DE2543297C3 - Verfahren zur Säuberung der Membranoberflächn einer Membrantrennvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur raschen Säuberung der Membranoberflächen einer Membrantrennvorrichtung nach der Benutzung, insbesondere zur Entfernung angesammelter Feststoffe von Membranoberflächen, die bei einer Ultrafiltration oder einer Umkehrosmose benutzt werden.

In Verbindung mit allen Membrantrennverfahren kann es als üblich angesehen werden, 'in den Trennvorrichtungen von Zeit zu Zeit eine Rückspülung vorzunehmen und die Membranoberflächen mit einem Reinigungsstrom zu säubern. Die Häufigkeit und die Art der Reinigungsbehandlung hängt von der Art des im Einzelfall zur Verarbeitung kommenden Beschickungsstroms und im allgemeinen von der Menge an Feststoffen, Schmieren, Fetten, ölen u.dgl., die eine Verschmutzung der Membranoberflächen herbeiführen können, ab. Es ist auch bekannt und bei Membrantrennmethoden allgemein üblich, von Zeit zu Zeit bestimmte Additive oder Reinigungsmittel einzusetzen. Beispielsweise kann bei der Behandlung einer Reihe von Nahrungsmitteln und bei der Verarbeitung von Käsemolke zur Gewinnung von Protein und Lactose ein Wachstum von Pilzen, Schwämmen oder Bakterien auf Membranen und in Kopfstücken oder anderen Vorrichtungsteilen eintreten, insbesondere in Gebieten geringer Strömungsgeschwindigkeiten. Um ein von Verunreinigungen weitgehend freies, sauberes Verarbeitungssystem zu gewährleisten, kann während der periodischen Reinigungsmaßnahmen eine Gesundheitsbeeinträchtigungen verhindernde Lösung (nachstehend zur Vereinfachung als Sanitarlösung bezeichnet) zu einer Spülflüssigkeit zugesetzt werden. Eine derartige Lösung kann z. B. eine schwache Lösung von unterchloriger Säure oder einen Jod-Phosphorsäurekomplex oder verschiedene Reinigungsmittel, wie sie in der Meierei- und Molkereiindustrie zur Beseitigung von Schimmel- und Bakterienwachstum verwendet werden, enthalten. In allen Fällen umfaßte die typische Reinigungsbehandlung zeitraubende Rückspülungs- und Reinigungsmitteldurchleitungsmaßnahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten und ähnliche Mängel bekannter Arbeitsweisen aufweist, ohne zeitraubende und aufwendige Maßnahmen rasch zu einer guten Säuberung der Membranoberflächen führt, bei der Säuberung mit sehr geringen Mengen an Wasser oder Reinigungsflüssigkeit auskommt, und dabei einfach, betriebssicher und störungsunanfällig durchzuführenist

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1.

Es ergibt sich eine recht einfache, rasch durchzuführende und dabei sehr wirksame Arbeitsweise, bei der Wassertröpfchen in Verbindung mit einem wiederholt eingeführten und mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasstrom, insbesondere Luftstrom, die Säuberung der Membranoberflächen herbeiführen. Die Wassertröpfchen werden in dem mit hoher Geschwindigkeit fließenden Luftstrom mitgeführt und tragen die verschmutzenden Substanzen von den Membranoberflächen ab. Im Gegensatz zu einem sich langsamer bewegenden Flüssigkeitsstrom wird offenbar durch den mit hoher Geschwindigkeit fließenden Luftstrom und die darin mitgeführten, mit hoher Geschwindigkeit bewegten Flüssigkeitströpfchen eine Aufprall- und Schruppwirkung längs der Membranoberflächen erzielt. Ein pfropfenartiger Flüssigkeitsstrom, wie bei herkömmlichen Reinigungsmethoden, wird vermieden. In

3ü jedem Falle wird der die Membranen enthaltende Bauteil der Vorrichtung nur teilweise mit Wasser gefüllt und dann wenige Minuten mit einem Luftstrom hoher Geschwindigkeit gespült, so daß nur kleine Wasserposten und dann nur Wassertröpfchen zur Entfernung angesammelter Feststoffe längs der Membranoberflächen geführt werden. Demgemäß sind auch nur geringe Mengen an Wasser oder Reinigungsflüssigkeit erforderlich.
Bei Umkehrosmosevorrichtungen, die bei höheren Drücken als Ultrafiltrationsvorrichtungen arbeiten, kann es zweckmäßig sein, anfänglich eine Druckentlastung durch die Vorrichtung vorzunehmen und eine osmotische Rückspülung durch die Membranen zuzulassen, um zunächst ein Anheben oder Lockern angesammelter Substanzen von den Membranoberflächen herbeizuführen. Nach dem Rückspülungsvorgang können dann die wiederholten Spülungen der Mediendurchfiußkanäle und Membranoberflächen mit dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit und den mitgeführten Wassertröpfchen vorgenommen werden. Normalerweise genügt eine Betriebsdauer von wenigen Minuten für jede Spülstufe und in vielen Fällen kann die gesamte Säuberungsbehandlung in einem Zeitraum von etwa 10 Minuten vollendet werden.

Zweckmäßig wird mit einem Druckluftstrom hoher Geschwindigkeit, dessen Druck im Bereich von 2,3—7,8 Atm (20 bis 100 psi) liegt, gearbeitet. Der erforderliche Druck richtet sich nach der Art der Membrantrennvorrichtung und dem im Einzelfall gegebenen Strömungswiderstand oder Druckabfall. Beispielsweise tritt in Membranbauteilen mit einer Vielzahl von rohrförmigen Membrankörpern kleinen Durchmessers, insbesondere bei serpentinenförmigem Medienfließweg, ein höherer Druckabfall auf als bei

h<< einer Vorrichtung mit einer geringen Anzahl von Rohren größeren Durchmessers oder einer Vorrichtung mit Platten und Rahmen und Fließkanälen verhältnismäßig großer Querschnittsfläche.

Das Verfahren der Erfindung ist natürlich nicht auf die Anwendung in Verbindung mit irgendwelchen bestimmten Membrantrennvorrichtungen oder Membranbauteilen beschränkt, es kann viehrehr in Verbindung mit den mannigfaltigen Ausführungsformen von Membrantrennvorrichtungen, z.B. mit rohrförmigen Membranträgern oder Platten-Rahmen-Konstruktionen mit flachen Membranoberflächen, Anwendung finden. Das Reinigungsverfahren der Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung in Verbindung mit irgendeiner bestimmten Membrantrennbehandlung beschränkt; vielmehr kann die Dauer der Reinigungsbehandlung und die Anzahl der Spülflüssigkeitsfüllungen und der Spülungen mit dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit den jeweiligen Gegebenheiten hinsichtlich Leichtigkeit oder Schwierigkeit der Entfernung angesammelter Feststoffe von den Membranoberflächen leicht angepaßt werden. Bei der Beseitigung von Käsefeststoffen, Fettkügelchen u.dgl. von den Membranoberflächen einer Ultrafiltrationsvorrichtung zur Behandlung von Käsemolke führen beispielsweise verhältnismäßig wenige Spülstufen mit Luft und Wassertröpfchen zu der gewünschten Säuberung der Membranoberflächen,-so daß die gesamte Säuberungsbehandlung in einem Zeitraum von etwa 10 bis 12 Minuten durchgeführt werden kann. Andererseits kann es bei bestimmten Hochdruckbehandlungen in Umkehrosmosetrennvorrichtungen zweckmäßig oder notwendig sein, zunächst die Umkehrosmosedruck-Rückspülung und dann eine Mehrzahl von Säuberungsspülungen mit dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit und mitgeführten Wassertröpfchen vorzunehmen.

Bei den meisten Säuberungsbehandlungen kommt als gasförmige Komponente allein Luft zur Anwendung. Das Säuberungsverfahren der Erfindung ist aber nicht M auf die Anwendung von Luft beschränkt, vielmehr können auch andere unter Druck stehende Gase, z. B. Kohlendioxyd oder Stickstoff, mit Vorteil verwendet werden. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein. Gemische aus Luft und unter niederem Druck stehenden Gasströmen, gegebenenfalls Wasserdampf, zu verwenden. Der Ausdruck »Luft«, wie er hier vornehmlich benutzt wird, ist also in allgemeinerem Sinne zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Luft alleine beschränkt. Genauso können die Teilfüllungen mit »Wasser« zur Bildung der »Wassertröpfchen« Wasser mit zugesetzten Substanzen umfassen, z. B. einem Reinigungsmittel, einem Bakterizid, einer Sanitärlösung, z. B. mit dem genannten Jod-Phosphorsäurekomplex, unterchloriger Säure, so u. dgl. Im Sinne der vorliegenden Unterlagen ist also die Bezeichnung »Wasser« ebenfalls in allgemeinerem Sinne zu verstehen und das Verfahren ist nicht auf die Verwendung von Wasser alleine beschränkt.

Es muß dafür Sorge getragen werden, ein Austrocknen der Membranoberflächen zu vermeiden, da Celluloseacetat und andere typische Membranmaterialien bei vollständiger Austrocknung geschädigt werden können. Demgemäß muß bei den wiederholten Spülstufen bzw. bei der letzten Spülung darauf geachtet werden, eine Fortsetzung des Luftstroms zu vermeiden, nachdem die Hauptmenge des Wassers und der Wassertröpfchen von den Membranoberflächen weggespült worden ist.

Das Säuberungsverfahren der Erfindung sowie damit einhergehende Vorteile werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung weiter veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen rohrförmigen Trennbauteil, der eine Mehrzahl von rohrförmigen Körpern kleinen Durchmessers mit auf der Innenseite befindlichen Membranoberflächen aufweist

F i g. 2 zeigt schematisch einen Teillängsschnitt durch einen Trennbauteil mit Platten-Rahmen-Konstruktion, bei dem Membranen auf flache poröse Trägerplatten aufgebracht sind und ein serpentinenförmiger Fließweg zur Führung eines Medienstroms über die Vielzahl von Membranoberflächen in der Vorrichtung vorgesehen ist

Gemäß F i g. 1 umfaßt der Membrantrennungsbauteil ein äußeres Gehäuse 1, eine Mehrzahl von porösen rohrförmigen Membranträgern 2 sowie an den Enden liegende Kopfstücke 3 und 4. Letztere werden durch Endkappen 5 und 6 verklammert und mediendicht über den Enden der entsprechenden rohrförmigen Membranträger 2 gehalten; die Endkappen 5 und 6 halten die Kopfstücke 3 und 4 durch Zugverklammerung mittels einer Gewindespannstange 7 und Gewindemuttern 8 und 9.

Die dargestellte Ausführungsform weist einen mehrfach serpentinenförmigen Fließweg für die zu behandelnde Flüssigkeit auf; diese ergibt sich durch eine Mehrzahl von U-förmigen Umlenkbogen 10 in jedem der Kopfstücke 3 und 4. Die Kopfstücke sind so mit Ein- und Auslässen versehen, daß der zu verarbeitende Strom in den serpentinenförmigen Fließweg zur Berührung mit den Membranoberflächen innerhalb der rohrförmigen Membranträger 2 eingeführt und am Ende des Fließweges abgezogen werden kann. In diesem Falle befinden sich die inneren Membranoberflächen 11 auf den Innenwandungen eines jeden rohrförmigen Membranträgers 2. Der Einlaß 12 auf der Seite des Kopfstücks 3 führt den Beschickungsstrom in die Rohre 2 und der Beschickungsstrom fließt dann längs des genannten serpentinenförmigen Weges durch den Membranbauteil bis zu einem nicht dargestellten Auslaß, der sich entweder im Kopfstück 3 oder im Kopfstück 4 befinden kann. Die Medienanteile, die durch die Membranen hindurchgehen (nachstehend zur Vereinfachung als Membrandurchgang bezeichnet), sickern durch die Membranoberflächen 11 und durch die porösen Wandungen der Rohre 2 und werden in einer durch das Gehäuse 1 umschlossenen, zentralen Membrandurchgangs-Sammelkammer gesammelt und daraus durch einen nicht dargestellten Auslaß abgezogen. Es können mannigfaltige Ausführungsformen hinsichtlich der Rohre verwendet werden, jedoch sind die Rohre 2 in jedem Falle so ausgebildet, daß sie hinreichende Porosität aufweisen, z. B. Rohre aus mit porösem Harz verstärkten Glasfasern, so daß sie für unter Druck stehende Medienströme durchlässig sind, etwa wie das in der US-PS 35 47 170 beschrieben ist.

Zur Durchführung des Säuberungsverfahrens der Erfindung werden die Rohre 2 mit Wasser oder mit Wasser, dem eine Reinigungs- oder Sanitärlösung zugesetzt worden ist, teilweise gefüllt und dann wird unter höherem Druck stehende Luft durch den Einlaß eingeführt, so daß sich ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit durch den gesamten serpentinenförmigen Weg des Trennbauteils ergibt und gleichzeitig eine Vielzahl von kleinen Wassertröpfchen 13, wie sie schematisch in dem ersten Rohr 2 und den beiden ersten Umlenkbögen 10 angedeutet sind, mitgerissen werden. Der Luftstrom hoher Geschwindigkeit, der die anfänglich kleinen Wasserposten (slugs) und die sich ergebenden mitgeris-

senen Wassertröpfchen trägt, in eindeutigem Gegensatz zu einem langsamen »pfropfenartigen« Fluß von Wasser, bewirkt ein Aufprallen auf und Abtragen der Verunreinigungen von den Membranoberflächen sowie den Umlenkbögen der Durchflußkanäle unter rascher Lockerung und Entfernung angesammelter Feststoffanteile aus den D'irchflußkanälen und Membranoberflächen. Unter Wiederholung der teilweisen Füllung der Rohre 2 mit Flüssigkeit und Wiederholung der Einführung von Druckluft können mehrere Spülbehandlungen mit dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit und den mitgerissenen Tröpfchen durchgeführt werden, bis im wesentlichen alle angesammelten Stoffe aus der Vorrichtung entfernt sind. Wie bereits erwähnt, können in Verbindung mit. vielen Ultrafiltrationen zwei, drei oder vier Spülungen völlig ausreichen, um die Membranoberflächen und andere Teile der Flieöwege wirksam zu säubern, so daß der Trennbauteil wieder für den Trennprozeß in Betrieb genommen werden kann. Andererseits können bei Umkehrosmosesystemen, die gegebenenfalls bei erhöhten Drücken im Bereich von z. B. 21 -70 Atm (300—1000 psi) arbeiten, die Feststoffe und schmierige Substanzen so weitgehend in Umkehrosmosemembranen eingebettet werden, daß eine begrenzte Druckrückspülung als Vorstufe für die mehrfachen Ausspülungen mit dem Luftstrom und den mitgerissenen Tröpfchen zweckmäßig ist. In manchen Fällen kann eine rasche Druckverringerung in dem Umkehrosmosesystem und die Zulassung einer osmotischen Rückspülung zur Herbeiführung einer gewissen Anhebung der verunreinigenden Stoffe aus den Membranoberflächen als Vorstufe für die wiederholten Ausspülungen mit Luft und Wassertröpfchen genügen.

Gemäß F i g. 2 befinden sich in einem verschraubbaren Gehäuse 14 eine Mehrzahl übereinander gestapelter poröser Körper 16, die Membranoberflächen 17 auf jeder Seite für die Herbeiführung der gewünschten Trennung aufweisen. Der Beschickungsstrom wird durch einen Einlaß 15 zugeführt An den Enden und an den Seitenrändern der Membran-tragenden Körper 16 sind Abstandshalter 18 angeordnet so daß sich eine Mehrzahl von in Abständen zueinander befindlichen Mediendurchflußkanälen 19 zwischen den im Abstand voneinander gehaltenen Membrankörpern 16 befindet Letztere sind weiterhin mit Durchflußöffnungen 20 an entgegengesetzten Enden versehen, so daß ein serpentinenförmiger Fließweg für den in die Vorrichtung eintretenden Beschickungsstrom über die Membranoberflächen 17 längs der Mehrzahl von Mediendurchflußkanälen 19 gebildet wird. Die dargestellte Ausführungsform ist als Beispiel anzusehen. Es können selbstverständlich mannigfaltige Arten von flachen porösen Körpern mit Vorteil zum Tragen der Membranoberflächen bei einem derartigen Trennbauteil von Platten-Rahmen-Ausbildung verwendet werden. In jedem Falle wird nach den Vorschriften der

ίο Erfindung, wenn die Trennbauteiloberflächen mit angesammelten Feststoffen u. dgl. verschmutzt sind, der Beschickungsstrom unterbrochen und dann werden die wiederholten Ausspülungen mit dem Luftstrom und mitgerissenen Wassertröpfchen durchgeführt. Auch in diesem Falle wird der gesamte Trennbauteil teilweise mit Wasser gefüllt und dann Druckluft durch den Einlaß 15 eingeführt, so daß ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit durch sämtliche Kanäle 19 fließt und Wassertröpfchen 21 zu Bewegung mit hoher Geschwindigkeit mit dem Luftstrom mitgerissen werden, wodurch sich wiederum eine wirksame Entfernung angesammelter Substanzen von den Membranoberflächen ergibt. Wiederum wird diese Ausspülbehandlung z. B. drei- oder viermal, erforderlichenfalls auch zehn- oder zwölfmal, durchgeführt, je nach der Art der Ansammlungen auf den Membranoberflächen. Auch hier genügen, wie oben erläutert, bei vielen Säuberungsbehandlungen wenige Ausspülungen während eines Zeitraums von insgesamt 10—12 Minuten, während in

3d anderen Fällen zehn oder mehr Ausspülbehandlungen vorgenommen werden können, um einen Zustand gewünschter Sauberkeit in dem gesamten Trennbauteil herbeizuführen. Während der verschiedenen Ausspülungen und in der letzten Ausspülung wird der

)5 Luftstrom hoher Geschwindigkeit nur so lange durchgeleitet, wie das zur Entfernung sämtlicher oder der meisten Wassertröpfchen aus der Vorrichtung erforderlich ist und gleichzeitig dafür Sorge getragen, keine Austrocknung irgendwelcher Membranoberflächen in dem Trennbauteil zuzulassen und damit eine Beeinträchtigung der Trennwirksamkeit irgendwelcher Membranoberflächen auszuschließen.

Auch eine Umkehrung der Strömungsrichtung bei der Ausspülung hat sich hinsichtlich einer Steigerung des Säuberungsgrades und einer Verkürzung der zur Durchführung der Säuberung erforderlichen Zeit als wirksam erwiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur raschen Säuberung der Membranoberflächen einer Membrantrennvorrichtung nach der Benutzung, bei dem Wasser durch die Mediendurchflußkanäle der Membrantrennvorrichtung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daS man die Mediendurchflußkanäle der Membrantrennvorrichtung teilweise mit Wasser füllt und dann mit einem Gasstrom bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit, die ein Mitreißen von Wassertröpfchen und damit deren Aufprallen gegen die Membranoberflächen unter Entfernung angesammelter Stoffe herbeiführt, spült und diese Arbeitsmaßnahme bis zur weitgehenden Entfernung aller angesammelten Stoffe und aller Wassertröpfchen von den Membranoberflächen wiederholt, ohne eine Trocknung einer Membran während irgendeiner Arbeitsstufe zuzulassen.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Wiederholung der Spülung mit einem Gasstrom mindestens eine der Spülungen mit umgekehrter Fließrichtung des Gasstroms durchführt.