DE60116356T2 - Membranfiltrationssystem - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Membranfiltersysteme und insbesondere jene Systeme, welche poröse oder permeable Membrane, die sich in einem Becken oder einer Zelle befinden, welche gegenüber der Atmosphäre offen ist, einsetzen.
- STAND DER TECHNIK
- Jegliche Diskussion des Stands der Technik in der Beschreibung sollte in keiner Weise als ein Eingeständnis angesehen werden, dass ein solcher Stand der Technik allgemein bekannt ist oder einen Teil des Allgemeinwissens auf dem Gebiet darstellt.
- Poröse Membranfiltersysteme erfordern das regelmäßige Rückwaschen der Membranen, um Filtrationsleistungsfähigkeit und -fluss durch Verringerung des Transmembrandrucks (TMP) beizubehalten, welcher steigt, wenn die Membranporen mit Verunreinigungen verstopft werden. Gewöhnlich werden während des Rückwaschzyklus die Verunreinigungen durch unter Druck gesetzte(s) Gas, Flüssigkeit oder beides aus den Membranporen heraus in das Zuführbecken oder die Zelle gezwungen. Die Flüssigkeit, die Verunreinigungen und Ablagerungen von den Membranen enthält, wird dann aus dem Becken abgelassen oder gespült.
- Die Abfallflüssigkeit, die aus dem Becken entfernt wurde, muss, normalerweise auf eine umweltsichere Weise, entsorgt oder wieder aufbereitet werden so dass jede mögliche Verringerung des Volumens einer solchen Abfallflüssigkeit als vorteilhaft hinsichtlich der Auswirkungen auf die Umwelt und die Kosten angesehen wird.
- Das Ablassen oder Spülen des Beckens, besonders wenn große Anordnungen von Membranen benutzt werden, erfordert ebenso Zeit, welches in einer Stillstandszeit des Filtrationszyklus resultiert. Um diese Stillstandszeit zu verringern, sind große Pumpsysteme erforderlich, um das Becken schnell abzulassen und wieder zu füllen. Wo Becken oder Zellen in Bänken angeordnet werden und eine Versorgung benutzt wird, um das Becken wieder zu füllen, kann ein Senken der Niveaus in anderen Zellen während des Nachfüllprozesses erzeugt werden. Dieses beeinträchtigt ebenso die Betriebsleistungsfähigkeit des Filtersystems.
- Weiterhin ist es in Filtersystemen, die das Gasblasenreinigen der Membranen einsetzen, als vorteilhaft gefunden worden, die Blasen so sehr wie möglich auf den Bereich der Membranen zu begrenzen, um den Reinigungsprozess zu unterstützen.
- Eine Verringerung des Rückwaschvolumens verringert auch das Volumen der chemischen Reinigungsmittel, die in einigen Systemen erforderlich sind. Dieses hat den zweifachen Vorteil des Verringerns von Kosten hinsichtlich der chemischen Erfordernisse, wobei zudem die Abfallbeseitigungsprobleme verringert werden.
- Es ist als vorteilhaft gefunden werden, das Volumen der Versorgungsflüssigkeit in der Filterzelle zu verringern, um die oben genannten Probleme zu verringern und mindestens einige der Vorteile zur Verfügung zu stellen, die oben umrissen sind.
- Die internationale Anmeldung WO 91/08782 offenbart einen Einwegfilter, der ein Hohlfasermodul mit sphärischen Füllelementen umfasst. Die Flüssigkeit, die zu filtern ist, wird dem Innern der Fasern zugeführt. Im Gegensatz dazu offenbart die EP-A-0315252 einen Einwegfilter, der eine Flüssigkeit filtert, die über das Äußere der Hohlfasern geführt wird.
- Das US Patent US-A-4222874 lehrt balanciertes molekulares Röhrenfiltern. Das Filtersystem umfasst ein Modul aus parallelen Röhrenmembranen, die in einem semiporösen integralen Stützelement bedeckt sind, das aus geschäumtem Kunststoff gebildet sein kann.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung sucht eines oder mehrere der oben erwähnten Probleme des Stands der Technik zu überwinden, einen oder mehrere Vorteile, die oben umrissen sind, zur Verfügung zu stellen oder zumindest eine nützliche Alternative zur Verfügung zu stellen, indem das Versorgungsvolumen, das für die porösen Membranen bereitgestellt wird, auf eine einfache, kosteneffektive Weise verringert wird.
- Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für das Verringern des Volumens der Versorgungsflüssigkeit, die in einem Membranfiltersystem erforderlich ist, zur Verfügung, das eine Anzahl von porösen Membranen besitzt, die in einem Volumen einer Versorgungsflüssigkeit eingetaucht sind, die zu filtern ist, wobei das Verfahren den Schritt des Bereitstellens von Füllelemente innerhalb des genannten Volumens der zu filternden Versorgungsflüssigkeit umfasst.
- Vorzugsweise füllen die Füllelemente im wesentlichen Lücken zwischen den porösen Membranen, wobei eine Flüssigkeitsflussverbindung mit den Membranen weiterhin ermöglicht wird.
- Entsprechend einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Membranfiltersystem zur Verfügung, das eine Anzahl von porösen Membranen aufweist, die in einem Volumen einer zu filternden Versorgungsflüssigkeit eingetaucht sind, worin ein oder mehrere Füllelemente in den Lücken zwischen den genannten Membranen zur Verfügung gestellt werden, um das genannte Volumen zu verringern.
- Die Membranen sind poröse Hohlfasermembrane, die in Bündeln angeordnet sind, so dass Membranenmodule gebildet werden. Die Module werden in ein Flüssigkeitsvolumen eingetaucht, das in einem Becken oder einer Zelle, die gegenüber dem atmosphärischen Druck offen ist, bereitgestellt wird. In dieser Form der Erfindung werden die Lücken zwischen den Modulen zumindest teilweise durch ein Füllelement oder durch Füllelemente gefüllt.
- Die Füllelemente werden jedes aus einer Anzahl von Elementen gebildet, die zusammenpassen, um eine integrale Einheit zu bilden. Dieses ermöglicht es, dass die Füllelemente um die Membranenmodule ohne die Notwendigkeit für ein Entfernen der Module zusammengesetzt werden. Dieses ist für den anfänglichen Aufbau sowie die Ersatz- und Wartungsregime hilfreich.
- Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Membranfiltersystem zur Verfügung, das eine Anzahl von porösen Hohlfasermembranen aufweist, die in Bündeln angeordnet sind und in einem Volumen einer Versorgungsflüssigkeit eingetaucht sind, wobei ein oder mehrere Füllelemente in Lücken zwischen den genannten Membranen vorgesehen sind, um das genannte Volumen zu verringern, und worin das oder jedes Füllelement aus sich ergänzenden Abschnitten gebildet wird, die ein mittleres Element, das zwei Sätze von parallel entgegengesetzten im Querschnitt halbkreisförmigen Kanälen aufweist, die sich longitudinal entlang der Länge des mittleren Elements erstrecken, wobei jeder Kanal einen Durchmesser besitzt, der so dimensioniert ist, dass er die Faserbündel aufnimmt und sich eng um diese herum anpasst, und seitliche Füllabschnitte mit einem allgemein T-förmigen Querschnitt mit halb-semi-kreisförmigen Seiten desselben Durchmessers wie die genannten Kanäle, die geeignet sind, mit dem genannten mittleren Element ineinander zu greifen, um das genannte Füllelement auszubilden, umfassen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden lediglich beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine perspektivische Ansicht von einer Bank der Filtermodule, die Füllelemente entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung besitzen, zeigt; -
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des oberen Teils der Bank von Filtermodulen von1 zeigt; -
3 eine Explosionsdarstellung der Füllelemente von1 , wie sie um ein Filtermodul herum zusammengesetzt würden, zeigt; -
4 eine Endaufrissansicht eines zentralen Füllelementes von3 zeigt; -
5 eine seitliche Aufrissansicht des Füllelementes von4 zeigt; -
6 eine perspektivische Ansicht des Füllelementes von4 zeigt; -
7 eine ebene Ansicht des Füllelementes von4 zeigt; -
8 eine Endaufrissansicht des seitlichen Füllelementes von3 zeigt; -
9 eine seitliche Aufrissansicht des Füllelementes von8 zeigt; -
10 eine perspektivische Ansicht des Füllelementes von8 zeigt; -
11 eine ebene Ansicht des Füllelementes von8 zeigt; und -
12 ein Diagramm des Transmembrandrucks über eine Zeitdauer für zwei Arten von Filtersystemen mit einem Füllsystem zeigt, das für einen Systemteilweg über die Testperiode verwendet wird. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnungen in Beziehung zu einem Verteiler- und Filtersystem beschrieben, das in der WO 00/62908 offenbart ist, jedoch wird es erkannt werden, dass die Erfindung auf andere Formen von Filtersystemen, die ähnliche Vorteile erfordern, gleichermaßen anwendbar ist.
- Das System schließt eine Bank
5 von Filteruntermodulen6 ein, die jedes in Gruppen an einem Membranfilterverteiler7 angebracht sind. In dieser Ausführungsform umfassen die Untermodule6 längliche Bündel von porösen Hohlfasermembranen (nicht gezeigt), die gewöhnlich von einem stützenden Käfig (nicht gezeigt) umgeben sind. Die Untermodule6 werden innerhalb eines Versorgungsbeckens oder einer Zelle (nicht gezeigt) in Position gebracht, und wenn das Becken gefüllt wird, werden die Untermodule in der Versorgungsflüssigkeit untergetaucht. Jeder Verteiler7 wird an einer Filtratleitung8 für das Entfernen des Filtrats angeschlossen. - Während des Rückwaschprozesses werden die Faserbündel der Untermodule
6 außen durch Luftblasen oder eine Mischung von Luft/Flüssigkeit, die in jedes Untermodul ein gespritzt werden, um die Außenseiten der Fasermembranen zu scheuern, gesäubert. Die Untermodule6 können ebenso weiterhin durch Rückwaschflüssigkeit und/oder -gas durch die Faserporen gesäubert werden. - In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird, um das Rückwaschvolumen zu verringern, jedes Untermodul
6 teilweise durch eine Anzahl von Füllelementen9 eingehüllt, die segmentiert sind, um zu ermöglichen, dass sich jedes eng an die länglichen Faserbündel anpasst. In dieser Ausführungsform sind die Füllelemente9 von den oberen und unteren Verteilern7 beabstandet, um den Fluss von Flüssigkeit und/oder Verunreinigungen in und raus aus den Untermodulen6 zuzulassen. Es wird erkannt werden, dass auch andere Anordnungen verwendet werden können, um den Flüssigkeitsfluss zu ermöglichen, z.B. könnten die Füllelemente9 von der äußeren Peripherie jedes Faserbündeluntermoduls6 radial beabstandet sein, oder es könnten verschiedene Formen des Füllelements9 verwendet werden, die einen Flüssigkeitsfluss hin zu und von dem Untermodul6 ermöglichen, wobei weiterhin die Lücken zwischen jedem Untermodul6 gefüllt werden. - In diesem System, das ein Gasblasenreinigungsverfahren einsetzt, stellt der Gebrauch von den Füllelementen
9 einen zusätzlichen Vorteil des Begrenzens der Gasblasen auf innerhalb der Untermodule6 und somit des Verbesserns der Reinigungsleistungsfähigkeit zur Verfügung. - Wie am besten in den
3 bis11 gezeigt, werden die Füllelemente9 aus sich ergänzenden Segmenten gebildet, die ein mittleres oder Kernelement10 umfassen, das zwei Sätze von parallelen entgegengesetzten, im Querschnitt halbkreisförmigen Kanälen11 besitzt, die sich longitudinal entlang der Länge des mittleren Elements10 erstrecken. Die Kanäle11 weisen einen Durchmesser auf, der so dimensioniert ist, dass sie das Submodul6 aufnehmen und sich eng darum anpassen. Die Seiten12 und der innere Rand13 des Elements10 werden mit sich nach außen erstreckenden Vorsprüngen oder Naben14 versehen, die in ergänzende Schlitze15 in anderen Füllsegmenten16 passen, um im Gebrauch ein integrales Füllelement9 zur Verfügung zu stellen. - Die seitlichen Füllsegmente
16 sind im Allgemeinen im Querschnitt T-geformt mit halben halbrunden Seiten17 mit dem selben Durchmesser wie das zentrale Element10 . - Die Ober- und Unterfläche
18 des zentralen Elements10 werden mit einem Abstandsstift19 versehen, der das Füllelement9 in einem räumlichen Verhältnis zu dem Verteiler7 in Position bringt, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit zu und von der Oberseite und Unterseite des Faserbündels fließt. - Die Füllelemente
9 sind wünschenswerter Weise aus einem Material hergestellt, das gegenüber jeglichen zerstörenden Substanzen, die in dem Versorgungsstrom vorhanden sind, sowie gegenüber Chemikalien, Gasen, usw., die in Rückwasch- oder anderen Reinigungsprozessen verwendet werden können, beständig ist. Die Füllelemente9 sind auch wünschenswerter Weise von neutralem Auftrieb, so dass sie also während der Untertauchung der Untermodule in dem Versorgungsbecken in Position bleiben. Sie können aus geschäumtem Kunststoff, wie Polyäthylenschaumstoff oder blas- oder drehgeformtem Kunststoff, gebildet werden. Wenn sie blasgeformt sind, können die Füllelemente hohl sein, um ein Füllen mit einer Flüssigkeit (normalerweise Wasser) zuzulassen, so dass der erforderliche neutrale Auftrieb erzeugt wird. -
12 zeigt den Effekt auf die Transmembrandruckeigenschaften von zwei Filtrationsmaschinen. Das obere Diagramm zeigt eine Maschine ohne die Füllelemente, während das untere Diagramm eine Maschine mit Füllelementen zeigt, die über einen Teilweg über den Testzyklus verwendet werden. Dieses Diagramm zeigt die verbesserte Wirksamkeit der Rückwaschprozess, wenn Füllelemente verwendet werden. - Es wird erkannt werden, dass weitere Ausführungsformen und Ausfertigungen der Erfindung möglich sind, ohne von dem Geist oder Bereich der beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Claims (9)
- Ein Membranfiltersystem, das eine Anzahl von porösen Hohlfasermembranen aufweist, die in Bündeln angeordnet sind und in einem Volumen einer Versorgungsflüssigkeit eintauchbar sind, wobei ein oder mehrere Füllelemente in Lücken zwischen den genannten Membranen vorgesehen sind, um das genannte Volumen zu verringern, und worin das oder jedes Füllelement aus sich ergänzenden Abschnitten gebildet wird, die ein mittleres Element, das zwei Sätze von parallel entgegengesetzten im Querschnitt halbkreisförmigen Kanälen aufweist, die sich longitudinal entlang der Länge des mittleren Elements erstrecken, wobei jeder Kanal einen Durchmesser besitzt, der so dimensioniert ist, dass er die Faserbündel aufnimmt und sich eng um diese herum anpasst, und seitliche Füllabschnitte mit einem allgemein T-förmigen Querschnitt mit halb-semi-kreisförmigen Seiten desselben Durchmessers wie die genannten Kanäle, die geeignet sind, mit dem genannten mittleren Element ineinander zu greifen, um das genannte Füllelement auszubilden, umfassen.
- Ein Membranfiltersystem gemäß Anspruch 1, worin die Fasermembranbündel in einem Flüssigkeitsvolumen eingetaucht sind, das in einem Becken oder einer Zelle, die gegenüber dem atmosphärischen Druck offen sind, vorgesehen ist.
- Ein Membranfiltersystem gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Lücken zwischen den Fasermembranbündeln zumindest teilweise durch das Füllelement oder die Füllelemente ausgefüllt sind.
- Ein Membranfiltersystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, worin jedes Füllelement sich ergänzende Verbindungsstrukturen zum Verbinden mit assoziierten Verbindungsmitteln auf anderen Füllelementen einschließt.
- Ein Membranfiltersystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, worin das Füllelement in der genannten Versorgungsflüssigkeit einen neutralen Auftrieb aufweist.
- Ein Membranfiltersystem gemäß Anspruch 5, worin das genannte Füllelement hohl ist und geeignet ist, mit einem Fluid gefüllt zu werden, um den genannten neutralen Auftrieb bereitzustellen.
- Ein Membranfiltersystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, worin das Füllelement aus einem blasgeformten Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
- Ein Membranfiltersystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, worin das Füllelement aus einem drehgeformten Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
- Ein Membranfiltersystem gemäß einem der Ansprüche 1–4, worin das Füllelement aus einem Schaumstoffmaterial ausgebildet ist.
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