DE102005046675A1 - Filter element useful for micro-, ultra- or nanofiltration of liquids or gases comprises filter membrane deposited on drainage element - Google Patents

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Abstract

A filter element comprises a filter membrane deposited on a drainage element. An independent claim is also included for producing a filter element by depositing a filter membrane made from a polymer onto one or both sides of a drainage element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement für die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration von Flüssigkeiten und Gasen.The The invention relates to a filter element for micro, ultra and nanofiltration of liquids and Gases.

Herkömmliche Filtersysteme, die z. B. zur Abwasserreinigung eingesetzt werden, beinhalten Filtrationsmodule mit einem oben und unten offenen rohr- oder kastenförmigen Gehäuse, in dem mehrere flache Filterelemente parallel zueinander angeordnet sind. Die Zwischenräume zwischen den Filterelementen bilden Durchgänge, die durchströmbar sind. Die Filterelemente sind als Taschen oder Kassetten gestaltet, bei denen ein flexibles oder starres Drainageelement beidseitig von einem mit einer Filtermembran beschichteten Trägervlies – im folgenden als Membranvlies bezeichnet – umgeben ist. Jedes Filterelement besitzt mittig oder randseitig angeordnete Abflussöffnungen, über die es an ein Rohrsystem zur Absaugung des durch die Filtermembran hindurchtretenden Permeates angeschlossen ist. Das Drainageelement dient als Abstandshalter und formgebende Stütze für die Membranvliese sowie zur Ableitung des Permeates zu den Abflussöffnungen und zur Absaugung. Der Strömungswiderstand des Drainageelementes beeinflußt die Druckverteilung im Inneren des Filterelementes und damit gekoppelt die Filtereffizienz.conventional Filter systems z. B. be used for wastewater treatment, include filtration modules with a top and bottom open tube or box-shaped Casing, in which a plurality of flat filter elements are arranged parallel to each other. The gaps between the filter elements form passages, which can be flowed through. The Filter elements are designed as pockets or cassettes in which a flexible or rigid drainage element on both sides of a with a filter membrane coated carrier fleece - in the following as a membrane fleece designated - surrounded is. Each filter element has centrally or peripherally arranged drainage holes, over the it to a pipe system for suction of passing through the filter membrane Permeates is connected. The drainage element serves as a spacer and shaping support for the Membrane fleece and for the discharge of the permeate to the drainage holes and for suction. The flow resistance of the drainage element influenced the pressure distribution in the interior of the filter element and coupled with it the filter efficiency.

Die üblicherweise verwendeten Filtermembranen bestehen aus einem auf einem Trägervlies abgeschiedenen mikroporösen Polymerfilm mit asymmetrischer Porengrößenverteilung. Die Oberseite einer solchen asymmetrischen Filtermembran ist als dünne, feinporöse, 0,2 bis 2 μm dicke Trennschicht ausgebildet, in der die eigentliche Filtration erfolgt. Diese Trennschicht wird von einer beispielsweise etwa 50 bis etwa 200 μm dicken Stützschicht getragen, welche nach unten hin zunehmend grobporiger aufgebaut ist.The usual used filter membranes consist of a on a carrier fleece deposited microporous Polymer film with asymmetric pore size distribution. The top Such an asymmetric filter membrane is a thin, finely porous, 0.2 up to 2 μm thick separation layer formed in the actual filtration he follows. This separation layer is of an example about 50th to about 200 microns thick supporting layer worn, which built increasingly coarse-pored down is.

Asymmetrische Filtermembranen werden vornehmlich nach einem von Loeb und Sourirajan entwickelten, als Phaseninversion bezeichneten Verfahren hergestellt. Dabei wird ein Polymer in einem Lösungsmittel gelöst, als Film auf einem porösen Träger ausgebreitet und mit einem Nichtlösungsmittel, dem sogenannten Fällmittel, zu einer Phaseninversionsmembran gefällt. Als Träger dient in der Regel ein dünnes Vlies aus synthetischer Faser. Das Fällmittel ist mit dem Polymerlösungsmittel unbegrenzt mischbar. Daher wird das Lösungsmittel durch das Fällmittel immer mehr verdünnt, bis das Polymer als Filtermembran ausfällt.asymmetric Filter membranes are primarily developed by one of Loeb and Sourirajan, prepared as phase inversion processes. It will a polymer in a solvent solved, spread as a film on a porous carrier and with a non-solvent, the so-called precipitant, precipitated to a phase inversion membrane. As a carrier usually serves a thin Nonwoven made of synthetic fiber. The precipitant is with the polymer solvent unlimited miscible. Therefore, the solvent is by the precipitant diluted more and more, until the polymer precipitates as a filter membrane.

Nach diesem Verfahren können aus verschiedenen löslichen Polymeren asymmetrisch strukturierte Filtermembranen hergestellt werden. Beispiele für geeignete Polymere sind Celluloseacetate, Polyamide, Polyacrylnitrile, Polyolefine, Polysulfone und Polyetherketone. Je nach eingesetztem Fällmittel bildet sich eine bestimmte Struktur der Filtermembran aus. Fällmittel, die sich mit hoher Mischungswärme im Polymerlösungsmittel lösen, führen zur Ausformung einer fingerstrukturierten Filtermembran. Fällmittel mit geringer Mischungswärme führen hingegen zu schwammartig strukturierten Filtermembranen. Durch die Wahl des Fällmittels bzw. auch des Lösungsmittels ist also die Struktur einer Filtermembran einstellbar.To this method can from different soluble ones Polymer asymmetric structured filter membranes produced become. examples for suitable polymers are cellulose acetates, polyamides, polyacrylonitriles, Polyolefins, polysulfones and polyether ketones. Depending on the precipitant used a certain structure of the filter membrane is formed. precipitant, with high heat of mixing in the polymer solvent to solve, to lead for shaping a finger-structured filter membrane. precipitant with low mixing heat, however, lead to sponge-like structured filter membranes. By choosing the precipitant or the solvent So is the structure of a filter membrane adjustable.

Der Trennmechanismus dieser Filtermembranen beruht u.a. auf dem Ausschluß aller Partikel und Makromoleküle, die größere Durchmesser bzw. Moleküldurchmesser haben als die Porendurchmesser der Membranoberseite. Makromoleküle mit deutlich kleineren Moleküldurchmessern können prinzipiell die Filtermembran permeieren. Diese molekulare Trenngrenze oder Ausschlußgrenze wird so definiert, daß 90% eines Testmoleküls bekannter Molekülgröße von der Filtermembran zurückgehalten wird. Durch entsprechende Wahl der verwendeten Polymere und der Bedingungen der Membranherstellung kann eine bestimmte molekulare Trenngrenze hergestellt werden.Of the Separation mechanism of these filter membranes is u.a. on the exclusion of all Particles and macromolecules, the larger diameter or molecular diameter have as the pore diameter of the membrane top. Macromolecules with significantly smaller molecular diameters can in principle permeat the filter membrane. This molecular cut-off or exclusion limit is defined as 90% a test molecule known molecular size of the Filter membrane retained becomes. By appropriate choice of the polymers used and the Conditions of membrane production can be a certain molecular Separation limit are produced.

EP 0 707 884 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Filtern und Trennen von insbesondere biologisch organischen Strömungsmedien durch Umkehrosmose sowie Mikro-, Ultra- und Nanofiltration mit einem druckdichten Gehäuse, mit einem Einlaß für das Strömungsmedium und Auslässen für das Retentat sowie das Permeat und einer Mehrzahl im Gehäuse aufgenommener, voneinander beabstandeter Filterelemente, die nach Art eines Membrankissens ausgebildet sind, und die vom Strömungsmedium umflossen werden, wobei im Gehäuse eine Mehrzahl von gesonderten Stapeln von Membrankissen hinter- oder nebeneinander angeordnet ist und wobei die Stapel sequentiell oder parallel vom Strömungsmedium umflossen werden. EP 0 707 884 B1 discloses a device for filtering and separating in particular biological organic flow media by reverse osmosis and micro, ultra and nanofiltration with a pressure-tight housing, with an inlet for the flow medium and outlets for the retentate and the permeate and a plurality housed in the housing, spaced apart Filter elements which are formed in the manner of a membrane cushion, and which are surrounded by the flow medium, wherein in the housing a plurality of separate stacks of membrane pads behind or next to each other is arranged and wherein the stacks are sequentially or parallel flowed around by the flow medium.

EP 0 129 663 B1 lehrt ein Membrankissen für Wasserentsalzung durch Umkehrosmose, Ultrafiltration, Hyperfiltration, Gaspermeation und dergleichen, bei dem eine Drainageschicht zwischen zwei äußeren Filtermembranen angeordnet und die Drainageschicht mit den Filtermembranen in einer Randzone durchgehend und druckdicht verschweißt ist. EP 0 129 663 B1 teaches a membrane pad for water desalination by reverse osmosis, ultrafiltration, hyperfiltration, gas permeation and the like, in which a drainage layer between two outer filter membranes arranged and the drainage layer with the filter membranes in a peripheral zone is continuously and pressure-tight welded.

WO 03/037489 A1 beschreibt ein Filtrationsmodul zur Reinigung von Abwasser mit mehreren, mindestens eine Öffnung zur Entwässerung ihres Innenraums aufweisenden Filtermembrantaschen, die vertikal, parallel und vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander in einem starren Halter so angeordnet sind, daß die zwischen benachbarten Filtermembrantaschen liegenden Zwischenräume intensiv von einer Flüssigkeit durchströmbar sind.WO 03/037489 A1 describes a filtration module for the purification of wastewater with a plurality of at least one opening for dewatering its interior having filter membrane pockets vertically, parallel and preferably equidistant from each other in a rigid holder are arranged so that the between adjacent Filtermem Brantaschen lying spaces are intensively flowed through by a liquid.

Die bekannten Filterelemente sind als flexible Taschen oder starre Kassetten mit mehrschichtigem Aufbau ausgebildet. Üblicherweise beinhalten diese Filterelemente 5 bis 7 oder auch mehr Schichten in einer symmetrischen Anordnung der Gestalt: Filtermembran-Trägervlies-Haftschicht-Drainageelement-Haftschicht-Trägervlies-Filtermembran.The known filter elements are as flexible bags or rigid cassettes formed with multilayer structure. Usually these include Filter elements 5 to 7 or more layers in a symmetrical Shape of Form: Filter Membrane Carrier Nonwoven Adhesive Layer Drainage Element Adhesive Layer Support Nonwoven Filter Membrane.

Bei dem bestimmungsgemäßen Einsatz eines Filterelementes werden Partikel oder Makromoleküle, deren Durchmesser zu groß ist, um die Membranporen zu passieren, auf der Membranoberfläche zurückgehalten und bleiben teilweise haften. Durch Akkumulation solcher Partikel über längere Zeiträume baut sich Filterkuchen auf, der die Membranoberflächen zunehmend verstopft und die Filterleistung reduziert. Im Rahmen der Anlagenwartung werden die Membranoberflächen regelmäßig mechanisch gereinigt und von Filterkuchen befreit, z.B. mittels Bürsten, Wasserstrahl und bevorzugt mittels Rückspülung. Bei der Rückspülung wird im Gegensatz zum norma len Filterbetrieb für kurze Zeit abflußseitig ein Überdruck angelegt, wodurch Filtrat aus dem Inneren des Filterelementes durch die Filtermembran nach außen strömt und dabei Partikel aus teils oder gänzlich verstopften Membranporen schwemmt. Allerdings birgt die Rückspülung die Gefahr, das Membranvlies zu überdehnen und Risse in der zugempfindlichen Filtermembran zu verursachen. Zudem können die Filtermembranen benachbarter Filterelemente gegeneinander gepreßt werden und dabei den Rückfluß und die Ablösung des Filterkuchens blockieren. Um derartige Probleme zu vermeiden, wird bei einigen der bekannten Filterelemente das Membranvlies flächig haftend mit dem Drainageelement verbunden.at the intended use of a filter element become particles or macromolecules whose Diameter is too big, to pass the membrane pores, retained on the membrane surface and stick partially. Builds by accumulation of such particles over long periods of time filter cake, which increasingly clogged the membrane surfaces and reduces the filter performance. As part of the plant maintenance, the membrane surfaces regularly cleaned mechanically and freed from filter cake, e.g. using brushes, water jet and preferred by means of backwashing. at the backwashing is in contrast to normal filter operation for a short time on the discharge side, an overpressure created, whereby filtrate from the inside of the filter element by the filter membrane to the outside flows and thereby particles of partially or completely clogged membrane pores flooded. However, the backwash harbors the Danger of overstretching the membrane fleece and causing cracks in the sensible filter membrane. In addition, you can the filter membranes of adjacent filter elements are pressed against each other and thereby the reflux and the replacement of the filter cake. To avoid such problems, In some of the known filter elements, the membrane fleece adheres to the surface connected to the drainage element.

Die Wachstumsrate von Filterkuchen ist direkt proportional zum transmembranen Volumenstrom und damit zum transmembranen Differentialdruck. Hinsichtlich des Flüssigkeitsdruckes weisen die bekannten Filtersysteme die Bereiche Filtervorlauf, Filterelement-Innenraum und Absaugung auf. Im Betrieb wird zwischen Filtervorlauf (Pv) und Absaugung (Pa) mittels abflußseitiger Saug- oder vorlaufseitiger Druckpumpen eine geringe Druckdifferenz (Pv – Pa > 0) angelegt, so daß ein Teil der zu filternden Flüssigkeit vom Filtervorlauf durch die Filtermembran zur Absaugung strömt. Unter normalen Betriebsbedingungen sind Strömungsgeschwindigkeit und Druckabfall in Filtervorlauf und Absaugung gering, so daß im wesentlichen die konstanten Drücke Pv und Pa auf die Filterelemente und die Abflußöffnungen wirken. Dies gilt nicht für den Filterelement-Innenraum (Pi), in dem das Permeat schnell strömt und zudem die Strömungsgeschwindigkeit zu jeder Abflußöffnung hin zunimmt. Gemäß der Bernoulli-Gleichung wirkt im Filterelement-Innenraum ein ortsabhängiger statischer Druck Pi, wobei Pi zwischen Pa und Pv liegt (Pa ≤ Pi ≤ Pv) und zu jeder Abflußöffnung hin abfällt. Das durch die Filtermembran pro Zeit- und Flächeneinheit strömende Flüssigkeitsvolumen ist proportional zum transmembranen Differentialdruck Pv – Pi. Daher baut sich Filterkuchen in Bereichen mit hohem transmembranem Differentialdruck d.h. nahe einer Abflußöffnung schneller auf als in abgelegenen Bereichen. So begünstigt z.B. die in WO 03/037489 A1 offenbarte Randabsaugung das Wachstum von Filterkuchen am Rand des Filterelementes und damit verbunden den verfrühten Abfall der Filterleistung. Dieses Problem wird im Stand der Technik vermieden, indem die Filter elemente mit mehreren gleichmäßig über die Fläche des Filterelementes verteilten Abflußöffnungen bzw. Absaugungen versehen werden.The Growth rate of filter cake is directly proportional to the transmembrane Volume flow and thus the transmembrane differential pressure. Regarding the fluid pressure the known filter systems have the areas filter flow, filter element interior and suction on. In operation, the filter flow (Pv) and Suction (Pa) by means of discharge side Suction or supply-side pressure pumps a small pressure difference (Pv - Pa> 0), so that a part the liquid to be filtered flows from the filter flow through the filter membrane to the suction. Under normal operating conditions are flow velocity and pressure drop in filter flow and suction low, so that essentially the constant Press Pv and Pa act on the filter elements and the drainage holes. this applies not for the filter element interior (Pi), in which the permeate flows quickly and also the flow velocity to every drain opening increases. According to the Bernoulli equation acts in the filter element interior a location-dependent static pressure Pi, where Pi is between Pa and Pv (Pa ≦ Pi ≦ Pv) and toward each discharge port drops. The volume of liquid flowing through the filter membrane per unit time and area is proportional to the transmembrane differential pressure Pv - Pi. Therefore Filter cake builds up in areas of high transmembrane differential pressure i.e. near a drain opening faster on than in remote areas. Thus, e.g. in WO 03/037489 A1 edge suction revealed the growth of filter cake on the edge the filter element and associated with the premature waste the Filter performance. This problem is avoided in the prior art, in that the filter elements with several evenly distributed over the surface of the filter element drain openings or suction are provided.

Die Herstellung der bekannten Filterelemente umfaßt im wesentlichen folgende Schritte:

  • – Kontinuierliche Membranabscheidung auf einer Vliesbahn mittels Phaseninversion
  • – Konfektionieren der beschichteten Vliesbahn in separate Membranvliese
  • – Beidseitiges Aufkleben, Laminieren oder mechanisches Fixieren der konfektionierten Membranvliese auf Drainageelementen
  • – Flüssigkeitsdichtes Versiegeln des Randes von Membranvlies und Drainageelement mittels thermisch oder mit Ultraschall erzeugter Schweißnaht, oder mittels Klebe-, Faden- oder Fügenaht
  • – Anbringen von Abflußöffnungen.
The production of the known filter elements essentially comprises the following steps:
  • Continuous membrane deposition on a nonwoven web by means of phase inversion
  • - Assembly of the coated nonwoven web into separate membrane nonwovens
  • - Double-sided sticking, laminating or mechanical fixing of the assembled membrane nonwovens on drainage elements
  • - Liquid-tight sealing of the edge of the membrane fleece and drainage element by means of thermally or ultrasonically generated weld, or by means of adhesive, thread or joint seam
  • - Attaching drainage holes.

Hierbei werden die Membranvliese in der Regel manuell konfektioniert und auf die Drainageelemente aufgeklebt, laminiert oder montiert, wobei schon geringe mechanische Spannungen oder kleine Handhabungsfehler die empfindlichen Membranvliese beschädigen können. Zudem können verborgene Defekte, wie z.B. schwache Klebestellen im Betrieb zur vorzeitigen Zerstörung des Filterelementes durch Rückspülung führen. Der mit den manuellen Fertigungsschritten verbundene Aufwand und Fehlerausschuß trägt in erheblichem Maße zu den Herstellungskosten der Filterelemente bei.in this connection the membrane fleeces are usually made up manually and glued to the drainage elements, laminated or mounted, already low mechanical stresses or small handling errors the sensitive membrane nonwovens can damage. In addition, hidden defects, such as. weak splices in operation for premature destruction of the Filter element through backwash lead. Of the associated with the manual manufacturing steps effort and error committee contributes significantly Dimensions too the manufacturing cost of the filter elements.

Für viele Anwendungen ist es erforderlich, Filterelemente möglichst raumsparend zu dimensionieren und/oder ihren externen Strömungswiderstand zu minimieren. Hierfür ist es notwendig, die Filterelemente möglichst dünn auszubilden ohne zugleich ihren internen Strömungswiderstand merklich zu erhöhen. Bei den bekannten Filterelementen sind die Möglichkeiten zur Dickenreduzierung aufgrund ihres mehrschichtigen komplexen Aufbaus jedoch stark eingeschränkt.For many Applications it is necessary to filter elements as possible to save space and / or their external flow resistance to minimize. Therefor It is necessary to make the filter elements as thin as possible without their internal flow resistance noticeably increase. In the known filter elements are the possibilities for reducing the thickness However, due to their multi-layered complex structure greatly limited.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges, effizientes, dünnes und zugleich robustes Filterelement für die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration von Flüssigkeiten bereitzustellen.The The object of the present invention is to provide a cost-effective, efficient, thin and at the same time a robust filter element for micro, ultra and nanofiltration of liquids provide.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filterelement bestehend aus einem Drainageelement und einer auf dem Drainageelement abgeschiedenen Filtermembran gelöst. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Drainageelement ein Flächengebilde, dessen beide Oberflächen eine Filtermembran aufweisen. Weitere Ausführungsformen und Gestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 bis 20 beschrieben.These The object is achieved by a Filter element consisting of a drainage element and an on dissolved the drainage element deposited filter membrane. In a preferred embodiment of the invention is the drainage element a fabric, whose two surfaces one Have filter membrane. Other embodiments and design features The invention are in the claims 4 to 20 described.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die kostengünstige Herstellung von Filterelementen bereitzustellen.A Another object of the invention is a process for cost-effective production of filter elements.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem eine Filtermembran aus einem Polymeren mittels Membran bildender Verfahren auf einer oder beiden Seiten eines Drainageelements abgeschieden wird. In einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Drainageelement ein bewegtes flexibles Bahnmaterial, auf dem die Filtermembran kontinuierlich auf beiden Seiten gleichzeitig oder sequentiell auf der ersten Seite und nachfolgend auf der zweiten Seite abgeschieden wird. Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit näheren Angaben zu den Verfahrensschritten ist dem Anspruch 24 zu entnehmen.These Task is solved by forming a filter membrane of a polymer by means of membrane Process deposited on one or both sides of a drainage element becomes. In a further development of the method according to the invention is the drainage element a moving flexible web material on which the filter membrane is continuous on both sides simultaneously or sequentially on the first page and subsequently deposited on the second side. A special Embodiment of the inventive method with closer Details of the method steps can be found in claim 24.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen 1 bis 4 und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The Invention will be described below with reference to the schematic Drawings 1 to 4 and described in more detail with reference to embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Schnitt durch ein Filterelement, 1 a section through a filter element,

2 eine vergrößerte Teilansicht der Oberfläche eines Filterelementes, 2 an enlarged partial view of the surface of a filter element,

3 eine perspektivische Ansicht eines Drainageelementes, und 3 a perspective view of a drainage element, and

4 ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung der Filterelemente. 4 an example of a plant for the production of the filter elements.

Die schematische Schnittansicht der 1 zeigt ein Drainageelement 4 und eine auf dem Drainageelement 4 abgeschiedene Filtermembran 1. Bevorzugt ist das Drainageelement 4 ein Flächengebilde, dessen beide Oberflächen eine Filtermembran 1 aufweisen.The schematic sectional view of 1 shows a drainage element 4 and one on the drainage element 4 separated filter membrane 1 , The drainage element is preferred 4 a sheet whose two surfaces are a filter membrane 1 exhibit.

Die Oberflächen und der Innenraum des Drainageelementes 4 sind durchlässig für Flüssigkeiten und Gase. Zweckmäßigerweise ist das Filterelement zu einer Filtertasche mit flüssigkeitsdicht versiegeltem Rand und einer oder mehreren Abflußöffnungen geformt. Jede Abflußöffnung ist im Mittelpunkt einer Teilfläche des Filterelementes angeordnet und wird von einem Teil der Oberfläche des Drainageelementes gebildet, der frei von Filtermembran ist.The surfaces and the interior of the drainage element 4 are permeable to liquids and gases. Conveniently, the filter element is formed into a filter bag with liquid-tight sealed edge and one or more outlet openings. Each drain port is located at the center of a partial surface of the filter element and is formed by a portion of the surface of the drainage element that is free of filter membrane.

Insbesondere für die parallele Anordnung von Filterelementen in einem Filtermodul werden die Abflußöffnungen aus zwei einander gegenüberliegenden kongruenten und von Filtermaterial freien Teilflächen der beiden Oberflächen des Drainageelementes gebildet. Alternativ hierzu wird jede Abflußöffnung zur weiteren Minderung des Strömungswiderstandes als kreisrunder Durchgang durch das Filterelement ausgestaltet.Especially for the parallel arrangement of filter elements in a filter module the drainage holes from two opposite ones congruent and filter material-free partial surfaces of the two surfaces of the Draining element formed. Alternatively, each drain opening to further reduction of the flow resistance designed as a circular passage through the filter element.

Wie in 2 schematisch dargestellt, weist die Filtermembran 1 einen anisotropen Porenaufbau auf mit einer außenliegenden Aktivschicht 2 und einer mit dem Drainageelement verbundenen Stützschicht 3, wobei die Durchmesser der Poren in der Aktivschicht 2 kleiner/gleich den Durchmessern der Poren in der Stützschicht 3 sind. Insbesondere betragen die Durchmesser der Poren in der Aktivschicht 0,001 bis 5,0 μm, insbesondere 0,01 bis 0,5 μm und in der Stützschicht 0,05 bis 10 μm.As in 2 shown schematically, the filter membrane 1 an anisotropic pore construction on with an outer active layer 2 and a support layer connected to the drainage member 3 where the diameter of the pores in the active layer 2 less than or equal to the diameters of the pores in the support layer 3 are. In particular, the diameters of the pores in the active layer are 0.001 to 5.0 μm, in particular 0.01 to 0.5 μm, and in the support layer 0.05 to 10 μm.

Bevorzugt besteht die Filtermembran 1 aus einem Kunststoff wie Polysulfon, sulfoniertem Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyacrylnitril, Acrylnitril/Vinylchlorid-Copolymer, Polyvinylidenfluorid, Mischungen aus Polyvinylidenfluorid und Polyvinylacetat, Polytetrafluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, (Co-)Polyamid, Polyamidmischungen, Mischungen aus aromatischem Polyamid mit Polyvinylpyrrolidon, Celluloseregenerat, Celluloseacetat-Blends, Celluloseacetat/Cellulosenitrat Blends oder Polycarbonat-Blockcopolymer und ist zwischen 0,1 bis 5 mm dick.Preferably, the filter membrane 1 from a plastic such as polysulfone, sulfonated polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyacrylonitrile, acrylonitrile / vinyl chloride copolymer, polyvinylidene fluoride, mixtures of polyvinylidene fluoride and polyvinyl acetate, polytetrafluoroethylene, polyvinylpyrrolidone, (co) polyamide, polyamide blends, blends of aromatic polyamide with polyvinylpyrrolidone, regenerated cellulose, Cellulose acetate blends, cellulose acetate / cellulose nitrate blends or polycarbonate block copolymer and is between 0.1 to 5 mm thick.

Das Drainageelement 4 besteht aus einem Gewebe oder Gewirke aus Garnen, Filamenten oder Drähten aus Polymeren oder aus Metallen und hat eine Gesamtdicke von 0,1 bis 18 mm, insbesondere von 1,0 bis 5,0 mm.The drainage element 4 consists of a woven or knitted fabric of yarns, filaments or wires of polymers or of metals and has a total thickness of 0.1 to 18 mm, in particular of 1.0 to 5.0 mm.

Wie in 2 angedeutet, ist die Filtermembran 1 mit dem Drainageelement 4 derart verbunden, daß das Drainageelement 4 von seiner Oberfläche bis zu einer Tiefe von bis zu 3 mm – abhängig von der gewählten Gesamtdicke des Filterelementes – von Membranmaterial durchsetzt ist, wobei die Garne, Filamente oder Drähte des Gewebes oder Gewirkes des Drainageelementes 5, 6 teilweise von Membranmaterial umschlossen sind.As in 2 indicated, is the filter membrane 1 with the drainage element 4 connected such that the drainage element 4 from its surface to a depth of up to 3 mm - depending on the chosen total thickness of the filter element - is permeated by membrane material, wherein the yarns, filaments or wires of the fabric or knitted fabric of the drainage element 5 . 6 partially enclosed by membrane material.

3 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Drainageelementes 4 in Form eines Abstandsgewirkes. Das Abstandsgewirke besteht aus einer ersten und zweiten flächigen Maschenkonstruktion 5, 6 und einem zwischen erster und zweiter Maschenkonstruktion angeordneten Polfadensystem aus Polfäden 7. Die Polfäden 7 sind räumlich regelmäßig zueinander und in Ketten- oder Schußrichtung der Maschenkonstruktionen 5, 6 angeordnet, wobei jeder Polfaden 7 abwechselnd durch Maschen der ersten und zweiten Maschenkonstruktion 5 und 6 geführt ist, derart, daß der Polfaden 7 einen sägezahn- oder spiralförmigen Verlauf aufweist. 3 shows a preferred embodiment of the drainage element 4 in the form of a spacer knit. The spacer fabric consists of a first and second planar mesh construction 5 . 6 and a pile yarn system of pile threads disposed between first and second stitch construction 7 , The pile threads 7 are spatially regular to each other and in the warp or weft direction of the mesh constructions 5 . 6 arranged, with each pile thread 7 alternately by stitching the first and second stitch construction 5 and 6 is guided, such that the pile thread 7 has a sawtooth or spiral shape.

Als Material für das Abstandsgewirke eignen sich Kunststoffe – insbesondere Polyester, sowie anorganische Materialien, wie z.B. Glasfasern oder Metalle. Die Dicke der Maschenkonstruktionen 5, 6 beträgt zwischen 0,1 bis 4 mm und das Polfadensystem ist 0,3 bis 10 mm hoch. Die Maschendichte des Polfadensystems beträgt 100 bis 300 cm–2 und der Polfaden besitzt ein spezifisches Fadengewicht von 30 bis 100 dtex.Suitable materials for the spacer fabric are plastics - in particular polyesters, as well as inorganic materials, such as glass fibers or metals. The thickness of the mesh constructions 5 . 6 is between 0.1 to 4 mm and the pile thread system is 0.3 to 10 mm high. The mesh density of the pile thread system is 100 to 300 cm-2 and the pile thread has a specific thread weight of 30 to 100 dtex.

Besonders bevorzugt ist ein thermisch fixiertes Abstandsgewirke, bei dem sich die Polfäden bei mechanischer Zug- oder Druckspannung elastisch verformen und bei Entlastung ihren ursprünglichen sägezahn- oder spiralförmigen Verlauf wieder einnehmen.Especially preferred is a thermally fixed spacer knitted fabric in which the pile threads deform elastically under mechanical tensile or compressive stress and relieved of its original sawtooth or spiral Take course again.

Erfindungsgemäß werden die Filterelemente hergestellt, indem eine Filtermembran aus einem Polymeren mittels Membran bildender Verfahren direkt auf einer oder beiden Seiten eines Drainageelements abgeschieden wird. Bevorzugt wird die Filtermembran mittels Phaseninversion (Naßfällung) aus einer Polymerlösung, mittels thermischer Phaseninversion, mittels Phasengrenzflächen-Kondensation oder mittels Gießfilmtechnik abgeschieden.According to the invention The filter elements are made by a filter membrane from a Polymer by means of membrane forming process directly on one or is deposited on both sides of a drainage element. Prefers the filter membrane becomes by means of phase inversion (wet precipitation) a polymer solution, by thermal phase inversion, by interfacial condensation or by casting film technique deposited.

4 zeigt ein Beispiel einer Anlage zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filterelemente mittels Phaseninversion (Naßfällung). Zur effizienten Durchführung des Verfahrens wird die Filtermembran kontinuierlich auf beiden Oberflächen eines bewegten, in Form eines flexiblen Bahnmaterials zugeführten Drainageelementes 8 abgeschieden. Hierzu wird das Drainageelement 8 mittels angetriebener Walzen 12 aufeinanderfolgend einer Beschichtungseinheit 9, einer Fällungseinheit 10 und einer Trockeneinheit 11 zugeführt. In der Beschichtungseinheit 9 wird die Polymerlösung 13 mittels Rakel, Schlitzdüsen oder Walzen auf beide Seiten des Drainageelementes 8 gleichzeitig oder sequentiell auf die erste und nachfolgend auf die zweite Seite aufgetragen. Die Fällungseinheit 10 besteht in der Regel aus einem oder mehreren, mit Walzen 12 ausgerüsteten Behältern, die mit Fällungslösung 14 verschiedener Konzentrationsstufen gefüllt sind. Nach der Beschichtung taucht das mit Polymerlösung 13 beschichtete Drainageelement 8 in die Fällungslösung 14 des ersten Behälters ein, wird mittels der Walzen 12 durch den ersten und ggf. weitere Behälter mit Fällungslösung 14 geführt und anschließend in der Trocknungseinheit 11 mittels Heißluft, beheizten Walzen oder Infrarotstrahlung getrocknet. 4 shows an example of a plant for producing the filter elements according to the invention by means of phase inversion (wet precipitation). For efficient implementation of the method, the filter membrane is continuously applied to both surfaces of a moving, in the form of a flexible sheet material supplied drainage element 8th deposited. For this purpose, the drainage element 8th by means of driven rollers 12 successively a coating unit 9 , a precipitation unit 10 and a drying unit 11 fed. In the coating unit 9 becomes the polymer solution 13 by means of doctor blades, slot nozzles or rollers on both sides of the drainage element 8th applied simultaneously or sequentially to the first and subsequently to the second side. The precipitation unit 10 usually consists of one or more, with rollers 12 equipped containers with precipitating solution 14 filled with different concentration levels. After coating, this is dipped with polymer solution 13 coated drainage element 8th into the precipitation solution 14 of the first container is by means of the rollers 12 through the first and possibly further container with precipitation solution 14 guided and then in the drying unit 11 dried by means of hot air, heated rollers or infrared radiation.

Claims (24)

Filterelement bestehend aus einem Drainageelement und einer auf dem Drainageelement abgeschiedenen Filtermembran.Filter element consisting of a drainage element and a filter membrane deposited on the drainage element. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement ein Flächengebilde ist.Filter element according to claim 1, characterized in that that this Drainage element a sheet is. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächen des Drainageelementes eine Filtermembran aufweisen.Filter element according to claim 2, characterized in that that both surfaces of the drainage element have a filter membrane. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement zu einer Filtertasche mit flüssigkeitsdicht versiegeltem Rand und einer oder mehreren Abflußöffnungen geformt ist.Filter element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Filter element to a filter bag with liquid-tight sealed edge and one or more drainage holes is shaped. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußöffnung von einer Teilfläche des Filterelementes umgeben ist und daß jede Abflußöffnung im Mittelpunkt der sie umgebenden Teilfläche angeordnet ist.Filter element according to claim 4, characterized in that that each Drain opening of a partial surface the filter element is surrounded and that each drain opening in Center of the surrounding partial surface is arranged. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußöffnung aus einem Teil der Oberfläche des Drainageelementes besteht, wobei dieser Teil der Oberfläche des Drainageelementes frei von Filtermembran ist.Filter element according to claim 5, characterized in that that each Outflow opening a part of the surface of the drainage element, this part of the surface of the Drainage element is free of filter membrane. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußöffnung aus zwei einander gegenüberliegenden kongruenten Teilflächen der beiden Oberflächen des Drainageelementes besteht, wobei die kongruenten Teilflächen frei von Filtermembran sind.Filter element according to claim 5, characterized in that that each Outflow opening two opposite ones congruent faces of both surfaces of the drainage element, wherein the congruent faces free of filter membrane are. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abflußöffnung als kreisrunder Durchgang durch das Filterelement ausgestaltet ist.Filter element according to claim 5, characterized in that that each Drain opening as circular passage is configured through the filter element. Filterelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran einen anisotropen Porenaufbau aufweist mit einer außenliegenden Aktivschicht und einer mit dem Drainageelement verbundenen Stützschicht, wobei die Durchmesser der Poren in der Aktivschicht kleiner/gleich den Durchmessern der Poren in der Stützschicht sind.Filter element according to claims 1 to 8, characterized in that the filter membrane has an anisotropic pore structure with an outer active layer and a support layer connected to the drainage element, wherein the Diameter of the pores in the active layer are smaller than or equal to the diameters of the pores in the support layer. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Poren in der Aktivschicht 0,001 bis 5,0 μm, insbesondere 0,01 bis 0,5 μm und in der Stützschicht 0,05 bis 10 μm betragen.Filter element according to claim 9, characterized in that that the Diameter of the pores in the active layer 0.001 to 5.0 microns, in particular 0.01 to 0.5 μm and in the backing layer 0.05 to 10 μm be. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran aus Kunststoff, insbesondere aus Polysulfon, sulfoniertem Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyacrylnitril, Acrylnitril/-Vinylchlorid-Copolymer, Polyvinylidenfluorid, Mischungen aus Polyvinylidenfluorid und Polyvinylacetat, Polytetrafluorethylen, Polyvinylpyrrolidon, (Co-)Polyamid, Polyamidmischungen, Mischungen aus aromatischem Polyamid mit Polyvinylpyrrolidon, Celluloseregenerat, Celluloseacetat-Blends, Celluloseacetat/Cellulosenitrat Blends oder Polycarbonat-Blockcopolymer besteht.Filter element according to claim 1, characterized in that that the Filter membrane made of plastic, in particular of polysulfone, sulfonated Polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyacrylonitrile, acrylonitrile / vinyl chloride copolymer, Polyvinylidene fluoride, blends of polyvinylidene fluoride and polyvinyl acetate, Polytetrafluoroethylene, polyvinylpyrrolidone, (co) polyamide, polyamide blends, Blends of aromatic polyamide with polyvinylpyrrolidone, cellulose regenerate, Cellulose acetate blends, cellulose acetate / cellulose nitrate blends or Polycarbonate block copolymer exists. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran eine Dicke von 0,01 bis 5 mm aufweist.Filter element according to claim 1, characterized in that that the Filter membrane has a thickness of 0.01 to 5 mm. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement aus einem Gewebe oder Gewirke aus Garnen, Filamenten oder Drähten aus Polymeren oder anorganischen Materialien, insbesondere aus Metallen oder Glasfasern besteht und eine Gesamtdicke von 0,1 bis 18 mm, insbesondere von 1 bis 5 mm aufweist.Filter element according to claim 1, characterized in that that this Drainage element of a woven or knitted fabric of yarn, filament or wires of polymers or inorganic materials, in particular of metals or glass fibers and has a total thickness of 0.1 to 18 mm, in particular from 1 to 5 mm. Filterelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran mit dem Drainageelement derart verbunden ist, daß das Drainageelement von seiner Oberfläche bis zu einer Tiefe von bis zu 3 mm von Membranmaterial durchsetzt ist, wobei die Garne, Filamente oder Drähte des Gewebes oder Gewirkes des Drainageelementes teilweise von Membranmaterial umschlossen sind.Filter element according to claim 13, characterized in that that the Filter membrane is connected to the drainage element such that the drainage element from its surface penetrated by membrane material to a depth of up to 3 mm is, wherein the yarns, filaments or wires of the fabric or knitted fabric the drainage element partially enclosed by membrane material are. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement ein Abstandsgewirke aus einer ersten und zweiten flächigen Maschenkonstruktion und einem zwischen erster und zweiter Maschenkonstruktion angeordneten Polfadensystem aus Polfäden ist.Filter element according to claim 1, characterized in that that this Drainage element a spacer fabric of a first and second flat Mesh construction and one between first and second stitch construction arranged pile system of pile threads is. Filterelement nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsgewirke aus Polyester oder Polyolefinen besteht.Filter element according to claim 15, characterized that this Spacer knit made of polyester or polyolefins. Filterelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten und zweiten Maschenkonstruktion jeweils 0,1 bis 4 mm und die Höhe des Polfadensystems 0,3 bis 10 mm beträgt.Filter element according to claim 15, characterized in that that the Thickness of the first and second mesh construction 0.1 to each 4 mm and the height of the pile thread system is 0.3 to 10 mm. Filterelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polfadensystem aus räumlich regelmäßig zueinander und in Ketten- oder Schußrichtung der ersten und zweiten Maschenkonstruktion angeordneten Reihen von Polfäden besteht, und daß jeder Polfaden abwechselnd durch Maschen der ersten und zweiten Maschenkonstruktion geführt ist, derart, daß der Polfaden einen sägezahn- oder spiralförmigen Verlauf aufweist.Filter element according to claim 17, characterized in that that this Pole system from spatially regular to each other and in chain or weft direction the first and second mesh construction arranged rows of pile threads exists, and that everyone Polfaden alternately by stitching the first and second stitch construction guided is such that the Pile thread a sawtooth or spiral History has. Filterelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschendichte des Polfadensystems 100 bis 300 cm–2 beträgt und daß der Polfaden ein spezifisches Fadengewicht von 30 bis 100 dtex hat.Filter element according to claim 18, characterized in that that the Mesh density of the pile thread system is 100 to 300 cm-2 and that the pile thread is a specific Thread weight of 30 to 100 dtex has. Filterelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsgewirke derart thermisch fixiert ist, daß sich die Polfäden bei mechanischer Zug- oder Druckspannung elastisch verformen und bei Entlastung ihren ursprünglichen sägezahn- oder spiralförmigen Verlauf wieder einnehmen.Filter element according to claim 15, characterized in that that this Spacer knitted fabric is thermally fixed so that the pile threads at deform elastically under tensile or compressive stress Relief their original sawtooth or spiral Take course again. Verfahren zur Herstellung eines Filterelementes, bei dem eine Filtermembran aus einem Polymeren mittels Membran bildender Verfahren auf einer oder beiden Seiten eines Drainageelements abgeschieden wird.Method for producing a filter element, in which a filter membrane of a polymer by means of membrane forming Process deposited on one or both sides of a drainage element becomes. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermembran mittels Phaseninversion (Naßfällung) aus einer Polymerlösung, mittels thermischer Phaseninversion, mittels Phasengrenzflächen-Kondensation oder mittels Gießfilmtechnik abgeschieden wird.Method according to claim 21, characterized that the Filter membrane by means of phase inversion (wet precipitation) from a polymer solution, by means of thermal phase inversion, by interfacial condensation or by casting film technique is deposited. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement ein bewegtes flexibles Bahnmaterial ist und daß die Filtermembran kontinuierlich auf beiden Seiten des Drainageelementes gleichzeitig oder sequentiell auf der ersten Seite und nachfolgend auf der zweiten Seite des Drainageelements abgeschieden wird.Method according to claim 22, characterized in that that this Drainage element is a moving flexible sheet material and that the filter membrane continuously on both sides of the drainage element simultaneously or sequentially on the first page and subsequently on the second Side of the drainage element is deposited. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Filtermembran mittels Phaseninversion (Naßfällung) aus Polymerlösung abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Drainageelement mittels angetriebener Walzen aufeinanderfolgend einer Beschichtungs-, einer Fällungs- und einer Trockeneinheit zugeführt wird; daß die Polymerlösung mittels Rakel, Schlitzdüsen oder Walzen auf beide Seiten des Drainageelementes aufgetragen wird; daß die auf beiden Seiten des Drainageelementes befindliche Polymerlösung mit einer Fällungslösung beaufschlagt wird; und daß das beschichtete Drainageelement mittels Heißluft, beheizten Walzen oder Infrarotstrahlung getrocknet wird.A method according to claim 23, wherein the filter membrane is deposited by means of phase inversion (wet precipitation) from polymer solution, characterized in that the drainage element is fed by means of driven rollers successively to a coating, a precipitation and a drying unit; that the polymer solution is applied to both sides of the drainage element by means of doctor blades, slot dies or rollers; that the polymer solution located on both sides of the drainage element is charged with a precipitation solution; and that the coated drainage element by means of hot air, heated rollers or infrared radiation getrock net becomes.
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