DE2504818C3 - Membraneinheit für umgekehrte Osmose in Wickelbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitende Flüssigkeitsreinigungsvorrichtung und insbesondere auf eine mit umgekehrter Osmose arbeitende Membranbaueinheit mit einer spiralenförmig aufgewickelten Membran.

Bei einem unter Anwendung der umgekehrten Os mose arbeitenden Reinigungsprozeß wird die Diffusion einer Lösung durch eine semipermeable Membran von einer konzentrierten Lösung zu einer relativ verdünnteren Lösung dadurch bewirkt, daß die konzentrierte Lösung unter einen Druck gesetzt wird, der größer als die Differenz des osmotischen Drucks an der Membran ist.

Anordnungen, die unter Anwendung der umgekehrten Osmose arbeiten, sind in der Technik bekannt; sie sind in den letzten Jahren insbesondere zur Reinigung von Wasser für verschiedene Zwecke eingesetzt worden.

Es sind auch bereits spiralenförmig gewickelte Baueinheiten mit einer mehrblättrigen Konstruktion sowie andere mit einer einblättrigen Konstruktion bekannt, bei denen das eine Blatt in Form einer Spirale gerollt war, IiS-PS 3 367 504. In jedem Fall enthält die sich ergebende, mit umgekehrter Osmose arbeitende Baueinheit eine Membran mit einer relativ großen Oberfläche, die Um einen Dorn gelegt oder gewik* kelt ist, wobei auf beiden Seiten der Membran in ihrer gesamten Länge Durchlässe für das Konzentrat und für das Permeat vorhanden sind. Diese Durchlässe können einfach Zwischenräume selbst sein oder sie sind üblicherweise in porösen Abstandshaltemateria-

IJen gebildet, die sandwichartig zwischen benachbarten Schichten der semipermeablen Membran eingefügt sind.

Keine der obenerwähnten Typen von Baueinheiten hat sich als vollständig befriedigend erwiesen. Die mehrblättrigen Baueinheiten waren schwierig und teuer herzustellen, während die bisher bekannten einblättrigen, spiralenförmig aufgerollten Baueinheiten den großen Nachteil aufweisen, daß bei einer Zunähme der Membranfläche durch Erhöhen der Membranlänge das Permeat von einem ersten Durchtrittspunkt durch die Membran zu dem Punkt, an dem esschließlich in den Permeatauslaß aus der Baueinheit gelangt, einen langen Weg durchlaufen muß und daß sich aus dem langen Strömungsweg ergebende Reibungsverluste einen großen Druckabfall erzeugen, der bewirkt, daß sich die Durchflußmenge wesentlich erniedrigt. Dies führt zu einem wesentlichen Druckunterschied längs des Membranblatts, der die Wirksamkeit der Baueinheit wesentlich beeinträchtigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranbaueinhejt für umgekehrte Osmose in Wickelbauweise a) mit einem rohrförmigen Hohlkern für den Permeatablauf,
b) um den spiralig eine Schichtanordnung gewickelt ist,

c) die aus einer 1. Membran, einer permeatleitenden Stützschicl.i, einer 2. Membran und einer speisewasserleitenden Stützschicht besteht.
Mit Hilfe der Erfindung soll eine einfach herzustellende Membranbaueinheit geschaffen werden, die einen sehr großen Flüssigkeitsdurchsatz ohne großen Druckabfall ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein radialer Permeatkanal die Schichten des Membranwickels in einer Verklebungszone durchsetzt, in den Hohlkern mündet und an der Außenseite der Einheit verschlossen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Membranbaueinheit steht der die Schichten des Memts. ;>nwickels durchsetzende Permeatkanal mit allen permeatführenden Schichten in Verbindung. Die das Speisewasser führenden Schichten sind in der Umgebung des Permeatkanals jedoch durch Verkleben verschlossen, so daß nur das Permeat aus jeder Stützschicht in den Permeatkanal gelange n kann. Der Weg, den das Permeat vom Eintritt in die dafür bestimmten Schichten bis zum Permeatkanal zurücklegt, ist daher relativ kurz. Dem Permeat steht somit eine Vielzahl von parallelen μ Strömungswegen zum Permeatkanal zur Verfügung, so daß der Strömungswiderstand relativ niedrig gehalten wird. Mit der erfindungsgemäßen Membranbaueinheit laßt sich daher ein hoher Flussigkeitsdurchsatz erzielen.

Vorzugsweise bestehen die Stützzwischenschichten aus einem versponnenen Polyestermaterial oder aus einem Kunststoffnetz aus Polyäthylen oder Polypropylen.

Die Verklebungszone entsteht dadurch, daß die Lücken des Kunststoffnetzes im Bereich des Permeatkanals mit einem Klebemittel gefüllt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittärisicht einer Membranbaueinheit nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch einen radial verlaufenden Permeatkanal in der Membranbaueinheit,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Darstellung von Fig, 2 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Membranbaueinheit der Fig. 1 bis 3.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Membranbaueinheit 10 dargestellt; diese Membranbaueinheit enthält einen hohlen rohrförmigen Kern 11, um den eine Schichtanordnung gewickelt ist. Diese Schichtanordnung besteht aus einer semipermeablen Membran 12, einer Permeat-Stützz'vlschenschicht 13, die aus einem porösen, versponnenen Polyestermaterial bestehen kann, einer semipermeablen Membran 14, die an ihren Enden dicht mit der Membran 12 verbunden ist, und einer Speisewasser-Stützzwischenschicht IS, die aus einem Kunststoff netz Destehen kann. Die Schichtanordnung ist mehrere Male abhängig von der gewünschten Permeatdurchflußmenge eng um den Hohlkern 11 gewickelt. Der spiralförmige Wickel wird dann mit einer undurchlässigen Umhüllung 16 umwickelt. Das an gegenüberliegenden Seiten der Permeat-Stützschichten 13 liegende Membranmateria! ist an den Enden der Baueinheit miteinander verbunden, so daß die Kanten der Speisewass^r-Stützschichten 15 an den Enden der Baueinheit offen sind, während die Kanten der Permeat-Stützschichten 13 geschlossen sind.

Der gesamte Wickel, der die mit umgekehrter Osmose arbeitende Membranbaueinheit bildet, ist so ausgebildet, daß er in einen Behälter mit gleicher Form eingefügt werden kann, in den Einlaß und Auslaßanschlüsse führen und der mit Vorrichtungen zur Aufnahme der Enden der spiralenförmig gewickelten Baueinheit und zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Permeatkana! und der Verbrauchsstelle für das Permeat enthält. Eine zu reinigende wäßrige Lösung wird durch den Einlaßanschluß in den Behälter eingeführt, so daß es die Membranbaueinheit umströmt. Das Speisewasser tritt dabei durch die stirnseitig unverklebten Enden der Stützzwischenschichten 15 in den Membranwickel ein; das Permeat durchdringt die semipermeable Membran und gelangt daher, wie noch erläutert wird, über die Stützschichten 13 in den Permeatkanal, von wo aus es zu einer Verbrauchsstelle geleitet wird. Die semipermeable Membran ist für den Stoff, der in der zu dem Behälter geleiteten wäßrigen Lösung gelöst ist. weniger durchlässig, so daß dieser Stoff im Speisewasser .Strömungskanal konzentriert wird und mit dem Uberschußwasser, das von der Kapazität der Membranbaueinheit nicht verarbeitet werden kann, zum Auslaßanschluß des Behalters entweder zu einem Abfluß oder zu einer Rückführungsstelle erneut durch den Behälter strömt. Solche Anordnungen sind hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus bekannt, so daß sie hier nicht im einzelnen näher erörtert werden.

In einer mit umgekehrter Osmose arbeitenden Baueinheit können für die semipermeable Membran verschiedene Materialien verwendet werden, doch ist zu einer einzigen dünnen Folie verarbeitetes Zelluloseazetat das bevorzugte Material.

Die Permeat-Stützschicht 13 besteht vorzugsweise aus einem relativ billigen, stark porösen Material mit solchen Eigenschaften, daß es Wasser relativ ungehindert hindurchströmen läßt und doch jenen Drücken einschließlich des Drucks des umgebenden Wassers ohne Zusammenbrechen oder unzulässiges Verformen durch Fließen standhält. Vorzugsweise besteht sie aus einem Material das so ausreichend flexibel ist, daß es in großen Folien von Zuführungaroilen abgewickelt und anschließend in einer relativ dichten Rolle unter Aufrechterhaltung seiner Kontinuität auf den Hohlkern 11 gewickelt werden kann. Ein solches poröses Material, das sich für die Verwendung in der hier beschriebenen Ausführungsform in idealer Weise eignet, ist ein versponnenes Polyestermaterial.

Die Speisewasser-Stützschicht 15 wird ebenfalls vorzugsweise in langen Folien von Vorratsrollen geliefert und dann eng um den Hohlkern 11 gewickelt. Das Material der Speisewasser-Stützschicht wird vorzugsweise in Form einer billigen netz- oder gitterartigen Struktur, beispielsweise als gewebtes Kursststoffnetz, geliefert, damit für das Speisewasser ein gewundener Weg erzeugt wird, dem das Speisewasser beim Durchströmen der Baueinheit folgt, damit eine Ansammlung von konzentriertem Speisewasser an der Oberfläche der Membran verhindert wird. Derartige Kunststoffnetzmaterialien, die für die Verwendung in der vorliegenden Ausführungsform in idealer Weise geeignet sind, sind Netze aus PoIyä*^Kylen oder Polypropylen

Bei der Herstellung der hier beschriebenen Baueinheit wird die schichtartige Struktur aus der Membran, der Permeat-Stützschicht, der weiteren Membran und der Speisewasser-Stützzwischenschicht in engen W indungen um den Hohlkern 11 gewickelt. Mit jeder Windung wird eine bestimmte Menge eines Klebemittels 19 auf die netzartige Speisewasser-Stützzwischenschicht aufgetragen. Jeder Auftrag des Klebemittels füllt die Lücken innerhalb des gewebten Gitters oder Netzes und haftet fest an den angrenzenden Flächen der semipermeablen Membran, so daß die Permeat-Stützzwischenschicht an der Auftragstelle des Klebemittels und die zwei angrenzenden Membranflächen dicht miteinander verklebt werden. Jeder dieser Bereiche des Klebemittels wird so aufgebracht, daß die mehreren Klebemittelbereiche an aufeinanderfolgenden Schichten der Schichtanordnung längs der gleichen Radiallinie der Baueinheit (also längs einer Linie bezüglich zueinander) liegen. Nach Beendigung des Wicklungsvorgangs wird eine bahnförmige Umhüllung 16 um die Baueinheit gewickelt, damit die gesamte Einheit umschlossen wird. Anschließend wird ein Permeatkanal 17 radial durch die Baueinheit bis in das Imere des Hohlkcrns 11 zu der dort befindlichen Permeatabflußdurchführung 18 gebohrt, der Permeatkanal 17 führt durch die Bereiche mit dem Klebemittel 19. Die mit dem Klebemittel versehenen Bereiche sind vollständig wasserundurchlässig, so daß durch Bohren des Permeatkanals 17 durch die Baueinhdt längs der gleichen Radiallinie, längs der auch die mit dem Klebemittel versehenen Bereiche 19 liegen, und durch diese Bereiche selbst (mit einem kleineren Bohrdurchmesser als die Durchmesser der Klebemittelbereiche) jede de^r aufeinanderfolgenden Lagen der Permeat-Stützschicht vollständig zum Kanal 17 geöffnet wird, während die aufeinanderfolgenden Lagen der Speisewasser-Stützschicht (durch das Klebemittel) vollständig gegen den Permeatkanal 17 abgedichtet sind. Über den radialen Permeatkanal 17 ist auf der Umhüllung 16 ein Abdichtband 16a angebracht, das das Ende des Kanals verschließt; falls es notwendig ist, kann unter dem Abdichtband ein (nicht dargestelltes) Vcrstärkungsglied liegen, damit das Bi,nd daran gehindert wird, in den Kanal einzudringen.

Der Permeatkanal 17 ist zur Permeatabflußdurch-

führung 18 im Hohlkern Ü geöffnet. Wie bereits erläutert worden ist, ist diese Permeatabflußdurchführung 18 über geeignete Einrichtungen mit einer Verbrauchsstelle für das abfließende Permeat verbunden. Es ist zu erkennen, daß das aus einer sich ursprünglich innerhalb der äußersten Lage 20 der Speisewasser-Stützzwischenschicht befindlichen Speisewasserlösung stammende Permeat durch die angrenzende semipermeable Membran 21 zu der angrenzenden Lage 22 der Permeat-Stützschicht vordringen kann, von da aus direkt zum Permeatkanal 17 und zur Permeatabfiußdurchführung 18 im Hohlkern 11 zur Verbrauchsstelle gelangen kann. Der spiralenförmige Weg durch den Membranwickel muß

^r> dabei weder vom Permeat noch von der Speisewasserlösung durchlaufen werden.

Es ist zu erkennen, daß an verschiedenen Punkten längs der Baueinheit entweder in einer geraden Linie oder in verschiedenen Winkeln zueinander, mehrere Permeatkanäle gebohrt sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Membranbaueinheit für umgekehrte Osmose in Wickelbauweise

a) mit einem rohrförmigen Hohlkern für den Permeatablauf,

b) um den spiralig eine Schichtanordnung gewickelt ist,

c) die aus einer 1. Membran, einer permeatleitenden Stützschicht, einer 2. Membran und einer speisewasserleitenden Stützschicht besteht, dadurch gekennzeichnet,

d) daß mindestens ein radialer Permeatkanal (17) in einer Verklebungszone (19) sämtliche Schichten (12, 13, 14, 15) durchsetzt,

e) in den Hohlkern (11) mündet und an der gegenüberliegenden Seite verschlossen ist,
wobei die Hohlräume der speisewasserführenden Schicht (15) in der Verklebungszone (19) rau einem Klebemittel gefüllt sind und die Membranen (12, 14) in diesem Bereich fest mit der Schicht (15) verklebt sind.

2. Membranbauemheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die speisewasserleitende Zwischenschicht (15) ein Kunststoffet7 aus Polyäthylen oder Polypropylen ist.

3. Membranbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die permeatleitenden Stützschichten (13) ein druckfestes verspe ,nenes Polyestermaterial ist.

f)