DE2543296B1

DE2543296B1 - Membrantrennverfahren und vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE2543296B1
Application number: DE19752543296
Authority: DE
Inventors: Jennings James Lawrence
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1975-09-27
Filing date: 1975-09-27
Publication date: 1977-01-20
Also published as: DE2543296C2

Description

Membrantrennmethoden, wie insbesondere Ultrafiltrations- und Umkehrosmosebehandlungen, sowie dafür geeignete Vorrichtungen sind aus wissenschaftlichen und technischen Schriften bekannt. Derartige Arbeitsweisen finden zunehmend Eingang in die Technik und gewinnen zunehmende wirtschaftliche Bedeutung für industrielle Stofftrennungen. Wenngleich Membranverfahren nicht den Energieaufwand von Verdampfungs-und Kristallisationsmethoden erfordern, besteht trotzdem ein ausgeprägtes Interesse der Technik an einer möglichst weitgehenden Senkung der Betriebskosten derartiger Membranverfahren, und in Verbindung mit Membrantrennverfahren ist die Erzielung hoher Durchflußleistungen wichtig, um ein Arbeiten mit Membranen von verhältnismäßig kleiner Oberflächenausdehnung zu ermöglichen und damit die Anlagekosten und auch die Betriebskosten zu senken. Weiterhin ist das Trennverfahren um so wirksamer und billiger, je länger eine Membrantrennanlage in Betrieb bleiben kann, ohne daß eine Rückspülung und Reinigung erforderlich ist.
Es gibt eine ganze Reihe von Trennbehandlungen, die in Membrantrennvorrichtungen durchgeführt werden können. Als Beispiele seien genannt: Die Reinigung von verschmutztem Wasser und Brackwasser; die Behandlung von Abwasser und von Abfallmaterialien aus technisch biologischen Verfahren; die Auftrennung von Käsemolke zur Gewinnung von Protein und Lactose; die Konzentrierung von Fruchtsäften; die Trennung von Sulfitlauge bei der Holzzellstoffpapierherstellung u. dgl.
Bei vielen derartigen Verfahren kann eine Belüftung und Schaumflotation als Vorbehandlungsstufe zur Unterstützung einer Entfernung von Feststoffen und unlöslichen Materialien aus dem Hauptbeschickungsstrom mit gutem Erfolg angewendet werden.
Zusätzlich zu den allgemeinen Gesamtvorteilen, die sich aus der Integration einer Flotationsstufe mit einer oder mehreren Membrantrennstufen bei der Behandlung einer suspendierte und ungelöste Bestandteile mitführenden Beschickungslösung ergeben, wird erfindungsgemäß ein weiterer wesentlicher Vorteil dadurch erzielt, daß der Druck eines Konzentratstroms, der eine Ultrafiltrations- oder Umkehrosmoseeinrichtung verläßt, zum Absaugen von Schaum vom Kopf des Flotationsturms ausgenutzt wird. Dieses Absaugen des Schaums macht herkömmliche mechanische Einrichtungen für die Schaumentfernung überflüssig und führt darüber hinaus zu noch weiteren Energieeinsparungen im Gesamtverfahren.
Ultrafiltrationsanlagen arbeiten normalerweise im Druckbereich von 3 bis 7,8 Atm (30-100 psi), während Umkehrosmoseanlagen zumeist bei Drücken von einigen zehn bis herauf zu etwa 70 Atm (1000 psi) betrieben werden. Der Konzentratstrom, der eine Membrantrennstufe verläßt, enthält somit eine beträchtliche Energiemenge, und diese wird erfindungsgemäß mittels einer Saugstrahlpumpe ausgenutzt, indem der Niederdruckabschnitt der Saugstrahlpumpe direkt mit der oberen schaumhaltigen Zone der Flotationseinrichtung verbunden wird, so daß die Saugwirkung den Abzug der in der Flotationseinrichtung gebildeten Phase aus Schaum und mitgeführten Stoffen unterstützt Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die nicht die vorstehend angedeuteten und ähnliche Mängel bekannter Arbeitsweisen und Vorrichtungen aufweisen, eine weitere Verringerung des Energieaufwands mit sich bringen, hohe Fließraten in der oder den Membrantrenneinrichtungen und damit die Verwendung von Membrantrenneinrichtungen verhältnismäßig geringer Membranflächen gestatten, die Verschmutzung der Membranflächen verringern und damit die wirksame Betriebsdauer der Membrantrennstufe(n) verlängern, den Energieinhalt des Konzentratstroms der Membrantrennstufe optimal ausnutzen, eine Senkung der Anlage- und Betriebskosten des Gesamtverfahrens bzw. der Gesamtvorrichtung mit sich bringen und trotzdem apperativ einfach ausgebildet und verfahrenstechnisch einfach, betriebssicher und störungsunanfällig durchzuführen sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Membrantrennverfahren, bei dem der Beschickungsstrom mitgeführte unlösliche Stoffe enthält, die mindestens teilweise durch eine Schaumflotationsbehandlung entfernbar sind, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Beschickungsstrom in eine Flotationstrennstufe leitet und dort die Belüftung und die Schaumaufschwimmung mindestens eines Teils der mitgeführten unlöslichen Stoffe zur Verhinderung einer Mitnahme in eine nachfolgende Membrantrennstufe durchführt, flüssige Beschickung unterhalb der oberen schaumhaltigen Zone der Flotationsstufe abzieht, in eine Membrantrennstufe leitet und dort bei erhöhtem Druck mit einer Membran zur Herbeiführung der gewünschten Produkttrennung in Berührung bringt, den erhaltenen Membrandurchgang aus der Membrantrennstufe abführt und sammelt, den unter erhöhtem Druck stehenden Konzentratstrom ebenfalls aus der Membrantrennstufe abzieht und durch eine Saugstrahlpumpe leitet, deren Niederdruckhalsabschnitt in offener kommunizierender Verbindung mit der oberen schaumhaltigen Zone der Flotationsstufe steht, und hierdurch Schaum und belüftete mitgeführte unlösliche Stoffe aus der Flotationsstufe abzieht und zusammen mit dem durch die Saugstrahlpumpe fließenden Konzentratstrom abführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens umfaßt in Kombination und ist gekennzeichnet durch eine Flotationskammer zur Flüssigkeitsaufnahme und Schaumerzeugung, einen Einlaß zur Einführung eines flüssigen Beschickungsstroms in die Flotationskammer, einen Gaseinlaß für die Einführung eines Belüftungsgasstroms in die in die Flotationskammer eingeführte Flüssigkeit zur Herbeiführung einer Schaumerzeugung und eines Aufschwimmens der in der Flüssigkeit suspendierten Stoffe, einen Schaumauslaß am oberen Teil der Flotationskammer und einen Flüssigkeitsauslaß am unteren Teil der Flotationskammer, eine Flüssigkeitsüberführungseinrichtung, die den Flüssigkeitsauslaß mit einer Membrantrenneinrichtung verbindet, einen Auslaß für den unter niederem Druck stehenden Membrandurchgang und einen Auslaß für den unter erhöhtem Druck stehenden Konzentratstrom aus der Membrantrenneinrichtung, eine Verbindungsleitung, die den Auslaß für den Konzentratstrom mit einer Saugstrahlabzugspumpe verbindet, und eine Überführungsleitung, die die Saugzone der Saugstrahlabzugspumpe mit dem oberen Schaumauslaß der Flotationskammer verbindet, so daß die erhöhte Druckenergie des durch die Saugstrahlabzugspumpe fließenden Konzentratstroms eine Saugwirkung erzeugt und Schaum und suspendierte Stoffe aus der Flotationskammer abzieht.
Die Erfindung ist, abgesehen von den gegebenen Vorschriften, nicht auf irgendeine bestimmte Verarbeitung oder die Anwendung spezieller Anlagenteile oder Trenneinrichtungen in irgendeinem Abschnitt der Verbundanlage beschränkt, vielmehr können z. B.
verschiedene Ausführungsformen von Belüftungstürmein, die zur Herbeiführung einer Schaumbildung und der Flotation von suspendierten Komponenten geeignet sind, mit Vorteil als erste Stufe des Verfahrens bzw.
der Vorrichtung Anwendung finden. Ferner können z. B.
zusätzliche Trennstufen vor oder in Kombination mit der Schaumflotation durchgeführt werden, beispielsweise Einschaltung eines Absetzbeckens, eine Schleudertrennung oder Zentrifugenbehandlung, eine Ausflokkungsstufe, eine Elektrolyse od.dgl. In allen Fällen kommen jedoch die vorstehend gekennzeichneten Maßnahmen zur Anwendung, wobei in Verbindung damit ein besonderes Merkmal der Erfindung darin liegt, den Druck und die Energie, die in dem Hauptstrom einer Membrantrenneinrichtung vorliegen, für den Abzug von Schaum aus dem Flotationsturm verfügbar zu machen und auszunutzen. Die Membrantrennstufe selbst kann z. B. aus einer Ultrafiltrationseinrichtung, die einen Durchgang von Molekülen mit einem Molekulargewicht von etwa 100 oder darüber verhindert, einer Mikrofiltrationseinrichtung, die einen Durchgang von Lösungsmittelmolekülen zuläßt, aber den Durchgang von großen kolloiden und kleinen Teilchen verhindert, oder einer Umkehrosmoseeinrichtung, die nur den Durchgang von Wasser oder anderen Wasserstoffbindungslösungsmitteln erlaubt, aber den Durchgang von Salzen und kleinen Molekülen verhindert, bestehen. Der Druck, auf den der Beschickungsstrom für die Membrantrenneinrichtung gebracht wird und der den Druck des aus der Membrantrenneinrichtung abfließenden Konzentratstroms bestimmt, richtet sich natürlich nach der Art der im Einzelfall vorgenommenen Trennung, wobei Umkehrosmoseeinrichtungen mit recht hohen überatmosphärischen Drücken, im Vergleich zu Einrichtungen vom Ultrafiltrationstyp, arbeiten.
Das integrierte Verarbeitungsverfahren bzw. die Vorrichtung können beispielsweise mit Vorteil für die Behandlung von Molke Anwendung finden, wobei suspendierte Käsepartikeln und Fettkügelchen in dem Schaumflotationsturm belüftet und aus dem Beschikkungsstrom für die Membrantrenneinrichtung entfernt werden. Die Entfernung der suspendierten Feststoffe erlaubt höhere Durchsätze durch die Membrantrennein richtung und ermöglicht weiterhin längere Betriebsperioden zwischen einer Rückspülung und Reinigung der Membranoberfläche(n). Weiterhin ist der Schaumflotationsturm vorteilhaft hinsichtlich einer Verringerung der Proteinkonzentration in der Beschickung für eine Ultrafiltrationseinrichtung, um die Konzentrationspolarisation zu verringern. Die Proteinanteile, die mit dem Schaum aus dem Flotationsturm in die Saugstrahlpumpe getragen werden, können dem in dem Konzentratstrom aus der Ultrafiltrationseinrichtung verbleibenden Protein zugefügt werden und ermöglichen eine höhere Proteinkonzentration bei einer kleiner ausgelegten Ultrafiltrationsanlage.
Die integrierte Arbeitsweise mit Schaumflotation und Membrantrennung ist beispielsweise auch vorteilhaft bei der Behandlung von Sulfitlaugen in der Holzzellstoffpapierindustrie, wo es häufig zweckmäßig ist, einen Beschickungsstrom vor der Umkehrosmoseanlage zu behandeln, um zu verhindern, daß Fasern und suspendierte zellstoffartige Materialien in die Membrantrennvorrichtung und auf deren Membranoberflächen eingeschleppt werden. In diesem Falle werden also durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung suspendierte Anteile aus dem sulfithaltigen Strom vor der Membrantrenneinrichtung entfernt und dann wird mindestens ein Teil des anfallenden Konzentratstroms zur Unterstützung des Absaugens von Schaum aus dem Flotationsturm ausgenutzt, indem dieser Teil oder die Gesamtmenge des Konzentratstroms durch die Saugstrahlpumpe geleitet wird, deren Saugseite mit der Schaumzone des Flotationsturms verbunden ist. Bei anderen mehrstufigen Verarbeitungen können Fasern oder andere suspendierte Stoffe aus einem Flüssigkeitsstrom durch Schaumflotation entfernt oder Öle und Schmieren in verunreinigten Wasserströmen durch Belüftung und Schaumbildung zur Oberfläche flotiert werden, worauf dann Entfernung durch die Saugstrahlpumpe erfolgt. Die verbleibenden wäßrigen Ströme können dann mit verbesserter Wirksamkeit durch eine Membrantrennstufe geführt werden, um eine gewünschte Trennung oder Reinigung des Beschickungsstroms herbeizuführen.
Normalerweise wird Druckluft zur Einführung in den mittleren oder unteren Abschnitt des Schaumbildangsturmes - für die Belüftung der darin befindlichen Flüssigkeit und das Aufschwimmen der mitgeführten Stoffe zum Abzug zusammen mit dem sich ergebenden Schaum - benutzt. Es können jedoch auch unter Druck stehendes Kohlendioxyd, Stickstoff oder andere nicht schädliche Gase nach Maßgabe der im Einzelfall durchzuführenden Verarbeitung anstelle von Luft mit Vorteil für die Schaumbildung in der Flotationsstufe eingesetzt werden.
Das mehrstufige integrierte Verbundverfahren der Erfindung bzw. die Vorrichtung zu seiner Durchführung werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung weiter veranschaulicht. Hieraus gehen auch zusätzlich erzielte Vorteile hervor.
F i g. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform mit einem Schaumflotationsturm, einer Merubrantrenneinrichtung und der Strahlpumpenabsaugung des Schaums aus dem Flotationsturm; F i g. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer mehrstufigen Verarbeitung, bei der ein Schaumflotationsturm vor einer Ultrafiltrationseinrichtung und einer Umkehrosmoseeinrichtung für die Verarbeitung von Käsemolke vorgesehen ist.
Die F i g. 1 veranschaulicht die Verarbeitung z. B.
eines wäßrigen Beschickungsstroms, der anfänglich suspendierte ungelöste Stoffe mit sich führt, die zu einer raschen Verschmutzung der Membranoberflächen infolge Blockierung der Membranporen durch die Feststoffteilchen oder schmierartigen Substanzen führen können. Der Beschickungsstrom fließt durch die Leitung 1 zunächst in eine vorgeschaltete Zentrifugaltrenneiniich tung 2 und dann durch die Leitung 3 in den Flotationsturm 4. Schwerere Feststoffteilchen können vom unteren Abschnitt der Zentrifugaltrenneinrichtung 2 durch die Leitung 5 mit dem Ventil 6 kontinuierlich ausgetragen werden. Gewünschtenfalls kann ein Ausflockungsmittel oder anderes Additiv durch die Leitung 7 mit dem Regelventil 8 zu dem Beschickungsstrom zugesetzt werden. Der Flotationsturm 4 weist, etwa wie dargestellt, einen geeigneten Verteiler 9 für die Luft oder das sonstige Belüftungsgas auf; der Verteiler befindet sich im unteren Abschnitt des Flotationsturms, so daß Gasblasen durch den Turm nach oben steigen und unter Schaumbildung in dem Beschickungsstrom suspendierte Stoffe mitnehmen und zum Schwimmen bringen. In dieser Weise können z. B. Öle und Fette, die nicht in dem Beschickungsstrom gelöst sind, zusammen mit suspendierten festen Teilchen zum Aufschwimmen gebracht, zum Kopf des Flotationsturms getragen und in dem dort gebildeten Schaumbett gehalt#en werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein Teil der flüssigen Beschickung vom unteren Ende des Flotationsturms 4 durch die Leitung 10 mit dem Ventil 11 abgezogen und dann durch die Pumpe 12 und die Leitung 13 in einen Druckbehälter 14 geleitet. In den Behälter 14 wird Druckluft durch die Leitung 15 mit dem Ventil 16 eingeführt. Druckluft fließt dann zusammen mit Flüssigkeit durch die Leitung 17 mit dem Regelventil 18 in den Verteiler 9 und bewirkt die Belüftung der Flüssigkeit im Flotationsturm 4.
Die nicht in dieser Weise zur Belüftung und Rückführung abgezogenen Anteile des Beschickungsstroms werden ebenfalls vom unteren Abschnitt des Flotationsturms 4 durch die Leitung 19 mit dem Regelventil 20 abgezogen und einer Verdichterpumpe 21 zugeleitet, die den auf Druck gebrachten Strom durch die Leitung 22 in die Membrantrenneinrichtung 23 einführt. Letztere ist schematisch dargestellt und kann nach Art irgendeiner der herkömmlichen Membrantrenneinrichtungen ausgebildet sein, z. B. vom Typ mit Platten und Rahmen, rohrförmigen Körpern, Spiralwindungen, Hohlfasern od. dgl. Die im Einzelfall verwendete Art und Ausbildung der Membran und der Membrantrenneinrichtung richtet sich naturgemäß auch nach der Art der zu verarbeitenden Beschickung.
Die Beschickungsanteile, die durch die Membranen hindurchgehen (nachstehend zur Vereinfachung als Membrandurchgang bezeichnet), werden aus der Membrantrenneinrichtung 23 durch die Leitung 24 abgezogen, während der unter Druck stehende Konzentratstrom durch die Leitung 25 mit dem Ventil 26 abfließt und zumindest zum Teil durch die Strahlpumpe 27 geführt wird. Er fließt dann durch die Leitung 28 ab.
Gewünschtenfalls kann ein Teil des Konzentratstroms durch die Leitung 29 mit dem Ventil 30 abgezogen werden. Der Hals oder die Niederdruckzone der Stahlpumpe 27 ist durch eine Überführungsleitung 31 mit dem oberen, Schaum enthaltenden Abschnitt des Flotationsturms 4 verbunden, so daß die Saugwirkung der Strahlpumpe 27 den Schaum abzieht. Der Schaum und die darin mitgeführten Stoffe vermischen sich mit dem Konzentratstrom, der durch die Ausstoßleitung 28 abgeführt wird. Zur Druckregelung ist eine Umgehungsleitung 32 mit einem Druckregelventil 33 vorgesehen, die die Konzentrat führende Leitung 25 mit der Ausstoßleitung 28 verbindet.
In der schematischen Zeichnung sind für das Verständnis entbehrliche Einzelheiten, wie Entwässerungsleitungen, weitere Zuführungsleitungen für Additive, Rückführleitungen u. dgl., die gegebenenfalls vorgesehen werden können, zur Vereinfachung fortgelassen.
Beispielsweise kann Chlor oder ein anderes Reinigungsmittel in die Membrantrennvorrichtung während Rückspülungs- und Reinigungsperioden eingeführt werden, z. B. durch die Leitung 34 mit dem Ventil 35 in die Leitung 19, oder an einer anderen Stelle. Weiterhin können Einrichtungen vorgesehen werden, um mindestens einen Teil des Konzentratstroms aus der Leitung 29 oder der Leitung 28 durch den Flotationsturm oder durch die Membrantrenneinrichtung 23 zurückzuführen.
Ferner können, wie bereits angedeutet, zusätzliche Vorbehandlungstrennstufen für den Beschickungsstrom vor der Trenneinrichtung 2 oder zusätzliche Membrantrennstufen stromabwärts von der Membrantrenneinrichtung 23 entweder für den Membrandurchgang oder für den Konzentratstrom vorgesehen werden.
F i g. 2 veranschaulicht einen mehrstufigen Verarbeitungsgang, z. B. für die Verarbeitung einer Käsemolke.
Der Beschickungsstrom wird durch die Leitung 36 mit dem Ventil 40 in den Schaumflotationsturm 41 eingespeist, dem weiterhin Luft oder ein anderes gasförmiges Medium aus der Leitung 42 mit dem Ventil 43 über den Verteiler 44 zugeführt wird. Die sich ergebenden Blasen und Schaumanteile steigen zum Kopf des Flotationsturms 41 zur Abführung durch die Leitung 45 auf, während der unter der Belüftungsstelle anfallende Molkestrom, aus dem mitgeführte Fett- und Käsepartikeln sowie ein Teil der Proteine entfernt worden sind, durch die Leitung 46 mit dem Ventil 47 abgezogen und in die Verdichterpumpe 48 eingeführt wird. Letztere drückt den Strom durch die Leitung 49 in eine schematisch dargestellte Ultrafiltrationseinrichtung 50; aus dieser wird ein Wasser, Lactose und Milchsäure umfassender Strom als Membrandurchgang durch die Leitung 51 abgezogen, während eisp proteinhaltiger Konzentratstrom durch die Leitung 52 mit dem Regelventil 53 abfließt. Ein Teil dieses proteinhaltigen Stroms kann durch die Leitung 54 mit dem Ventil 55 abgezogen werden, auf jeden Fall fließt jedoch mindestens ein Teil weiter durch die Leitung 52 in eine venturiartige Strahlpumpe 56. Der Austrittsstrom geht dann durch die Leitung 57 in ein Gefäß 58.
Die Hals- oder Unterdruckzone der Strahlpumpe 56 ist mittels der Überführungsleitung 45 direkt mit dem schaumhaltigen Abschnitt im oberen Teil des Flotationsturms 41 verbunden, so daß die Strahlpumpe 56 den Schaumabzug aus dem Flotationsturm bewirkt oder unterstützt. Der Schaum mit den darin suspendierten Teilchen aus dem Molkebeschickungsstrom wird hierdurch mit dem proteinhaltigen Strom, der zum Gefäß 58 fließt, vereinigt und vermischt. Das anfallende Material kann aus diesem Gefäß durch die Leitung 59 mit dem Ventil 60 zum Eindampfen und Trocknen abgezogen und/oder mindestens zum Teil innerhalb des Verfahrens zurückgeführt werden.
Nach der bevorzugten Ausführungsform zur Behandlung einer Käsemolke wird der durch die Leitung 51 abfließende Membrandurchgang in ein Aufnahmegefäß 61 geleitet und mindestens ein Teil davon wird durch die Leitung 62 mit dem Ventil 63 über die Verdichterpumpe 64 und die Zuführungsleitung 65 in eine Umkehrosmoseeinrichtung 66 gedrückt. Gewünschtenfalls kann ein Teil des Lactose enthaltenden Stroms durch die Leitung 67 mit dem Ventil 68 aus dem Gefäß 61 abgenommen werden. Aus der Umkehrosmoseeinrichtung 66 werden ein Lactose enthaltender Konzentratstrom durch die Leitung 69 mit dem Ventil 70 und ein im wesentlichen aus Wasser bestehender Membrandurchgangsstrom durch die Leitung 71 abgezogen. Letzterer kann noch weiterbehandelt oder als verhältnismäßig klarer, keine Verschmutzungen mehr bewirkender Abfallstrom in das Abwasser od. dgl. geleitet werden. Der Lactose enthaltende Strom aus der Leitung 69 kann einer Eindampfung und Trocknung zugeführt oder einer sonst gewünschten weiteren Verarbeitung unterworfen werden.
Bei der in Verbindung mit Fig.2 erläuterten Arbeitsweise wird Luft oder ein anderes zweckentsprechendes Belüftungsgas zur Herbeiführung der Schaumbildung in den Flotationsturm 41 in einer genügenden Menge und mit hinreichendem Druck eingeführt, um das Aufschwimmen und Tragen der mitgeführten Käsepartikeln und Fettkügelchen herbeizuführen und eine weitgehende Entfernung derartiger Bestandteile aus dem zu der Ultrafiltrationseinrichtung gehenden Beschickungsstrom sicherzustellen. Wie bereits erwähnt, können als Ultrafiltrations- und als Umkehrosmose-Membrantrenneinrichtungen irgendwelche herkömmlichen Ausführungsformen mit membrantragenden Rohren, Platten-Rahmen-Ausbildung od. dgl. verwendet werden, wobei jedoch all diese Trenneinrichtungen unabhängig von ihrer Ausbildung, durch die Beseitigung von membranverschmutzenden Stoffen, wie Feststoffteilchen und schmierigen oder fettigen Substanzen, verbessertes Betriebsverhalten und verbesserte Leistungsfähigkeit erlangen. Normalerweise wird die Ultrafiltrationseinrichtung für die Behandlung einer Käsemolke im Druckbereich von etwa 3-18 Atm (30-250 psi) betrieben, während der in die Umkehrosmoseeinrichtung 66 eingeführte lactosehaltige Strom gewöhnlich einen wesentlich höheren Druck von 1 B.
21,4 Atm oder mehr hat In jedem Falle hat der die Ultrafiltrationseinrichtung 50 durch die Leitung 52 verlassende Konzentratstrom einen hohen Druckenergieinhalt, der erfindungsgemäß für die Stahlpumpe 56 zur verbesserten und kontinuierlichen Entfernung von Schaum vom Kopf des Flotationsturms 41 zur Verfügung steht und ausgenutzt wird. Diese Absaugung macht in vorteilhafter Weise mechanische Einrichtungen, wie sie normalerweise zur Herbeiführung der Schaumentfernung vom Kopf eines Flotationsturms benutzt werden, überflüssig. Demgemäß ergibt sich für die mehrstufige Behandlung eines Beschickungsstroms, wie Käsemolke, der beträchtliche Mengen an Feststoffteilchen und/oder fettigen Substanzen enthält, insgesamt eine sehr wirksame und energiesparende Arbeitsweise. Im schematischen Fließbild der Fig.2 sind wiederum verschiedene Hilfseinrichtungen, wie Entwässerungsleitungen, Reinigungsleitungen, Additivzuführungen, Erhitzungs- und/oder Kühleinrichtungen u. dgl., wie sie gegebenenfalls vorgesehen werden können, zur Vereinfachung fortgelassen worden. Weiterhin können gegebenenfalls und nach Maßgabe der im Einzelfall vorgesehenen Verarbeitung Rückführverbindungen in dem mehrstufigen Verarbeitungsgang zur Erhöhung der Konzentration von Verfahrensströmen und Steigerung der Verfahrenswirksamkeit vorgesehen werden. Derartige Ergänzungen oder Abwandlungen können von einem Fachmann ohne erfinderisches Zutun vorgenommen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Membrantrennverfahren, bei dem der Beschikkungsstrom mitgeführte unlösliche Stoffe enthält, die mindestens teilweise durch eine Schaumflotationsbehandlung entfernbar sind, dadurch g e -kennzeichnet, daß man den Beschickungsstrom in eine Flotationstrennstufe leitet und dort die Belüftung und die Schaumaufschwimmung mindestens eines Teils der mitgeführten unlöslichen Stoffe zur Verhinderung einer Mitnahme in eine nachfolgende Membrantrennstufe durchführt, flüssige Beschickung unterhalb der oberen schaumhaltigen Zone der Flotationsstufe in eine Membrantrennstufe leitet und dort bei erhöhtem Druck mit einer Membran zur Herbeiführung der gewünschten Produkttrennung in Berührung bringt, den erhaltenen Membrandurchgang aus der Membrantrennstufe abführt und sammelt, den unter erhöhtem Druck stehenden Konzentratstrom ebenfalls aus der Membrantrennstufe abzieht und durch eine Saugstrahlpumpe leitet, deren Niederdruckhalsabschnitt in offener kommunizierender Verbindung mit der oberen schaumhaltigen Zone der Flotationsstufe steht, und hierdurch Schaum und belüftete mitgeführte unlösliche Stoffe aus der Flotationsstufe abzieht und zusammen mit dem durch die Saugstrahlpumpe fließenden Konzentratstrom abführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des aus der Membrantrennstufe kommenden Konzentratstroms innerhalb des Verfahrens zu der Membrantrennstufe zurückführt.
3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Teil des Membrandurchgangs aus der Membrantrennstufe zu weiterer Fraktionierung in eine Umkehrosmose-Membrantrennstufe einführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Membrantrennstufe eine Ultrafiltrationsbehandlung bei überatmosphärischem Druck im Bereich von etwa 3 bis 7,8 Atm durchführt und den Membrandurchgang aus dieser Stufe dann auf einen Druck von mindestens etwa 21,4 Atm bringt und zu weiterer Trennung in eine Umkehrosmose-Membrantrennstufe einführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Beschickungsstrom eine Molke oder ein molkenartiges Material zuführt, das suspendierte Käsepartikeln und Fettkügelchen ent hält, derartige mitgeführte Stoffe mindestens zur Hauptsache als proteinhaltigen Strom abzieht, als Membrandurchgang einen Lactose und Milchsäure enthaltenden Strom zu der Umkehrosmosestufe leitet und aus der Umkehrosmosestufe einen Lactose und Milchsäure enthaltenden Konzentratstrom abzieht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit kombinierten Schaumflotations- und Membrantrenneinrichtungen zur Verarbeitung eines Beschickungsstroms, der ungelöste und suspendierte Stoffe enthält, gekennzeichnet durch eine Flotationskammer (4; 41) zur Flüssigkeitsaufnahme und Schaumerzeugung, einen Einlaß (3; 36) zur Einführung eines flüssigen Beschickungsstroms in die Flotationskammer (4; 41), einen Gaseinlaß (17, 9; 42, 44) für die Einführung eines Belüftungsgasstroms in die in die Flotationskammer (4; 41) eingeführte Flüssigkeit zur Herbeiführung einer Schaumerzeugung und eines Aufschwimmens der in der Flüssigkeit suspendierten Stoffe, einen Schaumauslaß (31; 45) am oberen Teil der Flotationskammer (4; 41) und einen Flüssigkeitsauslaß (19; 46) am unteren Teil der Flotationskammer (4; 41), eine Flüssigkeitsüberführungseinrichtung (21, 22; 48, 49), die den Flüssigkeitsauslaß (19; 46) mit einer Membrantrenneinrichtung (23; 50) verbindet, einen Auslaß (24; 51) für den unter niederem Druck stehenden Membrandurchgang und einen Auslaß (25; 52) für den unter erhöhtem Druck stehenden Konzentratstrom aus der Membrantrenneinrichtung (23; 50), eine Verbindungsleitung (25; 52), die den Auslaß für den Konzentratstrom mit einer Saugstrahlabzugspumpe (27; 56) verbindet, und eine Überführungsleitung (31; 45), die die Saugzone der Saugstrahlabzugspumpe (27; 56) mit dem oberen Schaumauslaß der Flotationskammer (4; 41) verbindet, zur Erzeugung einer Saugwirkung durch erhöhte Druckenergie des durch die Saugstrahlabzugspumpe (27; 56) fließenden Konzentratstroms und zum Abziehen von Schaum und suspendierten Stoffen aus der Flotationskammer (4; 41).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (51) für den unter niedrigem Druck stehenden Membrandurchgang aus der Membrantrenneinrichtung (50) mit mindestens einer weiteren Membrantrenneinrichtung (66) zur weiteren Auftrennung der Beschickung verbun den ist und die weitere Membrantrenneinrichtung (66) eine Abzugsleitung (69) für einen weiteren Konzentratstrom und eine Abzugsleitung (71) für einen stärker gereinigten Membrandurchgangs strom aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Membrantrennverfahren, bei dem der Beschickungsstrom mitgeführte unlösliche Stoffe enthält, die mindestens teilweise durch eine Schaumflotationsbehandlung entfernbar sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Verfahren der Erfindung arbeitet in integriertem Verbund mit mindestens einer Membrantrennstufe und einer Schaumflotation zur Vorbehandlung des Beschikkungsstroms für die Entfernung von Feststoffen, öligen Substanzen, Fettkügelchen usw die zu einer raschen Blockierung von Membranoberflächen führen können.

Es wird in integrierter Arbeitsweise eine Trennung und Reinigung des Beschickungsstroms erzielt, wobei die Energie eines Konzentratstroms, der aus einer bei erhöhtem Druck arbeitenden Membrantrennstufe kommt, zum Absaugen von Schaum vom Kopf einer Schaumflotationsstufe benutzt wird. Entsprechendes gilt für die Vorrichtung der Erfindung.