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Title:
METHOD AND DEVICE FOR REDUCING BIOFOULING ON THE MEMBRANES OF PRESSURE-DRIVEN MEMBRANE SEPARATION PROCESSES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/043760
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a device for reducing biofouling on membranes during the purification of an aqueous medium by way of pressure-driven membrane separation processes. Ingredients causing biofouling are removed from the aqueous medium to be purified by attachment thereof to sacrificial filters (3) that are arranged in the supply line (2) to the pressure-driven membrane separation installation (4).

Inventors:
BERG, Peter (Schulstrasse 22, Utting, 86919, DE)
PANGLISCH, Stefan (Einigkeitstrasse 45, Essen, 45133, DE)
Application Number:
EP2008/062672
Publication Date:
April 09, 2009
Filing Date:
September 23, 2008
Export Citation:
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Assignee:
VA TECH WABAG GMBH (Dresdner Strasse 87-91, Wien, A-1200, AT)
BERG, Peter (Schulstrasse 22, Utting, 86919, DE)
PANGLISCH, Stefan (Einigkeitstrasse 45, Essen, 45133, DE)
International Classes:
B01D61/04; B01D61/16; B01D65/08; C02F1/44
Attorney, Agent or Firm:
MAIER, Daniel (Siemens AG, CT IPPostfach 22 16 34, München, 80506, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1 ) Verfahren zur Verminderung von Biofouling an Membranen bei der Reinigung von wässrigem Medium mittels druckgetriebener Membrantrennverfahren dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die in dem wässrigen Medium enthaltenen Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe zumindest teilweise aus dem wässrigen Medium entfernt werden, wobei die Entfernung durch Anlagerung dieser Inhaltsstoffe an das Filtermaterial beim Durchströmen eines oder mehrerer Opferfilter erfolgt, worauf das im ersten Schritt gewonnene Filtrat mittels druckgetriebener Membrantrennverfahren weiter gereinigt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Filtermaterial der Opferfilter permeable synthetische Kollektoren verwendet werden.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die permeablen synthetischen Kollektoren aus dem gleichen Materialtyp, bevorzugt aus dem gleichen Material, wie die Membran des druckgetriebenen Membrantrennverfahrens bestehen.

4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach ISO 7027 gemessene Trübung des im ersten Schritt gewonnenen Filtrates unterhalb eines Grenzwertes von 1 FNU, bevorzugt 0,5 FNU, besonders bevorzugt 0,1 FNU, gehalten wird.

5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Opferfilter ausgetauscht werden, wenn die Ablaufqualität des ersten Schrittes Mindestanforderungen nicht entspricht.

6) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine Zuleitung (2) für zu reinigendes wässriges Medium (1 ), welche in eine druckgetriebene Membrantrennanlage (4) führt, dadurch gekennzeichnet,

dass in der Zuleitung (2) mindestens ein von dem zu reinigenden wässrigen Medium durchströmter Opferfilter (3) angeordnet ist, und jeder Opferfilter (3) aus der Zuleitung (2) entnommen werden kann, und in der Zuleitung (2) zumindest zwei Vorrichtungen (9,10) zur Anordnung eines Opferfilters (3) in der Zuleitung (2) vorhanden sind, wobei ein Opferfilter (3) ein mit permeablen synthetischen Kollektor- Teilchen befülltes Filtergehäuse umfasst, wobei die Affinität der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe des wässrigen Mediums zu den permeablen synthetischen Kollektoren mindestens genau so groß ist wie ihre Affinität zur Membran der druckgetriebenen Membrantrennanlage (4).

7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die druckgetriebene Membrantrennanlage (4) eine Umkehrosmose-Anlage ist.

Description:

Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung von Biofouling an Membranen druckgetriebener Membrantrennverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Biofouling an

Membranen bei der Reinigung von wässrigem Medium mittels druckgetriebener Membrantrennverfahren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Hintergrund der Erfindung

Zur Reinigung von Wasser, beispielsweise bei der Trinkwasser-Gewinnung durch Entsalzung von Meer- oder Brackwasser, bei der Reinigung von Abwässern, beim Aufbereiten von Kesselspeisewasser, bei der Gewinnung von hochreinem Wasser oder bei der Herstellung konzentrierter wässriger Lösungen in der pharmazeutischen Industrie und in der Nahrungsmittel-Industrie werden oft druckgetriebene Membrantrennverfahren eingesetzt. Aufgrund der Anlagerung von in dem zu reinigenden wässrigen Medium enthaltenen partikulären, anorganischen oder organischen Inhaltsstoffen und Mikroorganismen an der Membran des Membrantrennverfahrens kommt es an dieser in der Regel zur Bildung von Belägen. Abhängig von der Dichte und der Dicke dieser Beläge kann sich die Permeabilität des Systems aus Belag und Membran soweit verringern, dass zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Leistung, das heißt eines bestimmten Volumendurchsatzes pro Zeiteinheit, steigende Betriebsdrücke auf der Seite der Wasser-Zuführung notwendig werden oder der gewünschte Volumendurchsatz der Membrantrennanlage überhaupt nicht mehr erreicht werden kann. Eine solche Leistungseinbuße wird als Fouling bezeichnet.

Besonders unerfreulich ist Biofouling, das heißt, die mit der Entstehung eines Belages durch Anlagerung und Wachstum von Mikroorganismen wie beispielsweise Mikroalgen, Pilzen, Protozoen oder Bakterien verbundene

Leistungseinbuße. Ein solcher Belag wird als Biofilm bezeichnet. Die angelagerten Mikroorganismen können ebenfalls angelagerte organische Stoffe oder in dem

wässrigen Medium mitgeführte organische Stoffe zum Teil als Nährstoff nutzen und metabolisieren. Die dabei gebildeten Stoffwechselprodukte besitzen jedoch eine sehr geringe Permeabilität und haften stark an der Membran und sind auch durch chemische Reinigungen oft nur schwer oder gar nicht von der Membranoberfläche entfernbar. Solch irreversible Belagsbildung führt zu einer beständig abnehmenden Permeabilität der Membranen, welche letztendlich einen Austausch der Membranen erforderlich macht.

Zur Vermeidung eines solchen irreversiblen Belages oder zur Verringerung von dessen Auswirkungen werden bislang verschiedene Maßnahmen ergriffen. Am weitaus häufigsten werden beispielsweise zur Vermeidung von Biofouling dem aufzubereitenden Wasser Biozide oder Biostatika beigefügt, die auf Mikroorganismen abtötend oder wachstumshemmend wirken sollen. Derartige Zugaben sind jedoch oft nur in hohen Konzentrationen wirksam, können bereits vorhandene Beläge oft nur ungenügend oder gar nicht entfernen und können sich sogar schädigend auf die Membran und deren Leistung auswirken. Weiterhin ist bekannt, dass beim Einsatz von bioziden Chemikalien, wie beispielsweise bei der Chlorung von Wasser, organische Inhaltsstoffe wässriger Medien oxidiert werden, wodurch deren Bioverfügbarkeit als Nährstoff für Biofilme in aller Regel steigt und dass es an den Stellen, an denen das Biozid aufgebraucht ist, zu noch stärkerem Biofouling kommt. Eine andere Maßnahme zur Vermeidung von Biofouling ist die Vorbehandlung des zu reinigenden Wassers zur Entnahme von Biofilmen als Nährstoff dienenden organischen Substanzen und/oder von Biofilme aufbauenden Mikroorganismen. Hierzu werden in der Wasseraufbereitung Verfahren wie Filtration mit und ohne vorherige Flockung und Sedimentation eingesetzt, oder es wird mit sorptiven Verfahren oder mit biologisch aktiven Vorfiltern gearbeitet.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer Biofouling an Membranen druckgetriebener Membrantrennverfahren bei der Reinigung wässriger Medien vermindert wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verminderung von Biofouling an Membranen bei der Reinigung von wässrigem Medium mittels druckgetriebener Membrantrennverfahren. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die in dem wässrigen Medium enthaltenen Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe zumindest teilweise aus dem wässrigen Medium entfernt werden, wobei die Entfernung durch Anlagerung dieser Inhaltsstoffe an das Filtermaterial beim Durchströmen eines oder mehrerer Opferfilter erfolgt, worauf das im ersten Schritt gewonnene Filtrat mittels druckgetriebener Membrantrennverfahren weiter gereinigt wird.

Das zu reinigende wässrige Medium kann beispielsweise Oberflächenwasser wie Meer- oder Brackwasser, Talsperren- oder Flusswasser sein, aber auch kommunales oder industrielles Abwasser, Brauch- und Prozesswasser wie etwa Kesselspeisewasser, Kühlwasser oder Emulsionen sein. Es kann sich aber auch um Lösungsmittel oder Fruchtsaft handeln.

Die druckgetriebenen Membrantrennverfahren können beispielsweise Umkehrosmose (UO), Nanofiltration (NF), Ultrafiltration (UF) oder Mikrofiltration (MF) sein.

Die Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien werden im ersten Schritt durch Anlagerung in den Opferfiltern aus dem wässrigen Medium entfernt. Erst danach erfolgt eine Reinigung des Filtrats des ersten Schrittes in einem druckgetriebenen Membrantrennverfahren. Dadurch, dass das im ersten Schritt gewonnene Filtrat weniger oder gar keine Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe mehr enthält, wird die weitere Reinigung durch Membrantrennverfahren weniger oder gar nicht mehr von Biofouling behindert. Dadurch haben die Membranen der druckgetriebenen Membrantrennverfahren eine deutlich längere Lebensdauer und die Leistung der Anlage zur Durchführung des druckgetriebenen

Membrantrennverfahrens kann mit weniger Aufwand erhalten werden.

Unter den Biofouling verursachenden Inhaltsstoffen wässriger Medien sind zu verstehen Mikroorganismen, die zur Entstehung eines Biofilmes führen können, ihre Stoffwechsel produkte sowie von solchen Mikroorganismen als Nährstoff nutzbare organische Materie wie beispielsweise Kohlenhydrate, Polysaccharide, Proteine oder niedermolekulare Huminstoffe.

In den Opferfiltern herrschen für die in dem wässrigen Medium enthaltenen Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe mindestens gleich gute Rahmenbedingungen für ihre Anlagerung wie an den Membranen der darauf folgenden druckgetriebenen Membrantrennverfahren.

Die bestimmenden Faktoren bei der Anlagerung von Inhaltsstoffen wässriger Medien an einer Oberfläche sind die Transportwahrscheinlichkeit, mit der die Inhaltsstoffe an die Oberfläche gelangen, sowie die Haftwahrscheinlichkeit, mit der die an die Oberfläche gelangten Inhaltsstoffe an der Oberfläche haften bleiben. Die Transportwahrscheinlichkeit ist in erster Linie von den Strömungsverhältnissen abhängig. Die Haftwahrscheinlichkeit ist in erster Linie von den Oberflächeneigenschaften der Inhaltsstoffe und der Oberfläche und den Strömungsverhältnissen, die die Ablösewahrscheinlichkeit bestimmen, abhängig. Die Ablösewahrscheinlichkeit ist die Wahrscheinlichkeit, mit der ein an einer Oberfläche angelagertes Teilchen durch eine Strömung von der Oberfläche abgelöst wird.

Eine Anlagerung am Opferfilter erfolgt in der Regel aufgrund mechanischer und/oder spezifischer Adhäsion. Insbesondere bei der spezifischen Adhäsion spielen die elektrostatischen und van-der-Waals-schen Wechselwirkungen zwischen dem Inhaltsstoff des wässrigen Mediums und dem Filtermaterial eine bedeutende Rolle. Auch die Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen führt zu Anlagerungen. Diese Mechanismen sind bestimmt durch die Oberflächeneigenschaften der Inhaltsstoffe wässriger Medien und die Oberflächeneigenschaften des Opferfiltermaterials

Ein Vergleich der Affinität der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe des wässrigen Mediums zum Opferfilter und zur Membran des druckgetriebenen Membrantrennverfahrens kann beispielsweise mittels folgender, die Haftwahrscheinlichkeit beeinflussenden Oberflächeneigenschaften des Opferfilters und der Membran angestellt werden:

- Hydrophobizität bzw. Benetzbarkeit, erhalten über Kontaktwinkelmessung

- Oberflächenladung, erhalten über Zetapotential-Messung. Unter Affinität ist in diesem Zusammenhang das Bestreben der Biofouling verursachenden Substanzen zur Anlagerung an eine Oberfläche zu verstehen.

Die Werte dieser Oberflächeneigenschaften sollen für den Opferfilter nicht mehr als 40% von dem entsprechenden Wert der Membran abweichen, bevorzugt nicht mehr als 30%, besonders bevorzugt nicht mehr als 20%, und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10%. Noch mehr bevorzugt ist es, dass die Werte dieser Oberflächeneigenschaften für den Opferfilter genau so groß sind wie die entsprechenden Eigenschaften der Membran des druckgetriebenen Membrantrennverfahrens.

Die Affinität der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien zum Opferfilter soll der Affinität zur Membran entsprechen. Bevorzugt ist eine höhere Affinität der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe zum Opferfilter als zur Membran.

Weiterhin sollen bei Durchströmung des Opferfilters derartige

Strömungsverhältnisse herrschen, dass für die Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien die Transportwahrscheinlichkeit zur Oberfläche mindestens genau so hoch ist und die Ablösewahrscheinlichkeit mindestens genauso gering ist wie an der Membran des druckgetriebenen Membrantrennverfahrens.

Wenn die Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien eine ihrer Affinität zur Membran entsprechende oder diese übertreffende Affinität zum Opferfilter aufweisen, und am Opferfilter für eine Anlagerung günstigere Strömungsverhältnisse herrschen als an der Membran des Membrantrennverfahrens, dann lagern sich die Inhaltsstoffe bevorzugt am

Opferfilter an. Je größer die für Anlagerung zur Verfügung stehende Oberfläche der Opferfilter ist, desto vollständiger werden die Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe dem zu reinigenden wässrigen Medium entzogen. Strömungsverhältnisse sind für eine Anlagerung umso günstiger, je langsamer die Strömung fließt und enger der durchströmte Raum ist.

Beispielsweise werden die zum Aufbau eines Biofilms benötigten organischen Nährstoffe wie Kohlenhydrate oder Polysaccharide, beispielsweise Alginate, dem wässrigen Medium vom Opferfilter entzogen, bevor sie die Membran erreichen und an dieser angelagert werden. Infolgedessen kann sich an der Membran aus Mangel an Nährstoffen kein Biofilm aufbauen bzw. aufgrund eines stark verminderten Nährstoffangebotes ein Biofilm nur sehr langsam entwickeln.

Infolgedessen ist im erfindungsgemäßen Verfahren Biofouling an den Membranen eines druckgetriebenen Membrantrennverfahrens, in dem das Filtrat der Opferfilter weiter gereinigt wird, unmöglich gemacht oder zumindest erschwert.

Durch die Verhinderung bzw. Verminderung der Anlagerung der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien an der Membranoberfläche ist keine bzw. nur eine langsamere Erhöhung des Betriebsdruckes zur Gewährleistung einer bestimmten Leistung des druckgetriebenen Membrantrennverfahrens notwendig. Weiterhin können zur Reinigung der druckgetriebenen Membrantrennanlage notwendige Betriebsstillstände vermieden bzw. ihre Häufigkeit vermindert werden. Durch die geringere Anzahl notwendiger chemischer Reinigungen erhöht sich zudem die Lebenserwartung der Membranen.

Zur Vermeidung eines Schlupfes von Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien durch den Opferfilter sollte die zur Anlagerung zur Verfügung stehende Oberfläche groß dimensioniert sein. Andererseits wird eine möglichst kleine Größe der Opferfilter angestrebt, um den Investitionsaufwand zu minimieren. Die Wahl der für eine Reinigungsaufgabe verwendeten Größe der Opferfilteroberfläche erfolgt im Rahmen dieser Vorgaben.

Für die Opferfilter wird Filtermaterial in Form von permeablen synthetischen Kollektoren (PSK) eingesetzt. Die permeablen synthetischen Kollektoren bestehen aus einem porösen Polymerschaum mit einer sehr hohen Anzahl innerer Stege und damit einer großen inneren Oberfläche. Sie können aus unterschiedlichen Materialien und in unterschiedlichen Formen gefertigt werden, beispielsweise aus Polyurethan oder Polyamid. üblicherweise ist ein einzelnes PSK-Teilchen zylinderförmig mit einer Größe von beispielsweise 2 x 5 mm ausgeführt. PSK sind in der Literatur beschrieben, beispielsweise in „Lehr- und Handbuch

Wasserversorgung, Band 6, Wasseraufbereitung - Grundlagen und Verfahren", S. 174-183, Oldenburg Industrieverlag GmbH, München, Wien; DVGW (Hrsg.) (2004).

In einer Filterschüttung aus einer Vielzahl einzelner PSK-Teilchen werden diese nicht nur umströmt sondern auch durchströmt, so dass Inhaltsstoffe des zu reinigenden wässrigen Mediums sowohl an der äußeren Oberfläche als auch an der inneren Oberfläche angelagert werden. Da in einer Filterschüttung aus PSK der Zwischenraum zwischen den einzelnen PSK-Teilchen wie ein Bypass zum Porenraum des einzelnen PSK wirkt, tritt beim Durchströmen der Filterschüttung ein nur geringer Druckverlust auf. Durch die Bypassführung ist die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Poren der PSK erheblich geringer als im Zwischenraum zwischen den einzelnen PSK, wodurch innerhalb der Poren der PSK ideale Bedingungen für die Anlagerung von Biofouling verursachenden Inhaltsstoffen vorliegen.

Am Opferfilter selbst kommt es aufgrund der Anlagerung der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien zur Ausbildung von Biofouling. In Bereichen des Opferfilters, wo dieser mit einem Biofilm bewachsen ist, können die als Nährstoffe für den Biofilm geeignete Inhaltsstoffe wässriger Medien auch direkt aus dem wässrigen Medium heraus an oder in dem Biofilm adsorbiert und metabolisiert werden.

Durch das Wachstum von Biofilmen und die Filtration und Anlagerung von im wässrigen Medium vorhandenen Partikeln und gelösten Inhaltsstoffen kommt es am Opferfilter mit fortschreitender Betriebsdauer zu einer Zunahme des für eine bestimmte Leistung notwendigen Betriebsdrucks und zu einer Verringerung der Ablaufqualität des Filtrats des Opferfilters.

Die Ablaufqualität des im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnenen Filtrats zeigt die Effizienz der im ersten Schritt erfolgten Entfernung der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe aus dem wässrigen Medium. Die

Ablaufqualität kann auf verschiedene Arten gemessen werden, beispielsweise als Trübung nach ISO 7027, als gelöste organische Inhaltsstoffe wässriger Medien (dissolved organic carbon, DOC) nach DIN EN 1484, als spezifischer Absorptionskoeffizient bei 254 Nanometer (SAK254) nach DIN 38404-3 oder als SiIt Density Index (SDI) nach ASTM D-4189. Die Bestimmung des SAK254 und der Trübung erfolgt dabei vorzugsweise online.

Durch die mit dem Durchfließen des Opferfilters erfolgende Entfernung der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien vermindert sich ihre Konzentration im Filtrat des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit zunehmender Einsatzdauer der Opferfilter nimmt die Effizienz der Entfernung ab, da sich durch die bereits erfolgte Anlagerung die für eine weitere Anlagerung zur Verfügung stehende Oberfläche ständig vermindert. Entsprechend sinkt die Ablaufqualität des Filtrats. Der Anteil der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe wässriger Medien, die sich an dem Opferfiltermaterial anlagern, ist abhängig ist von der Art der Inhaltsstoffe und ihrer Gesamtkonzentration. Je nach

aufzubereitendem Wasser können die Mindestanforderungen für die gewünschte Ablaufqualität unterschiedlich sein.

Wenn die Ablaufqualität des Filtrats des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens die gewünschten Mindestanforderungen nicht mehr erfüllt, erfolgt ein Austausch einzelner oder aller Opferfilter gegen frische Opferfilter. Die Mindestanforderungen betreffen beispielsweise die Verminderung der anfänglichen Entfernungsleistung und die Trübung.

Als Kriterium für die Einleitung eines Austausches wird eine 40%ige Verminderung der anfänglichen Entfernungsleistung, bevorzugt eine 30%ige Verminderung, besonders bevorzugt eine 20%ige Verminderung, und ganz besonders bevorzugt eine 10%ige Verminderung verwendet. Die Verminderung der anfänglichen Entfernungsleistung wird gemessen als entsprechende Verminderung der Ablaufqualität. So entspricht also beispielsweise eine 10%ige Verminderung des Wertes für DOC oder SAK 254 einer 10%igen Verminderung der Entfernungsleistung.

Weiterhin soll die Trübung unterhalb eines Grenzwertes gehalten werden, da der Opferfilter neben den Biofouling verursachenden Inhaltsstoffen wässriger Medien auch in den wässrigen Medien mitgeführte partikuläre Substanzen zurückhält. Vorteilhafterweise beträgt der Grenzwert für die Trübung 1 FNU (Formazine Nephelometrie Unit), bevorzugt 0,5 FNU und besonders bevorzugt 0,1 FNU. Liegt die Trübung des Filtrats über dem Grenzwert, wird ein Austausch der Opferfilter eingeleitet.

Bevorzugterweise erfolgt eine überwachung der Ablaufqualität, wie beispielsweise der Trübung und der Verminderung der Entfernungsleistung, des Filtrats jedes einzelnen Opferfilters.

Wenn die Ablaufqualität des Filtrats des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht den Mindestanforderungen entspricht, können alle Opferfilter ausgetauscht werden, oder es erfolgt nur ein Austausch einzelner Opferfilter.

Wenn bei dem Verfahren nur ein einzelner Opferfilter verwendet wird, muss die Ablaufqualität seines Filtrats den Mindestanforderungen der Ablaufqualität für den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Wenn mehrere Opferfilter verwendet werden, ist es akzeptabel, dass das Filtrat stromaufwärts liegender Opferfilter eine Ablaufqualität aufweist, die schlechter ist als die Mindestanforderung für die Ablaufqualität des ersten Schrittes, da die folgenden stromabwärts liegenden Opferfilter auch zur Erfüllung der Mindestanforderungen für die Ablaufqualität für den ersten Schritt beitragen. Je nach Anzahl und Position der Opferfilter können die Mindestanforderungen für die Ablaufqualität ihres Filtrates verschieden hoch angesetzt werden, bevorzugterweise entsprechen sie jedoch den Mindestanforderungen für den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. In jedem Fall muss das Filtrat des stromabwärts letzten Opferfilters immer den Mindestanforderungen für den ersten Schritt entsprechen.

Es kann auch ein Schwellenwert für Druckverlust an den Opferfiltern festgesetzt werden, dessen überschreitung zum Austausch des betreffenden Opferfilters führt. Welcher Druckverlust als inakzeptabel angesehen wird, hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab. Bevorzugterweise soll der Druckverlust an einem Opferfilter unter 1 bar liegen, besonders bevorzugt unter 500 mbar.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine Zuleitung für zu reinigendes wässriges Medium, welche in eine druckgetriebene Membrantrennanlage führt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung mindestens ein von dem zu reinigenden wässrigen Medium durchströmter Opferfilter angeordnet ist, und jeder Opferfilter aus der Zuleitung entnommen werden kann, und in der Zuleitung zumindest zwei Vorrichtungen zur Anordnung eines Opferfilters in der Zuleitung vorhanden sind, wobei ein Opferfilter ein mit permeablen synthetischen Kollektor- Teilchen befülltes Filtergehäuse umfasst, wobei die Affinität der Biofouling verursachenden Inhaltsstoffe des wässrigen Mediums zu den permeablen synthetischen Kollektoren mindestens genau so

groß ist wie ihre Affinität zur Membran der druckgetriebenen Membrantrennanlage.

Ein Opferfilter umfasst ein Filtergehäuse, das mit PSK Filtermaterial gefüllt ist. Die Füllung des Filtergehäuses, auch Filterschüttung genannt, besteht dabei aus einer Vielzahl einzelner PSK Teilchen.

Opferfilter sind in der Zuleitung derart angeordnet, dass das gesamte zu reinigende wässrige Medium sie auf dem Weg zur druckgetriebenen Membrantrennanlage durchströmen muss.

In der Zuleitung muss mindestens ein Opferfilter angeordnet sein, es können aber auch zwei, drei, vier oder mehr einzelne Opferfilter hintereinander oder parallel angeordnet werden. Die Zahl der Opferfilter hängt beispielsweise von der Belastung des zu reinigenden Mediums mit Biofouling verursachenden Inhaltsstoffen oder der gewünschten Leistung des nachfolgenden druckgetriebenen Membrantrennverfahrens ab.

Jeder Opferfilter kann einfach aus der Zuleitung entnommen werden. Wenn ein Austausch eines Opferfilters notwendig ist, wird dieser aus der Zuleitung entnommen und ein frischer Opferfilter in die Zuleitung eingesetzt. Der frische Opferfilter kann mit bisher unbenutztem, neuen PSK Filtermaterial befüllt sein. Er kann auch mit PSK Filtermaterial befüllt sein, das aus einem bereits vorher entnommenen Opferfilter stammt und gereinigt wurde. In der Zuleitung sind zumindest zwei Vorrichtungen zur Anordnung eines Opferfilters in der Zuleitung vorhanden. Daher ist auch bei Entnahme eines Opferfilters das Vorhandensein mindestens eines Opferfilters in der Zuleitung gewährleistet, der vom gesamten zu reinigenden wässrigen Medium durchströmt wird. Die Entnahme kann während des Betriebes der druckgetriebenen Membrantrennanlage erfolgen oder nach Abschalten der Anlage. Bevorzugt ist die Entnahme während des Betriebes, um einen stillstandsbedingten Produktionsausfall zu vermeiden.

PSK sind das Filtermaterial eines Opferfilters. Das Material und die Struktur der PSK sind so beschaffen, dass die Strömungsverhältnisse und die Haftwahrscheinlichkeit am Opferfilter mindestens den entsprechenden Eigenschaften an der Membran der nachfolgenden druckgetriebenen Membrantrennanlage entsprechen.

Die PSK bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Materialtyp, besonders bevorzugt aus dem gleichen Material, wie die Membran der druckgetriebenen Membrantrennanlage. Nach einer weiteren Ausführungsform bestehen die PSK aus mit einem oder mehreren derartigen Materialien beschichtetem Trägermaterial. Trägermaterial ist beispielsweise ein Polyurethan, während die Beschichtung beispielsweise aus Polyamid, Polyethersulfon, Polyvinylidenfluorid, oder Polysulfon besteht.

Aufgrund des porösen Aufbaus der PSK kommt es in Opferfiltern zu einer weitgehenden filtrativen Entfernung der partikulären Inhaltsstoffe wässriger Medien. Somit wird auch partikuläres Fouling in der druckgetriebenen Membrantrennanlage erheblich vermindert. Es besteht die Möglichkeit, die PSK in den Opferfiltern unterschiedlich stark zu komprimieren und so die Strömungsverhältnisse und die filtrative Wirkung zu verändern.

Zwischen Opferfilter und druckgetriebener Membrantrennanlage können Vorrichtungen vorgesehen sein, mittels derer dem Permeat der Opferfilter Biozide oder Biostatika zur Desinfektion zudosiert werden können oder Vorrichtungen zur Desinfektion durch ultraviolettes Licht.

Die Erfindung wird anhand der Figur, genannt Figur 1 , die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Wasser beispielhaft und schematisch darstellt, erläutert.

In Figur 1 ist dargestellt, dass zu reinigendes wässriges Medium 1 , in diesem Fall unreines Rohwasser, durch eine Zuleitung 2 einer nachfolgenden

druckgetriebenen Membrantrennanlage 4, in diesem Fall einer Umkehrosmose- Anlage (UO), zugeführt wird. Aus der druckgetriebenen Membrantrennanlage 4 wird durch eine Membranpermeat-Ableitung 5 gereinigtes Membranpermeat 6 abgeleitet und durch eine Membranretentat-Ableitung 7 Membranretentat 8 abgeleitet. Die Strömungsrichtungen des zu reinigenden wässrigen Mediums 1 , des Membranpermeats 6 und des Membranretentats 8 ist durch Pfeile an der Zuleitung 2, der Membranpermeat-Ableitung 5 und der Membranretentat-Ableitung 7 angegeben. In der Zuleitung 2 ist ein Opferfilter 3 angeordnet, der mit permeablen synthetischen Kollektoren befüllt ist, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Membran der Membrantrennanlage 4 bestehen. Der Opferfilter 3 wird vom gesamten zu reinigenden wässrigen Medium 1 auf dessen Weg zur Membrantrennanlage 4 durchströmt. Als Vorrichtungen zur Anordnung eines Opferfilters in der Zuleitung sind Halterungen vorhanden. Der Opferfilter 3 ist mittels der Halterung 9 in der Zuleitung 2 befestigt. An einer weiteren Stelle der Zuleitung 2 ist eine zweite Halterung 10 ist in der Zuleitung 2 vorhanden, in die bei Bedarf ein weiterer Opferfilter 3 eingesetzt werden kann. Nicht dargestellt sind Messeinrichtungen zur überwachung der Trübung des Filtrats der Opferfilter, des Druckverlustes an den Opferfiltern und des Druckverlustes und der Permeabilität der Membrantrennanlage.