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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Lichtleitungsmodul für eine Membranfiltervorrichtung zur Filtration von flüssigem Fluid, aufweisend eine Lichteinbringeinrichtung zur Einbringung von Licht wenigstens in einen Fluidraum der Membranfiltervorrichtung zum Zwecke der Vermeidung und/oder Reduzierung von Fouling. Die Erfindung betrifft ferner eine Membranfiltervorrichtung zur Filtration von flüssigem Fluid, aufweisend ein solches Lichtleitungsmodul und wenigstens eine Membrananordnung mit wenigstens einem Membranabschnitt, dessen Wand aus teildurchlässigen Strukturen ist, und aufweisend wenigstens einen Teil einer Lichteinbringeinrichtung zur Einbringung von Licht wenigstens in einen an wenigstens einen Membranabschnitt angrenzenden Fluidraum zum Zwecke der Vermeidung und/oder Reduzierung von Fouling..
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Stand der Technik
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Aus
EP 2 551241 A1 ,
WO 2011/113117 A1 ,
JP H10-174 968 A und
DE 102013222895 A1 sind Filtrationsvorrichtungen mit Lichtquellen bekannt. Aus der
WO 2015/054502 A1 ist eine Wasserfiltervorrichtung bekannt, welche ein Gehäuse, eine erste Kappe, ein Membranelement, eine Permeatleitung, eine Quarzhülse und eine UV-Lampe aufweist. Die Permeatleitung ist mit einer Mehrzahl von gleichmäßig verteilten Permeatöffnungen ausgestattet. Das Membranelement ist außerhalb der Permeatleitung angeordnet. Das Membranelement, die Permeatleitung, die Quarzhülse und die UV-Lampe sind in einem Gehäuse angeordnet. Die Quarzhülse ist entlang einer Mittelachse der Permeatleitung angeordnet. Die UV-Lampe ist auf der Innenseite oder innerhalb der Quarzhülse angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Membranfiltervorrichtung und ein Modul der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen wenigstens eine Lichteinbringeinrichtung einfacher und/oder effizienter ausgestaltet sein soll, montiert und gewartet werden können soll und/oder platzsparender aufgebaut sein soll, insbesondere soll bei einem Membranfiltrationsprozess Fouling besser vermieden und/oder reduziert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lichtleitungsmodul nach Anspruch 1 und eine Membranfiltervorrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Erfindungsgemäß ist, dass die Lichteinbringeinrichtung wenigstens ein Lichtleitungsmedium zur Leitung und Verteilung von Licht aufweist, welches wenigstens einen Lichteinstrahlungsabschnitt, in dem Licht in das Lichtleitungsmedium eingeleitet werden kann, und wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt, in dem Licht, welches von dem wenigstens einen Lichteinstrahlungsabschnitt mit dem wenigstens einen Lichtleitungsmedium entlang dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt verteilt werden kann, aus dem Lichtleitungsmedium abgestrahlt werden kann, wobei sich wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt wenigstens teilweise in wenigstens einem Fluidraum entlang wenigstens eines Membranabschnitts erstreckt und wenigstens ein Lichteinstrahlungsabschnitt wenigstens teilweise außerhalb des wenigstens einen Fluidraums angeordnet ist und wobei wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt so gestaltet ist, dass Licht aus dem Lichtleitungsmedium durch den wenigstens einen Fluidraum auf eine Außenseite wenigstens eines Membranabschnitts abgestrahlt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Lichtleitungsmedium vorgesehen, mit welchem Licht aus einem Bereich außerhalb des wenigstens einen Fluidraums in einen Bereich innerhalb des wenigstens einen Fluidraums geleitet werden kann. Auf diese Weise kann wenigstens eine Lichtquelle, mit der das Licht erzeugt wird, außerhalb des wenigstens einen Fluidraums angeordnet werden. So kann ein Platzbedarf innerhalb des wenigstens einen Fluidraums, welcher bei der aus dem Stand der Technik bekannten Wasserfiltervorrichtung zur Aufnahme der UV-Lampe benötigt wird, bei der Erfindung eingespart werden. Durch die platzsparende Verwendung wenigstens eines platzsparenden Lichtleitungsmediums können mehrere Membranabschnitte dichter gepackt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens eines Lichtleitungsmediums mit wenigstens einem Lichteinstrahlungsabschnitt und wenigstens einem Lichtabstrahlungsabschnitt kann eine gleichmäßige Verteilung des Lichts innerhalb der Membranfiltervorrichtung, insbesondere der gesamten Membranfiltervorrichtung erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist kein direkter Kontakt der wenigstens einen Lichtquelle mit dem flüssigen Fluid erforderlich. Auf diese Weise können Störungen der Lichtquelle durch Kontakt mit flüssigem Fluid vermieden werden. Es ist nicht erforderlich, die wenigstens eine Lichtquelle gegen Flüssigkeit zu schützen, wie dies bei der bekannten Filtervorrichtung der Fall ist. So kann ein Aufwand an Bauteilen und bei der Montage verringert werden. Die wenigstens eine Lichtquelle kann von außerhalb der Membranfiltervorrichtung besser zugänglich angeordnet werden, sodass ein Wartungsaufwand und/oder ein Montageaufwand vereinfacht werden kann. Die wenigstens eine Lichtquelle kann so auch einfacher ausgetauscht werden.
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Das wenigstens eine Lichtleitungsmedium weist wenigstens einen Lichteinstrahlungsabschnitt auf. Der wenigstens eine Lichteinstrahlungsabschnitt kann insbesondere mittels einen Anschluss mit wenigstens einer Lichtquelle verbunden sein oder werden. So können Lichtverluste beim Einleiten des Lichts verringert werden.
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Wenigstens ein Lichteinstrahlungsabschnitt kann vorteilhafterweise an einer oder als Querschnittsfläche wenigstens eines insbesondere faserartigen Lichtleitungsmediums realisiert sein.
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Ferner weist das wenigstens eine Lichtleitungsmedium wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt auf. Der Lichtabstrahlungsausschnitt befindet sich wenigstens teilweise innerhalb des wenigstens einen Fluidraums. Der wenigstens eine Lichtabstrahlungsabschnitt ist so gestaltet, dass Licht, welches in dem Lichtleitungsmedium geleitet wird, aus dem Lichtleitungsmedium herausgelangen kann. Dies kann vorteilhafterweise durch eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere Beschichtungen, verbessert werden.
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Ferner kann das Material des wenigstens einen Lichtleitungsabschnitts, insbesondere das gesamte Lichtleitungsmedium, bezüglich seiner optischen Eigenschaften auf das eingestrahlte Licht und die zu reinigende Flüssigkeit derart abgestimmt sein, dass im Bereich der optischen Grenzflächen ein Durchlass des Lichts von dem Lichtleitungsmedium in das Fluid in dem Fluidraum möglichst verlustfrei möglich ist.
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Vorteilhafterweise kann die Lichtleitfähigkeit wenigstens eines Lichtleitungsmediums für den Wellenlängenbereich des verwendeten Lichts optimiert sein. Auf diese Weise kann ein Lichtverlust in dem wenigstens einen Lichtleitungsmedium verringert werden. So kann eine Lichtleistung, welche in den wenigstens einen Fluidraum abgestrahlt wird, vergrößert werden.
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Wenigstens ein Lichtleitungsmedium kann Quarz oder Quarzglas aufweisen oder daraus bestehen. Eine Lichttransmissionsrate von Quarz oder Quarzglas ist verhältnismäßig hoch. Folglich wird ein Lichtverlust verringert, bevorzugt verhindert.
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Mit dem abgestrahlten Licht kann Fouling insbesondere im Bereich der entsprechenden Außenseite des wenigstens einen Membranabschnitts vermieden oder bereits vorhandenes Fouling kann reduziert werden.
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Unter „Licht“ im Sinne der Erfindung wird für das menschliche Auge sichtbare und nicht sichtbare elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen etwa 100 nm und 1 mm verstanden.
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Unter „Fouling“ wird die Ansammlung von organischen und anorganischen Komponenten auf einer Membranoberfläche verstanden. Bakterien können einen Biofilm auf den Oberflächen der Membranabschnitte bilden, der schwer entfernt werden kann. Durch zunehmendes Fouling wird die Leistung der Membranabschnitte verringert. Mit der erfindungsgemäßen Membranfiltervorrichtung kann Fouling einfacher und effizienter entfernt oder verhindert werden. Auf diese Weise können Zeitabstände, in denen die Membranen rückgespült und gereinigt werden müssen, verlängert. Bevorzugt kann auf separate Rückspülung und Reinigung gänzlich verzichtet werden. So können Unterbrechungen des Filtrationsprozesses für Wartungsaufgaben verringert werden. Die Standzeit der Membranfiltervorrichtung kann so insgesamt verlängert werden. Außerdem kann ein Einsatz von aggressiven Chemikalien verringert oder gänzlich vermieden werden, welche bei bekannten Membranfiltervorrichtungen zur Reinigung eingesetzt werden. So können dabei anfallende Abfallprodukte und Kosten verringert werden. Durch die Verhinderung von Fouling und die Verringerung von Chemikalien kann ein Membranfilterprozess verbessert, insbesondere optimiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt in einem Fluidraum auf einer anströmseitigen Rohfluidseite des wenigstens einen Membranabschnitts angeordnet sein. Wenigstens eine Wand des wenigstens einen Membranabschnitts kann den Fluidraum von einer abströmseitigen Permeatseite des wenigstens einen Membranabschnitts trennen. In dem wenigstens einen Fluidraum mit dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt können der Zulauf (Feed) des zu reinigenden Fluids und das zurückgehaltene Retentat geführt werden. Bei dem Retentat kann es sich um im Feed enthaltene Stoffe, insbesondere Verschmutzungen und/oder Mineralien oder Salze, handeln, die von der wenigstens einen Wand des wenigstens einen Membranabschnitts zurückgehalten werden. Auf der gegenüberliegenden Seite der wenigstens einen Wand des wenigstens einen Membranabschnitts, insbesondere im Inneren eines Hohlfasermembranabschnitts oder zwischen den Wänden eines doppelten Flachmembranabschnitts, kann ein Permeatraum realisiert sein. In dem Permeatraum kann das durch die Wände durchgelassene Permeat geführt werden. Der Permeatraum kann mit einer entsprechenden Permeatleitung oder einem Permeatkanal zum Abführen des Permeats fluidtechnisch verbunden sein.
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Vorteilhafterweise kann die Membranfiltervorrichtung wenigstens ein Gehäuse aufweisen. In wenigstens einem Gehäuse kann wenigstens ein Teil wenigstens einer Membrananordnung und wenigstens ein Teil wenigstens einer Lichteinbringeinrichtung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Teil wenigstens einer Membrananordnung und/oder wenigstens ein Teil wenigstens einer Lichteinbringeinrichtung wenigstens einen Teil wenigstens eines Gehäuses wenigstens mit bilden.
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Wenigstens ein Gehäuse der Membranfiltervorrichtung kann vorteilhafterweise wenigstens einen Einlass für das Feed des zu reinigenden Fluids, wenigstens einen Auslass für Permeat und/oder wenigstens einen Auslass für Retentat aufweisen.
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Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Gehäuse wenigstens einen Lichtanschluss der Lichteinbringeinrichtung zur Einleitung von Licht aufweisen. Wenigstens ein Lichteinstrahlungsabschnitt, insbesondere ein Lichtanschluss, kann vorteilhafterweise für den Anschluss wenigstens einer künstlichen Lichtquelle ausgestaltet sein. Wenigstens eine Lichtquelle kann vorteilhafterweise Teil der Membranfiltervorrichtung sein. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichteinstrahlungsabschnitt, insbesondere ein Lichtanschluss, zur Einleitung von natürlichem Licht, insbesondere Sonnenlicht, ausgestaltet sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle auf oder an einer Halterung, insbesondere einer Platte, angeordnet sein. Vorteilhafterweise können mehrere Lichtquellen an der Halterung befestigt sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle, insbesondere die Halterung mit wenigstens einer Lichtquelle, derart in/an der Membranfiltervorrichtung, insbesondere an einem Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens einem Membranmodul, angeordnet und/ oder befestigt sein, dass das von ihr ausgestrahlte Licht auf wenigstens einen Lichteinstrahlabschnitt wenigstens eines Lichtleitungsmediums fällt, insbesondere gerichtet ist.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Lichtquelle wenigstens eine Leuchtdiode (LED) aufweisen. Leuchtdioden können energiesparend und/oder platzsparend realisiert werden. Ferner können Leuchtdioden robust und langlebig realisiert werden. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Modulgehäuse der Membranfiltervorrichtung wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein Lichtleitungsmedium aufweisen, welches das Licht gleichmäßig auf eine Oberfläche wenigstens eines Membranabschnitts verteilen kann.
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Vorteilhafterweise kann eine Anordnung von mehreren Lichtquellen insbesondere flächig und/oder in Reihe vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können mehrere Lichtquellen in Form von Leuchtdioden auf einer Diodenplatte angeordnet sein. Auf diese Weise können die Lichtquellen gemeinsam auf der Diodenplatte vorbereitet, an der Membranfiltervorrichtung montiert und gegebenenfalls zu Wartungszwecken entfernt oder ausgetauscht werden.
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Vorteilhafterweise können Materialien der Komponenten und Bauteile der Membranfiltervorrichtung resistent sein gegenüber beim Betrieb und/oder bei einer Wartung der Membranfiltervorrichtung verwendeten Stoffen, insbesondere chemischen Reinigungsmitteln. Auf diese Weise können die Widerstandsfähigkeit der Komponenten der Membranfiltervorrichtung verbessert und deren Standzeit verlängert werden. Vorteilhafterweise können die Materialien der verwendeten Komponenten und Bauteile beständig sein gegen Stoffe mit pH-Werten zwischen 2 und 12, besonders bevorzugt gegen Stoffe mit pH-Werten zwischen 1 und 14.
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Vorteilhafterweise kann die Membranfiltervorrichtung modular aufgebaut sein. Auf diese Weise kann die Membranfiltervorrichtung je nach Bedarf, insbesondere abhängig von der zu reinigenden Fluidmenge pro Zeiteinheit, individueller ausgestaltet werden. Außerdem können im Falle von Störungen oder Beschädigungen die einzelnen Module einfacher gewartet, insbesondere ausgetauscht, werden.
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Vorteilhafterweise kann die Membranfiltervorrichtung als so genannte Out-In-Filtration und/oder Dead-End-Filtration ausgestaltet sein. Zur Realisierung der Dead-End-Filtration kann der Fluidraum über wenigstens einen Einlass für das Feed und keinen Auslass insbesondere für das Retentat verfügen. Zur Realisierung der Out-In-Filtration kann das Permeat von dem Fluidraum außerhalb wenigstens eines Membranabschnitts, insbesondere eines Hohlfasermembranabschnitts, in den Permeatraum innerhalb des wenigstens eine Membranabschnitts gelangen und von dort abfließen. Vorteilhafterweise kann mit der Membranfiltervorrichtung eine Out-in-Filtration mit einer Dead-End-Filtration kombiniert werden. Dabei kann das Feed dem wenigstens einen Fluidraum zugeführt werden. Das Permeat kann durch die Wand des wenigstens eine Membranabschnitts in den Permeatraum gelangen. Das Retentat wird an der Wand des wenigstens einen Membranabschnitts zurückgehalten und verbleibt in dem wenigstens einen Fluidraum.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Membranfiltervorrichtung auch zur Realisierung eines Querstrom-Filtration (Cross-Flow) ausgestaltet sein.
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Die Membranfiltervorrichtung kann vorteilhafterweise zur Filtration von Wasser eingesetzt werden. Die Membranfiltervorrichtung kann als Teil einer Vorbehandlungsstufe, insbesondere Vorfiltrationsstufe, für eine Umkehrosmosevorrichtung eingesetzt werden. Die Membranfiltervorrichtung kann vorteilhafterweise in Verbindung mit einer Anlage zur industriellen Meerwasserentsalzung verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf eine Membranfiltervorrichtung zur Filtration von Wasser. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen flüssigen Fluiden verwendet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Membrananordnung wenigstens einen Hohlfasermembranabschnitt und/oder wenigstens einen doppelten Flachmembranabschnitt aufweisen. Hohlfasermembranabschnitte können umfangsmäßig flächig von Fluid angeströmt, umströmt und durchströmt werden. Hohlfasermembranabschnitte können zur Realisierung einer Out-In-Filtration oder einer In-Out-Filtration eingesetzt werden. Bei der Out-In-Filtration kann der Innenraum der Hohlfasermembranabschnitte als Permeatraum oder Permeatkanal eingesetzt werden. Hohlfasermembranabschnitte können besonders dicht gepackt werden.
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Vorteilhafterweise können die Hohlfasermembranen runde, ovale, eckige, insbesondere rechteckige oder quadratische, oder andersartige Querschnitte aufweisen. Die Hohlfasermembranabschnitte können über ihre Länge bezüglich ihrer Querschnitte gleichmäßig sein. Eine Hohlfasermembran kann eine oder mehrere Hohlfasermembranabschnitte aufweisen. Wenigstens ein Hohlfasermembranabschnitt kann wenigstens abschnittsweise gerade und/oder gebogen verlaufen. Eine Hohlfasermembran kann insbesondere schlangenlinienförmig verlaufen. Die Abschnitte zwischen den Biegungen können jeweils einen Hohlfasermembranabschnitt bilden.
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Vorteilhafterweise können die offenen Enden mehrerer Hohlfasermembranen oder Hohlfasermembranabschnitte auf derselben Seite der Membranfiltervorrichtung angeordnet sein. Die Hohlfasermembran oder Hohlfasermembranabschnitte können so auf derselben Seite der Membranfiltervorrichtung in einen entsprechenden Fluidkanal, insbesondere einen Permeatkanal, münden. So kann die Anzahl der erforderlichen Anschlüsse für die Flüssigkeit verringert werden. Bei der Verwendung eines gemeinsamen Fluidkanals ist lediglich ein Anschluss für mehrere Hohlfasermembranabschnitte erforderlich.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Membrananordnung wenigstens einen doppelten Flachmembranabschnitt aufweisen. Bei einem doppelten Flachmembranabschnitt begrenzen zwei nebeneinander verlaufende Flachmembranen einen Zwischenraum. Der Zwischenraum kann vorteilhafterweise zur Leitung von Fluid, insbesondere Permeat, dienen. Der Zwischenraum ist durch die Wände der Flachmembranen von dem wenigstens einen lichtleiterseitigen Fluidraum getrennt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmedium wenigstens eine lichtleitfähige Faser aufweisen. Lichtleitfähige Fasern können einfach und platzsparend verlegt werden. Lichtleitfähige Fasern können darüber hinaus dicht gepackt werden. Lichtleitfähige Fasern können vorteilhafterweise einfach auch in kleinen Zwischenräumen zwischen Hohlfasermembranen angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmedium, insbesondere wenigstens eine lichtleitfähige Faser, einen runden, ovalen, eckigen, flachen oder andersartigen Querschnitt aufweisen.
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Wenigstens ein Lichtleitungsmedium kann zumindest im Bereich wenigstens eines Lichtabstrahlungsabschnittes über seine Länge einen konstanten Querschnitt, insbesondere eine konstante Form und/oder Größe, aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine lichtleitfähige Faser bezüglich ihrer Längsachse in axialer und radialer Richtung gleichermaßen lichtleitfähig sein. Auf diese Weise kann das Licht in axialer Richtung geleitet und in radialer Richtung abgestrahlt werden. Eine lichtleitfähige Faser kann darüber hinaus den Vorteil aufweisen, dass das Licht in alle radialen Richtungen abgestrahlt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann sich wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt entlang wenigstens eines Membranabschnitts zu diesem beabstandet erstrecken. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Membranabschnitt über einen entsprechend größeren Flächenbereich von dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt angestrahlt werden. So kann eine gleichmäßigere Lichtleistung im Bereich des wenigstens einen Membranabschnitts erreicht werden.
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Vorteilhafterweise kann sich wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt parallel zu wenigstens einem Membranabschnitt erstrecken.
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Wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt kann sich in einem Abstand zu wenigstens einem Membranabschnitt erstrecken. So kann ein Raum zwischen dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt und dem wenigstens einen Membranabschnitt von Fluid durchströmt werden. Das dortige Fluid kann von dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt angestrahlt und durchstrahlt werden. Auf diese Weise kann eine Effizienz der Vermeidung und Reduzierung von Fouling weiter verbessert werden.
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Durch die Abstände zwischen den Membranabschnitten untereinander, den Lichtleitungsabschnitten untereinander und den Membranabschnitten und den Lichtleitungsabschnitten können Räume realisiert werden, durch die Fluid strömen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmedium ausgestaltet sein zur Leitung und Abstrahlung von ultravioletter Strahlung. Durch die Einstrahlung von ultravioletter Strahlung kann insbesondere Biofouling entgegengewirkt werden.
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Vorteilhafterweise kann es sich um so genannte UV-A Strahlung insbesondere im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis etwa 320 nm handeln. Aktiviert durch UV-A Strahlung können freie Radikale erzeugt werden. Organische Komponenten insbesondere an der Oberfläche wenigstens eines Membranabschnitts können oxidiert werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Lichtleitungsmedium zur Leitung und Abstrahlung von Licht anderer Wellenlängenbereiche ausgestaltet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Membranabschnitt insbesondere wenigstens an seiner Außenseite und/oder seiner Anströmseite wenigstens ein Material aufweisen, welches bei Einwirkung von Licht bezüglich wenigstens eines chemischen und/oder biochemischen Prozesses von Stoffen wenigstens im Bereich einer Oberfläche des wenigstens einen Membranabschnitts katalysierend wirken kann. Auf diese Weise kann Fouling an der Oberfläche des wenigstens einen Membranabschnitts effizienter verhindert und/oder reduziert werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Material wenigstens einen Fotokatalysator, insbesondere Titandioxid (TiO2), aufweisen oder daraus bestehen. So genannte Fotokatalysatoren können zu organischer Zersetzung führen. So kann Fouling und ein Wachstum von Biofilm weiter verringert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Membranabschnitt keramisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Mit keramischem Material kann eine Wand aus teildurchlässigen Strukturen realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Membranabschnitt insbesondere wenigstens an seiner Außenseite und/oder Anströmseite mit Nanopartikeln, insbesondere fotokatalytisch wirkenden Nanopartikeln, beschichtet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Membranabschnitte zueinander beabstandet nebeneinander verlaufen und wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt kann sich neben und/oder zwischen wenigstens zwei Membranabschnitten entlang derselben erstrecken. Durch die Verwendung mehrerer Membranabschnitte kann eine Filtrationsleistung der Membranfiltervorrichtung vergrößert werden. Durch die Anordnung wenigstens eines Lichtleitungsmediums zwischen wenigstens zwei der Membranabschnitte können die entsprechenden Membranabschnitte gleichmäßig mit Licht bestrahlt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Membranabschnitte und/oder mehrere Lichtabstrahlungsabschnitte in wenigstens einem Modul angeordnet sein. Module können einfach vorgefertigt und nach Bedarf mit anderen Modulen kombiniert werden. Insgesamt kann so die Membranfiltervorrichtung modular aufgebaut werden.
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Vorteilhafterweise können mehrere Membranabschnitte und mehrere Lichtabstrahlungsabschnitte in einem gemeinsamen Modul angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich können mehrere Membranabschnitte in wenigstens einem Modul ohne Lichtabstrahlungsabschnitte angeordnet sein. Ein derartiges Modul kann als Membranmodul bezeichnet werden.
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Alternativ oder zusätzlich können mehrere Lichtabstrahlungsabschnitte in einem Modul ohne Membranabschnitte angeordnet sein. Ein derartiges Modul kann als Lichtleitungsmodul bezeichnet werden.
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Membranmodule und Lichtleitungsmodul können flexibel nach Bedarf miteinander kombiniert und insbesondere zu Wartungszwecken oder Reparaturzwecken ausgetauscht werden.
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Vorteilhafterweise können in der Membranfiltervorrichtung wechselweise ein Membranmodul und ein Lichtleitungsmodul angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise können mehrere Module, insbesondere Membranmodule und/oder Lichtleitungsmodul, geschichtet oder als Stapel angeordnet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Membranabschnitte zueinander beabstandet nebeneinander in einem Membranmodul angeordnet sein und/oder mehrere Lichtabstrahlungsabschnitte zueinander beabstandet nebeneinander in wenigstens einem Lichtleitungsmodul angeordnet sein. Die Lichtleitungsmodule und die Hohlfasermodule können so unabhängig voneinander gefertigt und nach Bedarf kombiniert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Kanalabschnitt oder Raumabschnitt zur Realisierung wenigstens eines Teils wenigstens eines Fluidkanals oder Fluidraums der Membranfiltervorrichtung aufweisen. Auf diese Weise kann durch Zusammensetzen mehrerer Lichtleitungsmodule und/oder Membranmodule der entsprechende Fluidkanal oder Fluidraum realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Teil wenigstens eines lichtleiterseitigen Fluidkanals oder Fluidraums aufweisen oder mitbilden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Hohlfasermodul wenigstens einen Teil wenigstens eines Fluidkanals oder Fluidraums, insbesondere eines Permeatraums oder Permeatkanals, des Membranmoduls wenigstens mitbilden, welcher sich auf einer wenigstens einem lichtleiterseitigen Fluidkanal oder Fluidraum abgewandten Seite wenigstens einer Wand wenigstens eines Membranabschnitts befindet.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Abschnitt eines Zulaufraums oder -kanals für Rohfluid, insbesondere für Feed, und/oder eines Ablaufraum oder -kanals für Reinfluid, insbesondere für Permeat, aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann in einem Stapel oder einer Schicht von Membranmodulen und/oder Lichtleitungsmodulen mit den jeweiligen Kanalabschnitten ein Fluidkanal oder Fluidraum wenigstens mitgebildet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Teil wenigstens einer Verbindungseinrichtung aufweisen zum Verbinden des wenigstens einen Lichtleitungsmoduls und/oder des wenigstens eine Membranmoduls mit wenigstens einem Membranmodul und/oder wenigstens einem Lichtleitungsmodul. Auf diese Weise können wenigstens ein Lichtleitungsmodul und wenigstens ein Membranmodul einfach miteinander verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul mit wenigstens einem anderen Lichtleitungsmodul verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Membranmodul mit wenigstens einem anderen Membranmodul verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul mit einem anderen Lichtleitungsmodul einerseits und mit einem Membranmodul andererseits verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Membranmodul mit einem anderen Membranmodul einerseits und mit einem Lichtleitungsmodul andererseits verbunden werden.
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Vorteilhafterweise können die Teile der wenigstens einen Verbindungseinrichtung kompatibel sein. So können mehrere Lichtleitungsmodule und/oder Membranmodule einfacher miteinander kombiniert werden.
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Vorteilhafterweise können identische Teile für wenigstens eine Verbindungseinrichtung vorgesehen sein. So können die Lichtleitungsmodule und die Membranmodule untereinander kombiniert werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul auf gegenüberliegenden Seiten entsprechende komplementäre Teile wenigstens einer Verbindungseinrichtung aufweisen. So kann eine Montagerichtung und/ oder eine Orientierung des wenigstens einen Lichtleitungsmoduls und/oder des wenigstens einen Membranmoduls vorgegeben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Teil wenigstens einer Dichteinrichtung aufweisen zum Abdichten wenigstens eines mit dem wenigstens einen Lichtleitungsmodul und/oder dem wenigstens einen Membranmodul wenigstens mit gebildeten Fluidraums zur Umgebung und/oder gegebenenfalls zu einem anderen Fluidraum. Auf diese Weise kann der entsprechende wenigstens eine Fluidraum einfacher abgedichtet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil wenigstens einer Dichteinrichtung einstückig oder mehrstückig mit wenigstens einem Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens einem Membranmodul realisiert sein.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens eine Dichtungsaufnahme für eine entsprechende Dichtung aufweisen. In der wenigstens einen Dichtungsaufnahme kann wenigstens eine entsprechende Dichtung einfach positioniert und gehalten werden.
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Vorteilhafterweise kann an wenigstens einem Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens einem Membranmodul wenigstens eine Dichtung befestigt sein. So kann eine Verliersicherheit erhöht werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens eine Dichtfläche zur Anlage wenigstens einer Dichtung eines verbundenen Lichtleitungsmoduls und/oder Membranmoduls aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul an einer Stirnseite wenigstens eine Dichtung und ein der gegenüberliegenden Stirnseite wenigstens eine entsprechende Dichtfläche aufweisen. Auf diese Weise können die Lichtleitungsmodule/Membranmodule stapelartig angeordnet und gegen jeweils benachbarte Lichtleitungsmodule/Membranmodule dichtend anliegen.
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Vorteilhafterweise können die verwenden Lichtleitungsmodule und/oder Membranmodule Kombinationen von Dichtungen und Dichtflächen mit identischen Verläufen und Größen aufweisen. So können die Lichtleitungsmodul und Membranmodule flexibler miteinander kombiniert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul wenigstens einen Teil eines Lichtanschlusses zur Einleitung von Licht aufweisen und/oder wenigstens ein Membranmodul kann wenigstens einen Teil wenigstens eines Fluidanschlusses zur Einleitung oder Ausleitung von Fluid aufweisen.
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An wenigstens einen Teil eines Lichtanschlusses wenigstens eines Lichtleitungsmoduls kann einfach eine Lichtquelle oder ein weiterer Lichtleiter, welcher zu wenigstens einer entsprechenden Lichtquelle führen kann, angeschlossen werden.
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An wenigstens einen Fluidanschluss wenigstens eines Membranmoduls kann einfach eine Fluidleitung zur Einleitung oder Ausleitung von Fluid, insbesondere Feed, Retentat und/oder Permeat, vorgesehen sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens ein Membranmodul wenigstens einen Rahmen oder Rahmenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Rahmen oder Rahmenabschnitt kann als Halterung entsprechend für wenigstens einen Membranabschnitt oder wenigstens ein Lichtleitungsmedium verwendet werden. Ferner kann mit dem wenigstens einen Rahmen oder Rahmenabschnitt eine Form und Stabilität des entsprechenden Lichtleitungsmoduls und/ oder Membranmoduls vorgegeben werden.
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Vorteilhafterweise kann mit wenigstens einem Rahmen oder Rahmenabschnitt wenigstens ein Teil einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden wenigstens eines Lichtleitungsmoduls mit wenigstens eine Membranmodul und/oder einem anderen Lichtleitungsmodul oder wenigstens eines Membranmoduls mit einem anderen Membranmodul realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann zusätzlich oder alternativ an und/oder mit wenigstens einem Rahmen oder Rahmenabschnitt wenigstens ein Teil wenigstens einer Dichteinrichtung wenigstens mitgebildet sein zum Abdichten wenigstens eines Fluidraums, der bei einer Verbindung eines Lichtleitungsmoduls mit einem anderen Lichtleitungsmodul und/oder wenigstens einem Membranmodul und/oder eines Membranmoduls mit wenigstens einem anderen Membranmodul gebildet wird.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Rahmen oder Rahmenabschnitt wenigstens eines Lichtleitungsmoduls und wenigstens ein Rahmen oder Rahmenabschnitt wenigstens eines Membranmoduls zumindest im Bereich einer Verbindung des Lichtleitungsmoduls mit dem Membranmodul kompatibel, insbesondere ähnlich oder komplementär, sein. Auf diese Weise können das wenigstens eine Lichtleitungsmodul und das wenigstens eine Membranmodul einfach miteinander verbunden werden. Durch die Verbindung von Rahmen oder Rahmenabschnitten ist es möglich, mehrere Lichtleitungsmodule und/oder Membranmodule aneinander zu reihen oder aufeinanderzustapeln. Zwischen den Rahmen oder Rahmenabschnitte können vorteilhafterweise Dichteinrichtungen, insbesondere Dichtungen, vorgesehen sein.
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Die aufeinander gestapelten oder aneinander gereihte Rahmen oder Rahmenabschnitte können darüber hinaus wenigstens ein Modulgehäuse wenigstens mitbilden.
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Vorteilhafterweise können wechselweise jeweils ein Lichtleitungsmodul und ein Membranmodul angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Rahmen oder Rahmenabschnitt flach sein. Auf diese Weise trägt er weniger auf. Flache Rahmen oder Rahmenabschnitte können einfacher gestapelt, aneinandergereiht oder nebeneinander angeordnet werden.
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Wenigstens ein Rahmen oder Rahmenabschnitt kann vorteilhafterweise aus Metall und/oder Kunststoff bestehen oder derartige Materialien wenigstens aufweisen.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch das Modul dadurch gelöst, dass die Lichteinbringeinrichtung wenigstens ein Lichtleitungsmedium zur Leitung und Verteilung von Licht aufweist, welches wenigstens einen Lichteinstrahlungsabschnitt, in dem Licht in das Lichtleitungsmedium eingeleitet werden kann, und wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt, in dem Licht, welches von dem wenigstens einen Lichteinstrahlungsabschnitt mit dem wenigstens einen Lichtleitungsmedium entlang dem wenigstens einen Lichtabstrahlungsabschnitt verteilt werden kann, aus dem Lichtleitungsmedium abgestrahlt werden kann, wobei sich wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt wenigstens teilweise in wenigstens einem Fluidraum oder Fluidraumabschnitt erstreckt und wenigstens ein Lichteinstrahlungsabschnitt wenigstens teilweise außerhalb des wenigstens einen Fluidraums oder Fluidraumabschnitts angeordnet ist und wobei wenigstens ein Lichtabstrahlungsabschnitt so gestaltet ist, dass Licht aus dem Lichtleitungsmedium in den wenigstens einen Fluidraum oder Fluidraumabschnitt abgestrahlt werden kann.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Membranfiltervorrichtung, dem erfindungsgemäßen Modul und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. 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 schematisch
- 1 eine modulare Membranfiltervorrichtung mit einem Stapel von wechselweise angeordneten Membranmodulen und Lichtleitungsmodulen;
- 2 einen ersten Längsschnitt der Membranfiltervorrichtung aus 1 in einer Schnittebene parallel zu einer schmalen Längsseite der Membranfiltervorrichtung;
- 3 einen zweiten Längsschnitt der Membranfiltervorrichtung aus 1 in einer Schnittebene senkrecht zur Schnittebene aus 2;
- 4 eines der Membranmodule der Membranfiltervorrichtung aus den 1 bis 3;
- 5 eines der Lichtleitungsmodule der Membranfiltervorrichtung aus den 1 bis 3.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1 bis 3 ist eine modulare Membranfiltervorrichtung 10 gezeigt. Die Membranfiltervorrichtung 10 ist zur Vorfiltrierung von Wasser in einer Anlage zur industriellen Meerwasserentsalzung angeordnet.
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Die Membranfiltervorrichtung 10 umfasst ein etwa quaderförmiges Modulgehäuse, bevorzugt umfassend ein Anschlussmodul 14, in den 1 bis 3 oben, und ein Abschlussmodul 16, unten. Zwischen dem Anschlussmodul 14 und dem Abschlussmodul 16 ist entlang einer gedachten Achse 22 wechselweise eine Vielzahl von Membranmodulen 18 und Lichtleitungsmodulen 20 stapelartig angeordnet. Wenn im Folgenden von „radial“, „koaxial“, „axial“, „umfangsmäßig“ oder dergleichen die Rede ist, so bezieht sich dies, sofern nicht anders erwähnt, auf die Achse 22.
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Zwischen dem Anschlussmodul 14 und dem Abschlussmodul 16 erstreckt sich radial außen umfangsmäßig verteilt eine Mehrzahl von Verbindungsbolzen 24, die einen Teil des Modulgehäuses bilden können. Das Anschlussmodul 14 und das Abschlussmodul 16 weisen jeweils im Bereich ihres radial äußeren Randes einen Verbindungsabschnitt 26 für die Verbindungsbolzen 24 auf. In den Verbindungsabschnitten 26 des Anschlussmodul 14 und des Abschlussmoduls 16 ist jeweils gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von Durchstecklöchern für die Verbindungsbolzen 24 angeordnet.
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Die Durchmesser der Verbindungsbolzen 24 sind an ihren Enden verringert, so dass sie durch die Durchstecklöcher in den Verbindungsabschnitten 26 passen. Zwischen den Enden sind die Durchmesser der Verbindungsbolzen 24 größer als die Durchmesser der Durchstecklöcher. Auf diese Weise wirken die Abschnitte der Verbindungsbolzen 24 zwischen dem Anschlussmodul 14 und dem Abschlussmodul 16 als Abstandshalter zwischen dem Anschlussmodul 14 und dem Abschlussmodul 16. An den querschnittsverjüngten Enden weisen die Verbindungsbolzen 24 jeweils ein Außengewinde auf. Auf den einander abgewandten Außenseite der Verbindungsabschnitte 26 sind die Verbindungsbolzen 24 jeweils mit einer Schraubenmutter 28 verschraubt. Mit den Verbindungsbolzen 24 werden das Anschlussmodul 14 und das Abschlussmodul 16 stabil in einem vorgegebenen Abstand gehalten. Dabei werden die Membranmodule 18 und die Lichtleitungsmodule 20 axial aneinander gehalten.
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Das Anschlussmodul 14 ist auf seiner dem Abschlussmodul 16 axial abgewandten Außenseite insgesamt etwa quaderförmig ausgestaltet. Der Verbindungsabschnitt 26 erstreckt sich auf der dem Abschlussmodul 16 zugewandten Innenseite umfangsmäßig zusammenhängend nach radial außen und in Umfangsrichtung.
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Auf der dem Abschlussmodul 16 zugewandten Seite ist, wie in den 2 und 3 gezeigt, ein etwa trichterförmiger Einlassraum 30 für zu reinigendes Rohwasser, welches auch als Feed bezeichnet werden kann, ausgelassen. Die Spitze des trichterförmigen Einlassraums 30 zeigt axial von dem Abschlussmodul 16 weg. Der Einlassraum 30 ist auf seiner dem Abschlussmodul 16 zugewandten Seite offen. Auf der axial gegenüberliegenden Seite weist der Einlassraum 30 eine durchgängige Einlassöffnung 32 auf, in der ein Einlassstutzen 34 angeordnet ist. Die Einlassöffnung 32 und der Einlassstutzen 34 befinden sich exemplarisch in der axialen Projektion betrachtet etwa mittig am Einlassraum 30.
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Außerhalb des Einlassraums 30 neben einer kurzen Seite des Anschlussmoduls 14 führt ein Permeatauslass 36 axial durchgängig durch das Anschlussmodul 14. Axial von dem Abschlussmodul 16 aus betrachtet verjüngt sich die Breite des Permeatauslasses 36. Die Breite des Permeatauslasses 36 ist dessen Ausdehnung in Richtung der kurzen Seite des quaderförmigen Anschlussmoduls 14. An der Außenseite des Anschlussmoduls 14 verfügt der Permeatauslass 36 über einen Auslassstutzen 38.
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In Richtung der kurzen Seiten des Anschlussmoduls 14 entspricht die Breite des Permeatauslasses 36 auf der dem Abschlussmodul 16 zugewandten Seite der entsprechenden Ausdehnung des Einlassraums 30. Senkrecht hierzu, also in Richtung der langen Seiten des Anschlussmoduls 14, ist die Ausdehnung des Permeatauslasses 36 deutlich kleiner als die entsprechende Ausdehnung des Einlassraums 30.
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Das Abschlussmodul 16 ist eine durchgängig geschlossene rechteckige Platte.
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Die Membranmodule 18 und die Lichtleitungsmodule 20 sind innerhalb eines durch die Verbindungsbolzen 24 begrenzten Bereichs angeordnet.
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Die Membranmodule 18 sind identisch ausgestaltet. Eines der Membranmodule 18 wird im Folgenden exemplarisch anhand der 4 beschrieben. Das Membranmodul 18 verfügt radial außen über einen etwa rechteckigen Membranmodulrahmen 40. Der Membranmodulrahmen 40 ist beispielsweise aus Kunststoff oder Metall. Der Modulrahmen 40 umgibt eine durchgängige Öffnung für einen Rohwasserraumabschnitt 42 und eine durchgängige Öffnung für einen Permeatkanalabschnitt 44. Der Rohwasserraumabschnitt 42 ist durch einen Trennrahmenabschnitt 46 des Membranmodulrahmens 40 von dem Permeatkanalabschnitt 44 getrennt. Der Trennrahmenabschnitt 46 verläuft parallel zu den kurzen Seiten des Membranmodulrahmens 40.
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Der Rohwasserraumabschnitt 42 ist etwa rechteckig und koaxial zur Achse 22.
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Der Permeatkanal 44 ist länglich und befindet sich zwischen einer kurzen Seite des Membranmodulrahmens 40 und dem Rohwasserraumabschnitt 42.
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In Richtung der kurzen Seiten des Membranmodulrahmens 40 entspricht die Ausdehnung des Permeatkanalabschnitts 44 der entsprechenden Ausdehnung des Rohwasserraumabschnitts 42. Senkrecht hierzu ist die Ausdehnung des Permeatkanalabschnitts 44 deutlich kleiner als die entsprechende Ausdehnung des Rohwasserraumabschnitts 42. Die Maße des Rohwasserraumabschnitts 42 senkrecht zur Achse 22 entsprechen etwa den Maßen des Einlassraums 30 an dessen dem Abschlussmodul 16 zugewandten Seite. Die Maße des Permeatkanalabschnitts 44 senkrecht zur Achse 22 entsprechen etwa den Maßen des Permeatauslasses 36 an dessen breiten Seite. In eingebautem Zustand des Membranmoduls 18 geht ein durch die Permeatkanalabschnitte 44 der Membranmodule 18 und der Lichtleitungsmodule 20 gebildeter Permeatkanal 64 in den Permeatauslass 36 über. Der Einlassraum 30 geht in einen durch die Rohwasserraumabschnitte 42 gebildeten Rohwasserraum 62 über.
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Auf einer anschlussseitigen Stirnseite weist der Membranmodulrahmen 40 eine umfangsmäßige Dichtung 48 auf. Die anschlussseitige Stirnseite des Membranmodulrahmens 40 ist bei eingebautem Membranmodul 18 dem Anschlussmodul 14 zugewandt.
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Bei der Dichtung 48 handelt es sich beispielhaft um eine Flachdichtung. Die Dichtung 48 kann beispielsweise in einer entsprechenden Dichtungsnut angeordnet oder beispielsweise als Zweikomponentenbauteil, mit dem Membranmodulrahmen 40 oder in anderer Weise realisiert sein. Die Dichtung 48 umgibt den Rohwasserraumabschnitt 42 und den Permeatkanalabschnitt 44 radial außen. Im Bereich des Trennrahmenabschnitts 46 verfügt die Dichtung 48 über einen Dichtungssteg 49, dessen Verlauf an den Verlauf des Randes des Permeatkanalabschnitts 40 angepasst ist. Der Dichtungssteg 49 trennt bei montiertem Membranmodul 18 den Rohwasserraumabschnitt 42 ist von dem Permeatkanalabschnitt 44.
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In einem Bereich radial zwischen dem Rohwasserraumabschnitt 42 und der Dichtung 48 befindet sich auf diagonal gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Positionierstift 50. Die Positionierstifte 50 erstrecken sich axial von der anschlussseitigen Stirnseite des Membranmodulrahmens 40 weg.
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Auf der der anschlussseitigen Stirnseite axial gegenüberliegenden abschlussseitigen Stirnseite, die in der 4 nicht sichtbar ist, verfügt der Membranmodulrahmen 40 über eine umfangsmäßige Dichtfläche. Der Verlauf der Dichtfläche entspricht dem Verlauf der Dichtung 40.
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Auf der abschlussseitigen Stirnseite befinden sich ferner zwei Positionierlöcher. Die Positionen und die Abmessungen der Positionierlöcher entsprechend den Positionen und Abmessungen der Positionierstifte 50. Die Tiefen und die Innendurchmesser der Positionierlöcher können auch größer sein als die Längen und die Außendurchmesser der Positionierstifte 50
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In dem Rohwasserraumabschnitt 42 erstreckt sich eine Vielzahl von Hohlfasermembranabschnitten 52. Die Hohlfasermembranabschnitte 52 sind bezüglich ihrer Gestalt, ihren Abmessungen und ihrem Material identisch. Die Hohlfasermembranabschnitte 52 sind jeweils durch eine Hohlfasermembran gebildet. Die Hohlfasermembranabschnitte 52 verlaufen parallel zueinander und parallel zu den langen Seiten des Membranmodulrahmens 40.
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Im Bereich eines jeweiligen offenen Endes durchstoßen die Hohlfasermembranabschnitte 52 den Trennrahmenabschnitt 46 und sind zum Permeatkanalabschnitt 44 hin offen. Die Hohlfasermembranabschnitte 52 sind dort dicht in den Trennrahmenabschnitt 46 eingebettet. Ihre gegenüberliegenden Enden sind geschlossen und in einen entsprechenden Rahmenabschnitt des Membranmodulrahmens 40 eingebettet, welcher auf der dem Trennrahmenabschnitt 46 radial gegenüberliegenden Seite die kurze Seite des Membranmodulrahmens 40 bildet und parallel zu dem Trennrahmenabschnitt 46 verläuft.
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Die Hohlfasermembranabschnitte 52 sind aus einem Keramikmaterial. Das Keramikmaterial bildet eine jeweilige Umfangswand der Hohlfasermembranabschnitte 52 aus teildurchlässigen Strukturen. Durch die Wände der Hohlfasermembranabschnitte 52 kann Wasser in das Innere der Hohlfasermembranabschnitte 52 gelangen. Andere Stoffe, insbesondere organische oder anorganische Körper, werden durch das Keramikmaterial zurückgehalten und bleiben als Retentat in dem Rohwasserraumabschnitt 42.
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An ihren Außenseiten sind die Hohlfasermembranabschnitte 52 mit Nanopartikeln beschichtet, welche eine fotokatalytische Wirkung haben.
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Die Lichtleitungsmodule 20 sind ebenfalls identisch aufgebaut. Eines der Lichtleitungsmodule 20 wird beispielhaft unter Verwendung der 5 beschrieben. Das Lichtleitungsmodul 20 verfügt über einen Lichtleitungsmodulrahmen 140, welcher in Gestalt und Abmessungen im Wesentlichen dem Membranmodulrahmen 40 des Membranmoduls 18 entspricht. Diejenigen Elemente, die zu denen des Membranmodulrahmens 40 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Im Unterschied zu dem Membranmodul 18 verfügt das Lichtleitungsmodul 20 anstelle der Hohlfasermembranabschnitte 52 über eine Vielzahl von Lichtleitungsfasern 54. Die Lichtleitungsfasern 54 sind Teil einer Lichteinbringeinrichtung 55 der Membranfiltervorrichtung 10. Die Lichtleitungsfasern 54 sind bezüglich ihrer Gestalt, ihren Abmessungen und ihrem Material identisch. Die Lichtleitungsfasern 54 bestehen aus einem lichtdurchlässigen Quarzglas. Die Lichtleitungsfasern 54 sind zur Leitung, Einleitung und Abstrahlung von Licht im Frequenzbereich von UV-A-Strahlung optimiert. Sie haben jeweils einen über ihre Länge konstanten runden Querschnitt.
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Die Lichtleitungsfasern 54 erstrecken sich durch den Rohwasserraumabschnitt 42 parallel zueinander und parallel zu der langen Seite des Lichtleitungsmodulrahmens 140. Die Lichtleitungsfasern 54 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, welche senkrecht zur Achse 22 verläuft. Die Lichtleitungsfasern 54 sind zueinander beabstandet. Bei montierter Membranfiltervorrichtung 10 verlaufen die Lichtleitungsfasern 54 der Lichtleitungsmodule 20 parallel und beabstandet zu den Hohlfasermembranabschnitten 52 der benachbarten Membranmodule 18.
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Mit einem Ende sind die Lichtleitungsfasern 54 jeweils in den Trennrahmenabschnitt 46 eingebettet. Im Unterschied zu den Hohlfasermembranabschnitten 52 münden die Lichtleitungsfasern 54 nicht in den Permeatkanalabschnitt 44.
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Mit den gegenüberliegenden Enden führen die Lichtleitungsfasern 54 durch den Seitenrahmenabschnitt des Membranmodulrahmens 40 hindurch. Die Enden sind dort fluiddicht in den Seitenrahmenabschnitt eingebettet.
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Auf der Außenseite des Lichtleitungsmodulrahmens 140 bilden die Querschnittsflächen der Lichtleiterfasern 54 jeweils einen Lichteinstrahlungsabschnitt 56. An den Lichteinstrahlungsabschnitten 56 kann Licht in die Lichtleitungsfasern 54 eingeleitet werden.
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Die Abschnitte der Lichtleitungsfasern 54 innerhalb des Rohwasserraumabschnitts 42 dienen als Lichtausstrahlungsabschnitte 58. In den Lichtausstrahlungsabschnitten 58 kann Licht aus den Lichtleitungsfasern 54 nach außen in den Rohwasserraumabschnitt 42 und bei montierter Membranfiltervorrichtung 10 zu den benachbarten Hohlfasermembranabschnitten 52 abgestrahlt werden.
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Zur Montage der Membranfiltervorrichtung 10 werden die Verbindungsbolzen 24 jeweils mit einem Ende durch die Durchstecklöcher des Abschlussmoduls 16 gesteckt und mit den Schraubenmuttern 28 auf den gegenüberliegenden Seiten verschraubt. Ein Abschlussmodulrahmen 60 wird auf die Innenseite des Abschlussmoduls 16 zwischen die Verbindungsbolzen 24 gelegt.
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Der Abschlussmodulrahmen 60 ist auf seiner dem Anschlussmodul 14 zugewandten Stirnseite entsprechend der anschlussseitigen Stirnseiten der Membranmodulrahmen 40 und der Lichtleitermodulrahmen 140 ausgestaltet. Im Abschlussmodulrahmen 60 sind keine Hohlfasermembranabschnitte 52 und keine Lichtleitungsfasern 54 angeordnet. Stattdessen sind der dortige Rohwasserraumabschnitt 52 und der Permeatkanalabschnitt 44 lediglich als Vertiefungen in einer ansonsten durchgängigen Rahmenplatte realisiert.
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Anschließend werden mit einem Membranmodul 18 beginnend wechselweise jeweils ein Membranmodul 18 und ein Lichtleitungsmodul 20 jeweils mit ihren abschlussseitigen Stirnseiten voran nacheinander auf den Abschlussmodulrahmen 60 gelegt. Dabei werden die Positionierstifte 50 in die jeweiligen Positionierlöcher des jeweils benachbarten Modulrahmens 40, 140 beziehungsweise 60 gesteckt. Die Dichtungen 48 liegen jeweils an den Dichtflächen der benachbarten Modulrahmen 40 beziehungsweise 140 an. Durch die Rohwasserraumabschnitte 42 der Membranmodulrahmen 40, der Lichtleitungsmodulrahmen 140 und das Abschlussmodulrahmen 60 wird der zusammenhängende, in den 2 und 3 gezeigte Rohwasserraum 62 gebildet. Durch die jeweiligen Permeatkanalabschnitte 44 wird der zusammenhängende, in der 3 gezeigte Permeatkanal 64 gebildet. Mit dem Abschlussmodulrahmen 60 werden der Rohwasserraum 62 und der Permeatkanal 64 zum Abschlussmodul 16 hin abgedichtet.
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Das Anschlussmodul 14 wird mit seiner Anschlussseite voran auf die freien Enden der Verbindungsbolzen 24 gesteckt. Dabei greifen die Positionierstifte 50 des in den 1 bis 3 oberen Membranmoduls 18 in entsprechende Positionieröffnungen an der Anschlussseite des Anschlussmoduls 14 ein. Die Dichtung 48 des oberen Membranmoduls 18 liegt dicht an einer entsprechenden Dichtfläche auf der Anschlussseite des Anschlussmoduls 14 an. Der Modulstapel der Membranfiltervorrichtung 10 wird mittels der Schraubenmuttern 28 auf der Seite des Anschlussmoduls 14 axial soweit verspannt, wie es die Verbindungsbolzen 24 zulassen. Es ist jedoch grundsätzlich auch jede andere Art einer lösbaren oder unlösbaren Verbindung denkbar, die auch funktional getrennt vom Anschlussmodul erfolgen kann, beispielsweis kann eine Verspannung mit mindestens einer den Modulstapel überspannenden Klammer oder Klemme erfolgen. Alternativ können auch jeweils die zueinander benachbarten Module miteinander dichtend verspannt sein, beispielsweise durch Klemmen, durch Verschrauben, Verschnappen oder ähnliche Verbindungsmittel.
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Auf der kurzen Längsseite der Membranfiltervorrichtung 10, auf der sich die Lichteinstrahlungsabschnitte 56 der Lichtleitungsfasern 54 befinden, wird eine in den Figuren nicht gezeigte Diodenplatte mit Leuchtdioden befestigt. Die Abstrahlrichtung der Leuchtdioden ist senkrecht auf die Querschnittsflächen der Lichteinstrahlungsabschnitte 56 gerichtet. Mit den Leuchtdioden wird Licht in Form von UV-A-Strahlung emittiert. Die Diodenplatte mit den Leuchtdioden ist Teil der Lichteinbringeinrichtung 55.
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Der Einlassstutzen 34 wird mit einer Rohwasserleitung der Anlage zur Meerwasserentsalzung verbunden. Der Auslassstutzen 38 wird mit einer Reinwasserleitung verbunden. Die Reinwasserleitung führt beispielsweise zu einer Umkehrosmosevorrichtung.
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Beim Betrieb der Membranfiltervorrichtung 10 wird zu reinigendes Rohwasser in Form von Meerwasser über den Einlassstutzen 34 dem Einlassraum 30 zugeführt. Vom Einlassraum 30 gelangt das zu reinigende Rohwasser in den Rohwasserraum 62 und umströmt die Lichtausstrahlungsabschnitte 58 und die Hohlfasermembranabschnitte 52. Das Wasser durchströmt die Wände der Hohlfasermembranabschnitte 52 und gelangt als Permeat in deren Innenraum. Mit dem Rohwasser mitgetragene Körper werden durch die Keramik zurückgehalten und verbleiben als Retentat in dem Rohwasserraum 62.
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Das Permeat im Innenraum der Hohlfasermembranabschnitte 52 strömt zu dem Permeatkanal 64. Das Permeat verlässt die Membranfiltervorrichtung 10 durch den Permeatkanal 64 und den Permeatauslass 36.
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Das Licht der Leuchtdioden wird über die Lichteinstrahlungsabschnitte 56 in die Lichtleitungsfasern 54 geleitet. In den Lichtleitungsfasern 54 wird das Licht zu den Lichtausstrahlungsabschnitten 58 geleitet. Das Licht wird dort in den Rohwasserraum 62 und zu den benachbarten Hohlfasermembranabschnitte 52 abgestrahlt. Die Nanopartikel an den Oberflächen der Hohlfasermembranabschnitte 52 wirken in Verbindung mit dem Licht der Leuchtdioden fotokatalytisch. Insgesamt wird so Fouling an den Außenseiten der Hohlfasermembranabschnitte 52 verhindert und bereits vorhandenes Fouling mithilfe der UV-A-Strahlung reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Membranfiltervorrichtung
- 14
- Anschlussmodul
- 16
- Abschlussmodul
- 18
- Membranmodul
- 20
- Lichtleitungsmodul
- 22
- Achse
- 24
- Verbindungsbolzen
- 26
- Verbindungsabschnitt
- 28
- Schraubenmutter
- 30
- Einlassraum
- 32
- Einlassöffnung
- 34
- Einlassstutzen
- 36
- Permeatauslass
- 38
- Auslassstutzen
- 40
- Membranmodulrahmen; Modulrahmen; Rahmen
- 42
- Rohwasserraumabschnitt; Raumabschnitt; Fluidraum
- 44
- Permeatkanalabschnitt; Kanalabschnitt
- 46
- Trennrahmenabschnitt
- 48
- Dichtung; Dichteinrichtung
- 49
- Dichtungssteg
- 50
- Positionierstift; Verbindungseinrichtung
- 52
- Hohlfasermembranabschnitt; Membranabschnitt
- 54
- Lichtleitungsfasern; Lichtleitungsmedium
- 55
- Lichteinbringeinrichtung
- 56
- Lichteinstrahlungsabschnitt
- 58
- Lichtausstrahlungsabschnitt; Lichtabstrahlungsabschnitt
- 60
- Abschlussmodulrahmen
- 62
- Rohwasserraum; Fluidraum
- 64
- Permeatkanal; Fluidkanal; Fluidraum
- 140
- Lichtleitungsmodulrahmen; Modulrahmen; Rahmen
