DE10161095C1 - Process for membrane filtration of liquids e.g. water, uses fiber bundle of capillary membranes having one end cast in headpiece open to permeate collecting chamber of the headpiece and a freely moving closed end - Google Patents

Process for membrane filtration of liquids e.g. water, uses fiber bundle of capillary membranes having one end cast in headpiece open to permeate collecting chamber of the headpiece and a freely moving closed end

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Abstract

The invention relates to a method for the membrane filtration of liquids, using a fibre bundle (4) of capillary membranes (5) having one end which is cast in a head part (1) and is open in relation to a permeate collection area (2), and one closed end (6) which can move freely without restraint. Said fibre bundle is submerged in a liquid to be filtered or the liquid to be filtered flows through the fibre bundle, a difference in pressure being created between the liquid to be filtered and the permeate collection area, and a permeate running off at the open end of the capillary membrane is extracted from the permeate collection area. In order to eliminate deposits in the fibre bundle, a liquid is supplied by means of a spout (12) projecting into the fibre bundle, at least in intervals, said spout exerting shear forces having a cleaning action on the deposits. The liquid used can be a liquid or a liquid/gas mixture.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Membranfiltration in Flüssigkeiten unter Verwendung eines Faserbündels aus Kapillarmembranen, die ein in ein Kopfstück eingegossenes und zu einem Permeatsammelraum des Kopfstückes offenes Ende aufweisen. Das Faserbündel wird in eine zu filtrierende Flüssigkeit eingetaucht oder von der zu filtrierenden Flüs­ sigkeit umströmt, wobei eine Druckdifferenz zwischen der zu filtrierenden Flüssigkeit und dem Permeatsammelraum erzeugt sowie ein an dem offenen Ende der Kapillarmembranen ab­ fließendes Permeat aus dem Permeatsammelraum abgezogen wird.The invention relates to a method for membrane filtration in liquids using a fiber bundle Capillary membranes that are cast into a headpiece and an open end to a permeate collection space of the header exhibit. The fiber bundle is put in a filter Liquid immersed or from the river to be filtered liquid flows around, with a pressure difference between the filtering liquid and the permeate collection space as well as one at the open end of the capillary membranes flowing permeate withdrawn from the permeate collection space becomes.

Bei einem aus WO 98/28 066 A1 bekannten Verfahren zur Membranfiltration wird mit einem Faserbündel aus Kapillar­ membranen gearbeitet, die zwischen zwei Kopfstücken end­ seitig eingespannt sind. Zur Beseitigung von Ablagerungen wird das Faserbündel mit Luft begast, die durch ein inner­ halb des Faserbündels angeordnetes Mundstück zugeführt wird. Die Reinigungswirkung der innerhalb des Faserbündels aufsteigenden Gasblasen ist jedoch begrenzt. Unter schwie­ rigen Filtrationsbedingungen, z. B. bei faserförmigen oder an den Membranflächen fest haftenden Rückständen, kann nicht verhindert werden, dass sich an den Kopfstücken Ab­ lagerungen aufbauen und in das Faserbündel hineinwachsen.In a method known from WO 98/28 066 A1 Membrane filtration is made with a capillary fiber bundle membranes worked that end between two headers are clamped on one side. To remove deposits the fiber bundle is gassed with air, which through an inner half of the fiber bundle arranged mouthpiece fed becomes. The cleaning effect of the inside of the fiber bundle rising gas bubbles is limited. Under sweat filtering conditions, e.g. B. in fibrous or residues adhering firmly to the membrane surfaces not be prevented that Ab Build up storage and grow into the fiber bundle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Membranfiltration anzugeben, mit dem auch unter schwierigen Filtrationsbedingungen Ablagerungen im Faserbündel wirkungsvoll beseitigt bzw. die Ausbildung solcher Ablage­ rungen begrenzt werden kann.The invention has for its object a method for Specify membrane filtration with which even under difficult Filtration conditions Deposits in the fiber bundle are effective  eliminated or the formation of such storage can be limited.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Membranfiltration in Flüssigkeiten unter Ver­ wendung eines Faserbündels aus Kapillarmembranen, die ein in ein Kopfstück eingegossenes und zu einem Permeatsammel­ raum des Kopfstückes offenes Ende sowie ein ohne Ein­ spannung frei bewegliches verschlossenes Ende aufweisen,
wobei das Faserbündel in eine zu filtrierende Flüs­ sigkeit eingetaucht oder von der zu filtrierenden Flüssigkeit umströmt wird,
wobei eine Druckdifferenz zwischen der zu filtrieren­ den Flüssigkeit und dem Permeatsammelraum erzeugt sowie ein an dem offenen Ende der Kapillarmembranen abfließendes Permeat aus dem Permeatsammelraum ab­ gezogen wird,
wobei zur Beseitigung von Ablagerungen im Faserbündel zumindest in Intervallen ein Fluid durch ein in das Faserbündel ragendes Mundstück zugeführt wird, welches mit einer Reinigungswirkung verbunden Scherkräfte auf die Ablagerungen ausübt, und
wobei als Fluid eine Flüssigkeit oder ein Flüssig­ keits/Gas-Gemisch verwendet wird. The object of the invention and solution to this problem is a method for membrane filtration in liquids using a fiber bundle made of capillary membranes which have a poured into a head piece and a permeate collection space of the head piece open end and a closed end without tension freely movable,
wherein the fiber bundle is immersed in a liquid to be filtered or flows around the liquid to be filtered,
a pressure difference between the liquid to be filtered and the permeate collection space being generated and a permeate flowing off at the open end of the capillary membranes being drawn off from the permeate collection space,
wherein in order to remove deposits in the fiber bundle, a fluid is supplied at least at intervals through a mouthpiece protruding into the fiber bundle and exerts shear forces on the deposits associated with a cleaning action, and
a liquid or a liquid / gas mixture being used as the fluid.

Als Flüssigkeit wird vorzugsweise Wasser und als Flüssig­ keits/Gas-Gemisch ein Wasser/Luft-Gemisch verwendet. Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Wasseraufbereitung.Water is preferably used as the liquid and liquid a water / air mixture is used. A preferred application of the inventive method is the water treatment.

Die Erfindung setzt ein mit der Überlegung, dass die Kapil­ larmembranen des Faserbündels nur an einem Ende in ein Kopfstück eingegossen sind und dass das Faserbündel an seinem anderen Ende ohne Einspannung frei beweglich in der zu filtrierenden Flüssigkeit endet. Das zur Beseitigung von Ablagerungen im Faserbündel in das Innere des Faserbündels eingeleitete Fluid durchströmt das Faserbündel in einer definierten Strömung von innen nach außen und strömt in Längsrichtung der Kapillarmembranen ab. Dabei bewegen sich die Kapillarmembranen in der Flüssigkeit, was das Ablösen von Membranbelegen unterstützt. An dem freien Ende des Faserbündels ist ein effektiver Abtransport gelöster Schmutzpartikel sichergestellt. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass sich das Faserbündel durch den zentralen Eintrag des Fluids radial aufweitet und dadurch ein Freiraum zwischen den Kapillarmembranen entsteht, durch den ein effektiver Feststoffaustrag gewährleistet ist. Die Reinigungswirkung wird erfindungsgemäß dadurch noch ver­ bessert, dass als Fluid eine Flüssigkeit oder ein Flüssig­ keits/Gas-Gemisch verwendet wird. Das vorzugsweise mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit aus dem Mundstück aus­ tretende Fluid erzeugt durch Impuls und Scherkräfte eine beachtliche Reinigungswirkung. Durch die Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeit/Gas-Gemisches gelingt es, auch den unmittelbar an das Kopfstück anschließenden Faserbündelbereich von Ablagerungen weitgehend frei zu halten bzw. Rückstände aus diesem Bereich zu entfernen.The invention begins with the consideration that the Kapil arm membranes of the fiber bundle at one end only Headpiece are cast and that the fiber bundle its other end can be moved freely in the liquid to be filtered ends. That to eliminate Deposits in the fiber bundle in the interior of the fiber bundle Introduced fluid flows through the fiber bundle in one defined flow from the inside out and flows in Longitudinal direction of the capillary membranes. Doing so move the capillary membranes in the liquid, causing the detachment supported by membrane vouchers. At the free end of the Fiber bundle is an effective removal of dissolved Dirt particles ensured. This is advantageous Context also that the fiber bundle through the central entry of the fluid expands radially and thereby a space is created between the capillary membranes an effective solids discharge is guaranteed. The According to the invention, the cleaning effect is thereby still ver improves that as a fluid a liquid or a liquid speed / gas mixture is used. Preferably with a high flow rate from the mouthpiece ingressing fluid generates an impulse and shear forces remarkable cleaning effect. By using a Liquid or a liquid / gas mixture succeeds it, also the one immediately following the head piece  Fiber bundle area largely free of deposits hold or remove residues from this area.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass die Fluidzusammensetzung, insbesondere der Gasanteil innerhalb des Fluids, im Betrieb verändert und dadurch die Reini­ gungswirkung gezielt beeinflusst wird. Eine weitere Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Wasser oder ein Wasser/Luft-Gemisch jeweils im Wechsel mit Luft als Fluid verwendet werden. Ferner können dem Fluid zumindest zeitweise Reinigungschemikalien zugesetzt werden.In a further embodiment, the invention teaches that the Fluid composition, especially the gas content within of the fluid, changed in operation and thereby the Reini effect is specifically influenced. Another execution Form of the method according to the invention provides that Water or a water / air mixture alternating with Air can be used as a fluid. Furthermore, the fluid Cleaning chemicals are added at least temporarily.

Das verwendete Fluid und das Mundstück sind aufeinander abzustimmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfin­ dung wird mit auswechselbaren Mundstücken unterschiedlicher Länge und/oder mit unterschiedlichen Düsenaustrittsgeo­ metrien gearbeitet. Im Rahmen der Erfindung kann schließ­ lich ein Mundstück mit separaten Kanälen für Flüssigkeit und Gas verwendet werden, wobei das Mundstück so gestaltet wird, dass die Flüssigkeit und das Gas an unterschiedlichen Abschnitten und/oder mit unterschiedlicher Strömungsaus­ richtung in das Faserbündel eingeleitet werden.The fluid used and the mouthpiece are on top of each other vote. According to a preferred embodiment of the Erfin with interchangeable mouthpieces Length and / or with different nozzle outlet geo metrics worked. In the context of the invention can close Lich a mouthpiece with separate channels for liquid and gas are used, the mouthpiece being designed in this way is that the liquid and the gas at different Sections and / or with different flow out direction into the fiber bundle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematischIn the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment illustrating the drawing. It show schematically

Fig. 1 ein im Tauchbetrieb eingesetztes Membranfilter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, Fig. 1 is a employed in immersion operation membrane filter for carrying out the invention Ver driving,

Fig. 2 ein ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren betriebenes Membranfilter mit einem flüs­ sigkeitsdurchströmten Filterraum. Fig. 2 also operate according to the invention operated membrane filter with a liquid-flowed filter space.

Zum grundsätzlichen Aufbau der in den Figuren dargestellten Membranfilter gehören ein Kopfstück 1, das einen Permeat­ sammelraum 2 mit einem Permeatablauf 3 aufweist, und zumin­ dest ein Faserbündel 4 aus Kapillarmembranen 5, die an einem Ende 6 verschlossen sind und an ihrer anderen Seite mit einem offenen Ende zum Permeatsammelraum 2 in das Kopf­ stück 1 eingegossen sind. Bei den Kapillarmembranen 5 han­ delt es sich vorzugsweise um Ultrafiltrationsmembranen oder Mikrofiltrationsmembranen, deren Durchmesser weniger als 5 mm beträgt. Vorzugsweise besitzen sie Durchmesser zwi­ schen 0,5 und 3 mm. Die Kapillarmembranen sind von der zu filtrierenden Flüssigkeit 7 umgeben. Die Filtration erfolgt aufgrund einer transmembranen Druckdifferenz, die durch einen Überdruck in der zu filtrierenden Flüssigkeit und/ oder einem permeatseitigen Unterdruck erzeugt werden kann. Die geklärte Flüssigkeit (Permeat) strömt in den Kapillar­ membranen 5 zum Permeatsammelraum 2 ab und wird aus dem Permeatsammelraum abgezogen.The basic structure of the membrane filter shown in the figures includes a head piece 1 , which has a permeate collecting space 2 with a permeate outlet 3 , and at least a fiber bundle 4 made of capillary membranes 5 , which are closed at one end 6 and on the other side with an open one end to the permeate 2 in the head piece are molded. 1 The capillary membranes 5 are preferably ultrafiltration membranes or microfiltration membranes, the diameter of which is less than 5 mm. They preferably have diameters between 0.5 and 3 mm. The capillary membranes are surrounded by the liquid 7 to be filtered. The filtration takes place on the basis of a transmembrane pressure difference, which can be generated by an overpressure in the liquid to be filtered and / or a negative pressure on the permeate side. The clarified liquid (permeate) flows in the capillary membranes 5 from the permeate collection space 2 and is withdrawn from the permeate collection space.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Faserbündel in die zu filtrierende Flüssigkeit 7 unter­ getaucht. Die an einem Ende im Kopfstück 1 eingegossenen Kapillarmembranen 5 sind an ihrem anderen verschlossenen Ende 6 frei beweglich und führen unter der Wirkung der in der Flüssigkeit herrschenden Turbulenzen und der auftre­ tenden Strömungen mehr oder weniger stark ausgeprägte seitliche Bewegungen aus. Zur Begrenzung der seitlichen Bewe­ gungen ist auf das Kopfstück 1 ein Korb 8 aufgesetzt.In the embodiment shown in Fig. 1, the fiber bundle is immersed in the liquid 7 to be filtered. The capillary membranes 5 cast at one end in the head piece 1 are freely movable at their other closed end 6 and perform more or less pronounced lateral movements under the effect of the turbulence prevailing in the liquid and the currents occurring. To limit the lateral movements, a basket 8 is placed on the head piece 1 .

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung weist das Mem­ branfilter einen Filterraum 9 auf, der von der zu filtrie­ renden Flüssigkeit 7 durchströmt wird. Die Anströmung des Filterraumes 9 erfolgt durch Bohrungen 10 im Kopfstück 1 in einem Abschnitt außerhalb des Faserbündels 4. Die Flüssig­ keit 7 wird im Wesentlichen an der Außenseite des Faser­ bündels 4 vorbeigeführt und strömt in Längsrichtung der Kapillarmembranen 5 ab.In the embodiment shown in Fig. 2, the Mem branfilter has a filter chamber 9 , which is traversed by the liquid 7 to be filtered. The flow into the filter chamber 9 takes place through bores 10 in the head piece 1 in a section outside the fiber bundle 4 . The liquid speed 7 is essentially guided past the outside of the fiber bundle 4 and flows in the longitudinal direction of the capillary membranes 5 .

Zur Beseitigung von Ablagerungen im Faserbündel 4 wird zu­ mindest in Intervallen ein Fluid 11 durch ein in das Faser­ bündel ragendes Mundstück 12 zugeführt. Das Mundstück 12 erstreckt sich innerhalb des Faserbündels 4 im Wesentlichen parallel zu den Kapillarmembranen 5 und weist einen rohr­ förmigen Abschnitt mit umfangsseitigen Bohrungen 13 auf. Es kann aber auch beispielsweise als Ringspaltdüse ausgebildet sein, aus der das Fluid 11 mit radialer Ausrichtung aus­ tritt. Als Fluid 11 wird eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, oder ein Flüssigkeits/Gas-Gemisch, insbesondere ein Wasser/Luft-Gemisch, verwendet. Durch den austretenden Impuls sowie durch Scherkräfte übt das Fluid 11 eine Reini­ gungswirkung auf Ablagerungen innerhalb des Faserbündels 4 aus. Deckschichten, die sich während der Membranfiltration an der Membranoberfläche gebildet haben, werden abgereinigt und mit dem Fluidstrom aus dem Faserbündel 4 ausgetragen. To remove deposits in the fiber bundle 4 , a fluid 11 is supplied at least at intervals through a mouthpiece 12 protruding into the fiber bundle. The mouthpiece 12 extends within the fiber bundle 4 essentially parallel to the capillary membranes 5 and has a tubular section with circumferential bores 13 . However, it can also be designed, for example, as an annular gap nozzle from which the fluid 11 emerges with a radial orientation. A liquid, in particular water, or a liquid / gas mixture, in particular a water / air mixture, is used as the fluid 11 . Due to the emerging pulse and shear forces, the fluid 11 exerts a cleaning effect on deposits within the fiber bundle 4 . Cover layers that have formed on the membrane surface during membrane filtration are cleaned and discharged from the fiber bundle 4 with the fluid flow.

Durch die Fluidzusammensetzung, insbesondere den Gasanteil in der Flüssigkeit, kann die Reinigungswirkung beeinflusst werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Mischungs­ verhältnis von Wasser und Luft zu steuern und die Fluid­ zusammensetzung im Betrieb zu verändern, um dadurch die Reinigungswirkung zu beeinflussen. Ferner besteht die Möglichkeit, Wasser oder ein Wasser/Luft-Gemisch jeweils im Wechsel mit Luft als Fluid zu verwenden. Schließlich können dem Fluid zumindest zeitweise Reinigungschemikalien zuge­ setzt werden.Due to the fluid composition, especially the gas content in the liquid can affect the cleaning effect become. It is within the scope of the invention, the mixture to control the ratio of water and air and the fluid to change the composition of the company in order to To influence cleaning effect. Furthermore, there is Possibility of water or a water / air mixture in each case Use alternation with air as a fluid. Finally, you can cleaning fluid is at least temporarily added to the fluid be set.

Das Mundstück 12 des Membranfilters ist auswechselbar und kann durch ein anderes Mundstück, welches sich hinsichtlich Länge und/oder der Düsenaustrittsgeometrie unterscheidet, ausgetauscht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Mundstücke 12 mit separaten Kanälen für Flüssigkeit und Gas einzusetzen, so dass die Flüssigkeit und das Gas an unter­ schiedlichen Abschnitten und/oder mit unterschiedlicher Strömungsausrichtung in das Faserbündel eingeleitet werden.The mouthpiece 12 of the membrane filter is exchangeable and can be replaced by another mouthpiece, which differs in length and / or the nozzle outlet geometry. There is also the possibility of using mouthpieces 12 with separate channels for liquid and gas, so that the liquid and the gas are introduced into the fiber bundle at different sections and / or with different flow orientations.

Claims (7)

1. Verfahren zur Membranfiltration in Flüssigkeiten unter Verwendung eines Faserbündels aus Kapillarmembranen, die ein in ein Kopfstück eingegossenes und zu einem Permeat­ sammelraum des Kopfstückes offenes Ende sowie ein ohne Einspannung frei bewegliches verschlossenes Ende aufweisen,
wobei das Faserbündel in eine zu filtrierende Flüs­ sigkeit eingetaucht oder von der zu filtrierenden Flüssigkeit umströmt wird,
wobei eine Druckdifferenz zwischen der zu filtrie­ renden Flüssigkeit und dem Permeatsammelraum erzeugt sowie ein an dem offenen Ende der Kapillarmembranen abfließendes Permeat aus dem Permeatsammelraum abge­ zogen wird,
wobei zur Beseitigung von Ablagerungen im Faserbündel zumindest in Intervallen ein Fluid durch ein in das Faserbündel ragendes Mundstück zugeführt wird, welches mit einer Reinigungswirkung verbunden Scherkräfte auf die Ablagerungen ausübt, und
wobei als Fluid eine Flüssigkeit oder ein Flüssig­ keits/Gas-Gemisch verwendet wird.1. A method for membrane filtration in liquids using a fiber bundle made of capillary membranes which have an end which is cast into a head piece and is open to a permeate collecting space of the head piece and which has a closed end which is freely movable without clamping,
wherein the fiber bundle is immersed in a liquid to be filtered or flows around the liquid to be filtered,
wherein a pressure difference between the liquid to be filtered and the permeate collection space is generated, and a permeate flowing off at the open end of the capillary membranes is withdrawn from the permeate collection space,
wherein in order to remove deposits in the fiber bundle, a fluid is supplied at least at intervals through a mouthpiece protruding into the fiber bundle and exerts shear forces on the deposits associated with a cleaning action, and
a liquid or a liquid / gas mixture being used as the fluid. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Flüssigkeit Wasser und als Flüssigkeits/Gas-Gemisch ein Wasser/Luft-Gemisch verwendet werden. 2. The method according to claim 1, wherein the liquid is water and a water / air mixture as the liquid / gas mixture be used.   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fluid­ zusammensetzung im Betrieb verändert und dadurch die Reini­ gungswirkung beeinflusst wird.3. The method of claim 1 or 2, wherein the fluid composition changed in the company and thereby the Reini effect is influenced. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Wasser oder ein Wasser/Luft-Gemisch jeweils im Wechsel mit Luft als Fluid verwendet werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein Water or a water / air mixture alternating with Air can be used as a fluid. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dem Fluid zumindest zeitweise Reinigungschemikalien zugesetzt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the Cleaning chemicals added to fluid at least temporarily become. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mit auswechselbaren Mundstücken unterschiedlicher Länge und/­ oder mit unterschiedlichen Düsenaustrittsgeometrien gear­ beitet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein with interchangeable mouthpieces of different lengths and / or with different nozzle outlet geometries gear is being processed. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Mundstück mit separaten Kanälen für Flüssigkeit und Gas verwendet wird und die Flüssigkeit und das Gas an unter­ schiedlichen Abschnitten und/oder mit unterschiedlicher Strömungsausrichtung in das Faserbündel eingeleitet werden.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein a Mouthpiece with separate channels for liquid and gas is used and the liquid and gas at under different sections and / or with different Flow alignment can be introduced into the fiber bundle.
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