DE2607997A1

DE2607997A1 - Verfahren zur umkehrosmose mit hohlfasermembranen

Info

Publication number: DE2607997A1
Application number: DE19762607997
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Martinola
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-09-01
Also published as: BE851803A; ZA771126B; AU2241577A; JPS52103384A; IL51531A0; NL7605311A; GB1526183A; FR2342090A1

Description

Bayer Aktiengesellschaft 2607997

Zentralbereich Patente. Marken und Lizenzen

509 Leverkusen. Bayerwerk

Verfahren zur Umkehrosmose mit Hohlfasermembranen

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Umkehrosmose, in dem als semipermeable Membranen Hohlfasern eingesetzt werden.

Es ist bekannt, in der Umkehrosmose als semipermeable Membranen Hohlfasern einzusetzen. Diese Hohlfasern weisen gegenüber den flächenförmigen Membranen den Vorteil auf, daß bei ihnen die Membranoberfläche, bezogen auf den Raumbedarf, erheblich vergrößert ist. Der Nachteil mit Hohlfasern arbeitender Umkehrosmose-Einheiten besteht jedoch darin, daß diese allzu leicht durch im Rohwasser oder der zu behandelnden Flüssigkeit enthaltene suspendierte Teilchen verstopft werden, indem sich diese Teilchen auf den Hohlfasern oder in den zwischen den Hohlfasern befindlichen Zwischenräumen abscheiden oder in den Poren der Membranen festsetzen.

Zur Behebung dieses Nachteils sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden:
1.) Das zu behandelnde Rohwasser bzw. die zu behandelnden· Lösungen durch eine Vorfiltration über ein Feinfilter von suspendierten Partikeln zu befreien.

Le A 17 029

7 0 9 ^{r :i} ^ / Π U L 1

2.) Das Hohlfaserbünde1 von Zeit zu Zeit durch einen der normalen Fließrichtung entgegengesetzten Wasserstrom, gegebenenfalls unter Zusatz lösender oder emulgierende Substanzen durchzuspülen.

Beide Maßnahmen weisen aber schwerwiegende Nachteile auf. Der Nachteil der Maßnahme 1.) besteht darin, daß sie einen zusätzlichen Filtriertehälter erfordert und daß man mit ihrer Hilfe die Abscheidung von solchen Niederschlagen nicht verhindern kann, die durch chemische Umwandlungen zunächst gelöster Stoffe in der Osmose-Einheit selbst entstehen und die sich erst im Verlauf des Osmose-Vorganges im Bereich der Fasern oder innerhalb der Membranporen abscheiden. Der Nachteil der Maßnahme (2.) liegt darin, daß mit ihrer Hilfe eine gleichmäßige Durchströmung nicht sichergestellt ist, da eine Ablösung der die Blockierung der Hohlfasern verursachenden Niederschläge nur in ganz begrenztem Umfang möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zu finden, mit einfachen, technisch gut zugänglichen Mitteln die Oberfläche der Hohlfasern vor nicht mehr entfernbaren, die Wirksamkeit der Hohlfasern beeinträchtigenden Ablagerungen zu schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die für die Umkehrosmose verwendeten Hohlfasern, vorzugsweise in Bündel- oder Gewebeform, auf flüssigkeitsdurchlässigen Stützelementen anordnet und auf die Hohlfasern vor oder während des Osmose-Vorganges ein feinteiliges Filtermaterial anschwemmt.

Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der Umkehrosmose unter Verwendung von Hohlfasern keine Vorfiltration mehr erforderlich ist; daß auch bei der Behandlung von Rohwassern und Lösungen, aus denen sich erst während der Umkehrosmose Niederschläge abscheiden, keine Störungen durch die Blockie-

Le A 17 029 - 2 -

7 üb

rung der Hohlfasern auftreten. Da sich das feinteilige Filtermaterial zudem den jeweils zu entfernenden Schwebstoffen bzw. Abscheidungen anpassen läßt, ist es bei Auswahl geeigneter Filtermaterialien nicht nur möglich, solche Stoffe aus der zu behandelnden Flüssigkeit zu adsorbieren, die die Hohlfasermembranen mechanisch blockieren oder durch Verstopfen der Poren undurchlässig machen, sondern auch solche Stoffe zu entfernen, die die Membranen durch chemische Einwirkung schädigen oder die unverändert durch die Membran hindurchtreten und so die Reinheit der aufbereiteten Flüssigkeit herabsetzten. Durch die Verwendung von Ionenaustauscherpulvern als Filtermaterialien läßt sich beispielsweise gleichzeitig mit der mechanischen Klärung der pH-Wert der zu behandelnden Flüssigkeit so korrigieren, daß pH-Wert empfindliche Hohlfasern nicht mehr angegriffen werden.

Das auf die Hohlfasern angeschwemmte feinteilige Filtermaterial wirkt sowohl als mechanisches Filter und nimmt als solches die Schwebstoffe und die sich während des Osmose-Vorganges bildenden Ausfällungen unmittelbar an den Hohlfasern auf, kann aber außerdem, bei Wahl geeigneter Filtermaterialien, auch als chemisches Filter wirken.

Als feinteilige Filtermaterialien dienen in dem erfindungsge mäßen Verfahren vorzugsweise solche feinteiligen Produkte, wie sich üblicherweise in der Anschwemmfiltration verwendet werden. Beispielsweise seien genannt: Kieselgur, Aktivkohlepulver, Asbestfasern, Diatomeenerde, Zellulosefasern, Zellulosepulver, Kunstharzgranulate, Kunststoff-Fasern, Kunststoffpulver, feingemahlene Adsorberharze und Ionenaustauscherpulver. Adsorberharze sind beispiels weise in der US-PS 3,531,463 beschrieben. Die Mengen, in denen die feinteiligen Filterhilfsmittel angewendet werden, entsprechen in etwa den Mengen, in denen die Filterhilfs-

Le A 17 029 - 3 -

709835/0441

mittel in der Anschwemmfiltration eingesetzt werden. In Abhängigkeit von Filtermaterial haben sich die Mengen von 200 bis 1000 g/m² Hohlfaseroberfläche bewährt.

Es hat sich vielfach als vorteilhaft erwiesen, die Korngröße der feinteiligen Filtermaterialien so zu wählen, daß diese größer ist als die Zwischenräume zwischen den Hohlfaserlagen.

Als Beispiel für flüssigkeitsdurchlässige Stützelemente seien die aus der Anschwemmfiltration bekannten perforierten Rohre und Platten, Sinterkörper oder Netze genannt.

Die Hohlfasern werden vorteilhaft so angeordnet, daß das Fasörbündel nach der Seite, auf welche die Anschwemmschicht aufgebracht wird, eine Oberfläche darbietet, von welcher das Filtermaterial durch Rückspülen leicht zu entfernen ist. Dies wird beispielsweise erreicht durch Verwendung der Hohlfaserbündel als Umwicklungen für Filterkerzen, wie sie aus der Anschwemmfiltration bekannt sind oder bei der Anordnung der Fasern in Gewebeform. Die Gewebe können auch in mehreren Lagen überein.-ander um den Stützkörper gewickelt werden. Es sind aber auch andere Anordnungen der Hohlfasern im Sinne der Erfindung möglich.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung des erfindungs gemäßen Verfahrens. Die in den Beispielen beschriebene Umkehr osmose wurde in dem in der Figur 1 beschriebenen Apparatur ausgeführt. In der Figur 1 bedeuten:

1 Druckfester Behälter

2 perforiertes Rohr

3 Hohlfasern, die in mehreren Lagen über das perforierte Rohr 2 gewickelt sind

Le A 17 029 - 4 -

7 0 9 i. C L- / 0 4 L 1

4 Abschlußplatte, durch welche das perforierte Rohr verschlossen ist und durch welche die Hohlfasern flüssigkeitsdicht hindurchgeführt sind

5 offene Enden der Hohlfasern

6 Halterung für das perforierte Rohr mit flüssigkeitsdichtem Sitz

7 Austritt der durch die Hohlfasermembranen permeierten Flüssigkeit

8 Eintritt der Rohlösung und der Suspension des Filtermaterials

9 Austritt des Konzentrates

10 Differenzdruckmesser

11 Schicht des auf den gewickelten Hohlfasern angeschwemmten Filtermaterials

Bei Zulauf eine Lösung, die im Liter 1500 mg Kochsalz enthielt, unter einem Druck von 28 bar lieferte diese Apparatur etwa 100 1 Wasser/Stunde enthaltend 150 bis 200 mg Kochsalz je Liter bei 75 bis 80 %-iger Ausbeute, d.h. bei etwa 130 l/h Zulauf.

2 Die Oberfläche der Hohlfaserwicklung betrug etwa 0,15 m .

Le A 17 029 - 5 -

709 Γ. 35/0441

Beispiel 1

Apparatur: wie in Figur 1 beschrieben Rohwasser: 5 mval/1 Calcium- und Magnesium-Salze 25 mval/l Natriumsalze 0,3 mg/1 Eisen
J-Wert etwa 6,5

Filtermaterial zur Anschemmung: Zellulosepulver Verwendete Menge: 1000 g/m Kerzenoberfläche.

Es wurde solange Rohwasser durch die Apparatur geleitet, bis die Menge an entsalzter Lösung (Permeat) auf 75 % der Anfangsleistung abgesunken war. Dann wurde rückgespült und anschließend erneut Rohwasser durch die Apparatur geleitet. Der Verlauf des Umkehrosmose-Vorganges geht aus der nachstehenden Tabelle hervor:

Tabelle 1

Zahl der Laufzeit /ötunden_7

Rückspülungen ohne Anschwemmung mit Anschwemmung

1. 115 150

2. 105 145

3. 90 150

4. 90 143

5. 75 135

6. 60 135

Zur Kontrolle wurde der Eisengehalt der Fasern vor und nach dem Betrieb untersucht.

Eisengehalt vor dem Versuch: 0,05 g/kg Eisengehalt nach dem Versuch:

a) ohne Anschwemmung 5,1 g/kg

b) mit Anschwemmung 0,15 g/kg

Le A 17 029 - 6 -

0 9 0 :■: ο / 0 A 4 1

26Q7997

Beispiel 2 *£·

Apparatur: wie in Figur 1 beschrieben Rohwasser: 5 mval/1 Calcium- und Magnesium-Salze 20 mval/1 Natriumsalze 0,02 mg/1 Eisen

7-10 mg/1 Kieselsäure als Maß für den Trübungsgrad des Rohwassers PjT-Wert etwa 5,5

Filtermaterial zur Anschwemmung: Polyamidfaser-Pulver Verwendete Menge: 500 g/m Kerzenoberfläche

Es wurde solange Rohwasser durch die Apparatur geleitet, bis die Menge an Permeat auf 75 % der AnfangsIeistung abgesunken war. Dann wurde rückgespült und anschließend erneut Rohwasser durch die Apparatur geleitet.

Der Verlauf des Umkehrosmose-Vorganges geht aus der nachstehenden Tabelle hervor:

Tabelle 2	Laufzeit ^	£i?tunden_7
Zahl der	ohne Anschwemmung	mit Anschwemmung
Rückspülungen	210	270
1.	205	275
2.	210	270
3.	200	260
4.	190	255
5.	170	230
6.

Zur Kontrolle wurde der Aschegehalt der Fasern vor und nach dem Betrieb verglichen.

Aschegehalt vor dem Versuch: 0,015 %

Aschegehalt nach dem Versuch:

a) ohne Anschwemmjung 0,87 %

b) mit Anschwemmung 0,32 %

Le A 17 029 - 7 -

709835/0441

Beispiel 3

Apparatur:
Rohwasser:

•5.

wie in Figur 1 beschrieben Farbstoffhaltiges Abwasser Aussehen:

Farbe:

suspendierte Stoffe:

pH-Wert:

Leitfähigkeit:

Chemischer Sauerstoffbedarf:

Salzgehalt:

Extinktion(i cm,420nm):

klar bis schwach trüb rötlich-gelb 10 nig/1 7,2

1860 /US

"38 mg 0/1 (KMnO₄) 14,7 mval/1 0,6

Filtermaterial zur Anschwemmung: 2 Schichten

1. Schicht, an der Hohlfaserwicklung 300 g/m Polystyrol

granulat (0,08 - 0,12 mm Korngröße)

2. Schicht 800 g/m² Aktivkohlepulver (0,06 - 0,1 mm Korn

größe)

Verlauf des Umkehrösmose-Vorganges:

ohne Anschwemmung:

Nach 72 -stündiger Betriebszeit war der Permeatfluß auf 45 % der Anfangsleistung abgefallen. Die Hohlfasern waren irreversibel blockiert. Durch Rückspülen ließ sich keine Verbesserung des Permeatflusses erreichen.

mit Anschwemmung:

Nach 72 stündiger Betriebszeit betrug der Permeatfluß noch 70 % der Ausgangsleistung. Durch Rückspülen und frische Anschwemmung von Polystyrolgranulat und Aktivkohle wurde eine Steigerung des Permeatflusses auf 90 % der Ausgangsleistung erreicht.

Le A 17 029

709035/0441

, JO Leerseite

Claims

Patentansprüche;

;1\ Verfahren zur Umkehrosmose mit Hohlfasermembranen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hohlfasern auf flüssigkeitsdurchlässigen Stützelementen anordnet und auf die Hohlfasern vor oder während des Umkehrosmose-Vorganges feinteilige Filtermaterialien anschwemmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hohlfasern in Bündelform um ein als Stütze dienendes perforiertes Rohr wickelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hohlfasern in Gewebeform um ein als Stütze dienendes perforiertes Rohr wickelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hohlfasern in Gewebeform auf perforierte Platten oder Netze legt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als feinteilige Filtermaterialien feingemahlene Adsorberharze und/oder Ionenaustauscherpulver verwendet.
Le A 17 029 - 9 -
7 0 9 < '■■ Γ> / 0 4