DE102011122187A1

DE102011122187A1 - Pillow filter unit

Info

Publication number: DE102011122187A1
Application number: DE102011122187A
Authority: DE
Inventors: Christian Dahlberg; Dr. Oechsle Dietmar; Erik Müller; Werner Wietschorke
Original assignee: InnoWa Membrane GmbH
Current assignee: Oechsle Dietmar Dr De
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-27
Also published as: WO2013098237A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Kissenfiltereinheit mit zumindest einer Drainageeinheit (12) und zumindest zwei Membranelementen (16). Es wird vorgeschlagen, dass die Drainageeinheit (12) zumindest von wenigstens zwei Trägerelementen (14), die jeweils teilweise von einem Membranelement (16) ausgefüllt sind, gebildet ist.The invention is based on a pillow filter unit with at least one drainage unit (12) and at least two membrane elements (16). It is proposed that the drainage unit (12) is formed at least by at least two carrier elements (14) which are each partially filled by a membrane element (16).

Description

Stand der TechnikState of the art

Es sind bereits Kissenfiltereinheiten bekannt, die aus zwei Trägerelementen für Filtermembranen und einer dazwischen angeordneten, abstandshaltenden Drainageeinheit bestehen, wobei die Trägerelemente mit Filtermembranen jeweils auf voneinander abgewandten Seiten der Drainageeinheit angeordnet sind. Die Trägerelemente sind dabei jeweils vollständig von den Filtermembranen ausgefüllt. Zu filternde Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, können von beiden Seiten die Kissenfiltereinheit umströmen und eine gefilterte Flüssigkeit kann durch die Drainageeinheit innerhalb der Kissenfiltereinheit transportiert und von dort abgeleitet werden.Cushion filter units are already known which consist of two support elements for filter membranes and a spacer-holding drainage unit arranged therebetween, wherein the support elements with filter membranes are respectively arranged on mutually opposite sides of the drainage unit. The carrier elements are each completely filled by the filter membranes. Liquids to be filtered, such as water, can flow around the pillow filter unit from both sides, and a filtered liquid can be transported through and discharged from the drainage unit within the pillow filter unit.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Kissenfiltereinheit mit zumindest einer Drainageeinheit und zumindest zwei Membranelementen. Unter einer „Drainageeinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Membranelemente voneinander zu beabstanden und zwischen den Membranelementen einen Raum für einen Stofftransport, insbesondere für eine Leitung eines durch die Membranelemente gefilterten Filtrats zu einem Abführelement, das das Filtrat aus der Kissenfiltereinheit abführt, zur Verfügung zu stellen. Unter einem „Membranelement” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das eine poröse Trennschicht aufweist, die insbesondere eine Dicke von maximal 200 μm und vorzugsweise von maximal 10 μm aufweist, wobei die Trennschicht eine Trenngrenze von maximal 2 μm, vorteilhaft maximal 0,2 μm und vorzugsweise von maximal 0,01 μm aufweist. Unter einer „Trenngrenze” soll insbesondere ein Grenzwert eines Durchmessers eines Stoffteilchens verstanden werden, bei dem das Stoffteilchen von der Trennschicht zurückgehalten wird. Das Membranelement kann asymmetrisch ausgebildet sein, wobei unter einem „asymmetrischen” Membranelement ein Membranelement verstanden werden soll, bei dem die poröse Trennschicht eine sich über eine Dicke monoton ändernde Porengröße aufweist. Das Membranelement kann von zumindest einem organischen und/oder von zumindest einem anorganischen Material gebildet sein. Vorteilhaft ist das Membranelement aus einem Polymer, vorzugsweise aus Polyethersulfon, gebildet.The invention is based on a cushion filter unit with at least one drainage unit and at least two membrane elements. A "drainage unit" is to be understood in particular as meaning a unit which is provided to space at least two membrane elements from one another and a space for mass transport between the membrane elements, in particular for a line of filtered filtrate through the membrane elements to a discharge element containing the filtrate from the pillow filter unit dissipates to provide. A "membrane element" is to be understood in particular to be an element which has a porous separating layer which in particular has a thickness of not more than 200 μm and preferably not more than 10 μm, the separating layer having a separation limit of not more than 2 μm, advantageously not more than 0.2 μm and preferably at most 0.01 microns. A "separation limit" is to be understood, in particular, as a limit value of a diameter of a substance particle, in which the substance particle is retained by the separation layer. The membrane element may be asymmetrical, wherein an "asymmetric" membrane element is to be understood as a membrane element in which the porous separation layer has a pore size which varies monotonically over a thickness. The membrane element may be formed by at least one organic and / or at least one inorganic material. Advantageously, the membrane element is formed from a polymer, preferably from polyethersulfone.

Es wird vorgeschlagen, dass die Drainageeinheit zumindest von wenigstens zwei Trägerelementen, die jeweils teilweise von einem Membranelement ausgefüllt sind, gebildet ist. Unter einem „Trägerelement” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das zumindest ein Membranelement trägt und in dem ein Stofftransport, insbesondere von Stoffen, die das Membranelement passiert haben, stattfinden kann. Der Stofftransport kann insbesondere durch das Trägerelement hindurch stattfinden. Unter „teilweise ausgefüllt” soll insbesondere verstanden werden, dass ein Membranelement maximal 95 Prozent, vorteilhaft maximal 50 Prozent und vorzugsweise maximal 5 Prozent eines Volumens des Trägerelements ausfüllt. Insbesondere ist die Drainageeinheit von Bereichen der Trägerelemente gebildet, die nicht von den jeweiligen Membranelementen ausgefüllt sind. Zusätzlich können weitere Elemente in die Drainageeinheit eingefügt sein, beispielsweise ein Feinvlies, welches in von einem Grobgewebe gebildeten Trägerelementen eingebracht ist. Es kann somit vorteilhaft auf ein separates Element zur Beabstandung der Trägerelemente der Membranen verzichtet werden.It is proposed that the drainage unit is formed at least by at least two carrier elements which are each partially filled by a membrane element. A "carrier element" is to be understood in particular an element which carries at least one membrane element and in which a mass transport, in particular of substances that have passed through the membrane element, can take place. The mass transfer can take place in particular through the carrier element. By "partially filled in" is to be understood in particular that a membrane element fills a maximum of 95 percent, advantageously at most 50 percent and preferably at most 5 percent of a volume of the carrier element. In particular, the drainage unit is formed by regions of the carrier elements which are not filled by the respective membrane elements. In addition, further elements can be inserted into the drainage unit, for example a fine fleece, which is introduced into support elements formed by a coarse fabric. It may thus be advantageous to dispense with a separate element for spacing the carrier elements of the membranes.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerelemente flächig miteinander verbunden sind. Unter „flächig miteinander verbunden” soll insbesondere verstanden werden, dass in einem Umkreis von maximal 5 mm, vorteilhaft von maximal 2 mm und vorzugsweise von maximal 0, 5 mm eines Berührpunkts der Trägerelemente untereinander zumindest ein weiterer Berührpunkt der Trägerelemente liegt. Unter einem „Berührpunkt” soll insbesondere eine Stelle einer Oberfläche eines ersten Trägerelements verstanden werden, an der das erste Trägerelement mit einem zweiten Trägerelement verbunden ist, Es kann vorteilhaft eine hohe Festigkeit der Drainageeinheit und eine große Belastungsresistenz der Kissenfiltereinheit, erreicht werden. Ferner kann eine Rückspülbarkeit der Kissenfiltereinheit durch eine flächige Verbindung der Trägerelemente erreicht werden.It is also proposed that the carrier elements are connected to each other flat. By "surface-connected with each other" should be understood in particular that within a radius of at most 5 mm, advantageously of at most 2 mm and preferably of at most 0, 5 mm of a contact point of the support elements with each other at least one further point of contact of the support elements. A "contact point" is to be understood in particular as meaning a location of a surface of a first carrier element to which the first carrier element is connected to a second carrier element. Advantageously, a high strength of the drainage unit and a high load resistance of the cushion filter unit can be achieved. Furthermore, a back flushability of the cushion filter unit can be achieved by a surface connection of the carrier elements.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerelemente stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Unter „stoffschlüssig verbunden” soll insbesondere verstanden werden, dass die Trägerelemente durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden, wie sie beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben und/oder Vulkanisieren erreicht werden können. Vorzugsweise werden die Trägerelemente durch Ultraschallschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden, grundsätzlich sind jedoch auch andere stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise durch Kleben mit einem hochviskosen Klebstoff, vorteilhaft auf Epoxid-, Silikon- und/oder Polyurethan-Basis, vorstellbar. Es kann somit insbesondere eine feste Verbindung der Trägerelemente und eine stabile Drainageeinheit erreicht werden.It is also proposed that the carrier elements are connected to one another in a material-locking manner. By "cohesively connected" should be understood in particular that the support elements are held together by atomic or molecular forces, as they can be achieved for example by soldering, welding, gluing and / or vulcanization. Preferably, the carrier elements are bonded together by ultrasonic welding, but in principle other cohesive connections, for example by gluing with a high-viscosity adhesive, advantageously on epoxy, silicone and / or polyurethane-based, conceivable. It can thus be achieved in particular a firm connection of the support elements and a stable drainage unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerelemente jeweils an zumindest einer von einem Membranelement abgewandten Oberfläche eine Berg-Tal-Struktur aufweisen. insbesondere können sämtliche Oberflächen der Trägerelemente eine Berg-Tal-Struktur aufweisen. Unter einer „Berg-Tal-Struktur” einer Oberfläche soll insbesondere verstanden werden, dass die Oberfläche Erhebungen in Form von beispielsweise Wellen oder Noppen aufweist, welche Täler der Oberfläche um maximal 2 mm, vorteilhaft von maximal 0,5 mm und vorzugsweise von maximal 0,1 mm überstehen. Bei Erhebungen in Form von Wellen weist die Oberfläche eine Liniendichte von zumindest 10 Wellen/cm, vorteilhaft von zumindest 50 Wellen/cm und vorzugsweise von zumindest 100 Wellen/cm senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Wellen und bei Erhebungen in Form von Noppen eine Flächendichte von zumindest 100 Noppen/cm2, vorteilhaft von zumindest 500 Noppen/cm2 und vorzugsweise von zumindest 1000 Noppen/cm2 auf. insbesondere kann die Berg-Tal-Struktur durch eine Struktur eines Gewebes, welches ein Trägerelement bildet, zustande kommen. Es können somit insbesondere Kanäle für einen schnellen Stofftransport, insbesondere eines Filtrats, an der Oberfläche erhalten werden.It is also proposed that the carrier elements each have a hill-valley structure on at least one surface facing away from a membrane element. In particular, all surfaces of the support elements may have a mountain-valley structure. A "mountain valley structure" of a surface should be understood in particular be that the surface has elevations in the form of, for example, waves or nubs, which valleys of the surface by a maximum of 2 mm, advantageously of at most 0.5 mm and preferably of at most 0.1 mm survive. In the case of elevations in the form of waves, the surface has a line density of at least 10 waves / cm, advantageously at least 50 waves / cm and preferably at least 100 waves / cm perpendicular to a main direction of extension of the waves and in the form of nubs an areal density of at least 100 nubs / cm 2, preferably of at least 500 nubs / cm 2 and preferably of at least 1000 nubs / cm 2. In particular, the mountain-valley structure can come about through a structure of a fabric which forms a carrier element. In particular channels for a rapid mass transport, in particular a filtrate, can thus be obtained on the surface.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerelemente an zumindest einem Berührpunkt untereinander jeweils von Bergspitze zu Bergspitze miteinander verbunden sind. Unter „von Bergspitze zu Bergspitze miteinander verbunden” soll insbesondere verstanden werden, dass Berührpunkte der Trägerelemente untereinander jeweils von Spitzen von Wellen und/oder Noppen der Trägerelemente gebildet sind. Unter „Spitzen” sollen insbesondere Bereiche von Wellen und/oder Noppen verstanden werden, welche maximal die obersten 100 μm, vorteilhaft maximal die obersten 10 μm und vorzugsweise maximal die obersten 1000 nm der Wellen und/oder Noppen umfassen. Es kann somit vorteilhaft eine Drainageeinheit erhalten werden, in der ein Stofftransport in durch Täler gebildeten Kanälen mit großem Durchflussvolumen und hoher Fließgeschwindigkeit stattfinden kann.It is also proposed that the carrier elements are connected to each other at least one point of contact with each other from mountain peak to mountain peak. By "connected by mountain peak to mountain peak" is to be understood in particular that points of contact of the carrier elements are each formed by tips of waves and / or nubs of the carrier elements. "Tips" should be understood in particular regions of waves and / or nubs, which comprise at most the top 100 .mu.m, advantageously at most the top 10 .mu.m and preferably at most the top 1000 nm of waves and / or nubs. It can thus be advantageously obtained a drainage unit in which a mass transport can take place in channels formed by valleys with high flow volume and high flow rate.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerelemente von einem Gewebe gebildet sind. Unter einem „Gewebe” soll insbesondere ein textiles Gebilde verstanden werden, welches aus mindestens zwei im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Fadensystemen besteht. Unter „im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet” soll insbesondere verstanden werden, dass aneinander angrenzende Fäden unterschiedlicher Fadensysteme einen Winkel miteinander einschließen, welcher maximal um 5 Grad, vorteilhaft maximal um 1 Grad, und vorzugsweise maximal um 0,1 Grad von 90 Grad abweicht. Alternativ können die Trägerelemente anstatt von einem Gewebe auch von einem Vliesstoff gebildet sein. Unter einem „Vliesstoff” soll insbesondere ein textiles Gebilde aus miteinander verbundenen Fasern verstanden werden, wobei eine Verbindung der Fasern untereinander durch Haftung aneinander und/oder durch eine mechanische, chemische und/oder thermische Behandlung erreicht werden kann, und bei dem eine Orientierung einzelner Fasern zueinander lediglich durch statistische Mittel beschrieben werden kann. Das Gewebe oder der Vliesstoff können aus jedem einem Fachmann als geeignet erscheinenden organischen und/oder anorganischen Material hergestellt sein, vorzugsweise ist das Gewebe oder der Vliesstoff zumindest teilweise aus Polypropylen und/oder Polyoxymethylen hergestellt. Grundsätzlich können die zwei Trägerelemente, die eine Drainageeinheit bilden, jeweils von unterschiedlichen Geweben und/oder Vliesstoffen gebildet sein. Es kann somit insbesondere ein einfach herstellbares Trägerelement erreicht werden.It is also proposed that the carrier elements are formed by a fabric. A "fabric" is to be understood in particular a textile structure, which consists of at least two substantially perpendicular to each other arranged thread systems. By "substantially at right angles to each other" should be understood in particular that adjoining threads of different thread systems form an angle with each other, which deviates by a maximum of 5 degrees, advantageously at most 1 degree, and preferably at most by 0.1 degrees of 90 degrees. Alternatively, the carrier elements may also be formed by a nonwoven fabric instead of a woven fabric. A "nonwoven fabric" is to be understood in particular as meaning a textile structure made of interconnected fibers, it being possible for the fibers to bond to one another by adhesion to one another and / or by mechanical, chemical and / or thermal treatment, and an orientation of individual fibers can only be described by statistical means. The fabric or nonwoven fabric may be made from any organic and / or inorganic material that appears appropriate to one skilled in the art, preferably the fabric or nonwoven fabric is at least partially made from polypropylene and / or polyoxymethylene. In principle, the two carrier elements which form a drainage unit can each be formed by different fabrics and / or nonwoven fabrics. It can thus be achieved in particular a simple to produce carrier element.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Membranelement eine zusätzliche Funktionsbeschichtung aufweist. Unter einer „zusätzlichen Funktionsbeschichtung” soll insbesondere eine Beschichtung mit einer Dicke von maximal 5 μm, vorteilhaft von maximal 0,5 μm und vorzugsweise von maximal 1 nm verstanden werden, welche aus einem von einem Material des Membranelements verschiedenen Material besteht und mindestens eine zusätzliche, von einer Filterungsfunktion unterschiedliche Funktion aufweist, beispielsweise eine antimikrobielle und/oder antifungale Funktion oder eine auf dem Lotus-Effekt basierende Anti-Schmutzhaftungsfunktion zu einer Verringerung von Fouling. Insbesondere kann die zusätzliche Funktionsbeschichtung von einer monomolekularen Beschichtung gebildet sein. Die zusätzliche Funktionsbeschichtung kann von organischen und/oder anorganischen Beschichtungen und/oder von einer Beschichtung aus einer Kombination von organischen und anorganischen Materialien, beispielsweise einer organometallischen Beschichtung gebildet sein. Die zusätzliche Funktionsbeschichtung kann beispielsweise von einer Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sein. Es kann vorteilhaft durch eine zusätzliche Funktionsbeschichtung eine einfache Anpassung der Kissenfiltereinheit an spezifische Einsatzsituationen erreicht werden.It is also proposed that at least one membrane element has an additional functional coating. An "additional functional coating" is to be understood in particular as meaning a coating having a thickness of at most 5 μm, advantageously of not more than 0.5 μm and preferably not more than 1 nm, which consists of a material which is different from a material of the membrane element and at least one additional, has a different function from a filtering function, for example, an antimicrobial and / or antifungal function or a lotus effect-based anti-soiling function to reduce fouling. In particular, the additional functional coating may be formed by a monomolecular coating. The additional functional coating may be formed from organic and / or inorganic coatings and / or from a coating of a combination of organic and inorganic materials, for example an organometallic coating. The additional functional coating can be formed, for example, by a layer of carbon nanotubes. It can be advantageously achieved by an additional functional coating a simple adaptation of the cushion filter unit to specific situations.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kissenfiltereinheit vorgeschlagen, bei dem in einem Verfahrensschritt zumindest ein Membranelement in ein Trägerelement einseitig eingebracht wird und in einem weiteren Verfahrensschritt zwei Trägerelemente jeweils an einer von dem zumindest einem Membranelement abgewandten Seite miteinander verbunden werden. Es kann somit insbesondere ein einfaches Herstellungsverfahren erreicht werden.Furthermore, a method for producing a cushion filter unit is proposed in which, in one method step, at least one membrane element is introduced into a carrier element on one side and in a further method step, two carrier elements are connected to one another at a side remote from the at least one membrane element. It can thus be achieved in particular a simple manufacturing process.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Membranelement mittels eines Fällprozesses in das Trägerelement eingebracht wird. Unter einem „Fällprozess” soll insbesondere ein Herstellungsverfahren verstanden werden, bei dem Materialbestandteile des Membranelements in gelöster Form in einer hochviskosen Lösung zusammen mit einem Lösungsmittel, beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon, enthalten sind, wobei in der Lösung zusätzlich zu den Materialbestandteilen und dem Lösungsmittel weitere Stoffe, beispielsweise ein Stabilisatormittel, enthalten sein können, und durch Zugabe eines Ausfällungsmittels, beispielsweise von Wasser, und/oder durch eine Veränderung äußerer Bedingungen, wie beispielsweise einer Temperatur und/oder eines pH-Werts, eine Bildung des Membranelements aus den in der Lösung enthaltenen Materialbestandteilen einsetzt. Beispielsweise kann die hochviskose Lösung auf das Trägerelement aufgebracht, mittels einer Rakel gleichmässig verteilt und mittels einer Phaseninversion zu einem Membranelement gefällt werden. Es kann somit insbesondere ein einfach durchführbares, gut kontrollierbares Herstellungsverfahren erreicht werden.It is also proposed that the membrane element is introduced into the carrier element by means of a precipitation process. A "precipitation process" is to be understood in particular as meaning a production process in which material constituents of the membrane element are present in dissolved form in a highly viscous solution together with a solvent, for example N-methyl-2-pyrrolidone, wherein in addition to the Material components and the solvent further substances, such as a stabilizer may be contained, and by adding a precipitating agent, such as water, and / or by changing external conditions, such as a temperature and / or a pH, a formation of the membrane element used from the material components contained in the solution. For example, the highly viscous solution can be applied to the carrier element, evenly distributed by means of a doctor blade and precipitated by means of a phase inversion to form a membrane element. It can thus be achieved in particular an easy to carry out, easy to control production process.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Membranelement in das Trägerelemente teilweise durchgefällt wird. Unter „teilweise durchgefällt” soll insbesondere verstanden werden, dass das Membranelement nach Abschluss des Fällprozesses maximal 95 Prozent, vorteilhaft maximal 50 Prozent und vorzugsweise maximal 5 Prozent eines Volumens des Trägerelements ausfüllt.It is also proposed that the membrane element is partially penetrated into the carrier elements. By "partially precipitated" is to be understood in particular that the membrane element after completion of the precipitation process fills a maximum of 95 percent, preferably a maximum of 50 percent and preferably a maximum of 5 percent of a volume of the support element.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in dem Verfahrensschritt eine auf das Trägerelement aufgebrachte Lösung zur Herstellung des Membranelements in einer Klimakammer behandelt wird. Unter einer „Klimakammer” soll insbesondere ein Raum verstanden werden, durch den das Trägerelement mit der aufgebrachten Lösung geführt wird und in dem voreingestellte, kontrollierbare äußere Bedingungen, wie beispielsweise eine voreingestellte Temperatur, Luftfeuchte und/oder Luftströmung, bereitgestellt werden. Hierzu weist die Klimakammer insbesondere zumindest ein Heizelement und zumindest eine Befeuchtungsanlage auf, In der Klimakammer findet die Fällung des Membranelements zumindest zum Teil statt. Insbesondere wird eine Oberfläche des Membranelements gefällt. Es können somit insbesondere Eigenschaften des Membranelements, wie beispielsweise Porengröße und/oder -verteilung, kontrollierbar eingestellt werden.It is also proposed that in the method step, a solution applied to the carrier element for the preparation of the membrane element in a climatic chamber is treated. A "climatic chamber" is to be understood in particular as meaning a space through which the carrier element is guided with the applied solution and in which pre-set, controllable external conditions, such as a preset temperature, humidity and / or air flow, are provided. For this purpose, the climate chamber in particular has at least one heating element and at least one humidification system. In the climatic chamber, the precipitation of the membrane element takes place at least in part. In particular, a surface of the membrane element is precipitated. Thus, in particular properties of the membrane element, such as, for example, pore size and / or distribution, can be adjusted controllably.

Zeichnungendrawings

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, an embodiment of the invention is shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische, nicht maßstabsgetreue Zeichnung einer Kissenfiltereinheit, 1 a schematic, not to scale drawing of a cushion filter unit,

2 eine schematische Darstellung eines Herstellungsprozesses eines Trägerelements mit einem Membranelement und 2 a schematic representation of a manufacturing process of a support member with a membrane element and

3 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung der Kissenfiltereinheit. 3 a schematic representation of a sequence of a method for producing the cushion filter unit.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Kissenfiltereinheit 10 mit einer Drainageeinheit 12, die von zwei Trägerelementen 14, welche jeweils teilweise von einem Membranelement 16 ausgefüllt sind, gebildet ist. Die Drainageeinheit 12 ist von Bereichen der Trägerelemente 14 gebildet, welche nicht von den Membranelementen 16 ausgefüllt sind. Die Drainageeinheit 12 stellt einen Raum zwischen den Membranelementen 16 zur Verfügung, in dem eine durch die Membranelemente 16 durchtretende und durch die Membranelemente 16 gefilterte Flüssigkeit transportiert und durch nicht dargestellte Abführvorrichtungen abgeführt werden kann. Die Membranelemente 16 füllen jeweils etwa 60 Prozent eines Volumens der Trägerelemente 14 aus. Die Trägerelemente 14 sind jeweils von einem Gewebe gebildet. Oberflächen des Gewebes weisen eine durch einen Verlauf von Fadensystemen des Gewebes bedingte Berg-Tal-Struktur auf. Erhebungen der Berg-Tal-Struktur sind durch Berge 20 in Form von Wellen gebildet, die Täler 18 der Oberflächen um 0,5 mm überstehen. Die Wellen weisen eine Liniendichte senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Wellen von 30 Wellen/cm auf. Durch Berge 20 und Täler 18 der Berg-Tal-Struktur gebildete Kanäle der Drainageeinheit 12 ermöglichen ein hohes Durchflussvolumen einer durch die Membranelemente 16 gefilterten Flüssigkeit. 1 shows the schematic structure of a pillow filter unit according to the invention 10 with a drainage unit 12 made up of two support elements 14 , each partially of a membrane element 16 filled are formed. The drainage unit 12 is of areas of the support elements 14 not formed by the membrane elements 16 are filled. The drainage unit 12 represents a space between the membrane elements 16 in which one through the membrane elements 16 passing through and through the membrane elements 16 filtered liquid transported and can be removed by not shown discharge devices. The membrane elements 16 each fill about 60 percent of a volume of the support elements 14 out. The carrier elements 14 are each formed by a tissue. Surfaces of the fabric have a mountain valley structure due to a course of thread systems of the fabric. Elevations of the mountain valley structure are through mountains 20 formed in the form of waves, the valleys 18 of the surfaces by 0.5 mm. The waves have a line density perpendicular to a main direction of extension of the waves of 30 waves / cm. Through mountains 20 and valleys 18 the valley-valley structure formed channels of the drainage unit 12 allow a high flow volume through the membrane elements 16 filtered liquid.

Die Membranelemente 16 sind aus einem hydrophilen Polysulfon-Polymer hergestellt und weisen eine asymmetrische Struktur auf, wobei eine Porengröße von 0,1 μm an einer von der Drainageeinheit 12 abgewandten Seite der Membranelemente 16 bis auf 10 μm an einer der Drainageeinheit 12 zugewandten Seite der Membranelemente 16 zunimmt. Zusätzlich weisen die Membranelemente 16 an einer von der Drainageeinheit 12 abgewandten Oberfläche eine zusätzliche Funktionsbeschichtung 26 auf, welche eine antibakterielle Wirkung zu einer Verringerung von Fouling aufweist.The membrane elements 16 are made of a hydrophilic polysulfone polymer and have an asymmetric structure, with a pore size of 0.1 microns at one of the drainage unit 12 opposite side of the membrane elements 16 up to 10 μm at one of the drainage unit 12 facing side of the membrane elements 16 increases. In addition, the membrane elements 16 at one of the drainage unit 12 remote surface an additional functional coating 26 which has an antibacterial effect for reducing fouling.

Die Trägerelemente 14 sind zur Bildung der Drainageeinheit 12 stoffschlüssig mittels eines hochviskosen Klebstoffs auf Epoxid-Basis miteinander verbunden. Der Klebstoff ist jeweils auf Bergspitzen 22 der Oberflächen der Trägerelemente 14 aufgetragen, d. h. der Klebstoff ist auf Bereiche der Wellen aufgetragen, welche die Oberfläche um 10 μm und höher überstehen. Berührpunkte 24 der Trägerelemente 14, an denen mittels des Klebstoffs eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird, sind jeweils von den Bergspitzen 22 gebildet, wodurch die Trägerelemente 14 flächig miteinander verbunden sind.The carrier elements 14 are to form the drainage unit 12 cohesively connected by means of a high-viscosity adhesive based on epoxy. The glue is on mountain peaks 22 the surfaces of the support elements 14 applied, ie the adhesive is applied to areas of the waves, which survive the surface by 10 microns and higher. touch points 24 the support elements 14 , to which by means of the adhesive a cohesive connection is made, are each of the mountain peaks 22 formed, whereby the support elements 14 are connected to each other flat.

Die Kissenfiltereinheit 10 wird in einem Verfahren aus drei Verfahrensschritten 34, 36, 38 hergestellt (3). In einem Verfahrensschritt 34 wird ein Membranelement 16 in ein Trägerelement 14 einseitig eingebracht und eine auf das Trägerelement 14 aufgebrachte Lösung 28 zur Herstellung des Membranelements 16 in einer Klimakammer 32 behandelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 36 wird das eingebrachte Membranelement 16 getrocknet und optional mit einer zusätzlichen Funktionsbeschichtung 26 versehen. In einem weiteren Verfahrensschritt 38 werden zwei Trägerelemente 14 jeweils an der von dem Membranelement 16 abgewandten Seite zu einer Kissenfiltereinheit 10 miteinander verbunden sowie optional mit weiteren Funktionselementen, wie beispielsweise einem Abführrohr, verbunden.The pillow filter unit 10 is in a process of three steps 34 . 36 . 38 produced ( 3 ). In one process step 34 becomes a membrane element 16 in a carrier element 14 introduced on one side and one on the support element 14 applied solution 28 for producing the membrane element 16 in a climatic chamber 32 treated. In a further process step 36 becomes the introduced membrane element 16 dried and optionally with an additional functional coating 26 Mistake. In a further process step 38 become two carrier elements 14 each at the of the membrane element 16 facing away from a pillow filter unit 10 interconnected and optionally connected to other functional elements, such as a discharge pipe.

Das Membranelement 16 wird in dem Verfahrensschritt 34 in das Trägerelement 14 mittels eines Fällprozesses eingebracht (2). Hierzu wird das Trägerelement 14 auf ein Laufband 42 aufgelegt. In dem ersten Verfahrensschritt 34 wird eine Lösung 28 aus Bestandteilen von Polyethersulfon in Form von einem Diphenol und 4-4'-Dichlordiphenolsulfon auf ein Trägerelement 14 aufgetragen. Die Auftragung geschieht mittels einer Düse 40, die die Lösung 28 auf das Trägerelement 14 aufspritzt. Die aufgetragene Lösung 28 wird direkt im Anschluss mittels einer Rakel 30 gleichmässig auf dem Trägerelement 14 verteilt. Während eines Transports auf dem Laufband 42 sickert die Lösung 28 in das Trägerelement 14 ein und füllt im Verlauf des Transports immer größere Bereiche des Trägerelements 14 aus. Unmittelbar nach Verteilung der Lösung 28 auf dem Trägerelement 14 wird das Trägerelement 14 mit der aufgetragenen Lösung 28 durch das Laufband 42 in die Klimakammer 32 gebracht. In der Klimakammer 32 polymerisiert die Lösung 28 aufgrund zugegebenen Fällungsmittels, wobei es sich um in Form von Wasserdampf in der Klimakammer 32 zugegebenes Wasser handelt. In der Klimakammer 32 entsteht eine Oberfläche des Membranelements 16 durch Polymerisation der Lösung 28. Das Trägerelement 14 mit oberflächlich polymerisierter Lösung 28 wird nach Durchlauf der Klimakammer 32 in ein Wasserbad 44 verbracht, wo durch das Wasser als Fällungsmittel restliche Lösung 28 zu dem Membranelement 16 gefällt wird. Das Membranelement 16 wird hierbei in das Trägerelement 14 nur teilweise durchgefällt, so dass es das Trägerelement 14 nur teilweise ausfüllt.The membrane element 16 is in the process step 34 in the carrier element 14 introduced by means of a precipitation process ( 2 ). For this purpose, the support element 14 on a treadmill 42 hung up. In the first process step 34 becomes a solution 28 from constituents of polyethersulfone in the form of a diphenol and 4-4'-dichlorodiphenolsulfone onto a carrier element 14 applied. The application is done by means of a nozzle 40 that the solution 28 on the carrier element 14 splashes. The applied solution 28 is directly after using a squeegee 30 evenly on the carrier element 14 distributed. During transport on the treadmill 42 the solution oozes 28 in the carrier element 14 and fills in the course of transport ever larger areas of the support element 14 out. Immediately after distribution of the solution 28 on the carrier element 14 becomes the carrier element 14 with the applied solution 28 through the treadmill 42 in the climatic chamber 32 brought. In the climate chamber 32 polymerizes the solution 28 due to added precipitant, being in the form of water vapor in the climatic chamber 32 added water is. In the climate chamber 32 a surface of the membrane element is formed 16 by polymerization of the solution 28 , The carrier element 14 with superficially polymerized solution 28 will after passing through the environmental chamber 32 in a water bath 44 spent, where by the water as precipitant residual solution 28 to the membrane element 16 like it. The membrane element 16 is here in the carrier element 14 only partially passed through, so that it is the support element 14 only partially completed.

In dem weiteren Verfahrensschritt 36 wird das eingebrachte Membranelement 16 getrocknet. Nach Trocknung des Membranelements 16 wird das Trägerelement 14 mit Membranelement 16 in passende Größen geschnitten. Optional kann eine zusätzliche Funktionsbeschichtung 26 nach Fällung des Membranelements 16 und/oder nach Trocknung des Membranelements 16 auf das Membranelement 16 aufgebracht werden. Hierzu kann das Trägerelement 14 mit dem eingebrachten Membranelement 16 beispielsweise in eine Vakuumkammer zu einer Oberflächenbeschichtung mittels eines Plasmas verbracht werden. Alternativ kann die zusätzliche Funktionsbeschichtung 26 während des Fällprozesses aufgebracht werden.In the further process step 36 becomes the introduced membrane element 16 dried. After drying the membrane element 16 becomes the carrier element 14 with membrane element 16 cut into appropriate sizes. Optionally, an additional functional coating 26 after precipitation of the membrane element 16 and / or after drying of the membrane element 16 on the membrane element 16 be applied. For this purpose, the carrier element 14 with the introduced membrane element 16 For example, be placed in a vacuum chamber to a surface coating by means of a plasma. Alternatively, the additional functional coating 26 be applied during the precipitation process.

In dem weiteren Verfahrensschritt 38 wird der hochviskose Klebstoff auf die von Wellen gebildeten Berge 20 der Berg-Tal-Struktur aufgebracht und zwei Trägerelemente 14 werden mittels des aufgetragenen Klebstoffs stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierdurch entsteht eine Kissenfiltereinheit 10 mit einer Drainageeinheit 12 und zwei Trägerelementen 14 mit jeweils einem Membranelement 16. Im Anschluss an eine stoffschlüssige Verbindung der Trägerelemente 14 wird die Kissenfiltereinheit 10 an drei Seiten durch eine durchgehende Verbindung, beispielsweise durch Ultraschallschweißen und/oder durch eine durchgehende Klebeverbindung, nach außen abgedichtet und an einer vierten Seite wird ein Abführelement angebracht.In the further process step 38 The high-viscosity adhesive is applied to the mountains formed by waves 20 the mountain valley structure applied and two support elements 14 be connected by means of the adhesive applied cohesively. This creates a cushion filter unit 10 with a drainage unit 12 and two support elements 14 each with a membrane element 16 , Following a cohesive connection of the support elements 14 becomes the pillow filter unit 10 sealed on three sides by a continuous connection, for example by ultrasonic welding and / or by a continuous adhesive connection, to the outside and on a fourth side, a discharge element is attached.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: KissenfiltereinheitPillow filter unit
1212: Drainageeinheitdrainage unit
1414: Trägerelementsupport element
1616: Membranelementmembrane element
1818: Talvalley
2020: Bergmountain
2222: BergspitzeMountain top
2424: Berührpunktcontact point
2626: Zusätzliche FunktionsbeschichtungAdditional functional coating
2828: Lösungsolution
3030: Rakeldoctor
3232: Klimakammerclimatic chamber
3434: Verfahrensschrittstep
3636: Verfahrensschrittstep
3838: Verfahrensschrittstep
4040: Düsejet
4242: Laufbandtreadmill
4444: Wasserbadwater bath

Claims

Pillow filter unit with at least one drainage unit ( 12 ) and at least two membrane elements ( 16 ), characterized in that the drainage unit ( 12 ) at least of at least two carrier elements ( 14 ), each partly of a membrane element ( 16 ) are formed.

Pillow filter unit according to claim 1, characterized in that the carrier elements ( 14 ) are connected to each other flat.

Pillow filter unit according to claim 2, characterized in that the carrier elements ( 14 ) are cohesively connected to each other.

Cushion filter unit at least claim 1, characterized in that the carrier elements ( 14 ) on at least one of a membrane element ( 16 ) facing away from a mountain-valley structure.

Pillow filter unit at least according to claim 2 and claim 4, characterized in that the carrier elements ( 14 ) at least one touch point ( 24 ) each other from each mountain peak ( 22 ) to mountain peak ( 22 ) are interconnected.

Pillow filter unit at least according to claim 1, characterized in that the carrier elements ( 14 ) are each formed by a tissue.

Pillow filter unit at least according to claim 1, characterized in that at least one membrane element ( 16 ) an additional functional coating ( 26 ) having.

Method for producing a cushion filter unit ( 10 ) at least according to claim 1, characterized in that in a process step ( 34 ) at least one membrane element ( 16 ) in a carrier element ( 14 ) is introduced on one side and in a further process step ( 38 ) two carrier elements ( 14 ) at one of the at least one membrane element ( 16 ) facing away from each other.

Method according to claim 8, characterized in that the membrane element ( 16 ) by means of a precipitation process in the carrier element ( 14 ) is introduced.

Method according to claim 9, characterized in that the membrane element ( 16 ) in the carrier element ( 14 ) is partially passed through.

Process according to at least claim 8, characterized in that in the process step ( 34 ) one on the support element ( 14 ) applied solution ( 28 ) for the production of the membrane element ( 16 ) in a climate chamber ( 32 ) is treated.