt, Schritt S4. Ist dies der Fall, wird der Rückspülbetrieb beendet, Schritt S5, da die Membran 10 ausreichend gereinigt worden ist.

Wie Figur 3 veranschaulicht, kann optional in einem parallelen Verfahrenszweig geprüft werden, ob die bisherige Dauer des Rückspülbetriebs noch immer nicht zu einer Unterschreitung des Grenzwerts s geführt hat. Dies wird in Schritt S8 anhand eines zu Beginn des Rückspülbetriebs auf null gesetzten Timers, Schritt S6, geprüft, dessen Zählerstand „Dauer“ mit einer zeitlichen Maximaldauer Tmax des Rückspülbetriebs von beispielsweise 3 Minuten verglichen wird, wobei die Maximaldauer Tmax hier natürlich einen maximalen Zählerstand darstellt. Ist die Maximaldauer Tmax noch nicht erreicht, wird der Zählerstand „Dauer“ um den Wert eins erhöht, siehe Schritt S7. Anderenfalls erfolgt die Beendigung des Rückspülbetriebs, Schritt S5. Somit wird der Rückspülbetrieb auch dann beendet, wenn die Trübung den Grenzwert s nicht unterschreiten sollte.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“, „geeignet“ oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.

Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.