DE102011110591A1 - Hollow fiber membrane filtration module and method of operating a filtration module for liquids - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Filtrationsmodul für Flüssigkeiten, insbesondere ein Wasserfiltrationsmodul (10), mit Hohlfasermembranen (82) zur Trennung von mit Fremdstoffen belasteten Flüssigkeiten, insbesondere Wasser (11), und ein Verfahren zum Betreiben eines Filtrationsmoduls (10) beschrieben. Ein Gehäuse (12) weist einen Feed-Durchlass (28) zum Einlass von der belasteten Flüssigkeit (11), der mit den Rohseiten der Hohlfasermembranen (82) verbunden ist, und einen Permeat-Durchlass (24) zum Auslass von der von Fremdstoffen befreiten Flüssigkeit (15), der mit den Reinseiten der Hohlfasermembranen (82) verbunden ist, auf. Die Hohlfasermembranen (82) trennen den Feed-Durchlass (28) dicht von dem Permeat-Durchlass (24). Jede Hohlfasermembran (82) ist wenigstens mit einem offenen Ende (84) an einem Abschlusselement (78) befestigt. Die Innenräume der Hohlfasermembranen (82) sind über die offenen Enden (84) mit einem der Durchlässe (24) verbunden. Geschlossene Abschnitte (82b) der Hohlfasermembranen (82) sind in einer Kammer (38) des Gehäuses (12) angeordnet, die mit dem anderen Durchlass (28) verbunden ist. Das Abschlusselement (78) weist einen Durchlass (28) für Fluid (11) zur Kammer (38) auf, der mit radial verlaufenden Verteilerkanälen (61) verbunden ist, welche eine Vielzahl von Verteileröffnungen (66, 68) zur Kammer (38) aufweisen.A filtration module for liquids, in particular a water filtration module (10), with hollow-fiber membranes (82) for separating contaminated liquids, in particular water (11), and a method for operating a filtration module (10) are described. A housing (12) has a feed passage (28) for the inlet of the loaded liquid (11) which is connected to the raw sides of the hollow fiber membranes (82), and a permeate passage (24) to the outlet of the foreign matter Liquid (15), which is connected to the clean sides of the hollow fiber membranes (82) on. The hollow fiber membranes (82) seal the feed passage (28) closely from the permeate passage (24). Each hollow fiber membrane (82) is attached to an end member (78) at least with an open end (84). The interiors of the hollow fiber membranes (82) are connected to one of the passages (24) via the open ends (84). Closed portions (82b) of the hollow fiber membranes (82) are disposed in a chamber (38) of the housing (12) which is connected to the other passage (28). The closure member (78) has a passage (28) for fluid (11) to the chamber (38) which is connected to radially extending distribution channels (61) having a plurality of distribution openings (66, 68) to the chamber (38) ,
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Filtrationsmodul für Flüssigkeiten, insbesondere ein Wasserfiltrationsmodul mit Hohlfasermembranen zur Trennung von mit Fremdstoffen belasteten Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Feed-Durchlass zum Einlass von der belasteten Flüssigkeit, der mit den Rohseiten der Hohlfasermembranen verbunden ist, und wenigstens einen Permeat-Durchlass zum Auslass von der von Fremdstoffen befreiten Flüssigkeit, der mit den Reinseiten der Hohlfasermembranen verbunden ist, aufweist, die Hohlfasermembranen in dem Gehäuse so angeordnet sind, dass sie den Feed-Durchlass dicht von dem Permeat-Durchlass trennen, wobei jede Hohlfasermembran wenigstens mit einem offenen Ende an einem Abschlusselement befestigt ist, die Innenräume der Hohlfasermembranen über die offenen Enden mit einem der Durchlässe verbunden sind und geschlossene Abschnitte der Hohlfasermembranen in einer Kammer des Gehäuses angeordnet sind, die ihrerseits mit dem anderen Durchlass verbunden ist.The invention relates to a filtration module for liquids, in particular a water filtration module with hollow fiber membranes for the separation of foreign matter contaminated liquids, in particular water, with a housing having at least one feed passage for the inlet of the loaded liquid, which is connected to the raw sides of the hollow fiber membranes, and at least one permeate passage to the outlet from the extraneous-removed liquid connected to the clean sides of the hollow fiber membranes, the hollow fiber membranes in the housing being arranged to seal the feed passage closely from the permeate passage each hollow fiber membrane is attached at least with an open end to a closing element, the interiors of the hollow fiber membranes are connected via the open ends with one of the passages and closed portions of the hollow fiber membranes are arranged in a chamber of the housing, which in turn with de m other passage is connected.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Filtrationsmoduls für Flüssigkeiten, insbesondere eines Wasserfiltrationsmoduls, mit Hohlfasermembranen zur Trennung von mit Fremdstoffen belasteter Feedflüssigkeit, insbesondere Feedwasser, bei dem bei einem Reinigungsprozess die Feedflüssigkeit durch einen Feed-Einlass eines Gehäuses zu den Rohseiten der Hohlfasermembranen geleitet wird, das von Fremdstoffen befreite Permeat durch die Hohlfasermembranen zu deren Reinseite hindurch gedrückt wird, wobei das mit Fremdstoffen aufkonzentrierte Retentat auf den Rohseiten zurückbleibt, und das Permeat durch einen Permeat-Auslass aus dem Gehäuse abgeführt wird.Furthermore, the invention relates to a method for operating a filtration module for liquids, in particular a water filtration module, with hollow fiber membranes for separating contaminated with contaminants feed fluid, in particular feed water, in which passed in a cleaning process, the feed liquid through a feed inlet of a housing to the crude sides of the hollow fiber membranes is pressed, the foreign matter-freed permeate through the hollow-fiber membranes to the clean side, wherein the concentrated with foreign matter retentate remains on the crude sides, and the permeate is discharged through a permeate outlet from the housing.
Stand der TechnikState of the art
Derartige Filtrationsmodule können zur dezentralen Aufbereitung von Wasser, insbesondere Grundwasser, Oberflächenwasser, Prozesswasser, Abwasser und zur Vorfiltration insbesondere für Umkehrosmosemembranen, verwendet werden.Such filtration modules can be used for the decentralized treatment of water, in particular groundwater, surface water, process water, wastewater and for prefiltration, in particular for reverse osmosis membranes.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtrationsmodul für Flüssigkeiten, insbesondere für Wasser, und ein Verfahren zum Betreiben eines Filtrationsmoduls der eingangs genannten Art zu gestalten, bei dem eine gleichmäßige Beladung der Hohlfasermembranen erreicht wird, insbesondere Verstopfungen oder Verblockungen vermieden werden. Insbesondere soll eine möglichst lange Standzeit ermöglicht werden.The invention has for its object to design a filtration module for liquids, especially for water, and a method of operating a filtration module of the type mentioned, in which a uniform loading of the hollow fiber membranes is achieved, in particular blockages or blockages are avoided. In particular, the longest possible service life should be possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Abschlusselement wenigstens einen Durchlass für Fluid aufweist, welcher den Durchlass zur Kammer bildet, welcher mit radial zum Durchlass verlaufenden Verteilerkanälen verbunden ist, welche eine Vielzahl von verteilt angeordneten Verteileröffnungen zur Kammer aufweisen, und die Hohlfasermembranen wenigstens in Querschnittsrichtung zwischen den Verteilerkanälen am Abschlusselement befestigt sind.This object is achieved in accordance with the invention in that the closing element has at least one passage for fluid, which forms the passage to the chamber, which is connected to distribution channels running radially to the passage, which have a plurality of distributed distribution openings to the chamber, and the hollow fiber membranes at least in Cross-sectional direction between the distribution channels are attached to the end element.
Erfindungsgemäß ist also der Durchlass zur Kammer mit einer Verteilereinrichtung kombiniert, die beispielsweise ein Zentralrohr und die Verteilerkanäle aufweist. Durch den Durchlass kann Fluid, insbesondere Wasser und/oder Spülgas, hindurchströmen. im Sinne der Erfindung sind auch zwischen den Hohlfasermembranen Strömungskanäle für Flüssigkeit ausgebildet. Über die Verteileröffnungen kann das Fluid, insbesondere direkt, in die Strömungskanäle einströmen. Dabei sind die Hohlfasermembranen wenigstens in Querschnittsrichtung des Filtrationmoduls, d. h. quer zur Faserrichtung der Hohlfasermembranen im Bereich des Abschlusselementes, zwischen den Verteilerkanälen befestigt. Eine Vielzahl von vorzugsweise parallel verlaufenden Hohlfasermembranen kann gebündelt zu einem Hohlfasersegment jeweils quer zur Längsrichtung des Hohlfasersegments zwischen zwei der Verteilerkanäle angeordnet sein. Der Durchlass kann einen Einlass (Feed-Einlass) für zu behandelnde, mit Fremdstoffen belastete Rohflüssigkeit (Feedflüssigkeit) sein. Dabei werden vorzugsweise Out/In-Hohlfasermembranen verwendet, deren Membranwände von radial außen (Rohseite) nach innen (Reinseite) durchströmt werden. Die Verwendung von Out/In-Hohlfasermembranen hat den Vorteil, dass außenliegende, offene rohseitige Strömungskanäle nicht so schnell durch Fremdstoffe verstopft werden und Verblockungen an den außenliegenden Rohseiten der Hohlfasermembranen einfach gelöst werden können. Die Feedflüssigkeit wird über die Verteilereinrichtung gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Kammer verteilt. Ein Teil der Feedflüssigkeit kann z. B. über einen Zentralleitungsraum direkt in die Kammer eingeführt. Ein weiterer Teil der Feedflüssigkeit wird über die Verteilerkanäle über den Querschnitt der Kammer verteilt. Auf diese Weise wird eine homogene Anströmung möglichst alter Hohlfasermembranen mit Feedflüssigkeit erreicht. So werden die gesamten zur Verfügung stehenden Oberflächen der Hohlfasermembranen gleichmäßig zur Filtration genutzt. Es werden entsprechend lange Standzeiten und eine gleichmäßige Beladung der Hohlfasermembranen realisiert. Der Durchlass kann auch ein Auslass (Permeat-Auslass) für von Fremdstoffen befreite Feedflüssigkeit (Permeat) oder ein Auslass (Retentat-Auslass) für mit Fremdstoffen aufkonzentrierte Retentat sein. In diesem Fall bewirkt die Verteilereinrichtung, dass das Permeat bzw. das Retentat gleichmäßig über den Querschnitt der Kammer abgeführt wird. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Durchströmung der zwischen den Hohlfasermembranen verlaufenden offenen Strömungskanäle erreicht. Falls der Durchlass der Permeat-Auslass ist, können bevorzugt In/Out-Hohlfasermembranen verwendet werden, deren Membranwände von radial innen nach außen durchströmt werden, deren Rohseite also innen und deren Reinseite außen sind. Das erfindungsgemäße Filtrationsmodul kann als ein Modul mit einem blinden Ende (Dead-End-Modul) realisiert sein, bei dem sich die Feed-Öffnung und der Permeat-Auslass auf derselben Seite des Gehäuses befinden. Die Hohlfasermembranen können insbesondere U-förmig verlaufen, wobei die Schenkel der ”U's” die offenen Enden der Hohlfasermembranen aufweisen. Alternativ kann das erfindungsgemäße Wasserfiltrationsmodul als Gegenströmungsmodul (Cross-Flow-Modul) realisiert sein. Beim Cross-Flow-Modul ist jeweils eines der Enden der Hohlfasermembranen in einem ersten Abflusselement und das jeweils andere freie Ende an einem entsprechenden zweiten Abschlusselement angeordnet. Die Abschlusselemente sind auf gegenüberliegenden Seiten im Gehäuse angeordnet. Eines der Abschlusselemente weist den Feed-Einlass auf und dient der gleichmäßigen Zuführung von Feedflüssigkeit in die Kammer. Das zweite Abschlusselement weist einen Retentat-Auslass auf. Das zweite Abschlusselement kann ähnlich oder gleich dem ersten Abschlusselement aufgebaut sein. Es kann ebenfalls einen Durchlass mit radial verlaufenden Verteilerkanälen mit entsprechenden Verteileröffnungen aufweisen. Mittels der Verteilereinrichtung am zweiten Abschlusselement kann das Retentat gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Kammer abgeführt werden, wodurch insgesamt eine gleichmäßige Anströmung der Hohlfasermembranen erreicht wird. Das erfindungsgemäße Filtrationsmodul kann in allen Raumrichtungen orientiert angeordnet werden. Das Dead-End-Filtrationsmodul ist bevorzugt so angeordnet, dass das Abschlusselement räumlich unten ist und die Hohlfasermembranen vertikal nach oben gerichtet sind. Das Filtrationsmodul kann auch so angeordnet sein, dass die Hohlfasermembranen an dem Abschlusselement räumlich nach unten gerichtet sind. Vorteilhafterweise können mehrere Retentat-Auslässe vorgesehen sein, über die auch im Retentat enthaltene Feststoffe mit verhältnismäßig hohem Gewicht und/oder hoher Dichte effizient durch Spülung aus dem Filtrationsmodul ausgetragen werden können. Bevorzugt kann wenigstens einer der Retentat-Auslässe an der Unterseite des Filtrationsmoduls angeordnet sein, so dass dorthin abgesunkene Partikel vollständig ausgetragen werden können. Auf diese Weise kann einer irreversiblen Beladung der Hohlfasermembranen durch Partikel entgegengewirkt werden. Es kann eine gleichmäßige Beladung der Hohlfasermembranen erreicht werden. Das Filtrationsmodul kann durch die erfindungsgemäße Anordnung während des Betriebs gereinigt werden. Das erfindungsgemäße Filtrationsmodul kann flexibel in unterschiedlicher Weise betrieben werden. Bei dem Filtrationsmodul können auch mehrere Permeat-Auslässe vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Filtrationsmodule einfach in Reihe geschaltet werden können, indem ihre jeweiligen Retentat-Auslässe und Permeat-Auslässe miteinander verbunden werden.According to the invention, the passage to the chamber is thus combined with a distributor device which has, for example, a central tube and the distributor channels. Fluid, in particular water and / or purge gas, can flow through the passage. Within the meaning of the invention, flow channels for liquid are also formed between the hollow-fiber membranes. Via the distributor openings, the fluid, in particular directly, can flow into the flow channels. The hollow-fiber membranes are at least in the cross-sectional direction of the filtration module, ie transversely to the fiber direction of the Hollow fiber membranes in the region of the closing element, mounted between the distribution channels. A plurality of preferably parallel-running hollow-fiber membranes may be arranged bundled to form a hollow-fiber segment, in each case transversely to the longitudinal direction of the hollow-fiber segment, between two of the distribution channels. The passage may be an inlet (feed inlet) for contaminated raw material (feed fluid) to be treated. Out / In hollow-fiber membranes are preferably used, the membrane walls are flowed through from the radially outside (raw side) to the inside (clean side). The advantage of using out / in hollow-fiber membranes is that external, open flow-side flow channels are not blocked so quickly by foreign substances and blockages on the outer raw sides of the hollow-fiber membranes can be easily released. The feed liquid is distributed uniformly over the entire cross section of the chamber via the distributor device. A part of the feed liquid may, for. B. introduced via a central line space directly into the chamber. Another part of the feed liquid is distributed over the distribution channels over the cross section of the chamber. In this way, a homogeneous flow as old as possible hollow fiber membranes is achieved with feed liquid. Thus, the entire available surfaces of the hollow fiber membranes are used evenly for filtration. It will be realized correspondingly long service life and a uniform loading of the hollow fiber membranes. The passage may also be an outlet (permeate outlet) for depleted feed liquid (permeate) or an outlet (retentate outlet) for retentate concentrated with impurities. In this case, the distributor device causes the permeate or the retentate to be discharged uniformly over the cross section of the chamber. In this way, a uniform flow through the running between the hollow fiber membranes open flow channels is achieved. If the passage is the permeate outlet, preference is given to using in / out hollow-fiber membranes whose membrane walls are flowed through from radially inward to outward, ie the inside of which are on the inside and the clean side outside. The filtration module according to the invention may be realized as a module with a dead-end module, in which the feed opening and the permeate outlet are located on the same side of the housing. The hollow-fiber membranes can in particular run in a U-shape, with the legs of the "U's" having the open ends of the hollow-fiber membranes. Alternatively, the water filtration module according to the invention can be realized as a countercurrent module (cross-flow module). In the case of the cross-flow module, in each case one of the ends of the hollow-fiber membranes is arranged in a first outflow element and the respective other free end is arranged on a corresponding second closure element. The termination elements are arranged on opposite sides in the housing. One of the end elements has the feed inlet and serves to uniform feed of feed liquid into the chamber. The second end element has a retentate outlet. The second termination element may be constructed similar or equal to the first termination element. It may also have a passage with radially extending distribution channels with corresponding distribution openings. By means of the distributor device on the second closing element, the retentate can be removed uniformly over the entire cross section of the chamber, as a result of which a uniform flow of the hollow-fiber membranes is achieved overall. The filtration module according to the invention can be arranged oriented in all spatial directions. The dead-end filtration module is preferably arranged so that the end element is spatially down and the hollow fiber membranes are directed vertically upwards. The filtration module can also be arranged so that the hollow fiber membranes are directed spatially downwards on the closing element. Advantageously, a plurality of retentate outlets may be provided, over which also solids contained in the retentate with relatively high weight and / or high density can be efficiently discharged by rinsing out of the filtration module. Preferably, at least one of the retentate outlets can be arranged on the underside of the filtration module so that particles that have sunk there can be completely discharged. In this way, irreversible loading of the hollow-fiber membranes by particles can be counteracted. It can be achieved a uniform loading of the hollow fiber membranes. The filtration module can be cleaned by the inventive arrangement during operation. The filtration module according to the invention can be operated flexibly in different ways. In the filtration module also several permeate outlets can be provided. This has the advantage that multiple filtration modules can easily be connected in series by interconnecting their respective retentate outlets and permeate outlets.
Vorzugsweise ist der Durchlass an dem Abschlusselement zentral angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein einfacher und damit fertigungstechnisch vorteilhafter Aufbau mit einem zentralen Durchlass, insbesondere einem mittig angeordneten Durchlass, von welchen die radialen Verteilerkanäle abgehen. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn ein einziger zentraler Durchlass an dem Abschlusselement vorgesehen ist.Preferably, the passage is arranged centrally on the closing element. In this way, results in a simple and thus production engineering advantageous construction with a central passage, in particular a centrally disposed passage from which depart the radial distribution channels. A particularly simple construction results when a single central passage is provided on the closing element.
Im Falle einer besonders bevorzugten Bauart der Erfindung ist in dem Durchlass an dem Abschlusselement ein Zentralrohr angeordnet ist, welches den Durchlass in einen radial inneren Zentralleitungsraum. welcher direkt, d. h. nicht über weitere Verteilerkanäle, in die Kammer mündet, und einen radial äußeren Ringleitungsraum unterteilt, und der Ringleitungsraum mit den radialen Verteilerkanälen verbunden ist. Es ergibt eine funktionssicher Aufteilung von Teilströmen des Fluids bereits im Durchlass.In the case of a particularly preferred embodiment of the invention, a central tube is arranged in the passage on the closing element, which passage is in a radially inner Central line space. which directly, ie not via further distribution channels, opens into the chamber, and a radially outer loop space divided, and the loop space is connected to the radial distribution channels. It results in a functionally reliable division of partial flows of the fluid already in the passage.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Teil der Verteileröffnungen strömungstechnisch axial zu den Hohlfasermembranen ausgerichtet sein. Axial ausgerichtete Verteileröffnungen bewirken eine Fluidströmung entlang der Hohlfasersegmente.In an advantageous embodiment, at least a part of the distributor openings may be fluidly aligned axially with respect to the hollow-fiber membranes. Axially directed distribution openings cause fluid flow along the hollow fiber segments.
Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhafterweise wenigstens ein Teil der Verteileröffnungen strömungstechnisch quer zu den Hohlfasermembranen ausgerichtet sein. Quer zu den Hohlfasermembranen ausgerichtete Verteileröffnungen bewirken eine Fluidströmung in die Hohlfasersegmente hinein bzw. aus diesen heraus. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann im Strömungsweg des Zentralrohrs eine insbesondere trennbare Drosseleinheit zur Drosselung der Fluidströmung durch das Zentralrohr angeordnet sein. Die Drosseleinheit kann dabei vor, hinter oder in dem Zentralrohr angebracht sein. Mit der Drosseleinheit kann eine Verteilung des Fluids auf das Zentralrohr und die Verteilerkanäle vorgegeben werden. Durch die Variation der Einstellung der Drosseleinheit und die Variation der Querschnitte des Zentralrohrs, des Ringleitungsraums und/oder der Verteilerkanäle kann die Strömungsverteilung entlang der Hohlfasermembranen und in die offenen Strömungskanäle zwischen die Hohlfasermembranen, insbesondere in die Hohlfasersegmente hinein, optimal vorgegeben werden. Vorteilhafterweise kann die Drosseleinheit als auswechselbarer Einsatz trennbar im Strömungsweg des Zentralrohrs angeordnet sein. Je nach Anwendung und Betriebsbedingungen des Filtrationsmoduls kann durch austauschen der Drosseleinheit ein Anteil der Feedflüssigkeit durch die Drosseleinheit im Verhältnis zu einem durch die Verteilerkanäle strömenden Feedflüssigkeitsanteil variiert werden.Additionally or alternatively, advantageously at least a part of the distributor openings can be aligned fluidically transversely to the hollow-fiber membranes. Distributed openings aligned transversely to the hollow-fiber membranes cause fluid flow into and out of the hollow-fiber segments. In a further advantageous embodiment, a particularly separable throttle unit for throttling the fluid flow through the central tube can be arranged in the flow path of the central tube. The throttle unit may be mounted in front of, behind or in the central tube. With the throttle unit, a distribution of the fluid to the central tube and the distribution channels can be specified. By varying the setting of the throttle unit and the variation of the cross sections of the central tube, the loop space and / or the distribution channels, the flow distribution along the hollow fiber membranes and in the open flow channels between the hollow fiber membranes, in particular in the hollow fiber segments, can be optimally predetermined. Advantageously, the throttle unit can be arranged as a replaceable insert separable in the flow path of the central tube. Depending on the application and operating conditions of the filtration module can be varied by replacing the throttle unit, a proportion of the feed liquid through the throttle unit in relation to a flowing through the distribution channels feed liquid content.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Gasanschluss, insbesondere ein Druckluftanschluss, in den Ringleitungsraum führen. Durch den Gasanschluss kann vorzugsweise vor oder während einer Spülung des Filtrationsmoduls Spülgas analog zu dem Feedwasser unter Umgehung des Zentralrohrs in den Ringleitungsraum und von dort aus über die Verteilerkanäle und die Verteileröffnungen gleichmäßig verteilt den Hohlfasersegmenten und den Hohlfasermembranen zugeführt werden. Das Spülgas bewirkt, dass die Hohlfasermembranen sich bewegen. Auf diese Weise kann an den Rohseiten der Hohlfasermembranen anhaftender Filterkuchen einfach aufgebrochen, von den Hohlfasermembranen abgelöst und mit dem Retentat ausgespült werden. Wenn Luft als Spülgas eingeblasen wird, kann das als Air Scoring bezeichnet werden. Vorzugsweise wird hierbei Druckluft verwendet, welche mit Druck in die Zwischenräume zwischen die Hohlfasermembranen eindringt. Das Einblasen von Spülgas kann mit einem geringen Volumenstrom von Feedflüssigkeit kombiniert werden, was als kombinierte Vorwärtsspülung bezeichnet werden kann. Die Feedflüssigkeit dient in diesem Fall als Transportmedium für die Gasblasen. Dadurch wird das Eindringen der Gasblasen in die Bereiche zwischen den Hohlfasermembranen, die Bewegung der Hohlfasermembranen und damit das Aufbrechen des Filterkuchens verbessert. Durch Einbringung des Spülgases durch die Verteileröffnungen kann eine optimale Verteilung der Gasblasen bewirkt werden. Ferner können die durch die Verteileröffnungen abgegebenen Spülgasblasen kleiner sein als Spülgasblasen, die über einen einzigen zentralen Gaseinlass in das Filtrationsmodul eingebracht werden. An den Rändern der Verteileröffnungen können Querströmungen entstehen, welche die Gasblasen zerteilen und über den Querschnitt des Filtrationsmoduls verteilen können. Auf diese Weise kann der Energiebedarf verringert werden, da bereits geringe Volumenströmungen an Spülgas die Hohlfasermembranen effizient bewegen können.In a further advantageous embodiment, a gas connection, in particular a compressed air connection, lead into the loop space. By means of the gas connection, purge gas can be fed to the hollow fiber segments and the hollow-fiber membranes in an equally distributed manner, analogously to the feed water, bypassing the central tube into the loop space and from there via the distributor channels and the distributor openings, before or during a purging of the filtration module. The purge gas causes the hollow fiber membranes to move. In this way, adhering to the raw sides of the hollow fiber membranes filter cake can be easily broken, detached from the hollow fiber membranes and rinsed with the retentate. If air is blown in as purge gas, this can be called air scoring. Preferably, this compressed air is used, which penetrates with pressure in the interstices between the hollow fiber membranes. The flushing of purge gas can be combined with a low volume flow of feed fluid, which can be referred to as a combined forward purge. The feed liquid serves in this case as a transport medium for the gas bubbles. This improves the penetration of the gas bubbles into the regions between the hollow-fiber membranes, the movement of the hollow-fiber membranes and thus the break-up of the filter cake. By introducing the purge gas through the distribution openings, an optimal distribution of the gas bubbles can be effected. Further, the purge gas bubbles discharged through the manifold openings may be smaller than purge gas bubbles introduced into the filtration module via a single central gas inlet. Transverse flows can form at the edges of the distribution openings, which parts the gas bubbles and can distribute over the cross section of the filtration module. In this way, the energy requirement can be reduced because even small volume flows of purge gas can move the hollow fiber membranes efficiently.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kann vorsehen, dass das Gehäuse einen Retentat-Auslass aufweist, welcher mit den Rohseiten der Hohlfasermembranen verbunden ist, zum Auslass wenigstens von mit Fremdstoffen aufkonzentriertem Retentat, insbesondere zum Auslass von Retentat und insbesondere bei einem Spülungsprozess eingeleitetem Spülgas. Durch den Retentat-Auslass kann das Retentat und gegebenenfalls eingeleitetes Spülgas einfach abgelassen werden. Auf diese Weise kann ein Durchspülverfahren realisiert werden, wobei das Spülgas und gegebenenfalls etwas Feedflüssigkeit auf einer Seite des Gehäuses eingeleitet wird und auf der gegenüberliegenden Seite abgeführt wird.A further advantageous embodiment can provide that the housing has a retentate outlet which is connected to the raw sides of the hollow-fiber membranes, to the outlet at least of retentate concentrated with foreign substances, in particular to the outlet of retentate and in particular in a flushing process initiated purge gas. Due to the retentate outlet, the retentate and optionally introduced purge gas can be simply drained off. In this way, a flushing process can be realized, wherein the purge gas and possibly some feed liquid is introduced on one side of the housing and discharged on the opposite side.
Vorteilhafterweise können die Verteilerkanäle in einem Verteilerstern angeordnet sein. Der Verteilerstern kann als Modulbauteil in einfacher Weise auch separat gefertigt werden. Der Verteilerstern kann auch aus einem sternförmigen Grundelement und einen sternförmigen Deckelelement zusammengesetzt sein, so dass die Verteilerkanäle durch entsprechende Flügel des Grundelements und Deckelelements begrenzt werden. Das Abschlusselement kann so einfach mit dem Verteilerstern zusammengesetzt werden. Die Hohlfasermembranen können getrennt von dem Verteilerstern an dem Abschlusselement befestigt sein. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstellung des Filtrationsmoduls modulare Bauteile verwendet werden können, die je nach dem gewünschten Aufbau des Filtrationsmoduls kombiniert werden können. Insbesondere kann die gleiche Ausführung eines Verteilersterns in einem Dead-End-Modul und in einem Cross-Flow-Modul verwendet werden.Advantageously, the distribution channels can be arranged in a distributor star. The distributor star can also be manufactured separately as a modular component in a simple manner. The distributor star can also be composed of a star-shaped base element and a star-shaped cover element, so that the distribution channels are delimited by corresponding wings of the base element and cover element. The end element can be easily assembled with the distributor star. The hollow fiber membranes may be attached to the termination element separately from the distribution core. This has the advantage that for the production of the filtration module modular components can be used, which can be combined depending on the desired structure of the filtration module. In particular, the same can be Execution of a distributor star in a dead-end module and used in a cross-flow module.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein insbesondere sattelförmiges Aufnahmeteil zur Aufnahme von freien Enden der Hohlfasermembranen, insbesondere von geschlossenen U-förmigen Abschnitten der Hohlfasermembranen, in einem räumlich oberen Bereich des Gehäuses angeordnet sein. Mit dem Aufnahmeteil können freie Enden beziehungsweise zu U-förmigen-Abschnitten gebogene freie Seiten der Hohlfasermembranen gehalten werden. So kann einfach verhindert werden, dass die Hohlfasermembranen insbesondere durch Einwirkung der Schwerkraft nach unten absacken und möglicherweise sogar abknicken. Es kann verhindert werden, dass sich die Lage der Hohlfasermembranen beim Betrieb des Filtrationsmoduls verändert. Die Hohlfasermembranen können vorteilhafterweise in Bündeln angeordnet sein. Die Hohlfasermembranen können im oberen Teil des Filtrationsmoduls für die Strömung günstig insbesondere in einer oberen Endkappe des Gehäuses mit dem Aufnahmeteil fixiert sein. Das Aufnahmeteil kann auch so ausgestaltet sein, dass es beim Herstellungsprozess als eine Art Transportgriff für den Transport der Hohlfasern verwendet werden kann. Das Aufnahmeteil kann vorteilhafterweise zur Aufhängung an einem entsprechenden Schienensystem einer Transporteinrichtung einer Produktionsanlage ausgestaltet sein. Hierzu kann das Aufnahmeteil insbesondere hakenartig ausgestaltet sein.In a further advantageous embodiment, a particular saddle-shaped receiving part for receiving free ends of the hollow-fiber membranes, in particular of closed U-shaped sections of the hollow-fiber membranes, be arranged in a spatially upper region of the housing. Free ends or curved U-shaped sections free sides of the hollow fiber membranes can be held with the receiving part. It is thus easy to prevent the hollow-fiber membranes from sagging down, and possibly even buckling, in particular as a result of the action of gravity. It can be prevented that the position of the hollow fiber membranes changes during operation of the filtration module. The hollow fiber membranes may advantageously be arranged in bundles. The hollow-fiber membranes may be favorably fixed in the upper part of the filtration module for the flow, in particular in an upper end cap of the housing with the receiving part. The receiving part can also be designed so that it can be used in the manufacturing process as a kind of transport handle for the transport of the hollow fibers. The receiving part can advantageously be designed for suspension on a corresponding rail system of a transport device of a production plant. For this purpose, the receiving part can be configured in particular hook-like.
Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der Feedflüssigkeit sternförmig radial zur Axialströmungsrichtung verteilt und zwischen die Hohlfasermembranen eingeleitet wird. Auf diese Weise wird die Feedflüssigkeit gleichmäßig über den Querschnitt der Kammer verteilt, um eine optimale Nutzung der Oberflächen der Hohlfasermembranen zu gewährleisten. Die Hohlfasermembranen werden so gleichmäßig belastet, was eine effiziente Filtration und eine Verlängerung der Standzeit ermöglicht. Ferner wird durch die gleichmäßige Verteilung des Feedwassers der Druckverlust im Wasserfiltrationsmodul verringert, was sich positiv auf die die Energiebilanz auswirkt. Im Übrigen gelten die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Filtrationsmodul aufgezeigten Merkmale und Vorteile für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen entsprechend.In terms of process technology, the object is achieved according to the invention in that at least part of the feed liquid is distributed radially in a star-shaped manner relative to the axial flow direction and introduced between the hollow-fiber membranes. In this way, the feed liquid is evenly distributed over the cross section of the chamber to ensure optimum utilization of the surfaces of the hollow fiber membranes. The hollow fiber membranes are loaded so evenly, which allows efficient filtration and an extension of the service life. Furthermore, the uniform distribution of the feed water reduces the pressure loss in the water filtration module, which has a positive effect on the energy balance. Incidentally, the features and advantages for the method according to the invention and its advantageous embodiments set out above in connection with the filtration module according to the invention apply correspondingly.
Vorzugsweise wird ein Teil der Feedflüssigkeit sternförmig radial zur Axialströmungsrichtung verteilt und zwischen die Hohlfasermembranen eingeleitet und ein Teil der Feedflüssigkeit zentral in einer Axialströmungsrichtung in eine Kammer mit den Hohlfasermembranen eingeleitet.Preferably, a portion of the feed liquid is distributed in a star shape radially to the axial flow direction and introduced between the hollow fiber membranes and introduced a portion of the feed liquid centrally in an axial flow in a chamber with the hollow fiber membranes.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann bei einem Spülungsprozess Gas, insbesondere Druckluft, sternförmig radial zur Axialströmungsrichtung verteilt und zwischen die Hohlfasermembranen eingeleitet werden und das Retentat aus einem früheren Reinigungsprozess und das Gas kann durch einen Retentat-Auslass aus dem Gehäuse heraus geleitet werden. Dieser Spülungsprozess kann als optimiertes Air-Scoring bezeichnet werden. Mit dem Gas, welches gleichmäßig verteilt vorzugsweise über radiale Verteilerkanäle zwischen die Hohlfasermembranen in etwaige Hohlfasersegmente eingeleitet wird, können die Hohlfasermembranen bewegt werden, so dass sich an den Oberflächen abgelagerte Fremdstoffkuchen abbrechen. Die abgetrennten Fremdstoffe und das Retentat können einfach mit dem Gas durch den Retentat-Auslass aus dem Gehäuse heraus geleitet werden. Die Dauer einer nachfolgenden Rückspülung kann so verkürzt werden. Der Verbrauch an Permeat, welches zur Rückspülung auf die Rohseite zurückgepumpt wird, kann verringert werden. Dies wirkt sich positiv insbesondere auf die Kosten aus. So kann das Filtrationsmodul auf einfache Weise effizient regeneriert werden, ohne das Filtrationsmodul zu öffnen. Es wird ein zuverlässiger Betrieb des Filtrationsmoduls gewährleistet. Insgesamt werden so die Standzeiten der Hohlfasermembranen verlängert.In an advantageous embodiment of the method, in a flushing process, gas, in particular compressed air, radially distributed to the axial flow direction and introduced between the hollow fiber membranes and the retentate from a previous cleaning process and the gas can be passed out of the housing through a retentate outlet. This flushing process can be referred to as optimized air scoring. With the gas, which is evenly distributed preferably introduced through radial distribution channels between the hollow fiber membranes in any hollow fiber segments, the hollow fiber membranes can be moved, so that aborted on the surfaces deposited impurity cake. The separated contaminants and the retentate can easily be passed out of the housing with the gas through the retentate outlet. The duration of a subsequent backwashing can be shortened. The consumption of permeate, which is pumped back to the raw side for backwashing, can be reduced. This has a positive effect on the costs in particular. This allows the filtration module to be easily regenerated efficiently without having to open the filtration module. It ensures a reliable operation of the filtration module. Overall, so the life of the hollow fiber membranes are extended.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann bei dem Spülungsprozess zusätzlich zu dem Gas Feedflüssigkeit sternförmig radial zur Axialströmungsrichtung verteilt und zwischen die Hohlfasermembranen eingeleitet werden und die Feedflüssigkeit, das Retentat und das Gas können durch den Retentat-Auslass aus dem Gehäuse heraus geleitet werden. Auf diese Weise sind die Vorteile des optimierten Air-Scoring mit den Vorteilen der kombinierte Vorwärtsspülung verbunden. Es kann ein geringer Volumenstrom von Feedflüssigkeit durch das Modul strömen, wodurch ein tiefes Eindringen der Gasblasen in die Hohlfasersegmente und eine stärkere Bewegung der Hohlfasermembranen erreicht werden kann. Die Feedflüssigkeit dient in diesem Fall als Transportmedium für die Gasblasen und ermöglicht ein besseres Eindringen in die Hohlfasersegmente.In a further advantageous embodiment of the method, in the flushing process, in addition to the gas, feed liquid can be radially distributed radially to the axial flow direction and introduced between the hollow fiber membranes and the feed liquid, the retentate and the gas can be passed out of the housing through the retentate outlet. In this way, the benefits of optimized air scoring are combined with the advantages of combined forward flushing. It can flow a small volume flow of feed fluid through the module, whereby a deep penetration of the gas bubbles in the hollow fiber segments and a stronger movement of the hollow fiber membranes can be achieved. The feed liquid in this case serves as a transport medium for the gas bubbles and allows a better penetration into the hollow fiber segments.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description, are explained in more detail in the embodiments of the invention with reference to the drawing. The person skilled in the art will expediently also individually consider the features disclosed in the drawing, the description and the claims in combination and combine these into meaningful further combinations. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den
Das Wasserfiltrationsmodul
In
Die untere Endkappe
Ein zum Gehäuse
Der Feedeinlass
Durch die Umfangswand des Feedeinlasses
Das der Zulaufkammer
Das Zentralrohr
Der Verteilerstern
Der Verteilerstern
Die Deckelflügel
Die Kanalflügel
Die Deckelflügel
Koaxial zu dem Aufsteckstutzen
An dem zur Zulaufkammer
Auf der dem Zentralrohranschlussstück
Ein Ringraum zwischen dem Aufsteckstutzen
In der Vergussmasse
In der Zulaufkammer
Die Hohlfasermembranen
Zu Reparaturzwecken, beispielsweise zum Verschließen defekter Hohlfasermembranen
Zur Reinigung von Feedwasser
Ein anderer Teil
Ein Teil des radial strömenden Feedwassers
Das Feedwasser
Das Permeat
Durch entsprechende Vorgabe der Drossel
Zur Vorwärtsspülung des Wasserfiltrationsmoduls
Anschließend wird zur Spülung Feedwasser
Gleichzeitig mit dem Einblasen von Druckluft
Im Anschluss an die oben beschriebene Vorwärtsspülung kann eine Rückspülung stattfinden, bei welcher Permeat
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Hohlfasermembranen
Beim Betrieb des Wasserfiltrationsmoduls
Als Retentat-Auslass
Ein Auslass, welcher beim zweiten Ausführungsbeispiel als Retentat-Auslass
Bei dem in
In den
In den
Die Hohlfasermembranen
Der längliche Halteabschnitt
Die U-förmigen Abschnitte der oberen Hohlfaserbündel
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Wasserfiltrationsmoduls
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Wasserfiltrationsmodule. Vielmehr kann sie auch bei Filtrationsmodulen für andersartige Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bei dem Dead-End-Wasserfiltrationsmodul
The invention is not limited to water filtration modules. Rather, it can also be used in filtration modules for other types of liquids. At the Dead End
Bei dem Dead-End-Wasserfiltrationsmodul
Es können auch mehr oder weniger als 4000 Hohlfasermembranen
Die Wasserfiltrationsmodule
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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