DE102005015421A1 - Verfahren zur Abtrennung von Inhaltsstoffen aus einem fließfähigen Stoffgemisch und Anlage zur Durchführung derartiger Verfahren - Google Patents
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Abstract
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Inhaltsstoffen
aus einem fließfähigen Stoffgemisch,
bei dem mindestens eine einer Retentatseite eines Filtermoduls zugewandte
Filterfläche
eines vorzugsweise als Filtermembran ausgeführten Filterelementes zur Erzeugung
eines von Inhaltsstoffen abgereicherten Permeats auf einer der Retentatseite
abgewandten Permeatseite des Filterelements etwa parallel zur Filterfläche mit dem
Stoffgemisch überströmt wird,
wobei die Strömungsgeschwindigkeit
des Stoffgemischs auf der Retentatseite bei der Erzeugung des Permeats
mindestens einmal verändert,
insbesondere für
eine vorgegebene Zeit, erhöht
wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Inhaltsstoffen aus einem fließfähigen Stoffgemisch, bei dem mindestens eine einer Retentatseite eines Filtermoduls zugewandte Filterfläche eines vorzugsweise als Filtermembran ausgeführten Filterelementes zur Erzeugung eines von Inhaltsstoffen abgereicherten Permeats auf einer der Retentatseite abgewandten Permeatseite des Filterelements etwa parallel zur Filterfläche mit dem Stoffgemisch überströmt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung derartiger Verfahren mit mindestens einem Filtermodul, in dem eine Retentatseite durch ein Filterelement von einer Permeatseite getrennt ist.
- Die vorstehend in allgemeiner Form beschriebenen Verfahren und Anlagen werden beispielsweise bei der biologischen Abwasserreinigung eingesetzt. Grundsätzlich sind Verfahren dieser Art jedoch überall dort einsetzbar, wo eine Fest-Flüssigtrennung bis zur Abtrennung von kolloidalen Partikeln (ca. > 100 nm) oder auch eine Flüssig-Flüssigtrennung von Emulsionen erreicht werden soll.
- Bei der biologischen Abwasserreinigung werden Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Abtrennung der Biomasse von dem gereinigten Abwasser benutzt. Neben den beschriebenen Verfahren kommen zu diesem Zweck auch eine Sedimentation, eine Flotation und Oberflächen- bzw. Tiefenfiltration zum Einsatz.
- Im Hinblick auf den Erhalt einer konstant hohen Ablaufqualität, insbesondere bezüglich des Feststoffgehalts, der im allgemeinen gewünschten Reduzierung der Anlagengröße und zur Verminderung des bei der Abwasserreinigung erforderlichen Chemikalieneinsatzes wird zunehmend die eingangs beschriebene Membranfiltration anstelle der herkömmlichen Verfahren zur Abtrennung von Biomasse eingesetzt. Dabei haben sich in der jüngeren Vergangenheit drei Verfahrensvarianten herausgebildet, die als „Querstromverfahren" bzw. „Crossflow", Verfahren mit getauchter Membran bzw. „Submerged"-Verfahren und Querstromverfahren mit schwacher Anströmung und Eindüsung von Luft bzw. „Airlift"-Verfahren bekannt geworden sind.
- Die älteste Verfahrensvariante ist das Crossflow-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird im Rahmen der biologischen Abwasserreinigung Schlamm aus einem Belebungsbecken entnommen und einer extern aufgestellten und mindestens ein Filtermodul aufweisenden Anlage zugeführt. Unter Druck strömt der Belebtschlamm bei diesen Verfahren auf der Retentatseite des Filtermoduls parallel zu einer entsprechenden Filterfläche bzw. Membranoberfläche, wobei das Wasser das Filterelement bzw. die Membran durchdringt und auf der der Retentatseite des Filterelementes abgewandten Permeatseite des Filtermoduls in den Permeatablauf gelangt. Das auf der Retentatseite verbleibende Retentat bzw. Konzentrat wird zurück in das Belebungsbecken geleitet. Der Vorteil dieser Verfahrensvariante ist der hohe Permeatfluss und die sich daraus ergebende geringe erforderliche Membranoberfläche. Problematisch bei dieser Verfahrensvariante ist der hohe Energiebedarf für die Stofftrennung.
- Das „Submerged-Verfahren" unterscheidet sich dadurch vom „Crossflow-Verfahren", dass die Filterelemente bzw. Membranen direkt in ein Becken eingetaucht werden, wobei auch eine Installation direkt im Belebungsbecken denkbar ist. Das für die Stofftrennung erforderliche Druckgefälle wird durch Anlegen eines Unterdrucks auf der Permeatseite des Filterelementes bzw. der Membran erzeugt. Mit Hilfe einer grobblasigen Belüftung werden auf der Retentatseite des Filterelementes Scherkräfte erzeugt, die der Belagbildung entgegenwirken sollen. Diese Verfahrensvariante ist im Vergleich zum „Crossflow-Verfahren" im Hinblick auf den geringeren Energieverbrauch vorteilhaft. Es werden für die Stofftrennung bei dieser Verfahrensvariante in einigen Fällen nur ca. 20 % der bei Ausführung der „Crossflow- Variante" benötigten Energie gebraucht. Problematisch bei dieser Verfahrensvariante ist allerdings der niedrige Permeatfluss, der die Installation von großen Membranflächen notwendig macht. Das ist mit entsprechend hohen Investitionskosten verbunden.
- Das „Airlift-Verfahren" ist die jüngste Verfahrensvariante. Bei diesem Verfahren sollen die Vorteile des „Crossflow-Verfahrens" und des „Submerged-Verfahrens" miteinander verbunden werden. Dazu sind die Filtermodule bzw. Membranmodule bei dem „Airlift-Verfahren" entweder in ein Becken getaucht oder wie beim „Crossflow-Verfahren" extern und senkrecht aufgestellt. Anders als beim „Crossflow-Verfahren" durchströmt das Stoffgemisch die Filtermodule nur langsam und im wesentlichen drucklos in vertikaler Richtung von unten nach oben. Ähnlich dem „Submerged-Verfahren" wird am unteren Ende der Membranmodule Luft eingedüst, um einer Belagsbildung auf der Retentatseite der Filterelemente entgegenzuwirken. In weiterer Entsprechung zum „Submerged-Verfahren" wird das treibende Druckgefälle beim „Airlift-Verfahren" durch einen permeatseitigen Unterdruck erzeugt. Bei dieser Verfahrensvariante wird mit einem im Vergleich zum „Crossflow-Verfahren" niedrigeren Energieverbrauch ein höherer Permeatfluss als beim „Submerged-Verfahren" erreicht. Allerdings können die Filtermodule bei der Ausführung des „Airlift-Verfahrens" nur parallel zueinander angeordnet werden, was zu vergleichsweise hohen Volumenströmen und Rohrleitungen mit großem Querschnitt führt. Entsprechend hoch sind die Investitionskosten für zur Durchführung des „Airlift-Verfahrens" geeignete Anlagen.
- Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Weiterbildung der bekannten Verfahren anzugeben, mit der unter Vermeidung hoher Investitionskosten eine Stofftrennung mit geringem Energieverbrauch möglich ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Weiterbildung der bekannten Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Stoffgemischs auf der Retentatseite des mindestens einen Filtermoduls bei der Erzeugung des Permeats mindestens einmal verändert, insbesondere für eine vorgegebene Zeit erhöht wird.
- Bei der erfindungsgemäßen Weiterbildung des „Crossflow-Verfahrens" wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass zur Sicherstellung des gewünschten hohen Permeatflusses die Beibehaltung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit während des gesamten Trennvorgangs nicht erforderlich ist, sondern eine nur zeitweise Erhöhung der Geschwindigkeit des die Filterfläche überströmenden Stoffgemischs ausreicht. Bei herkömmlichen „Crossflow-Verfahren" wird eine hohe Strömungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite eingestellt, um eine Verblockung der Filterelemente bzw. Membranen zu vermeiden. Durch den Filtrationsvorgang werden Partikel oder andere von dem Filterelement zurück gehaltenen Substanzen an das Filterelement herantransportiert. Die parallele Überströmung des Filterelements erzeugt Scherkräfte, die zu einem Rücktransport der zurück gehaltenen Substanzen in die Kernströmung sorgt. Nach einiger Zeit stellt sich dann in der Regel ein Gleichgewicht ein, bei dem der Antransport an die Membran heran dem Rücktransport entspricht. Dabei wird das Gleichgewicht auf die Seite einer wenig belegten Membran verschoben, wenn die Scherkräfte aufgrund der parallelen Überströmung des Filterelementes mit dem Stoffgemisch besonders hoch sind. Aus diesem Grund werden die Strömungsgeschwindigkeiten in einem herkömmlichen „Crossflow-Filtersystem" besonders hoch eingestellt.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Vorteile im Hinblick auf den Energiebedarf bei der Stofftrennung ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Permeatflusses erreicht werden können wenn die zur Reinigung der Filterflächen benötigten hohen Scherkräfte aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeiten nur zeitweise erzeugt werden. Erstaunlicherweise hat es sich dabei gezeigt, dass die mit der Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren einhergehende Aufgabe des sich bei dem herkömmlichen „Crossflow-Verfahren" einstellenden Gleichgewichts zu keinerlei Komplikationen bei der Verfahrensführung führt. Aus diesem Grund können erfindungsgemäße Verfahren mit Anlagen ausgeführt werden, welche im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen zur Durchführung von „Crossflow-Verfahren" nur einen vergleichsweise geringen Mehraufwand bei den Investitionskosten mit sich bringen, weil lediglich ein Strömungssystem bereitgestellt werden muss, mit dem das Stoffgemisch mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten über die Filterflächen geleitet werden kann.
- Im Hinblick auf die gewünschte Minimierung des Energieverbrauchs einerseits und die angestrebte Maximierung des Permeatflusses andererseits hat es sich im Rahmen der Erfindung als besonders günstig erwiesen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit bei der Erzeugung des Permeats auf der Retentatseite ausgehend von einer vergleichsweise geringen Grundgeschwindigkeit zeitweise auf eine Reinigungsgeschwindigkeit erhöht wird wobei das Verhältnis von Reinigungsgeschwindigkeit zur Grundgeschwindigkeit im Bereich von 1,2 bis 10. vorzugsweise 1,2 bis 3,5, weiter vorzugsweise 1,5 bis 2,5, insbesondere etwa bei 2 liegt. Falls es bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren weniger auf die Einsparung von Energie als auf die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebsablaufs ankommt, kann es vorteilhaft sein, das genannte Verhältnis auf einen Wert von mehr als 2,5, insbesondere mehr als 3,5 einzustellen.
- Die Dauer der Einstellung der Reinigungsgeschwindigkeit kann im Hinblick auf die gewünschte Minimierung des Energieverbrauchs einerseits und die angestrebte Maximierung des mittleren Permeatflusses andererseits optimiert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Reinigungsgeschwindigkeit Idealerweise während 1 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 8 %, insbesondere etwa 5 % der Gesamtdauer des Trennvorgangs erzeugt wird. Mithin ist es also besonders günstig bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren, wenn die Strömungsgeschwindigkeit für 1/20 der Zeit periodisch kurzzeitig stark erhöht wird. Im Vergleich zu herkömmlichen „Crossflow-Verfahren" ergeben sich dann bei Halbierung des Energieverbrauchs keine nennenswerten Veränderungen des mittleren Permeatflusses. Wenn die Optimierung in Richtung auf einen besonders geringen Energieverbrauch verschoben werden soll, kann die Dauer, für die die Reinigungsgeschwindigkeit eingestellt wird, verringert werden. Bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren kann die Grundgeschwindigkeit 0,5 bis 2 m/sek., insbesondere 0,7 bis 1,5 m/sek. betragen. Die Reinigungsgeschwindigkeit kann 1,0 bis 10 m/sek., vorzugsweise 1,5 bis 5 m/sek., insbesondere 2,5 bis 4,5 m/sek. betragen.
- Bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren kann das Stoffgemisch wie bei herkömmlichen „Crossflow-Verfahren" zur Abtrennung der Inhaltsstoffe zwei oder mehr, vorzugsweise seriell angeordnete Filtermodule durchströmen, von denen jedes mindestens ein Filterelement mit einer Retentatseite und einer Permeatseite aufweist.
- Eine weitere Optimierung des Gesamtwirkungsgrads bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren ist erreichbar, wenn zumindest während der Erzeugung der Reinigungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite auch auf der Permatseite des mindestens einen Filterelementes eine Permeatströmung erzeugt wird und der Druckverlauf innerhalb der Permeatströmung längs mindestens eines Filterelementes und/oder in aufeinanderfolgenden Filtermodulen dem Druckverlauf in dem auf der Retentatseite strömenden Stoffgemisch angepasst wird. Diese weitere Optimierung erfindungsgemäßer Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass die kurzzeitige Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite zur Ausbildung eines starken Druckprofils entlang des Strömungskanals führt. Dieses Druckprofil mit in Strömungsrichtung abfallendem Retentatdruck führt zu einer hohen transmembranen Druckdifferenz in den in Strömungsrichtung vorderen Bereichen des Strömungskanals bzw. in den vorderen Filtermodulen bei serieller Durchströmung von zwei oder mehr Filtermodulen. Die Folge ist in diesen Bereichein eine starke Deckschichtbildung, welche die positive Wirkung der hohen Strömungsgeschwindigkeit stark herabsetzt. Dann kann sich die positive Reinigungswirkung der hohen Strömungsgeschwindigkeit nur in den hinteren Bereichen des Strömungskanals bzw. in den hinteren Membranmodulen entfalten. Der störenden hohen transmembranen Druckdifferenz in den vorderen Bereichen der Filtermodule bzw. in den vorderen Modulen seriell durchströmter Filtermodule kann entgegengewirkt werden, in dem ein entsprechendes Druckprofil auch auf der Permeatseite erzeugt wird. Dazu kann es bei Verwendung seriell durchströmter Filtermodule ausreichend sein, wenn für jedes der seriell durchströmten Filtermodule ein entsprechender permeatseitiger Druck eingestellt wird. Die Einstellung des permeatseitigen Drucks ist beispielsweise in der
EP 0 747 111 B1 und derDE 25 53 099 C2 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Schriften wird hiermit durch ausdrückliche Inbezugnahme hinsichtlich der Einstellung des permeatseitigen Drucks in diese Beschreibung einbezogen. - Eine weitere Möglichkeit, die störende Deckschichtbildung bei der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite zu verhindern besteht darin, den Permeatabfluss zu unterbinden bzw. die Permeatleitung zu verschließen. Dabei muss allerdings darauf geachtet werden, dass die hinteren Bereiche der Filtermodule bzw. die hinteren Filtermodule seriell durchströmter Filtermoldule nur geringfügig rückwärts durchströmt werden, um die Membran zu schützen. Der Permeatfluss kann bei Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren ähnlich wie bei der Ausführung herkömmlicher „Submerged-Verfahren" oder „Airlift-Verfahren" weiter erhöht werden, wenn das Stoffgemisch vor, während und/oder nach der retentatseitigen Einleitung in mindestens ein Filtermodul mit einer Luftströmung versetzt wird. Dazu kann die Luftströmung in zwei oder mehr vorzugsweise etwa parallel zueinander verlaufenden Strömungskanälen auf der Retentatseite in das Stoffgemisch eingedüst werden. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch möglich, anstelle von Luft andere ggf. positive Wirkung im Hinblick auf die Stofftrennung herbeiführende Gase in das Stoffgemisch einzudüsen.
- In einigen Fällen reicht die kurzzeitige Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite zur Beseitigung der störenden retentatseitigen Deckschicht auf den Filterelementen nicht aus. In diesen Fällen muss die Trennung des Stoffgemischs in mehreren zeitlich hintereinander liegenden Trennvorgängen bewirkt werden, wobei zwischen mindestens zwei Trennvorgängen eine sogenannte „Rückspülung" durchgeführt wird, bei der das Filterelement von der Permeatseite in Richtung auf die Retentatseite von einem Reinigungsfluid durchströmt wird. Bei dieser permeatseitigen Rückspülung wird der Rücktransport des Filterkuchens von dem Filterelement bzw. der Membran in die Kernströmung stark erhöht. Ein Antransport an das Filterelement bzw. die Membran findet aufgrund der umgekehrten Strömung nicht statt, so dass nach hinreichend langer Rückspülzeit eine vollständige Entfernung des störenden Filterbelags erreicht wird. In der Praxis sind diese Rückspülzeiten so lang, dass eine vollständige Freispülung des Filterelementes nur bei speziell eingeleiteten Reinigungszyklen erreicht wird. Trotzdem führt eine periodische permeatseitige Rückspülung zu einer signifikanten Erhöhung der Permeatflussleistung. Die beschriebene permeatseitige Rückspülung kann technisch in verschiedenen Varianten ausgeführt werden. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn als Reinigungsfluid das zuvor erzeugte Permeat, vorzugsweise aus einem entsprechenden Permeatreservoir, durch das Filterelement geleitet wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein gasförmiges Reinigungsfluid, insbesondere Pressluft, durch das Filterelement geleitet werden.
- Wie eingangs bereits erläutert, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in besonderem Maß für die Ausführung von Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung. Dabei wird das Stoffgemisch vorzugsweise aus mindestens einem begasten oder unbegasten Bioreaktor in das mindestens eine Filtermodul eingeleitet. Eine zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren geeignete Anlage zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass dem mindestens einen Filtermodul eine Fördereinrichtung zur Einleitung des Stoffgemischs auf der Retentatseite des Filterelementes zugeordnet ist, mit der unterschiedliche Volumenströme gefördert und damit unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in dem mindestens einen Filtermodul erzeugt werden können. Dabei ist der Fördereinrichtung zweckmäßigerweise eine Steuereinrichtung zugeordnet, mit der die Fördereinrichtung so ansteuerbar ist, dass unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in vorgegebenen Zeitintervallen erzeugt werden können. Der zeitliche Ablauf der Erzeugung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten ist dabei zweckmäßigerweise frei programmierbar.
- Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht näher herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer zur Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren geeigneten Anlage, -
2 schematische Darstellungen verschiedener Rückspülverfahren und -
3 schematische Darstellungen unterschiedlicher Varianten zur Lufteindüsung. - Die in
1 dargestellte Anlage umfasst ein Reservoir1 für das Stoffgemisch, wie etwa ein Belebungsbecken einer Anlage zur biologischen Abwasserreinigung, zwei in Form von Membrantrennapparaten3 ausgeführte Filtermodule und ein Permeatreservoir7 . Bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren mit Hilfe der in1 dargestellten Anlage wird aus dem Reservoir1 das Stoffgemisch mit Hilfe einer Fördereinrichtung2 in die seriell hintereinander angeordneten Membrantrennapparate3 gefördert. Das Stoffgemisch gelangt dabei auf die Retentatseite3a der Membrantrennapparate3 . Die Fördereinrichtung2 ist so ausgelegt, dass verschiedene Volumenströme gefördert und so unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in den Membrantrennapparaten3 auf der Retentatseite3a erzeugt werden können. Dazu ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte frei programmierbare Steuereinrichtung vorgesehen. Das auf der Retentatseite der Filtermembranen3b verbleibende Konzentrat wird über eine Konzentratleitung4 wieder in das Reservoir1 zurückgegeben. Das auf der der Retentatseite3a abgewandten Permeatseite3c der Membrantrennapparate anfallende gereinigte Medium (Permeat) wird über eine Permeatleitung5 mit Hilfe einer entsprechenden Fördereinrichtung6 in das Permeatreservoir7 gefördert. Zur Vermeidung einer störenden Belagbildung auf der Retentatseite der Filtermembranen3b während der erfindungsgemäß vorgesehenen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Stoffgemischs auf der Retentatseite kann mit Hilfe der in1 dargestellten Anlage1 permeatseitiges Druckprofil mit Hilfe einer Drosselarmatur8 erzeugt werden. Alternativ kann die Permeatleitung während der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite3a mit Hilfe von Armaturen13 und14 komplett abgesperrt werden. - Mit Hilfe der in
1 dargestellten Anlage kann auch eine „Rückspülung" durchgeführt werden. Dazu weist die Anlage eine Rückspülleitung9 auf, durch die aus dem Reservoir7 entnommenes Permeat mit Hilfe einer Rückspülfördereinrichtung11 von der Permeatseite3c in Richtung auf die Retentatseite3a der Membrantrennapparate3 gefördert werden kann. Ein unkontrollierter Fluss durch die Rückspülleitung9 während des Trennvorgangs kann mit Hilfe von Absperrvorrichtungen10 unterbunden werden. Mit Hilfe der in1 dargestellten Anlage kann auch in der Rückspülleitung9 ein Druckprofil ausgebildet werden. Dazu ist die Rückspülleitung9 mit einer Drosselarmatur12 ausgestattet. Während der Rückspülung ist die Leitung5 zum Permeatreservoir7 mit Hilfe einer Armatur13 abgesperrt. Zur Vermeidung einer unkontrollierten Strömung durch die Permeatleitung5 während des Rückspülvorgangs wird die Permeatleitung5 mit einer Absperrarmatur14 abgesperrt. - Mit Hilfe der in
1 dargestellten Anlage kann die Permeatflussleistung weiter verbessert werden, indem mit Hilfe einer Fördereinrichtung15 Luft vor oder im Membranmodul in das Stoffgemisch eingedüst wird. Über ein Entlüftungssystem16 kann die so erzeugte Abluft entweder direkt aus dem Modul oder hinter dem Modul entfernt werden. Im Rahmen der Erfindung ist allerdings auch daran gedacht, die Abluft direkt mit dem Konzentratstrom abzuleiten. - Zusätzlich oder alternativ zu der anhand der
1 erläuterten Rückspülung ist im Rahmen der Erfindung auch an weitere Rückspülmöglichkeiten gedacht. Gemäß2a kann die Rückspülung ähnlich wie bei der anhand der1 erläuterten Ausführungsform der Erfindung direkt aus dem Permeatreservoir7 erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein anderes Rückspülmedium als das Permeat zu verwenden. Das Rückspülmedium wird dann entweder mit einer geeigneten Pumpe (vgl.2b ) oder mit einem Druckgas (vgl.2c ) aus einem separaten Reservoir in Richtung auf die Membrantrennapparate gefördert. Gemäß der in2d dargestellten Verfahrensvariante kann auch zur Förderung des Permeats ein Druckgas benutzt werden. - Die im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform eingesetzte retentatseitige Lufteindüsung führt zu einer Mehrphasenströmung parallel zur retentatseitigen Filterfläche. Die positive Wirkung dieser Maßnahme ist aus dem „Submerged-„ und „Airlift-System" bekannt. Bei liegenden oder auch bei seriell hintereinander durchströmten Filtermodulen führt die häufig vor dem Moduleintritt angeordnete Lufteindüsung zu einer gleichmäßigen Verteilung der Luftblasen, wenn mehrere Strömungskanäle parallel angeordnet sind. Daher wird bei einer im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugten Ausführungsform mit geeigneten Systemen eine gleichmäßige Luftversorgung dadurch sichergestellt, dass die Lufteindüsung gleichmäßig in zwei oder mehr etwa parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen erfolgt. Das ist in
3 schematisch dargestellt. Bei der in3a dargestellten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Lufteindüsung über geeignete Düsenanordnungen in einzelne Strömungskanäle. Bei der in3b dargestellten Ausführungsform erfolgt die Lufteinleitung von unten über ein sich vorzugsweise über die gesamte senkrecht zur Fließrichtung des Stoffgemischs verlaufende Schnittfläche des Filtermoduls erstreckendes Verteilungselement aus porösem Material, wobei dieses Verteilungselement von Strömungskanälen durchsetzte Ausnehmungen aufweisen kann, wie in3b angedeutet. - Die Erfindung ist nicht auf die anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist auch an die Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren gedacht, bei der auf eine verstärkte Druckprofilausbildung auf der Permeatseite verzichtet wird und/oder bei denen eine Rückspülung nicht vorgesehen ist.
Claims (14)
- Verfahren zur Abtrennung von Inhaltsstoffen aus einem fließfähigen Stoffgemisch, bei dem mindestens eine einer Retentatseite eines Filtermoduls zugewandte Filterfläche eines vorzugsweise als Filtermembran ausgeführten Filterelementes zur Erzeugung eines von Inhaltsstoffen abgereicherten Permeats auf einer der Retentatseite abgewandten Permeatseite des Filterelements etwa parallel zur Filterfläche mit dem Stoffgemisch überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Stoffgemischs auf der Retentatseite bei der Erzeugung des Permeats mindestens einmal verändert, insbesondere für eine vorgegebene Zeit erhöht wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit bei der Erzeugung des Permeats ausgehend von einer Grundgeschwindigkeit zeitweise, insbesondere periodisch, auf eine Reinigungsgeschwindigkeit erhöht wird, wobei das Verhältnis von Reinigungsgeschwindigkeit zu Grundgeschwindigkeit im Bereich von 1,2 bis 10, vorzugsweise 1,2 bis 3,5, weiter vorzugsweise 1,5 bis 2,5, insbesondere etwa bei 2 liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsgeschwindigkeit während 1 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 8 %, insbesondere etwa 5 % der Gesamtdauer des Trennvorgangs erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundgeschwindigkeit 0,5 bis 2 m/sek., insbesondere etwa 0,7 bis 1,5 m/sek. und/oder die Reinigungsgeschwindigkeit 1,0 bis 10 m/sek., vorzugsweise 1,5 bis 5 m/sek., insbesondere 2,5 bis 4,5 m/sek. beträgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch zur Abtrennung der Inhaltsstoffe
2 oder mehr, vorzugsweise seriell angeordnete Filtermodule durchströmt, von denen jedes mindestens ein Filterelement mit einer Retentatseite und einer Permeatseite aufweist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Erzeugung der Reinigungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite auf der Permeatseite des mindestens einen Filterelementes eine Permeatströmung erzeugt wird und der Druckverlauf innerhalb der Permeatströmung längs mindestens eines Filterelementes und/oder in aufeinanderfolgenden Filtermodulen an den Druckverlauf in dem auf der Retentatseite strömenden Stoffgemisch angepasst wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Erzeugung der Reinigungsgeschwindigkeit auf der Retentatseite der Permeatabfluss von der Permeatseite des Filterelements unterbunden wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch vor, während und/oder nach der retentatseitigen Einleitung in mindestens ein Filtermodul mit einer Luftströmung versetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung in zwei oder mehr vorzugsweise etwa parallel zueinander verlaufenden Strömungskanälen auf der Retentatseite eingeleitet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filterelement zwischen zwei Trennvorgängen von der Permeatseite in Richtung auf die Retentatseite von einem Reinigungsfluid durchströmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungsfluid das Permeat, vorzugsweise aus einem Permeatreservoir, durch das Filterelement geleitet wird.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiges Reinigungsfluid, insbesondere Pressluft durch das Filterelement geleitet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch aus mindestens einem begasten oder unbegasten Bioreaktor in das mindestens eine Filtermodul eingeleitet wird.
- Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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