CZ20031415A3 - Zařízení a způsob k čištění tekutiny, zejména vody - Google Patents

Description

Oblast techniky

Zařízení, vhodné zejména k čištění tekutiny jako je voda, tvoří alespoň jedna sada vytvořená z první membránové tkaniny (21) a z druhé membránové tkaniny (22), každá z nich propouští vodu v podstatě celou jejich délkou, přičemž membránové tkaniny jsou napjaty v podstatě paralelně jedna ke druhé do kostry (1), membránové tkaniny (21,22) mezi sebou vymezují cestu pro průtok tekutiny, tkaniny jsou navzájem zaměnitelné s ohledem na první polohu, při které povrchy navzájem otočené k sobě se v podstatě dotýkají a s ohledem na druhou polohu, při které tkaniny leží od sebe vzdáleně a šířka cesty pro průtok tekutiny je větší než v první poloze.

Dosavadní stav

Vynález tohoto typu je již známý. Pro biologické čištění odpadní vody je široce používáno zařízení známé jako membránové bioreaktory (MBR). Reaktor tohoto typu tvoří aretační nádrž obsahující mikroorganizmy, které používají znečištění v odpadní vodě jako potravu. Navíc, reaktor tohoto typu obsahuje membránové instalace, které všeobecně vytvářejí mikrofiltrační moduly. Membrány slouží k separaci bakterií z čištěné vody a k navracení těchto bakterií do reaktorové nádrže. Membránové moduly, působící pomocí podtlaku, mohou být rovněž zapuštěny do aretační nádrže. Zapuštění membránových modulů do aretační nádrže znamená, že nezaberou žádný dodatečný prostor. Navíc, v nádrži jsou obvykle prostředky k vytváření proudu bublin. Tyto prostředky jsou všeobecně umístněny pod membránami. Pomocí bublin, membrány způsobují vibrace a posouvající příčné síly vytvářené na povrchu membrán, takže nečistoty nemohou ulpět na materiálu membrán. Navzdory čištění pomocí stoupajících vzduchových bublin, je třeba čas od času vyčistit vnitřek membrán, například pomocí chemických roztoků.

• · · · · · · ··· · · · · · · φ · · · · · · · · · · ·

2· · ···· * · ·· ··· · · • · · · · · · ···· φ · · · · ·· ·· · ♦

Zařízení výše uvedeného typu je známé, mezi řádky, z mezinárodní patentové přihlášky WO 98/46533 (Zenon). Tato publikace předkládá zařízení, které používá membrán, obsahujících dutá vlákna o tloušťce několika milimetrů. Velké množství dutých vláken je zajištěno jejich konci v modulu. Maximální délka těchto vláken je přibližně od jednoho a půl do dvou metrů. Výsledkem dutých vláken je těsně svázaný „svazek špaget“. V praxi s tímto svazkem špaget se těžko manipuluje. Navíc, délka vláken je limitována s ohledem na sílu individuálního uchycení vláken. Další nedostatek zařízení podle této publikace spočívá v tom, že je požadován k čištění vysoký tlak s pomocí chemikálií, neboť vlákna vyvíjejí relativně vysokou rezistenci vůči protékajícím chemikáliím.

US patent 5,482,625 předkládá zařízení typu, který je popsán v preambuli, kde místo dutých vláken jsou používány prutové soustavy zajištěné v modulech. Membránové tkaniny jsou vlepeny to těchto prutových soustav. Podtlak je vytvářen mezi membránovými tkaninami, voda je vyvedena ven z nádrže skrz membránové tkaniny směrem k výpusti. Membránové tkaniny jsou uchyceny k prutovým soustavám tak , aby membránové tkaniny navzájem nepřišly do kontaktu pod vlivem podtlaku, a nezpůsobily tak neprůchodnost tekutiny mezi membránovými tkaninami. Nedostatek systému podle zmíněného US patentu je v tom, že vyžaduje velké množství prutových soustav pro zajištění membránových tkanin, čímž se tento systém stává finančně nákladným.

Úkolem předloženého vynálezu je poskytnout zařízení typu uvedeného v preambuli, které by tak dalece jak je možné, odstranilo nedostatky dosud známých systémů.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu, tohoto úkolu je dosaženo skutečností, že alespoň jedna z tkanin, na straně otočené směrem k sousední tkanině, je opatřena žíábky nebo vybouleninami, vytvářejícími kanálky mezi tkaninami v podélném směru tkanin, při první poloze membránových tkanin.

Podie výhodného provedení je možné, aby žlábky nebo vybouleniny byly vytvořeny žebry, vystupujícími v podélném směru na tkanině.

Skutečnost, že tkaniny se mohou lehce pohybovat směrem k sobě a snášejí se proti sobě pod vlivem podtlaku, znamená, že v důsledku přítomnosti žeber, jemné kanálky vytvořené mezi tkaninami, vytváří cestu pro průchod tekutiny, která má být čištěna. Základní kostra, na které jsou uspořádány tkaniny, je na spodní straně a na vrchní straně otevřená, takže vzduchové bubliny mohou rovněž prostupovat základní kostrou.V důsledku toho je, že proces čištění je uskutečňován skrze tkaniny.

U zvlášť výhodného provedení, žlábky nebo vybouleniny jsou uspořádány jak na první membránové tkanině, tak na druhé membránové tkanině, žlábky nebo vybouleniny na tkaninách jsou umístěny takovým způsobem, že žlábky na první tkanině spolu s žlábky na druhé tkanině, uzavírají kanálek mezi tkaninami při první poloze membránových tkanin.

Jsou-li membránové tkaniny umístěny proti sobě, vždy po dvou symetricky a zrcadlově, podtlak aplikovaný mezí dvěmi tkaninami stlačuje tkaniny proti sobě a vede k vytvoření jemných kanálků. Tyto kanálky jsou vytvořeny jakmile duté stěny žlábků nebo průchodů v tkaninách k sobě přilehnou.

Jednou z hlavních výhod systému podle předloženého vynálezu je to, že je možné zabezpečit velký počet velmi jemných kanálků pomocí membránových tkanin. To znamená, že není zapotřebí používat „svazky špaget“, se kterými se obtížně manipuluje a o kterých bylo pojednáváno výše ve spojitosti s dosavadním stavem. Navíc, délka materiálových tkanin v zásadě není omezena.

Další výhodou je to, že například čistící tekutina může být čerpána v obráceném směru mezi membránové tkaniny. To způsobí nadměrný tlak mezi membránovými tkaninami, které v důsledku toho se od sebe odchýlí. Odchýlením tkanin se sníží rezistence membránových tkanin vůči průtoku čistícího média podél tkanin. Čistící tekutina tak může úspěšně vstoupit do kanálů nebo žlábků uspořádaných v membránové tkanině. Nadměrný tlak, který může být uplatněn na tkaniny je například 0,5 metru vodního sloupce.

• · • · ··· · · · · · · • · · · · · · · · · · ·

Podle vynálezu je možné pro membránové tkaniny použít polyesterová vlákna. Navíc je možné, aby polyesterová vlákna byla potažen povrchovou vrstvou z polysulfanu, jako je například polyethersulfan. Tkanina může být vyrobena například z polyesterových vláken jako materiálu pro substrát o tloušťce 0,5 milimetrů. Povrchová vrstva pak může být nanesena na tento substrát, například o tloušťce 0,25 milimetrů z polysulfanu. Tento materiál je relativně pevný a v důsledku toho, je možná relativně dlouhá vzdálenost mezi konci kostry. To znamená, zeje možné použít vyšší moduly než ty, které mohou být použity v případě s dutými vlákny (svazky špaget), které byly diskutovány výše.

Voda prochází skrz vrchní vrstvu polysulfanu, aby mikroorganizmy a jiné částice byly z vody odděleny. Voda pak postupuje do nosné vrstvy z polyesterových vláken. Tato vrstva zabezpečuje to, aby voda byla transportována směrem k cestě proudu mezi sousedními membránovými tkaninami.

Je-li třeba zabránit odtlačení tkanin příliš daleko od sebe během čištění tkanin pomocí čistící tekutiny, po stranách tkanin je možno uspořádat nosné stěny. Tím se zabrání přílišnému zvětšení prostoru mezi tkaninami.

Jak již bylo vyzdviženo, je výhodné, jsou-li v zařízení podle předloženého vynálezu, prostředky k vytváření proudu bublin podél membránových tkanin. Tyto prostředky jsou s výhodou umístěny na spodní straně kostry, ke které jsou membránové tkaniny uchyceny.

Přítomnost proudu bublin způsobí vibrace membránových tkanin, které způsobují odstraňování přilnavých nečistot z membránové tkaniny.

Vynález se rovněž vztahuje ke způsobu biologického čištění odpadní vody, ve kterém • Odpadní voda je čištěna pomocí mikroorganizmů přítomných v aretační nádrži, • Čištěná voda prochází podél membrán za účelem odstranění částic, jako jsou mikroorganizmy z čištěné vody, čištěná voda je nucena protékat cestou pomocí podtlaku, přičemž cesta průchodu tekutiny je • ·

9 9 9

9 9 · · · · • 99 · 9 9 ·· 9 • · 9 9 9 9999 9 9 9

9 9999 99 99 999 9 9

99 9 9999 9999

9 99 99 99 99 vymezena mezi první membránovou tkaninou a druhou membránovou tkaninou.

Způsob podle předloženého vynálezu je charakterizován tím, že první membránová tkanina a druhá membránová tkanina jsou navzájem zaměnitelné takovým způsobem, že první membránová tkanina a druhá membránová tkanina se v podstatě navzájem jedna ke druhé pohybují nuceným průtokem čištěné vody mezi membránovými tkaninami.

Jak již bylo v předchozím textu vyznačeno, je výhodné, aby první a druhá membránová tkanina byly uspořádány zaměnitelně takovým způsobem, že první membránová tkanina a druhá membránová tkanina se v podstatě navzájem jedna ke druhé pohybují nuceným nasáváním vody směrem vzhůru mezi membránovými tkaninami pomocí čerpadla.

Navíc, je výhodné, aby čistící tekutina byla nucena procházet tekutinovou stopou mezi první a druhou membránovou tkaninou pomocí nadměrného tlaku.

Objasnění výkresů a příklad provedení

Vynález bude dále objasňován pomocí odkazů na připojené výkresy, na kterých:

Obr. 1 znázorňuje pohled na kostru, ve které jsou uspořádány sady, nebo v každém případě alespoň dvě membránové tkaniny.

Obr. 2 znázorňuje polohový plán části z obrázku 1 v průřezu podél linie A-A.

Obr. 3 znázorňuje detail, který je na Obr. 2 indikován jako III.

Obr. 4 znázorňuje detail spodní strany kostry znázorněné na Obr. 1.

Obr. 5 znázorňuje polohový plán zařízení podle Obr. 1.

• · · · · • · · · ·

Obr. 6 znázorňuje další detaily části zařízení z Obr. 5.

Obr. 7 znázorňuje polohu tkanin v čase, kdy je vytvořen mezi tkaninami nadměrný tlak.

Obr. 8 znázorňuje detail tkanin znázorněných na Obr. 7.

Obr. 1 znázorňuje čelní pohled na kostru I, do které je zasazena řada tkaninových membrán. Kostru 1 tvoří v podstatě horizontálně probíhající vrchní stěna 3, spodní stěna 4 a boční stěny 5. Specifické prostředky k uchycení tkaninové membrány 2 jsou znázorněny na Obr. 4.

Kostra (^znázorněná na Obr. 1, je umístěna v membránovém biologickém reaktoru. K průtoku tekutiny mezi tkaninovými membránami je používán proud bublin, který způsobuje, že tekutina podél povrchu membrán je neustále opakovaně přívodem čerstvého vzduchu upravována.Mezi tkaninovými membránami je vytvářen podtlak, který má působit jako čerpadlo. Tento podtlak způsobuje, že část průtoku tekutiny se vsakuje do tkaninové membrány. Zvláštní tvar tkaninové membrány podle vynálezu, opatřené malými kanálky mezi tkaninovou membránou umožňuje vytékání vody nasáklé skrz tkaninu. Proud bublin procházející směrem vzhůru od spodku kostry 1_, způsobuje vibraci membránové tkaniny a posouvající příčnou sílu působící na povrch tkaniny. V důsledku toho je nemožné, aby nečistoty přilnuly k vnějšímu povrchu membránového materiálu.

Obr. 2 znázorňuje polohový plán na část z Obr. 1, v průřezu podél linie A-A.

Na Obr. 2 je možno vidět, že každá sada membránové tkaniny 2 obsahuje první membránovou tkaninu 21 a druhou membránovou tkaninu 22. Membránová tkanina je vždy na Obr. 2 znázorněna na levé straně, zatímco druhá membránová tkanina je situována na pravé straně. Další detaily membránových tkanin 21,22 jsou znázorněny na Obr. 3. Z Obr. 3 je zřejmé, že koncový okraj první membrány 21 se připojuje ke koncovému okraji membránové tkaniny 22. V blízkém okolí jejich konců, tkaniny 21,22 jsou spojeny spojovacím prvkem nebo svárem 23. Je rovněž možné, aby první membránová tkanina 21 a druhá membránová tkanina 22, byla vytvořena jako první část a druhá část jednoho filtračního článku. Membránové tkaniny 21,22 ·· · · 0 · * · 0 · · · · • · · ··· · · · • · · · 0 0 0 0· · 0 ·

0 0000 · · 00 000 0 0 • 0 0 0000 0000

0 00 00 00 00 jsou například sestaveny ze základní vrstvy polyesterových vláken 24, na jejíž vnější povrch je nanesena polysulfanová vrstva. Vrstva z polyesterových vláken má tloušťku například 0,5 mm, zatímco povrchová vrstva má tloušťku například 0,25 mm.

Základní vrstva z polyesterových vláken zabezpečuje dobrý průtok vody skrz membránovou tkaninu. Vrchní vrstva z polysulfanu zabezpečuje oddělení mikroorganizmů z vody prostupující membránou. Membránové tkaniny 21,22 isou zajištěny v odtokovém žlabu 31 sdruženém s krycí tvářenou formou 32. Dále bude objasněno v souvislosti s Obr. 6, že procházející otvor 30 je napojen na centrální sběrné potrubí. Na vrchní straně membrán (není znázorněno) je možný odpovídající žlab s odpovídajícím procházejícím otvorem. Protažení tohoto otvoru je připojeno k výpustnímu potrubí pro vyčištěnou vodu.

Umístění tkanin 21,22 , tak jak je znázorněno na Obr. 2 a 3 odpovídá poloze, kterou tkaniny přijímají při aplikaci podtlaku mezi tkaninami. Výsledkem zavedeného podtlaku je to, že strany tkanin 21,22 navzájem otočené k sobě, se v podstatě navzájem pohybují směrem k sobě. V předloženém textu, tato poloha je rovněž označována jako „první poloha“. Tato poloha se používá k čištění protékající tekutiny, jako je například odpadní voda, s pomocí membránových tkanin 21,22.

Obr. 4 znázorňuje další detail způsobu zajištění membránové tkaniny 21,22 na spodní straně kostry i.

Pro tvářenou složku 32 je výhodné, by byla vyrobena ze stejného nebo v podstatě stejného materiálu jako membránové tkaniny 21,22. V tomto případě to znamená, že tvářená složka 32 sestává z polyesteru. Toto opatření zabezpečuje dobrou přilnavost membránových tkanin 21,22 ke složce 32. Potrubí nebo žlab 31 je přednostně vyroben z materiálu jako je nerezová ocel.

Obrázek 5 znázorňuje polohový plánek zařízení ilustrovaného na Obr. 1.

Z Obr. 5 vyplývá, že různé žlaby 31, na vršku membrán, jsou připojeny ke sběrnému potrubí 51,52 přes trubkové nástavce. Tato sběrná potrubí 51,52 jsou • · · • · · « « · připojena prostřednictvím centrálních spojů 61,62, například k čerpadlu, k zajištění odtoku vyčištěné vody odstraněné ze zařízení. Na Obr. 5 jsou rovněž znázorněny boční stěny 5, které mají být přítomny, aby zabránily posunutí membránových tkanin (to nemůže být zřejmé z polohového plánu) nepřiměřeně příliš stranou, je-li použit nadměrný tlak mezi membránovými tkaninami.

Obr. 6 znázorňuje detaily označené VI na Obr. 5. Z tohoto obrázku vyplývá, že každý žlab 31 je napojen na sběrné potrubí 52 přes spojení 63. Je jasné, že příslušný žlab 31 na svém druhém konci je připojen k centrálnímu sběrnému potrubí 51 koncem příslušného připojení.

Obr. 7 ještě jednou znázorňuje polohový plánek tkaniny 21,22 v průřezu podél linie A-A na Obr. 1. Nicméně, Na Obr. 7 je nadměrný tlak mezi tkaninami 21,21. Tato situace nastává tehdy, je-li požadováno vyčištění tkanin 21,22 pomocí čistící tekutiny používané za tlaku mezi tkaninami 21,22.Tento tlak může stoupat například na 0,5 m vodního sloupce. Na účet nadměrného tlaku, produkovaného mezi membránovými tkaninami 21,22, vzdálenost mezi dvěmi tkaninami se zvětšuje, takže rezistence, která provází průtok tekutiny je nižší a čistící tekutina tak může proniknout hlouběji do skrytých výklenků 25.

Další detail polohy ilustrované na Obr. 7 je znázorněn na Obr. 8. Z Obr. 8 je zřejmé, že tkaniny 21,22 jsou zajištěny symetricky zrcadlově v kostře JL v poloze znázorněné na Obr. 7 zadní straně kanálků 25 spočívá jedna proti druhé.

Pro zachování jasného výkladu, je třeba poznamenat, že poloha membránových tkanin 21,22, znázorněná na Obr. 7 a 8 je v předloženém textu rovněž označována jako „druhá poloha“.

»»♦ ·♦· · * ♦ 1 · Φ φ «φφ φ φφφφ · « φ « φφφφφφφ φφ φφφ φ φ φφ « φφφφ φφφφ φφ · φφ φφ φφ φφ

7ψ 1303-4443

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   NAHRAZENÉ

   1. Zařízení vhodné zejména k čištění tekutin jako je voda, tvoří alespoň jedna sada (2) sestávající z první membránové tkaniny (21) a z druhé membránové tkaniny (22), z nichž každá propouští vodu v podstatě po celé své délce, přičemž membránové tkaniny (21,22) jsou napjaty v jejich podélném směru, v podstatě navzájem paralelně na kostře (1) a membránové tkaniny (21,22) mezi sebou definují cestu pro průtok tekutiny, tkaniny jsou navzájem zaměnitelné mezi první polohou (obr. 2,3), ve které povrchy otočené k sobě se navzájem dotýkají a druhou polohou (obr. 7,8), kdy tkaniny (21,22) jsou od sebe vzdáleny a šířka cesty pro průtok tekutiny je větší než v první poloze, přičemž alespoň jedna z tkanin (21,22) na straně otočené k sousední tkanině je opatřena žlábky nebo žebry za účelem vytvoření kanálků (25) mezi tkaninami (21,22) při první poloze (obr. 2,3) membránových tkanin (21,22), vyznačuj ící se tím, že žlábky nebo žebra a kanálky vytvořené žlábky respektive žebry jsou protaženy v podélném směru membránových tkanin a mezi tkaninami je vytvořen podtlak prostředky k vytvoření podtlaku pomocí sběrného potrubí, přičemž žlábky respektive žebra jsou protaženy ve směru sběrného potrubí.
2. 2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že žlábky nebo žebra jsou vytvořeny žebry, která vystupují v podélném směru na tkanině.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vy z n a č uj i c i se t i m, že žlábky nebo žebra jsou uspořádány jak na první membránové tkanině, tak na druhé membránové tkanině, žlábky nebo žebra na tkaninách, při umístění proti sobě vytváří a obklopují kanálky (23) mezi oběma tkaninami při první poloze membránových tkanin.
4. 4. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vy z n a č uj i c i se tím, že první membránová tkanina je první částí filtračního tělesa, druhá tkanina je druhou částí filtračního tělesa.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, v y z n a č u j í c í se tím, že membránové tkaniny tvoří polyesterová vlákna.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačuj ící se t í m, že polyesterové vlákno je potaženo vrchní vrstvou z polysulfanu.
7. 7. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vy z n a č uj í c í se tím, že koncové okraje membránových tkanin jsou sevřeny uvnitř žlabů vyplněných hmotou materiálu, který v podstatě odpovídá materiálu membránové tkaniny.
8. 8. Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vy z n a č uj í c í se tím, že v sousedství spodní strany membránových tkanin jsou prostředky k vytvoření proudu bublin podél membránových tkanin.
9. 9. Membránová tkanina, vhodná zejména pro zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyz n a č uj í c í se t í m, že membránová tkanina je opatřena žebry formujícími kanálky mezi membránovou tkaninou a druhou tkaninou, která je umístěna proti povrchu membránové tkaniny.
10. 10-Způsob biologického čištění odpadní vody, ve kterém :

    • Odpadní voda je čištěna pomocí mikroorganizmů přítomných v aretační nádrži, • Čištěná voda prochází podél membrán za účelem odstranění částic, jako jsou mikroorganizmy z čištěné vody, čištěná voda je nucena protékat cestou pomocí podtlaku, přičemž cesta průchodu tekutiny je vymezena mezi první membránovou tkaninou a druhou membránovou tkaninou, vyznačující se tím, že první membránová tkanina a druhá membránová tkanina jsou navzájem zaměnitelné takovým způsobem, že první membránová tkanina a druhá membránová tkanina se v podstatě navzájem jedna ke druhé pohybují nuceným průtokem čištěné vody mezi membránovými tkaninami.

    9 ♦ * · · 9 • 4 • 4 · • 44 44 • * 4 9 9 4 « ♦ 44 9 4 4 4 ♦ 4 «4 ··· 4 «

    44 9 · · 9 · 949·

    4· * ·· · » · · 94
11. 11. Způsob podle nároku 10, v y z n a č u j í c í se t í m, že pomocí nadměrného tlaku, čistící tekutina nucené prochází tekutinovou cestou mezi první a druhou membránovou tkaninou.