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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtertechnik, insbesondere auf eine Filtereinheit mit Aktivkohle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Filtereinheit mit Aktivkohle dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.
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Stand der Technik
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In Filtereinrichtungen, insbesondere in Aufbereitungsanlagen für Abwasser oder Trinkwasser werden Filtereinheiten eingesetzt, die typischerweise mit Membranfiltern bestückt sind. Eine Vielzahl von Membranfiltern ist dabei in einer rechteckförmigen Aufhängung angeordnet und wird in die zu filternde Flüssigkeit eingetaucht betrieben. Jeder Membranfilter weist eine Stützplatte mit zwei Filtermembranen auf. In Hohlräumen oder Leitungen innerhalb des Membranfilters sammelt sich Permeat, d.h. gefilterte Flüssigkeit, an. Die einzelnen Membranfilter sind jeweils über einzelne Anschlüsse, beispielsweise Rohre oder Schläuche, mit einer Permeatsammelleitung verbunden, die das Permeat aus den Membranfiltern absaugt. Bei einem Aufbau der Anlage werden die Membranfilter einzeln eingebaut und an die Permeatsammelleitung angeschlossen. Bei einer Revision oder einer Reinigung werden sie einzeln abgehängt. Dieses Vorgehen ist umständlich und zeitaufwendig und erhöht die Herstellungs- und Montagekosten der Anlage.
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Die
EP-A-1 016 449 zeigt, wie eine Mehrzahl von parallel angeordneten Filtertaschen in ein Becken mit flüssigem Gießharz eingesetzt werden. Nach dem Aushärten des Gießharzes werden Durchbrechungen zu den Filtertaschen in das Gießharz gefräst. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform weisen die Filtertaschen entlang zweier Kanten Steckvorsprünge und - ausnehmungen auf. Damit können sie durch Zusammenstecken zu einem Paket verbunden werden. Das Herstellungsverfahren ist auch hier aufwendig.
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WO 02/45827 zeigt Membranplatten, die parallel aneinandergelegt werden und jeweils einzelne Abflussstutzen aufweisen. Um eine flüssigkeitsdichte Verbindung der Membranplatten herzustellen, wird eine Dichtung über die nebeneinander liegenden Abflussstutzen gestülpt. Ein Sammelkanal wird wiederrum über die Dichtung gestülpt.
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EP 0 622 341 A1 offenbart eine einzelne Filterplatte mit einer Absaugkappe, die mit den übrigen Elementen der Platte verschweißt oder verklebt sein kann.
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JP 11309345 zeigt eine elastische Dichtung, welche über Abflussstutzen von nebeneinanderliegenden Filterplatten gesteckt ist. Ein Sammelrohr ist wiederrum auf die Dichtung gesteckt.
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Allen Offenbarungen ist gemein, dass ein Befüllen der Abstände zwischen den Membranen mit Aktivkohle nicht vorgesehen ist.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Filtereinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche Nachteile des Standes der Technik beheben, und insbesondere eine einfache und kostengünstige Konstruktion einer Filtereinheit erlauben.
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Diese Aufgabe löst eine Filtereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Filtereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 8.
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In der erfindungsgemäßen Filtereinheit sind also mindestens zwei Membranplatten parallel aneinandergelegt und zumindest in Bereichen um die Anschlusselemente zur Ableitung von Permeat flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Die Membranplatten sind durch ihre Form zum Herstellen, nach dem Aufeinanderlegen zweier Membranplatten, einer solche flüssigkeitsdichten Verbindung respektive Abdichtung durch Verschweißen vorgesehen. Es sind also keine weiteren Verbindungs- oder Dichtungskörper zwischen oder neben den Membranlatten erforderlich.
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Dadurch wird verhindert, dass ungefilterte Flüssigkeit zwischen den Membranplatten hindurchfließt und das Permeat in einem um die Anschlusselemente gelegenen Volumen verunreinigt. Es liegt vorzugsweise nur eine Abdichtung zwischen den Membranplatten im Bereich der Anschlusselemente vor. Ein Anschlusselement kann auch aus mehreren Durchbrechungen einer Kante bestehen. Ein Anschlusselement respektive die mehreren Durchbrechungen beanspruchen dabei aber nur einen vergleichsweise kleinen Bereich einer Längskante, beispielsweise weniger als ein Fünftel oder als ein Zehntel der Längskante. Dadurch werden der Aufwand zum Herstellen der Abdichtung verringert und die Zuverlässigkeit der Abdichtung erhöht.
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Diese Abdichtung wird beispielsweise durch eine formschlüssige und dabei flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den mindestens zwei Membranplatten erzielt, beispielsweise durch eine wasserdichte Steck- oder Schnappverbindung eines Dichtungsprofils. In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt eine vorerst formschlüssige Verbindung, vor, aus welcher eine stoffschlüssige Verbindung gebildet wird. Dies geschieht, je nach Material der Membranplatten, durch Kleben, Schweißen oder Löten, wonach die Membranplatten in der Regel nicht mehr ohne Schädigung lösbar verbunden sind. Vorzugsweise ist das Material ein thermoplastischer Kunststoff, und es werden Membranplatten im Bereich zwischen den Anschlusselementen miteinander verschweißt respektive verschmolzen.
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Über mehrere Anschlusselemente und dazwischenliegenden Bereichen kann ein Hohlprofil angebracht werden, das an seinen Enden abgeschlossen ist. Dieses umschließt Austrittsöffnungen der Anschlusselemente und die dazwischenliegenden Bereiche flüssigkeitsdicht, vorzugsweise stoffschlüssig. Dadurch wird ein Permeatsammelkanal gebildet, aus dem sich über einen Permeatabzug das Permeat absaugen lässt.
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Vorzugsweise sind die erwähnten Verbindungsstellen zwischen Membranplatten untereinander und zwischen Membranplatten und Permeatsammelkanal durch ebene Flächen gebildet, was eine einfache Herstellung erlaubt. Verbindungsstellen zwischen einzelnen Membranplatten können auch durch Nut-Feder-Verbindungen gebildet werden, die beispielsweise kraftschlüssig einschnappen, sich verkeilen oder miteinander verschweißbar sind. Um, je nach zu filternden Medium und Art von Verunreinigungen, einen Abstand zwischen Membranplatten zu erhöhen, sind Distanzelemente oder Abstandshalter an einzelnen Stellen, beispielsweise zwischen Längskanten der Membranplatten einlegbar. Diese werden wie Membranplatten verbunden, also beispielsweise gesteckt und/oder geschweißt.
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Vorzugsweise sind die Abstände zwischen den einzelnen Membranplatten mit Aktivkohle befüllt. Aktivkohle dient dazu, gelöste Wasserinhaltsstoffe aus dem Wasser zu absorbieren. Die Fixierung der Aktivkohle zwischen den Membranplatten unten und oben erfolgt mittels eines Siebes. Das Herausfallen der Aktivkohle wird somit verhindert. Die Wasserströmung wird zwangsläufig an der Aktivkohle vorbeiführen bevor es auf die Membranplatten trifft.
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Zusammengefasst kann aus einer Anzahl von identischen Membranplatten lediglich durch Verschweißen der Schweißbereiche zur Abdichtung, Aufschweißen des Permeatsammelkanals und einiger Schweißraupen zur Verbindung der Membranplatten ein komplettes einsatzbereites Filtermodul mit integrierter Aktivkohle hergestellt werden. Durch die Abstandselemente sind in einfacher Weise Anpassungen an unterschiedliche Flüssigkeitseigenschaften möglich.
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Durch die sehr einfache und kostengünstige Herstellung einer Filtereinheit entfällt die Notwendigkeit aufwendiger Revisionen, es kann einfach eine Filtereinheit als Ganzes ersetzt werden. Die erfindungsgemäße Filtereinheit eignet sich aufgrund der kostengünstigen und kompakten Bauweise insbesondere für Hauskläranlagen und Wasserfiltration.
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Mit dem Begriff „Wasser“ oder „Schmutzwasser“ wird in der vorliegenden Anmeldung jeweils Abwasser oder aufzubereitendes Trinkwasser bezeichnet. Die Erfindung ist aber auch auf Filtereinheiten für andere Flüssigkeiten anwendbar.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor. Dabei sind Merkmale der Verfahrensansprüche sinngemäß mit den Vorrichtungsansprüchen kombinierbar und umgekehrt.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 bis 3 verschiedene Ansichten einer Filtereinheit gemäß der Erfindung;
- 4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Filtereinheit mit mehreren Membranplatten; und
- 5 bis 7 schematisch verschiedene Ansichten auf aneinander gelegte Membranplatten im Bereich von Permeatausströmschächten.
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Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefast aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Seitenansicht, 2 eine Aufsicht und 3 einen Querschnitt durch eine Filtereinheit (10) gemäß der Erfindung. Die gezeichnete Stellung entspricht einer Betriebsstellung der Filtereinheit (10), in welcher sie in einer zu filternden Flüssigkeit eingetaucht betrieben und von der Flüssigkeit von unten nach oben durchströmt wird. Eine entsprechende Strömungsrichtung ist durch Pfeile angedeutet. Die Filtereinheit (10) wird hauptsächlich durch eine Mehrzahl von parallel und einander deckend respektive kongruent aneinandergelegten Membranplatten (1) gebildet. Ein solcher Stapel von Membranplatten (1) kann an zwei Seiten durch Deckplatten (15) abgeschlossen sein. Die Deckplatten (15) können (in den Zeichnungen nicht vorgesehene) Abstandsnoppen (18) zur Beabstandung von weiteren Filtereinheiten (10) aufweisen. In einem Bereich einer ersten Längskante (6a) und einer zweiten Längskante (6b) sind aneinander liegende, parallel angeordnete Membranplatten (1) jeweils formschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise durch an den Längskanten (6a, 6b) angeordnete ineinanderpassende Nut-Feder-Verbindungen (16). Dadurch ist eine formschlüssige Verbindung zwischen den mindestens zwei Membranplatten (1) im Bereich zwischen den Anschlusselementen der Permeatausströmschächte (2) bildbar. Diese Verbindungen müssen nicht zwingend flüssigkeitsdicht sein. Es genügt, wenn die aufwärts strömende und gegebenenfalls mit Spülluft vermischte Flüssigkeit im Wesentlichen nicht seitlich durch die Längskanten (6a, 6b) entweicht. Bei der beschriebenen Orientierung der Durchströmung sind die Membranplatten (1) entlang der kürzeren Kanten nicht miteinander verbunden.
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Die Membranplatten (1) sind vorzugsweise einstückig aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Polypropylen, ABS, etc. geformt. An einer oder mehreren Stellen sind die Membranplatten (1) ferner durch senkrecht zu den ersten Längskanten (6a) respektive den zweiten Längskanten (6b) verlaufende Schweißraupen (14) miteinander verschweißt.
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Hier und im Folgenden werden stoffschlüssige Verbindungen beschrieben, die durch Schweißen von thermoplastischem Material gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindungen jeweils durch Kleben oder, in einzelnen Fällen, durch flüssigkeitsdichte Steckverbindungen herzustellen. Bei Verwendung anderer Materialien für die Membranplatten (1) können Verbindungen auch gelötet sein.
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In einem Bereich der ersten Längskante (6a) weist jede Membranplatte (1) einen Permeatausströmschacht (2) auf. Dieser führt von einer Innenseite der Membranplatte (1) zu einer in einer Fläche der ersten Längskante (6a) gelegenen Austrittsöffnung. Die Austrittsöffnungen aller Membranplatten 1 sind durch einen Permeatsammelkanal (11) mit einer Leitung zum Permeatabzug (13) umschlossen. Der Permeatsammelkanal (11) und die Membranplatten (1) sind entlang einer Schweißkante (12) des Pemeratsammelkanals (11) verschweißt. Um den Permeatsammelkanal (11) gegenüber der in der Filtereinheit (10) strömenden Flüssigkeit abzudichten, sind Bereiche der Membranplatten (1) zwischen den Permeatausströmschächten (2) respektive deren Austrittsöffnungen ebenfalls miteinander verschweißt.
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Der Permeatsammelkanal (11) kann einen (nicht gezeichneten) zweiten Anschlussstutzen aufweisen, der dem Permeatabzug (13) gegenüberliegt und über eine durchbrechbare Stelle mit der Innenseite des Permeatsammelkanals (11) verbindbar ist. Dadurch können zwei Filtereinheiten (10) aufeinandergestellt und durch einen Schlauch miteinander verbunden betrieben werden.
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Für große Filterleistungen weisen die Membranplatten (1) vorzugsweise jeweils einen zweiten Permeatausströmschacht auf, und weist die Filtereinheit (10) einen zweiten Permeatsammelkanal auf (nicht gezeichnet). Dieser ist vorzugsweise an einem dem Permeatsammelkanal (11) gegenüberliegenden Ende an derselben Wand der Filereinheit (10) angeordnet, beispielsweise etwa auf der Höhe der in der 1 eingezeichneten Schweißraupe (14). Der Permeatsammelkanal (11) weist dann vorzugsweise einen dem Permeatabzug (13) gegenüberliegenden zweiten Anschluss auf, der durch einen Schlauch oder ein Rohrstück mit einem Permeatabzug des zweiten Permeatsammelkanals verbindbar ist.
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4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Filtereinheit mit mehreren Membranplatten im Bereich der Permeatausströmschächte (2). Eine Membranplatte (1) weist zwei Filtermembranen (7) auf, die beiderseits einer Stützplatte (8) angeordnet sind. Ein Permeatausströmschacht (2) einer Membranplatte 1 führt von einem zwischen den Filtermembranen 7 gelegenen Volumen zur ersten Längskante 6a der Membranplatte (1). Der Schacht ist vorzugsweise als rechteckiger Kanal im Wesentlichen senkrecht zur ersten Längskante (6a) ausgeführt. Der Permeatauströmschacht (2) kann auch rund oder oval geformt sein Ein Bereich um die Austrittsöffnung des Permeatausströmschachts (2) ist vorzugsweise eben geformt. Dieser Bereich bildet an den zwei Längskanten des Permeatausströmschachts (2) Schweißbereiche zur Abdichtung (4) und an den kurzen Kanten des Permeatausströmschachts (2) Schweißbereiche für den Permeatsammelkanal (5).
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Beim Herstellen der Filereinheit (10) kommt beim Aneinanderlegen mehrerer Membranplatten (1) jeweils ein Schweißbereich zur Abdichtung (4) einer erstem Membranplatte (1) an einen Schweißbereich zur Abdichtung (4) einer zweiten Membranplatte (1) zu liegen. Diese Schweißbereiche aller Membranplatten (1) werden durch Spiegelschweißen in einem einzigen Arbeitsgang jeweils paarweise miteinander verschmolzen. Der verwendete Schweißspiegel weist dazu eine Länge auf, die einer Breite der Filtereinheit (10) entspricht, und eine Höhe, die einer Höhe der Austrittsöffnungen entspricht. Zwischen den Permeatausströmschächten (2) bilden sich dadurch Wülste aus verschmolzenem Material, welche eine stoffschlüssige und flüssigkeitsdichte Verbindung gegenüber einem zwischen den Membranplatten (1) liegenden Bereich respektive Volumen ungefilterter Flüssigkeit bilden.
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In einem weiteren Arbeitsgang wird der Permeatsammelkanal (11) entlang der Schweißkante des Permeatsammelkanals (12) auf Schweißbereiche für den Permeatsammelkanal (5) der Membranplatten 1 geschweißt. Dazu bilden die aneinandergelegten und ebenen Schweißbereiche für den Permeatsammelkanal (5) eine im wesentlichen ebene Fläche, so dass die Schweißkante des Permeatsammeklkanals (12) gerade ausgeführt werden kann. Die Schweißbereiche für Permeatsammeklkanal (5) müssen nicht zwingend eben ausgeführt sein. Sie können beispielsweise auch gewellt sein, wobei dann auch die Schweißkante des Permeatsammelkanals (12) entsprechend gewellt sein muss. Aus Gründen der einfachen Herstellung wird die ebene Form bevorzugt.
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Vorzugsweise werden, um eine völlig dichte Verbindung zwischen den Membranplatten (1) im Bereich des Schweißbereichs für den Permetasammeklanal (5) zu erreichen, diese Bereiche vor dem Aufschweißen des Permeatsammelkanals (11) in einem separaten Arbeitsgang miteinander verschweißt. Dabei werden die Schweißbereiche für den Permeatsammekanal (5) im schmelzfähigen Zustand mit einem Druckstempel flächig zusammengedrückt. Der Druckstempel drückt dabei auch auf Schweißbereiche der Deckplatten (15), die an die Schweißbereiche zur Abdichtung (4) der äußeren Membranplatten (1) anliegen. Die Form des Druckstempels entspricht also ungefähr der Form der Schweißkante des Permeatsammelkanals (12).
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In der 4 ist der ebene Bereich (4, 5) um die Austrittsöffnungen als erhaben gegenüber dem restlichen Bereich der ersten Längskante (6a) dargestellt. Die Erhöhung dieser Schweißbereiche (4, 5) beträgt beispielsweise 1 bis 2 mm. Er kann aber auch nicht erhaben sein, wobei aber ausreichend Material zwischen den Schweißstellen und der Feder-Nut-Verbindung vorhanden sein muss, um eine saubere Schweißung zu gewährleisten. In der 4 ebenfalls dargestellt sind Erhebungen zur Bildung einer Schweißraupe (14). Die Schweißraupe wird durch Erhitzen des Kunststoffs und Andrücken eines langgestreckten Formstempels erzeugt.
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5 bis 7 zeigen schematisch Ansichten auf einander gelegte Membranplatten (1) im Bereich der Permeatausströmschächte (2) in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Im Gegensatz zur 4 sind die Schweißbereiche (4, 5) nicht erhaben respektive überhöht dargestellt. 5 entspricht einer Anordnung wie in 4. Eine vertikale Ausdehnung der Verbindungsgsbereiche, in welchen beim Spiegelschweißen die Schweißbereiche zur Abdichtung 5 miteinander verschweißt werden, ist mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet.
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In 6 wird ein größerer Abstand zwischen den Membranplatten (1) durch zwischen den Membranplatten (1) im Bereich der ersten Längskante (6a) eingelegte erste Abstandhalter (9a) erzielt. Analog werden nicht gezeichnete zweite Abstandshalter (9b) zwischen die Membranplatten (1) im Bereich der zweiten Längskante (6b) eingelegt. In 7 wird gezeigt wie in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ein größerer Abstand zwischen Membranplatten (1) durch Verbreiterung der Längskanten (6a, 6b) erreichbar ist.
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1, 2 und 4 zeigen die Aktivkohle (19), die zwischen den einzelnen Membranplatten (1) befüllt wird. Die Fixierung der Aktivkohle (19) zwischen den Membranplatten (1) unten und oben erfolgt mittels eines Siebes (20).
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Falls auf eine Deckplatte (15) verzichtet wird, kann die Schweißkante des Permeatsammelkanals (12) zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und der Qualität der Schweißverbindung respektive Schmelznaht im Randbereich mit einer in Richtung der Membranplatte (1) vorstehenden Lippe versehen sein, die beim Aufsetzen auf einen Stapel von Membranplatten (1) jeweils einen Rand der erste Längskante (6a) der beiden äußeren Membranplatten (1) umfasst.
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Beispielhafte Maße für die Größe einer Membranplatte (1) und damit auch der Filtereinheit (10) sind eine Länge von 30 bis 60 cm und eine Breite von 5 bis 20 cm. Eine Dicke der Filtereinheit (10) kann 20 bis 50 cm oder mehr betragen und zehn, zwanzig oder mehr Membranplatten 1 aufweisen. Entsprechend werden Filterflächen von mehreren Quadratmetern realisiert. Bei einer Dicke einer Membranplatte (1) von 5 mm ist eine Austrittsöffnung ca. 2 mm breit und 15 bis 20 mm hoch. Eine Dicke eines Steges eines Schweißbereichs zur Abdichtung (4) beträgt dann ca. 1 bis 1.5 mm. Der Schweißbereich für den Permeatsammelkanal (5) erstreckt sich von der Austrittsöffnung aus um einen 0,5 bis über 1 cm entlang der ersten Längskante (6a). Die angegebenen Maße sind beispielhaft zu verstehen, innerhalb physikalisch sinnvoller Grenzen lassen sich die Maße im Wesentlichen beliebig variieren, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.
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Zusammenfassung
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Eine Filtereinheit (10) weist parallel aneinander gelegte Membranplatten (1) auf, die zumindest in Bereichen (4) um Anschlusselemente (2) zur Ableitung von Permeat, d. h. gefilterter Flüssigkeit, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Die Membranplatten sind durch ihre Form zum Herstellen, nach dem Aufeinanderlegen zweier Membranplatten, einer solchen flüssigkeitsdichten Verbindung respektive Abdichtung durch Verschweißen vorgesehen.
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Dadurch wird verhindert, dass ungefilterte Flüssigkeit zwischen den Membranplatten (1) hindurchfließt und das Permeat in einem um die Anschlusselemente (2) gelegen Volumen verunreinigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt eine vorerst formschlüssige Verbindung vor, aus welcher, durch Schweißen, eine stoffschlüssige Verbindung gebildet wird.
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Über mehrere Anschlusselemente (2) und die dazwischenliegenden Bereiche (4) kann ein Hohlprofil (11) angebracht werden, das an seinen Enden abgeschlossen ist. Dieses umschließt Austrittsöffnungen der Anschlusselemente (2) und die dazwischenliegenden Bereiche flüssigkeitsdicht, vorzugsweise stoffschlüssig. Dadurch wird ein Permeatsammelkanal (11) gebildet, aus dem sich über einen Permeatabzug (13) das Permeat absaugen lässt.
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Der zwischenliegende Bereich der Membranplatten (1) wird mit Aktivkohle (19) befüllt. Die Fixierung der Aktivkohle (19) zwischen den Membranplatten (1) unten und oben erfolgt mittels eines Siebes (20), um das Herausfallen der Aktivkohle (19) zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Membranplatte
- 2
- Permeatausströmschacht
- 3
- Schachtrand
- 4
- Schweißbereich zur Abdichtung
- 5
- Schweißbereich für Permeatsammelkanal
- 6a
- erste Längskante
- 6b
- zweite Längskante
- 7
- Filtermembran
- 8
- Stützplatte
- ga
- erster Abstandshalter
- 9b
- zweiter Abstandshalter
- 10
- Filtereinheit
- 11
- Permeatsammelkanal
- 12
- Schweißkante des Permeatsammelkanals
- 13
- Permeatabzug
- 14
- Erhebung zur Bildung einer Schweißraupe
- 15
- Deckplatte
- 16
- Nut-Feder-Verbindung
- 17
- Bereich für die Spiegelschweißung zur Abdichtung
- 18
- Abstandsnoppen
- 19
- Aktivkohle
- 20
- Sieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1016449 A [0003]
- WO 0245827 [0004]
- EP 0622341 A1 [0005]
- JP 11309345 [0006]
